788 工業(yè)機械手模型
788 工業(yè)機械手模型,工業(yè),機械手,模型
表 3.1 輸入輸出信號功能及地址編號新中國成立 50 多年來,經(jīng)過幾代人艱苦卓絕的持續(xù)奮斗,我國科技事業(yè)取得了令人鼓舞的巨大成就。以“兩彈一星” 、載人航天、雜交水稻、陸相成油理論與應(yīng)用、高性能計算機等為標志的一大批重大科技成就,極大地增強了我國的綜合國力,提高了我國的國際地位,振奮了我們的民族精神。同時,還必須認識到,同發(fā)達國家相比,我國科學技術(shù)總體水平還有較大差距,主要表現(xiàn)為:關(guān)鍵技術(shù)自給率低,發(fā)明專利數(shù)量少;在一些地區(qū)特別是中西部農(nóng)村,技術(shù)水平仍比較落后;科學研究質(zhì)量不夠高,優(yōu)秀拔尖人才比較匱乏;同時,科技投入不足,體制機制還存在不少弊端。目前,我國雖然是一個經(jīng)濟大國,但還不是一個經(jīng)濟強國,一個根本原因就在于創(chuàng)新能力薄弱??茖W技術(shù)的高速發(fā)展使人類進入了新的文明時代,但也使自然資源加速消耗,這又給人類帶來了生存危機。人類通過沉痛的教訓終于意識到了可持續(xù)發(fā)展的重要性。而解決可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵有賴“環(huán)境意識技術(shù)”的支持。安全可靠性技術(shù)即是其中先導(dǎo)技術(shù)之一。通過可靠性設(shè)計提高產(chǎn)品的質(zhì)量;通過可靠性管理,使生產(chǎn)過程符合集約化的原則;通過事故的預(yù)測、預(yù)防,完善生產(chǎn)過程,保護人身和財產(chǎn)的安全;通過災(zāi)害的減少,起著實質(zhì)上保護環(huán)境質(zhì)量,改進經(jīng)濟運作以及提高生活品質(zhì)的作用。要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。黨和政府歷來重視和倡導(dǎo)自主創(chuàng)新。在對外開放條件下推進社會主義現(xiàn)代化建設(shè),必須認真學習和充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放 20 多年來,我國引進了大量技術(shù)和裝備,對提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、促進經(jīng)濟發(fā)展起到了重要作用。但是,必須清醒地看到,只引進而不注重技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新,勢必削弱自主研究開發(fā)的能力,拉大與世界先進水平的差距。事實告訴我們,在關(guān)系國民經(jīng)濟命脈和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域,真正的核心技術(shù)是買不來的。我國要在激烈的國際競爭中掌握主動權(quán),就必須提高自主創(chuàng)新能力,在若干重要領(lǐng)域掌握一批核心技術(shù),擁有一批自主知識產(chǎn)權(quán),造就一批具有國際競爭力的企業(yè)??傊?,必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略,貫徹到現(xiàn)代化建設(shè)的各個方面,貫徹到各個產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū),大幅度提高國家競爭力。一是我國經(jīng)濟持續(xù)快速增長和社會進步,對科技發(fā)展提出巨大需求,也為科技發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。二是我國已經(jīng)建立起比較完備的學科體系,擁有豐富的人才資源,部分重要領(lǐng)域的研究開發(fā)能力已躋身世界先進行列,具備科學技術(shù)大發(fā)展的基礎(chǔ)和能力。三是堅持對外開放,日趨活躍的國際科技交流與合作,使我們能分享新科技革命成果。四是堅持社會主義制度,能夠把集中力量辦大事的政治優(yōu)勢和發(fā)揮市場機制有效配置資源的基礎(chǔ)性作用結(jié)合起來,為科技事業(yè)的繁榮發(fā)展提供重要的制度保證。五是 第二節(jié)可編程序控制器用繼電接觸器作為控制器組成酌沖汪自動監(jiān)控系統(tǒng),是通過電器間固定接線來實現(xiàn)往制的,往往用于控制要求比較單一的場合.而在生產(chǎn)工藝流程經(jīng)常變化、或各種邏輯關(guān)系及動作順序較為復(fù)雜的自動沖壓中,則常用呵編程序控制器來完戌控制.可編程序控制器(P。gramm。ti。Lojcal Controller) ,簡稱 PLC、是采用存儲程序指令的方式,通過數(shù)字式、模諷式的輸入和輸出,控制各種沒備或生產(chǎn)過程.PLC 具有工業(yè)往制可靠栓高、編程簡單方便及改變程序靈活等持點。在自動沖壓的控制中,PLC 的應(yīng)用大致有以下兩個方酉。一是用于開關(guān)邏輯控制。隨著大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體存儲器的大量出現(xiàn),攸 PLC 的成本大降低.一些小型凡 C 價格已接近于繼電器。自動沖壓中的一些掛制,如卷料的展放料、數(shù)控輥式送料步距、多工位壓力機之夾板夾取的狀態(tài)等已逐漸由 PLC 代替繼電器來完成控制。二是用于過程控制。如沖壓機械手的動作過程控制、**C 壓力機的數(shù)字控制以及**S 的多級控制系統(tǒng)等。一、PLC 的阻成都分PLC 實質(zhì)上是一種專用計算機,圖 718 是一般 PLC 的結(jié)構(gòu)框圖.它由中央處理器(CPU) 、存儲器(EP—ROM、ROM 和 RAM) 、轄人輸出(I /O)接口電路及電源等組成.圖中信顯傳逸方向用箭頭表示,單向箭頭表示信息卑向傳遞,雙向箭頭裴示宿』包雙向傳遞。各組成部分的簡耍功能如下:1.CPU與通用微機 CPU 一樣.宦是主機的核心。它按 EI’一 ROM 中系統(tǒng)程序所賦予的功能,PLC I/O 地址功能 說明PLC I/O 地址功能 功能X000 門鎖輸入信號 輸入 Y000 上行繼電器 輸出X001 有/無司機選擇開關(guān) 輸入 Y001 下行繼電器 輸出X002 消防開關(guān)(或檢修) 輸入 Y002 高速繼電器 輸出X003 廂內(nèi)開門按鈕 輸入 Y003 低速繼電器 輸出X004 廂內(nèi)關(guān)門按鈕 輸入 Y004 啟動加速繼電器 輸出X005 安全觸板開關(guān) 輸入 Y006 超重顯示 輸出X006 廂內(nèi)報警/超載按鈕 輸入 Y007 報警顯示 輸出X007 基站開關(guān) 輸入 Y010 開門繼電器 輸出X010 開門行程開關(guān) 輸入 Y011 關(guān)門繼電器 輸出X011 關(guān)門行程開關(guān) 輸入 Y012 a 段發(fā)光二極管 輸出接收并存情從編程器鍵人的用戶程序和數(shù)據(jù);用掃描方式接收各現(xiàn)場愉人裝置的狀態(tài)或數(shù)值存人數(shù)值狀態(tài)表或數(shù)據(jù)寄存器;診斷備用電他及 PLC 內(nèi)部電路工作狀態(tài)刷編程中的語法錯誤; PLC 進入運行狀態(tài)后,從 RAM 的用戶程序中遂條取出招令,解釋指令的內(nèi)容,按指令規(guī)定的任務(wù),產(chǎn)生栩應(yīng)的控制信號.以便執(zhí)行該指令.PLC 常用的 CPU 室耍采用遁用徽處理器。單片機或雙極型位片式微處理器。在低檔PLC 中,用通用微處理器 Z80A 做 CPU 較為普逅。中高檔的 PLC 則較多采用了巢成度更高、功能更強的MCS 一岡系列單片機 8051、盯缸、8031 做處理器,以及 AMD2900 系列芯片氓1 既2.存儲器PLC 配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。前者用作存儲監(jiān)控程序、模塊化應(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)等。后者用作存放用戶編程的梯形圖等程序。系統(tǒng)程序存估器常采用紫外光消去電可編程序只讀存儲器 UVEP—ROM。這種存儲器寫人時加高電平,擦除時采廝葷外線捺抉器。用戶穆序存儲器常采用靜態(tài) CMOS RAM。 CMOS RAM 存儲器用俚電池作備用電源.一但文流電源停電,用錘電池來維持供電,可保存 RAM 內(nèi)停電前的數(shù)據(jù)。在程序高度階段使用 RAM 存儲器,固為此階段程序常常要修改、當用戶程序巳經(jīng)考驗確認,雖然用戶 RAM 是具有雙重帶電維持的,具有相當高的可靠性,但考慮到意外.盡可輾耍將RAM 中的程序?qū)懭?UVEP—ROM,以便長期使用和保存。程序的寫入可以用 UVEP—ROM 寫人器寫入到主機外的 UVEP—ROM 芯片中。寫人了程序的 tJVEP—ROM 又盯以通過 UVgy 一ROM 用戶卡與主機連接,錐后讓主機按 UVEP 一 ROM 中的翟序運永3.接口電路門)現(xiàn)揭輸入接回電路現(xiàn)場仿入接口電路是**c 與拄制現(xiàn)場的接口界面之間的輸入通道?,F(xiàn)場的輸人信號可以是按鈕開關(guān)、選擇開頭、行程開關(guān)、限位開關(guān)以及其它一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量.見日 7-19徹) ,當按下接鈕,PLC 內(nèi)部電源經(jīng)過接鈕、RC 濾波器至光耦合器。VLI 為發(fā)光二極管LED,在 VLI發(fā)光的激勵下,光電三極管導(dǎo)通,驅(qū)動內(nèi)部電路接通或斷開.VL。也是 LED 裝在主機面板上,用以指示情號輸人狀態(tài)。該輸人電路的電源是 PLC 外部供給的.日中 VD 是普通二極管.以限制 LED的反向電壓.圖 719(b)是 PLC 外部交流電源電路.輸人信號一般是 DC24V 時 7mA/點,AC100V時為 10mA/點.傭)liN 繼電器(桿號 X)現(xiàn)場輸人接日電路中,由于發(fā)光二極管和光電三極管的導(dǎo)邁相當于繼電器線圄接通.內(nèi)部電路的通斷相當于繼電器常開、常閉觸點的通斷.因此,每一個輸入單元電路都可以等效成一個輸人繼電器,這樣的繼電器常稱為軟繼電器,其等效電路、軟繼電器線圄、常開及常閉觸點符號見目卜 2 入槽人繼電器只能由外邵輸人信號驅(qū)動,而不能由程序中的指令來驅(qū)動.其觸點也不筋直接輸出帶動負載。由干軟繼電器常開、常閉觸點代表內(nèi)部電路通斷,圇而其常開、常閉可以多次被使用而不受限制.亟”傭)現(xiàn)場輸 a 搖 D%琢PLC 逼過現(xiàn)場竹出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件泊出相應(yīng)的控制信號.現(xiàn)場的執(zhí)行部件包括電磁閥、繼電器、接觸器,燈器、電氣變換器和電機等,見圖 7-21。當晶體管 VT被執(zhí)行的程序橄勵后導(dǎo)通,則在主機面板上的 I、 ED VL 發(fā)光,作為輸出信號指示用、同時繼電器民線圈接通、其輸出常開接點閉合,接通負載 I-. I 電路.二極管 VD 為 K;放電,避兔晶體管 VT 因電流突變百受到較高電壓被擊穿。負載電源根據(jù)負載性質(zhì)匠置,一般可用 AC 250V 以下或 DC30V LJ 下電源,電流不超過ZA/點。(率)輸出繼電 s(抨號 w如特每一輸出單元 Y00. Y01 都當作一個輸出繼電器,其等效電路見囹 7-22.輸出繼電器只有一對常開觸點連接到輸山端去帶動負載。同時官還有無數(shù)對供編程使用的內(nèi)部常開、常閾觸點。郎(5)I 刃按 p 摸塊PLC 的輸人(I )模塊有若干個接點,每一個點接有一個勃人口路,每一個回路可接受來自用戶現(xiàn)場設(shè)合的一個寓放信號(ON/OFF) .典型的硯場輸人設(shè)備包括限位開關(guān)、按鈕、途擇開關(guān)、繼電器觸點等。每一個輸人回路接通時,輸人模板的面板上一般有相應(yīng)的指示燈 L 叵 D 亮.而PLC 的輸出模塊(0)的每一個點構(gòu)成一個愉山回路,用來控制用戶的離散型負載.典型的負載有繼電器接鈾器線因、電磁閥、指示燈等。在 PLC 輸幽模塊的每一個輸山回路中,一骰都設(shè)有焰絲棵護。在輸出模塊的面板上一般也安袋有指示燈 LED,當輸出回路接通時,其相應(yīng)的指錄燈亮.囹 7-23所錄是輸人與輸出模塊(I/O)的端子接線示意圈.另外,PLC 還有 1/O 擴展機、外設(shè) 1/O 接口可配置編程器、 UVEP 一 ROM 寫人器、UVEP 一 ROM 用戶程序卡、盒式隘帶機、打印機、A/O 卡、D/A 卡、高速計數(shù)器、RS232 違機通信接囚等外園設(shè)備.編程器是組成 PLC 的基本部分。編程器用作閑戶程序的絹制、縮輯、調(diào)試和監(jiān)視.還可逼過鍵盤去調(diào)用和顯示 PI。C 的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。編程器分簡易型和智能型兩類.簡易型只能進行聯(lián)機編程,智能型則既可聯(lián)機編程又可脫機編程。二、PLC 前工作原理13LC 的用戶程序是通過絹程器順序輸入,并存儲于用戶存儲器。壩序執(zhí)行用戶程序是PLC 的基本工作方式.每一時刻只能執(zhí)行一個指令.由于 PLC 有足夠快的執(zhí)行速度,以使外部結(jié)果從宏觀上看似乎是同時執(zhí)行的。見圖卜剔。對用戶窿序的循環(huán)掃槽過程,一般分為三個階段進行,即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段.[輸人采佯階段PLC 在輸入采樣階段以掃措方式順序讀人所有輸人喘子的狀態(tài)接通/斷開(ON /OFF) ,井將此狀杏存入輸人鏡象寄存器,接著轉(zhuǎn)人程序執(zhí)行階段.在程序執(zhí)行期問,即使外部輸人信號的狀態(tài)變化.榆人鏡象寄存器的狀態(tài)也不會改變、這些變化只能在下一個工作周期的輸人采樣階段才被讀入。2.程序執(zhí)行階段PLC 在程序執(zhí)行階段順序財每條指令進行掃貓.先從輸人鏡象寄存器中讀人所有輸入端子的狀態(tài)、昔程序中規(guī)定要讀人某輸出狀態(tài),則也在此時,從元件鐫象寄存器讀人。然后進行邏輯運算、由輸囪指令將運算結(jié)累存人元件鏡象寄存器。這就是說,對于每個元件宋說,元件鏡象寄存器中所寄存的內(nèi)容,會隨著程序的執(zhí)行過程而變化.民輸出刷新階段在所有指令執(zhí)行完畢后即執(zhí)行程序結(jié)束指令時,元件鏡象寄存器中所有輸出繼電器 Y的接通/所開(ON/OFF)狀態(tài),在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存電路,困而元件鏡象寄存器亦稱為輸出鏡象寄存器、輸出鎖存電路的狀態(tài),由上一個劇新時間輸出鏡象寄存器的狀態(tài)來確定.輸出鎖存電路的狀態(tài).MTPLC 輸出繼電器線四的狀態(tài).這才是 PLC 的實際輸出。PLC 重復(fù)地執(zhí)行由上述三個階段構(gòu)成的工作周期(亦稱掃描周期) ,掃描周期因 PLC機型而異,一尿執(zhí)行 1000 條指令約為 20ms 左右.PLC 工作完一個工作周期后,在第二個工作周岡輸人采樣階段進行翰人刷瀝,因而輸人鏡象器的數(shù)據(jù),由上一個刷新時間 PLC 輸人端子的通/斷狀態(tài)決定.亙、主機中的備類雄電眉主機中有輸人醚電器(X ) 、輸出繼電器(Y ) ,它們分別與外部用戶輸人設(shè)備和輸出設(shè)備直接連袋.此外,還有~些內(nèi)部繼電器,它們不宜接拄制外圍設(shè)備,而作為控制其它繼電器使用。備種機型的 PLC 具有不同的內(nèi)都繼電器,常用的有以下幾種。1. 遲用輔助繼電器(M)日卜略所示,是輔助繼電器的等效電路.圖 7-25(。 )是輸人電路,圖仁 25(N是等效電路期果觸點 X00 接追.去驅(qū)動 M00,當 M00 的常開觸點接通,常閉觸點斷開,則輸出繼電器 Y00 接通。而當常開觸點斷開,常闊觸點接通,則 Y01 接遭輸出。囹卜泌(C)是輸出電敞卜躥聞PLC 中的邀用輔肋繼電器是由 P[.C 中各種元件的舢點驅(qū)動,如同中間繼電器一樣,在 PLC 內(nèi)起傳遞信號的作閑。輸助繼電路具有多對常開觸點和常閉觸點。這些觸點可以在 PLC內(nèi)選彝使用.輔肋繼電鉛的觸點不可直接驅(qū)動外部負載,但可通過竹出繼電器來驅(qū)動外部負載。斷電保揀繼電器具有遣用輔肋繼電器的所有功能.除此之外,它還具有斷電保持的功能。見圖726。加累泌點 X00 接通,去驅(qū)動 M10.使其常開觸點接通達到自鎖保持,此時互 00斷開也不影響工作。若由于電源故障,M16 由捏電池供電仍可維擰按通狀態(tài)。但當 X01 斷開,M10就不再工作,斷電保持繼電器仍用 M 表示;但其編號與姐用輔助繼電器不同.它運用于一些被控對象需裹存儲停電前的條件,以便 PLC 恢復(fù)工作時重新使用購場合。隊定時器(TIMER 簡寫 T 或 TIM)定時器是由集成電路組成的。其等效電路為定時器線因與定時器的多對常開觸點和常閉觸點。定時器的工作時間即延時時間可用編程器設(shè)定。定時器線臼接受到輸人信號后,按數(shù)值逼減的方式逝行。當前數(shù)值變?yōu)?。時進行~次輸出,即定時器常開觸點接通,常閉觸點斷開。當定時器線圈的輸人信號取消時,定時器就復(fù)位.所謂復(fù)位即當前數(shù)值復(fù)位至設(shè)定值,且定時器常開觸點斷開。常閡觸點接通。電源一但斷電,定時器元論汁時到何值一津返圓至設(shè)定值.圖 727 所示是定時器功能圖。當輸人繼電器 XOO 接受到輸人信號后,觸點 X00接通.即為邏輯 1 狀態(tài),定時器線圈通電,開抬什時。如設(shè)定時間為 105,則經(jīng)過 10s 后,其常開觸點 T00 接道,輸出繼電器 Y00 線目缸電即為 1 瓜 PLC 的定時器相當于常開遍電延時觸點,著需要定時器組成常增長通電延時觸點、常開斷電延時觸點、常閡斷電延時觸點時,則可自動設(shè)計.閏閡芯圖 7-28 所示是常開斷電延時的定時器,當輸入端有 X00 信號輸人時,Y00 通電并經(jīng)其常開觸點自保.因此為常開瞬時接通觸點、當輸人信號 X00 消失時.定購器線圈 T00 通電,經(jīng)過設(shè)定時間X00 消失時,T00 常閉觸點斷開, Y00 線圈斷電。因百構(gòu)成了常開斷電延時觸點.圖 729 所示是由而個定時器組咸的電路.相當于話開通電延時閡合觸點及斷電延時斷開觸點。當輸人端有 X00 信號輸人時.定時器線圇 T00 通電(由于此時 X00 的常閉觸點斷開,定時器線圈 TOI 處于斷電狀態(tài)) ,經(jīng)過設(shè)定時問 1 伽僵,T00 的常開觸點接逍,使 Y 卿通電井建立其常開觸點的自保。百當輸人佰號 X00 消失時,T01 就冤電.經(jīng)過勛的設(shè)定時間后,T01 的常闖觸點斷開,Y00 線目斷電,因而構(gòu)成了常開通電及斷電時都延時的伯點.多工步搬運機械手設(shè)計張軍 馮志輝 摘要:介紹了閥類控制器殼體加工中專用設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理,精度設(shè)計、驅(qū)動及 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容。關(guān)鍵詞:精度;基準;自定位中圖分類號:TH122 文獻標識碼:A文章編號:1001-2354(2000)04-0020-024 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計機械手的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓方式,它具有在同等輸出功率下傳動裝置體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、動態(tài)性能好等特點,13 個機械手的左右橫移,上升和下降及夾緊和松開等動作及 4 個自動轉(zhuǎn)位夾具的回轉(zhuǎn)運動,分別采用由方向閥和節(jié)流閥控制的 18 個液壓缸驅(qū)動,全部執(zhí)行元件由一個 4 kW 的 6 級電動機帶動一個流量為 24 l/min 的單級葉片泵供油,使驅(qū)動系統(tǒng)的造價大幅度降低。5 機械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計在多工步搬運機械手的控制系統(tǒng)中,我們采用了 PLC 技術(shù),選用霍爾傳感器作為主令檢測信號,使用日本立石公司生產(chǎn)的 C40P 作為控制器主體。常用 PLC 梯形圖邏輯設(shè)計方法較多,設(shè)計中我們采用流程圖法,按照零件加工過程設(shè)計出控制系統(tǒng)流程圖如圖 4 所示。一般控制系統(tǒng)都是由若干個穩(wěn)定工作狀態(tài)組成,每個工作狀態(tài)是由于接受了某個切換主令信號而建立的。各個工作狀態(tài)用一個輔助繼電器進行區(qū)分,輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制,這些切換主令信號分別來自按鈕、傳感器、定時器和計數(shù)器。輔助繼電器同時又是執(zhí)行元件的輸入變量。當控制系統(tǒng)的輸入主令信號和執(zhí)行元件確定以后,將主令信號與各自工作狀態(tài)的約束條件,分別代入相應(yīng)的輔助繼電器邏輯方程和執(zhí)行元件的邏輯方程,即可完成自動工作循環(huán)的邏輯控制。最后再考慮手動控制系統(tǒng)及自動循環(huán)與手動控制之間的互鎖要求,即完成了全部控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計。6 結(jié)束語由于多工步搬運機械手主機采用口字型框架結(jié)構(gòu),13 個機械手、夾具、動力頭在主機上、下、側(cè)面線性排列,使設(shè)備整體結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,并有條件采用臥式凸輪分配軸機構(gòu)對動力頭進行集中控制,18 個液壓缸采用一個泵站供油,中間環(huán)節(jié)少,節(jié)省能源,使設(shè)備總成本降低。機械手采用自定位夾緊機構(gòu)配合輔助夾具使工件的定位、夾緊、抓取等動作一并完成,有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量,工藝過程中,13 個工步同時進行,13 個工件的搬運同步完成,生產(chǎn)節(jié)拍協(xié)調(diào),生產(chǎn)效率高。尤其是采用 PLC 控制技術(shù),操作程序變更方便,一旦產(chǎn)品規(guī)格型號改變,只要調(diào)換分配軸上的凸輪,調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)位夾具的油缸行程,更換夾具定位元件,即能對新產(chǎn)品進行加工,所以,設(shè)備在控制器殼體徑向孔系加工中具有較大的柔性,利于產(chǎn)品更新。鑒于以上特點,該設(shè)備投產(chǎn)以來,不但為生產(chǎn)廠家?guī)砹丝捎^的經(jīng)濟效益,還受到了同行專家們的好評。2 工藝過程和總體布局 殼體是用牌號為 HPb59-1 的有色金屬合金,經(jīng)金屬模壓鑄成型,毛坯精度高。為了滿足設(shè)計要求,通常首先以殼體外表面為工藝基準,加工殼體端面和定位止口,然后再以止口、端面及外殼凸臺為定位基準,加工在殼體圓周上呈幅射狀分布的 5 個徑向階梯孔。徑向孔系的加工需要由 12 個工步完成,其中孔 1 和孔 2 的加工過程為:鉆孔—攻絲—鉆小孔???3,孔 4 和孔 5 的加工過程為:鉆孔 —攻絲。多工步搬運機械手是加工殼體徑向孔類的專用設(shè)備。整機由框架、動力頭、機械手、夾具、排屑機構(gòu),液壓驅(qū)動和控制系統(tǒng)等七部分組成,其全部工藝過程和總體布局如圖 1 所示。 圖 1 工藝過程和總體布局整機呈口字型框架結(jié)構(gòu),框架上面的導(dǎo)軌上吊裝著 13 個機械手,下面的工作臺面上設(shè)有13 個輔助定位夾具,其中第 3、6、8 和 10 號 4 個夾具的轉(zhuǎn)位動作由轉(zhuǎn)位液壓缸和齒條、齒輪組成的傳動副完成。除零號夾具以外,其余 12 個夾具 后面,分別安裝有 12 個呈線性排列的動力頭,進行鉆孔和攻絲,動力頭的進給和后退分別由裝在分配軸上的 12 個凸輪來控制,分配軸的動力由主電機(1.5 kW,1 440 r/min)通過行星擺線減速器帶動蝸輪和蝸桿機構(gòu)提供,各動力頭的初始位置可由各自的調(diào)整機構(gòu)來完成。為便于排屑,在動力頭和夾具下面設(shè)有由計數(shù)器控制的排屑電機,經(jīng)減速后啟動傳送帶進行排屑,可在不停機的情況下,每加工 5 個工件自動地清理切屑。 3 多工步搬運機械手設(shè)計 3.1 結(jié)構(gòu)組成和工作原理 我們設(shè)計的多工步搬運機械手是一個直角坐標型式的二自由度機械手,其職能符號和結(jié)構(gòu),原理如圖 2 所示。 1.連接螺釘 2.升降液壓缸 3. 彎板,導(dǎo)向螺釘 4. 夾緊液壓缸 5.抓手 6.鉸鏈 7.工件 8.定位元件 9.墊片 10. 球面墊圈 11.連接桿 12.小活塞桿(傳力機構(gòu)) 13.橫移缸 圖 2 職能符號和結(jié)構(gòu)原理圖整機框架的導(dǎo)軌上安裝有一個單桿雙作用液壓缸,缸體固定。與活塞桿連接的滑塊上剛性地吊裝著 13 個機械手,當活塞桿運動時,可使 13 個機械手同步完成左右橫移動,機械手的手臂是一個伸縮式復(fù)合液壓缸,手臂缸的活塞桿是夾緊缸的缸體,夾緊缸的活塞桿作為傳力機構(gòu)驅(qū)動以銷軸為鉸鏈的內(nèi)卡鉗式 4 指抓手,完成工件的抓取和釋放。為了防止手臂在上升和下降運動中,由于受力不均產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響工件的定位精度,在手臂活塞桿上裝有導(dǎo)向螺釘,螺釘與端蓋上的彎板滑槽配合進行軸向?qū)?。夾緊缸的下端蓋的止口端面和外徑分別作為工件加工時的第一和第二基準,13 個機械手同時完成工件的自定位,夾緊,一起搬運工件進行工序間轉(zhuǎn)換,生產(chǎn)率大為提高。 3.2 機械手的精度設(shè)計 機械手的精度設(shè)計要求工件定位準確,抓取精度高,重復(fù)定位精度和運動穩(wěn)定性好,并有足夠的抓取能力。 由殼體零件的設(shè)計要求知道,階梯徑向孔系與殼體端面和定位止口中心線的平行度、垂直度和同軸度均有嚴格的精度要求(0.1 mm)。設(shè)計中我們?nèi)恿︻^回轉(zhuǎn)中心線與夾具中心線之間的同軸度為 0.06 mm,動力頭回轉(zhuǎn)中心線與機械手中心線之間的垂直度為 0.03 mm,同時還對機械手的定位準確性提出了較高的要求。 遵循基準重合原則,加工中以夾緊缸下端蓋上的止口端面和外徑作為第一和第二基準面分別清除工件的三個自由度和兩個自由度,由殼體外端面凸臺在夾具中清除第六個自由度。設(shè)計中選取夾具的定位元件為錐體結(jié)構(gòu),保證工件有較高的對中性,并確保工件在夾緊時能很好地進行自定位(工件外面類似球形 )。工件徑向階梯孔的周向位置精度由轉(zhuǎn)位 夾具予以保證。 工件安裝在框架下工作臺面的夾具中,機械手吊裝在框架上面的滑軌上,每個工件都要經(jīng)過機械手 12 次搬運才能完成全部工藝過程,所以機械手的抓取精度在設(shè)計中十分重要。影響機械手抓取精度的因素很多,例如:框架上導(dǎo)軌面對框架下部工作臺面的平行度 T1,夾具中定位元件中心線對工作臺面的垂直度 T2,機械手的手部中心線對導(dǎo)軌安裝面的垂直度 T3,機械手的手部中心線和夾具定位元件(略去工件中心線與定位元件中心線之間的同軸度誤差)中心線的同軸度即抓手的抓取精度為封閉環(huán) T∑,構(gòu)成如圖 3 所示尺寸鏈。 圖 3 尺寸鏈設(shè)計中我們?nèi)∽ナ肿ト【?T∑=0.1 mm,則分配給各組成環(huán)的公差為:T1=0.05/220,T2=0.03/130,T3=0.03/400 ,同時取夾緊缸下端止口定位端面與止口外徑的垂直度為 0.03mm,取止口定位外徑與工件止口內(nèi)徑的配合尺寸44A11/g8,即:孔的尺寸為 44A11(+0.48+0.32),外徑即相當于軸的尺寸為44g8(-0.009-0.048)則可以計算出最大配合間隙為 0.528mm,最小配合間隙為0.329mm,均能滿足抓取精度要求。機械手臂部復(fù)合液壓缸中配合精度的設(shè)計,全部參照液壓缸的設(shè)計要求確定。 由于 12 個機械手固定吊裝在橫移缸活塞桿的滑塊上,各機械手之間的設(shè)計精度取±0.03 mm,橫移缸采用傳感器和機械擋塊作為定位系統(tǒng),機械手的運動速度不高(<30 cm/s),所以重復(fù)定位精度可達±0.02 mm,另外橫移液壓缸端部由于采用緩沖裝置,使機械手運動平穩(wěn)性也得到了可靠的保證。 機械手的抓取能力可參照鉗爪式手部的有關(guān)公式,結(jié)合機械手的幾何參數(shù)進行計算。由于殼體重量較輕(≤2 kg),夾緊缸內(nèi)徑 d=40 mm,所以在液壓驅(qū)動系統(tǒng)中有足夠大的夾緊力。 4 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓方式,它具有在同等輸出功率下傳動裝置體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、動態(tài)性能好等特點,13 個機械手的左右橫移,上升和下降及夾緊和松開等動作及 4 個自動轉(zhuǎn)位夾具的回轉(zhuǎn)運動,分別采用由方向閥和節(jié)流閥控制的 18 個液壓缸驅(qū)動,全部執(zhí)行元件由一個 4 kW 的 6 級電動機帶動一個流量為 24 l/min 的單級葉片泵供油,使驅(qū)動系統(tǒng)的造價大幅度降低。 5 機械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 在多工步搬運機械手的控制系統(tǒng)中,我們采用了 PLC 技術(shù),選用霍爾傳感器作為主令檢測信號,使用日本立石公司生產(chǎn)的 C40P 作為控制器主體。 常用 PLC 梯形圖邏輯設(shè)計方法較多,設(shè)計中我們采用流程圖法,按照零件加工過程設(shè)計出控制系統(tǒng)流程圖。 一般控制系統(tǒng)都是由若干個穩(wěn)定工作狀態(tài)組成,每個工作狀態(tài)是由于接受了某個切換主令信號而建立的。各個工作狀態(tài)用一個輔助繼電器進行區(qū)分,輔助繼電器的狀態(tài)由切換主令信號來控制,這些切換主令信號分別來自按鈕、傳感器、定時器和計數(shù)器。輔助繼電器同時又是執(zhí)行元件的輸入變量。當控制系統(tǒng)的輸入主令信號和執(zhí)行元件確定以后,將主令信號與各自工作狀態(tài)的約束條件,分別代入相應(yīng)的輔助繼電器邏輯方程和執(zhí)行元件的邏輯方程,即可完成自動工作循環(huán)的邏輯控制。最后再考慮手動控制系統(tǒng)及自動循環(huán)與手動控制之間的互鎖要求,即完成了全部控制系統(tǒng)的邏輯設(shè)計。 6 結(jié)束語 由于多工步搬運機械手主機采用口字型框架結(jié)構(gòu),13 個機械手、 夾具、動力頭在主機上、下、側(cè)面線性排列,使設(shè)備整體結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,并有條件采用臥式凸輪分配軸機構(gòu)對動力頭進行集中控制,18 個液壓缸采用一個泵站供油,中間環(huán)節(jié)少,節(jié)省能源,使設(shè)備總成本降低。機械手采用自定位夾緊機構(gòu)配合輔助夾具使工件的定位、夾緊、抓取等動作一并完成,有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量,工藝過程中,13 個工步同時進行,13 個工件的搬運同步完成,生產(chǎn)節(jié)拍協(xié)調(diào),生產(chǎn)效率高。尤其是采用 PLC 控制技術(shù),操作程序變更方便,一旦產(chǎn)品規(guī)格型號改變,只要調(diào)換分配軸上的凸輪,調(diào)節(jié)驅(qū)動轉(zhuǎn)位夾具的油缸行程,更換夾具定位元件,即能對新產(chǎn)品進行加工,所以,設(shè)備在控制器殼體徑向孔系加工中具有較大的柔性,利于產(chǎn)品更新。鑒于以上特點,該設(shè)備投產(chǎn)以來,不但為生產(chǎn)廠家?guī)砹丝捎^的經(jīng)濟效益,還受到了同行專家們的好評。 (end)I/O 配置如附表 2-4 所示附表2-4 機械手的I/O配置輸入 輸出代號 設(shè)備名稱 繼電器號 代號 設(shè)備名稱 繼電器號SB1 啟動按鈕 0000 KM 帶 A 接觸器 0500SB2 停止按鈕 0001 YV1 左移電磁閥 0501SQ1 抓緊行程開關(guān) 0002 YV2 右移電磁閥 0502SQ2 左限行程開關(guān) 0003 YV3 上升電磁閥 0503SQ3 右限行程開關(guān) 0004 YV4 下降電磁閥 0504SQ4 上限行程開關(guān) 0005 YV5 抓緊電磁閥 0505SQ5 下限行程開關(guān) 0006 YV6 放松電磁閥 0506SQ6 光電檢測開關(guān) 0007FX1n 性能規(guī)格 項目 規(guī)格 備注 運轉(zhuǎn)控制方法 通過儲存的程序周期運轉(zhuǎn) I/O 控制方法 批次處理方法(當執(zhí)行END 指令時) I/O 指令可以刷新運轉(zhuǎn)處理時間 基本指令:0.55 至 0.7μs應(yīng)用指令:3.7 至幾百 μs編程語言 邏輯梯形圖和指令清單 使用步進梯形圖能生成SFC 類型程序 程式容量 內(nèi)置 8K 步 EEPROM存儲盒(FX1n-EEPROM-8L)可選 指令數(shù)目基本順序指令:27步進梯形指令:2應(yīng)用指令:85 最大可用 177 條應(yīng)用指令,包括所有的變化 I/O 配置 最大硬體 I/O 配置 128,依賴于用戶的選擇(最大軟件可設(shè)定地址輸入 128、輸出 128) 一般 384 點 M0 到 M383 鎖定 1152 點(子系統(tǒng)) M384 至 M1535 輔助繼電器(M 線圈) 特殊 256 點 M8000 至 8255 一般 1000 點 S0 至 S999 狀態(tài)繼電器(S 線圈) 初始 10 點(子系統(tǒng)) S0 至 S9100 毫秒 范圍:0 至 3276.7 秒 200點 T0 至 T19910 毫秒 范圍:0 至 3276.7 秒 46點 T200 至 T2451 毫秒 范圍:0.001 至 32.767秒 4 點 T246 至 T249定時器(T)100 毫秒積算 范圍:0 至 3276.7 秒 6點 T250 至 T255一般 范圍:0 至 32767 數(shù) 16點 C0 至 C15類型:16 位上計數(shù)器 鎖定 184 點(子系統(tǒng)) C16 至 C199類型:16 位上計數(shù)器 一般 范圍:1 至 32767 數(shù) 20點 C200 至 C219類型:32 位雙向計數(shù)器 計數(shù)器(C) 鎖定 15 點(子系統(tǒng)) C220 至 C234類型:32 位雙向計數(shù)器 高速計數(shù)器(C) 單相范圍:-2147483648+2147483648數(shù);選擇多達 4 個單相計C235 至 C2384 點 單相 c/w起始,停止輸入 C241、C242 和 C244 3 點雙相 C246、C247 和 C249 3 點A/B 相 數(shù)器,組合計數(shù)頻率不;大于 5KHz.或選擇一個比相或 A/B 相計數(shù)器,組合;計數(shù)頻率不大于 2KHz.注意所有的計數(shù)器都鎖定。 C251、C252 和 C254 3 點一般 128 點D0 至 D127類型:32 位元件的 16 位數(shù)據(jù)存儲寄存器 鎖定 7872 點D128 至 D7999類型:32 位元件的 16 位數(shù)據(jù)存儲寄存器 文件 7000 點D100 至 D7999 通過 3 塊500 程式步的參數(shù)設(shè)置類型:16 位數(shù)據(jù)存儲寄存器 外部調(diào)節(jié) 范圍:0 至 255 2 點數(shù)據(jù)從外部設(shè)置電位器移到寄存器D8030 和 D8031 特殊256 點(包含D8013、D8030T 和D8031)從 D8000 至 D8255類型:16 位數(shù)據(jù)存儲寄存器 數(shù)據(jù)寄存器(D)變址 16 點V 和 Z類型:16 位數(shù)據(jù)存儲寄存器 指標(P)用于 CALL 128 點 N0 至 P127 用于中斷 6 點100*至 130*(上升觸發(fā)*=1,下降觸發(fā)*=0) 嵌套層次 用于 MC 和 MRC 時 8 點 N0 至 N7 十進位 K 16 位:-32768 至 3276832 位:-2147483648 至+2147483647 常數(shù)十六進位 16 位:0000 至 FFFFH 32 位:00000000 至 FFFFFFFF 摘 要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi),由于工作的需要,人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害,增加了工人的勞動強度,甚至于危及生命。自從機械手問世以來,相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機械手可在空間抓、放、搬運物體,動作靈活多樣,適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn),廣泛應(yīng)用于柔性自動線。機械手一般由耐高溫,抗腐蝕的材料制成,以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境,大大降低了工人的勞動強度,提高了工作效率。機械手是工業(yè)機器人的重要組成部分,在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機器人,不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量,而且對保障人身安全,改善勞動環(huán)境,減輕勞動強度,提高勞動生產(chǎn)率,節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本,有著十分重要的意義。本設(shè)計所用機械部件有滾珠絲杠、滑軌、氣控機械抓手等。電氣方面有可編程控制器(PLC)、編程器、步進電機、步進電機驅(qū)動器、直流電機、光電傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、旋轉(zhuǎn)碼盤、操作臺等部件??删幊炭刂破靼l(fā)出兩路脈沖到步進電機驅(qū)動器,分別驅(qū)動橫軸、豎軸的步進電機運轉(zhuǎn);直流電機拖動底座和手爪的旋轉(zhuǎn);接近開關(guān)、微動開關(guān)、旋轉(zhuǎn)碼盤將位置信號反饋給主機,由主機發(fā)出指令來實現(xiàn)對手臂的伸縮、上下、轉(zhuǎn)動位置的控制;主機發(fā)信號到氣動電磁閥,以控制手爪的張合來抓放物體。本設(shè)計可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù),具有很大的靈活性和可操作性。關(guān)鍵詞:可編程控制器;機械手;步進電機;步進驅(qū)動器;脈沖;傳感器;直流電機AbstractIn the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The robot arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched. And it is widely used on soft automatic line. The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment. So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency. The robot arm is an important component of industrial robots, and it can be called industrial robots on many occasions. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs. There are such mechanical components as ball footbridge, slides, an air control mechanical hand and so on in the design. A programmable controller, a programming device, stepping motors, stepping motors drives, direct current motors, sensor, switch power supply, an electromagnetism valve and control desk are used in electrical connection. The programmable controller output two lines pulses to stepping motors drives to drive the two stepping motors drives on beam and vertical axis; direct current motors drive the rotation of the base and the hand; sensors send signals of location to the mainframe, and the mainframe sends directive to control the extension and contraction, up and down, moves location; the mainframe send signals to control the opening and closing of the hand to carry objects. Related parameters can be changed according to request of the changes of the objects and movement flow at any time change the relevant parameters in the design, so it has great flexibility and operability.Key words: Programmable controller; Robot arm; Stepping motor; Stepping motors drive; Pulse; Sensor;Direct current motor參考文獻1. 鐘肇新.《可編程序控制器原理及應(yīng)用》.廣州:華南理工大學出版社,2002年.2. 章文浩.《可編程控制器原理及實驗》.北京:國防工業(yè)出版社,2003 年.3. 陳宇.段鑫.《可編程控制器基礎(chǔ)及編程技巧》.廣州:華南理工大學出版社,2002 年4. 常曉玲.《電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器》.北京:機械工業(yè)出版社,2004年5. 李乃夫.《可編程控制器原理、應(yīng)用、實驗》.北京:中國輕工業(yè)出版社,2003 年6. 鐘肇新.彭侃.《可編程控制器原理與應(yīng)用》.廣州:華南理工大學出版社,2004 年7. 張建民.《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計》.北京:高等教育出版社,2001 年8. 張兵.趙斌.施永輝. 基于 PLC 的機械手混合驅(qū)動控制.《液壓與氣動》,2005 年,3 期:37-39 頁9. 賀黛芳.馬笑瀟. PLC 在針灸機械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.《基礎(chǔ)自動化》,2001 年,8 卷 2 期:29-32 頁10. 蔣少茵.PLC 控制的機械手.《測控自動化》,2004 年,6 期:17-18 頁11. 史國生.崔洪斌. PLC 在機械手步進控制中的應(yīng)用.《組合機床與自動化加工技術(shù)》,2001 年,8 期:25-27 頁12. 楊存智. 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