双PLC控制（精选九篇）
双PLC控制 篇1
实际生产中，Rockwell PLC多采用Control Net作为网络配置类型，Control Net采用的是生产者/消费者通讯模式，速度为恒定的5Mb/s，最大支持99个节点。专用通信模块上有2位拨动开关，用于设置网络节点地址;2个独立的Control Net网络接口，可用于介质冗余配置;1个scan port接口，用于连接变频器;一个RS-232串行接口，可作为连接计算机使用。Ether Net主要用于工业环境和对时间要求比较苛刻的应用网络，使用标准的以太网、TCP/IP技术。
我公司使用的即是Control Logix控制系统的Rockwell PLC。由于生产要求，水泥远程操作站需要显示熟料散装系统生产数据，而在以前的控制网络中两者相互独立毫无联系，对现有网络通讯进行了分析，在充分考虑到现有软件和硬件的基础上，决定采取Ether Net和Control Net并行通讯的改造措施。技改后的控制网络结构如图1所示。
具体操作如下：
(1)在水泥远程操作站与熟料控制室放置一根四芯多模光纤，其中两芯经光纤转换模块转换后连接以太网交换机，作为水泥远程操作站采集熟料散装系统数据使用，在熟料控制室新加一台用于显示水泥系统的工控机，光纤转换后的另外两芯通过Rockwell连接组件tps，再由通讯网卡pcic接入，其驱动为标准的Rslinx Control Net网络配置。
(2)设置Rockwell Control Logix框架中以太网卡的IP地址(如：10.5.6.30), 以备水泥远程操作站采集熟料数据使用，硬件设备完全畅通之后，在水泥远程操作站用Rockwell的驱动软件Rslinx为其新添加以太网的驱动设备。
(3)利用Rs Linx中opc/dde选项中，新建opc的控制器连接，使得相应的opc节点名对应到取得生产数据的控制器，此时水泥远程控制站中的Rs Linx存在两种驱动设备，一个是原有的pcic网卡驱动，另一个是新加的ab-eth-1以太网驱动，用于传输熟料数据。
(4)在Rsview32上位的组态中进行画面的添加，再用Rockwell Software自带的数据导入导出工具Database Import&Export Wizard，把需要的熟料生产的数据导入到水泥远程操作站的Rsview数据库中，这样在远程的水泥操作站中就可以流畅的显示水泥系统和熟料散装系统两部分的数据了。
电气控制与PLC教案 篇2
常用电器
本章教学要求:
1、了解常用照明灯具的结构、特点和工作过程，会新型节能电光源的安装使用。
2、会安装荧光灯等照明电路并能排除电路的简单故障。
3、理解单相变压器的基本结构、工作过程及计算。
4、了解单相变压器的外特性、损耗及效率。5．了解特殊变压器的基本结构、使用方法和用途。
6．了解常用抵押电器的种类、基本结构及用途，会根据工作场所合理选用。
重点：
安装荧光灯等照明电路并能排除电路的简单故障。单相变压器的基本结构、工作过程及计算。难点：
单相变压器的特性。教学方法：
讲授法、讲练结合、启发法并辅以电路仿真软件。组织教学：
查出勤，板书本次课重点、难点，通过PPT及电路仿真软件演示。知识回顾：回顾初中部分电路欧姆定律以及串并联电路 导入新课: 通过PPT介绍照明设备
§4-1 照明灯具
目的与要求
1.了解常用照明灯具的结构、特点和工作过程，会新型节能电光源的安装使用。
2.认识照明电路的安装的程序、要领和工艺要求，学会安装照明电路。3.初步学会用万用电表检验电路。
4.会安装荧光灯等照明电路并能排除电路的简单故障。
重点与难点 重点
1.照明电路的安装。2.万用电表的使用。
难点
1.开关的安装。
2.用万用电表检验电路。
教学方法
讲授法,列举法,启发法并辅以电路仿真软件
教具
多媒体、仿真软件
小结
照明电路是电工知识中的基础点，它是我们对电路由简至繁学习以后复杂电路的一个重要开端。布置作业
习题册 知识梳理
一、常用照明方式
1、一般照明——无特殊要求，为整个被照场所而设置的照明。
2、局部照明——局限于某一工作部位的照明。
3、混合照明——由一般照明和局部照明共同组成的照明称混合照明
二、常用照明灯具
白炽灯、荧光灯、卤钨灯、高压汞灯、高压钠灯、节能灯等
三、荧光灯电路
1、荧光灯的组成：灯管、镇流器、启辉器、灯座灯架等组成。
2、荧光灯电路图：
3、工作原理：辉光放电→热电子发射→产生高压电→荧光灯点亮
四、双控白炽灯电路
§4-2 变压器
目的与要求
1．了解变压器的构造及工作原理。
2．掌握理想变压器的电压、电流与匝数间关系。3．掌握理想变压器工作规律并能运用解决实际问题。
重点与难点 重点
变压器工作原理及工作规律。
难点
1.通过原副线圈电流与匝数间的关系。2.通过运用变压器工作规律的公式来解题。
教学方法
讲授法,列举法,启发法，实物与实验演示。
教具
PPT,小型变压器模型。小结
变压器是我们电气控制中重要的一环，是电能转换的一个基本电器，对它的学习中，既回顾了电磁感应知识，也是我们学习电气控制的一个重要开端。布置作业
习题册 知识梳理
一、变压器的作用
1、主要功能是改变交流电压的大小。
2、改变电流、变换阻抗等。
二、变压器的结构
1、主要组成部分：铁心和绕组
铁心：变压器的磁路通道，同时也是变压器的骨架。为了减小涡流和磁滞损耗，铁心通常由磁导率较高又相互绝缘的薄硅钢片叠合而成。绕组：变压器的电路部分。由绝缘良好的漆包线或纱包线绕制而成。工作时与电源相连的绕组称为一次绕组，与负载相连的线圈称为二次绕组。
2、变压器符号：
3、变压器分类：按绕组和铁心的安装位置不同，分为心式和壳式两种。（如课本图5-3所示）
三、变压器工作原理
1、变压原理：
U1E1N1U2E2N2理想变压器一次、二次绕组端电压之比等于绕组的匝数比。
2、变流原理：
I1U2N2I2U1N1变压器工作时，一次、二次绕组中的电流跟匝数成反比。
3、变换阻抗原理:
如图把带负载的变压器看成是一个新的负载，并用R′L表示，则有
R′L =(N1/N2)RL(因为I1 R′L = I2 RL ；I1/I2=N2/N1)R′L是RL在变压器一次侧中的交流等效电阻。
四、常用变压器
1、三相变压器：有三相干式变压器和三相油浸式变压器
2、电焊变压器:
3、互感器和钳形电流表2
2§4-3 常用低压电器
目的与要求
1.掌握电器相关的基本概念。2.掌握几种常用低压电器。
重点与难点
重点
1.各类低压电器的的基本种类、基本结构、作用及用途。2.各类低压电器的选用。
难点
各类低压电器的基本结构及特性
教学方法
讲授法,列举法,启发法，实物演示或PPT演示。
教具
多媒体、常用电器类实物。
小结
常用低压电器是我们组成控制电路的重要一环，是我们学习控制电路的基础，通过对低压电器特性的分析，我们能够方便地学习控制电路的基本特性。布置作业 知识梳理
一、概述 电器
1、定义：电器对电能的生产、输送、分配与应用起着控制、调节、检测和保护的作用，在电力输配电系统和电力拖动自动控制系统中应用极为广泛。
2、学习掌握电器的原因：继电器、接触器等工业电器为基础的电气控制技术具有相当重要的地位；掌握继电接触器控制技术也是学习和掌握PLC应用技术所必需的基础。分类
按工作电压：高压、低压。按动作原理：手动、自动。
按用途：控制、配电、主令、保护、执行。
二、接触器
结构和工作原理
1、结构：一般由电磁机构、触点、灭弧装置、释放弹簧机构、支架与底座等几部分组成。
2、工作原理：根据电磁原理工作：当电磁线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触点动作，使常闭触点断开，常开触点闭
合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁力消失，衔铁在释放弹簧的作用下降放，使触点复原，即常开触点断开，常闭触点闭合。分类及特点
1、交流接触器：交流接触器线圈通以交流电，主触点接通、切断交流主电路。
2、直流接触器：直流接触器线圈通以直流电流，主触点接通、切断直流主电路。主要技术参数：线圈电压、主触点额定电流、主触点额定电压、辅助触点额定电流、辅助触点对数、接触器极数以及接触器的机械寿命和电寿命等。选择原则：
1、接触器的使用类别应与负载性质相一致，控制交流负载应选用交流接触器，控制直流负载则选用直流接触器。
2、主触点的额定工作电压应大于或等于负载电路的电压。
3、主触点的额定工作电流应大于或等于负载电路的电流。
4、接触器主触点的额完工作电流是在规定条件下（额定工作电压、使用类别、操作频率等）能够正常工作的电流值，当实际使用条件不同时，这个电流值也将随之改变。
5、吸引线圈的额定电压应与控制回路电压相一致，接触器在线圈额定电压85％及以上时应能可靠地吸合。
6、主触点和辅助触点的数量应能满足控制系统的需要。三．继电器
继电器特性及其分类
1、原理：主要用于控制与保护电路中作信号转换用。具有输入电路（又称感应元件）和输出电路（又称执行元件），当感应元件中的输入量（如电流、电压、温度、压力等）变化到某一定值时继电器动作，执行元件便接通和断开控制回路。
2、分类：常用的有电流继电器、电压继电器、中间继电器、时间继电器、热继电器以及温度、压力、计数、频率继电器等等。
3、特性：继电特性曲线。
4、参数：返回系数、吸合时间、释放时间。电压、电流继电器
过电流继电器、欠电流继电器、过电压继电器、欠电压继电器。中间继电器与固态继电器
1、中间继电器：当电压或电流继电器触点容量不够时，可借助中间继电器来控制，用中间继电器作为执行元件，这时中间继电器被当作一级放大器用；当其他继电器或接触器触点数量不够时，可利用中间继电器来切换多条控制电路。
2、固态继电器：由固体半导体元件组成的无触点开关器件；4端有源器件； 时间继电器
1、原理：感应元件接受外界信号后，经过设定的延时时间才使执行部分动作的继电器。
2、按延时方式分类：通电延时型、断电延时型和带瞬动触点的通电（或断电）延时型继电器。
3、按工作原理分类：空气阻尼式、电动式和电子式等。
4、触点类型：常开延时闭合触点、常闭延时断开触点、常开延时断开触点和常闭延时闭合触点4类。热继电器
1、定义：专门用来对连续运行的电动机进行过载及断相保护，以防止电动机过
热而烧毁的保护电器。
2、组成：双金属片、加热元件、动作机构、触点系统、整定调整装置及手动复位装置等组成。
3、原理
4、参数：热继电器额定电流、相数、热元件额定电流、整定电流及调节范围等。速度继电器
1、作用：用于转速的检测，常用在三相交流异步电动机反接制动转速过零时，自动切除反相序电源。
2、组成：转子、圆环（笼型空心绕组）和触点三部分组成。
3、原理
四．熔断器
作用：供电电路和电气设备的短路保护。
组成：由熔体和安装熔体的外壳两部分组成。
原理：通过熔断器的电流超过一定数值并经过一定的时间后，电流在熔体上产生的热量使熔体某处熔化而切断电路，从而保护了电路和设备。特性：保护特性曲线 选择
五、低压隔离器
作用：在电源切除后，将电路与电源明显地隔开，以保障检修人员的安全。类型：低压刀开关、熔断器式刀开关和组合开关三种。
六、低压断路器
作用：用来分配电能，不频繁地起动异步电动机，对电源电路及电动机等实行保护。功能相当于熔断器式断路器与过电流、欠电压、热继电器等的组合。
组成：主要由触点和灭弧装置、各种可供选择的脱扣器与操作机构、自由脱扣机构三部分组成。
参数：额定工作电压、壳架额定电流等级、极数、脱扣器类型及额定电流、短路分断能力等。
七、主令电器 概述
1、定义：用来发布命令、改变控制系统工作状态的电器。
2、类型：按钮、行程开关、万能转换开关、主令控制器、脚踏开关等。按钮
1、结构组成：常闭触点、常开触点、桥式触点、弹簧、按钮帽。
2、颜色规定
3、结构型式 行程开关
1、作用：用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程长短。
2、分类：
按外壳防护形式：开启式、防护式及防尘式； 按动作速度：瞬动和慢动（蠕动）； 按复位方式：自动复位和非自动复位； 按接线方式：螺钉式、焊接式及插入式； 按操作形式：直杆式（柱塞式）、直杆滚轮式（滚轮柱塞式）、转臂式、方向式、叉式、铰链杠杆式等；
按用途：一般用途行程开关、起重设备用行程开关及微动开关等。接近开关
1、原理：非接触式的检测装置，当运动着的物体接近它到一定距离时，它就能发出信号，从而进行相应的操作。
2、分类：高频振荡型、霍尔效应型、电容型、超声波型等。
3、参数：动作距离、重复精度、操作频率及复位行程等。光电开关
1、原理：通过光的发射和接收实现非接触式位置检测装置。
2、分类：对射式和反射式。凸轮控制器
1、作用：用于起重设备和其他电力拖动装置，以控制电动机的起动、正反转、调速和制动。
2、结构组成：主要由手柄、定位机构、转轴、凸轮和触点组成。
3、原理：转动手柄时，转轴带动凸轮一起转动，转到某一位置时，凸轮顶动滚子，克服弹簧压力使动触点顺时针方向转动，脱离静触点而分断电路。在转轴上叠装不同形状的凸轮，可以使若干个触点组按规定的顺序接通或分断。主令控制器
1、作用：由主令控制器的触点来控制接触器，再由接触器来控制电动机。
2、结构组成：与凸轮控制器相似，与控制屏相配合。万能转换开关
1、作用及原理：由多组相同结构的触点组件叠装而成的多回路控制电器，借助于不同形状的凸轮使其触点按一定的次序接通和分断，它能转换多种和多数量的电气控制电路。
2、转换开关定位特征
双PLC控制 篇3
1系统结构与功能设计
电梯双电源供电装置由6个部分, 每个结构在系统中发挥着重要的作用。下面分别介绍它们的结构设计。
1.1后备电池单元
传统双电源转换开关的控制电源包括两种, 分别是常用电源、备用电源。当这两种电源全部断电后, 就会造成系统停止运行。在这种情况下, 很容易发生电梯故障。针对以上问题, 电梯双电源装置采用了后备电池单元设计方法, 可以实现在线与离线模式的有效对接。该结构不仅可以快速供给直流电源, 而且遇到系统故障后, 能及时启动离线模式, 保证系统的正常运行。除此之外, 可以对故障进行记录, 方便工作人员进行维修。
1.2主回路检测单元
主回路检测单元的任务是:检测常用电源、备用电源主回路的电源参数。比如, 断电、欠压。如果两种电源发生以上故障时, 主回路单元就会自动发出故障信号, 并将信号传递到PLC控制系统当中。该单元的运行原理为:常用电源与备用电源的设计方法相同。其主回路检测单元输出信号分别是 (MAIN-OK-N、MAIN-OK-R) 。输出信号为DC24V时, 属于高电平。此时, 回路正常。反之, 则出现故障。
1.3 PLC控制单元
在转换装置中, PLC单元属于控制部分。它的工作电源由后备电池单元提供。通过常用主回路检测单元、备用主回路检测单元、操作键盘, 以及转换执行机构来输出信号。PLC控制单元将信号输送到三个地方。第一, 传送到转换执行机构当中。第二, 发送至电梯语音播放器。第三, 发送到电梯无线救援中。
1.4转换执行机构
该机构属于一套机械装置。其工作原理为:使用交流电机, 使齿轮在转动的过程中, 做直线运动。然后, 将常用电源、备用电源的开关打开或者闭合。其中, 常用电源与备用电源的动作方向相反。也就是说, 在合上常用电源的开关时, 应该断开备用电源的开关。反之, 亦然。除此之外, 利用转换执行机构能够同时分离常用电源与备用电源, 使其同时断开。在转换执行机构当中, PLC控制系统可以发出正转、反转信号, 然后对旋转的方向进行控制。
1.5电梯语言播放器
电梯环境的性质比较特殊, 所以对双电源转换装置的功能要求特别高。特别是在两种电源出现故障后, 就会使电梯突然停止运行。在这种情况下, 由于电梯轿厢处于封闭状态, 就会使电梯里的乘客受到惊吓, 并带来恐惧感。如果电梯主回路故障没有得到解决时, 轿厢内的应急灯就会自动打开, 播放故障电梯故障信息, 这样可以稳定乘客的情绪, 给他们带来心理上的安慰。电梯语音播放器由多个部件组成, 主要为语音芯片、控制信号、扬声器、放大器等。其中, 语音芯片有3条提示音, 并与各个控制信号形成一一对应的关系。
1.6电梯无线援救单元
电梯在运行中, 由于电源发生故障, 从而导致急停。严重的情况下, 还会冲出安全回路, 造成一些列不安全动作。比如:极限开关动作、夹绳器动作、安全钳动作等。出现以上故障后, 只有电梯维护专员采用手动方式才能使回路开关复位。当电梯主回路发生电源故障后, 要求及时将电梯中的乘客解救出来, 以免造成人员的伤亡。当前, 很多电梯中的对讲机根本无法使用, 再加上电梯中手机信号差的因素, 乘客往往只能选择大声呼救。针对以上问题, 电梯无线救援器可以自动发出救援信息, 并传送给电梯维修人员。这样, 维修人员接收到信号之久, 就会立马赶往故障现场, 实施救援。
2控制系统硬件设计
为了减小电梯故障, 要求不断提高电梯控制系统的安全性、稳定性。当前, 市场上的双电源转换装置大部分为单片机控制。这种设备的成本比较低, 但是在安全性、稳定性方面有很多不足。鉴于此, 引入S7-300 PLC控制器, 下面对其硬件设计进行详细介绍。
2.1输入信号
该控制器由多个输入信号组成, 包括 (主回路电源检测信号、电梯安全回路联锁信号、执行机构行程反馈信号、操作面板信号) 等。通常情况下, 针对控制器的实际需要, 要求设计出不同的操作面板开关。主要包括以下几种。
第一, 手动/自动控制选择开关。使用该开关, 可以自行设计控制的方式, 比如手动, 或者自动;第二, 手动用合闸开关。该开关的主要作用在于执行电源合闸;第三, 手动备用合闸。按下开关后, 可以执行备用电源合闸;第四, 手动双分开关。执行机构可以同时断开常用电源与备用电源;第五, 自动自投不自复开关。常用电源出现故障后, 可以接通被动电源。常用电源恢复正常后, 省去了切换常用电源合闸的流程。第六, 主回路电源检测信号。主要是对常用电源信号、备用电源信号进行检测。第七, 执行机构行程反馈信号。监督机构的执行情况, 以此来提高信号的输出效率。第八, 电梯安全回路联锁信号。电梯出现故障后, 造成安全回路不能自行恢复。此时, 为了减少故障的程度, 防止出现人员伤亡, 可以采用自动执行双分操作, 同时切断常用电源与备用电源。
2.2输出信号
PLC控制器包括多个信号, 操作面板指示灯、执行机构驱动信号、语言播放控制信号、电梯主回路电源故障信号等。其中, 指示灯主要有手动方式、自动方式、自动自投、常用电源/备用电源合闸等。
3控制系统软件设计
3.1控制任务规划
在电梯双电源转换装置中, 分别多个子模块任务, 包括控制面板采集、常用电源/备用电源合闸、电梯联锁信号控制、语言播放器等。
3.2控制流程设计
在PLC控制器中, 每项任务按照一定的顺序重复执行。所以, 应该根据模块的功能, 以及各个模块的之间的关系, 排列出顺序。在此基础上, 保证控制流程按照既定的顺序执行, 保证装置的安全运行。
4结语
电梯双电源转换装置存在一定的特殊性, 对设备的安全性、可靠性要求很高。传统的电梯双电源采用单片机作为控制器, 很难发挥作用。因此, 本文结合相关经验, 阐述了PLC控制系统在电梯双电源装置中的应用。实践证明, 该装置在使用的过程中, 产生了良好的效应。特别是当电梯出现故障后, 可以实施信号联锁控制, 并通过语音播放器传递故障信息, 从而缓解乘客的恐惧感。另外, 应用PLC控制系统后, 电梯维修人员可以及时赶到故障现场, 解决困在电梯中的乘客。除此之外, 采用PLC控制方法, 提高了电梯的安全性、稳定性, 减少了电梯不安全事故。
摘要：文章以电梯双电源供电装置PLC控制系统设计为题展开探讨。首先, 对电梯双电源的结构、功能设计进行了分析。包括后备电池单元、主回路检测单元、转换执行机构、电梯语言播放器、电梯无线救援单元等方面的内容。然后, 结合相关经验, 从控制系统的硬件设计、软件设计进行详细论述。希望可以提高电梯双电源供电装置系统的安全性、稳定性, 减少电梯故障。
关键词：电梯,双电源,供电装置,PLC控制系统
参考文献
[1]宋丽君, 布挺.基于S7-226型PLC的四层电梯控制系统的设计[J].科技信息, 2015 (8)
[2]张凤西, 郑萍.基于西门子PLC的超纯水控制系统设计[J].实验室研究与探索, 2015 (11)
[3]索治斌, 董仲喜.自动控制系统供电装置优化方式总结[J].河南化工, 2015 (20)
plc机械手控制拓展 篇4
机电一体化
学 生 姓 名：
学 号：
指 导 教 师：
完 成 日 期： 2011.3.15
摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„Ⅱ 1 2 3
绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 机械手设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 机械手总体设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
3.1 机械手的组成„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
3.1.1 执行机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
3.1.2 驱动机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
3.1.3 控制机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
3.2机械手在生产中的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
3.3 机械手的主要特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
3.4机械手的技术发展方向„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3.5机械手坐标形式与自由度选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3.5.1 机械手坐标形式选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
3.5.2 机械手自由度选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
3.6 3.7 机械手的规格参数„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 机械手手部设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.7.1 手部设计基本要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.7.2 手部力学分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.7.3 夹紧力与驱动力的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
3.7.4 手抓夹持范围计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.7.5 手抓夹持精度的分析计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
3.8 机械手腕部设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
3.8.1 腕部设计基本要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
3.8.2 腕部的结构选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
3.8.3 腕部回转力矩计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
3.8.4 腕部工作压力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
3.8.5 液压缸盖螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
3.8.6 动片和输出轴联接螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„„16
3.9 机械手臂部设计计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17-III-
3.9.1 臂部设计的基本要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.9.2 臂部的结构选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.9.3 手臂伸缩驱动力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
3.9.4 手臂伸缩液压缸参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
3.10 机身升降机构计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
3.10.1 手臂偏重力矩计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
3.10.2 升降导向立柱不自锁条件„„„„„„„„„„„„„„„„„22
3.10.3 手臂升降驱动力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
3.10.4 手臂升降液压缸参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„24
3.11 机身回转机构计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25
3.11.1 手臂回转液压缸驱动力矩计算„„„„„„„„„„„„„„„25
3.11.2 手臂回转液压缸参数计算„„„„„„„„„„„„„„„„„26
3.11.3 液压缸盖螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
3.11.4 动片和输出轴联接螺钉计算„„„„„„„„„„„„„„„„28 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31
绪论
机械手结构优化设计
摘 要
在机械制造业中，机械手已被广泛应用，从而大大的改善了工人的劳动条件，显 著的提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐，本设计通过对机械 手各主要组成部分（手部、手腕、手臂和机身等）分析，从而确定各主要组成部分的 结构，在此基础上对机械手进行设计计算，从而确定装配总图。通过此次机械手设计，掌握相关机械手设计的主要步骤，对于 CAD/CAM 软件应用方面有了进一步的提高。
关键词：机械手，设计，手部，手腕，手臂，机身，结构
工业机械手设计是机械制造、机械设计等方面的一个重要的教学环节，是学完技 术基础课及有关专业课以后的一次综合设计，通过这一环节把有关课程中所获得的理 论知识在实际中综合的加以应用，使这此知识能够得到巩固和发展，并使理论知识和 生产密切的结合起来，通过设计培养学生独立思考能力树立正确的设计思想，掌握机 械产品设计的基本方法和步骤，为自动机械设计打下良好的基础。机械手设计要求
要求本设计能鲜明体现设计构思，并在规定的时间内完成以下工作：
（1）拟定机械手的整体设计方案，特别是机械手各主要组成部分的方案。
（2）根据给定的自由度和技术参数选择合适的手部、腕部、臂部和机身的结构。
（3）各主要部件（手部、腕部、臂部）的设计计算。
（4）工业机械手装配图的绘制。
（5）编写设计计算说明书。机械手总体设计方案
3．1 机械手的组成工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。
3．1．1 执行机构
（1）手部 即直接与工件接触的部分，一般是回转型或平移型，（多为回转型，因其结构简单），手部多为二指（也由多指），根据需要分为外抓式和内抓式两种，也可以用负压式或真空式的空气吸盘和电磁吸盘。传力机构形式也很多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、齿轮齿条式、丝杠 螺母式、弹簧式、重力式。
（2）腕部 是联接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓物体的方位，以扩大机 械手的动作范围，并使机械手变的更灵巧，适应性更强。目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压缸，它的结构紧凑、灵巧，但回转角度小，并且要求严格密封，否则就难保证稳定的输出扭矩。
（3）手臂
是支撑被抓物体手部、腕部的重要部件，并带动它们做空间运动，它的主要作用是带动手指去抓取工件，并按预定要求将其搬运到给定的位置，一般手臂 需要三个给定自由度才能满足要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降运动。
（4）行走机构
3．1．2 驱动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分，根据动力源的不同大致可分为气动、液 压、电动和机械式四种。采用液压机构速度快，结构简单，成本低，臂力大，尺寸紧 凑，控制方便。
3．1．3 控制机构 在机械手控制上，有点动控制和连续控制两种，大多数用插销板进行点动控制，也有用 PLC 进行控制，主要控制的是坐标位置。有的工业机械手带有行走机构，我国正处于仿真阶段。
3．2 机械手在生产中的作用
机械手在工业生产中的应用极为广泛，可以归纳为以下几个方面：（1）（2）建造旋转体零件（轴类、盘类、环类）自动线。在实现单机自动化方面：
a 各类半自动车床，有自动夹紧、进刀、切削、退刀和松开的功能，仍需人工 上下料，装上机械手，可实现自动生产，一人看管多台机床。b 注塑机有加料、合模、成型、分模等自动工作循环，装上机械手自动装卸工 件，可实现自动生产。c 冲床有自动上下料冲压循环，装上机械手上下料，可实现冲压生产自动化。
3．3 机械手的主要特点
（1）对环境的适应性强，能代替人从事危险、有害的操作，在长时间工作对人类 有害的场所，机械手不受影响，只要根据工作环境进行合理设计，选择适当的材料和 结构，机械手就可以在异常高温或低温、异常压力和有害气体、粉尘、放射线作用下，以及冲压、灭火等危险环境中胜任工作。
（2）机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和 延伸人的功能。
（3）由于机械手的动作准确，因此可以稳定和提高产品的质量，同时又可避免人 为的操作错误。
（4）机械手通用性、灵活性好，能较好的适应产品品种的不断变化，以满足柔性 生产的需要。
（5）采用机械手能明显的提高劳动生产率和降低成本。
3．4 机械手的技术发展方向
国内外使用的实际上是定位控制机械手，没有“视觉”和“触角”反馈。目前，世界各国正积极研制带有“视觉”和“触角”的工业机械手，使它能对所抓取的工件 进行分辨，选取所需要的工件，并正确的夹持工件，进而精确的在机器中定位、定向。为使机械手有“眼睛”去处理方位变化的工件和分辨形状不同的零件，它由视觉 传感器输入三个视图方向的视觉信息，通过计算机进行图形分辨，判别是否是所要抓 取的工件。为防止握力过大引起物件损坏或握力过小引起物件滑落下来，一般采用两种方法： 一种是检测把握物体手臂的变形，以选择适当的能力，另一种是直接检测指部与物件 的滑落位移，来修正握力。因此这种机械手具有以下几方面的性能：
（1）能准确的抓住方位变化的物体。
（2）能判断对象的重量。
（3）能自动避开障碍物。
（4）抓空或抓力不足时能检测出来。
这种具有感知能力并能对感知的信息做出反应的工业机械手称为智能机械手，它
是有发展前途的。现在工业机械手的使用范围只限于在简单重复的操作方面节省人力，代替人从事 繁重、危险的工作，在恶劣环境下尤其明显，至于在汽车业和电子工业之类的费工的 工业部门，机械手的应用情况不能说是很好的，原因之一是，工业机械手的性能还不 能满足这些工业部门的要求，适合机械手工作的范围很狭小，另外经济性问题也很重 要，利用机械手节约人力从经济上看不一定总是合算的。然而利用机械手实现生产合 理化的要求，今后还会持续增长，只要技术方面和价格方面存在的问题获得解决，机 械手的应用必将飞跃发展。
3．5 机械手坐标形式与自由度的选择
3．5．1 机械手坐标形式选择
机械手一般包括圆柱坐标式、球坐标式、直角坐标式、多关节式。直角坐标式机 械手，占用空间大，工作范围小，惯性大，一般不多用，只有在自由度较少时才考虑 用。圆柱坐标式机械手，占用空间小，工作范围大，惯性大，结构简单。多关节式机 械手，占用空间小，工作范围大，惯性小，能抓取底面物体，但多关节式结构复杂，所以也不多用。球坐标式机械手，占用空间小，工作范围大，惯性小，所需动力小，能抓取底面物体。由以上叙述可以看出圆柱坐标式和球坐标式比较适合，但由于圆柱坐标式比球坐 标式在结构方面简单一些，所以最后决定选择圆柱坐标式机械手。
3．5．2 机械手自由度选择
3．6 机械手的规格参数
抓重：300N 手臂运动参数： 自由度：4 个 坐标形式：圆柱坐标式
伸缩行程（X）：400mm 伸缩速度： 升降速度： 回转范围： 回转速度： 手腕运动参数： 回转范围： 回转速度： 位置检测： 驱动方式： 控制方式： 0°~180°
重复定位精度：3mm
3．7 手部设计基本要求
3．7．1 手部设计基本要求
（1）应具有适当的夹紧力和驱动力，应考虑到在一定的夹紧力下，不同的传动 机构所需的驱动力大小是不同的。
（2）手指应具有一定的张开范围，以便于抓取工件。
（3）在保证本身刚度、强度的前提下，尽可能使结构紧凑、重量轻，以利于减 轻手臂负载。
（4）应保证手抓的夹持精度。
3．7．2 手部力学分析 通过综合考虑，本设计选择二指双支点回转型手抓，采用滑槽杠杆式，夹紧装置 采用常开式夹紧装置，它在弹簧的作用下手抓闭合，在压力油作用下，弹簧被压缩，从而手抓张开。下面对其结构进行力学分析： 在杠杆 3 的作用下，销轴 2 向上的拉力为 F，并通过销轴中心 O 点，两手指的滑 槽对销轴的反作用力为 F1 和 F2 其力的方向垂直于滑槽的中心线 OO1 和 OO2 并指向 O 点，交 F1 和 F2 的延长线于 A 和 B。又因为 所以a ——— 手指的回转支点到对称中心线的距离（mm）α——— 工件被夹紧时手指的滑槽方向与两回转支点的夹角 由分析可知，当驱动力 F 一定时，α角增大，则握力 FN 也随之增大，但α角过 大会导致拉杆行程过大，以及手部结构增大，因此最好α=30o~40o。
3．7．3 夹紧力与驱动力的计算 手指加在工件上的夹紧力，是设计手部的主要依据，必须以其大小，方向与作用 点进行分析、计算。一般来说，夹紧力必须克服工件重力所产生的静载荷以及工件运 动状态变化所产生动的载荷，以使工件保持可靠的加紧状态。手指对工件的夹紧力可按下式计算： 2—— 销轴 3—— 杠杆式中K1——安全系数，通常 1.2~2.0； K2——工作情况系数，主要考虑惯性力的影响，可按 K2=1+a/g,其中 a 是重力方向的最大上升加速度，a=Vmax /t 响，g 是重力加速度，g=9.8m/s2。Vmax——运载时工件最大上升速度； t 响——系统达支最高速度的时间，一般选取 0.03~0.5； K3——方位系数，根据手指与工件位置不同进行选择； G——被抓取工件所受重力； 表 1 驱动力与液压缸工件压力关系图
作用在活塞上外力 F(N)50000 2.0~4.0 4.0~5.0 5.0~8.0
液压缸工件压力 MPa
液压缸工作压力 MPa
设 a=40mm,b=80mm,α=30o,机械手达到最高响应时间 0.5s,夹紧力 FN,驱动力 F 和驱动 液压缸的尺寸。（1）设 K1=1.6 K2=1+a/g 设 Vmax=70mm/s t 响=0.5s 根据以上公式得：
（2）根据驱动力公式得：
由于实际所采取的液压缸驱动力要大于计算，考虑手爪的机械效率η，一般取η =0.85~0.9。
（3）取 η=0.85
（4）确定液压缸的直径 D
选取活塞直径 d=0.5D,选择液压缸工作压力 P=0.8~1Mpa.所以
根据液压缸内径系列（JB826-66）,选取液压缸的内径为：D=50mm 则活塞杆直径为：d=0.5D=0.5×5=25mm.所以手部夹紧液压缸的主要参数为：
液压缸内径 D 50mm 活塞杆直径 d 25mm 工作压力 p 0.8MPa 驱动力 F 859.06N
3.7.4 手抓夹持范围计算
为了保证手抓张开角为 120o，设手抓长为 100mm，当手抓没有张开角的时候，根 据机构设计，它的最小夹持半径 Rmin=40mm,当张开角为 120o 时，根据双支点回转型 手抓的误差分析，取最大夹持半径 Rmax=60mm。所以机械手的夹持半径为 40~60mm。3．7．5 手抓夹持精度的分析计算 机械手的精度设计要求工件
定位准确，抓取精度高，重复定位精度和运动稳定性 好，并有足够的抓取能力。机械手能否准确夹持工件，把工件送到指定位置，不仅取 决于机械手的定位精度（由臂部和腕部等运动部件来决定），而且也与机械手夹持误 差大小有关，特别是在多品种的中、小批量生产中，为了适应工件尺寸在一定范围内 的变化，一定要进行机械手的夹持误差分析。以棒料来分析机械手的夹持误差精度。机械手的夹持半径为 40~60mm,一般夹持误差不超过 1mm,分析如下： 工件的平均半径： 手抓长 L=100mm,取Ｖ型夹角 2θ=120 偏转角β按最佳偏转角确定： 计算得 式中 因为
Ro——理论平均半径 Rmax>Ro>Rmin
所以
△=0.939
夹持误差满足设计要求。
3．8 机械手腕部设计计算
3．8．1 腕部设计的基本要求
（1）力求结构紧凑、重量轻 腕部处于手臂的最前端，它连同手部的静、动载荷均由臂部承担，显然，腕部的 结构、重量和动力载荷，直接影响着臂部的结构、重量和运转性能，因此，在腕部设 计时，必须力求结构紧凑，重量轻。
（2）结构考虑，合理布局 腕部作为机械手的执行机构，又承担联接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的联接。
（3）工作条件 对于本设计，机械手的工作条件是在工作场合中搬运加工的棒料，因此不太受环 境影响，没有处在高温和腐蚀性的工作介质中，所以对机械手的腕部没有太多不利因 素。
3．8．2 腕部的结构选择 腕部的结构有四种，分别为：
（1）具有一个自由度的回转缸驱动腕部结构 直接用回转液压缸驱动，实现腕部的回转运动，因具有结构紧凑、灵活等优点而 被广泛使用。
（2）用齿条活塞驱动的腕部结构 在要求回转角大于 270o 的情况下，可采用齿条活塞驱动腕部结构。
（3）具有两个自由度的回转缸驱动腕部结构 它使腕部具有绕垂直和水平轴转动的两个自由度。
（4）机—液结合的腕部结构 此手腕具有传动简单、轻巧等特点，但结构有点复杂。本设计要求手腕回转 180o，综合以上分析考虑，腕部结构选择具有一个自由度的回转 缸驱动腕部结构。3．8．3 腕部回转力的计算 腕部在回转时一般需要克服以下三种阻力：
（1）腕部回转支承处的摩擦力矩 M 摩 为简化计算，一般取 M 摩=0.1M 总力矩
（2）克服由于工件重心偏置所需的力矩 M 偏式中G1——夹持工件重量（N）。e——工件重心到手腕回转轴线的垂直距离（m）。
（3）克服启动惯性所需的力矩 M 惯 启动过程近似等加速运动，根据手腕回转的角速度ω及启动所需时间 t 启，按下式计 算：或者根据腕部角速度ω及启动过程转过的角度φ启计算：
式中 J 工件——工件对手腕回转轴线的转动惯量（N.m.s2）。J—— 手腕回转部分对腕部回转轴线的转动惯量（N.m.s2）。ω—— 手腕回转过程的角速度（rad/s）。t 启——启动过程中所需时间，一般取 0.05~0.3s。φ启——启动过程所转过的角度（rad）。手腕回转所需的总的阻力矩相当于上述三项之和，即：设抓取一根轴，其直径 D=100mm,长度 l=500mm,m1=50kg,当手抓夹持在工件中间位 置回转 180o，将手抓、手抓驱动液压缸和回转液压缸转动件等效为一个圆柱体，长 h=150mm,半径为 50mm，其所受重力为 G，启动过程所转过的角度φ启=0.314rad,等速 转动角速度ω=2.616rad/s。圆柱体重力 因为手抓夹持在工件中间位置，所以工件重心到手腕回转轴线的垂直距离为 0，即 e 等于 0，所以 M 偏=G1e=0。由于又因为 所以即 3．8．4 腕部工作压力计算 表 2 标准液压缸内径系列（JB826-66）20 70 110 25 75 125 32 80 130 40 85 140 50 90 160 55 95 180 63 100 200 65 105 250
设定腕部的部分尺寸： 根据上表设缸体内孔半径 R=55 mm,外径选择 133mm,考虑到实 际装配问题后，其外径为 180mm，动片宽度 b=66mm,输出轴半径 r=22.5mm。表 3 标准液压缸外径系列（JB1068-67）液压缸内径 20 钢 P≤160MPa 40 50 63 80 90 100 110 125 140 150 160 180 200
168 146 180 194 219 245
钢 P≤200 MPa 50 60 76 95 108 121 133 168 146 180 194 219 245 由于实际回转液压缸所产生的驱动力矩必须大于总的阻力矩 M 总力矩，即：
式中 M 总力矩——手腕回转时的总的阻力矩（N.m）P——回转液压缸工作压力（Mpa）R——缸体内孔半径（mm）r——输出轴半径（mm）b——动片宽度（mm）所以 所以腕部回转液压缸主要参数为： 工作压力 P 1MPa 缸体内径 R 110mm 输出轴半径 r 22.5mm 回转力矩 M 13.1N.m 动片宽度 b 66mm
3．8．5 液压缸盖螺钉计算 表 4 螺钉间距 t 与压力 P 之间的关系 工作压力 P（MPa）0.5~1.5 1.5~2.5 2.5~5.0 5.0~10.0 螺钉的间距 t(mm)
直径（mm）FQs´——动片和输出轴间联接螺钉的预紧力（N）b——动片宽度（mm）P——回转液压缸工作压力（Pa）螺钉的强度条件为：螺钉材料选择 Q235,取σs=240MPa,则即动片和输出轴间联接螺钉的直径选择 d1=6mm,选择 M6 的开槽盘头螺钉。式中［σ］——螺钉材料的许用拉应力（MPa）d 1——螺钉的直径（mm）
3．9 机械手臂部设计计算
3．9．1 臂部设计的基本要求
（1）臂部应承载能力大、刚度好、自重轻
（2）臂部运动速度要高，惯性要小
（3）手臂动作应该灵活
（4）位置精度要高 3．9．2 臂部的结构选择 常见的手臂伸缩机构由以下五种：
（1）双导向杆手臂伸缩机构手臂的伸缩缸安装在两根导向杆之间，由导向杆承受弯曲作用，活塞杆均受拉 压，故受力简单传动平稳。
（2）双层液压缸空心活塞杆单杆导向机构 其特点是工作液压缸容积小、运动速度快、外形整齐、活塞杆直径大、增加 手臂刚性。
（3）采用花键套导向的手臂升降机构 内部导向，活塞杆直径大、刚度大、传动平稳，花键轴端部的定位装置值得注 意，必须保证手臂安装在正确的初始设计位置上。
（4）双活塞杆液压缸结构 活塞杆速度先慢后快，是用短液压缸实现大行程的结构。
（5）活塞杆和齿轮齿条机构 手臂的回转运动是通过齿轮齿条机构实现的，齿条的往复运动带动与手臂联接 的齿轮做往复回转而使手臂左右摆动。通过以上，综合考虑，本设计选择双向导向杆手臂伸缩机构，使用液压驱动，液 压缸选取双作用液压缸。3．9．3 手臂伸缩驱动力计算 伸缩液压缸活塞驱动力的计算公式为： F 驱=F 摩+F 密+F 回+F 惯 式中 F 摩——手臂运动时，为运动件表面间的摩擦阻力。F 密——密封装置处的摩擦阻力。F 回——液压缸回油腔低压油液所造成的摩擦阻力。F 惯——启动或制动时，活塞杆所受平均惯性力。
（1）F 摩的计算 经计算 式中 G 总——参与运动的零部件所受的总重量（N）。L——手臂参与运动的零部件的总重量的重心到导向支撑前端的距离（mm）a—— 导向支撑的长度（mm）μ´——当量摩擦系数，其值与导向支撑的截面形状有关。对于圆柱面：μ——摩擦系数，对于静摩擦且无润滑时： 钢对青铜：取
μ=0.1~0.15 钢对铸铁：取μ=0.18~0.3 计算： 导向杆的材料选择钢、导向支撑选择铸铁，L=700mm,导向支撑 a=420mm,带入数据得：
（2）F 惯的计算 经计算
式中Δv——由静止加速到常速的变化量（mm/s）。Δt——启动过程时间（t），一般取 0.01s~0.5s。手臂启动速度Δv=83mm/s,启动时间Δ
t=0.02s,g=9.8N/kg,带入数据得：
（3）F 密的计算 不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O 型密
封圈，当液压缸工作压 力小于 10MPa 时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为：F 密=0.03F 驱
（4）F 回的计算 一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。经过以上分析计算，液压缸的驱动力为： F 驱=F 摩+F 密+F 回+F 惯=3640+0.03 F 驱
+338.8 所以手臂伸缩驱动力 F 驱= 4102N 3．9．4 手臂伸缩液压缸参数计算 经过上面计算，确定了液压缸的驱动力 F P=1MPa。
（1）液压缸内径计算
驱= 4102N，因此选择液压缸的工作压力当油进入无杆腔： 当油进入有杆腔： 所以式中 F 驱—— 手臂伸缩液压缸驱动力（N）
D ——液压缸内径（mm）d——活塞杆直径（mm）η——液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取η=0.95 P1——液压缸的工作压力（MPa）带入数据得： 根据液压缸内径系列（JB826-66）,选取液压缸的内径为：D=80mm
（2）活塞杆直径计算 活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度的要求，对于杆长 l 大于 直径 15 倍（l>15d）的活塞杆，还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径 d 按拉压强度计算：
设活塞杆材料为碳钢，碳钢［σ］=100~120 MPa,取［σ］=100 MPa 即 表 5 活塞杆直径系列（JB826-66）18 40 75 5 20 45 80 5 22 50 85 8 25 55 90 10 28 60 95 12 30 63 14 32 65 16 35 70
根据活塞杆直径系列（JB826-66）选取活塞杆直径 d=8mm。所以手臂伸缩液压缸主要参数为：液压缸内径 D 80mm 工作压力 P 1MPa 活塞杆直径 d 8mm 驱动力 F 4720N
3．10 机身升降机构计算
3．10．1 手臂偏重力矩的计算
图 5 手臂各部件重心位置图 设 所以 设
所以偏转力矩 式中ρ——重心到回转轴线的距离(mm)3．10．2 升降导向立柱不自锁条件 手臂在 G 总的作用下有向下的趋势，而立柱导套则防止这种趋势。由力平衡条件得：
所谓不自锁条件为：
即因此在设计中必须考虑到立柱导套长度大于 391mm。式中 f——摩擦系数 h——立柱导套的长度 3．10．3 手臂升降驱动力的计算 由手臂升降驱动力的公式得： F 驱=F 摩+F 密+F 回+F 惯±G 总
（1）F 摩的计算
所以
（2）F 惯的计算 经计算 式中Δv——由静止加速到常速的变化量(mm/s)。Δt——启动过程时间(t),一般取 0.01s~0.5s。
手臂启动速度Δv=83mm/s,启动时间Δt=0.02s,g=9.8N/kg,带入数据得：
（3）F 密的计算不同的密封圈其摩擦阻力不同，在手臂设计中，采用 O 型密封圈，当液压缸工 作压力小于 10MPa 时，液压缸密封处的总的摩擦阻力为：F 密=0.03F 驱
（4）F 回的计算 一般背压阻力较小，为了计算方便，将其省略。经过以上分析计算，液压缸的驱动力为：所以当液压缸向上驱动时 当液压缸向下驱动时
3．10．4 手臂升降液压缸参数计算 经过上面计算，确定了液压缸的驱动力 F 驱，因此选择液压缸的工作压力 P=1MPa,为 了满足要求，此时取 F 驱=1999.2N 进行计算。
（1）液压缸内径计算：当油进入无杆腔：当油进入有杆腔：液压缸的有效面积：所以式中 F 驱——手臂升降液压缸驱动力(N)D——液压缸内径(mm)d——活塞杆直径(mm)η——液压缸机械效率，在工程机械中用耐油橡胶可取η=0.95 P1——液压缸的工作压力(MPa)带入数据得： 根据液压缸内径系列（JB826-66），选取液压缸的内径为：D=55mm
（2）活塞杆直径计算 活塞杆的尺寸要满足活塞（或液压缸）运动的要求和强度的要求，对于杆长 l 大于直 径 15 倍（l>15d）的活塞杆，还必须具有足够的稳定性。按强度条件决定活塞杆直径 d 按拉压强度计算：设活塞杆材料为碳钢，碳钢［σ］=100MPa 即根据活塞杆直径系列（JB826-66）选取活塞杆直径 d=6mm 所以手臂升降液压缸主要参数为：工作压力 P 1MPa 液压缸内径 D 55mm 活塞杆直径 d 6mm 驱动力 F 1999.2N
3．11 机身回转机构的计算
3．11．1 手臂回转液压缸驱动力矩计算 手臂回转液压缸驱动力矩
（1）M 惯的计算 回转部件可以等效一个高 1500mm,半径为 60mm 的圆柱体，圆柱体重量为 G 总=800N，M 驱=M 惯+M 密+M 回设启动角速度
Δω=0.314rad/s,启动时间Δt=0.1s。所以
（2）M 密与 M 回的计算 为了计算方便，密封处的摩擦阻力矩 M 密=0.03M 驱，由于回油背差一般非常的小，故 在这里忽略不计，即 M 回=0。因此 3．11．2 手臂回转液压缸参数计算 设 b=60mm,液压缸工作压力 P=4MPa,d=50mm,则由 得 所以取液压缸内径为 140mm 式中 D——液压缸内径(mm)P——回转液压缸工作压力(MPa)b——动片宽度(mm)d——输出轴与动片联接处的直径(mm)所以手臂回转液压缸主要参数为：
工作压力 P 4MPa
液压缸内径 D 140mm
动片宽度 b 60mm
输出轴直径 d 50mm
驱动力矩 M 476N.m
3．11．3 液压缸盖螺钉计算 由表 4 可以看出螺钉间距 t 与压力 P 之间的关系： T 为螺钉的间距，间距跟工作压力有关，每个螺钉在危险剖面上承受的拉力为： FQs=FQ+ FQs FQ 为工作载荷，FQs为预紧力 液压缸工作压力为 P=4MPa,所以螺钉间距 t 小于 100mm,试选择 8 个螺钉所以选择螺钉数目合适 Z=8 个，危险截面面积所以 螺钉的强度条件为：式中 D——动片外径(mm)［σ］——螺钉材料的许用应力(MPa)d 1——螺钉螺纹内径(mm)螺钉材料选择 Q235，取σs=240MPa,则即螺钉的直径选择 d1=14mm 经过以上的计算，需要螺钉来联接，最终确定液压缸的截面尺寸，内径为 140mm,外 径为 240mm，输出轴直径为 50mm。3．11．4 动片和输出轴之间的联接螺钉由得式中 f——被联接件配合面间的摩擦系数，钢对铜取 f=0.15 D——动片外径(mm)d——动片与输出轴配合处直径(mm)FQs——动片和输出轴间联接螺钉的预紧力(N)b——动片宽度(mm)P——回转液压缸工作压力(Pa)
结论
通过此次毕业设计，使我了解了机械手的很多相关知识，使我了解了当前国内外 在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了机械手设计的一般过程，通过对机械手 的结构设计作了系统的分析，掌握了一定的机械设计方面的知识，为以后的工作学习奠定了基础。本次毕业设计只是对机械手的手部、腕部、臂部以及机身做了系统的设计计算，设计中没有涉及到机械手的控制问题，对这方面有点模糊，需要在以后的工作学习中 了解和掌握，由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望老师见量、指正。
致谢
非常感谢学院领导和老师给我提供了这次良好的深入学习的机会和宽松的学习环境，通过这次毕业设计，不但使我将大学期间所学的专业知识再次回顾学习，而且 也使我学到了专业领域中一些前沿的知识。非常感谢在本次设计中曾给予我耐心指导 和亲切关怀的老师以及帮助过我的同学，正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕 业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着 我，在此，请允许我再次向曾经给予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意！
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参 考 文 献
[1]李允文.工业机械手设计.北京：机械工业出版社，1994
[2]陆祥生.机械手－理论与应用.北京：中国铁道出版社,1985
[3]徐濒主.机械设计手册第五卷.北京：机械工业出版社，1992
[4]张建民.工业机器人.北京：北京理工大学出版社，1988
[5]蔡自兴.机器人原理及其应用.长沙：中南工业大学出版社，1988
[6]冯香峰.机器人机构学.北京：机械工业出版社，1991
[7]工业机械手图册编写组.工业机械手图册.北京：机械工业出版社，1978
[8]天津大学编.工业机械手设计基础.天津：天津人民出版社，1980
[9]陈明.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，2005
[10]孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理.北京：高等教育出版社，2006
[11]周伯英.工业机器人设计.北京：机械工业出版社，1995
[12]龚振帮.机器人机械设计.北京：电子工业出版社，1995
双PLC控制 篇5
农业机器人在现代化农业生产中的应用,不仅大幅度提高了劳动生产效率,也使劳动资源得到了合理配置,大大改善了农业生产环境,提高了农作物的产量。但是,由于农业环境的非结构性、果实对象分布不确定性和果实易损等特性,要求农业机器人具有开放式的控制系统和高度智能化的机械手结构。CAN总线按时间表分配和按需要分配,将其应用到了采摘机器人的末端执行器控制设计中,可以有效地提高控制效率和降低控制成本。
1 机械手双闭环控制原理
采用双闭环控制系统可以有效地提高采摘机器人的控制效率和控制精度,而CAN是已经被认同的高性能和可靠性控制方案,已经被广泛地使用到了工业自动化、船舶和医疗设备等的自动化控制过程中。CAN总线是现场自动化控制研究领域的热点之一,是自动化领域的计算机局域网,为分布式控制及节点可靠实时数据的传输提供了强大的支持。PLC采摘机器人控制器主要由机械手控制末端、可编程控制器、变频器和调速电机组成,其框架结构如图1 所示。整个控制过程采用双闭环控制方案,其控制结构如图2所示。
在常规转速传感器控制的基础上,以接触障碍物使霍尔传感器采集的力学信号为反馈值,将反馈值的误差E和误差变化率EC作为输入,使用模糊推理法对控制参数进行整定,从而满足了控制器对不同参数的要求,使控制对象具有较好的静态性能和动态性能。机械手关节的CAN总线控制流程如图3 所示。
其控制过程主要包括系统和各功能模块的初始化、电流环调节的子程序、CAN通信的子程序及A /D采样中断子程序等,利用CAN总线可以提高机器人控制的效率。
2 末端执行器结构和伺服控制系统
在温室条件下,机器人主要靠数目视觉来进行路径划分和自主导航控制,其性能取决于图像分割和特征提取技术; 而采摘精度主要受采摘机械手定位精度、采摘的速度及执行末端的控制。机械手末端执行器三维模型如图4 所示。
为了改进手指刚性的适应性较差的问题,将夹持的两个手指安置在同一个平面内,另一个与它们的位置平行,增加了机械手的活动范围。机械手的电机控制机械结构如图5 所示。
图5 中,手指的控制采用欠平衡驱动原理,手指的并拢由腕部螺纹导杆控制。在复位弹簧的复位作用下,3 根手指可以实现自主张开,在采摘时,利用上部的剪刀将果柄切断。为了提高控制的精度,使用光电编码器和谐波减速器对机械手进行控制,其结构如图6 所示。
驱动系统的减速器使用扁平式的谐波减速器,由4 部分组成,包括输入钢轮、柔轮、波发生器和输出钢轮4 部分。电机转速的采集主要使用光电编码器,通过采集2 次脉冲计数来计算转速,计算公式为
其中,( k) 表示电机转动角速度; T表示采样的周期。转速计算时,电路中经常会出现干扰,导致两次采样信号的间隔时间较短,在进行微分计算时干扰的噪声会被放大,导致计算得到的转速和实际转速相差较大。因此,需要通过滤波方法对速度的数值进行滤波。这里利用一阶低通数字滤波器对计算数据进行处理。连续时间的一阶低通滤波器的表达式为
其中,τc表示滤波的时间常数。
其中,fc表示截止频率,表示滤波器输出的角速度。将公式进行离散化可得
对于光电编码器转速数值的计算和保存,可以通过CAN总线进行数据传输。在主程序中,首先将CAN通信模块进行初始化,然后设定接收端,接收信息的寄存器相应的标位置为1; 在中断程序时,读取速度信息,并将其存入相应的变量中。
3 实验和仿真模拟测试
为了测试PLC和CAN总线在采摘机器人控制系统中的可靠性,对实验教学使用的六自由度机械手进行了改进,并以黄瓜采摘作为作业对象,对机械人的采摘性能进行了测试。教学用机器人结构如图7 所示,其关节利用6 个舵机进行控制,但是各关节缺少相应的反馈装置。
为此,对其进行了改进,利用双闭环控制原理,设计了PLC硬件电路和CAN总线控制器,改进后的机械手如图8 所示。在不破坏机械臂机构的前提下,得到的机械手结构,其关节的控制电机使用直流电机,根据机械手的事物各种参数,建立如图9 所示的机械手仿真模型。利用正运动仿真原理,输入期望的关节角度,通过仿真模拟计算,使机器人到达指定的末端位姿,模拟工具选择Mat Lab工具箱的Robotics Toolbox。通过仿真模拟计算,得到如图10 的机器人机械手的运动轨迹。
由仿真曲线可以看出: 末端执行机构在水平方向在- 800 ~ 800mm范围内工作点密集,而该机器人的设计工作区间为58. 25cm,可以满足机器人工作实际空间的需要。
为了提高采摘机械手的控制精度,加入了前馈控制环境,利用前馈控制环节可以实现对系统的实时控制,对给定不变性可以直接根据给定信号进行控制,改善了系统的静态性能,实现了机械手对实际采摘位置的有效追踪。通过实验和仿真模拟,最终得到了机械手的位置最终曲线,其结构如图11 所示。
图11 中,追踪过程采用正弦波谐波减速器控制。由计算结果可以看出: 位移时间曲线平滑无突变,表明机器人在运行过程中平稳,无振动。在谐波减速器的控制下,利用双闭环控制系统,机械手以较高的精度对实际位置进行了追踪,从而验证了基于PLC和CAN总线控制的采摘机械手工作的稳定性和可靠性。
4 结论
1) 提出了一种新的采摘机器人双闭环控制系统。该系统以PLC控制器和CAN总线作为控制工具,利用传感器完成了各种信号的采集,基于直流电机对执行末端进行控制,并使用谐波减速器对机械手的关节进行调节,有效地提高了采摘机器人的控制效率。
双PLC控制 篇6
本研究来源于某地区换热器供热管网系统首站控制。在二次网回水过程中, 水分会损失, 导致其回水压力降低, 要实现良好的换热器出口温度的控制需要在高压回水泵两端的压力差恒定, 而当回水泵控制电压不进行调节时, 进行回水管道的恒压控制。
本文首先对恒压补水系统的控制要求进行分析, 然后进行系统硬件结构设计, 最后进行PLC程序设计与实现。
一、双S7-200PLC控制系统结构
(一) 系统控制原理
系统采用双S7-200PLC结构, 主要解决I/O点数众多的问题, 较采用单S7-300PLC结构节省成本至少50%。1#PLC决策作用——做主, 与上位机相连接;2#PLC起采集与控制——做从, 形成主从结构, 如图1所示。
(二) 系统控制要求
回水管网压力应保持在0.35MPa;当压力低于0.35MPa时, 报警送至PLC, 同时通过变频器调节补水泵的转速。补水箱液位低于0.5m时, 停止补水泵且报警。
为保持系统的可靠性, 需要变频补水泵两台 (即:一用一备) , 起到调节压力作用;一台工频泵现场要求满负荷运转。
二、系统硬、软件设计
(一) PLC选型I/O分配
根据系统要求和现场实际勘察, 本系统共有50个模拟量 (模拟量模块选用EM235) 、28个开关量, 系统共有78个点。
一个做主机 (选用CPU224XP) , 另一个做从机 (选用CPU224CN) 。因其点数较多, 限于篇幅, 现将恒压补水环节部分主要点的I/O分配如表1和表2所示。
(二) 软件程序设计
软件程序设计主要包括两部分: (1) 两PLC间的通讯; (2) 补水泵的PID控制。
1. 双PLC间的通讯
PLC间的通讯可以采用指令的形式, 也可采用其自身的Wizards的NETR/NETW向导。利用自身所带的指令编程需要设置通讯的方式、通讯的地址、通讯的数据格式, 故其较为复杂。而采用NETR/NETW方法, 其Step3如图2所示, 为NETR方式。图示较为直观, 只需要设置PLC通讯地址与通讯数据区的变量类型与范围。
2. 补水泵PID控制
补水泵的PID控制通过Pt100检测换热器出口温度, 然后通过控制换热器蒸汽进口电动蝶阀的开度来进行闭环温度PID控制。采用PID控制也可采用指令和向导两种方式。图3为PID向导参数设定的步骤4。在调试时, 首先应该进行单个换热器的PID Tune Control Pane L控制, 然后经过参数的整定与处理, 在设定其他三个换热器即可。PID Tune Control Pane L自动调节经过12次过零才能完成, 自动整定出其比例项、积分项和微分项的系数。
最后形成的PLC控制程序如图4所示。
3. 上位机组态软件程序设计
上位机采用MCGS组态软件进行监控, 其编程简单, 画面直观、控制便捷。
三、结论
本文采用双S7-200PLC结构实现了换热器的温度控制系统的恒压补水部分。通过现场调试, 系统基本符合控制要求, 稳定性较高, 但其控制精度较低:在±20%范围内。其主要原因在于:现场变频器控制的频率不能太大。若变化频率高将导致变频器的部分响声较大, 影响使用寿命。
摘要：文章以某热力管网首站的换热器为研究对象, 采用双S7-200PLC的主从结构的控制方案, 利用PID Tune Control PaneL方法解决恒压补水问题。实践表明:此系统可靠性高、成本低、控制灵活。
关键词：双S7-200PLC,恒压补水,PID控制
参考文献
[1]李鸣, 杨大勇, 等.基于变频调速的恒压供水智能控制系统[J].煤矿机械, 2008, (6) .
[2]张运才, 王公仆, 王娜.变频器在供暖恒压补水中的应用[J].2006, 20 (2) .
[3]SIMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable ControllerSystem Manua[lK].2004:168-180.
双PLC控制 篇7
关键词：可编程控制器,三菱FX2N,PLC通信,电机控制
随着现代工业的迅速发展，PLC的应用范围越来越广，现代企业的自动化程度也越来越高。在大型控制系统中，由于控制任务复杂，出现了仅靠增强PLC单机的控制功能及点数难以胜任复杂生产需要的现象，PLC厂家为了适应这种需要，均开发了各自的PLC通信技术。PLC通信的目的是为了提高系统的控制功能和范围，将分布在不同位置的PLC、计算机与智能设备通过传送介质连接，来实现数据传输，以构成功能更强大的控制系统。
一、了解PLC通信
数据传送方式有并行数据传送和串行数据传送。
并行数据传送：并行数据传送所有数据位是同时进行的，以字或字节为单位传送。其特点是传输速度快，但通信线路多、成本高，适合近距离高速数据传送。PLC通信系统中，并行通信方式一般运用于各内部元件、主机与扩展模块或近距离智能模版的处理器之间。
串行数据传送：串行数据传送时所有数据都是按位(bit)进行的。因为串行通信仅需要一对数据线就可以，所以在长距离数据传送中较为合适。PLC设备或网络传送数据的方式绝大多数为串行方式，PLC内部数据处理、存储都是并行的。
二、PLC与PLC之间的通信
PLC与PLC之间的通信采用的是并行链接技术。并行链接指PLC之间1:1、1:N或N:N的相互链接，实际上是在参与通信的各PLC中，各开辟出一定量的特殊继电器和数据寄存器区域作为其他PLC的同地址的特殊继电器或数据寄存器“映像”，这些“映像”随着通信双方的特殊继电器和数据寄存器区域的改变自动被刷新，由于地址的分配有严格的规定，因此各PLC可能通过读取本身相应的“映像”内容来获取其他PLC的信息。
N:N链接通信协议最多用于八台FX系列PLC的辅助继电器和数据寄存器之间的数据的自动交换，其中一台为主机，其余的为从机。N:N网络中的每一台PLC都在其辅助继电器区和数据寄存器区分配有一块用于共享的数据区。数据在确定的刷新范围内自动在PLC之间进行传送，刷新范围内的设备可由所有的站监视，但数据写入和ON/OFF操作只在本站内有效。
1:1链接通信方式是指使用RS-485通信适配器连接两台FX系列PLC，以实现两PLC之间的信息自动交换，其中一台PLC作为主站，另一台作为从站。用户不需编写通信程序，只需设置与通信有关的参数，两台计算机之间就可以自动地传送数据。最多可以链接100点辅助继电器和10点数据寄存器的数据。
主从站分别由M8070和M8071继电器设定：M8070=ON时，该PLC被设定为主站;M8071=ON时，该PLC被设定为从站。
三、两台FX2N型PLC通信实现双电机启动停止
两台FX2N型PLC (定义为A站和B站) ，分别控制两台电机，可实现两台电机的启动和停止。两台FX2N型PLC实现相互通信。A站可以控制A站、B站电机的启动和停止，B站也可以控制A站、B站电机的启动和停止。
所需设备：FX2N型PLC两台、三相异步电动机两台、RS-485总线电缆、电机控制电气元件及装有编程软件的计算机。
编写梯形图，A站为主站，梯形图如图1所示。B站为从站，梯形图如图2所示。
四、结语
基于PLC通信的双电机启动停止系统利用了PLC强大的通信技术，提高了PLC的控制范围和规模。同时，作为一个实验室试验系统，将理论与实际相结合，提高学生的动手能力，有很好的指导意义。
参考文献
[1]徐辉, 张艳.PLC编程与应用[M].江苏教育出版社.2011.
双PLC控制 篇8
伴随城市文明的不断进步,电梯作为方便、快捷、高效的乘坐工具,变成了人们工作和生活非常重要的一部分。稳定、安全的性能以及节能、高效的要求成为了电梯设计的一个重要的方面。电梯的呼叫是随机的,它是根据乘客的呼叫信号和系统控制而运行的。从本质上来说,电梯系统其实是一个人机交互的控制系统,它包含了变频技术、电气控制技术、PLC技术、通信技术等多学科技术。电梯的控制部分通常选用随机逻辑模式。目前的电梯系统大都采用单匀速机制,当电梯收到PLC发来的呼叫电梯信号时,电梯根据变频器设置的速度模式,进行加速,到达最高速后,以一个匀速的方式行驶;当运行到目标楼层的减速点时候,电梯根据变频器的速度设置进行减速,然后停车上下乘客。
本文设计的双匀速电梯,以两种均匀的速度方式运行:一是当楼层间距近、行驶距离短时,以低速的方式行驶,例如从三楼到四楼;二是当楼层间距远、行驶距离长时,以高速的方式行驶,例如电梯从一楼到八楼,提前条件是在运行过程中没有其他的楼层乘客呼叫电梯。所以,双匀速电梯一定要分析当前电梯全部的呼叫,判断电梯应以何种速度进行行驶。因而双匀速电梯相对单匀速电梯来说,逻辑关系更加复杂,需要智能化的控制。在一定程度上来讲,电梯运行状态的好坏,取决于PLC编程水平合理与否。
1 电梯系统的构成及运行原则
1.1 电梯系统构成
电梯系统主要包含本体和控制器两部分。本体主要由底座、轿厢、立柱及电梯内外用户面板等组成;控制器主要有PLC、开关电源和专用变频器等。电梯每层均有轿厢所在楼层的数码显示,以及外呼按钮和登记指示。电梯轿厢内呼面板主要有内呼按钮,电梯上下行指示,关门、开门按钮。电梯系统的组成如图1所示。
1.2 双匀速电梯运行规则
1)在本楼层中,如有呼叫则开门,同时登记除当前楼层以外的全部电梯呼叫信号。
2)依据首先登记电梯呼叫信号,决定电梯的向上或向下行驶。
3)当电梯同时收到很多信号后,实施初始信号定向原则,相同方向立即执行,执行完毕后再换向运行。
4)在电梯同向运行过程中,可以实施截取电梯。
5)当电梯同向运行完毕实施换向时候,根据最远站原则实施换向。
6)电梯响应乘客信号,达到目标楼层时,电梯门打开,经过五秒钟后电梯自动关门。
7)在电梯响应超过三层以上楼层间距时,以较高的均匀速度行驶,快要到达响应楼层时,速度降低至低速行驶。假如在高速行驶过程中,有新的呼叫需求,并且楼层间距小于三层,那么就将高速降低为低速行驶。
2 双匀速电梯PLC程序设计
电梯在行驶的过程中,接收的信号具有不确定性,即接收的信号具有随机性,因而编写电梯PLC程序就变得比较复杂,通常能够根据功能进行相应程序的编写,然后实施综合。电梯PLC程序主要可以分为如下几种:登记呼叫,判断向上和向下运行,轿厢停止,关门与开门,面板数码显示等。本文针对其中一些进行了分析介绍。
2.1 楼层显示
当前轿厢的位置记录在寄存器D100中。假如目前电梯轿厢在二楼,那么寄存器的D100中的数值就是2。要求PLC的Y3至Y0的信号输出楼层的BCD码,因而本文采用BCD编码指令。楼层显示如图2所示。
2.2 数据寄存器的设置
PLC程序设计过程中,设定了五个单独的数据寄存器进行电梯状态的存储。这五个数据寄存器为:目前楼层寄存器(D100),向上运行最远寄存器(D101),向上运行最近寄存器(D102),向下运行最远寄存器(D103),向下运行最近寄存器(D104)。用现楼层号表示现电梯所处位置,实施一一对应,现电梯所处位置采用十进制的表示方式,存储在目前楼层寄存器(D100)中,如图3所示。以此类推,每一个电梯的呼叫信号也采用十进制的表示方式,全部电梯呼叫信号中,电梯向上运行的最远值存放在最远寄存器D101中,电梯向上运行的最近值存放在最近寄存器D102中,电梯向下运行的最远值存放在最远寄存器D103中,电梯向下运行的最近值存放在最近寄存器D104中。
2.3 呼叫信号的综合设置
假如其中一个楼层出现呼叫电梯信号,那么就会自动形成一个与此楼层号一致的电梯呼叫登记信号,同时把这个登记信号进行保持,一直到此信号被响应后,才能把信号释放。同理,将全部的电梯向上运行的呼叫信号(包含内呼叫信号和外呼叫信号)实施统一的综合,于是便形成了和楼层相一致对应的全局呼叫电梯信号。全部的信号,根据高楼层优先的原则实施优先级排队,确保向上运行最远寄存器(D101)中储存的为目前呼叫电梯的最远值。在图4所示的寄存器中,M22至M28是二层至八层的综合呼叫电梯信号。M400,…,M418表示电梯的轿厢处于二层,…,八层以下。同理,将全部的电梯向下运行的呼叫信号(包含内呼叫信号和外呼叫信号)实施统一的综合,于是便形成了和楼层相一致对应的全局呼叫电梯信号,根据低楼层优先的原则实施优先级排队,确保向下运行最远寄存器(D103)中储存的为目前呼叫电梯的最远值。
2.4 电梯向上与向下的运行
电梯通过比较指令的判断,来决定电梯的向上和向下的运行。判断的原则为:将向上运行最远寄存器中的数值和目前楼层寄存器中的数值实施对比。如果前者的值大于后者,那么M50获得,电梯向上运行;如果前者的值等于后者,那么电梯就进行悬停。将目楼层寄存器中的数值和向下运行最远寄存器中的数值实施对比,如果前者的值大于后者,那么M60获得,电梯向下运行;如果前者的值等于后者,那么电梯就进行悬停。如果电梯是在向上运行,则电梯向下运行的呼叫请求就会被短暂屏蔽,使电梯一直运行到当前呼叫电梯信号的最高层。假如电梯在向上运行时,还有更高的楼层有呼叫电梯信号,那么就把D101寄存器的值进行实时的更新。
2.5 电梯双匀速运行的实现断
当电梯与目标楼层的距离比较近时,采用低速的模式行驶;当电梯与目标楼层较远时,采用高速的模式行驶,通过这种方式,从而可以有效地提高了电梯运行效率。寄存器D102中储存的是向上运行最近的目标楼层,通过把寄存器D102值减去寄存器D100值,即取得向上运行的目标楼层数,然后存入寄存器D105中。如果(D105)大于等于3,那么电梯就高速向上运行,否则电梯就以低速运行。同理,如果(D106)大于等于3,那么电梯就高速向下运行下行,否则电梯就以低速运行。电梯的双匀速决策如图6所示。
3 结束语
基于PLC编程技术的双匀速电梯系统,编程方法直观、简单,工作稳定可靠,功能模块比较独立,易于扩展和修改。双匀速电梯对于电梯维护人员以及相关专业的学生来说,有着重要的理论以及实际的指导意义,它为提高电梯运行效率和节能探索了一条可行的途径。
摘要：本文设计了基于PLC编程技术的双匀速电梯系统,通过通用变频器的控制,实现了电梯的双匀速运行,完成了电梯的正常运行、电梯门的自动开合等功能,有效地提高了电梯的使用效率,为用户节约宝贵的时间。
关键词：PLC,双匀速控制,电梯
参考文献
[1]常国兰.电梯自动控制技术[M].北京:机械工业出版社,2008.
[2]唐桂忠,张广明.免疫规划K-均值聚类算法识别电梯群控交通流模式[J].计算机测量与控制.2006,53-58.
[3]李中华,朱燕飞.面向对象的电梯群控系统仿真平台开发与实现[J].计算机仿真.2005,22(2):156-159.
双PLC控制 篇9
1 交流变频全电动钻机的控制方式
1.1 PLC通讯控制
在石油钻井设备中, PLC控制系统通常由设在VFD房中的CPU、设在司钻操作房中的远程分站ET200以及数量不等数字/模拟输入/输出模块、供电电源、通讯连接双绞线等组成。可以根据司钻的需要实现各种钻井实际操作, 还可以通过自身内部的程序计算实现一些保护功能。
1.2 旁路控制
旁路控制就是通过多芯线将司钻房内的各类开关旋钮、手柄、手轮与变频器内的端子排连接, 实现电机启停、正转、反转等操作。旁路控制系统主要是在主控制系统PLC系统出现故障后作为应急使用。
1.3 双PLC通讯控制
双PLC系统就是去除旁路系统, 改为两套完全相同的完整PLC控制系统, 一套使用;另一套作为备用。在控制系统中增加两块切换板, 通过控制切换板上的继电器, 来控制PLC系统的供电电源, 达到两套PLC系统切换目的。
2 PLC通讯控制系统与旁路控制系统各自的特点
2.1 PLC通讯控制系统特点
(1) 控制功能强大。
PLC控制系统具有较大的存储能力和功能很强的输入输出接口。不仅具有数字逻辑运算、实时监控、数据传送等功能, 还能进行智能控制、远程控制等。配备数据采集系统、数据分析系统、色彩图像系统的操作台, 可以实现钻井行业的全面要求。
(2) 完善的监视与诊断。
PLC控制系统可以通过内部的程序计算, 将实时的钻井参数、电机与变频器运转情况等一一在触摸屏上显示出来, 使司钻在操作时一目了然。另外PLC控制系统还可以诊断出一些实时故障, 通过声光报警的形式提醒司钻。
(3) 抗干扰性强。
目前我处井队PLC控制系统的通讯线, 采用的是西门子屏蔽双绞线, 它由两根具有屏蔽保护层的铜导线组成, 把两根绝缘的铜导线按一定的密度互相搅在一起, 每根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消, 可降低信号的干扰程度。这种信号传输线相比较旁路系统的多芯线连接, 具有很强的抗干扰性。
(4) 保护性强。
在实际使用中, PLC系统最大的优点就是可以书写保护性程序, 如冷却风机与电机的连锁、润滑系统与电机的互锁等等, 使误操作的发生概率极大地降低;同时, 智能防碰控制系统可以防止游车上碰下砸事故的发生, 安全可靠性得到极大的提高。另外, PLC控制系统还为钻机增加了自动送钻功能, 可以满足恒压送钻、恒速送钻的工艺要求, 为高难度井的施工提供了有力的设备保障。
2.2 旁路控制系统特点
旁路控制系统构造很简单, 操作比较方便, 造价比较低, 主要在半电动钻机和直流电动钻机使用较多。由于其只能实现电机的启停、正反转等简单功能, 无法实现P LC控制系统强大的显示和检测保护功能, 且其抗干扰性很差, 已无法满足交流变频全电动钻机控制电机的安全使用要求 (特别是绞车电机) 。
3 双PLC系统在安全、经济方面的优势
3.1 安全方面
在平时使用过程中, PLC系统发生故障的概率较高, 如果按普通钻机的常规配置, 一旦PLC系统发生故障, 使用旁路系统我们是无法继续进行打钻或起下钻作业的, 因为这时触摸屏上的所有的钻井实时参数都无法显示, 所有的PLC系统保护程序, 如控制阀岛使盘刹系统工作的功能、游车上碰下砸功能、电机风压检测功能等都无法起到作用, 同时绞车控制精度也会降低, 且自动送钻电机也无法使用, 这样都造成了巨大的安全隐患。
而采用双PLC控制系统就不会存在这样的问题, 只要使用中的PLC系统出现故障, 一键切换30 s就可以启用另一PLC系统, 既简单方便, 又避免了巨大安全隐患的出现, 给现场钻井作业提供了巨大的方便。
3.2 经济方面
配备双PLC系统的钻机, 比配备一套PLC系统一套旁路系统的钻机在成本上大概贵10万元左右, 但是从长远的使用角度来看就非常划算了。
首先, 单一PLC系统出现硬件损坏同样要更换配件, 而双PLC系统相当于只是相当于提前备好了一套配件, 当有硬件损坏时同样可以替换使用, 所以并不会出现浪费。
其次, 电动钻机平均每年大概出现五到六次PLC系统故障, 一般出现PLC系统故障的平均维修时间大概在2~3 h, 有时为了保证井下安全, 还需用备用电机临时起钻, 这样浪费的时间更多, 而井队运营1 h的成本大概在1000元左右, 这样算下来配备双PLC系统的设备在使用7年左右就会将这10万元节省下来。
最后, 旁路系统由于其无法满足交流变频全电动钻机的安全需求, 一旦出现安全事故, 所造成的经济损失是无法估算的。
4 结语
通过从安全和经济的角度来分析, 双PLC控制系统对满足交流变频全电动钻机的各项需求有着诸多的优势, 这点是单PLC控制系统所无法比拟, 所以对于交流变频全电动钻机来说, 配备双PLC控制系统是非常有必要的。
参考文献
[1]袁阳春, 倪广富.钻机PLC控制系统的应用[J].大观周刊, 2012 (5) :123-126.
