入門 機械控制與實作練習－藉由製作四軸吊臂學習設計機械裝置

<作者簡介>

岡田昌樹

出生於北海道木古內町。現任旭川工業高等專門學校機械系統工學科教授、地區共同科技研究中心主任。擁有日本技術士（機械部門、綜合技術監理部門）、一級技能士資格，以及工商管理碩士學位。

<譯者簡介>

曉峰

東吳大學日文系畢業。歷經一連串出版社的嚴酷歷練後，轉戰專職翻譯，作品涵蓋小說、漫畫、各類型雜誌等。

<本書簡介>

使用順序控制的產業設備可說是五花八門、種類繁多，舉凡汽車、食品、飲料的生產線，纖維、半導體的製造設備，或者洗車機、停車管理系統這些隨處可見的裝置等都有用到。而不僅大型生產線，單獨的裝置、可程式邏輯控制器（PLC）數位電子設備的控制電路上也會用到順序控制。

本書經由開發與實際製作四軸吊臂裝置讓大家學習到順序控制、機電整合、機械設計等基本要素。是一本藉由實際練習與製作來學習PLC使用方式的一本書。

<目錄>

第1章 繼電器順序控制

1-1 何謂順序控制

1-2 何謂繼電器順序控制

1-3 開閉接點

1-4 主要使用元件之概要

1-5 如何繪製順序控制圖

1-6 主要使用元件之文字記號

1-7 主要使用元件之圖案記號

1-8 時序圖

1-9 真值表

1-10 繼電器順序控制的練習裝置

1-11 繼電器順序控制的基礎電路習作

 

第2章 可程式邏輯控制器

2-1 何謂順序控制器

2-2 如何繪製階梯圖

2-3 順序控制器的指令碼和電路圖

2-4 程式的組成

2-5 順序控制器的練習裝置

2-6 如何輸入程式

2-7 指令碼的基礎用法

2-8 順序控制器的基礎電路習作

2-9 順序控制器的程式編輯軟體

 

第3章 氣壓系統

3-1 何謂氣壓系統

3-2 氣壓產生元件

3-3 氣壓調理元件

3-4 控制元件

3-5 驅動元件

3-6 氣壓的基礎迴路

3-7 如何選擇氣壓缸

 

第4章 機構元件

4-1 齒輪機構

4-2 螺紋機構

4-3 軸、軸承、聯軸器

4-4 驅動馬達

 

第5章 設計製作四軸吊臂

5-1 裝置的外觀

5-2 設計製作夾爪機構

5-3 設計製作夾爪的上下移動、迴轉機構

5-4 設計製作吊臂的平面移動機構

5-5 設計製作骨架和面板

5-6 配置按鈕開關與指示燈

5-7 製作設計控制盤

5-8 控制程式

精采摘錄

<序>

我是一位任教於工科高等教育機構的老師，有很多畢業生在就業後都跟我提到順序控制（Sequential Control）教育的重要性。最近的製造業逐漸走向少量多樣的自動化生產趨勢，而這些少量多樣的生產核心就是採用順序控制。也就是說，在每次隨著製造品項所變更的自動化生產流程中，企業的生產技術人員必須具備順序控制的基礎能力，才能用更低的成本迅速地建構出高效率的生產系統。

使用順序控制的產業設備可說是五花八門、種類繁多，舉凡汽車、食品、飲料的生產線，纖維、半導體的製造設備，或者洗車機、停車管理系統這些隨處可見的裝置等都有用到順序控制。如同上述的現況，順序控制不僅會使用在大型生產線上，也會用在一些單獨的裝置上，而這些生產線或機械設備，大部分都是使用了可以建構成「可程式邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）」這個順序控制電路的電子裝置，因此，本書的主旨就是要教大家學會PLC的使用方式。

不過，即使學會了PLC的使用方式，但如果不明白順序控制的原理，或者不知道該如何實踐、應用的話，這不僅不能算是學會了這門技術，也不能享受到製造物品的原始樂趣。

因此，本書就以製作四軸吊臂這種在遊樂場中也可以看到的夾娃娃機裝置為目標，藉由設計、製作裝置中的各種功能來體驗實際製造物品的樂趣。

首先，為了學習順序控制的原理與基礎，請先利用繼電器順序控制的練習裝置，體驗一下實體配線。有很多人雖然會設計理論上的順序圖或時序圖，但卻不會實際配線。自己親手製作練習裝置、進行實體配線的話，可以藉由手腦並用來理解理論，進而確實學會技能，累積技術。

尤其在順序控制中，自保電路更是一開始就必須跨越的一道難關。如果可以確實理解這個電路，便能順利完成課題，同時更加快樂地學習順序控制的理論。不過，隨著課題的進展，就會發生實體配線中的配線相關問題。懂得竅門的人，可以稍微花點工夫替配線編號，或者根據顏色來整理配線等細節上。雖然會有點麻煩，但這也是為了進入下個階段必須先嘗試的重要體驗。

進入第2章後就能了解這個意義，不過，PLC可以利用編寫程式的方法解決實體配線的問題。經歷過實體配線後便能夠了解利用程式可以多麼輕鬆地解決。

等到理解順序控制的基礎概念後，繼續學習氣壓系統和機構元件。開發可動裝置時一定需要一些驅動器。關於驅動器方面，例如使用電力的馬達、電磁閥，或是使用氣壓、油壓的氣壓缸、油壓缸等，這些驅動器由驅動物體的驅動元件和控制元件組成，也是順序控制的輸出對象。尤其是使用隨處可得的空氣的氣壓系統，在開發裝置時能夠建構出乾淨的系統，是相當不可或缺的。

第5章會設計、製作四軸吊臂裝置，如果想做成商品，就要考慮採用更有效率的驅動器和機構元件，不過，本書是以教育為目的，因此會加入更多的功能，也會故意加入一些不適當的功能，藉由體驗來深入了解各種功能的優缺點。如果是基於個人興趣而製作的人，可能會覺得花費在零件上的費用過多，但如果能將這項製作運用在學校或企業的專題製作練習上，我將感到無比榮幸。

此外，這項以開發出四軸吊臂裝置為目的的主題「機械控制與製作練習」，是旭川高專產業技術振興會和旭川商工會議所等單位，為了培育地方企業的年輕技術人員所舉辦的「製造業人才培育講座」的成果。

能夠舉辦這個講座全靠各界人士的鼎力相助，非常感謝旭川高專產業技術振興會的會長，也是FE株式會社社長的佐佐木通彥先生、表鐵工所株式會社會長的表豐先生，還有幫忙協調、聯絡的旭川商工會議所的大野惠司先生。此外也相當感激長谷川工作所株式會社的樋口尚博先生幫忙製作四軸吊臂的夾爪和順序控制部分。

本書能夠發行也要感謝對未來的技術發展充滿熱情、從企劃階段就開始支持鼓勵的Ohmsha株式會社的各位開發部先進。此外，在撰稿方面也要感謝旭川工業高等專門學校的高橋英明校長和各位教職員、機械系統工程科的後藤孝行科主任和老師們，還有包括山內廣也技術長、三田村均副技術長在內的技術創造部各位員工和學生們。最後，也要對在研討會和電話中給予指導、協助的三菱電機株式會社、KOGANEI株式會社、Oriental Motor株式會社致上最深的謝意。

岡田昌樹