機械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）機械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 The design of Programmable Logic Controller control system of mechanical hand班級 機電092 學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 職稱 講師 導(dǎo)師單位 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 論文提交日期 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書課題名稱 機械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計課題性質(zhì) 工程設(shè)計類 班 級 機電一體化092班 學(xué)生姓名 學(xué) 號指導(dǎo)教師 導(dǎo)師職稱 講師 一選題意義及背景通過本次畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生掌握PLC控制的基本原理、步進電機及驅(qū)動模塊、直流電機、傳感器、開關(guān)電源等器件的原理及使

2、用，學(xué)生可以加深對相關(guān)器件的感性認識，增強基本技能訓(xùn)練的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，為學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作打下良好基礎(chǔ)。本課題具有較強的應(yīng)用性和實用性。二畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容： 本課題應(yīng)完成的主要工作為機械手控制系統(tǒng)中PLC的選型、設(shè)備元件的選擇及相應(yīng)硬件線路設(shè)計；PLC程序的編寫，主要使用步進指令；調(diào)試系統(tǒng)達到設(shè)計要求，并完成畢業(yè)論文。 預(yù)期成果為應(yīng)用軟件一套，提交畢業(yè)設(shè)計論文一篇。三計劃進度：第 8 周 查閱資料、選型對比調(diào)研，初步確定系統(tǒng)方案。 第 9-10 周 完成PLC的選型、設(shè)備元件的選擇及相應(yīng)硬件線路設(shè)計。 第 11 周 PLC程序的編寫。第 12 周 調(diào)試系統(tǒng)達到設(shè)計要求，并完成畢業(yè)

3、論文。 第 13 周 答辯。四畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)束應(yīng)提交的材料：1、論文一篇(8000字以上) 2、應(yīng)用軟件一套指導(dǎo)教師 教研室主任 年 月 日年 月 日論文真實性承諾及指導(dǎo)教師聲明學(xué)生論文真實性承諾本人鄭重聲明：所提交的作品是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，內(nèi)容真實可靠，不存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。如被發(fā)現(xiàn)論文中存在抄襲、造假等學(xué)術(shù)不端行為，本人愿承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任和一切后果。畢業(yè)生簽名： 日 期： 指導(dǎo)教師關(guān)于學(xué)生論文真

4、實性審核的聲明本人鄭重聲明：已經(jīng)對學(xué)生論文所涉及的內(nèi)容進行嚴(yán)格審核，確定其內(nèi)容均由學(xué)生在本人指導(dǎo)下取得，對他人論文及成果的引用已經(jīng)明確注明，不存在抄襲等學(xué)術(shù)不端行為。指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)指導(dǎo)教師評閱表學(xué) 號學(xué)生姓名 論文成績系 部專 業(yè)班 級導(dǎo)師姓名職 稱題 目機械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計指導(dǎo)教師評語（包含對論文的性質(zhì)、難度、份量、學(xué)生實際完成情況，論文撰寫格式、學(xué)生學(xué)術(shù)道德等方面的評價，是否同意答辯等） 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日摘要伴隨著機電一體化在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，機械設(shè)備的自動控制成分顯得越來越重要，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等

5、因素的危害，增加了工人的勞動強度，甚至于危機生命。因此機械手就在這樣誕生了,機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關(guān)鍵部件之一。其中的工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，它的發(fā)展是由于其積極作用正日益為人們所認識：它能部分地代替人工操作；能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；能制作必要的機具進行焊接和裝配從而大大改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。本設(shè)計采用三菱FX系列PLC作為控制機對工業(yè)機械手進行控制及監(jiān)控。關(guān)鍵詞： 可編程控制器PLC；機械手；步進電機 Abstract With t

6、he mechanical and electrical integration in various fields of applications, machinery and equipment to be automatic control component is becoming more and more important, because the job needs, people are often high temperature, corrosion and poisonous gas of the factors such as harm, increased the

7、labor intensity, and even life-threatening. So in this manipulator, was born in the system of industrial robot manipulator is the task of traditional executive mechanism, and is one of the key components of the robot. One of the industrial manipulator is modern automatic control field appeared in a

8、new technology, the development of it is due to its positive role is increasingly been recognized: it can partly replace artificial operation; According to the production requirements, follow a certain procedure, time and location to complete the transfer and loading and unloading; Can make the nece

9、ssary tools to carry out welding and assembly thereby greatly improve the labor conditions, significantly improve labor productivity and the realization of the industrial production mechanization and automation pace. This design USES the mitsubishi FX series as control of PLC to control the machine

10、industrial robots and monitoring.Keywords: Programmable controller PLC; Manipulator; Stepping motor 目錄 第1章緒論 .11.1課題背景.11.2本次設(shè)計的主要內(nèi)容1 第2章 可編程控制器 .2 2.1可編程控制器的定義.2 2.2可編程控制器的特點.2 2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu).32.4 PLC的工作原理.4第3章 機械手控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計.63.1硬件電路連線圖 .63.2硬件設(shè)備選擇 .63.3 PLC機型選擇 .12第4章 機械手控制系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計.14 4.1 GX-Devel

11、oper軟件的介紹 .14 4.2 軟件程序流程圖 .14 4.3 I/O地址分配表15 4.4 程序狀態(tài)圖 .16第5章 機械手控制系統(tǒng)的調(diào)試 .17 第6章 總結(jié) 18參考文獻 .19致謝 .20 第1章 緒論1.1課題背景 機械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應(yīng)用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門 新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn) 與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞

12、動強度，提高勞動生產(chǎn)力。機械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件 的搬運、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機床、組合機床上使用更普遍。目前，機械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) FMS 和柔性制造單元 FMC 中一個重要組成部分。把機床設(shè)備和機械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機械手的研究和

13、開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進行機械手的研究設(shè)計是非常有意義的。1.2本次設(shè)計的主要內(nèi)容 本課題是基于PLC機械手自動控制工件傳送設(shè)計，因此本畢業(yè)設(shè)計的主要設(shè)計內(nèi)容是機械手的控制部分：如系統(tǒng)的硬件電路部分，包括各種電路圖的設(shè)計，PLC機型的選擇，輸入/輸出的分配等；軟件部分主要包括對軟件的設(shè)計，仿真，調(diào)試等。第2章 可編程控制器2.1可編程控制器的定義 可編程控制器 問世以來，盡管時間不長,但發(fā)展迅速.為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國 電氣制造商協(xié)會 NEMA（National Electrical Manufactory Associati

14、on）經(jīng)過四年 的 于調(diào)查工作， 1984 年首先將其正式命名為 PC ， （Programmable Controller） 并給 PC作了如下定義： “PC 是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí) - 2 -行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行 PC 之功能被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器?！?以后國際電工委員會IEC又先后頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿并在1987 年 2 月通過了對它的定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為

15、在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算順序控制， 定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種 類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系 5 統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！?總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算 機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品 并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置， 其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。2.2可編程控制器的特點 可編程控制器的特點 高可

16、靠性 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。 2）各輸入端均采用 R-C 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 1020ms。 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。 5）對采用的器件進行嚴(yán)格的篩選。 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU 立即采用 有效措施，以防止故障擴大。 7）大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng)使可靠性更進一步提高。 豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；

17、脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采 用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC 的各個部件，包括 CPU，電源，I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機 架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的 - 3 - 第 4 頁 共 22 頁需要自行組合。 編程簡單易學(xué) PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需 要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。

18、 安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的 各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障 指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同：2.3.1中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)：檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤，當(dāng)PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場

19、各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC 的可靠性，近年來對大型PLC 還采用雙CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。2.3.2存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。（1） PLC 常用的存儲器類

20、型1）RAM （Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲器（隨機存儲器）其存取速度最快由鋰電池支持。2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀存儲器在斷電情況下存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變。（在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容）3）EEPROM（Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。（2） PLC 存儲空間的分配雖然各種PLC的CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)

21、PLC的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)（包括I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）用戶程序存儲區(qū)1）系統(tǒng)程序存儲區(qū) 在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當(dāng)于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC 的性能。2）系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)包括I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏輯線圈 、數(shù)據(jù)寄存器 、計時器 、計數(shù)器 、變址寄存器 、累加器 、等存儲器（3）用戶程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC，其存

22、儲容量各不相同。2.3.3電源PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在10%（15%）范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。2.4 PLC的工作原理最初研制生產(chǎn)的PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。PLC 的CPU 則采用順序邏輯掃描用戶

23、程序的運行方式，即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，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除二者之間由于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 掃描用戶程序的時間一般均小100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術(shù)。這樣在對于I/O 響應(yīng)要求不高的場合，PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。2.4.1掃描技術(shù)當(dāng)PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在

24、整個運行期間，PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。（1） 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2） 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)

25、成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O 映象區(qū)或系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程

26、序起作用。（3）輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是PLC 的真正輸出。 第3章 機械手控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計3.1硬件電路連線圖機械手動作示意圖機械手控制系統(tǒng)，除了有多工步特點之外，還要求有連續(xù)控制操作方式。工作方式如圖1所示。當(dāng)復(fù)位時，系統(tǒng)自動地回到左上角位置待命，當(dāng)啟動時，系統(tǒng)自動完成各工步操作，且循環(huán)動作。在水平、垂直的機械設(shè)備中，用機械手將工件從A點搬移到B點，經(jīng)過下降、夾緊、上升、伸出、底盤旋轉(zhuǎn)、下降、放松、上升、底盤反旋轉(zhuǎn)、縮回10個動作來完成。

27、3.2硬件設(shè)備選擇硬件電路原理圖硬件本設(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。軟件GX Developer 三

28、菱全系列PLC程序設(shè)計軟件，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，結(jié)構(gòu)化程序的編寫(分部程序設(shè)計)，可制作成標(biāo)準(zhǔn)化程序，在其它同類系統(tǒng)中使用。硬件設(shè)備的選擇1. 步進電機的原理與選擇(1) 步進電機的工作原理步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當(dāng)系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一步，當(dāng)電脈沖按某一相序加到電動機時，轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的大?。桓淖冚斎朊}沖的通電相序，就能控制步進電動機轉(zhuǎn)子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當(dāng)電脈沖

29、按某一相序連續(xù)加到步進電動機時，轉(zhuǎn)子以正比于電脈沖頻率的轉(zhuǎn)速沿某一方向旋轉(zhuǎn)。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進電動機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)寬廣范圍內(nèi)速度的無級平滑控制。步進電動機的這種控制功能，是其它電動機無法替代的。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進電動機的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進電動機的性能，但電動機的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源就會復(fù)雜，成本就會增加，應(yīng)按需要合理選用。(2) 步進電動機的特點步進電動機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差(精度為100)，所以

30、廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比步距值不容易因為電氣、負載、環(huán)境條件的變化而改變,使用開環(huán)控制(或半閉環(huán)控制)就能進行良好的定位控制。起制動、正反轉(zhuǎn)、變速等控制方便。價格便宜，可靠性高。步進電動機的主要缺點是效率較低，并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源。步進電動機帶負載慣性的能力不強，在使用時既要注意負載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負載轉(zhuǎn)動慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時,電機才能獲的滿意的運行性能。由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜多變。(3) 步進電動機的選擇計算在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選

31、擇，在機械手控制系統(tǒng)中要求步進電動機電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩和使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，確定步進電動機采用2相8拍混合式步進電機；在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比i、軸向力F、負載轉(zhuǎn)矩 、額定轉(zhuǎn)矩 和運行頻率 ，以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。由于我們使用螺栓機構(gòu)的定位裝置，已知條件和要求條件為：移動部分總重 M=25kg 外力 Fa=4kgcm磨擦系數(shù) =0.04螺栓機構(gòu)的效率 =0. 9螺栓軸徑 =1.2cm螺栓長 =42cm螺距 P=3mm分辨率 L=0.01mm移動距離 =0.0075mm/步速度 V=2mmin 計算： 設(shè)擬選用2相、1.8步距角的HB型電動機速比(設(shè)

32、使用直接驅(qū)動方式)i=m/(360L)=21.8(3600.01)=1軸向力F=Fa+M=4+0.0425=5kg.cm負載轉(zhuǎn)矩=FP/(2 )+()/2=50.3/(2 3.140.9)+ (0.31.67 0.3)/(2 3.14)=0.289kg. cm 螺栓的慣量 =（）/32=（3.147.942）/32=0.0675kg. 移動體的慣量=M=25=0.0571 kg. 負載慣量為=+=0.0675+0.00571=0.1246kg.根據(jù)以上計算可以初步選定步進電動機，其慣量為=0.03 kg.，空載起動頻率=3000H。由要求的速度可求出運行的頻率：f=V/L=2000/(600.

33、01)=3333HZ可知需要加減速的驅(qū)動方式。齒輪比：G=360/L=0.0075 360/ (1.80.01)=150換算到電機軸的負載轉(zhuǎn)矩為T=GL(+F)/ 2 =1500.01(0.289+5)/(6.280.9) =1.40 kg. cm對首次設(shè)計的裝置來講，所選用的電動機通常留有23倍的余量，所以電機轉(zhuǎn)矩=3T=31.40=4.2 kg. cm =0.41N. M根據(jù)以上的計算，我們在該機械手控制系統(tǒng)中的步進電動機采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的2相8拍混合式步進電機，它的主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。型號：42BYGHl01。電氣原理圖如圖

34、 所示?？旖泳€插頭：紅色表示A相，藍色表示B相；如果發(fā)現(xiàn)步進電機轉(zhuǎn)向不對時可以將A相或B相中的兩條線對調(diào)。 圖四步進電機的出線圖此步進電機的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為:電機型號相數(shù)步距角相電流驅(qū)動電壓額定轉(zhuǎn)矩重量42BYGH1012 1.81.7ADC24V0.44NM 0.24 kg2. 步進電機驅(qū)動器的選擇與交直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進電機不會運行的。為了驅(qū)動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉(zhuǎn)角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用PLC作脈沖發(fā)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機正常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個

35、驅(qū)動系統(tǒng)，如圖4所示 。我們采用北京斯達特機電科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的SH系列步進電動機驅(qū)動器，型號為SH-2H057。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。SH-2H057步進電動機驅(qū)動器采用鑄鋁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)主要用于小功率驅(qū)動器,這種結(jié)構(gòu)為封閉的超小型結(jié)構(gòu)，本身不帶風(fēng)機，其外殼即為散熱體，所以使用時要將其固定在較厚、較大的金屬板上或較厚的機柜內(nèi)，接觸面之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，在其旁邊加一個風(fēng)機也是一種較好的散熱辦法。其接線示意圖見圖 5。 步進電機驅(qū)動器接線示意圖3、傳感器接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（紅、蘭、黑）紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、蘭色為輸出信號，當(dāng)與擋塊接近時輸出

36、電平為低電平，否則為高電平。 接近開關(guān)微動開關(guān)：當(dāng)擋塊碰到微動開關(guān)動作（常開點閉合） 微動開關(guān)5、直流電機：輸入電壓為12V24V，兩根導(dǎo)線輸入紅色為直流電機正極，蘭色為負極。3.3 PLC機型選擇3.3.1PLC的類型 PLC 的基本結(jié)構(gòu) ，PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展

37、方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 3.3.2輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。 考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。 3.3.3電源的選擇 PLC的供電

38、電源，除了引進設(shè)備時同時引進PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 3.3.4存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔

39、次更高的存儲器。 3.3.5冗余功能的選擇 1控制單元的冗余 (1)重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應(yīng)1B1冗余。 (2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。 2I/O接口單元的冗余 (1)控制回路的多點I/O卡應(yīng)冗余配置。 (2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。 3.3.6經(jīng)濟性的考慮 選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增

40、加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當(dāng)點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。第4章 機械手控制系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計4.1 GX-Developer軟件的介紹GX Developer 三菱全系列PLC程序設(shè)計軟件，支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、Label語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，結(jié)構(gòu)化程序的編寫(分部程序設(shè)計)，可制作成標(biāo)準(zhǔn)化程序，在其它同類系統(tǒng)中使用。4.2 軟件程序流程圖 4.3 I/O地

41、址分配表輸入信號輸入設(shè)備功能地址限位開關(guān)SQ1夾緊限位X0限位開關(guān)SQ2放松限位X1限位開關(guān)SQ3上限位X2限位開關(guān)SQ4下限位X3限位開關(guān)SQ5伸出限位X4限位開關(guān)SQ6縮回限位X5限位開關(guān)SQ7底盤電機正傳限位X6限位開關(guān)SQ8底盤電機反轉(zhuǎn)限位X7輸出信號輸出設(shè)備功能地址步進電機驅(qū)動器CP步進脈沖Y0步進電機驅(qū)動器CP步進脈沖Y1電磁閥YV1上升/下將Y2電磁閥YV2伸出/縮回Y3夾緊/放松電機正轉(zhuǎn)KM1夾緊Y4夾緊/放松電機反轉(zhuǎn)KM2放松Y5底盤電機正轉(zhuǎn)KM3底盤電機正轉(zhuǎn)Y6底盤電機反轉(zhuǎn)KM4底盤電機反轉(zhuǎn)Y74.4 程序狀態(tài)圖 第5章 機械手控制系統(tǒng)的調(diào)試1.接上實驗臺上控制板的各模塊所

42、需的直流電源（DC24V），同時接上PLC主機電源及COM點COM（）接電源的正極，COM（）接電源的負極。2.定義實驗板上的步進驅(qū)動器，上為1號下為2號。將1號的步進驅(qū)動器輸出的信號與機械手橫軸的步進電機線相連。將2號的步進驅(qū)動器輸出的信號與機械手豎軸的步進電機線相連。其它的線，根據(jù)線標(biāo)接在實驗板或主機上的相應(yīng)位置。3.PLC輸出脈沖信號接入步進電機的驅(qū)動器（Y0、Y2為一通道的脈沖與方向；Y1、Y3為二通道的脈沖與方向；驅(qū)動器的OPTO端接電源的正極）Y01-CP Y12-CPY21-DIR Y32-DIR4.確定接線無誤時，先把主機的RUN-PROG的開關(guān)撥在PROG上，避免通上電就立即

43、動作，通上電后撥動各個的微動開關(guān)的信號是否是相對應(yīng)的信號。如撥動豎軸的上微動開關(guān)主機X1點亮；撥動豎軸的下微動開關(guān)主機X3點亮；撥動橫軸靠手邊的微動開關(guān)主機X0點亮；撥動橫軸靠步進電機微動開關(guān)主機X2點亮。5.把主機上的RUN-PROG的開關(guān)撥在RUN上，如果不在初始位置上，步進開始運轉(zhuǎn)（橫軸向手那邊移動，豎軸向上移動）。如運轉(zhuǎn)的方向不對，立即切斷電源，對方向不對步進電機線的紅色兩根線對調(diào)。6.動作步驟：(1)、豎軸下降 (2)、電磁閥動作，手抓緊(3)、豎軸上升 (4)、橫軸前伸(5)、底盤旋轉(zhuǎn)到位 (6)、豎軸下降(7)、電磁閥動作，手張開(8)、豎軸上升（9）、底盤旋轉(zhuǎn)到位 （10）、橫

44、軸后縮復(fù)位 第6章 總結(jié) 機械手采用PLC控制，自動化程度高，便于維護管理，提高控制精度，確保新產(chǎn)品質(zhì)量，同時，也提高了運行的靈活。它是新時代全自動化新產(chǎn)品，集合了高科技，高知識，高效率，PLC機械手的自動化技術(shù)到現(xiàn)在，已取得非常完善了。我們運用四年所學(xué)的知識，在學(xué)習(xí)前人的技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計一臺現(xiàn)代的PLC機械手，要將它的生產(chǎn)過程，控制部分，所需硬件，程序梯形圖等所有細節(jié)都要分析的毫無疑問。通過本次畢業(yè)設(shè)計，我覺得很成功，充分運用了所學(xué)知識，廣泛查看了網(wǎng)上資源與書刊。從開始的毫無頭緒，非常抽象的理解，到在老師的指導(dǎo)下，慢慢的明白，深深的了解，慢慢設(shè)計出來。由于費用太高，我沒有做出實物演示，

45、但PLC程序在PLC實驗機上通過了驗證，確保程序的正確性和監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確、可靠性。 本次設(shè)計能成功完結(jié)，不但靠我們所學(xué)的知識，也要有團結(jié)合作的精神。是我所學(xué)知識得到很好的交匯于總結(jié)，更加鞏固了專業(yè)學(xué)科，將所學(xué)知識溫故知新，融會貫通。 參考文獻1、可編程控制器原理與應(yīng)用 主編：周惠文 電子工業(yè)出版社 北京，2007.82、可編程控制器原理與應(yīng)用 主編：涂明武 北京航空航天出版社 北京，2008.83、PLC操作實訓(xùn)（三菱） 主編：孫德勝 李偉 機械工業(yè)出版社 北京，2007.94、PLC應(yīng)用技術(shù) 主編：馮新強 北京郵電大學(xué)出版社 北京，2009.45、可編程控制器應(yīng)用基礎(chǔ) 主編：姜新橋 石建華 華中科技大學(xué)出版社 2007.96、可編程控制器教程主編：胡學(xué)林 電子工業(yè)出版社 北京，20047、監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門主編：嚴(yán)盈富 人民郵電出版社 20078、電氣可編程控制原理與應(yīng)用主編：清華大學(xué)出版社， 20079、電氣控制與PLC實訓(xùn)教材主編：阮友德 人民郵電出版社 ，200610、可編程控制器及應(yīng)用主編：王海國 中國勞動社會保障出版社，200711、可編程控制器原理及應(yīng)用教程主編：孫振強