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PLC在工业机械手中的应用
摘要：机械手是模仿着忍受的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求恩能够实现自动抓取、搬运的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手叫做“工业机械手”。实际生产中，应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产。尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境下，他代替人进行正常的工作，意义更为重大。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到越来越广泛的应用。关键词：PLC 机械手
在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业现代化的进一步发展,自动化已经成为现代企业中的重要支柱,无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现代生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等，这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。
工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。机械手的简介
1.1 概述
机械手首先是由美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出了第一台机械手。机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
1.2 机械手的组成机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。
手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、等独立运动方式，称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。1.3 机械手的分类
按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手； 按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；
按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
1.4 机械手的应用
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。另外，机械手在锻造工业中的应用不仅能进一步发展锻造设备的生产能力，而且还能改善热、累等劳动条件。可编程控制器
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、技术和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力等各个领域，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小、重量轻、价格便宜的特点。该种技术是计算机技术与几点接触控制技术相结合的产物，其解决了传统控制系统内接线复杂，可靠性低，耗能高以及灵活性较差等缺点，因此近年来被广泛应用于电气自动化。要正确、合理地应用PLC去完成机械手的控制任务，首先应了解它的结构特点和工作原理，这对控制系统应用程序的开发设计有着非常重要的作用。2.1 可编程控制器的系统组成可编程控制器主要由中央处理单元CPU、存储器、输入输出接口、电源、I/O扩展接口、外部设备接口、编程器等几个主要部分。
（1）CPU作为整个PLC的核心骑着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。它的主要任务：
①诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。②用扫描方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器中。
③在运行状态时，按用户程序存储器中存放的先后书序逐条读取指令，经编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作，根据运算结果存储相应数据，并更新有关标志位的状态和输出映像寄存器的内容。（2）存储器
具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为3~5年。
（3）输入/输出接口
①输入接口： 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。
②输出接口 PLC的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。
三种类型： 继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载
晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载
晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载（4）编程器
编程器是人与PLC联系和对话的工具，是PLC最重要的外围设备。用户可以利用编程器来输入、读出、检查、修改和调试用户程序，也可用它监视PLC的工作状态，显示错误代码或修改系统寄存器的设置参数等。除采用手持编程和监控外，还可通过PLC的RS232C外设通讯口与计算机，并列用PLC生产厂家提供的专用工具软件，来对PLC进行编程和监控。相比起来，利用计算机进行编程和监控往往比手持编程工具更加直观和方便。2.2 可编程控制器的工作原理
一．PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
1．每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2．输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5．扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数
6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
二．PLC与继电器控制系统、微机区别
1．PLC与继电器控制系统区别 前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。
2．PLC与微机区别
前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断” 3.PLC 编程方式
PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。
PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。梯形图语言特点： 1．每个梯形图由多个梯级组成。2．梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”时，有假想的电流通过。3．继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4．每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。5．输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈。PLC在工业领域应用的发展趋势
工业自动化生产线的首要目标是保证产品质量，生产过程不可能进行过多的人工干预，产品质量的保证只能依赖在线质量检查设备和仪器，监视产品质量参数，为控制器提供准确的测量值和检测状态。长期以来PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因在于他能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需求。
在企业方面，国内企业经过多年的努力，工业过程控制经过继电器控制，PLC控制、集中监控，到现在的工业现场的工业现场总线控制技术和管控一体化控制系统，为国内企业自动化、信息化打下了良好的基础。如今，工业企业现代化改造的方向是全面实现企业自动化向信息化方向发展，现代工业企业自动化的特征是自动控制技术、物流技术、信息技术的综合应用。为了满足企业提出的提质降耗、精细加工、管理控制结合，发展企业自动化技术，是提高企业竞争力的现代化发张方向。
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