搬运机器人设计 .doc

无锡科技职业学院中德机电学院 机机器器人人技技术术大大作作业业 设 计 题 目 搬运机器人设计 学 生 姓 名 俞成 系 别 控制系 专 业 机电一体化 班 级 机电 1101 授 课 教 师 龚运新 1 目录目录 第第一一章章 概述概述3 1.1 搬运机器人的历史3 1.2 搬运机器人的整体结构5 1.3 搬运机器人的未来 .9 第第二二章章 机械设计机械设计.10 2.1 机械整体设计.10 2.2 各部件设计 12 2.2.1 执行机构.12 2.2.2 驱动机构.15 2.2.3 控制系统.16 第第三三章章 电气设计电气设计.16 3.1 电气控制整体设计.16 3.2 电气分部设计17 3.2.1 电机 .17 3.3 软件设计.19 第第四四章章 总结总结.25 2 第一章第一章概述概述 1.11.1 搬运机器人的历史搬运机器人的历史 搬运机器人 搬运机器人【transfer robot】是可以进行自动化搬运作 业的工业机器人，也被称为无人搬运车或者是 AGV。最早的搬运机器人出现在 1960 年的美国，Versatran 和 Unimate 两种机器人首次用于搬运作业。搬运作 3 业是指用一种设备握持工件，是指从一个加工位置移到另一个加工位置。搬运 机器人可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作， 大大减轻了人类繁重的体力劳动。目前世界上使用的搬运机器人愈 10 万台，被 广泛应用于机床上下料、冲压机自动化生产线、自动装配流水线、码垛搬运、 集装箱等的自动搬运。部分发达国家已制定出人工搬运的最大限度，超过限度 的必须由搬运机器人来完成。 仓储业是 AGV 最早应用的场所。1954 年世界上首台 AGV 在美国的 South Carolina 州的 Mercury Motor Freight 公司的仓库内投入运营，用于实现出入 库货物的自动搬运。目前世界上约有 2 万台各种各样 AGV 运行在 2100 座大大小 小仓库中。海尔集团于 2000 年投产运行的开发区立体仓库中，9 台 AGV 组成了 一个柔性的库内自动搬运系统，成功地完成了每天 23400 的出入库货物和零部 件的搬运任务。 AGV 在制造业的生产线中大显身手，高效、准确、灵活地完成物料的搬运任务。 并且可由多台 AGV 组成柔性的物流搬运系统，搬运路线可以随着生产工艺流程 的调整而及时调整，使一条生产线上能够制造出十几种产品，大大提高了生产 的柔性和企业的竞争力。1974 年瑞典的 Volvo Kalmar 轿车装配厂为了提高运 输系统的灵活性，采用基于 AGVS 为载运工具的自动轿车装配线，该装配线由多 台可装载轿车车体的 AGVS 组成，采用该装配线后，装配时间减少了 20%，装配 故障减小 39%，投资回收时间减小 57%，劳动力减小了 5%。目前，AGV 在世界的 主要汽车厂，如通用、丰田、克莱斯勒、大众等汽车厂的制造和装配线上得到 了普遍应用。近年来，作为 CIMS 的基础搬运工具，AGV 的应用深入到机械加工、 4 家电生产、微电子制造、卷烟等多个行业，生产加工领域成为 AGV 应用最广泛 的领域。 在邮局、图书馆、码头和机场等场合，物品的运送存在着作业量变化大， 动态性强，作业流程经常调整，以及搬运作业过程单一等特点，AGV 的并行作 业、自动化、智能化和柔性化的特性能够很好的满足上式场合的搬运要求。瑞 典于 1983 年在大斯得哥尔摩邮局、日本于 1988 年在东京多摩邮局、中国在 1990 年于上海邮政枢纽开始使用 AGV，完成邮品的搬运工作。在荷兰鹿特丹港 口，50 辆称为“yard tractors”的 AGV 完成集装箱从船边运送到几百码以外 的仓库这一重复性工作。 对于搬运作业有清洁、安全、无排放污染等特殊 要求的烟草、医药、食品、化工等行业中，AGV 的应用也受到重视。在国内的 许多卷烟企业，如青岛颐中集团、玉溪红塔集团、红河卷烟厂、淮阴卷烟厂， 应用激光引导式 AGV 完成托盘货物的搬运工作。在军事上，以 AGV 的自动驾驶 为基础集成其他探测和拆卸设备，可用于战场排雷和阵地侦察，英国军方正在 研制的 MINDER Recce 是一辆侦察车，具有地雷探测、销毁及航路验证能力的自 动型侦察车。在钢铁厂，AGV 用于炉料运送，减轻了工人的劳动强度。在核电 站和利用核辐射进行保鲜储存的场所，AGV 用于物品的运送，避免了危险的辐 射。在胶卷和胶片仓库，AGV 可以在黑暗的环境中，准确可靠的运送物料和半 成品。 1.21.2 搬运机器人的结构搬运机器人的结构 5 搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手，机械手的发展是由于它的积 极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按 照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸； 其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条 件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因 而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、 高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。随着工业 技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的 “程序控制通用机械手” ，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作 程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的 引用。 机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或 按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人 工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某 一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除 具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二 类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator） 。它起源于原子、军事工业， 先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进 行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器 人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。 这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand” ，它是为主机服务的，由 主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 6 机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结 构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障 碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名 机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。 要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、 臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动 的驱动传搬运机器人在实际的工作中就是一个机械手，机械手的发展是由于 它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、 它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和 装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的 劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步 伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是 在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。 在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了 能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械 手” ，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强， 所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 机器人就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或 按照工作要求以操纵工件进行加工。机器人一般分为三类。第一类是不需要人 工操作的通用机器人，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某 一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除 7 具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二 类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator） 。它起源于原子、军事工业， 先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机器人来进 行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机器 人，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。 这种机器人在国外通常被称之为“Mechanical Hand” ，它是为主机服务的，由 主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 机器人按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机器人以其结 构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障 碍物等这样一些特点，成为机器人中使用最多的一种结构形式，世界一些著名 机器人的本体部分都采用这种机构形式的机器人。 要机器人像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、 臂、关节等部分组成的抓取和移动机构执行机构；像肌肉那样使手臂运动 的驱动传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决 定了机器人的性能。一般而言，机器人通常就是由执行机构、驱动传动系统 和控制系统这三部分组成，如图 1-1 所示 图 1-1 机器人的一般组成 8 对于现代智能机器人而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置 和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机器人“眼睛” ，使它能识别物体 和躲避障碍物，以及机器人的触觉装置。机器人的这些组成部分并不是各自独 立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机器人的。要实现机器 人所期望实现的功能，机器人的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响 和相互制约。它们之间的相互关系如图 1-2 所示。 图 1-2 机器人各组成部分之间的关系 机器人的机械系统主要由执行机构和驱动传动系统组成。执行机构是机器人 赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动 力，按控制系统的要求完成工作任务。 1.31.3 搬运机器人的未来搬运机器人的未来 目前国内工业机械于主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、 性能方面都不能满足工业生产发展的需要。 因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机 械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发 9 展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合式 机械手等。 将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及适 于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求， 选用不用的典型部件，即可组成各种不同用途的机械手。精度，减少冲击，定 位精确，以更好地发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型， 以及具有触觉、视觉等性能地机械手，并考虑于计算机联用，逐步成为整个机 械制造系统中的一个基本单元。 既便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应 用的范围。同时要提高 在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机 床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作 业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变 化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外 机械手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能 力，能反馈外界条件的变化，做出 相应的变更。如位置发生稍些偏差时，即能 更正，并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。 视觉功能即在机械手上安装有电视照相机和光学测距仪（即距离传感器） 以及卫星计算机。工作时，电视照相机将物体形象变成视频信号，然后传送给 计算机，以便分析物体的种类、大小、颜色和方位，并发出指令控制机械手进 行工作。 触觉功能即在机械手上安装有触觉反馈控制装置。工作时机械手先伸出手指寻 找工件，通过装在手指内的压力敏感元件产生触感作用，然后伸向前方，抓住 10 工件。 手的抓力大小可通过装在手指内侧的压力敏感元件来控制，达到自动调整 握力的大小。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步 提高。到 1995 年，全世界约有 50%的汽车由机械手装配。 现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元 相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。 第二章第二章机械设计机械设计 2.12.1 机械整体设计机械整体设计 对气动机械手的基本要求是能快速、准确地拾放和搬运物件，这就要求它 们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度 及在任意位置都能自动定位等特性。设计气动机械手的原则是:充分分析作业对 象(工件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要 求和环境条件;明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时 的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的 要求；尽量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性， 并能实现柔性转换和编程控制。 本次设计的机械手是气动上下料机械手，是一种适合于成批或中、小批生 产的、可以改变动作程序的自动搬运或操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳 11 动强度大和操作单调频繁的生产场合。 图 2-1 四自由度搬运机器人结构简图 1- 步进电机 2-标准气缸 3-标准气缸 4-平行气爪 图 2-2 机械手结构示意图 2.22.2 各部件设计各部件设计 搬运机器人由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。 2.2.12.2.1 执行机构执行机构 （1）手部 手部既直接与工件接触的部分，一般是回转型或平动型（多为回转型，因其 结构简单） 。手部多为两指（也有多指） ；根据需要分为外抓式和内抓式两种； 12 也可以用负压式或真空式的空气吸盘（主要用于可吸附的，光滑表面的零件或 薄板零件）和电磁吸盘。 传力机构形式较多，常用的有：滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿 轮齿条式、丝杠螺母式、弹簧式和重力式。本次设计的手部选择夹持类回转型 结构手部。 本次设计的搬运机器人手部执行部件如图 2-3 图 2-3 搬运机器人手部执行部件结构简图 如图 2-2 右图的机构简图，手部执行依靠杆的伸缩运动来实现其张合运动，杆 的动力源来自后续驱动源的液压缸，该液压缸采用的是伸缩式液压缸，该液压 缸能够节省横向的工作空间。 机器人的手部是机器人最重要的部件之一，从其功能和形态上看，分为工 业机器人的手部和类人机器人的手部。目前前者应用较多，也较成熟，后者正 在发展中。 工业机器人的手部夹持器（亦称抓取机构）是用来握持工件或工具的部件， 由于被握持工件的形状、尺寸、重量、材料及表面状态的不同4。其手部结构 也是多种多样的，大部分的手部结构都是根据特定的工件要求而专门设计的， 13 按握持原理的不同，常用的手部夹持器分为如下两类： 1)夹持式：包括内撑式与外夹式，常用的还有勾托式和弹簧式等。 2)吸附式： 包括气吸式与磁吸式等。 在设计机器人末端执行器时，应注意以下问题： 1)机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的。一个新的末端执行器的 出现，就可以增加一种机器人新的应用场所。因此，根据作业的需要和人们的 想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域。 2)机器人末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机器人容许的 负荷力。因此，要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。 3)机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能末端执行器在结构上很 复杂，甚至很难实现，例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。因 为这种万能的执行器的结构复杂且造价昂贵 （2）腕部 腕部是连接手部和臂部的部件，并可用来调节被抓物体的方位，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。手腕有独立的自由度。 有回转运动、上下摆动、左右摆动。一般腕部设有回转运动再增加一个上下摆 动即可满足工作要求，有些动作较为简单的专用机械手，为了简化结构，可以 不设腕部，而直接用臂部运动驱动手部搬运工件。 目前，应用最为广泛的手腕回转运动机构为回转液压（气）缸，它的结构紧 凑，灵巧但回转角度小（一般小于 270）,并且要求严格密封，否则就难保证 稳定的输出扭矩。因此在要求较大回转角的情况下，采用齿条传动或链轮以及 轮系结构。本次设计的搬运机器人的腕部是实现手部 180的旋转运动。 14 设计的搬运机器人的腕部的运动为一个自由度的回转运动，运动参数是实现 手部回转的角度控制在0180范围内，其基本的结构形式如图 2-4 所示。 图 2-4 腕部回转基本结构示意 腕部的驱动方式采用直接驱动的方式，由于腕部装在手臂的末端，所以必须设 计的十分紧凑可以把驱动源装在手腕上。机器人手部的张合是由双作用单柱塞 液压缸驱动的；而手腕的回转运动则由回转液压缸实现。将夹紧活塞缸的外壳 与摆动油缸的动片连接在一起；当回转液压缸中不同的油腔中进油时即可实现 手腕不同方向的回转。 （3）臂部 手臂部件是机械手的重要握持部件。它的作用是支撑腕部和手部（包括工作 或夹具） ，并带动他们做空间运动。 臂部运动的目的：把手部送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿 态（方位） ，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部具有三个自由度 才能满足基本要求，即手臂的伸缩、左右旋转、升降（或俯仰）运动。 手臂的各种运动通常用驱动机构（如液压缸或者气缸）和各种传动机构来实 现，从臂部的受力情况分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的静、动载荷， 而且自身运动较为多，受力复杂。因此，它的结构、工作范围、灵活性以及抓 重大小和定位精度直接影响机械手的工作性能。本次设计实现臂部的上下移动、 前后伸缩、以及臂部的回转运动。手臂的运动参数：伸缩行程：1200mm；伸缩 15 速度：83mm/s；升降行程：300mm；升降速度：67mm/s；回转范围：0180。 机器人手臂的伸缩使其手臂的工作长度发生变化，在圆柱坐标式结构中，手臂 的最大工作长度决定其末端所能达到的圆柱表面直径。伸缩式臂部机构的驱动 可采用液压缸直接驱动。 （4）机座 机座是机身机器人的基础部分，起支撑作用。对固定式机器人，直接联接在 地面上，对可移动式机器人，则安装在移动结构上。机身由臂部运动（升降、 平移、回转和俯仰）机构及其相关的导向装置、支撑件等组成。并且，臂部的 升降、回转或俯仰等运动的驱动装置或传动件都安装在机身上。臂部的运动越 多，机身的结构和受力越复杂。本次毕业设计的搬运机器人的机身选用升降回 转型机身结构；臂部和机身的配置型式采用立柱式单臂配置，其驱动源来自回 转液压缸。 2.2.22.2.2 驱动机构驱动机构 驱动机构是搬运机器人的重要组成部分。根据动力源的不同，工业机械手的 驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。 液压驱动压力高，可获得大的输出力，反应灵敏，可实现连续轨迹控制，维修 方便，但是，液压元件成本高，油路比较复杂。气动驱动压力低，输出力较小 如需要输出力大时，其结构尺寸过大，阻尼效果差低速不易控制，但结构简单， 能源方便，成本低。电动机驱动有：异步电动机、步进电动机为动力源，电动 机使用简单，且随着材料性能的提高，电动机性能也逐渐提高。本次设计的搬 运机器人的驱动机构采用液压驱动的方式。 2.2.32.2.3 控制机构控制机构 16 考虑到机械手的通用性，同时使用点位控制，因此我们采用可编程序控制器 (PLC)对机械手进行控制。当机械手的动作流程改变时，只需改变 PLC 程序即可 实现，非常方便快捷。 第三第三章章 电气设计电气设计 3.13.1 电气控制整体设计电气控制整体设计 包括主电路和控制电路的设计。主电路由两台电动机，即慢速电机和快速 电机，分别拖动小车慢行和快行，其控制如下：慢速电动机 M1 由接触器 KM1、KM2 分别控制其正传和反转；快速电动机 M2 由接触器 KM3 和 KM4 分别控 制其正传和反转。机械手的夹紧放松动作是由一单电两位四通电磁阀控制的一 个液压缸完成的，在通电情况下，机械手松开，得电时松开，可以防止在设备 运行过程中突然断电导致的机械手松开，工件脱落的情况发生 整体控制图 17 图 3-1（主电路顺序起动控制电路图） 、 图 3-2（控制电路的顺序控制电路图） 3.23.2 电器分部设计电器分部设计 3.2.13.2.1 电机电机 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲 数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步 进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角” ，它的旋转是以固定 的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准 确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度， 从而达到调速的目的。步进电机流行于 20 世纪 70 年代, 70 年代中期以后多用 宽调速直流伺服电机, 进入 80 年代以来,交流伺服电机调速技术取得了突破性 进展, 并大举进入电气传动调速控制的各个领域, 占据了绝对优势。但是, 步 进电机结构简单、价格低廉、容易控制、维修方便, 而且随着计算机技术的发 展, 其驱动控制除功率放大电路外, 都可以由软件实现。因此, 本设计选用步 18 进电机来带动气缸的回转 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成 分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能 正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交 流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系 统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算 机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种 自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日 俱增，在各个国民经济领域都有应用。 步进电机具有如下特点 1)一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。 2）步进电机外表允 许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至 于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点； 一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度 以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度完全正常。 3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越 高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流 减小，从而导致力矩下降。 19 4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸 叫声 3.33.3 软件设计软件设计 3.3.13.3.1 PLCPLC 的主要特点的主要特点 （1）高可靠性 a)所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路 之间电气上隔离。 b)各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。 （3）各模块 均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 c)采用性能优良的开关电源。 d)对采用的器件进行严格的筛选。 e)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用 有效措施，以防止故障扩大。 f)大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统，使可 靠性更进一步提高。 （2）丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开 关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的 I/O 模块 与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器； 电磁线圈；控制阀等直接连接。 （3）采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外， 绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均 采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据 用户的需要自行组合。 20 （4）编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式， 对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人 员所理解和掌握。 （5）安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下 直接运行。使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投 入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找 故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模 块的方法，使系统迅速恢复运行 3.3.23.3.2 PLCPLC 的发展阶段的发展阶段 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成 电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过 程大致可分三个阶段： 1) 早期的 PLC（60 年代末70 年代中期）早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控 制器。这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是 执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出 现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主 要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。其中 PLC 特有 的编程语言梯形图一直沿用至今。 2) 中期的 PLC（70 年代中期80 年代中，后期）在 70 年代，微处理器的出现 使 PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理 21 器作为 PLC 的中央处理单元(CPU)。这样，使 PLC 得功能大大增强。在软件方面， 除了保持其原有的逻辑运算、计时、计