第一篇：典型機電一體化系統(tǒng)之機械手

典型機電一體化系統(tǒng)之機械手

機械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。由以下結(jié)構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)——驅(qū)動-傳動機構(gòu)——控制系統(tǒng)——智能系統(tǒng)——遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)，五部分組成。機械手的設(shè)計構(gòu)想是以人的手為基礎(chǔ)，以機械拉來實現(xiàn)人的動作，它的動作由以下四部分來實現(xiàn)：

1、自由度的旋轉(zhuǎn)

2、肩的前后動作

3、肘的上下動作

4、腕(手)的動作

驅(qū)動-傳動機構(gòu)與執(zhí)行機構(gòu)是相輔相成的，在驅(qū)動系統(tǒng)中可以分:機械式、電氣式、液壓式和復(fù)合式，其中液壓操作力最大。控制系統(tǒng)采用西門子PLC控制。運動形式:動力臂有旋轉(zhuǎn)(300°)、前后、上下三自由度運動，均由三個液壓伺服系統(tǒng)控制(其中旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)為開環(huán)控制，其它兩系統(tǒng)均為具有位置及動壓反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。)結(jié)構(gòu)圖如下

工業(yè)機械手性能概要

工作壓力 130 bar 冷卻系統(tǒng)啟動油溫 40℃，安全閥開啟壓力 210 bar油溫最高許用溫度 60℃，最大輸出流量 87 L/min，電機功率 22 KW，電機轉(zhuǎn)速 1450 轉(zhuǎn)/min，負載能力 30~600 Kg，工作頻率 250~300 次/h，最大工作范圍 6~8 m，許用超載 20%<額定負載。

工業(yè)機械手的結(jié)構(gòu)是基于模組塊系統(tǒng)上的，模組塊系統(tǒng)適合于提高移動的速度或特殊類型的工作。在設(shè)計上考慮維修的簡單性。維修的人員需要具備一定的資格，應(yīng)能處理一般的機械設(shè)備的問題或通常液壓件的安裝。

工業(yè)機械手傳輸在末端工具上的力或負載的感覺到操作者的手中(動力反饋)“動力反饋”的意思是在機械手臂末端上的力有一小部分反饋到操作柄。減少比率意味著操作者必須用2公斤的力才能將工具額定的負載舉起。對于動力反饋，操作者有機會感覺在方位、肩部和肘部的軸的負載改變的不同情況(慣性和加速度)。通過提供額外的力，操作者可以優(yōu)先確定使用的力和搬運的路徑，目的是為了獲得一個快慢速。

（1）動力臂的機械構(gòu)造

動力臂由上臂和一個較底臂(下臂)連接組成，它建立一個圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的支撐上。在垂直面的運動是圍繞水平軸(稱之為肩軸)的上臂運動和圍繞第二個水平軸(稱之為肘軸)下臂的旋轉(zhuǎn)運動疊加而獲得的。上臂的運動是通過液壓缸直接控制，下臂的運動是由液壓缸通過一個可以圍繞肩軸旋轉(zhuǎn)并且通過一個傳送橫梁來控制。方位角的運動是通過一個安裝支撐面上的液壓馬達進行控制的，馬達通過與基礎(chǔ)板連接的差動器的側(cè)傘齒輪上的小齒輪來帶動。通過橫梁和和肘部零件的連接保持最終配置部件的位置恒定不便。這樣上臂和下臂的運動各自具有獨立的方向。

（2）控制和伺服系統(tǒng)

操縱臂包含通過三個控制電路操控動力臂所有元件。操縱柄包含所有控制配置裝置上工作頭的功能操控裝置。

（3）旋轉(zhuǎn)元件

通過電磁閥的操作，可以啟動配置部件及末端工具的移動，若電磁閥未啟動，他們應(yīng)處在停止位置，而電磁閥是由操作柄上的電按鈕控制的，這些按鈕的操作應(yīng)按照相應(yīng)的說明書。這些電磁閥裝在動力臂的下臂上。與電磁閥裝在一起的還有溢流閥和節(jié)流閥。節(jié)流閥（流量控制器）可以控制移動速度恒定，溢流閥（壓力閥）則可以消除壓力高峰，并限制機械手過載。

（4）速度控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)用于控制機械手方位角的移動（旋轉(zhuǎn)），在一些應(yīng)用中也用于末端工具的移動。

控制信號是由操縱臂的轉(zhuǎn)動帶動電位計產(chǎn)生，電位計兩端電壓為±15V。電位計輸出的電壓輸入控制電路板轉(zhuǎn)換成相似電流（xmA）輸給電液伺服閥，電液伺服閥控制液壓馬達帶動機械手產(chǎn)生方向角轉(zhuǎn)移，控制電壓的極性決定移動的方向。當(dāng)需要緊急停止時，可以通過電磁換向閥關(guān)閉馬達，當(dāng)出現(xiàn)過載時，由溢流閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力保持油壓不會過高（同時可以通過電磁換向閥關(guān)閉系統(tǒng)），節(jié)流閥并接在馬達的進出油口之間，它可以調(diào)節(jié)馬達的轉(zhuǎn)速。

該系統(tǒng)沒有反饋裝置，是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，所以機械手是否移動到預(yù)期的位置，取決于操作者的觀察和協(xié)調(diào)一致的操作。

（5）位置控制系統(tǒng)

動力臂的運動由閉環(huán)控制系統(tǒng)控制，它的移動總是和操作者擺動操縱臂的位移成比例。

操作臂上的電位計隨該臂的移動給出一個控制電壓，同時動力臂的移動帶動反饋電位計產(chǎn)生一個極性相反與位移成比例的反饋電壓，兩者同時輸入電子控制器進行比較產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)過電子控制器的轉(zhuǎn)換，輸出一相應(yīng)的電流信號給電液伺服閥，從而操控動力臂移動到操控所要求的位置，若偏差信號為“0”，于是動力臂將停止在這個位置。

該系統(tǒng)并裝有壓力傳感器，它將負載信號輸送到電子控制器，起到動壓反饋的作用，它將改善系統(tǒng)的動態(tài)特性（如：穩(wěn)定性等）負載反傳系統(tǒng)（原名：動力反饋系統(tǒng)）

工業(yè)機械手，為了給操作者在操作過程中能有負載變化的感覺，設(shè)置了將機械手傳輸在末端工具上的力或負載成比例地傳到操作者手中的裝置。它使操作者必須使用兩公斤的力才能將工具額定的負載舉起，可以讓操作者有機會感覺在方位、肩部和肘部的軸的負載改變的不同情況（慣性和加速度），通過操作力的改變，操作者可以正確的確定使用的力和搬運的路徑，目的是為了獲得一個快速和最佳的工作周期。

（6）總的操作方法

該機械手采用液壓變量伺服系統(tǒng)和液壓傳動系統(tǒng)進行操控。

高壓油由一臺恒壓軸向柱塞泵輸出，該泵通過一個過濾精度為25μm(微米)的吸濾器從油箱中吸油，通過一個過濾精度為3~5μm的高壓油濾將高壓油輸送到系統(tǒng)中，額定工作壓力為130bar，油壓的額定值由泵的調(diào)節(jié)機構(gòu)保證，故不會超過。

在高壓輸出管路上并聯(lián)，裝有一臺20L的蓄能器，它可以消除系統(tǒng)的壓力波動，在需要大流量時它可以輸出部分流量，當(dāng)系統(tǒng)需要較小時，它可以吸收部分多余的流量，故而可以起到穩(wěn)定系統(tǒng)壓力的作用。在蓄能器與泵之間裝有單向閥以阻止油泵停止工作時高壓油回流到油泵，同時裝有壓力表，可以指示系統(tǒng)壓力值。

如果系統(tǒng)壓力超過80bar時，壓力開關(guān)（開關(guān)2）將控制僅允許動力臂移動，當(dāng)油泵停止工作時，將打開一臺電磁換向閥，將蓄能器的存油放回到油箱。

需要補充說明一點，方位系統(tǒng)中裝有限位開關(guān)SW3和SW4，他們的作用是將方位角的移動控制在300°的范圍內(nèi)。限位開關(guān)裝有機械手的移動部分，由裝在末端部分置于基座上的凸輪開動它們，第一限位開關(guān)（SW3）將方位運動速度降低，第二限位開關(guān)（SW4）將機械手的動作停止。當(dāng)靠近末端位置并且兩個限位開關(guān)都開動時速動仍然非常高時，這就要完全切斷電路和油路，讓動力臂停止在瞬間位置上。

要重新開動機械手時，必須按住位于操作柄上較低位置上的按鈕(7)，它應(yīng)一直被按著，直到動力臂重新達到工作區(qū)。

機械手的控制原理 1.機械手的控制原理

下圖所示為一簡易物品搬運機械手的動作示意圖，該機械手是一個水平|垂直位移的機械設(shè)備，用來將工件由左工作臺搬運到右工作臺，當(dāng)機械手處于原點時，左限開關(guān)位和上限位開關(guān)被壓合，啟動以后，機械手沿—Z方向向A點（工步1），夾緊工件然后回到原位（工步2），在沿X方向移向B點，放下工件（工步3），最后回到原位（工步4）完成一次動作循環(huán)，對上述動作過程，若采用常規(guī)的繼電器控制，則很難識別以下兩種情況下所出現(xiàn)的問題：一是機械手向下移動時，不能識別A點，還是向B點移動；二是在2、3工步，是先回到原點，然后向右，還是直接由A點向右位移到B點。而采用PLC的步進功能來實現(xiàn)對這一動作過程進行控制，不僅能有效的避免上述動作的二義性，而且是整個控制過程準確、直觀。

（動作示意圖）

2運動控制方式

其運動控制方式為：(1)由伺服電機驅(qū)動氣控機械手(有光電傳感器確定起始0點)；(2)由步進電機驅(qū)動絲杠組件使機械手沿X、Y軸移動(有x、y軸限位開關(guān))；(3)基座主要支撐以上2部分；(4)機械手的全部動作由氣缸驅(qū)動，而氣缸則有相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升、下降和左移、右移分別由雙線圈而為電磁閥控制，例如當(dāng)下將電磁閥通電時，機械手下降；當(dāng)下將電磁閥斷電時，機械手下降停止，只有當(dāng)上升電磁閥通電時，機械手才上升；當(dāng)上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。同樣，左移、右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機械手的放松夾緊有一個單線圈二位電磁閥（稱為夾緊電磁閥）控制。當(dāng)該線圈通電時，機械手夾緊，該線圈斷電時，機械手放松。當(dāng)機械手右移到位并準備下降時，為了確保安全，必須在右工作臺上無工作時才允許機械手下降也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬運走，機械手應(yīng)自動停止下降。

其工作過程為：當(dāng)貨物到達時，機械手系統(tǒng)開始動作；步進電機控制開始向下運動，同時另一路步進電機控制橫軸開始向前運動；伺服電機驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)到達正好抓取貨物的方位處，然后充氣，機械手夾住貨物。步進電機驅(qū)動縱軸上升，另一個步進電機驅(qū)動橫軸開始向前走；直流電機轉(zhuǎn)動使機械手整體運動，轉(zhuǎn)到貨物接收處；步進電機再次驅(qū)動縱軸下降，到達指定位置后，氣閥放氣，機械手松開貨物；系統(tǒng)回位準備下一次動作。

（機械手動作過程分解圖）

從原點開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限開關(guān)，下降電磁閥斷電，機械手下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊后上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上升限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥機械手右移。右移到位時碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，機械手右移停止。若此時工作臺上無工件則，則光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，機械手下降停止；同時加緊電磁閥斷電；機械手放松，放松后，上升電磁閥通電，機械手上升上升到頂時，碰到上限為開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止，同時接通左移電磁閥，機械手左移，左移到原點時，碰到左限位開關(guān)，左移停止，一次動作結(jié)束。我們還可以根據(jù)動作分解圖和控制將機械手的操作分為：手動操作、單步操作、單周期操作和連續(xù)操作。手動操作：就是用按鈕操作對機械手的每一種動作單獨進行控制，例如，當(dāng)選擇上下動作時，按下啟動按鈕，機械手上升：按下停止按鈕，機械手下降，當(dāng)選擇左右運動時，按下啟動按鈕，機械手左移；按下停止按鈕時，機械手右移。當(dāng)選擇加緊放松運動時，按下啟動按鈕，機械手夾緊：按下機械手停止按鈕，機械手放松。

單步操作：每按一次啟動按鈕，機械手完成一步動作后自動停止。單周期操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手將自動完成一個周期的動作，然后停止在原起始點位置。

連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下啟動按鈕，機械手的動作將自動的、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。

在工作中若按一下停止按鈕，機械手動作停止，重新啟動時，需用手動操作方式將機械手移回原點，然后按一下啟動按鈕，機械手又重新開始連續(xù)操作。在工作中若按一下復(fù)位按鈕，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點，自動停止。

第二篇：機電一體化系統(tǒng)

機電一體化系統(tǒng)

多選題

CNC控制體統(tǒng)綜合應(yīng)用了（）技術(shù)。正確答案：ABCD CNC控制系統(tǒng)的基本組成包括（）。正確答案：ABCDE FR-A500變頻器常用的外置選件可能有（）。正確答案：ABCDE PLC常用的編程元件有（）。正確答案：ABCDE PLC可以分為（）結(jié)構(gòu)形式。正確答案：ABCDE PLC指令分為（）。正確答案：ABCD 步進電機可以為（）。正確答案：ABCDE 采用PWM技術(shù)的逆變器具具有（）特點。正確答案：ABCD 齒輪傳動的優(yōu)點有（）。正確答案：ABCDE 當(dāng)PLC用于開關(guān)量邏輯程序控制時，其執(zhí)行過程可分為（）。正確答案：ABCDE 電力電子器件有（）特點。正確答案：ABCDE 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟包括（）。正確答案：ABCDE 多選題

工業(yè)上所使用的機電一體化控制系統(tǒng)一般由（）組成。正確答案：ABCD 光電編碼器的信號輸出形式有（）。正確答案：ABCDE 光電編碼器的信號輸出形式有（）。正確答案：ABCDE 光柵內(nèi)部由（）組成，正確答案：ABCDE 滾珠絲杠副的有點有（）。正確答案：ABCDE 恒量PLC性能的主要技術(shù)指標(biāo)有（）。正確答案：ABCD 機電一體化包括（）。正確答案：ABCDE 機電一體化的優(yōu)點有（）。正確答案：ABCD 基本單元加擴展型PLC是機電一體化產(chǎn)品常用的PLC，它由（）組成。正確答案：ABCDE 交流電機具有（）優(yōu)點。正確答案：ABCDE 交流伺服驅(qū)動器常用的DO信號有（）。正確答案：ABCDE 交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)硬件組成包括（）。正確答案：ABCDE 開環(huán)CNC屬于經(jīng)濟性產(chǎn)品，一般無內(nèi)置PLC，I/O信號直接連接到CNC的接口上，通常需要（）基本輸入信號。正確答案：ABCDE

氣動控制系統(tǒng)有一些基本的回路組成，包括（）。正確答案：ABCDE

數(shù)控機床種類繁多，包括（）。正確答案：ABCDE

無論就愛那個一個系統(tǒng)分解為多少子系統(tǒng)，都必須具備（）基本要素，才能稱之為“機電一體化系統(tǒng)”，否則只能是一正確答案：ABCD

下列哪些屬于FX系列PLC計數(shù)器（）。正確答案：ABCDE 現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的4大支柱是（）。正確答案：ABCD 直線滑動導(dǎo)軌的截面形狀常用的有（）。正確答案：ABCD

單選題：

∑Ⅱ操作單元分為（）個區(qū)域。正確答案：B

∑Ⅱ操作單元分為（）種顯示模式。正確答案：D ∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.02，其對應(yīng)報警名稱為（）。正確答案：A

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.03，其對應(yīng)報警名稱為（）正確答案：B

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.04，其對應(yīng)報警名稱為（）正確答案：C

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.05，其對應(yīng)報警名稱為（）。正確答案：D

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.30，其對應(yīng)報警名稱為（）。正確答案：A

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.32，其對應(yīng)報警名稱為（）正確答案：B

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.33，其對應(yīng)報警名稱為（）正確答案：C

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.40，其對應(yīng)報警名稱為（）。正確答案：D

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.b1，其對應(yīng)報警名稱為（）。正確答案：A

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.b2，其對應(yīng)報警名稱為（）正確答案：B

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.bF，其對應(yīng)報警名稱為（）正確答案：C

∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示為A.C1，其對應(yīng)報警名稱為（）。正確答案：D

∑Ⅱ系列驅(qū)動器的DI輸入信號ON電流可能為（）mA。正確答案：A

∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un000，代表（）。正確答案：A ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un001，代表（）。正確答案：B ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un002，代表（）。正確答案：C ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un00A，代表（）。正確答案：A ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un00B，代表（）。正確答案：B ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un00C，代表（）。正確答案：C ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un00D，代表（）。正確答案：D ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un012，代表（）。正確答案：A ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un013，代表（）。正確答案：B ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un014，代表（）。正確答案：C ∑Ⅱ系列驅(qū)動器工作狀態(tài)參考號為Un015，代表（）。正確答案：D ∑Ⅱ系列驅(qū)動器集電極開路輸出響應(yīng)時間可能為（）ms。正確答案：A ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-25/26，其作用是（）。正確答案：A ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-27/28，其作用是（）。正確答案：B ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-29/30，其作用是（）。正確答案：C ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-31/32，其作用是（）。正確答案：D ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-40，其作用是（）。正確答案：A ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-41，其作用是（）。正確答案：B ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-42，其作用是（）。正確答案：C ∑Ⅱ系列驅(qū)動器連接端端子號為CN1-43，其作用是（）。正確答案：D ∑Ⅱ系列伺服電機型號為SGMPH01AAA2S，由型號可知，該電機額定電壓為（）。正確答案：B ∑Ⅱ系列伺服驅(qū)動器控制凡事設(shè)定參數(shù)參數(shù)號為Pn301，其對應(yīng)參數(shù)名稱為（）。正確答案：A ∑Ⅱ系列伺服驅(qū)動器型號為SGDM-01ADAR，由型號可知，該驅(qū)動器輸入電壓等級為（）V。正確答案：B CNC鍵盤簡稱為（）。正確答案：A CNC一次在不同的場合使用具有（）種不同的含義。正確答案：C CNC主軸控制包括（）方面內(nèi)容。正確答案：B

FR-700系列S形加減速分為（）種方式。正確答案：D FR-A700系列變頻的的參數(shù)Pr570=0時，負載類型為（）。正

確答案：A

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為FU，其意義代表（）。

正確答案：A

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為IPF，其意義代表（）。

正確答案：D

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為OL，其意義代表（）。

正確答案：C

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為RES，其意義代表（）。

正確答案：D

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為STF，其意義代表（）。

正確答案：A

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為STOP，其意義代表（）。

正確答案：C

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為STR，其意義代表（）。

正確答案：B

FR-A700系列變頻器的連接端端子號為SU，其意義代表（）。

正確答案：B

FR-A700系列變頻器若想反轉(zhuǎn)禁止PU操作，則需要將Pr78參數(shù)

設(shè)定為（）。D

FS-0iC/0iD的特點有（）。正確答案：D

FX1S基本單元有（）種規(guī)格。正確答案：D FX3U基本單元有（）種規(guī)格。正確答案：C

FX系列PLC的輸入OFF電流可能為（）mA。正確答案：A

FX系列PLC繼電器輸出電阻負載功率可能為（）W/點。正確答案：A FX系列PLC是日本三菱公司在F系列PLC基礎(chǔ)上發(fā)展起來的小型PLC產(chǎn)品，主要由（）種基本型號，D PLC常用的編程語言有（）。正確答案：D PLC的功能有（）。正確答案：D PLC的輸入電源通常有（）種。正確答案：B PLC的梯形圖程序可用等效繼電器控制線路進行描述。等效工作電路圖分為（）部分組成。正確答案：C PWM控制逆變具有（）優(yōu)點。正確答案：D STEPDRIVE C/C+步進驅(qū)動器由（）組成。正確答案：D 安川驅(qū)動器的參數(shù)功能與現(xiàn)實形式分為（）類。正確答案：B 按照功能區(qū)分，機械手可分為（）種。正確答案：D 按照控制信號的傳遞方式不同，液壓伺服系統(tǒng)可分為（）種。正確答案：C 閉環(huán)CNC連接包括（）。正確答案：D 變頻控制線性加速可分為（）種方式。正確答案：B 變頻器操作模式一般分為（）種。正確答案：C 不僅驅(qū)動系統(tǒng)包括（）部分組成。正確答案：B 步進驅(qū)動器的輸入來自位置控制裝置的指令脈沖，輸出連接到電機繞組，這樣的驅(qū)動器應(yīng)具有（）功能。正確答案：D 磁柵由（）組成。正確答案：D 磁柵由（）組成。正確答案：D 從用途上說，機電一體化傳感器可歸納為（）。正確答案：D 從用途上說，機電一體化傳感器可歸納為（）。正確答案：D 當(dāng)觸發(fā)角a=0時，整流輸出電壓為最大值（）U。正確答案：C 德國HEIDENHAIN公司中的LS100光柵產(chǎn)品中的S指的是（）。正確答案：B 德國HEIDENHAIN公司中的LS100光柵產(chǎn)品中的S指的是（）。正確答案：B 等效工作電路圖中的輸入部分由（）部分組成。正確

答案：B

根據(jù)受力情況，滾珠導(dǎo)軌分為（）種。正確答案：B 根據(jù)輸入信號的方式不同，伺服閥分為（）種。正確答案：B 功率MOSFET的優(yōu)點有（）。正確答案：D

鉤刀機械手換刀一次所需的基本動作分為（）步。正確答案：C

光柵常用的輸出信號有（）。正確答案：D 光柵常用的輸出信號有（）。正確答案：D

滾珠絲杠的精度等級分為（）各等級。正確答案：C 機電一體化產(chǎn)品是電子控制與機械裝置的結(jié)合物，在產(chǎn)品設(shè)計時突出體現(xiàn)了（）個方面的思想。正確答案：B

機電一體化機械系統(tǒng)通常包括（）部分組成。正確答案：C

機電一體化控制裝置包括（）。正確答案：D

機電一體化設(shè)備使用的驅(qū)動器可分為（）種。正確答

案：B

機械手一般由（）部分組成。正確答案：D

機械裝置的運動要素包括（）。正確答案：D

機械裝置的運動要素包括（）。正確答案：D

交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點有（）。正確答案：D

較常用的雙螺母消除間隙的方法有（）種。正確答案：C 接近開關(guān)的輸出線一般有（）種。正確答案：C 接近開關(guān)的輸出線一般有（）種。正確答案：C 接近開關(guān)的特點有（）。正確答案：D 接近開關(guān)的特點有（）。正確答案：D

禁區(qū)保護包括（）。正確答案：D

控制系統(tǒng)的安全性包括（）方面。正確答案：B 利用液壓缸傳位實現(xiàn)定位的轉(zhuǎn)塔刀架動作次序分為()部。正確答案：D 內(nèi)置擴展選件與附件包括（）。正確答案：D 逆變電路可以采用（）基本形式。正確答案：D 氣動馬達分類包括（）。正確答案：D 驅(qū)動控制分為（）類。正確答案：B 若變頻器操作錯誤代號為CP代表（）。正確答案：C 若變頻器操作錯誤代號為Er.1代表（）。正確答案：A 若變頻器操作錯誤代號為PS代表（）。正確答案：A 若變頻器今報顯示代號為E.CPU代表（）。正確答案：A 若變頻器今報顯示代號為E.EP代表（）。正確答案：A 若變頻器今報顯示代號為E.LF代表（）。正確答案：A 若變頻器今報顯示代號為E.THT代表（）。正確答案：A 弱變頻器今報顯示代號為E.OC1代表（）。正確答案：A 數(shù)控裝置包括（）。正確答案：D 伺服驅(qū)動器的給定輸入包括（）類。正確答案：B 系統(tǒng)設(shè)定包括（）個階段。正確答案：B 下列哪個∑Ⅱ系列驅(qū)動器報警顯示對應(yīng)報警名稱不是“絕對編碼器初始化、通信錯誤”（）。正確答案：D 顯像管顯示器簡稱為（）。正確答案：B 液晶顯示器簡稱為（）。正確答案：C 已知一三菱FR-700系列變頻器型號為FR-A520-S-40K-CH，此產(chǎn)品的輔助標(biāo)記為（A）。

已知一三菱FR-700系列變頻器型號為FR-A520-S-40K-CH，此產(chǎn)品的輸入電壓等級為（A）。

已知一三菱FR-700系列變頻器型號為FR-A520-S-40K-CH，此產(chǎn)品的系列號為（A）。

已知一三菱FR-700系列變頻器型號為FR-A520-S-40K-CH，此產(chǎn)品控制電機功率為（B）。

已知一三菱FR-700系列變頻器型號為FR-A520-S-40K-CH，此產(chǎn)品性能為（A）。

運動保護功能包括（）。正確答案：D

運動控制包括（）方面內(nèi)容。正確答案：B

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板

上，（）按鈕用于帶鎖旋鈕。正確答案：D在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于換刀。正確答案：A

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于機床或CNC關(guān)閉按鈕。正確答案：B 在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于機床或CNC啟動按鈕。正確答案：A 在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于進給保持。正確答案：D

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于冷卻。正確答案：B

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于潤滑。正確答案：C

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于循環(huán)啟動。正確答案：C

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于主軸點動。正確答案：D

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于主軸反轉(zhuǎn)。正確答案：B在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于主軸停止。正確答案：C

在KND100T的CNC集成操作面板與KND機床操作面板上，（）按鈕用于主軸正轉(zhuǎn)。正確答案：A

在部分CNC上，為了能夠在驅(qū)動器發(fā)生故障時，停止CNC運行，可能需要使用（）互鎖輸入信號。正確答案：D

在進行光柵信號處理時需要注意（）。正確答案：D 在進行光柵信號處理時需要注意（）。正確答案：D

直線滾動導(dǎo)軌副分（）個等級。正確答案：D

指令代碼中AND代表（）。正確答案：B 指令代碼中ANI代表（）。正確答案：C 指令代碼中LD代表（）。正確答案：A 指令代碼中OR代表（）。正確答案：D 指令一般由（）部分組成。正確答案：B 軸安全保護功能包括（）方面。正確答案：B 主軸位置控制包括（）。正確答案：D 自動換刀裝置是數(shù)控機床加工中心的重要執(zhí)行機構(gòu)，它的形式多種多樣，包括（）。D

判斷

∑Ⅱ系列驅(qū)動器的內(nèi)部參數(shù)不可以通操作單元顯示、模擬量輸出等方式進行監(jiān)控。正確答案：B 50MHz以上的頻段的電磁干擾一般可用“零相電抗器”消除。正確答案：B CNC的輪廓控制能力被稱為CNC的軸控制功能。正確答案：B CNC可通過反向奸細補償、螺距誤差補償?shù)裙δ軐C械傳動裝置的間隙、絲杠的螺紋誤差進行自動補償。正確答案：A CNC一詞在廣義上代表一種控制系統(tǒng)的實體。正確答案：B CNC一詞在狹義上代表一種控制技術(shù)。正確答案：B CNC坐標(biāo)軸控制能力被稱為CNC的插補功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有Cs軸控制功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有定向準停功能。

FS-0iC/0iD不具有加工禁區(qū)功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有內(nèi)置PMC功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有前瞻控制功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有傾斜軸控制功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有任意位置定位功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有軟件限位功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有雙電機驅(qū)動功能。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有同步控制功能。正確答案：B FX1N和FX2N系列PLC均可以進行AC100V輸入/上相晶閘管輸出。正確答案：B FX1S和FX3U系列PLC均具有高速計數(shù)、定位模塊。正確答案：B FX系列PLC晶體管輸出最小負載為2mA/DC5V。正確答案：B I/O擴展單元用來增加PLC的I/O點。正確答案：B I/O擴展模塊是PLC的核心。正確答案：B KND100CNC具剛性攻絲功能。正確答案：B KND100CNC具有Cs軸控制功能。正確答案：B KND100CNC具有定向準停功能。正確答案：B KND100CNC具有加工禁區(qū)功能。正確答案：B KND100CNC具有內(nèi)置PMC功能。正確答案：B KND100CNC具有前瞻控制功能。正確答案：B

KND100CNC具有傾斜軸控制功能。正確答案：B KND100CNC具有任意位置定位功能。正確答案：B KND100CNC具有雙電驅(qū)動功能。正確答案：B KND100CNC具有同步進控制功能。正確答案：B

KND100M&KND100T的連接器XS54用于面板輸入連接。正確答案：B

KND100M&KND100T的連接器XS56用于機床輸入連接。正確答案：B

KOYO接近開關(guān)主要分為電感式和電容式。正確答案：A KOYO接近開關(guān)主要分為電感式和電容式。正確答案：A

PLC控制系統(tǒng)有時需要用一個按鈕交替控制執(zhí)行元件通斷，這種控制方法稱為二分頻控制。正確答案：A

PWM調(diào)壓驅(qū)動電源既可以實現(xiàn)高低壓驅(qū)動功能還可以根據(jù)步進電機的運行頻率自動改變供電電壓。正確答案：A

北京KND公司生產(chǎn)的CNC可以直接與步進驅(qū)動器或通用型交流伺服驅(qū)動器連A

操作碼可多可少，甚至沒有。正確答案：B 操作數(shù)是唯

一、且必不可少的。正確答案：B

磁編碼器與磁柵的區(qū)別主要在體積上。正確答案：B 磁編碼器與磁柵的區(qū)別主要在體積上。正確答案：B

磁柵多用于位置顯示，在數(shù)控機床或其他精密加工設(shè)備上作為閉環(huán)位置反饋裝置的情況相對較少。正確答案：A

磁柵多用于位置顯示，在數(shù)控機床或其他精密加工設(shè)備上作為閉環(huán)位置反饋裝置的情況相對較少。正確答案：A

從原理上說，常用的接近開關(guān)有高頻振蕩型與靜電電容型兩類。

正確答案：A

從原理上說，常用的接近開關(guān)有高頻振蕩型與靜電電容型兩類。

正確答案：A

當(dāng)?shù)稁熘械牡谰吲帕休^密時，常用叉刀手。正確答案：A 當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩超過電機輸出轉(zhuǎn)矩時將直接導(dǎo)致“失步”。正確答

案：A 得多SIKO公司生產(chǎn)的IH28M和IH58M磁柵編碼器的最高轉(zhuǎn)速均為6000r/min。正確答案：B 得多SIKO公司生產(chǎn)的IH28M和IH58M磁柵編碼器的最高轉(zhuǎn)速均為6000r/min。正確答案：B 德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的ECN425/ERN430均屬于絕對編碼器。正確答案：B 德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的ECN425/ERN430均屬于絕對編碼器。正確答案：B 德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的ERM2484和ERM2485磁編碼器都只有一種測量輸出。B 德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的ERM2484和ERM2485磁編碼器都只有一種測量輸出。答案：B 德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的ROD430/ROD1080結(jié)構(gòu)均屬于φ10實心軸。正確答案：B 德國HEIDENHAIN公司生產(chǎn)的ROD430/ROD1080結(jié)構(gòu)均屬于φ10實心軸。正確答案：B 德國SIKO公司生產(chǎn)的MN100與MB110磁柵磁性標(biāo)尺類別均為絕對刻度。正確答案：B 德國SIKO公司生產(chǎn)的MN100與MB110磁柵磁性標(biāo)尺類別均為絕對刻度。正確答案：B 電流控制型逆變在換流瞬間將產(chǎn)生瞬間沖擊電壓。正確答案：A 電壓控制型逆變的電機電流波形為近似的正弦波。正確答案：A 電壓控制型逆變器不能用于回饋制動。正確答案：A 電壓控制型逆變只能進行回饋制動。正確答案：B FS-0iC/0iD不具有剛性攻絲功能。正確答案：B

功率二極管的工作原理與普通二極管相同。正確答案：A

固定I/O型PLC在機電一體化產(chǎn)品中用量最大。正確答案：B

光編碼器是一種360°回轉(zhuǎn)的位置測量元件。正確答案：A 光編碼器是一種360°回轉(zhuǎn)的位置測量元件。正確答案：A 光柵屬于位置檢測類。正確答案：A 光柵屬于位置檢測類。正確答案：A

滾珠絲杠螺母副的滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱為內(nèi)循環(huán)。正確答案：A

滾珠絲杠螺母副需要安裝制動裝置以滿足其傳動要求。正確答

案：A

混合式步進電機的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式步進電不同。正確答案：A 混合式步進電機在同樣的定子電流下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩有大于反應(yīng)式步進電機。正確答案：A

霍爾開關(guān)是基于霍爾效應(yīng)的監(jiān)測開關(guān)。正確答案：A 霍爾開關(guān)是基于霍爾效應(yīng)的監(jiān)測開關(guān)。正確答案：A

激光加工類數(shù)控機床稱為加工中心。正確答案：B 繼電器只能用用于驅(qū)動直流負載。正確答案：B

簡單CNC系統(tǒng)內(nèi)置的PLC和CNC分用兩個cpu。B通信處理、輸出刷新為PLC的公共處理部分，它與用戶程序執(zhí)行無直接關(guān)聯(lián)。B

交流逆變需要使用專門的，用弱電控制強電的半導(dǎo)體器件，稱為電力電子器件。正確答案：A

交流伺服電機不適合金屬切削機床的主軸控制等“恒功

率負載”。正確答案：A

接近開關(guān)的動作具有之后特性。正確答案：A 接近開關(guān)的動作具有之后特性。正確答案：A

禁區(qū)保護用于緊急情況的停運與運行禁止。正確答案：B

晶體管輸出即可以用于驅(qū)動交流負載，又可以用于驅(qū)動直流負載。B 絕大多數(shù)變頻器都采用了“交-直-交”逆變。正確答案：A 控制系統(tǒng)包括了傳統(tǒng)意義上的伺服驅(qū)動系統(tǒng)與電氣傳動系統(tǒng)兩方面。正確答案：A

控制系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試是檢查優(yōu)化控制系統(tǒng)硬件軟件，提高系統(tǒng)可靠性的重要步正確答案：A

控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性是設(shè)計成敗的關(guān)鍵。正確答案：A 利用轉(zhuǎn)矩提升、斷電V/f輸出曲線來提升輸出轉(zhuǎn)矩時，頻率為0時的輸出電壓一般不能超A 聯(lián)動軸的數(shù)量是恒量CNC控制系統(tǒng)性能的重要技術(shù)指標(biāo)之一。正確答案：A 能夠控制的主軸數(shù)、Cs軸控制也歸入軸控制的范疇。正確答案：A 逆變功率管不需要并聯(lián)續(xù)流二極管。正確答案：A 氣動方向閥與邏輯援建體積不同，所以功能也不同。正確答B(yǎng) 驅(qū)動器可以通過“增益”參數(shù)來改變輸入輸出特性的斜率。正確答案：A 實際光柵需要利用摩爾條紋進行檢測。正確答案：A 實際光柵需要利用摩爾條紋進行檢測。正確答案：A 實際控制系統(tǒng)大都采用了載波調(diào)制技術(shù)來生成SPWM波。正確答案：A 實際中通常拆用雙電壓驅(qū)動電源。正確答案：A 輸出電路由輸出觸點與執(zhí)行元件組成。正確答案：A 輸出關(guān)閉信號MRS用于關(guān)閉變頻器逆變功率管輸出。正確答A 數(shù)據(jù)是PLC程序最基本的元素。正確答案：B 數(shù)據(jù)輸入與顯示裝置是CNC控制系統(tǒng)中承擔(dān)多維運動軌跡控制的核心部分。B 數(shù)控技術(shù)又稱為計算機數(shù)控。正確答案：A 通過結(jié)構(gòu)的改進與創(chuàng)新、新材料的應(yīng)用等手短來提高精度與剛性、減輕重量、縮小體積是機電一體化產(chǎn)品技術(shù)的主要特點與研究A 通俗的來說，操作碼告訴CPU要用什么去做。正確答案：B

通俗的來說，操作數(shù)告訴CPU要做什么。正確答案：B 通用驅(qū)動器在基本控制方式的基礎(chǔ)上，往往還付加油“伺服鎖定”、“指令脈沖禁止”等特殊控制方式。正A 網(wǎng)絡(luò)與通信功能是PLC的基本功能。正確答案：B

為了保證功率管通斷的有序進行，需要在交流伺服電機轉(zhuǎn)子上安裝用于位置檢測的編碼器或霍爾元件。A

為了對機械運動及加工過程進行數(shù)字化信息控制，必須具備相應(yīng)的硬件和軟件條件，這些硬件的整體稱為CNC控制系統(tǒng)。正確答案：B

系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)不惜一切簡單實用、降低成本。正確答案：B

鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力面大的一側(cè)。正確答案：B 信號處理是檢測技術(shù)的關(guān)鍵。正確答案：B

液壓管道安裝是否準確牢固可靠和整潔，將對液壓系統(tǒng)工作性能有著重要的影響。A

以加工中心和FMC為主要加工設(shè)備，配備物流系統(tǒng)、裝卸機器人及其他設(shè)備，并由中央控制系統(tǒng)進行集中、統(tǒng)一控制和管理的制造系統(tǒng)稱為剛性制造系統(tǒng)。正確答B(yǎng) 運動保護用于防止加工過程中的碰撞與干涉。正確答B(yǎng)在PLC程序中，需要產(chǎn)生恒0與恒1的程序段，以便隨時使用。正確答案：A

在不影響系統(tǒng)剛性的前提下，系統(tǒng)的等效傳動慣量應(yīng)盡可能小。

正確答案：A

在交流電機控制系統(tǒng)中，關(guān)斷不可控器件主要用于逆變主回路。

正確答案：B

在交流電機控制系統(tǒng)中，全控型器件主要用語整流主回路。正確

答案：B

在驅(qū)動器實際使用前，可先單獨接通控制電源主電源，進行點動、回參考點運行試驗。正確答案：A

在設(shè)備調(diào)試完成后么需要進行系統(tǒng)技術(shù)文件的整理與匯編工作。正確答案：A

在實際中，可以使用多個磁頭串聯(lián)的多間隙磁頭，通過信號的疊加來增強輸出信號。A

在實際中，可以使用多個磁頭串聯(lián)的多間隙磁頭，通過信號的疊加來增強輸出信號。A 在伺服系統(tǒng)中，通常才用負載角加速度最大原則選擇總傳動比。正確答案：A 整流電路的交流輸入一般直接來自電網(wǎng)或為電網(wǎng)通過變壓后的輸出，所以其額定頻率一定為50Hz。正確答案：B 整流電路的作用是將直流輸入轉(zhuǎn)換為交流輸入。正確答案：B 只要CNC控制系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量足夠小，擬合線就完全可以等效代替理論曲線。A 只要改變脈沖輸出速度，即可改變坐標(biāo)軸的運動速度。正確答案：A 只要改變坐標(biāo)軸的脈沖分配方式，既可以改變擬合線的形狀，從而達到改變運動軌跡的目的。正確A 執(zhí)行裝置是機電一體化系統(tǒng)的核心。正確答案：B 直流電機、感應(yīng)電機、伺服電機、步進電機則是機電一體化系統(tǒng)常用的測量裝置。答案：B 指令中的操作數(shù)又稱指令代碼。正確答案：B 主接觸器不能用于驅(qū)動器正常工作時的電機啟動停止控制，通段頻率原則上不超過30MIN一次。正確答案：A 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁力的前提是轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在切割磁力線的相對運動。A

第三篇：機電一體化典型實例

8機電一體化系統(tǒng)典型實例

8.1 機器人

8.1.1概述

機器人是能夠自動識別對象或其動作，根據(jù)識別，自動決定應(yīng)采取動作的自動化裝置。

它能模擬人的手、臂的部分動作，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具等。它綜合了精密機械技

術(shù)、微電子技術(shù)、檢測傳感技術(shù)和自動控制技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果，是具有發(fā)展前途的機電

一體化典型產(chǎn)品。機器人技術(shù)的應(yīng)用會越來越廣，將對人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生巨大的影響。

可以說，任何一個國家如不擁有一定數(shù)量和質(zhì)量的機器人，就不具備進行國際競爭所必需的工業(yè)基礎(chǔ)。

機器人的發(fā)展大致經(jīng)過了三個階段。第一代機器人為示教再現(xiàn)型機器人，為了讓機器人

完成某項作業(yè)，首先由操作者將完成該作業(yè)所需的各種知識（如運動軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)

順序、作業(yè)時間等）通過直接或間接的手段，對機器人進行示教，機器人將這些知識記憶下

來，然后根據(jù)再現(xiàn)指令，在一定的精度范圍內(nèi)，忠實地重復(fù)再現(xiàn)各種被示教的動作。第二代

機器人通常是指具有某種智能（如觸覺、力覺、視覺等）的機器人，即由傳感器得到的觸覺、聽覺、視覺等信息經(jīng)計算機處理后，控制機器人完成相應(yīng)的操作。第三代機器人通常是指具

有高級智能的機器人，其特點是具有自學(xué)習(xí)和邏輯判斷能力，可以通過各類傳感器獲取信息，經(jīng)過思考做出決策，以完成更復(fù)雜的操作。

信息處理機

圖8-1機器人三要素 圖8-2生物空間

一般認為機器人具備以下要素：思維系統(tǒng)（相當(dāng)于腦），工作系統(tǒng)（相當(dāng)于手），移動系

統(tǒng)（相當(dāng)于腳），非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、鼻、目）和接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）（圖8-1）。

如果對機器人的能力評價標(biāo)準與對生物能力的評價標(biāo)準一樣，即從智能、機能和物理能三個

方面進行評價，機器人能力與生物能力具有一定的相似性。圖8-2是以智能度、機能度和物

理能度三座標(biāo)表示的“生物空間”，這里，機能度是指變通性或通用性以及空間占有性等；物

理能度包括力、速度、連續(xù)運行能力、均一性、可靠性等；智能度則指感覺、知覺、記憶、運算邏輯、學(xué)習(xí)、鑒定、綜合判斷等。把這些概括起來可以說，機器人是具有生物空間三座

標(biāo)的三元機械。某些工程機械有移動性，占有空間不固定性，因而是二元機械。計算機等信

息處理機，除物理能之外，還有若干智能，因而也屬于二元機械。而一般機械都只有物理能，所以都是一元機械。

8.1.2機器人的組成及基本機能

機器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，檢測傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成，各系統(tǒng)功能如下所述。① 執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)是完成抓取工件（或工具）實現(xiàn)所需運動的機械部件，包括手部、119

腕部、臂部、機身以及行走機構(gòu)。

② 驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機構(gòu)提供動力。隨驅(qū)動目標(biāo)的不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式有液動、氣動、電動和機械式四種。

③ 控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是機器人的指揮中心，它控制機器人按規(guī)定的程序運動?？刂葡到y(tǒng)可記憶各種指令信息（如動作順序，運動軌跡，運動速度及時間等），同時按指令信息向各執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時還可對機器人動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有誤或發(fā)生故障時即發(fā)出警報信號。

④ 檢測傳感系統(tǒng)。它主要檢測機器人執(zhí)行系統(tǒng)的運動位置、狀態(tài)，并隨時將執(zhí)行系統(tǒng)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達到設(shè)定的位置狀態(tài)。

⑤ 人工智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要賦予機器人自動識別、判斷和適應(yīng)性操作。8.1.4BJDP-1型機器人

該機器人是全電動式、五自由度、具有連續(xù)軌跡控制等功能的多關(guān)節(jié)型示教再現(xiàn)機器人，用于高噪聲，高粉塵等惡環(huán)境的噴砂作業(yè)。

該機器人的五個自由度，分別是立柱回轉(zhuǎn)（L）、大臂回轉(zhuǎn)（D）小臂回轉(zhuǎn)（X）、腕部俯仰（W1）和腕部轉(zhuǎn)動（W2），其機構(gòu)原理如圖8-3所示，機構(gòu)的傳動關(guān)系如圖8-4所示。R

2小臂

M2

諧波減速器R圖8-3機器人的結(jié)構(gòu)原理

圖8-4機器人機構(gòu)傳動關(guān)系

8.2視覺傳感式變量噴藥系統(tǒng)簡介

在農(nóng)業(yè)方面，近年來發(fā)達國家（如美國、英國）都投入大量資金進行現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的開發(fā)。

先后開發(fā)出了精確變量播種機、精確變量施肥機以及精確變量噴藥機等。它們都是與機器人極為相似的自動化系統(tǒng)，是高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。

視覺傳感變量噴藥系統(tǒng)，是以較少藥劑而有效控制雜草、提高產(chǎn)量、減少成本的一種自動化藥物噴撒機械。近年來，隨著雜草識別的視覺感知技術(shù)與變量噴藥控制等技術(shù)的成熟，這種視覺傳感式變量噴藥機械也趨于成熟。下面就以這種系統(tǒng)為例，對它的組成及工作原理作一簡要介紹。

（1）系統(tǒng)的組成一般地說，這種機器由圖像信息獲取系統(tǒng)、圖像信息處理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、變量噴撒系統(tǒng)等組成（圖8-5）。各子系統(tǒng)的主要功能如下所述。

① 圖像信息獲取系統(tǒng)。主要由彩色數(shù)碼像機（如PULNIX，TMC-7ZX等）和高速圖像數(shù)據(jù)采集卡（如CX100，IMAGENATION，INC等）組成。采集卡一般置于機載計算機中。

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② 圖像信息處理系統(tǒng)。是一種基于影像信息的提取算法，由計算機高級語言（如C++等）開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠快速準確地提取出影像數(shù)據(jù)中包含的人們所需的信息（如雜草密度，草葉數(shù)量，無作物間距區(qū)域面積等）。

③ 決策支持系統(tǒng)。也是由高級語言開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠基于信息處理系統(tǒng)，把得到的有用信息與人們的決策要求作綜合判斷，最后作出所需的決策。

④ 變量噴撒系統(tǒng)。是基于視覺信息的控制器，由若干可調(diào)節(jié)噴藥流量與霧滴大小的變量噴頭組成。

⑤ 機器行走系統(tǒng)。有發(fā)動機、機身、車輪等組成（圖中省略）。

（2）工作原理

當(dāng)機器在田間行走時，置于機器上離地面具有一定高度的彩色數(shù)碼像機就會掃描一定大小的地面。一般彩色數(shù)碼像機可覆蓋2.44m ? 3.05m范圍分辨率可達到0.005m?0.005m。與此同時，高速圖像數(shù)據(jù)采集卡將彩色數(shù)碼像機獲取的信息存入計算機中。然后，由圖像信息處理系統(tǒng)快速地將地面雜草的密度、草葉數(shù)量、作物密度以及無植被區(qū)域面積等信息提取出來，并由決策支持系統(tǒng)調(diào)用這些信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到所需的行走速度、藥液流量和霧滴大小等的決策。這些決策被傳輸給藥滴大小控制器以及流量控制器，隨之它們就控制管路中的壓力和PWM脈寬調(diào)制變量噴頭。從而實現(xiàn)了精確變量噴藥。這樣一方面減少了藥量、降低了成本，另一方面保護作物、減少對環(huán)境的污染。據(jù)報道，與傳統(tǒng)的噴撒方法比較，變量噴藥系統(tǒng)在雜草高密區(qū)可節(jié)約藥液18 %，在雜草低密區(qū)可節(jié)約藥液17 %。

圖8-5精確變量噴藥系統(tǒng)

8.3數(shù)控機床

數(shù)控機床是由計算機控制的高效率自動化機床。它綜合應(yīng)用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機床控制的發(fā)展方向。隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機床在機械加工中的地位將越來越重要。8.3.1 數(shù)控機床的工作原理和組成(1)數(shù)控機床的工作原理

數(shù)控機床加工零件時，是將被加工零件的工藝過程、工藝參數(shù)等用數(shù)控語言編制成加工程序，這些程序是數(shù)控機床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機

21床主運動的變速、起停，進給運動的方向、速度和位移量，以及其它輔助裝置嚴格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進行工作，從而加工出符合要求的零件。為了提高加工精度，一般還裝有位置檢測反饋回路，這樣就構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，其加工過程原理如圖8-6所示。

（2）數(shù)控機床的組成從工作原理可以看出，數(shù)控機床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服檢測系統(tǒng)和機床本體等四部分組成，其組成框圖如圖8-7所示。

① 控制介質(zhì)。用于記載各種加工信息（如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)等），以控制機床的運動，實現(xiàn)零件的機械加工。常用的控制介質(zhì)有磁帶、磁盤和光盤等。控制介質(zhì)上記載的加工

信息經(jīng)輸入裝置輸送

給數(shù)控裝置。常用的輸入裝置有磁盤驅(qū)動器和光盤驅(qū)動器等，對于用微處理機控制的數(shù)控機床，也用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工程序直接用鍵盤輸入，并在CRT

顯示器顯示。② 數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，它的功能是接受輸入裝置輸送給的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系圖8-7 數(shù)控機床的組成 統(tǒng)軟件或電路進行譯碼、運算和邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令送給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)控制機床的各個運動部件按規(guī)定要求動作。

③ 伺服系統(tǒng)及位置檢測裝置。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電機和伺服驅(qū)動裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。由機床的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進給速度、方向和位移量。每個進給運動的執(zhí)行部件都配有一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)之分，在閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，還需配有位置測量裝置，直接或間接測量執(zhí)行部件的實際位移量，④ 機床本體及機械部件。數(shù)控機床的本體及機械部件包括：主動運動部件、進給運動執(zhí)行部件（如工作臺、刀架）、傳動部件和床身立柱等支承部件，此外還有冷卻，潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置，對于加工中心類的數(shù)控機床，還有存放刀具的刀庫，交換刀具的機械手等部件。

8.4計算機集成制造系統(tǒng)

近年來世界各國都在大力開展計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計算機技術(shù)和機械制造業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機械制造業(yè)的一次技術(shù)革命。

(1)CIMS的結(jié)構(gòu)

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，機械工業(yè)自動化已逐步從過去的大批量生產(chǎn)方式向高效率、低成本的多品種、小批量自動化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。CIMS就是為了實現(xiàn)機械工廠的全盤自動化和無人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點將整個工廠組成一個系統(tǒng)，用計算機對

2產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計直至最終的裝配和檢驗的全過程實現(xiàn)管理和控制。對于CIMS，只需輸入所需產(chǎn)品的有關(guān)市場及設(shè)計的信息和原材料，就可以輸出經(jīng)過檢驗的合格產(chǎn)品。它是一種以計算機為基礎(chǔ)，將企業(yè)全部生產(chǎn)活動的各個環(huán)節(jié)與各種自動化系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來，借以獲得最佳經(jīng)濟效果的生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)。它利用計算機將獨立發(fā)展起來的計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），管理信息系統(tǒng)（MIS）以及決策支持系統(tǒng)（DSS）綜合為一個有機的整體，從而實現(xiàn)產(chǎn)品訂貨、設(shè)計、制造、管理和銷售過程的自動化。它是一種把工程設(shè)計、生產(chǎn)制造、市場分析以及其它支持功能合理地組織起來的計算機集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)上，將制造工廠經(jīng)營活動所需的各種自動化系統(tǒng)有機地集成起來，使其能適應(yīng)市場變化和多品種、小批量生產(chǎn)要求的高效益、高柔性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

由此可見，計算機集成制造系統(tǒng)是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的生產(chǎn)實體，它不僅是現(xiàn)有生產(chǎn)模式的計算機化和自動化，而且是在更高水平上創(chuàng)造的一種新的生產(chǎn)模式。從機械加工自動化及自動化技術(shù)本身的發(fā)展看，智能化和綜合化是未來的主要特征，也是CIMS最主要的技術(shù)特征。智能化體現(xiàn)了自動化深度，即不僅涉及物質(zhì)流控制的傳統(tǒng)體力勞動自動化，還包括了信息流控制的腦力勞動自動化；而綜合化反映了自動化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴展到市場、設(shè)計、制造、檢驗、銷售及用戶服務(wù)等全部過程。

CIMS系統(tǒng)構(gòu)成的原則，是按照在制造工廠形成最終產(chǎn)品所必需的功能劃分系統(tǒng)，如設(shè)計管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設(shè)計信息與管理信息，各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，并且具有相對的獨立性。因此，從大的結(jié)構(gòu)來講，CIMS系統(tǒng)可看成是由經(jīng)營決策管理系統(tǒng)、計算機輔助設(shè)計與制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等組成的（圖8-8）。經(jīng)營決策管理系統(tǒng)完成企業(yè)經(jīng)營管理，如市場分析預(yù)測、風(fēng)險決策、長期發(fā)展規(guī)劃、生產(chǎn)計劃與調(diào)度、企業(yè)內(nèi)部信息流的協(xié)調(diào)

圖8-8 CIMS主要結(jié)構(gòu)框圖

與控制等；計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)完成產(chǎn)品及零部件的設(shè)計、自動編程、機器人程序設(shè)計、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計算機輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設(shè)計、自動編程、機器人程序設(shè)計等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實現(xiàn)信息流和物料流的統(tǒng)一管理，如將CIMS的系統(tǒng)功能細化，可得到如圖8-9所示的框圖。

（2）CIMS的主要技術(shù)關(guān)鍵

CIMS是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它適用于多品種、中小批量的高效益、高柔性的智能化生產(chǎn)與制造。它是由很多子系統(tǒng)組成的，而這些子系統(tǒng)本身又都是具有相當(dāng)規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)。雖然世界上很多發(fā)達國家已投入大量資金和人力研究它，但仍存在不少技術(shù)問題有待進一步探索和解決。歸納起來，大致有以下五個方面。

① CIMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計。這是系統(tǒng)集成的理論基礎(chǔ)及工具。如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組織學(xué)和多級遞階決策理論、離散事件動態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術(shù)與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯控制以及面向目標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計方法等。

3② 支持集成制造系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用支撐軟件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，支持分布式多級生產(chǎn)管理調(diào)度的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)與實時在線遞階控制系統(tǒng)的綜合與集成。

③ 工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)。CIMS系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的互連是通過工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，因此必然要涉及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的互連與通信、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與安全性等問題的研究，甚至進一步還可能需要對支持數(shù)據(jù)、語言、圖像信息傳輸?shù)膶拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進行探討。

④ 自動化制造技術(shù)與設(shè)備。這是實現(xiàn)CIMS的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括自動化制造設(shè)備FMS、自動化物料輸送系統(tǒng)、移動機器人及裝配機器人、自動化倉庫以及在線檢測及質(zhì)量保障等技術(shù)。

⑤ 軟件開發(fā)環(huán)境。良好的軟件開發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)開發(fā)和研究的保證。這里涉及面向用戶的圖形軟件系統(tǒng)、適用于CIMS分析設(shè)計的仿真軟件系統(tǒng)、CAD直接檢查軟件系統(tǒng)以及面向制造控制與規(guī)劃開發(fā)的專家系統(tǒng)。

綜上所述，涉及CIMS的技術(shù)關(guān)鍵很多，制定和開發(fā)計算機集成制造系統(tǒng)是一項重要而艱巨的任務(wù)。而對計算機集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項長遠的戰(zhàn)略決策。一旦取得突破，CIMS技術(shù)必將深刻地影響企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)，使機械制造工業(yè)產(chǎn)生一次巨大飛躍。

圖 8-9CIMS 系統(tǒng)框圖

124

第四篇：機電一體化畢業(yè)論文-PLC機械手控制設(shè)計

畢 業(yè) 設(shè) 計

論文名稱：

PLC機械手控制設(shè)計

系部： 機車車輛學(xué)院

專業(yè)： 機電一體化 班級:

313-1 姓名：

全偉

指導(dǎo)教師：劉偉

二O一六年 一月

目錄

第一章 PLC機械手控制設(shè)計………………………………...…3 1.1 摘要.................…………………………………………….3

1.2 引言 ……………………………………....................………4 第二章

PLC 的概述 …………………………………………4 2.1 PLC的基本知識

…………………………………………..4 2.2 PLC的應(yīng)用與前景

………………………………………..5

第三章

PLC 的編程語言

…………………………………..7 3.1 梯形圖編程語言……………………………………………...7 3.2 功能塊圖編程語言……………………………………………8 第四章

PLC控制機械手的設(shè)計……………………………….9 4.1

機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用………………………………..9 4.2

各電器設(shè)備的制方式及控制要求…………………………..10 4.3

電器元件設(shè)備的選擇 ………………………………………12 4.4

控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計 ………………………………...13 4.5

功能表圖設(shè)計

……………………………………………..26 第五章

設(shè)計小結(jié)

………………………………………………33 參考文獻 ……………………………………………………....…..34 謝辭

…………………………………………………….....35

PLC機械手控制設(shè)計

1.1摘要： 當(dāng)今的自動化技術(shù)發(fā)展迅速，正處于一個快速變革的時代。從半導(dǎo)體到消費類電子產(chǎn)品、再到汽車和航空制造業(yè)、以及輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)領(lǐng)域都面臨著日益激烈的全球競爭壓力當(dāng)今的自動化技術(shù)發(fā)展迅速，正處于一個快速變革的時代。從半導(dǎo)體到消費類電子產(chǎn)品、再到汽車和航空制造業(yè)、以及輕工業(yè)和物流行業(yè)等多種不同的工業(yè)領(lǐng)域都面臨著日益激烈的全球競爭壓力，他們需要進一步降低成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，并能夠迅速完成產(chǎn)品的更新?lián)Q代。采用最新的自動化技術(shù)才是解決這一系列問題的有效手段。

本次論文明確了機械手的功能需求和動作流程通過查找了大量資料，了解完成了布進電機和驅(qū)動器的選型。通過對機械手制作流程的分析，確定采用PLC為核心的控制系統(tǒng)。在對機械手的分析設(shè)計部分梯形圖及控制程序，完成PLC的I/O點分配和硬件接線圖。

關(guān)鍵詞：機械手，步進電機，可編程序控制器

引言

機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個重要組成部分。汽車業(yè)的快速發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無塵的沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、自動化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)過程中的手工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無法滿足該行業(yè)的需要。

機械手的積極作用正日益為人們所認識，其一，它能部分地代替人的勞動并能達到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。

第二章

可編程控制器的概述

2.1可編程控制器的基本知識

PLC的種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同，對PLC的分類，通常根據(jù)其形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類.根據(jù) 1

PLC的結(jié)構(gòu)形式可將PLC分為整體式和模塊式兩類（1）整體式PLC

整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等各件都集中裝在一個機箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式機構(gòu)。

整體PLC由不同PLC點數(shù)的基本單元和擴展單元組成，基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口，與I/O擴展單元相連的擴展口、以及編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電等，沒有CPU，基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展(2)

模塊式PLC

模塊式PLC是將PLC各組成部分分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及其他模塊。模塊式PLC由框架或基板和 各種模塊組成，模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活、可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用這種模塊式結(jié)構(gòu)。

還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU，電源，I/O接口等也是各自獨立的模塊。但它們之間是非電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以應(yīng)地疊裝，這樣不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧。2 按功能分

根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低，中，高檔次

（1）低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷監(jiān)控等基本功能還可以少量模擬量輸入/輸出，算術(shù)運算，數(shù)據(jù)傳送和比較等功能，主要用于邏輯控制，順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。

（2）中檔PLC出具有低檔PLC的功能外，還具有模擬量輸入/輸出，算術(shù)運算，數(shù)據(jù)傳送和比較；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，遠程I/O，子程序，通信聯(lián)網(wǎng)等功能，有些還可增設(shè)中斷控制，PID控制等功能，適應(yīng)于復(fù)雜控制系統(tǒng)。

（3）高檔PLC除具有中檔PLC的功能外，還增加了符號算術(shù)運算，矩陣運算，位邏輯運算，平方根運算及其他特殊功能函數(shù)的運算，制表及表格傳遞功能等。高檔PLC具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。

按I/O點數(shù)分類

根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型，中型和大型三類

（1）.型PLC——I/O點數(shù)<256點，單CPU，8位或16微處理器，用戶存儲器容量4K字以下

CE-I型

美國通用電氣（GE）公司 TI100

美國德洲儀器公司 F、F1、F2

日本三菱電氣公司 C20 C40

日本歐姆龍公司 SF200

德國西門子公司 EX20 EX40

日本東芝公司

SR-20/21

中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司（2）．中型——點數(shù)256-2048點，雙CPU，用戶存儲器容量2-8K S7-300

德國西門子

SR-400

中外合資無錫華光電子工業(yè)有限公司 SU-5 SU-6

德國西門子公司 C-500

日本立石公司 CE-Ш

GE公司

（3）.大型PLC——I/O點數(shù)>2048點，多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量8-16K S7-400

德國西門子公司 GE-IV

GE公司 C-2000

立石公司 K3

三菱公司

2.2 可編程控制器PLC的應(yīng)用與前景

目前，在國內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用冶金，石油，化工，剪彩，機械制造，電力，汽車，輕工，環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格 的不斷提高，器應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，從應(yīng)用類型看大致可歸納為以下幾個方面： 2.2.1 強量邏輯運算

利用PLC最基本的邏輯運算，定時，計收等功能實現(xiàn)邏輯運算，科取代傳統(tǒng)的繼電器控制用于單片機控制，多機群控制，生產(chǎn)自動線控制等。例：機床，注塑機印刷機械，裝配生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯的控制等。這是PLC最基本的應(yīng)用，也是PLC最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2.運動控制

大多數(shù)PLC都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能廣泛用于各種機械設(shè)備。例如：各種機床，裝配機械。機器人等進行運動控制。3.過程控制

大，中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能。有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出，所以PLC可實現(xiàn)模擬量控制而且具有PID控制功能的PLC可構(gòu)成閉環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于鋁爐，反應(yīng)堆，水處理，釀酒及閉環(huán)位置控制和速度控制等方面。4.數(shù)據(jù)處理

現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學(xué)運算數(shù)據(jù)傳遞，轉(zhuǎn)換，排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集，分析和處理，同時的通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其電智能裝置。例如：CNC設(shè)備進行處理。5.通信聯(lián)網(wǎng)

PLC的通信包括PLC與PLC，PLC與計算機，PLC與其它智能設(shè)備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理單元，通信轉(zhuǎn)換單元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，已實現(xiàn)信息的交換和構(gòu)成。集中管理分散控制的多級分布式控制系統(tǒng)。滿足工廠自動化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。2.2.2 國外PLC發(fā)展概況

PLC在問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展。在美、德國等工業(yè)發(fā)達國家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價格則不斷下降。目前，世界上有200多個廠家生產(chǎn)PLC。較多的有美國：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、歐姆龍等；德國：西門子公司；法國：TE施耐德公司。韓國：三星、LG公司等

PLC的發(fā)展前景

（1）產(chǎn)品規(guī)模向大小兩個方向發(fā)展

大：I/O點數(shù)達14336點，32位微處理器，多CPU并行工作，大容量存儲器，掃描速度快高速；

?。赫w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本；（2）PLC在閉環(huán)過程中應(yīng)用日益廣泛；（3 不斷加強通訊功能；（4）新器件和模塊不斷推出

第三章 可編程控制器的編程語言

3.1可編程控制器的幾種編程語言

可編程控制器的編程語言按IEC61131-3國際標(biāo)準來分主要包括圖形化編程語言和文本化編程語言。圖形化編程語言包括:梯形圖(LD-Ladder Diagram)、功能塊圖(FBD-Function Block Diagram)、順序功能圖(SFC-Sequential Function Chart)。文本化編程語言包括:指令表(IL-Instruction List)和結(jié)構(gòu)化文本(ST-Structured Text)。這些語言是基于WINDOWS操作系統(tǒng)的編程語言.而SFC編程語言則在兩類編程語言中均可使用。下面分別來介紹這幾種編程度語言。

3.1.1梯形圖編程語言(LD-Ladder Diagram)

梯形圖來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，是PLC編程中被最廣泛使用的一種圖形化語言，由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解,因此許多編程人員和維護人員都選擇了這一編程方式。而且其圖形結(jié)構(gòu)類似于登高用的梯子，故名梯形圖。梯形圖程序的左右兩側(cè)有兩垂直的電力軌線，左側(cè)的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級通過各個觸點、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點是右 側(cè)的電力軌線。每一個觸點代表了一個布爾變量的狀態(tài)，每一個線圈代表了一個實際設(shè)備的狀態(tài)，一個簡單的梯形圖程序如圖1所示:

圖3.1

梯形圖程序示例

梯形圖的每個梯級表示一個因果關(guān)系,事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面,事件發(fā)生的結(jié)果表示在梯級的右面。

梯形圖編程語言具有如下特點:(1)與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性;(2)與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學(xué)習(xí);(3)對于復(fù)雜控制系統(tǒng)描述,仍不夠清晰;(4)可讀性仍不夠好。

幾乎所有PLC廠商提供的PLC都支持梯形圖編程語言,而且都比較容易理解，只是在梯形圖結(jié)構(gòu)上可能稍有變化。比如西門子的S7系列梯形圖就沒有右邊的電力軌線。有時在有此參考書中右邊的電力軌線也常常被省略。

3.1.2 功能塊圖編程語言(FBD-Function Block Diagram)

功能塊圖編程語言采用功能模塊表示所具有的功能，不同的功能模塊具有不同的功能。功能模塊用矩形來表示，每一個功能模塊的左側(cè)有不少于一個的輸入端，右側(cè)有不少于一個的輸出端。功能模塊的類型名稱通常寫在塊內(nèi)，其輸入輸出名稱寫在塊內(nèi)的輸入輸出點對應(yīng)的地方。

功能模塊基本上分為兩類:基本功能模塊和特殊功能模塊?；竟δ苣K如AND，OR XOR等等.特殊功能模塊如ON延時，脈沖輸出，計數(shù)器等等。功能塊編程語言具有以下特點:(1)以功能模塊為單位,從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變的容易;(2)功能模塊用圖形化的方式描述功能，較直觀易掌握，方便組態(tài)，易操作。是有發(fā)展前途的一種編程語言;(3)對較復(fù)雜系統(tǒng)，由于控制功能關(guān)系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調(diào)試時 間;(4)因為每一個功能模塊要占用一定程序存儲空間，對功能塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行時間，因此，這種語言在大中型可編程控制器和分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較廣泛。

第四章 PLC控制機械手的系統(tǒng)設(shè)計

4.1各電器設(shè)備的控制方式及控制要求 機械手的技能和特性

根據(jù)古典力學(xué)觀點，物體在三維空間的靜止位置是由三個坐標(biāo)和繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來決定的。因此，抓握物體的位置和方向（即關(guān)節(jié)間的角度）能從理論上求得。據(jù)資料介紹，如果采用的機械手，其機能要接近人的上肢，則需要具有27個自由度，而每一個自由度至少要有一根“人造肌肉”。這樣就需要安裝27根重量輕、小型和高輸出力的“人造肌肉”。就目前的技術(shù)狀況而言，上述功能還很難辦到。而且把機械手的功能搞得那么復(fù)雜，動作彼此嚴重重疊也是完全不必要的。退一步，如果機械手要求具有完全通用的程度，那么它的整機、本體、手臂和手指都得有三個直線運動和三個旋轉(zhuǎn)運動，總共就要有24個自由度。這在實際上也是不必要的，這樣會使機械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費用增多。因此，不應(yīng)盲目模仿人手的動作，增加過渡的自由度，而應(yīng)根據(jù)實際需要的動作，設(shè)計出最少的自由度就能完成作業(yè)所要求的動作。所以一般專用的機械手（不包括握緊動作）通常具有二到三個自由度。而通用機械手一般取四到五個自由度。本設(shè)計中設(shè)計的機械手，它共有五個自由度。即：手臂伸縮、手臂上下擺動、手臂左右擺動、手腕回轉(zhuǎn)、手指抓握。.軀干和傳動系統(tǒng)

機械手的傳動分為液壓、氣壓、電氣和機械四種，本設(shè)計采用綜合傳動方式，即手臂采用電氣傳動，而手爪則采用氣壓傳動。

(1)、夾緊機構(gòu)

機械手手爪使用來抓取工件的部件。手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準確和可靠的要求。設(shè)計制造夾緊機構(gòu)——手爪時，首先要從機械手的坐標(biāo)形式、運行速度和加速度的情況來考慮。其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來計算。同時考慮有足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸變化，為擴大機械手的應(yīng)用范圍，還需備有多種抓取機構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力應(yīng)限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯墊或自動定心結(jié)構(gòu)。為防止突然停電被抓物體落下，還可以有自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、動作靈活和動作可靠。

夾緊機構(gòu)形式多樣，有機械式、吸盤式和電磁式等。有的夾緊機構(gòu)還帶有傳感裝置和攜帶工具進行操作的裝置。本設(shè)計采用機械式的夾緊機構(gòu)。

機械式夾緊機構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運動的方式和模仿人手的動作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進型；按夾持方式可分為內(nèi)撐式、外撐式和自鎖式；按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按動力來源可分為彈簧式、氣動式、液壓式等。本設(shè)計采用二指式氣動手爪。由可編程控制器控制電磁閥動作，從而控制手爪的張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個直流電動機完成，同時通過兩個限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限位，一般可設(shè)置在180度。(2)軀干

軀干由底盤和手臂兩大部分組成。

底盤是支撐機械手全部重量并能帶動手臂旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。底盤采用一個直流電動機驅(qū)動，底盤旋轉(zhuǎn)時帶動一個旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，機械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個脈沖，由傳感器檢測并送入可編程控制器，從而計算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時，在底盤上裝有限位磁頭，最大旋轉(zhuǎn)角度可達270度。

手臂是機械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運動的機構(gòu)。本設(shè)計中手臂由橫軸和豎軸組成，可完成伸縮、升降的運動。手臂采用步進電動機帶動絲杠、螺母來實現(xiàn)伸縮和升降運動。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號，經(jīng)步進電動機驅(qū)動器驅(qū)動步進電動機旋轉(zhuǎn)，帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，完成手臂的運動。改變發(fā)出脈沖的個數(shù)，可控制手臂的兩個軸運動的距離。同時在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳 動的特點是易于自鎖，位置精度較高，傳動效率較高。

4.2電器元件、設(shè)備的選擇

PLC機型的選擇

根據(jù)被控對象對PLC控制系統(tǒng)的功能要求，可進行PLC型號的選定。

進行PLC選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修、備件的通用性。對開關(guān)量控制的系統(tǒng)，當(dāng)控制速度要求不高時，一般的PLC都可以滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的自動控制等。當(dāng)控制速度要求較高、輸出有高速脈沖信號等情況時，要考慮輸入/輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。對帶有部分模擬量控制的ｗ裝置等。2 輸入/輸出的點數(shù)：

I/O點數(shù)可以衡量PLC規(guī)模的大小。準確統(tǒng)計被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)并考慮今后系統(tǒng)的調(diào)整和擴充，在實際統(tǒng)計I/O點數(shù)基礎(chǔ)上，一般應(yīng)加上10%-20%的備用點數(shù)。多數(shù)小型PLC為整體式，具有體積小、價格便宜等優(yōu)點，適于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC采用主機模塊與輸入模塊、功能模式塊組合使用的方法，比整體式方便靈活，維修更換模塊、判斷與處理故障快速方便，適用于工藝變化較多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。

此外，還應(yīng)考慮用戶儲存器的容量、PLC的處理速度是否能滿足實時控制的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。

本設(shè)備控制的對象是一個開關(guān)量控制的系統(tǒng)，同時利用脈沖控制步進店動機的運轉(zhuǎn)，故應(yīng)采用晶體管形式的輸出。松下FPO系列小型PLC具有性價比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點，能滿足本對象各項控制性能要求，因此，本系統(tǒng)采用松下FPO系列的FPO——C16T作為基本模塊，能輸出兩路脈沖信號進行步進電動機的控制。由于輸入輸出點不夠，擴展一個FPO——E16RS模塊。3

電源模塊的選擇：

采用Dm150系列開關(guān)電源。其特點是輸出功率大，體積小，重量輕，可靠性高，適應(yīng)寬范圍的輸入電壓波動，具有完備的過電壓、過電流保護功能。主要參數(shù)：

輸入交流電壓：110~220V/50Hz、60Hz 輸出直流電壓：24V/6.5A 最大功率：156W 工作環(huán)境：-10~40度 4.步進電動機的選擇：

采用二相八拍混合式步進電動機，主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等特點。型號：42BYGH101。

快接線插頭中的紅色表示A相，藍色表示B相。

使用時如果發(fā)現(xiàn)步進電動機轉(zhuǎn)向不對時可以將A相或B相兩根線對調(diào)。（1）.步進電動機驅(qū)動模塊

采用中美合資SH系列步進電動機驅(qū)動器，主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出分等。如下圖所示。

驅(qū)動模塊

電源輸入部分由電源模塊提供，用兩根導(dǎo)線連接，注意極性。

信號輸入部分：信號源由FPO主機提供。由于FPO提供的電平為24V，而輸入部分的電平為5V，中間加了保護電路。

輸出部分：與步進電動機連接，注意相序。（2.）傳感器

采用接近開關(guān)作為手爪旋轉(zhuǎn)和底盤旋轉(zhuǎn)限位檢測用;采用微動開關(guān)作為橫軸、縱軸限位檢測用。

接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（紅、藍、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色為輸出信號，當(dāng)與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。微動開關(guān)：當(dāng)擋塊碰到微動開關(guān)動作（常開點閉合）。

（3）FPO模塊

由松下FPO系列PLC晶體管輸出的主機，具有高速運算能力、PID調(diào)節(jié)功能，同時可以輸出兩路脈沖控制兩臺電動機的優(yōu)點。輸出兩路脈沖梯形圖及f/t。

（4）直流電動機

采用36ZY5-12型直流電動機。輸入電壓為12~24V,由FPO模塊控制電動機正反轉(zhuǎn)。（5）旋轉(zhuǎn)碼盤

機械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個脈沖。

4.3 控制流程圖

機械手工作流程圖如下圖所示。把可編程序控制器主機上的RUN-PROG的開關(guān)撥在RUN上，如果機械手不在初始位置上，步進電動機開始運轉(zhuǎn)（橫軸向手爪那邊移動，豎軸向上移動）。歸位后首先橫軸步進電動機工作，橫軸前伸；前伸到位后，手抓電動機得電帶動手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測到限位磁頭時，電動機停止，PLC控制電磁閥動作，手張開；延時一段時間，豎軸步進電動機工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪加緊；延時過后，豎軸上升，同時橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎軸下降，電磁閥動作，手張開；延時后豎軸上升復(fù)位；然后開始下一周期動作。

圖4.1機械手控制流程圖

4.4控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計 1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

PLC硬件設(shè)計是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計。在硬件設(shè)計重要進行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計量保護裝置的輸入信號等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺、柜的設(shè)計等。硬件設(shè)計還包括PLC輸入/輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計和閱讀，常作出I/O通道分配表，表中包括有I/O編號、設(shè)備代號、名稱及功能等。機械手控制系統(tǒng)電器原理圖。

可編程序控制器采用松下FP系列的FPO——C16T作為基本模塊，由于輸入輸出點 不夠，擴展一個FPO——E16RS模塊。由于接近開關(guān)有三根線，接線時注意把紅色的線接電源的正極，黑色線接電源的負極，藍色的線接PLC的輸入端子。2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要是指編寫工藝流程圖，即將整個流程分解為若干步，確定每步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時、計數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能指令便可完成梯形圖的設(shè)計。I/O地址分配 I/O地址分配如表所示 I/O地址分配一覽表

輸入： X0 X1 X2 X3 X4 X20 X21 X22 X23 橫軸正限位 豎軸正限位 橫軸反限位 豎軸反限位 旋轉(zhuǎn)脈沖 手正轉(zhuǎn)限位 手反轉(zhuǎn)限位 底座正限位 底座反限位

輸出： Y0 Y1 Y2 Y3 Y20 Y21 Y22 Y23 Y24

橫軸脈沖 豎軸脈沖 橫軸方向 豎軸方向 手正轉(zhuǎn) 手反轉(zhuǎn) 底座正轉(zhuǎn) 底座反轉(zhuǎn) 電磁閥動作

(1).確定輸入輸出接點的總數(shù)

輸入接點：啟動按鈕SB、行程開關(guān)SQ1——SQ4、光電開關(guān)SQ5，一共6個。輸出接點：YV1——YV2總共5個。(2).估算PC內(nèi)存總數(shù)

選取PC類型，PC內(nèi)存總數(shù)取決于程序指令總條數(shù)。PC內(nèi)存總數(shù)又是選取PC類型的重要依據(jù)，為此依據(jù)下面的經(jīng)驗公式對指令總條數(shù)進行估算。指令總條數(shù)=（10——20）*（輸入點數(shù)+輸出點數(shù)）

本例中指令總條數(shù)為（10——20）*（6+5）=110——220條。(3).輸入輸出點分配

如下圖是機械手輸入和輸出信號與PC輸入輸出端子的分配圖，其中根據(jù)需要增加了機械手回到原位時的指示燈，為了防止誤按啟動按鈕引起機械手的誤動作，增加了復(fù)位按鈕，啟動時需要先按復(fù)位按鈕在按啟動按鈕，否則機械手不會動作。

圖4.2機械手PC輸入/輸出端子的分配

(4).方案選擇

考慮到機械手在工作時間時可能發(fā)生誤動作行程開關(guān)而引起的不安全動作，各個輸入開關(guān)信號只能在規(guī)定的狀態(tài)發(fā)生作用，例如，SQ1的閉合信號只能當(dāng)機械手位于原位而且按下SB2后或從原位右移到右位后才能起作用，其他狀態(tài)時SQ1不起作用。為了達到這一目的，選擇使用移位寄存器來完成順序控制。3 梯形圖設(shè)計

機械手的控制屬順序控制，采用步進指令，根據(jù)說明機器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，很容易進行程序設(shè)計。

（1）根據(jù)機械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設(shè)計

單步操作”方式時，應(yīng)執(zhí)行“單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時，應(yīng)執(zhí)行“返回原位”程序;“自動”方式時，應(yīng)執(zhí)行“自動”程序，故梯形圖的總體構(gòu)成如下圖所示。其中，自動程序要在啟動按鈕按下時才執(zhí)行。

圖4.3機械手PLC控制梯形圖總體構(gòu)成

（2）各部分梯形圖的設(shè)計

通用部分梯形圖設(shè)計

A狀態(tài)器的初始化：初始狀態(tài)器S600在手動方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)處于“返回復(fù)位”（X501接通）時，按下返回復(fù)位按鈕（X505）時被置位;在“單步操作”（X500接通）時，S600復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動作復(fù)位操作，即在方式選擇開關(guān)位于“單步操作”或 “返回復(fù)位”時，中間狀態(tài)器同步復(fù)位，故初始狀態(tài)梯形圖如下圖示（如果狀態(tài)器要在供電時從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要M71）

狀態(tài)器初始化梯形圖。

B狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動：若機械手工作在自動工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器S600被置位后，按下啟動按鈕，輔助繼電器M575工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時，轉(zhuǎn)換啟動繼電器M575一直保持到停機按鈕按下為止。另一方面，采用M100檢查機器是否處于原位。當(dāng)M575和M100都接通時，從初始狀態(tài)開始進行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如下圖。

圖4.4狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動梯形圖

C狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器M574，并用步進指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時，狀態(tài)器的自動轉(zhuǎn)換就被禁止。

在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時，M574應(yīng)被激勵并保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下啟動按鈕時，從現(xiàn)行工序重新開始工作，M574應(yīng)復(fù)位，即重新允許轉(zhuǎn)換。

在“步進”工作方式時，M574應(yīng)始終工作，此時，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動按鈕時，M574斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。

在“手動”工作方式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除，M574復(fù)位。

PLC在啟動時，用初始化脈沖M71使M574自保持，以次禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下啟動按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如下。

圖4.5狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖

通過對上圖的分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時，M575一直不能被接通，而M574長期被接通（按下啟動按鈕時除外）；執(zhí)行“步進”程序時，每按一次啟動按鈕，M574斷開一次，M575接通一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕，M574斷開，M575接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時，M574自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動按鈕時從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時，M575一直接通到按下停止按鈕，此時M574一直不能接通。

D單步操作梯形圖

手動操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方法來設(shè)計梯形圖?！皢尾讲僮鳌睍r，按下夾持按鈕時，夾持輸出Y431自保持，只有按下松開按鈕時，Y431才會復(fù)位；按下上升按鈕，上升輸出Y432保持接通；按下下降按鈕，Y430保持接通；在上限位按下左行按鈕，左行輸出Y434保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出Y433保持接通。單步操作是梯形圖如下圖。

圖4.6機械手單步操作梯形圖

E返回原位梯形圖

在“返回原位”狀態(tài)下，“夾持”與“下降”動作應(yīng)被停止，上限位未動作時應(yīng)進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如下圖。

圖4.7機械手返回原位梯形圖

F “自動”狀態(tài)梯形圖

如下圖表示了機械手自動工作時執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥Y430接通。自下限位置時，X401接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥Y431置位，同時驅(qū)動T450。T450接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初始條件到下一個初始條件的一系列操作。在夾持輸出Y431置位后，保持夾持，直到夾持輸出復(fù)位松開。如上述一步步按順序驅(qū)動各個負載動作，稱為順序控制或過程步進型控制。這種控制過程用繼電器符號程序很難實現(xiàn)程序設(shè)計。

圖4.8機械手自動工作流程圖

用狀態(tài)器替代自動工作流程圖中的各工步，可得到如下圖所示的功能表圖。初始狀態(tài)在圖中用雙線框表示。

圖4.9機械手自動工作功能表圖

根據(jù)上圖所示的功能表圖，可設(shè)計出自動操作時的梯形圖，如下圖所示。

圖4.10機械手自動工作梯形圖 繪制機械手PLC將控制梯形圖

將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體構(gòu)成圖的形式作何在一起，得到機械手PLC控制的梯形圖，如下圖所示。

圖4.11機械手PLC控制梯形圖 該機械手在自動工作狀態(tài)時，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān)放在“返回原位”，并按下返回原位按鈕，對狀態(tài)器進行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放至自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則應(yīng)將工作方式選擇開關(guān)放至“單步操作”位置。

4.5 功能表圖設(shè)計

步的劃分

分析被控對象的工作過程及控制要求，將系列的工作過程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。步是根據(jù)PLC輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進入新的步。如下圖所示，某液壓動力滑臺的整個工作過程可劃分為四步，即：0步A、B、C均不輸出；1步A、B輸出；2步B、C輸出；3步C輸出。在每一步內(nèi)PLC各輸出量狀態(tài)均保持不變。

步也可根據(jù)被控對象工作狀態(tài)的變化來劃分，但被控對象的狀態(tài)變化應(yīng)該是由PLC輸出狀態(tài)變化引起的。如下圖所示，初始狀態(tài)是停在原位不動，當(dāng)?shù)玫狡饎有盘柡箝_始快進，快進到加工位置轉(zhuǎn)為工進，到達終點加工結(jié)束又轉(zhuǎn)為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態(tài)。因此，液壓滑臺的整個工作過程可以劃分為停止（原位）、快進、工進、快退四步。但這些狀態(tài)的改變都必須是由PLC輸出量的變化引起的，否則就不能這樣劃分。例如：若從快進轉(zhuǎn)為工進與PLC輸出無關(guān)，那么快進、工進只能算一步。

總之，步的劃分應(yīng)以PLC輸出量狀態(tài)的變化來劃分，因為我們是為了設(shè)計PLC控制的程序，所以PLC輸出狀態(tài)沒有變化時，就不存在程序的變化。2.轉(zhuǎn)換條件的確定

確定各相鄰步之間的轉(zhuǎn)換條件是順序控制設(shè)計法的重要步驟之一。轉(zhuǎn)換條件是使系統(tǒng)從當(dāng)前步進入下一步的條件。常見的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開關(guān)、定時器和計數(shù)器觸點的動作（通/斷）等。

如上圖“步的劃分方法二”所示，滑臺由停止（原位）轉(zhuǎn)為快進，其轉(zhuǎn)換條件是按下起動按鈕SB1（即SB1的動合觸點接通）；由快進轉(zhuǎn)為工進的轉(zhuǎn)換條件是行程開關(guān)SQ2動作；由工進轉(zhuǎn)為快進的轉(zhuǎn)換條件是終點行程開關(guān)SQ3動作；由快退轉(zhuǎn)為停止（原位）的轉(zhuǎn)換條件是原位行程開關(guān)SQ1動作。轉(zhuǎn)換條件也可以是若干個信號的邏輯（與、或、非）組合。如：A1*A2、B1+B2。3.功能表圖的繪制

根據(jù)以上分析畫出描述系統(tǒng)工作過程的功能表圖，是順序控制設(shè)計中最為關(guān)鍵的一個步驟。繪制功能表圖的具體方法將在下面介紹。4.梯形圖的編制

根據(jù)功能表圖，采用某種編程方式設(shè)計出梯形圖程序。有關(guān)編程方式建在下一節(jié)中介紹。功能表圖的繪制方法 A

功能表圖概述

功能表圖又稱流程圖。它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特征的一種徒刑。功能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，是一種通用的技術(shù)語言，因此，功能表圖也可用于不同專業(yè)的人員進行技術(shù)交流。

功能表圖是設(shè)計順序控制程序的有力工具。在順序控制設(shè)計法中，功能表圖的繪制是最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。它直接決定用戶設(shè)計的PLC程序的質(zhì)量。

各個PLC廠家都開發(fā)了相應(yīng)的功能表圖，各國也動制定了功能表圖的國家標(biāo)準。我國于1986年也頒布了功能圖的國家標(biāo)準（GB6988.6——86）。B

功能表圖的組成要素

如下圖所是為功能表圖的一般形式。它主要是由步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、有向連線和動作等要素組成。

C

步與動作

前面已介紹過，用順序控制設(shè)計法設(shè)計PLC程序時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)輸出狀態(tài)的變化，將系統(tǒng)的工作過程劃分成若干個狀態(tài)不變的階段，這些階段稱為“步”。步在功能表圖中用矩形框表示。如，框內(nèi)的數(shù)字是該步的編號。如下圖所示各步的編號為n-

1、。當(dāng)系統(tǒng)正工作于某一步時，該步處于活動狀態(tài)，每個功能表圖至少應(yīng)n、n+1。編程時一般用PLC內(nèi)部軟繼電器來代表各步，因此經(jīng)常直接用相應(yīng)的內(nèi)部軟繼電器編號作為步的編號，如該有一個初始步。

所謂“動作”是指某步活動時，PLC向被控系統(tǒng)發(fā)出的命令，或被控系統(tǒng)應(yīng)該執(zhí)行的動作。動作用矩形框中的文字或符號表示，該矩形框應(yīng)與相應(yīng)步的矩形框相連接。如果某一步有幾個動作，可用下圖中的兩種畫法來表示，但并不隱含這些動作間的任何順序。

稱為“活動步”。在功能表圖中初始步用雙線框表示，如

當(dāng)步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行。但應(yīng)注意表明動作是保持型還是非保持型的。保持型的動作是指該步活動時執(zhí)行該動作，該步變?yōu)椴换顒雍罄^續(xù)執(zhí)行該動作；非保持型動作是指該步活動時執(zhí)行，該步變?yōu)椴换顒訒r動作也停止執(zhí)行。一般保持型的動作在功能表圖中應(yīng)該用文字或助記符標(biāo)注，而非保持型動作不要標(biāo)注。D

有向連線、轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換條件 如上圖“功能表圖的一般形式”所示，步與步之間用有向連線連接，并且用轉(zhuǎn)換將步分隔開。步的活動狀態(tài)進展是按有向連線規(guī)定的路線進行。有向連線上無箭頭標(biāo)注時，其進展方向是從上倒下、從左到右。如果不是上述方向，應(yīng)在有向連線上用箭頭注明方向。步的活動狀態(tài)進展是由轉(zhuǎn)換來完成的。轉(zhuǎn)換是用與有向連線垂直的短劃線來表示。步與步之間不允許直接相連，必須有轉(zhuǎn)換隔開，而轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換之間也同樣不能直接相連，必須由步隔開。轉(zhuǎn)換條件是與轉(zhuǎn)換相關(guān)的邏輯命題。轉(zhuǎn)換條件可以用文字語言、布爾代數(shù)表達式或圖形符號標(biāo)注表示轉(zhuǎn)換的短劃線旁邊。

轉(zhuǎn)換條件和，分別表示當(dāng)二進制邏輯信號為“1”和“0”狀態(tài)時條件成立；轉(zhuǎn)換條件和1.分別表示的是，當(dāng)從“0”（斷開）到“1”（接通）和從“1”到“0”狀態(tài)條件成立。

功能表圖中轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)

步與步之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)換應(yīng)同時具備兩個條件：①前幾步必須是“活動步”；②對應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件成立。

當(dāng)同時具備以上兩個條件時，才能實現(xiàn)步的轉(zhuǎn)換，即所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒?，而所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的前幾步都變?yōu)椴换顒印?.功能表圖的基本結(jié)構(gòu)

根據(jù)步與步之間轉(zhuǎn)換的不同情況，功能表圖有以下幾種不同的基本結(jié)構(gòu)形式。（1）單序列結(jié)構(gòu)

功能表圖的單序列結(jié)構(gòu)形式最為簡單，它由一系列按順序排列、相繼激活的步組成。，每一步的后面只有一個轉(zhuǎn)換，每一個轉(zhuǎn)換后面只有一步。（2）選擇序列結(jié)構(gòu)

選擇序列有開始和結(jié)束之分。選擇序列的開始稱為分支，選擇序列的結(jié)束稱為合并；選擇序列的分支是指一個前級步后面緊接著有若干個后續(xù)步可供選擇，各分支都有各自的轉(zhuǎn)換條件。分支中表示轉(zhuǎn)換的短劃線只能標(biāo)在水平線之下。

如下圖所示為選擇序列的分支。假設(shè)步4為活動步，如果轉(zhuǎn)換條件a成立，則步4向步5實現(xiàn)轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件b成立，則步4向步7轉(zhuǎn)換；如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則步4向步9轉(zhuǎn)換。分支中一般同時只允許選擇其中一個序列。

選擇序列的合并是指幾個選擇分支合并到一個公共上。各分支也都有各自的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件只能標(biāo)在水平線之上。

如下圖所示為選擇序列的合并。如果步6為活動步，轉(zhuǎn)換條件d成立，則由步6向步11轉(zhuǎn)換；如果步8為活動步，且轉(zhuǎn)換條件c成立，則步8向步11轉(zhuǎn)換；如果步10為活動步，轉(zhuǎn)換條件f成立，則步10向步11轉(zhuǎn)換。

（3）并列序列結(jié)構(gòu)

并列序列也有開始與結(jié)束之分。并列序列的開始也稱為分支，并列序列的結(jié)束也稱為合并。下圖（a）所示為并列序列的分支，它是指當(dāng)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)后將同時使多個續(xù)步激活。為了強調(diào)轉(zhuǎn)換的同步實現(xiàn)，水平連線用雙線表示。如果步3為活動步，且轉(zhuǎn)換條件c也成立，則4、6、8三步同時變成活動步，而步3變?yōu)椴换顒?。?yīng)當(dāng)注意，當(dāng)步4、6、8被同時激活后，每一序列接下來的轉(zhuǎn)換將是獨立的。下圖（b）所示為并列序列的合并，當(dāng)直接在雙線上的所有前級步5、7、9都為活動步時，轉(zhuǎn)換條件d成立，才能使轉(zhuǎn)換條件實現(xiàn)，即步10變?yōu)榛顒硬剑?、7、9均變?yōu)椴换顒硬健?/p>

（4）子步結(jié)構(gòu)

在繪制復(fù)雜控制系統(tǒng)功能表圖時，為了使總體設(shè)計時容易抓住系統(tǒng)的主要矛盾，能更簡潔地表示系統(tǒng)的整體功能和全貌，通常采用“子步”的結(jié)構(gòu)形式，可避免一開始就陷入某些細節(jié)中。

所謂子步的結(jié)構(gòu)是指在功能表圖中，某一步包含著一系列子部和轉(zhuǎn)換。如下圖所示的功能表圖采用了子步的結(jié)構(gòu)形式。功能表圖中步5包含了5.1、5.2、5.3、5.4四個子步。

子步結(jié)構(gòu)

這些子步序列通常表示整個系統(tǒng)中的一個完整子總能，類似于計算機編程中的子程 序。因此，設(shè)計時只要先畫出簡單的描述整個系統(tǒng)的總功能表圖，然后再進一步畫出更詳細的子功能表圖。子步中可以包含更詳細的子步。這種采用子步的結(jié)構(gòu)形式，邏輯性強，思路清晰，可以減少設(shè)計錯誤，縮短設(shè)計時間。

功能表圖除以上四種基本結(jié)構(gòu)外，在實際使用中還經(jīng)常碰到一些特殊序列，如跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等。

（5）跳步、重復(fù)和循環(huán)序列

除以上單序列、選擇序列、并行序列和子步四種基本結(jié)構(gòu)外，在實際系統(tǒng)中經(jīng)常使用跳步、重復(fù)和循環(huán)序列等特殊序列。這些序列實際上都是選擇序列的特殊形式。如下圖（a）所示為跳步序列，當(dāng)步3為活動步時，如果轉(zhuǎn)換條件c成立，則跳過步4和步5直接進入步6。

如下圖(b)所示為重復(fù)序列，當(dāng)步6為活動步時，如果轉(zhuǎn)換條件d步成立而條件e成立，則重復(fù)返回步5，重復(fù)執(zhí)行步5和步6。直到轉(zhuǎn)換條件d成立，重復(fù)結(jié)束，轉(zhuǎn)入步7。如下圖（c）所示為循環(huán)序列，在序列結(jié)束后，即步3為活動步時，如果轉(zhuǎn)換條件e成立，則直接返回初始步0，形成系統(tǒng)的循環(huán)。

跳步、重復(fù)和循環(huán)序列

在實際控制系統(tǒng)中，功能表圖中往往不是單一地含有上述某一種系列，而經(jīng)常是上述各種序列結(jié)構(gòu)的組合。

第五章 設(shè)計小結(jié)

畢業(yè)設(shè)計是我們畢業(yè)前夕最后也是最重要的一份作業(yè)，是對我們?nèi)昵髮W(xué)的一個總結(jié)，包含了我們?nèi)曛兴鶎W(xué)知識的積累，更是提升我們能力的一種方式。同時也是對我們學(xué)業(yè)的考核使我們的學(xué)業(yè)得以圓滿結(jié)束。

經(jīng)過一段時間的設(shè)計，可編程控制器和機械手的設(shè)計完畢，機械手的模型已設(shè)計完畢，其功能基本達到要求。整個系統(tǒng)穩(wěn)定性好，而且只要修改控制程序，就可以讓機械手作出不同的動作，控制的柔性很好。系統(tǒng)的分析與設(shè)計過程也是對學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進一步學(xué)習(xí)與探索的過程。在這個過程中，我對利用可編程控制器進行控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)有了深刻的認識，對機械手的工作原理有了進一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計有了切身的認識和深刻的體會，并在學(xué)習(xí)和實踐過程中增長了知識、豐富了經(jīng)驗?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)實施、系統(tǒng)運行于調(diào)試的過程來進行。系統(tǒng)的分析和設(shè)計是一項既復(fù)雜又辛苦的工作，同時也是一個充滿樂趣的過程，在設(shè)計過程中，要邊學(xué)習(xí)，邊實踐，遇到新的問題就不斷探索和努力直到問題得到解決。

在設(shè)計中，體會到理論必須和實際相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實際應(yīng)用中卻有很多差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問題。許多問題都是書本上是這樣，而在實際運用中卻很不一樣，在經(jīng)過多次分析修改后，才設(shè)計出達到要求的系統(tǒng)。

參 考 文 獻

可編程序控制器的原理及應(yīng)用

機械工業(yè)出版社

主編

王衛(wèi)兵 可編程序控制器的原理應(yīng)用試驗

機械工業(yè)出版社 主編

常斗南 機電傳動與控制

華中理工大學(xué)出版社

主編 程憲平數(shù)控機床電氣控制

西安電子科技大學(xué)出版社

主編機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

高等教育出版

主編

張建民

姚永剛

謝辭

緊張充實的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，大學(xué)三年的生活也到了尾聲?；叵肫鹨酝拿篮脮r光，此時感慨萬千，首先感謝指導(dǎo)教師黨老師在畢業(yè)設(shè)計中對我的幫助，鼓勵和精心指導(dǎo)，黨老師治學(xué)嚴謹，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄廓，關(guān)鍵是指導(dǎo)有方嚴格我們要求，為我營造了一種良好的精神氛圍。置身黨老師的指導(dǎo)過程中，不僅我的思想觀念煥然一新，也改善了我的思考方式，而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。其嚴以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力，令我如沐春風(fēng)，倍感溫馨。一股暖意細水長流，源自內(nèi)心而又沐潤全身，微言寸語豈能祥訴感激之情，只好銘記心中，唯有虔誠的祝福導(dǎo)師合家歡樂，一生平安。同時，也將祝福送給每一位幫助我的師長。同時感謝我的同學(xué)在我的畢業(yè)設(shè)計過程其中對我莫大的鼓勵。畢業(yè)設(shè)計的完成也算是對我們學(xué)習(xí)生涯的一個句號，回想三年大學(xué)時光，與老師和同學(xué)們的點點滴滴，你們給與我的種種幫助，使我得以今天能順利完成畢業(yè)設(shè)計，完成學(xué)業(yè)。謝謝你們，我所有的老師與同學(xué)。最后衷心的祝愿你們工作順利、家庭幸福、身體健康！

感謝我的朋友和同學(xué)們在我三年生活和學(xué)習(xí)中對我的幫助，就要分別了，衷心祝福各位一路走好。再次感謝各位老師和同學(xué)，希望大家以后工作順利。謝謝！

第五篇：機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

機電一體化系統(tǒng)設(shè)計

1、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機）等五個子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法通常有：機電互補法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承、動（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。