模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)【開(kāi)題報(bào)告+畢業(yè)論文+外文翻譯】
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可編程控制器( 序設(shè)計(jì)論文 題目: 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 學(xué) 校: 班 級(jí): 姓 名: 指導(dǎo)老師: 2010 年 6 月 摘要 在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展 ,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱 ,無(wú)人車(chē)間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等,已經(jīng)隨處可見(jiàn)。同時(shí),現(xiàn)代生產(chǎn)中,存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境,如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等,這些惡劣 的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù),是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物,并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合,應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó),近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展,并取得一定的效果,受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門(mén)的重視。 本題采用日本三菱公司的 列 機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置 機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等;電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù),結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置,控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。 關(guān)鍵詞: 制;機(jī)械手; 第一章可編程控制 . 1 介 自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器( 代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái), 到了快速發(fā)展,在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí), 功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需 求的不斷提高, 開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的 再局限于邏輯控制,在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品, 二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展,世界范圍內(nèi)的 增長(zhǎng)率保持為 20%~ 30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和 場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大,近年來(lái) 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是,在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家 增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料, 2004年全球 00億美元左右,在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著 十分重要的位置。 由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的,二十世紀(jì)七十年代的 先應(yīng)用的是汽車(chē)制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令;并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作,來(lái)控制各類(lèi)機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求,并事先存入 用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行,以完成工藝流程要求的操作。 有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器,在程序運(yùn)行過(guò)程中,每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1,程序從起始步(步序號(hào)為零) 起依次執(zhí)行到最終步(通常為 令),然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。 完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的 環(huán)掃描周期在 1微秒到幾十微秒之間。 梯形圖編程,在解算邏輯方面,表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn),在微秒量級(jí),解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開(kāi)關(guān)量來(lái)處理, 16 位(也有 32 位的)為一個(gè)模擬量。大型 用另外一個(gè) 完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給 控制器。 相同 I/O 點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng),用 用 成本要低一些(大約能省 40%左右)。 有專(zhuān) 用操作站,它用的軟件和硬件都是通用的,所以維護(hù)成本比低很多。一個(gè) 控制器,可以接收幾千個(gè) I/O 點(diǎn)(最多可達(dá) 8000 多個(gè) I/O)。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少,采用 為合適。 設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面,要容易一些。 近 10 年來(lái),隨著 格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大,越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用 行控制, 我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高,今后一段時(shí)期內(nèi) 我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 通用 用于專(zhuān)用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器,但 對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器,現(xiàn)在正逐步用通用 定制 代嵌入式控制器 1. 2 部原理 質(zhì)上是一種被專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一 的。 圖 件的基本結(jié)構(gòu)圖 ( 1)中央處理單元( 中央處理單元( 控制中樞。它按照 統(tǒng)程序賦 予的功能,接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù),檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài),并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng) 入運(yùn)行時(shí),首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入 I/O 映象區(qū) , 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序,經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后,最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置,如此循環(huán)運(yùn)行,直到停止運(yùn)行為止。 ( 2)存 儲(chǔ)器 與微型計(jì)算機(jī)一樣,除了硬件以外,還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 儲(chǔ)空間的分配:雖然大、中、小型 最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同,但是根據(jù) 工作原理, 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域:系編程器 中 央 處 理 單 元 ( 輸入電路 輸出電路 系 統(tǒng) 程 序 存 儲(chǔ) 區(qū) 用 戶 程 序 存 儲(chǔ) 區(qū) 電源 統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū),系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)(包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等)和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。 A. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū) 在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序 、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在 ,用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該 各項(xiàng)功能。 B. 系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類(lèi)軟設(shè)備(例如:邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等)存儲(chǔ)區(qū)。 ( A) I/O 映象區(qū) 由于 入運(yùn)行后,只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此,它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元( 供存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù),這些存儲(chǔ)單元稱(chēng)作 I/O 映象區(qū)。一 個(gè)開(kāi)關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位( , 一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字( 16 個(gè) 因此,整個(gè) I/O 映象區(qū)可看作由開(kāi)關(guān)量的 I/。 ( B) 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)以外,系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)還包括 部各類(lèi)軟設(shè)備(邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等)的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域,前者在 電時(shí),由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留;后者當(dāng) 將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。 C.用戶程序存儲(chǔ)區(qū) 用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類(lèi)型的 存儲(chǔ)容量各不相同,一般來(lái)說(shuō),隨著 型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過(guò)對(duì)于新型的存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。 D. 常用的 I/O 分類(lèi) 常用的 I/O 分類(lèi)如下: 開(kāi)關(guān)量:按電壓水平分,有 22011024隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。 模 擬 量 : 按 信 號(hào) 類(lèi) 型 分 , 有 電 流 型 ( 4、 電 壓 型( 010,按精 度分,有 1246。 除了上述通用 I/O 外,還有特殊 I/O 模塊,如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 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 受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 ( 3) 源 源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無(wú)論是小型的 是中、大型的 電源的性能都是一樣的,均能對(duì) 部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù) 10%( 15%)之間,因此可以直接將 入到交流 電網(wǎng)上去。 可編程序控制器一般使用 220V 交流電源??删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置(如接近開(kāi)關(guān))提供 24V 直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。 可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的,它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似,梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱(chēng),如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”,與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。 1. 3 工作原理 可編程 序控制器有兩種基本的工作狀態(tài),即運(yùn)行( 態(tài)與停止( 態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài),可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào),用戶程序不是只執(zhí)行一次,而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行,直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到 作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外,在每次循環(huán)過(guò)程中,可如上圖編程序控制器還要完成,內(nèi)部處理、通信處理等工作,一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段。可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱(chēng)為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高,從外部輸入 理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段??删幊绦蚩刂破鳈z查 塊內(nèi)部的硬件是否正常,將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位,以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段,可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信,響應(yīng)編程器鍵入的命令,更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止( 態(tài)時(shí),只執(zhí)行以上的操作??删幊绦蚩刂破鹛幱冢?態(tài)時(shí),還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。 在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中,設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài),它們分別稱(chēng)為輸入映像寄 存器和輸出映像寄存器??删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū),它們統(tǒng)稱(chēng)為元件映像寄存器。在輸入處理階段,可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通 /斷開(kāi)( 態(tài)讀入輸入寄存器。 外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí),對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 1”狀態(tài),梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通,常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi),對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài),梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段,即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化,輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而 變,輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成,指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí), 第一條指令開(kāi)始,逐條順序的執(zhí)行用戶程序,直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí),從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來(lái),并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中,因此,各編程元件的映像寄存器(輸入映像寄存器除外)的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在輸出處理階段, 輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí),對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后,繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電,其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合,使外部負(fù)載通電工作。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“ 0”狀態(tài),在輸出處理階段后,繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電,其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi),外部負(fù)載斷電,停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“ 1”狀態(tài)時(shí),稱(chēng)該編程元件為 像寄存器為“ 0”狀態(tài)時(shí),稱(chēng)該編程元件為 掃描周期可編程 序控制器在 作狀態(tài)時(shí),執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期,其典型值為 1~100令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和 行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí),指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖所示。 圖 掃描運(yùn)行方式 ( 1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段, 掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它 們存入 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶 程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中,即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O 映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào),它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。 ( 2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段, 是由上而下,從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算,并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) 儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如:算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。 ( 3)輸出刷新階段 第 (掃描周期 輸出刷新 第 (N+1)個(gè)掃描周期 輸入采樣 第 N 個(gè)掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 在輸出刷新階段, 照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路,再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是 正的輸出。 (4)輸入 /輸出滯后時(shí)間 輸入 /輸出滯后時(shí)間又稱(chēng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間,是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔,它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。 輸入模塊的 波電路用來(lái)濾除由輸入端引入的干擾噪聲,消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響,濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定 了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短,其典型值為 10右。 輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類(lèi)型有關(guān),繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10右;雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為 1載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期??删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十 于一般的系統(tǒng)是無(wú)關(guān)緊要的。要求輸入 — 輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng),可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。 1. 4 型的選擇 方法 1. 類(lèi)型 結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類(lèi),按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類(lèi);按 長(zhǎng)分為 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。從應(yīng)用角度出發(fā),通??砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型 I/O 點(diǎn)數(shù)固定,因此用戶選擇的余地較小,用于小型控制系統(tǒng);模塊型 供多種 I/O 卡件或插卡,因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù),功能擴(kuò)展方便靈活,一般用于大中型控制系統(tǒng)。 2. 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊,應(yīng)考慮 信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊,應(yīng)考慮選用的輸出模塊類(lèi)型,通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn);可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁,電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合,但價(jià)格較貴,過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等,與應(yīng)用要求應(yīng)一致??筛鶕?jù)應(yīng)用要求,合理選用智能型輸入輸出模塊,以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本??紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I/ 供電電源,除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn) 根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū) 要求設(shè)計(jì)和選用外,一般 供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用 220源,與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合,應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 身帶有可使用電源時(shí),應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求,否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的,有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展,存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降,因此,為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn),一般要求 存儲(chǔ)器容量,按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜 控制功能時(shí),應(yīng)選擇容量更大,檔次更高的存儲(chǔ)器。 a.控制單元的冗余 ( 1)重要的過(guò)程單元: 括存儲(chǔ)器)及電源均應(yīng) 1余。 ( 2)在需要時(shí)也可選用 件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、 2 重化或 3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。 b. I/O 接口單元的冗余 ( 1)控制回路的多點(diǎn) I/O 卡應(yīng)冗余配置。 ( 2)重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn) I/O 卡可冗余配置。 3)根據(jù)需要對(duì)重要的 I/O 信號(hào),可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。 第二章 機(jī)械手概況 運(yùn)機(jī)械手的應(yīng)用簡(jiǎn)況 在現(xiàn)代工業(yè)中,生產(chǎn)過(guò)程的機(jī) 械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中,加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專(zhuān)用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法,程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。 但除切削加工本身外,還有大量的裝卸、搬運(yùn)、裝配等作業(yè),有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹,美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中,有 75%是小批量生產(chǎn);金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在 50 件以下,零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的 5%。從這里可看出,裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性,工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn) 生的。機(jī)械手可在空間抓放物體,動(dòng)作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。 國(guó)內(nèi)外機(jī)械工業(yè)、鐵路部門(mén)中機(jī)搬運(yùn)械手主要應(yīng)用于以下幾方面: 熱加工是高溫、危險(xiǎn)的笨重體力勞動(dòng),很久以來(lái)就要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了提高工作效率,和確保工人的人身安全,尤其對(duì)于大件、少量、低速和人力所不能勝任的作業(yè)就更需要采用機(jī)械手操作。 冷加工方面機(jī)械手主要用于柴油機(jī)配件以及軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)和箱體類(lèi)等零件單機(jī)加工時(shí)的上下料和刀具安裝等。進(jìn)而在程序控制、數(shù)字控制等機(jī)床 上應(yīng)用,成為設(shè)備的一個(gè)組成部分。最近更在加工生產(chǎn)線、自動(dòng)線上應(yīng)用,成為機(jī)床、設(shè)備上下工序聯(lián)接的重要于段。 拆修裝是鐵路工業(yè)系統(tǒng)繁重體力勞動(dòng)較多的部門(mén)之一,促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)鐵路工廠、機(jī)務(wù)段等部門(mén),已采用機(jī)械手拆裝三通閥、鉤舌、分解制動(dòng)缸、裝卸軸箱、組裝輪對(duì)、清除石棉等,減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了拆修裝的效率。近年還研制了一種客車(chē)車(chē)內(nèi)噴漆通用機(jī)械手,可用以對(duì)客車(chē)內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)噴漆,以改善勞動(dòng)條件,提高噴漆的質(zhì)量和效率。 近些年,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及傳感技術(shù)等在機(jī)械手中越來(lái)越多的應(yīng)用 ,工業(yè)機(jī)械手已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要因素。 械手的應(yīng)用意義 在機(jī)械工業(yè)中,機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下: 應(yīng)用機(jī)械手,有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度,從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合中,用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部 分或全部代替人安全地完成作業(yè),大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中,以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作,可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。 于有節(jié)奏地生產(chǎn) 應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作,這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面,同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作,這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此,在自動(dòng)化機(jī)床和綜合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上,目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手,以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍,便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。 綜上所述,有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。 械手的發(fā)展概況與發(fā)展趨勢(shì) 械手的發(fā)展概況 專(zhuān)用機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。由于通用機(jī)械手的應(yīng)用和發(fā)展,進(jìn)而促進(jìn)了智能機(jī)器人的研制。智能機(jī)器人涉及的知識(shí)內(nèi)容,不僅包括一般的機(jī)械、液壓、氣動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí),而且還應(yīng)用一些電子技術(shù)、電視技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、無(wú)線電控制、仿生學(xué)和假肢工藝等,因此它是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的新技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)發(fā)展這一新技術(shù)都很重視,幾十年來(lái),這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍,設(shè)計(jì)在不斷地修改,品種在不斷地增加,應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷地?cái)U(kuò)大。 早在 40 年代,隨著原 子能工業(yè)的發(fā)展,已出現(xiàn)了模擬關(guān)節(jié)式的第一代機(jī)械手。 50~ 60 年代即制成了傳送和裝卸工件的通用機(jī)械手和數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。這種機(jī)械手也稱(chēng)第二代機(jī)械手。如尤尼曼特 (械手即屬于這種類(lèi)型。 60~ 70 年代,又相繼把通用機(jī)械手用于汽車(chē)車(chē)身的點(diǎn)焊和沖壓生產(chǎn)自動(dòng)線上,亦即是第二代機(jī)械手這一新技術(shù)進(jìn)入了應(yīng)用階段。 80代,裝配機(jī)械手處于鼎盛時(shí)期,尤其是日本。 90 年代機(jī)械手在特殊用途上有較大的發(fā)展,除了在工業(yè)上廣泛應(yīng)用外,農(nóng)、林、礦業(yè)、航天、海洋、文娛、體育、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)、軍事領(lǐng)域上有較大的應(yīng) 用。 90 年代以后,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,機(jī)械手技術(shù)也得到飛速的多元化發(fā)展。 總之,目前機(jī)械手的主要經(jīng)歷分為三代: 第一代機(jī)械手主要是靠人工進(jìn)行控制,控制方式為開(kāi)環(huán)式,沒(méi)有識(shí)別能力;改進(jìn)的方向主要是將低成本和提高精度;第二代機(jī)械手設(shè)有電子計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),具有視覺(jué)、觸覺(jué)能力,甚至聽(tīng)、想的能力。研究安裝各種傳感器,把接收到的信息反饋,使機(jī)械手具有感覺(jué)機(jī)能;第三代機(jī)械手能獨(dú)立完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)備保持聯(lián)系,并逐步發(fā)展成為柔性系統(tǒng) 柔性制造單元 重要一環(huán)。 械手的發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面,數(shù)量、品種、 性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。 因此,國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍,重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手,以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專(zhuān)用機(jī)械手的同時(shí),相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手,有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式機(jī)械手等。 將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件,如伸縮、擺動(dòng)、升 降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu),以及適于不同類(lèi)型的夾緊機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu),以便根據(jù)不同的作業(yè)要求,選用不用的典型部件,即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造,又便于改換工作,擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度,減少?zèng)_擊,定位精確,以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型,以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手,并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用,逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。 在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中,工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多,發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料,以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中,它可按照 事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作,但是還不具備任何傳感反饋能力,不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí),就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此,國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手,使其擁有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化,做出相應(yīng)的變更。如位置發(fā)生稍些偏差時(shí),即能更正,并自行檢測(cè),重點(diǎn)是研究視覺(jué)功能和觸覺(jué)功能。 視覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有電視照相機(jī)和光學(xué)測(cè)距儀(即距離傳感器)以及衛(wèi)星計(jì)算機(jī)。工作時(shí),電視照相機(jī)將物體形象變成視頻信號(hào),然后傳送給計(jì)算機(jī),以便分析物體的種類(lèi)、大小、顏色和方位, 并發(fā)出指令控制機(jī)械手進(jìn)行工作。 觸覺(jué)功能即在機(jī)械手上安裝有觸覺(jué)反饋控制裝置。工作時(shí)機(jī)械手先伸出手指尋找工件,通過(guò)裝在手指內(nèi)的壓力敏感元件產(chǎn)生觸感作用,然后伸向前方,抓住工件。 手的抓力大小可通過(guò)裝在手指內(nèi)側(cè)的壓力敏感元件來(lái)控制,達(dá)到自動(dòng)調(diào)整握力的大小??傊?,隨著傳感技術(shù)的發(fā)展,機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高。到 1995 年,全世界約有 50%的汽車(chē)由機(jī)械手裝配。 現(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合,從而根本改變目前機(jī)械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 第三章 機(jī)械手控制系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容 按下啟動(dòng), A 連續(xù)運(yùn)行,機(jī)械手下降 —— 到位撞到 止下降 —— 1s 后機(jī)械手抓零件,抓緊撞 1s 后上升,到位撞 止上升 —— 1s 后左旋,到位撞 止左旋 —— 1s 后下降,到位撞 止下降 —— 1s 后松開(kāi),到位撞 1s 后上升,到位撞 止上升 —— 1 秒后右旋,到位撞 環(huán)結(jié)束 出分配 輸入 輸出 右上到位 升 下到位 降 緊到位 緊 開(kāi)到位 開(kāi) 上到位 行 下到位 行 統(tǒng)啟動(dòng) 系統(tǒng)停止 2.示意圖 致謝 本論文是在老師悉心指導(dǎo)下完成的。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度,精益求精的工作作風(fēng),誨人不倦的高尚師德,嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范,樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的目標(biāo)、掌握了基本的研究方法,還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成,每一步都是在老師的指導(dǎo)下完成的,傾注了老師大量的心血。在此,謹(jǐn)向 老 師表示崇高的敬 意和衷心的感謝! 最后對(duì)評(píng)閱本論文的各位老師致以誠(chéng)摯的感謝! 參考文獻(xiàn) [1] 王炳實(shí) . 機(jī)床電氣控制 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2004 年: [2] 王本軼 . 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2005 年: [3] 丁樹(shù)模 . 液壓傳動(dòng) . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2007 年 [4] 林平勇 . 高崇 . 電工電子技術(shù) 京:高等教育出版社, 2004 年 [5] 熊幸明 . 曹才開(kāi) . 一種工業(yè)機(jī)械手的 制 2006 年, [6] 孔秀艷 . 一種四軸搬運(yùn)機(jī)械手的 制 . 大眾科技, 2008 年,第 7 期: [7] 劉軒 機(jī)械手的 制 . 機(jī)床電器 . 2006 年, [8] 張應(yīng)金 . 機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 2008 年 02 月刊:
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模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)【開(kāi)題報(bào)告+畢業(yè)論文+外文翻譯】,模塊化,生產(chǎn)系統(tǒng),系統(tǒng)軟件,設(shè)計(jì),開(kāi)題報(bào)告,模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)軟件,畢業(yè)論文,外文翻譯
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