實實務務專專題題報報告告書書

遙遙控控擊擊球球機機((足足球球))

指 導 老 師 ： 劉 國 華

專題製作學生：四技電四乙 張荐祈 BD96061

四技電四乙 洪信彰 BD96063

中華民國 九十九 年 十二 月 八 日

修 平 技 術 學 院 電 機 工 程 系

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

HSIU-PING INSTITUTE OF TECHNOLOGY

修平技術學院

電

機

工

程

系

99

實務專題報告書—

遙控擊球機(

足球)

指導老師：劉國華

學生：張荐祈、洪信彰

摘要

機電整合顧名思義就是將電機的學問與機械結合，機電整合技術應用廣

泛，小至 MP3、數位光碟機，大至半導體製程設備、高速列車，均需藉由機

電整合技術完成產品的開發。

在這次的專題當中，我們最主要是用可程式控制器 PLC來控制氣壓系統。

在這當中會使用到的器材像是直流馬達、繼電器、各式各樣氣壓系統零件

等等。電力方面採用機車用電池，取得容易價格也較為便宜，傳動部分則

使用履帶以增加機器人的機動性，機構部分也以鐵工廠不要的廢料為主做

為加工既經濟又環保。

1

目錄

圖表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3

內容概述‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧4

第一章 製作動機‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 5

第二章 硬體架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 6

2-1 直流馬達的介紹與原理‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6

2-2機車電池介紹‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 10

2-3電力電驛‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧12

第三章 氣壓硬體架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧14

3-1 電磁閥‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 14

3-2 標準氣壓缸‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 15

3-3 平行氣壓缸‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 16

3-4 快速排氣閥‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 17

第四章 PLC 的發展背景及其功能概述‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧18

4-1 PLC 的發展歷史‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 18

4-2 PLC 工作原理‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 18

4-3 PLC 外部結構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 19

4-4 PLC 的內部結構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 20

2

4-5 可編程邏輯控制器的發展階段‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 20

4-6 PLC的優點‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 22

4-7 PLC分類‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 23

4-8 PLC與繼電器的比較‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 24

4-9 結論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 25

第五章 作品實作分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 26

5-1 電力轉換系統‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 26

5-2 PLC程式解析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28

5-3氣壓迴路‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧29

5-4遙控器製作‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧30

5-5 作品實體‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 31

5-6 作品獲得獎項‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 33

第六章 實作心得‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 34

參考文獻‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 36

作者簡介‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 37

3

圖表

圖 1 馬達的工作原理「弗萊明左手定則」‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 7

圖 2 直流馬達的基本工作原理說明‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 9

圖 3 電力電驛符號‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 12

圖 4 電磁閥的工作原理‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 14

圖 5 快速排氣閥構造‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 17

圖 6 DC轉 AC(12V-110V)電路圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 26

圖 7 DC轉 AC(12V-110V)電路測試圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 27

圖 8 DC轉 AC(12V-110V)電路完成圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 27

圖 9 PLC 外部接線圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 28

圖 10 氣壓迴路圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 29

圖 11 搖桿‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 30

圖 12 作品實體圖側陎‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 31

圖 13 作品實體圖正陎‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 32

圖 14 作品獎狀‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 33

4

內容概述

第一章 主要是敘述我們為何要做遙控擊球機(足球)

第二章 介紹硬體架構直流馬達、機車電池、電力電驛

第三章 介紹氣壓硬體電磁閥、標準氣壓缸、平行氣壓缸、快速排氣閥

第四章 PLC 的發展歷史、工作原理、結構、種類、優缺點比較和總結論

第五章 作品實作分析

第六章 結論對本報告的說明，組員各自的心得

5

第一章 製作動機

在剛開始製作專題時，我們兩個討論了很多種題目，最後我們決定了這個

題目：遙控擊球機(足球)，因為我們兩都是比較希望製作一些較有娛樂性

質的專題，在現在也有許多類似的東西，像是乒乓球的發球器或者是排球

的發球器，但足球的就滿少見的，這樣就可以用來給守門員做防手練習用

也可以給球員們用來練習傳接球用，可以節省一點人力，而且我們希望把

它設計的可以行走，這樣不只是可以做來練習用，也可以用來互相競賽之

類的等等，所以行走才會使用履帶想讓他的機動性提高，不被凹击不平的

地形所影響，我們想這會是一個滿有趣的構思。

6

第二章 硬體架構

2-1直流馬達的介紹與原理

直流馬達介紹：直流馬達(direct current, DC motor)是最早發明能

將電力轉換為機械功率的電動機，它可追溯到 Michael Faraday所發

明的碟型馬達。法拉第(Faraday)的原始設計其後經過不斷的改良，

到了 1880年代已成為主要的電能機械能轉換裝置，但之後由於交流

電的使用日趨普及，而發明了感應馬達與同步馬達，直流馬達的重要

性亦隨之降低。直到約 1960年，由於 SCR 的發明、磁鐵材料、碳刷、

絕緣材料的改良，以及變速控制的需求日益增加，再加上工業自動化

的發展，直流馬達驅動系統再次得到了發展的契機，到了 1980年直

流伺服驅動系統成為自動化工業與精密加工的關鍵技術。

雖然交流伺服馬達應用於精密的定位控制已是未來的發展趨勢，但直

流馬達有良好的線性特性，具有簡單易於控制的優點，仍是目前最常

7

應用於變速控制的馬達，同時瞭解直流馬達的特性與控制也是進入交

流伺服控制的必要途徑。

直流馬達的工作原理：馬達的工作原理可以「弗萊明左手定則」來說

明，弗萊明左手定則可用來判斷一根載有電流的導線置於磁場中時其

受力的方向。若以左手之食指表示磁場方向，中指表示電流方向，則

大姆指表示此導線受力的方向，如圖 1所示之電流方向，則環狀線圈

受磁場之作用，將順正時鐘方向旋轉，產生之扭矩 T可以下式表示

(1)

其中 K為比例常數，I為流經線圈之電流，B為永久磁鐵所造成之磁

場強度。

圖 1 馬達的工作原理「弗萊明左手定則」

8

直流馬達的基本工作原理說明可由圖 2來說明，圖 2(a)是直流馬達的

剖陎圖包含定子磁鐵、轉子線圈、換向器(commutator)與碳刷(carbon

brush)，圖 2(b)是氣隙磁通(air-gap flux)密度在定子的圓週空間分

佈圖，圖 2(c)則是碳刷間之電壓。經由換向器與滑環，在轉子線圈的

電樞電流所形成的磁場能一直與定子所形成的磁場保持垂直，因此在

定子磁場維持固定的情況下，馬達產生的扭矩正比於電樞電流，其關

係如圖 3所示。直流馬達之所以易於控制，也就是因為電樞電流與扭

矩間有此一線性關係，而馬達控制的關鍵正在於如何有效率且線性的

控制其產生之扭矩。

圖 4(a)為一外激式直流馬達的等效電路模型，圖 4(b)為其方塊圖。

在電樞線圈的電路模型裡包含了電樞電阻(armature resistance)

Ra、電樞電感(armature inductance) La 與一個因馬達旋轉時磁力線

在線圈上切割所感應出之反電勢 Vg。在定子的激磁線圈包含了磁場電

阻(field resistance)Rf 與磁場電感(field inductance)Lf、氣隙磁

通為 f、馬達轉軸之旋轉角速度為 w。

9

圖 2 直流馬達的基本工作原理說明：(a)直流馬達的剖陎圖包含定子

磁鐵、轉子線圈、換向器 (commutator)與碳刷(carbon brush)，(b)

氣隙磁通(air-gap flux)密度的圓週空間分佈圖，(c)碳刷間之電壓。

10

2-2機車電池介紹

使用規格：

12V：電瓶的標準電壓

6AH：電瓶容量，就是此顆電瓶可以儲存的電量

也就是說，此電瓶充滿電的狀態，可以供給 6A負載使用 1小時，也代表可

以供給 1A負載 6小時。

另一種標示容量的方式，是 Wh，以 10AH電瓶來講，他也可以標示容量為

72Wh表示他的滿電電量可以供給 72W(6A*12V)的負載使用 1小時。

電池介紹：電瓶的構造包括正極板、負極板、隔板、電解液及電解槽，

正極板是由茶色 ( 暗褐色 ) 的二氧化鉛 ( PbO2 ) 構成，負極板是

由灰色海綿狀的純鉛 ( Pb ) 構成，隔板是介於正極板和負極板之間

的薄絕緣板，內部構造上加水電池極板上的格子板是以鉛銻合金為主

要材料鑄造而成，免加水的格板是使用鉛鈣合金鍛造製成，電解液是

11

由稀硫酸調製而成，由以上極板組構成一個分電池，每個電瓶由兩組

極板浸在稀硫酸液中 ( 又稱電解液 )，電解液是由硫酸與純水調製

而成的稀硫酸，且不同廠牌的濃度比重也會有些差異，它是 65% 水

和 35% 的硫酸液混合而成的。

由上述資料來看鉛電瓶主要原料是由鉛、稀硫酸、塑膠合組的產品，

鉛與稀硫酸是屬於污染的物質，廢棄電瓶如果處理不當，會造成自然

環境污染。

全台汽車超過 600 萬部汽車，1100 萬部機車，每部汽機車都有一顆電

瓶，而平均壽命大概在兩年左右，也就是說在台灣每個月有 25 萬個

汽車電瓶及 45 萬個機車電瓶被更換，而這些故障的電瓶約有 60% 到

70% 是可被再生使用的。

12

2-3 電力電驛

電力電驛（Power Relay）：簡稱：PR。

一、功能：於工業配線中與電磁接觸器功能相近，為輔助電磁接觸器接點

之不足。

二、符號：電力電驛符號如下

圖 3電力電驛符號

三、電力電驛之種類：依形狀可分圓形及方形：

1、圓形可分為：MK2P（8隻腳）MK3P（11隻腳）。

2、方形可分為：MY2P（8隻腳）及 MY4P（14隻腳）。

13

四、構造：分成激磁線圈、復歸彈簧及 C接點型式的接點元件等。

五、動作原理：與電磁接觸器同樣都是電磁效應的作用。

當激磁線圈受電時，吸引電木板上的可動接點（c點），使原本閉合的接點

（b點）打開，原本打開的接點（a點）閉合。當激磁線圈斷電時，藉由彈

簧的恢復力，使接點恢復為原來的狀態。

六、特性：

1、電力電驛一般接點的耐電流量大都為 3～7.5A。

2、電力電驛可作為激磁線圈或指示燈警報器等控制線路使用，但不適合

作為其他較大負載之啟閉。

3、電力電驛之吸持電壓交直流型均為額定電壓之 80﹪以上，釋放電壓交

流者為額定電壓之 30﹪以下，直流者為額定電壓之 10﹪以下。

14

第三章氣壓硬體架構

3-1電磁閥

電磁閥是閥門的一種，使用電磁線圈驅動。

電磁閥的工作原理如下：

1.通過對電磁線圈通電／斷電控制管路的開啟／關閉或改變流體（一般是

壓縮空氣或者液體）流向（電磁開關閥）。

2.改變通過電磁線圈電壓／電流（一般為電流譬如 4-20ma的直流電流）等

參數控制管路中流體流量或流體壓力（電磁調節閥）。

圖 4 電磁閥的工作原理

15

3-2標準氣壓缸

氣缸內徑:φ32~160 (mm)，根據國際標準 ISO-VDMA規格製作，大多數零件

可互相替換。採用含油合金，特殊軸承襯套，使活塞桿無需給油。 氣壓缸

管採用鋁合金材質，經過氧化鋁膜處理，更具耐磨，耐蝕性

特色：

1.採用含油合金，特殊軸承襯套，使活塞桿無需給油。

2.氣壓缸管採用鋁合金材質，經過氧化鋁膜處理，更具耐磨，耐蝕性。

3. 根據國際標準 ISO-VDMA規格製作，大多數零件可互相替換。

4. 多種固定式及非固定式支架

16

3-3平行氣壓缸(寬型平行機械手)

缸徑:φ10, 16, 20, 25, 32 (mm)，採雙倍的活塞出力，使得輕巧的機械

爪能有更高的夾持力。夾指在移動時，同時齒輪也帶動四根軸心，因比一

般二根軸心夾持更強。

特色：

1.採雙倍的活塞出力，使得輕巧的機械爪能有更高的夾持力。

2.夾指在移動時，同時齒輪也帶動四根軸心，因比一般二根軸心夾持更強。

3. 所有的軸心，兩端點，皆採自潤軸承支，且具有防塵的機構，防止灰塵

進入。

4. 全系列可加裝埋入式感應器。

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3-4快速排氣閥

快速排氣閥為致動器速度控制執行元件之一，其作用是在氣壓缸內之壓縮

空氣欲排放到大氣時，讓壓力很快的解除，以免在氣壓缸運動時產生背壓

抵消有效出力，圖5 所示為快速排氣閥構造及其符號。

圖5 快速排氣閥

18

第四章 PLC的發展背景及其功能概述

4-1 PLC的發展歷史

可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為

工業控制應用而設計製造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制

器，簡稱PLC，在60 年代，汽車生產流水線的自動控制系統基本上都是由

繼電器控制裝置構成的。

當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨

著生產的發展，汽車型號更新的週期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就

需要經常地重新設計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新週

期的縮短。為了改變這一現狀，美國通用汽車公司在1968 年公開招標，要

求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，隔年，再1969 年美國數字設備公

司（DEC）研製出第一台PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了

成功。

4-2 PLC 工作原理

PLC 的工作原理

最初研製生產的可編程邏輯控制器主要用於代替傳統的由繼電器接觸器構

成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：

19

1‧繼電器控制裝置採用硬邏輯並行運行的方式，如果這個繼電器的線圈通

電或斷電，該繼電器所有的觸點，在繼電器控制線路的哪個位置上都會同

時動作。

2‧可編程邏輯控制器的CPU 則採用順序邏輯掃瞄用戶程序的運行方式，如

果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開

或常閉觸點)不會立即動作，必頇等掃瞄到該觸點時才會動作。為了消除二

者之間由於運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點

的動作時間一般在100ms 以上，而PLC 掃瞄用戶程序的時間一般均小於

100ms，因此，PLC 採用了一種不同於一般微型計算機的運行方式---掃

瞄技術。這樣在對於I/O 響應要求不高的場合，PLC 與繼電器控制裝置的

處理結果上就沒有什麼區別了。

4-3 PLC 外部結構

從結構上分，PLC 分為固定式和組合式兩種。固定式PLC 包括CPU 板、I/O

板、內存塊等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC 包括CPU

模塊、I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定

規則組合配置。

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4-4 PLC 的內部結構

PLC 是一種專用於工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相

同。

(1)程式輸入裝置：提供操作者輸入、修改、監視程式功能。

(2)中央處理單元：PLC 管理、執行、運算、控制等功能。

(3)程式記憶體：儲存使用者設計的順序程式參數及註解等。

(4)資料記憶體：儲存輸入、輸出裝置的狀態及順序程式的轉換資料。

(5)系統記憶體：儲存PLC 執行控制所需的系統程式。

(6)輸入回路：接收外部輸入元件信號。

(7)輸出回路：接收外部輸出元件信號。

(8)電源：一般交流電壓波動在+10%(+15%)範圍內，可以不採取其它措施而

將PLC直接連接到交流電網上去。

4-5 可編程邏輯控制器的發展階段

雖然PLC 問世時間不長，但是隨著微處理器的出現，大規模，超大規模集

成電路技術的迅速發展和數據通訊技術的不斷進步，PLC 也迅速發展，其

發展過程大致可分三個階段：

A‧早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）

21

早期的PLC 一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC 多少有點繼電器控制

裝置的替代物的含義，其主要功能只是執行原先由繼電器完成的順序控

制，定時等。PLC 的性能要優於繼電器控制裝置，其優點包括簡單易懂，

便於安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重複使用等。其中PLC 特有

的編程語言—梯形圖一直延用至今。

B‧中期的PLC（70 年代中期—80 年代中，後期）

在70 年代，微處理器的出現使PLC 發生了巨大的變化。美國、德國等一些

廠家先後開始採用微處理器作為PLC 的中央處理單元(CPU)。這樣，使PLC

得功能大大增強。在軟件方陎，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數

等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。

在硬件方陎，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠

程I/O模塊、各種特殊功能模塊。並擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈

的數量增加，還提供了一定數量的數據寄存器，使PLC 得應用範圍得以擴

大。

C‧近期的PLC（80 年代中、後期至今）

進入80 年代中、後期，由於超大規模集成電路技術的迅速發展，微處理器

的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC 所採用的微處理器的檔次普

遍提高。而且，為了進一步提高PLC 的處理速度，各製造廠商還紛紛研製

22

開發了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC 軟、硬件功能發生了巨大變化。

4-6 PLC的優點

(1)、可靠性高，抗干擾能力強

高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC 由於採用現代大規模集成電路

技術，採用嚴格的生產工藝製造，內部電路採取了先進的抗干擾技術，具

有高可靠性。例如三菱公司生產的F 系列PLC 平均無故障時間高達30 萬小

時。一些使用冗余CPU 的PLC 的平均無故障工作時間則更長。從PLC 的機

外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，

電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。

在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中

除PLC 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統具有極

高的可靠性也就不奇怪了。

(2)、配套齊全，功能完善，適用性強

PLC 發展到今天，以用於各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以

外，現代PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用於各種數字控制領域。

近年來PLC的功能單元大量湧現，使PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC

23

等各種工業控制中。加上PLC 通信能力的增強及人機界陎技術的發展，使

用PLC 組成各種控制系統變得非常容易。

(3)、體積小，重量輕，能耗低

以超小型PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小於100mm，重量小於150g，

功耗僅數瓦。由於體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想

控制設備。

(4)、易學易用，深受工程技術人員歡迎

PLC 作為通用工業控制計算機，是陎向工礦企業的工控設備。它接口容易，

編程語言易於為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和

繼電器電路圖相當接近，只用PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便

地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和彙編語

言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。

4-7 PLC分類

1、小型PLC 的I/O 點數一般在128 點以下，其特點是體積小、結構緊湊，

整個硬件融為一體，除了開關量I/O 以外，還可以連接模擬量I/O 以及其

他各種特殊功能模塊。它能執行包括邏輯運算、計時、計數、算術運算、

數據處理和傳送、通訊聯網以及各種應用指令。

24

2、中型PLC採用模塊化結構，其I/O 點數一般在256~1024 點之間。I/O 的

處理方式除了採用一般PLC 通用的掃瞄處理方式外，還能採用直接處理方

式，即在掃瞄用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯接各種

特殊功能模塊，通訊聯網功能更強，指令系統更豐富，內存容量更大，掃

瞄速度更快。

3、大型PLC一般I/O 點數在1024 點以上的稱為大型PLC。大型PLC 的軟、

硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯網功能強，有各種通訊聯

網的模塊，可以構成三級通訊網，實現工廠生產管理自動化。大型PLC 還

可以採用三CPU 構成表決式系統，使機器的可靠性更高。

4-8 PLC與繼電器的比較：

（表一）PLC 與繼電器的比較

25

4-9 結論

早期的PLC 功能簡單，是為了替代傳統繼電器、計時器控制電路的功能，

後來PLC 發展的功能越來越多，使PLC 更像一台電腦，到了現代，PLC 可

用於各種自動化設備的產品，除此之外，PLC 的發展與電子、資訊、通訊

的技術同步，不再是繼電器的替代品，到了現代已有PC Based、Open PLC、

Mini-PLC、PAC…等，其衍生出來的軟硬體應用產品更是眾多，從學習PLC 和

PC Based 時可發現，產品的各有優點與缺點，而Mini-PLC 和PAC 就是抓

住這個互補其短下的產物。除此之外HMI 更整合眾多產品的功能，將有可

能成為下一世代的工業控制霸主。

26

第五章 作品實作分析

5-1 電力轉換系統

1.電路圖

圖6 DC轉AC(12V-110V)電路圖

說明：

a. 這是一個輸入12V直流轉換為110V交流輸出的電路。它在使用電池的設備

(DC12V)中方便的轉換成交流輸出使用。

b. 它使用IC類型多諧振動器為交流電的震盪器。頻率大約是60赫茲。使用

了7400IC為震盪器，但如果使用7404也是可以的。震盪器的信號被

TR1-TR4作開關式的切換。TR2和TR4是晶體管為主要開關電路。由於無法

直接從IC輸出足夠的電力來直接驅動，所以先以TR1和TR3放大在電流。

連接在TR1之間和TR2和TR3和TR4連接的方式叫〝達靈頓(Darlington)放

27

大〞。

2.電路實體

圖7 DC轉AC(12V-110V)電路板測試

圖8 DC轉AC(12V-110V)電路完成圖

說明：電路輸出電壓為方波，在實驗中也增加了散熱片克服電晶體會燒

毀的情形

28

5-2 PLC程式解析

1. PLC外部接線圖

圖9 PLC 外部接線圖

說明：設定X1控制兩顆馬達前進由Y1、Y3輸出動作、X2為後退由Y2、

Y4輸出動作、X3為左由Y2、Y3輸出動作、X4為右由Y1、Y4輸出動作、

X5是夾球動作由Y5輸出動作、X6是擊球動作由Y6輸出動作

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5-3氣壓迴路

圖10 氣壓迴路圖

說明：利用兩個電磁閥去控制擊球氣壓缸和夾球氣壓缸，在擊球氣壓

缸和電磁閥間多加裝了一個快速排氣閥，以增加擊球的威力。

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5-4遙控器製作

圖11 搖桿圖

説明：由於考慮成本問題，所以決定以電動搖桿來做改裝，把原先的

接線剪掉，在使用三用電表找出按鍵中的共點，再把需要使用的按鍵

和共點連接拉線出來使用，與plc連接後即可輸入訊號。

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5-5作品實體

圖12 作品實體圖側陎

說明：利用可程式控制器(PLC)作為主體控制中心，使用機車電瓶供電，在

將DC12V轉成AC110V作為主要電力來源，為了讓機器人能夠自由的轉動，用

了四顆繼電器各別控制兩顆直流馬達正逆轉，輪子方陎我們利用履帶讓機

器人能順利穿越過障礙物，夾球的部份我們用電磁閥控制氣壓夾爪來夾

球，再以氣壓缸擊球。

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圖13 作品實體圖正陎(1) 圖13 作品實體圖正陎(2)

說明：作品實體圖正陎(1)是未修改前，夾球爪過於垂直會讓球掉落，而擊

球器的陎積太小導致無法順利擊球，圖13 作品實體圖正陎(2)為修改後，

把夾球抓弧度加大，擊球器上焊上圓形鐵片，以克服問題。

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5-6作品獲得獎項

圖14 作品獎狀

說明：這是在民國九十九年四月十九日和民國九十九年四月三十日用此專

題獲得的進入複賽參賽證明獎狀和電力轉換與控制組第三名獎狀，而經過

後續這段時間我們也陸續改裝了作品缺失的部分，像氣壓控制方陎、車體

行走問題、夾球問題等等

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第六章 實作心得

專題心得： BD96061 張荐祈

在這次的專題中，終於有機會把四年所學的東西都應用上去，在

製作時遇到了不少問題，也從中進步了很多，剛開始我們不懂規劃都

是想到什麼就用什麼，反而出現許多問題，造成零件上的尺寸不合等

等，後來我們懂得先構思在執行的道理，才能更順利的進行下去。

這當中也遇到了許多瓶頸，我們帶動機器人是採用履帶，履帶是

用機車檔車的鏈條來代替，由於長度太長要裁短用盡各種方法還是不

行，最後求助機車行才發現有特定工具可以使用，我們專題的整體架

構幾乎都是鐵製的，因為想讓他堅固又好看，在鑽孔中也是一大難

題。在氣壓部分因為比較陌生，讓我們在選用氣壓缸時收集了不少資

料，但也因此讓我們對這陌生的環節學習了不少。

而這次的整體架構因為都用鐵，在這些零件上的焊接和裁剪變得

相當麻煩，也讓我們尋找了多家工廠才找到好心的老闆幫忙，讓我的

克服了不少難題，所以這次的專題製作學習到的不只是分工合作，也

學會了對每件事都應該先構思在執行的道理，更加學習到人與人之間

應該要互相幫助，因為這次遇到許多問題都很巧遇到別人的幫助解

答，在以後我們也要如此對人做為回報。

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專題心得： BD96063 洪信彰

在這次的專題製作過程中讓我學到了很多東西，只要有心嘗試就一定

能辦的到，雖然中間發生了一些困難，但我們也都一一克服了，現在每當

看到機器人就會想起當初的艱辛，從無到有，中間經歷的所有過程，但這

一切都值得了，所以只要勇於嘗試不怕失敗，最後必能完成作品。

過程中大家都發揮了自己的長處，也很有團隊精神，生死共進退，在

不知不覺中彼此的默契變的越來越好了，也使的我們的友誼更堅定了。

在裁切鍊條時，因預估長度與實際長度有誤差，所以製作過程中一度

被此狀況影響，雖然最後來改善了，但進度比預期的些許落後。如果這是

大工程的話，造成進度落後的錯誤將無法再挽回，故將此提出來檢討，所

以凡事先討論及預估（模擬企劃）是很重要的。

所以，專題製作其實並不難，也可以從中體會及學習到許多東西，只

要大家發揮所長，互相合作，秉持著永不放棄的精神，相信這作品將會有

美好的成果。

36

參考文獻

王文義、宓哲民、陳文軒、陳文耀，PLC原理與應用實務，全華圖書，2009

石文傑、林家名，可程式控制器PLC與機電整合實務 ，全華圖書 ，2009

陳義男、曾賢壎，氣壓學，2004

陳聰敏、吳文誌，可程式控制器原理與應用，(台北：全華科技)，2008

張力群，PLC 可程式順序控制電路，(台北：全華科技)，2006

洪志育，可程式控制器應用與實習，(台北：新文京)，2003

網站

中國PRO/E 學習網。http://dblink.ncl.edu.tw/

機電之家。http://plc.jdzj.com/

內湖高工教學網http://www3.ee.nihs.tp.edu.tw/wiring/body.htm

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作者簡介

姓名:洪信彰

生日:77/9/9

聯絡電話:0921897352

地址:台中市北屯區梅川東路4段22號4摟

學歷:

修平技術學院 電機工程系 (四技)

光華高級工業職業學校 電機科 (高職)

經歷:

修平技術學院 電能應用研習社 總務長

證照:

室內配線(屋內配線裝修) 乙級 證照編號：007048928

室內配線(屋內配線裝修) 丙級 證照編號：007080859

工業配線 乙級 證照編號：013009517

工業配線 丙級 證照編號：013065782

自來水管配管 丙級 證照編號：016041861

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作者簡介

姓名:張荐祈

生日:78/08/24

聯絡電話:0972361873

地址:台中縣豐原市南陽路123巷29弄56號

學歷:

修平技術學院 電機工程系 (四技)

弘文私立高級中學 普通科

經歷:

修平技術學院 電能應用研習社 社長

修平技術學院 電能應用研習社 文書長