機械手設計自動化畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件之一。機械手的機械結構采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件組成；電氣方面有交流電機、變頻器、傳感器、等電子器件組成，由可編程控制器操控。該裝置涵蓋了可編程控制技術，位置控制技術、檢測技術等。本文介紹的機械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅動橫軸、豎軸變頻器，控制機械手橫軸

2、和豎軸的精確定位，微動開關將位置信號傳給PLC主機；位置信號由接近開關反饋給PLC主機，通過交流電機的正反轉來控制機械手手爪的張合，從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。本課題擬開發(fā)的施釉機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，可代替人工的勞累、繁雜、重復的工作，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關參數(shù)。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p

3、>　　關鍵詞：機械手 PLC 可編程控制器 釉</p><p>　　Industrial robot manipulator is the task of traditional system, is one of the key components of robot. Mechanical structure of the manipulator using ball screw, slider,

4、 machinery parts, Electrical motor, ac inverter, is composed of electronic devices, such as the sensor. This device covers a programmable control technology, the position control technology and testing technology, etc, a

5、nd is the typical electromechanical equipment. The paper introduced by PLC output manipulator is 3 pulse, respec</p><p>　　Keywords: manipulator PLC controller manipulator glaze</p><p><b>　

6、　目錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　第1章 引言………………………………………………………………………………………3</p><p>　　1.1陶瓷行業(yè)對機械手的需求…………………………

7、……………………………………3</p><p>　　1.2 國內外對機械手的研究狀態(tài)………………………………………………3</p><p>　　1.3 現(xiàn)代研究趨勢……………………………………………………………4</p><p>　　1.4 PLC應用簡介…………………………………………………………………5</p><p>　　第2章 機械手

8、的一般知識……………………………………………………7</p><p>　　第3章施外釉機械手驅動方式的確定…………………………………………………10</p><p>　　3.1氣壓驅動…………………………………………………………………………10</p><p>　　3.2 液壓驅動…………………………………………………………………11</p><

9、p>　　3.3 電機驅動…………………………………………………………………11</p><p>　　第4章 施外釉機械手工藝、機械描述…………………………………………………12</p><p>　　4.1 工藝要求………………………………………………………………………………12</p><p>　　4.2 機械裝配……………………………………………………………

10、…………………13</p><p>　　4.2.1 施外釉機械手配套設施的機械動作流程………………………………………13</p><p>　　4.2.2 施外釉機械手的機械結構和電氣設備的布置………………………………14</p><p>　　第5章 電氣元器件的選擇…………………………………………………………………16</p><p>　　5

11、.1材料工藝要求……………………………………………………………………………16</p><p>　　5.2使用要求………………………………………………………………………………16</p><p>　　5.3經(jīng)濟要求………………………………………………………………………………17</p><p>　　5.4零件要求………………………………………………………………………

12、………17</p><p>　　5.5電機的選擇………………………………………………………………………………18</p><p>　　5.5.1 根據(jù)生產(chǎn)機械的負載性質來選擇電動機的類型…………………………18</p><p>　　5.5.2電動機電壓等級的選擇………………………………………21</p><p>　　5.5.3電動機額定轉速的

13、選擇………………………………………21</p><p>　　5.5.4電動機結構形式的選擇 ………………………………………22</p><p>　　5.6 PLC的選擇………………………………………………………………………………23</p><p>　　5.6.1PLC的適應范圍…………………………………………………23</p><p>　　

14、5.6.2如何選擇PLC…………………………………………………24</p><p>　　5.7PLC使用中的抗干擾措施………………………………………………………………25</p><p>　　5.7.1PLC的工作環(huán)境…………………………………………………25</p><p>　　5.7.2PLC的抗電源干擾…………………………………………………25</p&g

15、t;<p>　　5.7.3PLC的I/O信號干擾防范…………………………………………………26</p><p>　　5.7.4PLC外部配線干擾防范…………………………………………………26</p><p>　　5.7.5PLC的控制接地…………………………………………………27</p><p>　　第6章 施外釉機械手的電氣原理設計………………………

16、…………………………28</p><p>　　6.1PLC的輸入輸出端口配置表……………………………………………………………28</p><p>　　6.2施外釉機械手的主電氣原理圖說明……………………………………………………30</p><p>　　6.3施外釉機械手的動作流程圖……………………………………………………………31</p><p&

17、gt;　　6.4機械手驅動的施外釉的梯形圖…………………………………………………………34</p><p>　　經(jīng)濟分析報告………………………………………………………………………………35</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………………………40</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………

18、……………………41</p><p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　1．1陶瓷行業(yè)對機械手需求：</p><p>　　陶瓷生產(chǎn)一般分為三個主要工序：原料、成型和燒煉。成型是勞動密集成的簡單機械勞動，很適應機械手完成。</p><p>　　在陶瓷制品的二不休表面上，一般都要澆上一層粉磨得很細的，由長石

19、，石英，粘土以及其他礦物組成的物料，這層物料經(jīng)高溫培燒后即成為與二不休牢固地結合在一起的一薄層下班態(tài)物質。這一玻璃態(tài)物質稱為釉。釉一般具有光亮、半透明度、圓滑和不透水等性質 。制品施釉后，表面不易沾污，弄臟后也容易洗滌干凈。此外，釉還可遮蓋二不休上的某些瑕疵，幸美觀大方，起著裝飾的作用。</p><p>　　作為釉所使用的物料 ，即通常所謂的釉料，一般都制成泥漿狀，利用干燥二不休的吸水性使之粘附在二不休表面現(xiàn)象上

20、。施釉的方法很多，其中主要有澆釉，浸釉和噴釉等幾種。目前施釉操作還有不少是借助于簡單的設備用手工進行的，也有一些半自動的施釉機械。</p><p>　　由于工人的熟練程度和生產(chǎn)經(jīng)驗存在差異,再加上疲勞程度和工作狀態(tài)的影響,難以保證施釉質量的穩(wěn)定,另外手工施釉工作條件惡劣,影響工人身體健康,因此必須利用高新技術對我國的陶瓷企業(yè)進行改造</p><p>　　目前，由于陶瓷生產(chǎn)是低附加值的行業(yè)，

21、很難支持高科技的裝配，價格太高的裝備無法在這一行業(yè)中廣泛推廣。如果能設計一套成本不高，結構簡單，功能相對獨立的機械手，一定能得到市場認可。</p><p>　　1．2國內外對于機械手的研究現(xiàn)狀：</p><p>　　近年來，隨著人類活動領域的進一步擴大，人們對非制造業(yè)用機械手的研究空前活躍起來。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，其主要特點是工作環(huán)境的非結構化和不確定性，因而對機械手的要求更高，需要機械

22、手具有對外感知能力以及局部的自}規(guī)劃能力等。</p><p>　　我國的機械手研究與開發(fā)工作起步較早，曾經(jīng)有過一些成果，但在產(chǎn)業(yè)化和應用上，一直步履維艱。改革開放以來，通過“七五”、，’/又五”科技攻關，目前基本掌握了機械手的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機械手關鍵元器件，開發(fā)出了噴漆、弧焊、裝配、搬運等機械手.但是，我國的機械手技術及其應用程度和發(fā)達國家相比還有很大的

23、差距，如:可靠性低于國外產(chǎn)品;機械手應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上遠遠趕不上發(fā)達國家。以上原因主要是沒有實現(xiàn)機械手的高度產(chǎn)業(yè)化。當前我國機械手的生產(chǎn)幾乎都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計幾，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本高，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。<

24、/p><p>　　美國的AUSS、俄羅斯的MT-88、法國的EPAVLARD等裝有水下機械手的機器人系統(tǒng)己用于海洋石油開采，海底勘探、救撈作業(yè)、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護等方面，形成了有纜水下機器人和無纜水下機器人兩大類。核工業(yè)用機械手，國外的研究主要集中在機構靈巧，動作準確可靠、反應快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手。己完成的典型系統(tǒng)，如美國ORML基于機器人的放射性儲罐清理系統(tǒng)、反應堆用雙臂操作

25、器，加拿大研制成功的輻射監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，德國的C7靈巧手等。目前，機器人技術發(fā)達的國家都在競相開發(fā)地下機械手、醫(yī)用機械手、建筑用機械手和軍用機械手，并已經(jīng)取得了一些卓有成效的結果。</p><p><b>　　1．3現(xiàn)代研究趨勢</b></p><p>　　目前國際機械行業(yè)都在加大科研力度，進行機械手共性技術的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究內容集中在

26、以下兒個方面:</p><p>　　1)工業(yè)機械手的優(yōu)化設計技術:探索新的高強度輕質材料，進一步提高負載/自重比，同時機構向著模塊化、可重構方向發(fā)展。</p><p>　　2)機械手控制技術:重點研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機界面更加友好，語言、圖形編程界面正在研制之中。機械手控制器的標準化和網(wǎng)絡化，以及從于Pc機網(wǎng)絡式控制器己成為研究熱點。編程技術除進一步提高在線編程的可操作性之外，離

27、線編程的實用化將成為研究重點。</p><p>　　3)多傳感器系統(tǒng):為進一步提高機械手的智能和適應性，多種傳感器的使用是其問題解決的關鍵。其研究熱點在于有效可行的多傳感器信息融合算法，特別是在非線性及非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情形下的多傳感器信息融合算法。另一個問題就是傳感系統(tǒng)的實用化。</p><p>　　4)機械手的結構靈巧，控制系統(tǒng)愈來愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。</p>

28、<p>　　5)機械手遙控及監(jiān)控技術，半自主和自主技術，多個機械手和操作者之間的協(xié)調控制，通過網(wǎng)絡建立大范圍內的機械手遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預先顯示進行遙控等。</p><p>　　6)虛擬機械手技術，基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實以及臨場感技術，實現(xiàn)機械手的虛擬遙操作和人機交互。</p><p>　　7)多智能體調節(jié)控制技術:這是目前機械手研究的一個嶄新領域。主要

29、對多智能體的群體體系結構、相互間的通信與磋商機理，感知與學習方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進行研究。</p><p>　　1．4 PLC應用簡介：</p><p>　　伴隨著微電子技術，控制技術與信息技術的不斷發(fā)展，可編程控制器也在不斷地發(fā)展。可紡程控制器的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在在以下幾個方面：</p><p><b>　　速度更快，體積更小</

30、b></p><p>　　盡管可紡程控制器的體積很小，但由于微電子技術的發(fā)展，電子電路的集成度越來越高，電路析的制作及元件焊，巾技術不斷改進工作，因而可紡程控制器的外菜尺寸仍在不斷縮小 ，以便裝入任何機器的細小空間中。目前大型可編程控制器基本邏輯指令的執(zhí)行速度可高達34納秒。速度提高就縮短了掃描周期，增加了控制的實時性，更能保證產(chǎn)品質量。</p><p>　　2、工業(yè)控制技術的集成：

31、</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)要求為其生產(chǎn)控制與生產(chǎn)管理提供一種統(tǒng)一的解決方案，因而各大PLC廠商均攤努力提高全面解決問題的能力。為此，必須以PLC為核心作用，向下延伸到遠程I/O，現(xiàn)場設備、步進/伺服系統(tǒng)等。向上擴展到人機界面、上位機、圖形監(jiān)控軟件。近年來在這方面的發(fā)展極其迅速。有實力的廠商自身能力極強，可以為客戶提供統(tǒng)一、完善的解決方案。</p><p>　　3開放性與主流計算機的結合

32、</p><p>　　所謂開放性，體現(xiàn)在制定標準后臺后各合作廠商按標準生產(chǎn)的設備經(jīng)測試合格后均攤可直接掛上網(wǎng)，通信暢通無阻。</p><p>　　如前所述，PLC生產(chǎn)廠家眾多。各家都有專用的MPU和機器碼，要制定統(tǒng)一的標準，目前尚有難度 。盡管各PLC廠商都在盡力采用最新技術落后，不斷推陳出新，但世界主流計算機的發(fā)展速度極為驚人。PLC有被發(fā)展潮流拋離的危險。近前推出的以PC為基礎的PLC

33、就是解決上面問題的嘗試。解決方案有軟件方式的也有硬件方式的。</p><p><b>　　4仿真軟件開發(fā)</b></p><p>　　為了縮短安裝調試工作，各大廠商推出自己模擬/虛擬PLC軟件，即仿真的高度環(huán)境。虛擬的PLC可代替實際硬件PLC運行，程序運行情況的監(jiān)控方式與真實硬件PLC的監(jiān)控方式完全相同。</p><p>　　5實現(xiàn)遠程服務以

34、Internet/Intranet為平臺，可通過電話線或無線實現(xiàn)便于化的遠程服務，少數(shù)高水平專家可為便于用戶提供技術支援及服務。</p><p><b>　　機械手的一般知識</b></p><p>　　四十年代初期，雷茨和他領導的國立阿貢實驗室機械手研制小組對機械手的設計進行了探索和命令，并把他們首次研制成的機械連接的的機械手取名為主從（或稱模擬）機械手。隨著早期研

35、制工作所取得的進展，出現(xiàn)了許多種在放射性操作中使用的機械手。在這些機械手中，大多數(shù)是按關節(jié)性結構設計的，只能作一種伸縮運動。</p><p>　　在五十年代初期，由雷茨領導的這個機械手研制小組首創(chuàng)了雙邊電隨動機械手的研制工作，試制了幾臺這樣的用于熱室操作的機械手。隨后于1958年，在第二屆日內瓦和平利用原子能會議上展出了改進后的這種機械手。意大利的一個機械手研制小組，根據(jù)同阿貢交換情報得到的資料也造造了一種和改進

36、的E3型一樣的電動主從機械手，取名為“Mascot”。它和E3型都是世界上首次采用全晶體管化電子線路的電動主從機械手。 </p><p>　　機械手的各種機械特性是互相制約的，因此在設計操作者操縱的主從式力反應機械手時，對這些特性作為選擇就難于權衡了。而且，因操縱任務是不斷變化的，或才說被操縱的物件處于動態(tài)的運動中，因此機械手的那些反應到主動臂處的性能也就缺乏明確性。</p><p>　　

37、機械手從控制特性機械特性和操作靈巧性上面，在有力反應的機械手的特定條件下，可以了解到機械手的一些重要參數(shù)：</p><p>　　回動性：是力反饋的關鍵。</p><p>　　偏差：是反映手臂動力學性能和模擬精度的一個指標。</p><p>　　無效行程：雖可使摩擦力變小，但會使伺服裝置的性能受到限制。</p><p>　　摩擦力：將會使操作者

38、操縱隨動系統(tǒng)時受到限制。力變換器：雖能彌補機械手的不可回動性（或）摩擦力，但也會使控制系統(tǒng)變得更為復雜。</p><p>　　根據(jù)手動控制對機械手的分類：</p><p><b>　　雙邊機械手系統(tǒng)：</b></p><p>　　它又包括雙邊全動態(tài)控制及雙邊半動態(tài)控制。</p><p>　　單邊機械手系統(tǒng)（無力反應）&l

39、t;/p><p>　　根據(jù)機械性能進行機械手分類：</p><p>　　完全可回動的雙邊主從機械手系統(tǒng)；</p><p>　　在機械性能上可回動的單邊控制的機械手；</p><p>　　在機械上不能回動的單邊控制機械手；</p><p>　　和所有其它機械一樣，機械手在設計與操作時必須先了解到它的具體特性。</p&g

40、t;<p>　　當終端裝置牌它可覆蓋到的區(qū)域中的某些位置時，機械手會更新?lián)Q代部分定向操作能力，這是由于機械手的終端裝置牌這些位置時機械手的整個機械性能都發(fā)生了變化。對所有機械手的覆蓋區(qū)域進行解析分區(qū)，對解決我們所面臨的評定機械手的各種性能極為重要。以下是機械手機械特性的分散性</p><p>　　機械手操作力的分散性；</p><p>　　機械手運動速度的分散性；</p

41、><p>　　機械手慣性的分散性；</p><p>　　機械手空載加速度的分散性；</p><p>　　我國的機械手研究與開發(fā)工作起步較早，曾經(jīng)有過一些成果，但在產(chǎn)業(yè)化和應用上，一直步履維艱。與國外相比，我國起步較晚，進入90年代以后才開始引入自動控制系統(tǒng)，落后于發(fā)達國家將近30-40年，這些差距還表現(xiàn)在工藝技術，設備制造，運行管理等各個方面。此外，運行經(jīng)費不足，設計經(jīng)

42、驗不足，設備使用維護不當，完好率低，有經(jīng)驗的工藝及自控技術人員的缺乏。改革開放以來，通過“七五”、，’/又五”科技攻關，目前基本掌握了機械手的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機械手關鍵元器件，開發(fā)出了噴漆、弧焊、裝配、搬運等機械手.但是，我國的機械手技術及其應用程度和發(fā)達國家相比還有很大的差距，如:可靠性低于國外產(chǎn)品;機械手應用工程起步較晚，應用領域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術與國外比有差距;在應用規(guī)模上

43、遠遠趕不上發(fā)達國家。以上原因主要是沒有實現(xiàn)機械手的高度產(chǎn)業(yè)化。當前我國機械手的生產(chǎn)幾乎都是應用戶的要求，“一客戶，一次重新設計幾，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本高，而且質量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關鍵技術，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、</p><p>　　近年來，隨著人類活動領域的進一步擴大，人們對非制造業(yè)用機械手的研究空前活躍起來。這些行業(yè)與制造業(yè)相比，

44、其主要特點是工作環(huán)境的非結構化和不確定性，因而對機械手的要求更高，需要機械手具有對外感知能力以及局部的自}規(guī)劃能力等。美國的AUSS、俄羅斯的MT-88、法國的EPAVLARD等裝有水下機械手的機器人系統(tǒng)己用于海洋石油開采，海底勘探、救撈作業(yè)、管道敷設和檢查、電纜敷設和維護等方面，形成了有纜水下機器人和無纜水下機器人兩大類。核工業(yè)用機械手，國外的研究主要集中在機構靈巧，動作準確可靠、反應快、重量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手。

45、己完成的典型系統(tǒng)，如美國ORML基于機器人的放射性儲罐清理系統(tǒng)、反應堆用雙臂操作器，加拿大研制成功的輻射監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，德國的C7靈巧手等。目前，機器人技術發(fā)達的國家都在競相開發(fā)地下機械手、醫(yī)用機械手、建筑用機械手和軍用機械手，并已經(jīng)取得了一些卓有成效的結果。</p><p>　　在核領域中，機械手主要的功能 是通過屏蔽墻來保護操作人員防止輻射；能過環(huán)境隔離或氣密，防止操作人員接觸或者吸入有害的放射性物質基礎

46、。機械手在其它方面的應用是，在操作其他形式的危險物質時保護操作者免受其害；這些危險物質包括爆炸性的，有腐蝕性的化學物質以及在生物學上有毒的物質。與上述保護操作者的情況正好相反的一種操作行為，要求在被操作的工件本身需要受保護的環(huán)境中使用機械手，即要求被操作的工作或其環(huán)境與操作者避免接觸或不被接觸。在一般情況下，若把被操作的物件放在清潔的房間時，這種是比較容易實現(xiàn)的。對于某些操作，如由宇航員或不載人的星控飛行器對宇宙空間中的即貴重又有危險的

47、進行觀察，帽在真空密封條件下工作的機械手對執(zhí)行此項操作似乎更為合適 。如上文藝工作者所述，這種機械手是當前在環(huán)境小室中在高真空條件下常用的操作工具，以便做人和鑒定將在航天中使用的材料和部件的性能。</p><p>　　施外釉機械手驅動方式的確定</p><p>　　目前機械手常用的驅動方式有液壓驅動、氣壓驅動、電機驅動等多種方式[3j，各種驅動方式有其自身的特點，在工業(yè)機器人中液壓和氣壓驅

48、動應用很廣泛，亨些機器人則同時采用多種驅動方式，這都視不同機器人的特點和要求所定。比較這些驅動方式的特點，從中選出適合移動機械手的驅動方式。</p><p><b>　　3. 1氣壓驅動</b></p><p><b>　　氣動驅動的特點有:</b></p><p>　　1)通過調節(jié)氣流，就可實現(xiàn)無級變速;</p&g

49、t;<p>　　2)由于壓縮空氣粘性小，流速大，因此氣壓驅動的機械手動作速度快;</p><p>　　3)壓縮空氣可從大氣中吸取，故動力源獲得方便、價格低廉，而且廢氣處理方便:</p><p>　　4)由于壓縮空氣粘度小，因此在管路中的壓力損失也很小，一般其阻力損失不</p><p>　　到油液在油路中損失的千分之一;故壓縮空氣可以集中供應，遠距離輸送

50、;</p><p>　　5)壓縮空氣的壓縮性較大，因此使機械手的運動平穩(wěn)性較差，定位精度較低，</p><p>　　而且壓縮空氣排到大氣中時噪聲較大，另外還須考慮潤滑和防銹等;</p><p>　　6)壓縮空氣的工作壓力較低，致使機械手結構較大。</p><p><b>　　3.2液壓驅動</b></p>

51、<p><b>　　液壓驅動的特點有:</b></p><p>　　1)調速范圍較大，而且可以無級調速，易于適應不同的工作要求:</p><p>　　2)傳動平穩(wěn)，能吸收沖擊力，可以實現(xiàn)較頻繁而平穩(wěn)的換向;</p><p>　　3)在產(chǎn)生相同驅動力的條件下，液壓驅動比其他驅動方式體積小、重量輕、慣性小;</p><

52、p>　　4)驅動力和驅動力矩較大，臂力可達100公斤;</p><p>　　5)速度反應性較好。因為被驅動件的速度快慢取決于油液的容積變化，所以當不考慮油液的溫度變化時，被驅動系統(tǒng)的滯后也幾乎沒有，而且液壓機構的適量輕、慣性小，因此它的速度反應性較好;</p><p>　　6)定位精度比氣動高，但比電機低;</p><p>　　7)液壓系統(tǒng)的泄漏對機構的工作穩(wěn)

53、定性有一定的影響;</p><p>　　8)油液中如果混入氣體，將降低傳動機構的剛性，影響定位精度(產(chǎn)生爬行);</p><p>　　9)油液的溫度和粘度變化影響傳動性能。</p><p>　　液壓驅動機械手多用于要求臂力較大而運動速度較低的工作場合。</p><p><b>　　3.3電機驅動</b></p>

54、;<p>　　電機驅動系統(tǒng)按電機的功能可分為直流電機驅動系統(tǒng)、交流異步電機驅動系統(tǒng)、無刷直流電機驅動系統(tǒng)、開關磁阻電機驅動系統(tǒng)和多態(tài)電機驅動系統(tǒng)等。各種電機系統(tǒng)的工作原理有很大的區(qū)別，性能上也存在著較大的差異。在這里，不對這些電機系統(tǒng)作一一介紹。只是把電機驅動與液壓和氣壓驅動做一個比較，從中得到結論。</p><p>　　電機驅動機械手可避免電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，效率比液壓和氣壓驅動要高;電機系

55、統(tǒng)將電動機、測速機、編碼器、減速器及制動器組裝在一次加工的殼體中，使得整個電機系統(tǒng)體積小，可靠性和通用性也得到很大提高;另外，電動機根據(jù)運行距離及電機的脈沖當量算出脈沖數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入計算機，可達到非常高的位姿準確度，這些都是電機驅動的優(yōu)點。相對的，液壓與氣壓驅動系統(tǒng)組成機構繁瑣，維護不方便，液壓源和氣壓源裝置體積大，對于移動機器人來說也是一個無法實現(xiàn)的問題，對于移動機器人操作機械手所要求的位置精度，液壓和氣壓驅動也很難滿足。綜上所述，本

56、文選擇電機驅動為機械手的驅動方式</p><p>　　4 施外釉機械手工藝、機械描述</p><p>　　設計一個驅動控制方案，首先就要充分的了解控制對象的工藝要求，從控制的專業(yè)角度描述這一生產(chǎn)工藝，確定可靠的、可行的控制模型，實現(xiàn)具體的控制。只有掌握生產(chǎn)工藝，領會了實現(xiàn)工藝過程中的主要任務和步驟，才能為電氣控制提供主要的依據(jù)。一般來說，在工業(yè)機械手驅動方面，電氣控制都要在一定的機械裝備

57、的基礎上實施，正確描述，妥善處理機械與電氣的關系，是保護控制方案最優(yōu)的基礎。結合陶瓷行業(yè)的特點，本文認為：陶瓷設備的機械控制技術成熟，但設備體積較大，要求較高的驅動能量；研究一套機械和電氣控制有效的結合，以電氣控制為主的綜合控制策略是陶瓷成型機械手走向市場的關鍵。</p><p>　　4. 1 工藝要求</p><p>　　施內釉是陶瓷成型的關鍵工序，本方案針對日用陶瓷的中、小型圓器，如

58、碗、盤、碟而設計的?，F(xiàn)有的手工工藝過程可以分解成下列基本動作：</p><p>　　一、取坯：用取坯器（通常都是橡皮吸坯器），放置在坯體的凹面，依靠取坯器產(chǎn)生的負壓力吸取坯體。從指定的放置等待加工坯件的生產(chǎn)位置，獲得待加工的坯件，然后移動指定的加工位置。</p><p>　　二、補水：取坯器吸取待施外釉的坯體后，對坯體表面特定的部位需要用清水稍微濕潤，目的是去除表面的灰塵或干脫的坯粉，均恒

59、整個坯體的各個部位的吸釉能力。</p><p>　　三、沾釉：這是施外釉的最重要動作，就是把已經(jīng)補水了的坯體的外表面用釉均勻覆蓋，具體有三個小動作。</p><p>　　1、入釉：首先把坯體的底部放入釉中。自動方式施釉時，注意不要太快，最好旋轉進入，防止鼓釉。手工方式一般都是慢慢的斜入。</p><p>　　2、沾坯體：使整個坯體受釉，這個動作要均速進行，速度的快慢

60、由工藝決定。</p><p>　　3、定沿：施外釉技術的關鍵就是定沿，太低就會黃沿，太過就會浸濕，這都是不允許的，而且，還要停留一段時間，沾坯體和定沿的時間和可以決定施釉的厚度。</p><p>　　4、出釉面：已受外釉的坯體，從釉中取出的過程。剛出釉面時最好有高速旋轉的動作，摔掉坯體外表面多余的末吸收的釉，確保已受釉的表面光滑，節(jié)省釉料。</p><p>　　四、

61、放坯：把已經(jīng)受外釉的坯體放到指定的存坯位。</p><p>　　五、釉料管理：釉料是一種混合液體，長時間不攪動會產(chǎn)生釉的分層，使成分不均勻，一定要定時攪動，還要注意攪動的動作規(guī)范。隨著生產(chǎn)的進行釉會消耗，要定期的加釉，確保生產(chǎn)的正常進行。</p><p>　　4. 2 機械裝配</p><p>　　圖3.2.1是一個設備分布示意圖，圖中示出了施外釉機械手和配套裝置

62、的工藝擺布以及生產(chǎn)過程中機械手的動作次序。</p><p>　　圖3.2.1 施外釉機械手以及配套設施的俯視圖</p><p>　　4.2.1 施外釉機械手配套設施的機械動作流程</p><p>　　首先，從機械手與外圍設施協(xié)調工作著手，介紹整個施外釉過程中，取坯轉盤、補水盆、沾釉盆和放釉轉盤的機械動作和電氣控制器件的布置情況。然后，明確機械手動作流程和各個配

63、套設施間的配合關系。</p><p>　　取坯轉盤由一個電動機MA1和機械轉動機構控制，完成一個間歇的循環(huán)動作，節(jié)拍和機械手取坯的一致。在指定的取坯點處安裝行程開關SQA1，SQA1動作控制機械手降臂動作，降臂后通過吸坯器就能在指定位置取坯，機械手取坯后轉腰到補水盆。機械手動作的初始位置就在這里，開機時，初始化要到達這個位置，關機時也要在停在這個位置。</p><p>　　補水盆有一個行程

64、開關SQB1，SQB1的動作能判斷機械手的運動方向和機械手到達了補水器位置，機械手和補水器接觸，并有一段時間的停留，實現(xiàn)補水的目的，這個一段時間的長短由工藝決定，暫定為1秒。補水器的位置可以根據(jù)實際生產(chǎn)的需要上下調整，補水器形狀也可以根據(jù)實際生產(chǎn)的需要決定，補水器的水由滴管供給。補水完成后，機械手做轉腰動作把坯體送到沾釉盆。</p><p>　　沾釉盆處有一個行程開關SQC1，能判斷機械手的運動方向和機械手到達了

65、補水器位置，SQC1動作可以啟動沾釉動作，沾釉動作在機械手動作流程中介紹。沾釉完成后，機械手按施釉方向運動，送達放坯轉盤。</p><p>　　放坯轉盤由一個電動機MD1和機械轉動機構控制，完成一個間歇的循環(huán)動作，節(jié)拍和機械手取坯的一致。在指定的放坯點處安裝行程開關SQD1，SQD1動作控制機械手降臂動作，降臂后通過機械手的摳指動作釋放吸坯器，就能在指定位置放坯。放完坯后，機械手朝施釉方向的相反方向做運動，返回到

66、初始位置，準備下一個周期重復上述的動作。</p><p>　　4.2.2 施外釉機械手的機械結構和電氣設備的布置</p><p>　　圖3.2.2是施外釉機械手的結構示意圖。機械手有四個自由度，分別是腰、臂、腕和指，其中腕部動作不控制，只要機械手工作它就一至以工藝決定的勻速運動。下面就分別介紹腰部、臂部和代表指部的取坯機構。</p><p>　　圖3.2.2

67、施外釉機械手的機械結構示意圖</p><p>　　轉腰動作可以順時針和逆時針旋轉，施釉是沿逆時針方向進行的，順時針方向只是返回到初始位置。</p><p>　　5 電氣元、器件的選擇</p><p>　　機械零件材料的選擇是機械設計的一個重要問題，不同材料制</p><p>　　零件不但機械性能不同，而且加工工藝和結構形狀也有很大差別。機械

68、零件常用材料有黑色金屬、有色金屬、非金屬材料和各種復合材料等。選擇材料主要應考慮三個方面的問題。</p><p><b>　　5．1材料工藝要求</b></p><p>　　材料的工藝要求有三個方面內容</p><p>　　(1)毛坯制造大型零件且大批量生產(chǎn)時應用鑄造毛坯。形狀復雜的零件只有用鑄造毛坯才易制造，但鑄造應選用鑄造性能好的材料，如鑄

69、鋼、灰鑄鐵或球鑄鐵等等。大型零件只少量生產(chǎn)，可用焊接件毛坯，但焊接件要考慮材料的可焊性和生產(chǎn)裂紋的傾向等，選用焊接性能好的材料。只有中小零件采用鍛造毛坯，大規(guī)模生產(chǎn)的鍛件可用模鍛，少量生產(chǎn)時可用自由鍛。鍛造毛坯主要應考慮材料的延展性、熱膨脹性和變形能力等，應選用鍛造性能好的材料。</p><p>　　(2)機械加工大批量生產(chǎn)的零件可用自動機床加工，以提高產(chǎn)量和產(chǎn)品質量，應考慮零件材料的易切削性能、切削后能達到的表

70、面粗糙度和表面性質的變化等，應選用切削性能好的(如易斷削、加工表面光潔、刀具磨損小等)材料。</p><p>　　(3)熱處理熱處理是提高材料性能的有效措施，主要應考慮材料的可淬性、淬透性及熱處理后的變形開裂傾向和脆性等，應選用與熱處理工藝相適應的材料。</p><p><b>　　5．2使用要求</b></p><p>　　使用要求一般包括:

71、零件的受載情況和工作狀況;對零件尺寸和質量的限制;零件的重要程度等。若零件尺寸取決于強度，且尺寸和重量又受到某些限制時，應選用強度較高的材料。靜應力下工作的零件，應力分布均勻的(拉伸、壓縮、剪切)，應選用組織均勻，屈服極限較高的材料;應力分布不均勻的(彎曲、扭轉)宜采用熱處理后應力較大部位具有較高強度的材料。在變應力下工作的零件，應選用疲勞強度較高的材料。零件尺寸取決于接觸強度的，應選用可以進行表面強化處理的材料，如調質鋼、聲碳鋼、氮化

72、鋼。</p><p>　　若零件尺寸取決于剛度，則應選用彈性模量較大的材料。碳素鋼與合金鋼的彈性模量相差很小，故選用優(yōu)質合金鋼對提高零件的剛度沒有意義。截面積相同、改變零件的形狀與結構可使剛度有較大的提高。</p><p>　　滑動摩擦下工作的零件應選用摩擦性能好的材料;在高溫下工作的零件應選用耐熱材料;在腐蝕介質中工作的零件應選用耐腐蝕材料等。</p><p>&

73、lt;b>　　5．3經(jīng)濟性要求</b></p><p>　　(1)當零件的質量不大而加工量很大，加工費用在零件總成本中要占很大的比例，這時，選擇材料時所考慮的因素將不是相對價格而是其加工性能和加工費用。</p><p>　　(2)經(jīng)濟性首先表現(xiàn)為材料的相對價格。當用價格低廉的材料能滿足使用要求時，就不應選擇價格高的材料。這對于大批制造的零件尤為重要。</p>

74、<p>　　(3)要充分考慮材料的利用率。例如采用無切削或少切削毛坯，可以提高材料的利用率。此外，在結構設計時也應設法提高材料利用率。</p><p>　　(4)采用局部品質原則。在不同的部位上采用不同的材料或采用不同的熱處理工藝，使各局部的要求分別得到滿足。</p><p>　　(5)盡量用性能相近的廉價材料代替價格相對昂貴的稀有材料。另外選擇材料時應盡量考慮當時當?shù)氐牟牧瞎?/p>

75、應情況，應盡可能的減少同一部機器上使用的材料品種和規(guī)格。</p><p><b>　　5．4零件材料</b></p><p>　　從材料選用原則的使用要求、加工要求和經(jīng)濟要求出發(fā)，選擇機械手的零件材料。在機械手中各傳動件是關鍵性零件，有各關節(jié)傳動軸和齒輪系，它們的強度、剛度等機械性能直接影響機械手的工作質量。</p><p><b>

76、　　傳動軸</b></p><p>　　傳動軸的常用材料有碳素鋼和合金鋼〔’“]。碳素鋼對應力中的敏感性較低，還可通過熱處理改善其綜合性能，價格也比合金鋼低廉，因此應用較為廣泛，常用45號鋼。合金鋼則具有更高的機械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。在一般工作溫度下碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同。因此，用章

77、金鋼代替碳素鋼并不能提高軸的剛度。鑒于此，機械手各傳動關節(jié)的傳動軸選用45號鋼，應能滿足設計的需要。</p><p><b>　　2)齒輪系</b></p><p>　　齒輪的主要失效形式有輪齒折斷、齒面疲勞點蝕、齒面磨損、齒面膠合和塑性變形。因此設計齒輪傳動，要使齒面具有較高的抗點蝕、抗磨損、抗膠合和抗塑性變形的能力，齒根則要有較高的抗折斷能力。為此，對齒輪材料性能

78、的基本要求為齒面要硬，齒芯要韌。鋼材韌性好，耐沖擊，容易通過熱處理和化學處理來改善其機械性能和提高硬度，是制造齒輪最常用的材料。鍛鋼可制成軟齒面和硬齒面兩種齒輪。</p><p>　　(1)軟齒面齒輪對于強度、速度和精度要求不高的齒輪傳動，可采用軟齒面齒輪。軟齒面齒輪的齒面硬度低于350HBS，熱處理方法為調制或正火，常用材料為45和40Cr等。加工方法一般為熱處理后切齒，切制后即為成品，精度等級一般為8級。&l

79、t;/p><p>　　(2)硬齒面齒輪硬齒面齒輪硬度大于350HBS。高速、重載及精密機械(如精密機床、航空發(fā)動機等)采用硬齒面齒輪傳動。材料通常選用20Cr, 20CrMnTi, 40Cr,38CrMoAlA等，經(jīng)過表面硬化處理，齒面可得到很高的硬度。加工方法一般為先切齒，然后表面硬化處理，最后進行磨齒等精加工，齒輪精度可達5級或6級，常用的表面硬化處理方法有表面淬火、滲碳淬火、氮化和氰化等。</p>

80、<p>　　機械手的齒輪傳動對速度、精度、強度要求都不高，可以使用軟齒面齒輪，材料則選擇40Cro除此之外，還有很多結構件，對它們的性能要求較低，所以盡量選擇重量輕、價格低廉且符合設計要求的材料。如機械手的殼體全部采用鑄造鋁合金，分段鑄造而成，末端執(zhí)行器各零件則采用硬鋁合金加工而成。</p><p>　　5．5：電動機的選擇 </p><p>　　5．5．1根據(jù)生產(chǎn)機械的負載性

81、質來選擇電動機的類型</p><p>　　電動機類型選擇的基本依據(jù)是在滿足生產(chǎn)機械對拖動系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)性質要求的前提下，力求結構簡單，運行可靠，維護方便，價格低廉。</p><p>　?。?）對于不要求調速，對啟動性能亦無過高要求的生產(chǎn)機械，應優(yōu)先考慮使用一般鼠籠式異步電動機（如YL型，JS型，Y系列等）。若要求啟動轉矩較大，則可使用高啟動轉矩的鼠籠式異步電動機（如JS-1型，JQ和JQO

82、系列）。</p><p>　?。?）對于要求經(jīng)常啟動，制動，且負載轉矩較大，又有一定調速要求的生產(chǎn)機械，應考慮選用線繞式異步電動機（如YR型，YZR型等）；對于周期性波動負載的生產(chǎn)機械，為了削平尖峰負載，應考慮選用電動機帶飛輪工作，這種情況下應選用繞線式異步電動機。</p><p>　　（3）對于只需要幾種速度，不要求無級調速的生產(chǎn)機械，為了簡化變速機構，可選用多速異步電動機（如YD系列小

83、型多速異步電動機）。</p><p>　　（4）對于要求恒速穩(wěn)定運行的生產(chǎn)機械，且需要補償電網(wǎng)功率的場合，應優(yōu)先考慮選用同步電動機（如TD型）。</p><p>　?。?）對于需要大的啟動轉矩，有要求恒功率調速的生產(chǎn)機械，常選用直流串勵或復勵電動機。</p><p>　　（6）對于要求大范圍無級調速，且要求經(jīng)常啟動，制動，正反轉的生產(chǎn)機械，則可選用帶調速裝置的直流電

84、動機或鼠籠式異步電動機。</p><p>　　對于要求調速范圍很寬的生產(chǎn)機械，最好從機械變速和電氣調速二者結合起來考慮，易于收到技術和經(jīng)濟指標的要求。</p><p>　　典型生產(chǎn)機械選用電動機的實例，可參見表如下：</p><p>　　5．5．2電動機電壓等級的選擇</p><p>　　交流電動機額定電壓主要根據(jù)電動機運行場所供電電網(wǎng)的電壓

85、等級而定。我國工廠內的交流供電電壓，低壓一般為380V，高壓一般為3KV或6KV。中等功率以下的交流電動機，額定電壓一般為380V；100KW以上大功率交流電動機額定電壓有兩種：220/380V。Δ/Y；380V，Δ接法。若采用Y-ΔJ降壓啟動，就必須選用380V，Δ接發(fā)的電動機。</p><p>　　直流電動機一般由單獨電源供電，選擇電動機額定電壓時只須考慮供電電源電壓配合恰當即可。直流電動機額定電壓一般為11

86、0V，220V，和440V。最常用的電壓等級為220V。當交流電源為380V時，若采用無整流變壓器的三相橋式可控整流電路供電，則直流電動機的額定電壓應選為440V；若采用無整流變壓器的三相半波可控整流電路供電，則直流電動機的額定電壓可選用220V；若采用無整流變壓器的單相整流電路供電，則可選用改型的Z3型，額定電壓為160V的直流電動機。</p><p>　　5．5．3電動機額定轉速的選擇</p>

87、<p>　　型式，功率和電壓相同的電動機，額定轉速有幾種。應該選擇哪一種為好呢？在同樣的功率下轉速較高的電動機轉矩較小，而轉矩取決于電流和磁通，電流和磁通又大體上決定了電動機所用導線和磁導材料的重量，所以轉速高的電動機體積小，價格便宜，而且效率也高，較高轉速的電動機還具有較高的功率因數(shù)，因此，選用高速電動機比較合適；但是，如果生產(chǎn)機械的運行速度很低，而電動機的運行速度很高，就要增加一套龐大而昂貴的減速傳動裝置，機械效率也會降低

88、。所以，選擇電動機額定轉速時要全面進行考慮，如：</p><p>　?。?）對于不需要調速的高轉速和中轉速的機械，一般是選用額定轉速的異步電動機或同步電動機，直接與機械相連接；</p><p>　　（2）對于不需要調速的低速運轉的機械，一般是選用適當轉速的電動機通過減速機構來傳動，但電動機額定轉速也不宜太高，否則減速機構會很龐大；</p><p>　?。?）對于需要

89、調速的機械，電動機的最高轉速應與生產(chǎn)機械的最高轉速相適應，采用直接傳動或通過減速機構來傳動；</p><p>　?。?）對于經(jīng)常啟動，制動和反轉的生產(chǎn)機械，要著重考慮縮短過度過程，減少啟，制動時間，提高生產(chǎn)率，而決定啟，制動時間的主要因素是電動機的飛輪轉矩和額定轉速，所以，欲使生產(chǎn)機械的生產(chǎn)率最高，則應該根據(jù)GD*GD*n*n的數(shù)值來選擇電動機的額定轉速。</p><p>　　5．5．4電

90、動機結構形式的選擇</p><p>　　生產(chǎn)機械安裝的位置和場所個不相同，電動機的工作環(huán)境就不一樣。在多數(shù)情況下，電動機工作的周圍大氣中含有不同分量的灰塵和水分，有的還含有腐蝕性的氣體甚至含有易爆炸的混合物，有的電動機還處在水下工作?；覊m會使電動機很快玷污，散熱條件惡化，水分，瓦斯，酸性氣體，水蒸氣等會使電動機的絕緣材料性能變差甚至完全喪失絕緣性能，易爆炸的混合物與電動機內產(chǎn)生的火花接觸時將有發(fā)生爆炸的危險。為了

91、保證電動機能在這樣的環(huán)境中安全使用，外殼的結構就有多種形式，要根據(jù)實際環(huán)境條件加以選擇。</p><p>　?。?）開啟式：開啟式電動機定子兩側和端蓋上有很大的通風口，具有良好的散熱條件，價格便宜，但灰塵，水滴或碎鐵容易進入電動機內部而影響電動機的正常工作和使用壽命。如ZTD型電梯用電動機。僅適用于干燥和清潔的工作環(huán)境。</p><p>　?。?）防護式：防護式大家的通風孔在機殼的下部，通

92、風冷卻條件較好，可防止水滴，碎鐵等雜物從垂直方向或小于45度的方向落入電動機內部，但不能防止灰塵和潮濕氣體進入，是目前工業(yè)上廣泛應用的一種機型，如YR，YQ等系列。適用于比較干燥和清潔的工作環(huán)境，無腐蝕性和爆炸性的場所。</p><p>　　（3）封閉式：封閉式電動機又分為自冷式，強迫通風式與密封式三種。前兩種形式的電動機潮濕氣體和灰塵不容進入電動機內部，能防止從任何方向飛濺進來的水滴和其他物體浸入，如Y（IP4

93、4）型。適用于塵土多，潮濕，易影起和有腐蝕性氣體的地方，如紡織廠，水泥廠等；密封式電動機可以防止一定壓力水柱的沖擊，如ZO2C型船用直流電動機與YQS，YQB型潛水異步電泵。適用于液體中工作的生產(chǎn)機械，如電動潛水泵。</p><p>　?。?）防暴式：防暴式電動機是在封閉式結構基礎上制成的隔暴型，如YA，YB系列。適用于易燃，易爆氣體的場所，如油庫，煤氣站及礦井等。</p><p>　　5

94、．5．5電動機的型號</p><p>　　Y系列小型三相異步電動機是供一般用途的全封閉自扇冷籠型三相異步電動機，它是總結多年生產(chǎn)經(jīng)驗的全國統(tǒng)一設計的系列電動機。具有效力高，耗電少，性能好，噪聲底，震動小，體積小，重量輕，運行可靠，維護方便等優(yōu)點。功率等級與安裝尺寸關系符合國際通用標準，便于外貿出口和進口設備的配套。該電動機廣泛運用于一般農(nóng)業(yè)和工礦企業(yè)驅動對轉差率及其他性能無特殊要求的機械，如水泵，鼓風機，運輸機械

95、，農(nóng)業(yè)機械，礦山機械，金屬切削機車，攪拌機，磨粉機等。由于電動機具有較好的啟動性能，應此，也適用于對啟動轉矩有較高要求的機械，如某些壓縮機。</p><p>　　電動機以連續(xù)工作制為標準的連續(xù)定額，額定電壓為380V，額頻率為50HZ，3KW及以下者為Y連接。</p><p>　　5．6．PLC的選擇</p><p>　　PLC是一種計算機化的高科技產(chǎn)品,在自動控制

96、系統(tǒng)中應用范圍較廣。如何選用PLC,對提高自控系統(tǒng)的經(jīng)濟性運行的可靠性至關重要。同時,作為高職院校的一門專業(yè)課,讓學生掌握可編程序控制器的使用技巧,在實踐運用中充分地體驗可編程序控制器在自控領域的重要性。</p><p>　　5．6．1　PLC的適用范圍</p><p>　　PLC是一種計算機化的高科技產(chǎn)品,專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的控制裝置。一般不需要采取特殊措施便可以直接用于工業(yè)環(huán)境。但

97、是,在應用之前,要從多方面考慮是否有必要使用PLC,如經(jīng)濟性、控制系統(tǒng)的復雜性等。對以下控制系統(tǒng)可以優(yōu)先考慮使用PLC。</p><p>　　(1)由于工藝流程和產(chǎn)品結構的變化,要經(jīng)常修改控制電路的結構及多項控制系數(shù)的設備。</p><p>　　(2)大型自動化生產(chǎn)線,可以用一臺PLC控制多臺生產(chǎn)設備的場所。</p><p>　　(3)系統(tǒng)的輸入、輸出信號較多,控制

98、要求復雜等裝置。</p><p>　　(4)系統(tǒng)對可靠性要求較高,采用繼電器控制不能滿足要求的設備。</p><p>　　(5)大型集散、報警、監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　總之,與繼電器控制系統(tǒng)相比較,如果將PLC用于新設計的比較復雜的控制系統(tǒng)、技術改造項目中,可以減少許多元器件,減少硬接線及安裝工作。從經(jīng)濟的角度來考慮是可行的。而且,采用PLC控制系統(tǒng)后,整個

99、系統(tǒng)的可靠性、安全性提高,延長控制系統(tǒng)的運行壽命。</p><p>　　5．6．2　如何選擇PLC</p><p>　　確定使用PLC控制系統(tǒng)后,選擇合適的PLC是一個重要環(huán)節(jié)。一般主要從以下幾個方面來考慮。</p><p>　　1）　控制系統(tǒng)對PLC指令的要求對于輸入、輸出點數(shù)較少,而且是開關量控制的設備,一</p><p>　　般的具有邏

100、輯控制指令的小型PLC就可以滿足要求。如果系統(tǒng)要求PLC完成A/D和D /A轉換、PID閉環(huán)控制、步進控制等,應該選用有增強型的功能指令的PLC。如具有算術運算、數(shù)據(jù)傳送、浮點運算、平方、相關數(shù)、查表、列表、脈寬調制變換等。</p><p>　　2）　對用戶存貯器容量的要求</p><p>　　用戶存貯器容量,要根據(jù)系統(tǒng)大小不同,選擇存貯量不同的PLC。對于開關量控制系統(tǒng),將PLC的輸入、

101、輸出點數(shù)乘以10~15就是存貯器的容量。對于模擬量控制系統(tǒng),可以采用下列公式</p><p>　　M=Km[(10×Di)+(5×D0) +(100×Ai)]即可。必</p><p>　　要時,一般可以留有20%的余量。</p><p>　　公式中:Di為數(shù)字量輸入信號</p><p>　　D0為數(shù)字量輸出信號&

102、lt;/p><p>　　Ai為模擬量輸入信號</p><p>　　Km為每個字節(jié)所占存儲器字節(jié)數(shù)</p><p><b>　　M為存儲器容量。</b></p><p>　　3）　系統(tǒng)對響應時間的要求</p><p>　　響應時間是說明將外部輸入轉換為指定輸出的總時間。其中包括輸入濾波器的延遲時間、L/

103、0滯后時間,邏輯運算時間和輸出電路的滯后時間。由于PLC掃描工作方式引起的滯后時間一般可以達到1~2個掃描周期。所以,對于要求響應時間非常短的系統(tǒng),盡量選用掃描速度高的PLC,采用可以縮短響應時間的功能指令,或者選用快速響應模塊和中斷輸入模塊等。</p><p>　　4）　系統(tǒng)對PLC可靠性的要求</p><p>　　在使用PLC控制系統(tǒng)時,雖說控制器的可靠性、安全性較高,然而無論使用什么

104、樣的硬件,故障總是難免的。所以,在設計控制系統(tǒng)時必須充分考慮可靠性和安全性。為了保證控制系統(tǒng)的可靠性,應選用可靠性高的PLC。PIJC的工作環(huán)境條件要富裕,應盡量考慮采用冗余控制系統(tǒng),雙機雙工熱后備控制系統(tǒng), PLC并列運行,或者和繼電器控制系統(tǒng)并用等。在供電系統(tǒng)的設計中,應該考慮采用隔離變壓器供電系統(tǒng)、UPS不間斷電源供電系統(tǒng)、雙路供電系統(tǒng)等。</p><p>　　5）　系統(tǒng)對PLC特殊功能的要求</p&

105、gt;<p>　　如果要將PLC系統(tǒng)和計算機聯(lián)網(wǎng)通訊, PLC應該有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,通過串行通訊接口連接打印機、CRT及其他PLC控制系統(tǒng)和上位機。系統(tǒng)如果要求有PID閉環(huán)控制、高速計數(shù)、移步控制等特殊要求,可以選用有相應特殊功能模塊。</p><p>　　6）　系統(tǒng)對P比結構形式的要求</p><p>　　PLC的結構形式可以分做整體式、模塊式。整體式PLC的優(yōu)點是結構簡單,

106、節(jié)省材料,體積較小,價格較低。缺點是主機的I/O點數(shù)固定,使用不夠靈活,維修比較麻煩。整體式PLC比較適合于小型簡單的控制系統(tǒng)。模塊式PLC又稱作積木式PIJC。模塊式PLC的優(yōu)點是I/O模塊及I/O點數(shù)可根據(jù)用戶需要方便靈活地組合,對現(xiàn)場的應變能力強,維修比較方便簡單。缺點是結構比較復雜,插件多,造價高。模塊式PLC適合于大型的控制要求較高的控制系統(tǒng)。</p><p>　　5.7）　PLC使用中的抗干擾措施&l

107、t;/p><p>　　5.7．1）　PLC的工作環(huán)境</p><p>　　PLC直接用于工業(yè)控制,生產(chǎn)廠家都將PLC設計得能在惡劣條件下可靠地工作。但是,每種控制器都有自己的環(huán)境技術條件,在安裝和使用時應對工作環(huán)境條件充分考慮。例如,在安裝時應避開大的熱源,保證足夠大的散熱空間和通風條件。應避開較強的振動源,工作場所附近如有較強的振動源時,應該對PLC采取減振措施。在有腐蝕性氣體、濃霧或粉塵的

108、環(huán)境中使用PLC時,應該封閉安裝或者在空氣凈化間安裝。</p><p>　　5.7． 2）　PLC的抗電源干撓</p><p>　　由于供電系統(tǒng)能夠對PLC產(chǎn)生干撓,引起錯誤的輸入信號,運算出錯誤的結果,因此,在供電系統(tǒng)中要采用隔離變壓器、濾波器,分離供電系統(tǒng)。使用隔離變壓器時,要將屏蔽層進行良好的接地,變壓器的次級連接線要使用雙絞線,減少電源線之間的干撓。使用濾波器代替隔離變壓器時,在一