MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元的設(shè)計(jì)與PLC控制

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1、 設(shè)計(jì)題目：MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元的設(shè)計(jì)與PLC控制 設(shè)計(jì)條件： 要求采用西門子S7－226 PLC作為控制器，以氣動(dòng)元件作為執(zhí)行元件，設(shè)計(jì)MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元，并實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作控制要求。 設(shè)計(jì)任務(wù)： 1．氣動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)元件的選型； 2．利用氣動(dòng)仿真軟件設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路并進(jìn)行仿真調(diào)試； 3．機(jī)械手站的電氣接線設(shè)計(jì)和通信接口設(shè)計(jì)； 4．PLC的I/O分配設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)； 5．完成對(duì)機(jī)械手站的硬件和軟件的安裝、連接、調(diào)試、運(yùn)行； 6．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容包括： 1）課題的來源和意義，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定及說明。 2）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能說明。 3）系統(tǒng)軟件編程及功能實(shí)現(xiàn)。

2、 MPS系統(tǒng)機(jī)械手站單元的設(shè)計(jì)與PLC控制 摘 要 MPS(modular production system 模塊化生產(chǎn)加工培訓(xùn)系統(tǒng))是模擬實(shí)際生產(chǎn)加工操作過程的開放式教學(xué)系統(tǒng)，主要是針對(duì)學(xué)生不能經(jīng)常在實(shí)際生產(chǎn)線上進(jìn)行培訓(xùn)而設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的縮微模型，可以提供一個(gè)實(shí)際自動(dòng)化制造，加工生產(chǎn)線的模擬教學(xué)環(huán)境，可根據(jù)I/O分配編寫程序達(dá)到系統(tǒng)的控制，提高實(shí)際操作的能力，本文涉及的系統(tǒng)為上海英集斯公司生產(chǎn)的MPS模塊化生產(chǎn)加工培訓(xùn)系統(tǒng),它采用西門子公司生產(chǎn)的小型可編程序控制器S7-200對(duì)MPS各個(gè)工作站的運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。 本次設(shè)計(jì)是以MPS系統(tǒng)中機(jī)械手站單元

3、為研究，采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的S7-226系列可編程控制器對(duì)機(jī)械手進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行編程，使用傳感器進(jìn)行位置控制，并使用FluidSIM-P軟件設(shè)計(jì)制作氣動(dòng)控制和仿真模擬，完成機(jī)械手站的控制任務(wù)。 關(guān)鍵詞：MPS；機(jī)械手站單元；PLC；傳感器 目 錄 1 緒 論 1 1.1 MPS模塊化加工系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1 1.2 MPS的基本組成 1 1.3 MPS的基本功能 2 1.4設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù) 3 2 機(jī)械手站單元的控制硬件 4 2.1 可編程控制器（PLC） 4 2.1.1 PLC的概況及特點(diǎn) 4 2.1.2 PLC結(jié)構(gòu)及基本配置： 5

4、 2.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 7 2.1.4 S7-200PLC的介紹 7 2.2 傳感器 10 2.2.1 傳感器的簡(jiǎn)介以及分類 10 2.2.2 傳感器工作原理及應(yīng)用 11 3 機(jī)械手 13 3.1機(jī)械手的簡(jiǎn)介： 13 3.2MPS系統(tǒng)中機(jī)械手工作站的結(jié)構(gòu)功能 14 3.2.1 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖 16 3.2.2 氣動(dòng)部件的選用 17 3.2.3氣動(dòng)部件的簡(jiǎn)要分析 18 3.2.4 電器元件的簡(jiǎn)介 22 4 機(jī)械手站單元的PLC設(shè)計(jì) 25 4.1機(jī)械手站單元的控制要求 25 4.2機(jī)械手站單元順序功能流程圖 25 4.3 機(jī)械手站單元的I/O分配表 26

5、 4.4 梯形圖 27 4.5指令表 29 4.6 模擬調(diào)試 29 5 總 結(jié) 30 參考文獻(xiàn) 31 致 謝 32 i 數(shù)控工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 緒 論 1.1 MPS模塊化加工系統(tǒng)簡(jiǎn)介 模塊化加工系統(tǒng)(MPS, Modular Production System)體現(xiàn)了機(jī)電一體化的技術(shù)實(shí)際應(yīng)用。MPS設(shè)備是一套開放式的設(shè)備，用戶可根據(jù)身產(chǎn)需要選擇設(shè)備組成單元的數(shù)量、類型，最少時(shí)一個(gè)單元亦可自成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，而由多個(gè)單元組成的生產(chǎn)系統(tǒng)可以體現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線的控制特點(diǎn)。 在由多個(gè)MPS工作單元組成的系統(tǒng)中，綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械

6、技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、電工電子技術(shù)、傳感應(yīng)用技術(shù)、PLC控制技術(shù)、組態(tài)控制技術(shù)、信息技術(shù)等。利用該系統(tǒng)可以模擬一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，使學(xué)員在一個(gè)非常接近于實(shí)際的教學(xué)設(shè)備環(huán)境，使學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中很自然地就將理論應(yīng)用到了實(shí)際中，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的完美結(jié)合，從而縮短了理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用之間的距離。 1.2 MPS的基本組成 多個(gè)單元組成的MPS系統(tǒng)可以較為真實(shí)地模擬出一個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)加工流水線的工作過程。其中，每個(gè)工作單元都可以自成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，同時(shí)也都是一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)。各個(gè)單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置都可以通過安裝在其上面的

7、傳感器的信號(hào)來判斷。 圖1.1 多單元組成的MPS系統(tǒng) 在MPS設(shè)備上應(yīng)用多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運(yùn)動(dòng)位置、物體的通過狀態(tài)、物體的顏色、物體的材質(zhì)、物體的高度等。傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代工作實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的前提之一。 在控制方面，MPS設(shè)備采用PLC進(jìn)行控制，用戶可根據(jù)需要原則不同廠家的PLC(例如三菱公司的FX2N系列PLC、西門子公司的S7-200系列PLC和S7-300系列PLC)。MPS設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)是相對(duì)固定的，但學(xué)員可以根據(jù)自己對(duì)設(shè)備的理解、對(duì)生產(chǎn)加工工藝的理解，編寫一定的生產(chǎn)工藝過程，然后再通過編寫PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)該工藝過程，從而實(shí)

8、現(xiàn)對(duì)MPS設(shè)備的控制。 1.3 MPS的基本功能 MPS設(shè)備給學(xué)員提供了一個(gè)開放式的學(xué)習(xí)環(huán)境，雖然各個(gè)組成單元的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，但是，設(shè)備的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照什么樣的動(dòng)作順序執(zhí)行、各個(gè)單元之間如何配合、最終使MPS模擬一個(gè)什么樣的生產(chǎn)加工控制過程、MPS作為一條自動(dòng)生產(chǎn)流水線具有怎么樣的操作運(yùn)行模式等，學(xué)員都可根據(jù)自己的理解，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出PLC控制程序，使MPS設(shè)備實(shí)現(xiàn)一個(gè)最符合實(shí)際的自動(dòng)控制過程。 MPS系統(tǒng)中每個(gè)單元都具有最基本的功能，學(xué)員可在這些基本功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行流程編排設(shè)計(jì)和發(fā)揮。 1）、MPS系統(tǒng)的基本組成單元： 上料件檢測(cè)單元 操作手單元 加工單元 安裝單

9、元 安裝搬運(yùn)單元 立體存儲(chǔ)單元 機(jī)械手單元（如圖1.2所示） 2）、機(jī)械手站單元功能簡(jiǎn)介：該單元是一個(gè)六個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械手，它可以用來完成抓取動(dòng)作，可以進(jìn)行工件的組裝，產(chǎn)生一個(gè)完整的產(chǎn)品。 圖1.2 機(jī)械手單元 手臂本體：日本莫托曼HP3、三菱等 擴(kuò)展模塊：控制器、變壓器。 組成模塊：手臂本體、手臂控制器、氣爪。 圖1.3 機(jī)械手單元在MPS中的應(yīng)用 1.4設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)任務(wù) 1、設(shè)計(jì)條件： 要求采用西門子S7-226PLC作為控制器，以氣動(dòng)元件作為執(zhí)行元件，設(shè)計(jì)MPS系統(tǒng)機(jī)械手

10、戰(zhàn)單元，并實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作控制要求。 2、設(shè)計(jì)任務(wù)： （1）氣動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)元件的選型； （2）利用氣動(dòng)仿真軟件設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路并進(jìn)行仿真調(diào)試； （3）機(jī)械手站的電氣接線設(shè)計(jì)和通信接口設(shè)計(jì)； （4）PLC的I/O分配設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)； （5）完成對(duì)機(jī)械手站的硬件和軟件的安裝、連線、調(diào)試、運(yùn)行； 3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容包括： （1）課題的來源和意義，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定及說明； （2）系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及功能說明； （3）系統(tǒng)軟件編程及功能實(shí)現(xiàn)。 34 2 機(jī)械手站單元的控制硬件 2.1 可編程控制器（PLC） 2.1.1 PLC的概況及特點(diǎn) 可編程序控制器（PLC）是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)

11、化領(lǐng)域中的一門先進(jìn)控制技術(shù)，它已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（PLC、CAD/CAM、ROBOT）之一，其應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。PLC具有可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)、易于與計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制、高速計(jì)數(shù)及位控等一系列優(yōu)異性能。 1）PLC的分類 可編程序控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱PLC，是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用的自動(dòng)控制裝置。 可編程序控制器發(fā)展到今天，已經(jīng)有多種形式，而且功能也不盡相同。按不同的原則可有不同的分類

12、。 a、根據(jù)結(jié)構(gòu)分類 （1）整體式（箱體式） 整體式PLC的基本組成框圖如圖2.1所示。 圖2.1 整體式PLC的基本組成框圖 （2）組合式（機(jī)架模塊式） 組合式PLC的基本組成框圖如圖2.2所示。 圖2.2 組合式PLC的基本組成框圖 b、按控制規(guī)模分類 一般而言，處理的I/O點(diǎn)數(shù)愈多，則控制關(guān)系愈復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量愈加大、PLC指令及其他功能也愈加多、指令執(zhí)行的速度也愈加快。按PLC的I/O點(diǎn)數(shù)可將PLC分為以下三類：小型PLC、中型PLC、大型PLC。 2)PLC的特點(diǎn)： 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；編程方便；使用方便；維護(hù)方便；設(shè)計(jì)、施工調(diào)

13、試周期短；易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 2.1.2 PLC結(jié)構(gòu)及基本配置 一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是相同的，對(duì)箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有若干規(guī)格。對(duì)模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。 1）CPU的構(gòu)成 PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái)PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程

14、過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路，與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。CPU的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為

15、以上幾個(gè)部分，但PLC中的CPU芯片實(shí)際上就是微處理器。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一般講，CPU模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。CPU模塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對(duì)PLC作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。 2）I/O模塊(j PLC的對(duì)外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能

16、管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 3）電源模塊 有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。 4）底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整

17、體 5）PLC的外部設(shè)備 外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 a、編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 b、監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 c、存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。 d、輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 6）P

18、LC的通信聯(lián)網(wǎng)j PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。 2.1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 最初，PLC主要用于開關(guān)量的邏輯控制。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步，

19、它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，主要用于開關(guān)量控制；用于模擬量控制；用于數(shù)字量控制；用于數(shù)據(jù)采集；用于進(jìn)行監(jiān)控；用于聯(lián)網(wǎng)、通訊。 事實(shí)上，PLC已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。從行業(yè)看，冶金、機(jī)械、化工、輕工、食品、建材等等，幾乎沒有不用到它的。不僅工業(yè)生產(chǎn)用它，一些非工業(yè)過程，如樓宇自動(dòng)化、電梯控制也用到它。農(nóng)業(yè)的大棚環(huán)境參數(shù)調(diào)控，水利灌溉也用到它。 PLC能有上述幾個(gè)范圍廣泛的應(yīng)用，是PLC自身特點(diǎn)決定的，也是PLC技術(shù)不斷完善的結(jié)果。 2.1.4 S7-200PLC的介紹 德國(guó)的西門子（SIEMENS）公司是歐洲最大的電子和電氣設(shè)備制造商，生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器歐洲處于領(lǐng)先地位

20、。其第一代可編程控制器是1975年投放市場(chǎng)的SIMATIC S3 系列的控制系統(tǒng)。在1979年，微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程控制器中，產(chǎn)生了SIMATIC S5 系列，取代了S3系列，之后在二十世紀(jì)末又推出了S7系列產(chǎn)品。最新的SIMATIC產(chǎn)品為SIMATIC S7、M7和C7等幾大系列。 從CPU模塊的功能來看，SIMATIC S7-200系列小型PLC發(fā)展經(jīng)歷了兩代： 第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 21X，主機(jī)都可以進(jìn)行擴(kuò)展，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU212，CPU214，CPU215和CPU216。 第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU 22X，是在二十一世紀(jì)初投放市場(chǎng)

21、的，速度快，具有較強(qiáng)的通訊能力，它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU單元：CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可以加擴(kuò)展模塊。 SIMATIC S7-200系統(tǒng)由硬件和工業(yè)軟件兩大部分組成如圖2.3所示： 圖2.3 S7-200 PLC組成框圖 1)硬件 基本單元、擴(kuò)展單元、特殊功能模塊、相關(guān)設(shè)備 2)工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為更好的管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之配套的程序、文檔及其規(guī)則的總和，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)接口等幾類構(gòu)成。 a、 CPU介紹及I/O系統(tǒng)（如表2.1） 表2.1 不同種類CUP的

22、I/O對(duì)比 型號(hào) 主機(jī)輸出類型 主機(jī)輸入點(diǎn)數(shù)(I) 主機(jī)輸出點(diǎn)數(shù)(O) 可擴(kuò)展模塊數(shù) CPU221 DC繼電器 6 4 無 CPU222 DC繼電器 8 6 2 CPU224 DC繼電器 14 10 7 CPU226 DC繼電器 24 16 7 b、 主機(jī)外形 SIMATIC S7-200系統(tǒng)CPU22X系列PLC主機(jī)（CPU模塊）的外形如圖2.4所示。 圖2.4 CPU結(jié)構(gòu)外形圖 c、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4種CPU各有晶體管輸出(直流輸出)和繼電器輸出（交、直流輸出）兩種類型，具有不同電源電壓和控制電壓。各類型的型號(hào)如下表2

23、.2： 表2.2 各種CPU輸出電壓、電流的對(duì)比 CPU 類型 電源電壓 輸入電壓 輸出電壓 輸出電流 CPU221 DC輸出 DC輸入 24VDC 24VDC 24VDC 0.75A，晶體管 繼電器輸出 DC輸入 85-264VAC 24VDC 24VDC 24-230VAC 2A，繼電器 CPU221 CPU221 CPU221 DC輸出 24VDC 24VDC 24VDC 0.75A，晶體管 繼電器輸出 85-264VAC 24VDC 24VDC 24-230VAC 2A，繼電器 d、S7-200之間的PPI通信

24、 PPI協(xié)議是專門為S7-200開發(fā)的通信協(xié)議。S7-200CPU的通信口（Port0、Port1）支持PPI通信協(xié)議，S7-200的一些通信模塊也支持PPI協(xié)議。Micro/WIN與CPU進(jìn)行編輯通信也通過PPI協(xié)議。 S7-200CPU的PPI網(wǎng)絡(luò)通信是建立在RS-485網(wǎng)絡(luò)的硬件基礎(chǔ)上，因此其連接屬性和需要的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與其它RS-485網(wǎng)絡(luò)一致。 S7-200 CPU之間的PPI網(wǎng)絡(luò)通信只需要兩條簡(jiǎn)單的指令，它們是網(wǎng)絡(luò)讀（NETR）和網(wǎng)絡(luò)寫（NETW）指令。在網(wǎng)絡(luò)讀/寫通信中，只有主站需要調(diào)用NETR/NETW指令，從站只需編輯處理數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（取用或準(zhǔn)備數(shù)據(jù)）。 在S7-200系

25、統(tǒng)中，無論是組成PPI、MPI、還是Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)用到的主要部件都是一樣的。 e、擴(kuò)展模塊以及功能模塊 (1)功能模塊擴(kuò)展 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制系統(tǒng)，CPU主機(jī)可以擴(kuò)展特殊功能模塊，一般是特殊功能模塊有SM253位置控制模塊，EM241調(diào)制解調(diào)器模塊等。 (2)輸入輸出擴(kuò)展 S7-200PLC的CPU所提供的本機(jī)I/O點(diǎn)和I/O地址是固定的，進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)可以在CPU右邊連接多個(gè)擴(kuò)展模塊連接。 每個(gè)擴(kuò)展模塊的組態(tài)地址編號(hào)取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。編制方法就是同種類型輸入或輸出點(diǎn)的模塊在鏈中按與主機(jī)的位置而遞增，其他類型模塊的有無及所處的位置不

26、影響本類型模塊的編號(hào)。 最大I/O配置的預(yù)算需考慮映像寄存器數(shù)量及電流提供能力。各CPU能提供的最大5VDC電流如下表。 表2.3 各種CPU的最大擴(kuò)展電流的對(duì)比 CPU型號(hào) 221 222 224 226 最大擴(kuò)展電流（mA） 0 340 660 1000 SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便

27、捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊。 S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用CPU226,CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30

28、kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，如圖2.5所示。 圖2.5 CPU226的外形圖 2.2 傳感器 2.2.1 傳感器的簡(jiǎn)介以及分類 人是靠視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺這些感覺器官來接受外界信息的，而一臺(tái)光機(jī)電一體化的自動(dòng)設(shè)備在運(yùn)行中也有大量的信息需要準(zhǔn)確地被“感受”，以使設(shè)備能按照設(shè)計(jì)

29、要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，自動(dòng)化設(shè)備用于“感受”信息的裝置就是傳感器。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。 1)傳感器的組成 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路及輔助電源部分組成。 a、敏感元件，是傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測(cè)量的部分。 b、轉(zhuǎn)換元件，是傳感器中將敏感元件感受或響應(yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適用于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的部分。 c、轉(zhuǎn)換電路，是將轉(zhuǎn)換元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成電壓、電流或頻率量的電路。 d、輔助電源，是用于提供傳感器正常工作能源的電源。傳感器的組成如圖2.6所示 圖2.6 傳感器的組成

30、2）常用傳感器的分類 作為實(shí)現(xiàn)傳感功能的基本器件，傳感器的分類方法很多， a、按傳感器能量變換關(guān)系進(jìn)行分類 按能量變換關(guān)系，傳感器分為發(fā)電型傳感器和參量型傳感器。 b、按傳感器輸入量(即被測(cè)參數(shù))進(jìn)行分類 按輸人量分類，傳感器以被測(cè)物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。 c、按傳感器的輸出量進(jìn)行分類 按輸出量分類，傳感器可分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器兩類。模擬式傳感器是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)為模擬量，數(shù)字式傳感器是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)為數(shù)字量。 d、按傳感器工作原理進(jìn)行分類 按傳感器的工作原理為依據(jù)分類，可分為電阻應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳

31、感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器等。 2.2.2 傳感器工作原理及應(yīng)用 1）電感式接近開關(guān) a、電感式接近開關(guān)的基本工作原理 電感式傳感器為信號(hào)發(fā)生器，它被用于在加工機(jī)械，機(jī)器人，生產(chǎn)線 以及傳送帶系統(tǒng)中檢測(cè)和功能相關(guān) 的動(dòng)作,并將檢測(cè)結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。它是以非接觸的方式工作的。當(dāng)有金屬物體接近規(guī)定的感應(yīng)距離時(shí)，傳感器會(huì)發(fā)出一個(gè)電信號(hào)。電感式接近開關(guān)就是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。 （1）高頻振蕩型電感式接近開關(guān) 它以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電感線圈作為檢測(cè)元件，利用被測(cè)金屬物體接近電感線圈時(shí)產(chǎn)生的渦流效應(yīng)，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號(hào)調(diào)理電路將該變化轉(zhuǎn)換成開關(guān)

32、量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。 （2）差動(dòng)線圈型電感式接近開關(guān) 它有兩個(gè)電感線圈，由其中一個(gè)電感線圈作為檢測(cè)線圈，另一個(gè)電感線圈作為比較線圈；由于被測(cè)金屬物體接近檢測(cè)線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而引起檢測(cè)線圈中磁通的變化，檢測(cè)線圈的磁通與比較線圈的磁通進(jìn)行比較，然后利用比較后的磁通差，經(jīng)由傳感器的信號(hào)調(diào)理電路將該磁通差轉(zhuǎn)換成電的開關(guān)量輸出，從而達(dá)到檢測(cè)的目的。 b、電感式接近開關(guān)的分類 （1）按工作電源的性質(zhì)進(jìn)行分類 ①流型：采用交流電源供電，用于交流控制回路。 ②流型：采用直流流電源供電，用于直流控制回路。 （2）按接線方式進(jìn)行分類 ①二線制 ②三線制 ③四線制 ④五線制 ⑤ 六線

33、制 （3）按觸點(diǎn)的性質(zhì)分類 ①常開式 ②常閉式 ③ 常開與常閉混合式 （4）按輸出邏輯分類 ①正邏輯型 ②負(fù)邏輯型 ③浮空邏輯型 ④混合型 （5）按外形分類 ① 螺紋型 ② 圓柱型 ③ 長(zhǎng)方體型 ④ U型等 （6）按防護(hù)方式分類 ① 防水型 ② 防爆型 ③ 耐高溫型 ④ 耐高壓型等 c、電感式接近開關(guān)的圖形符號(hào) 接近開關(guān)通用符號(hào)如圖2.7所示，電感式接近開關(guān)如圖2.8所示。 圖2.8 電感式接近開關(guān)圖形符號(hào) 圖2.7 接近開關(guān)通用符號(hào) d、電感式傳感器的特點(diǎn) 無機(jī)械磨損和撕扯動(dòng)作，因此使用壽命長(zhǎng)；不會(huì)因灰塵或觸點(diǎn)焊接在一起而出現(xiàn)故障；無觸點(diǎn)反彈，

34、因此無切換故障；切換頻率高達(dá)3000Hz；抗震；安裝位置隨意；黃色LED顯示切換狀態(tài)；完全密閉，防護(hù)等級(jí)高。 e、電感式傳感器在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用 由于電感式傳感只能對(duì)金屬起作用，在自動(dòng)控制的應(yīng)用可以應(yīng)用在上例中進(jìn)行檢測(cè)白色的金屬或紅色的塑料，又可以應(yīng)用在流水生產(chǎn)線上檢測(cè)金屬工件是否到位。如圖2.9所示。當(dāng)工件到位后自動(dòng)輸出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)。用以控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)或下一個(gè)加工步驟等。 圖2.9 電感式傳感器的應(yīng)用 3 機(jī)械手 3.1機(jī)械手的簡(jiǎn)介 1）機(jī)械手的概念 機(jī)械手是一種能模擬人的手臂的動(dòng)作的部分動(dòng)作，按預(yù)定的程序軌跡及其他要求，實(shí)現(xiàn)抓取，搬運(yùn)工件或操作工具的自動(dòng)化裝置。在我國(guó)

35、由于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的工作為模擬人的手臂而工作，因而通常把工業(yè)機(jī)器人稱做操作機(jī)械手。機(jī)械手可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩大類。專用機(jī)械手：它作為整機(jī)的附屬部分，動(dòng)作簡(jiǎn)單，工作對(duì)象單一，具有固定（有時(shí)可調(diào)）程序，使用大批量的自動(dòng)生產(chǎn)。如自動(dòng)生產(chǎn)線上的上料機(jī)械手，自動(dòng)換刀機(jī)械手，裝配焊接機(jī)械手等裝置。通用機(jī)械手：它是一種具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、程序可變、動(dòng)作靈活的機(jī)械手。它是適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動(dòng)化生產(chǎn)。它的工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。 機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。機(jī)械手延伸和擴(kuò)大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險(xiǎn)

36、、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作；代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動(dòng)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動(dòng)搬運(yùn)小車與自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。 2）機(jī)械手的分類 a、按驅(qū)動(dòng)方式分：液壓式、氣動(dòng)式、機(jī)械式 b、按適用范圍分：專用機(jī)械手、通用機(jī)械手 c、按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式分：點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制 d、按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分：直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式

37、、球坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式 3）機(jī)械手主要組成 機(jī)械手主要是由執(zhí)行系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)三大部分組成。 a、執(zhí)行部分 執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)械手的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)部分。它包括手、手腕、手臂和機(jī)座等部件 b、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力裝置。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓驅(qū)動(dòng)，氣壓驅(qū)動(dòng)，電力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)等方式。 c、控制系統(tǒng) 3.1 機(jī)械手的組成圖 控制系統(tǒng)是支配執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定程序動(dòng)作得到電氣控制裝置?？刂葡到y(tǒng)所控制的因素包括執(zhí)行系統(tǒng)各部的動(dòng)作、動(dòng)作順序、位置、時(shí)間、和速度等。如圖3.1所示： 4) 機(jī)械手的特點(diǎn) a、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，能代替人從事危險(xiǎn)，有害的工作。在長(zhǎng)時(shí)間工作對(duì)人體有害

38、的場(chǎng)所，機(jī)械手不受影響，只要根據(jù)工作環(huán)境進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，機(jī)械手就可以在異常高溫或低溫，異常壓力和有害氣體，粉塵，放射線作用下，以及沖壓，火等危險(xiǎn)環(huán)境中勝任工作。 b、機(jī)械手能持久，耐勞，可以把人從繁重單調(diào)的勞動(dòng)中解放出來，并擴(kuò)大和延伸人的功能。 c、由于機(jī)械手的動(dòng)作準(zhǔn)確，因此可以穩(wěn)定和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)又可以避免人為的操作錯(cuò)誤。 d、機(jī)械手的特點(diǎn)是通過用工業(yè)機(jī)械手的通用性，靈活性好，能很好的適應(yīng)產(chǎn)品的不斷變化，以滿足柔性生產(chǎn)的需要。 3.2MPS系統(tǒng)中機(jī)械手工作站的結(jié)構(gòu)功能 機(jī)械手站單元主要由提取模塊、滑槽模塊、I/O接線端口等組成，如圖3.2所示。

39、 圖3.2 機(jī)械手站結(jié)構(gòu)圖 該單元主要為一氣動(dòng)機(jī)械手，此站完成提取工件、按要求將工件分流的過程。 1）提取模塊 該模塊主要由兩個(gè)直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸及手指氣動(dòng)夾爪組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，垂直方向運(yùn)動(dòng)，以便于提取工件。該氣缸是一個(gè)桿不回轉(zhuǎn)型氣缸，其活塞桿為六邊形，這樣桿就不能隨便轉(zhuǎn)動(dòng)，便于氣爪夾取工件。 擺臂氣缸構(gòu)成了氣動(dòng)機(jī)械手的“手臂”，可以實(shí)現(xiàn)水平方向上的伸出、縮回動(dòng)作。同時(shí)它還是一個(gè)雙聯(lián)氣缸（有的地方叫倍力缸），它擁有兩個(gè)壓力腔和兩個(gè)活塞桿，在同等壓力下，雙聯(lián)氣缸的輸出力

40、是一般氣缸的兩倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在氣缸的兩個(gè)極限位置上分別安裝有磁感應(yīng)式接近開關(guān)，用于判斷氣缸的動(dòng)作是否到位。 轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸用于實(shí)現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度為180，在氣缸的兩個(gè)極限位置上分別安裝有阻尼缸（用于緩沖旋轉(zhuǎn)沖擊）和電感式接近開關(guān)（用于判斷氣缸旋轉(zhuǎn)是否到位）。 氣動(dòng)夾爪則用于抓取工件。 2）滑槽模塊 此模塊在帶有組態(tài)操作的MPS系統(tǒng)上才會(huì)安裝?；勰K用于存放檢測(cè)不合格的工件。 3.2.1 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖 圖3.3 機(jī)械手站氣動(dòng)回路圖 1A為旋轉(zhuǎn)氣缸；1B1和

41、1B2為電感式接近開關(guān)；2A為擺臂雙聯(lián)氣缸；2B1、2B2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；3A為氣動(dòng)夾爪；3B1為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；4A為桿不回轉(zhuǎn)的提取氣缸；4B1、4B2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；1Y1、1Y2為旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥的兩個(gè)控制信號(hào)；2Y1、2Y2為控制擺臂氣缸的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；3Y1、3Y2為控制氣動(dòng)夾爪開與閉的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；4Y1為提取氣缸的電磁閥的電磁控制信號(hào)。 氣動(dòng)回路的分析 在3.3圖中，本站開始工作時(shí)，進(jìn)行夾爪打開、橫臂縮回和轉(zhuǎn)上工位復(fù)位動(dòng)作，均靠氣缸復(fù)位來完成。等上站工作完成信號(hào)來后，首先使電磁閥線圈2Y2通電，使2號(hào)氣缸動(dòng)作，橫臂縮回。當(dāng)檢測(cè)開關(guān)2B2有信號(hào)

42、輸出后，使控制4號(hào)氣缸的電磁閥線圈4Y1通電，實(shí)現(xiàn)夾爪下降動(dòng)作，準(zhǔn)備抓工件，下降到位后，4B2輸出，此時(shí)使3Y2通電，實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作，延時(shí)后，使4Y1斷電，夾爪上升，直到4B1有信號(hào)輸出，此時(shí)令2Y1通電，橫臂縮回；縮回到位后，2B1輸出，使1Y2通電，橫臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，使操作手到達(dá)下一工位。等下工位有工件后，使2Y2通電，橫臂伸出，到位后2B2輸出，使4Y1得電，4號(hào)汽缸活塞桿伸出，夾爪下降，到位后，使3Y1通電，夾爪釋放工件，完成后，使4Y1斷電，夾爪上升，到最高位后，使2Y1通電，橫臂縮回，到位后，2B2有信號(hào)輸出，使1Y1通電，橫臂轉(zhuǎn)上工位，完成本站工作。 3.2.2 氣動(dòng)部件的選用

43、 元件名稱 數(shù)量 元件用途 元件符號(hào) 氣源 1 為氣動(dòng)回路提供動(dòng)力 雙作用缸 3 執(zhí)行元件 可調(diào)單向節(jié)流閥 6 調(diào)節(jié)氣回路中的流量大小 二聯(lián)件 1 過濾調(diào)壓 換向閥 1 改變回路氣體的流向 表3.1 機(jī)械手單元?dú)鈩?dòng)部件的選用表 3.2.3氣動(dòng)部件的簡(jiǎn)要分析 1）機(jī)械手站單元的結(jié)構(gòu)及工作過程 機(jī)械手移送工件的機(jī)械系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)如圖所示，用于將工作臺(tái)A點(diǎn)的工件搬運(yùn)到工作臺(tái)

44、B點(diǎn)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由電磁閥控制氣動(dòng)系統(tǒng)工作。其上升/下降、左移/右移運(yùn)動(dòng)由電磁閥控制，其位置由磁性傳感器檢測(cè)，夾緊使用電磁閥控制氣爪，使用壓力傳感器檢測(cè)。即當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降；當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止下降，但要保持現(xiàn)有的工作狀態(tài)。在上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手上升；當(dāng)電磁閥斷電后，機(jī)械手停止上升。夾緊電磁閥線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊；線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。 圖3.4 機(jī)械手控制單元結(jié)構(gòu)及移送工件的動(dòng)作過程圖 2）機(jī)械手站單元?dú)鈩?dòng)元件種類及結(jié)構(gòu)符號(hào) a、導(dǎo)向氣缸 導(dǎo)向氣缸的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖所示，導(dǎo)向氣缸的應(yīng)用如圖所示。 雙作用雙活塞式氣缸，行程長(zhǎng)度2

45、50mm，用于機(jī)械手單元X軸的左右伸縮，雙活塞氣缸是由兩個(gè)活塞進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，因此在相同高度的情況下能產(chǎn)生2倍于標(biāo)準(zhǔn)氣缸的推力。 雙作用雙活塞式氣缸，行程長(zhǎng)度80mm，用于機(jī)械手單元Y軸的上下伸縮，其特點(diǎn)是該氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將導(dǎo)軌和氣缸做于一體。 圖3.5 導(dǎo)向氣缸的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào) 圖3.6 導(dǎo)向氣缸在傳輸系統(tǒng)中的應(yīng)用 b、氣爪氣缸（用于內(nèi)抓或外抓工件）氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)如圖3.7所示。 標(biāo)準(zhǔn)氣爪是用于搬運(yùn)及裝配技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品。其特點(diǎn)如下： 雙作用活塞驅(qū)動(dòng)、自對(duì)心；不同的夾緊方式向外夾緊，向內(nèi)夾緊；可以以多種方式和其它驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行結(jié)合；采用霍爾傳感器或接近式傳感器進(jìn)行

46、位置感應(yīng)。 輔件安裝如圖3.8所示。采用外部夾頭，易于實(shí)現(xiàn)多樣性。 圖3.7 氣爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào) 圖3.8 輔件的安裝方法 1-標(biāo)準(zhǔn)氣爪，2-氣爪手指，3-安裝螺釘，4-傳感器。 c、平行氣缸（用于內(nèi)抓或外抓工件）如圖3.9所示。 Festo標(biāo)準(zhǔn)氣爪是用于搬運(yùn)及裝配技術(shù)的系統(tǒng)產(chǎn)品，其特點(diǎn)如下： 雙作用活塞驅(qū)動(dòng)，自對(duì)心；不同的夾緊方式向外夾緊，向內(nèi)夾緊；可以以多種方式和其它驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行結(jié)合；采用霍爾傳感器或接近式傳感器進(jìn)行位置感應(yīng)。 輔件的安裝方法如圖3.10所示；采用外部夾頭，易于實(shí)現(xiàn)多樣性 圖3.9 氣

47、爪外形、結(jié)構(gòu)及其符號(hào)圖 圖3.10 氣爪的輔件的安裝方法 1-標(biāo)準(zhǔn)氣爪，2-氣爪手指，3-安裝螺釘，4-定位銷，5-傳感器。 d、葉片式擺動(dòng)氣缸 DSM葉片式擺動(dòng)氣缸外形緊湊，占用空間小。驅(qū)動(dòng)力通過旋轉(zhuǎn)葉片直接傳送給驅(qū)動(dòng)軸?？烧{(diào)式止動(dòng)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)葉片分離，以便于固定限位擋塊或液壓緩沖器來吸收所受到的力。此外，旋轉(zhuǎn)葉片 還能通過終點(diǎn)位置的彈性墊獲得輔助緩沖。止動(dòng)塊不能被移去，因?yàn)樾D(zhuǎn)葉片本身不適合于作為終端位置限位擋塊。驅(qū)動(dòng)器背面還有刻度以方便行程調(diào)節(jié)。擺動(dòng)氣缸外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖3.11所示。 圖3.11 擺動(dòng)氣缸外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖

48、擺動(dòng)氣缸的限位有兩種方法，方法一：使用傳感器限位，安裝方式如圖3.12所示。方法二：使用緩沖器限位，安裝方式如圖所示。擺動(dòng)氣缸的固定安裝方式有多種，如圖3.13所示。 圖3.12 擺動(dòng)氣缸使用傳感器限位的傳感器形狀及安裝方式 圖3.13 擺動(dòng)氣缸使用緩沖器限位的安裝形式 圖3.14 擺動(dòng)氣缸的固定安裝方式 3)過濾、調(diào)壓組件 過濾、調(diào)壓組件型號(hào)采用LFR-1-D-5M-DI-MAXI，外形及符號(hào)如圖所示。兩聯(lián)件由過濾器、壓力表、截止閥和快插接口組成，安裝在可旋轉(zhuǎn)的支架上。過濾器有分水裝置，可以除去壓縮空氣中的冷凝水、顆粒較大的固態(tài)雜質(zhì)和油滴。減壓閥可以控制系統(tǒng)中

49、的工作壓力，同時(shí)能對(duì)壓力的波動(dòng)做出補(bǔ)償。濾杯帶有手動(dòng)排水閥。 圖3.15 過濾、調(diào)壓組件外形及符號(hào) 3.2.4 電器元件的簡(jiǎn)介 1)、控制電磁閥 全氣動(dòng)系統(tǒng)采用緊湊型CPE型電磁閥控制。由于系統(tǒng)要求氣動(dòng)回路流量不大，所以選擇集成安裝緊湊型電磁閥CPE10-M1BH-5LS-M7型及CPE10-M1H-5/3G-M7型兩種。CPE型電磁閥具有以下特點(diǎn)： 閥島 CPE-10由各個(gè)高強(qiáng)度玻璃纖維加強(qiáng)的聚酰胺模塊組成； 在基本組塊和擴(kuò)展組塊中的PRS 通 道可被封死，因此可形成不同的壓力區(qū)； 兩端都可接氣源及排氣通道，氣口在 基本塊或端塊上； 可從尾端或頂端接入氣源及排氣通道；

50、 卡口式連接，安裝時(shí)無需螺絲； 安裝選項(xiàng): 單個(gè)安裝, 導(dǎo)軌安裝或板 壁式安裝。 CPE10-M1BH-5LS-M7電磁閥如圖所示。意義為：CPE（緊湊型）、M1BH（24 V DC ，所匹配插座 KMYZ-9）、5（5通）、L（單電控, 氣彈簧復(fù)位）、S（不帶先導(dǎo)）、M7（接口類型M7 螺紋）。該電磁閥的特點(diǎn)：流量大功耗小。 圖3.16 緊湊型CPE10-M1BH-5LS-M7型電磁閥外形及符號(hào) CPE10-M1H-5/3G-M7型電磁閥如圖所示。意義為：CPE（緊湊型）、M1H: （24 V DC ，所匹配插座KMYZ-6）、5（5通）、3（3位）、G（中封式）。M7（接口類

51、型M7 螺紋）。 圖3.17 緊湊型CPE10-M1H-5/3G-M7型電磁閥外形及符號(hào) CPE閥另需配合專用CPE10SC-PRS-8氣路板集中安裝，如圖3.18所示。該氣路板可安裝8個(gè)CPE電磁閥作全過程控制。電源插座 KMYZ-9如圖3.19所示。 圖3.19 電源插座 KMYZ-9圖 圖3.18 CPE10SC-PRS-8氣路板圖 氣路板需配消聲器UC-M7降低閥排氣口的噪音，如圖3.20所示。配接氣路接頭QSML-M7-6，如圖3.21所示。 圖3.21 氣路接頭QSML-M7-6圖 圖3.20 消聲器UC-M7外形及

52、符號(hào)圖 2)、雙電控二位五通閥 圖為雙電控二位五通閥的工作原理圖。它有兩個(gè)電磁鐵，當(dāng)右線圈通電、左線圈斷電時(shí)，閥芯被推向右端，其通路狀態(tài)是P與A、B與T2相通，A口進(jìn)氣、B口排氣。當(dāng)右線圈斷電時(shí)，閥芯仍處于原有狀態(tài)，即具有記憶性。當(dāng)電磁左線圈通電、右斷電時(shí)，閥芯被推向左端，其通路狀態(tài)是P與B、A與T1相通，B口進(jìn)氣、A口排氣。若電磁線圈斷電，氣流通路仍保持原狀態(tài)。 圖3.22 雙電控二位五通閥工作原理圖 圖3.23 雙電控二位五通閥實(shí)物圖 4

53、機(jī)械手站單元的PLC設(shè)計(jì) 4.1機(jī)械手站單元的控制要求 當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)的擺臂左轉(zhuǎn)到最左端，擺臂縮回到位，夾爪打開，提取氣缸上升到位。然后進(jìn)入工作運(yùn)行模式，按啟動(dòng)按鈕，操作手單元先擺臂氣缸后提取氣缸依次伸出，提取氣缸伸出到達(dá)下端后夾爪夾取工件，夾緊工件后，再按照先提取氣缸后擺臂氣缸的順序依次縮回，然后擺臂氣缸擺到右端，等待工件送出信號(hào)。再次按下啟動(dòng)按鈕，工件送出，擺臂氣缸、提取氣缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆過程返回到初始位置。 機(jī)械手的動(dòng)作過程分為8步：從原點(diǎn)→①下降→②夾緊（T）→③上升→④右移→⑤下降→⑥放松（T）→⑦上升→⑧左

54、移到原點(diǎn)結(jié)束一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。 4.2機(jī)械手站單元順序功能流程圖 圖4.1機(jī)械手站順序功能流程圖 4.3 機(jī)械手站單元的I/O分配表 機(jī)械手站單元I/O端口分配說明表 序號(hào) 設(shè)備符號(hào) 設(shè)備名稱 設(shè)備用途 信號(hào)特征 地址分配 1 1B1 電感式傳感器 判斷擺臂的左右位置 信號(hào)為1：擺臂在最左端 I0.0 2 1B2 電感式傳感器 判斷擺臂的左右位置 信號(hào)為1：擺臂在最右端 I0.1 3 2B1 磁

55、感應(yīng)式接近開關(guān) 判斷擺臂伸縮情況 信號(hào)為1：擺臂縮回到位 I0.2 4 2B2 磁感應(yīng)式接近開關(guān) 判斷擺臂伸縮情況 信號(hào)為1：擺臂伸出到位 I0.3 5 3B1 磁感應(yīng)式接近開關(guān) 判斷夾爪開閉情況 信號(hào)為1：夾爪已打開 信號(hào)為0：夾爪夾緊 I0.4 6 4B1 磁感應(yīng)式接近開關(guān) 判斷夾爪上下的位置 信號(hào)為1：夾爪下降到位 I0.5 7 4B2 磁感應(yīng)式接近開關(guān) 判斷夾爪上下的位置 信號(hào)為1：夾爪上升返回到位 I0.6 8 1Y1 電磁閥 控制旋轉(zhuǎn)氣缸左右動(dòng)作 信號(hào)為1：旋轉(zhuǎn)缸左轉(zhuǎn) Q0.0 9 1Y2 電磁閥 控制旋轉(zhuǎn)

56、氣缸左右動(dòng)作 信號(hào)為1：旋轉(zhuǎn)缸右轉(zhuǎn) Q0.1 10 2Y1 電磁閥 控制擺臂氣缸伸縮動(dòng)作 信號(hào)為1：擺臂縮回 Q0.2 11 2Y2 電磁閥 控制擺臂氣缸伸縮動(dòng)作 信號(hào)為1：擺臂伸出 Q0.3 12 3Y1 電磁閥 控制夾爪開閉的動(dòng)作 信號(hào)為1：夾爪打開 Q0.4 13 3Y2 電磁閥 控制夾爪開閉的動(dòng)作 信號(hào)為1：夾爪閉合 Q0.5 14 4Y1 電磁閥 控制提取氣缸上下的動(dòng)作 信號(hào)為1：夾爪下降 信號(hào)為0：夾爪上升 Q0.6 4.4 梯形圖

57、 機(jī)械手站程序梯形圖 4.5指令表 4.6 模擬調(diào)試 利用FluidSIM-P軟件設(shè)計(jì)制作氣動(dòng)控制回路和模擬仿真，采用西門子S7-226PLC進(jìn)行實(shí)際模擬檢查，不斷完善設(shè)計(jì)內(nèi)容。 5 總 結(jié) 這次畢業(yè)論文，對(duì)我來說很有意義，在寫論文的過程中我學(xué)到很多的關(guān)于機(jī)械手和PLC方面的知識(shí)，我以后會(huì)加強(qiáng)對(duì)它們的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。通過這一次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)MPS系統(tǒng)以及機(jī)械手站單元的功能和在系統(tǒng)中的作用都有了進(jìn)一步的了解，同時(shí)讓我熟悉了PLC的運(yùn)作，對(duì)機(jī)械手的發(fā)展

58、和應(yīng)用有了很多認(rèn)識(shí)。特別是對(duì)于機(jī)械手的控制，通過采用PLC控制機(jī)械手可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人的工作量。由于PLC控制具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、功耗低和改造方便的特點(diǎn)，可以根據(jù)控制流程的不同，方便地改變控制順序來滿足工藝要求。采用電磁式感應(yīng)開關(guān)對(duì)機(jī)械手的位置進(jìn)行檢測(cè)，使機(jī)械手在動(dòng)作過程中實(shí)現(xiàn)精確定位。 本次設(shè)計(jì)詳細(xì)講解了機(jī)械手站單元的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。采用西門子S7-200系列的PLC作為控制器，進(jìn)行編程，并采用氣動(dòng)裝置進(jìn)行氣動(dòng)設(shè)計(jì)，使用電感式接近開關(guān)對(duì)位置進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手站單元的控制要求。 參考文獻(xiàn) ［1］張俊勇 模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) ［M］西安：陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技

59、術(shù)學(xué)院，2010 ［2］章國(guó)華、蘇東 典型生產(chǎn)線原理、安裝與調(diào)試 ［M］北京理工大學(xué)出版社，2009 ［3］王庭樹 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué) 第2版［M］ 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1990.12 ［4］ 孟繁華 機(jī)器人應(yīng)用技術(shù) 第1版［M］ 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1989.16 ［5］胡學(xué)林 可編程控制器教程 ［M］北京電子工業(yè)出版社，2003 ［6］田淑珍 S7-200PLC原理及應(yīng)用 ［M］機(jī)械工業(yè)出版社，2004 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，不僅在于最后一段時(shí)間的搜索和整理，更主要的是在三年中學(xué)習(xí)知識(shí)的積累，所以在此我首先重點(diǎn)感

60、謝三年來為我授課的每一位老師，正因?yàn)樗麄儑?yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和樸實(shí)的教學(xué)，最終讓我出色完成學(xué)業(yè)。在此特別感謝我們組的指導(dǎo)老師張俊勇老師，他在我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間做出了很大的努力，爭(zhēng)取讓組里的每一位同學(xué)精益求精的完成論文，提高答辯質(zhì)量，這是論文可以順利完成的最重要的原因。同學(xué)們的關(guān)心和幫助是我的動(dòng)力，在我知識(shí)的缺憾上給予我很大的幫助，使得設(shè)計(jì)從剛開始的迷茫到越來越完善，最終幫助我完整的寫完了畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫作過程中雖然挫折居多，但是在修補(bǔ)的過程中，我不僅學(xué)到了以前自己不足之處的知識(shí)，更加體會(huì)到了一種學(xué)習(xí)所要具有的良好習(xí)慣和良好態(tài)度，一絲不茍和毅力是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，也是將來走向人生道路任何事成功的關(guān)鍵，所以我可以體會(huì)到的是做畢業(yè)設(shè)計(jì)部?jī)H僅是做，更是對(duì)自己人生態(tài)度的一次感悟。 對(duì)于在學(xué)習(xí)和生活中幫助我和鼓勵(lì)我的老師和同學(xué)們，我再次表示衷心的感謝。