機(jī)械手的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文[共22頁]

1、 天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告姓 名 張榮庭 專 業(yè) 電氣自動(dòng)化 班 級 電氣自動(dòng)化三班 學(xué) 號 2012321308 指導(dǎo)教師 王延盛 2015年3月13日目 錄1 機(jī)械手的基本介紹1矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。1.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)組成1聞創(chuàng)溝燴鐺險(xiǎn)愛氌譴凈。1.1.1 氣動(dòng)手爪1殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。1.1.2 伸縮氣缸1釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.1.3 回轉(zhuǎn)氣缸及墊板2彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.1.4 提升氣缸2謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.2 直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件2廈礴懇蹣駢時(shí)盡繼價(jià)騷。1.3 氣動(dòng)控制回路3煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。2 傳感器部分5鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.1 傳感器簡介5

2、籟叢媽羥為贍僨蟶練淨(jìng)。2.2 磁性開關(guān)5預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.3 光電傳感器和光纖傳感器5滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。3 伺服電機(jī)應(yīng)用7鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。3.1 伺服系統(tǒng)7擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。3.2 交流伺服系統(tǒng)的位置控制模式8贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3.3 接線10壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.4 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整10蠟變黲癟報(bào)倀鉉錨鈰贅。3.4.1 參數(shù)設(shè)置方式操作說明10買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3.4.2 面板操作說明：11綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。3.4.3 部分參數(shù)說明11驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。3.5 最大速度（MAX_SPEED）和啟動(dòng)/停止速度（SS_SPEED）12貓蠆驢繪燈

3、鮒誅髏貺廡。3.6 移動(dòng)包絡(luò)13鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。4 PLC程序編寫15構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。4.1 PLC的選型和I/O接線15輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩。4.2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置15堯側(cè)閆繭絳闕絢勵(lì)蜆贅。4.3 編寫和調(diào)試PLC控制程序16識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。4.4 初態(tài)檢查復(fù)位子程序和回原點(diǎn)子程序19凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。4.5 急停處理子程序20恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。個(gè)人收獲23鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。參考文獻(xiàn)24碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。附 錄25閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。致 謝28氬嚕躑竄貿(mào)懇彈瀘頷澩。2 / 201 機(jī)械手的基本介紹1.1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)組成1.1.1 氣動(dòng)手爪用于

4、在各個(gè)工作站物料臺上抓取/放下工件。由一個(gè)二位五通雙向電控閥控制。見圖 1-1 圖 1-1 氣動(dòng)手爪1.1.2 伸縮氣缸用于驅(qū)動(dòng)手臂伸出縮回。由一個(gè)二位五通單向電控閥控制。見圖 1-2圖 1-2 伸縮氣缸1.1.3 回轉(zhuǎn)氣缸及墊板用于驅(qū)動(dòng)手臂正反向90度旋轉(zhuǎn),由一個(gè)二位五通單向電控閥控制。見圖 1-3,圖 1-4圖 1-3 氣動(dòng)擺臺圖 1-4 墊板1.1.4 提升氣缸用于驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)械手提升與下降。由一個(gè)二位五通單向電控閥控制。見圖 1-5圖 1-5 提升機(jī)構(gòu)1.2 直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件用以拖動(dòng)抓取機(jī)械手裝置作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),完成精確定位的效用。抓取機(jī)械手裝置是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)三自由度運(yùn)動(dòng)（

5、即升降、伸縮、氣動(dòng)手指夾緊/松開和沿垂直軸旋轉(zhuǎn)的四維運(yùn)動(dòng)）的工作單元,該裝置整體安裝在直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件的滑動(dòng)溜板上,在傳動(dòng)組件帶動(dòng)下整體作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),定位到其他各工作單元的物料臺,然后完成抓取和放下工件的效用傳動(dòng)組件由直線導(dǎo)軌底板、伺服電機(jī)及伺服放大器、同步輪、同步帶、直線導(dǎo)軌、滑動(dòng)溜板、拖鏈和原點(diǎn)接近開關(guān)、左、右極限開關(guān)組成。伺服電機(jī)由伺服電機(jī)放大器驅(qū)動(dòng),通過同步輪和同步帶帶動(dòng)滑動(dòng)溜板沿直線導(dǎo)軌作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。從而帶動(dòng)固定在滑動(dòng)溜板上的抓取機(jī)械手裝置作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。同步輪齒距為 5mm,共 12 個(gè)齒即旋轉(zhuǎn)一周搬運(yùn)機(jī)械手位移 60mm。抓取機(jī)械手裝置上所有氣管和導(dǎo)線沿拖鏈敷設(shè),進(jìn)入線槽后分

6、別連接到電磁閥組和接線端口上原點(diǎn)接近開關(guān)和左、右極限開關(guān)安裝在直線導(dǎo)軌底板上。釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。原點(diǎn)接近開關(guān)是一個(gè)無觸點(diǎn)的電感式接近傳感器,用來提供直線運(yùn)動(dòng)的起始點(diǎn)信號。左、右極限開關(guān)均是有觸點(diǎn)的微動(dòng)開關(guān),用來提供越程故障時(shí)的保護(hù)信號：當(dāng)滑動(dòng)溜板在運(yùn)動(dòng)中越過左或右極限位置時(shí),極限開關(guān)會(huì)動(dòng)作,從而向系統(tǒng)發(fā)出越程故障信號。慫闡譜鯪逕導(dǎo)嘯畫長涼。1.3 氣動(dòng)控制回路輸送單元的抓取機(jī)械手裝置上的所有氣缸連接的氣管沿拖鏈敷設(shè),插接到電磁閥組上,其氣動(dòng)控制回路如圖 1-6 所示。諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動(dòng)禪瀉類。圖 1-6 輸送單元?dú)鈩?dòng)控制回路原理圖在氣動(dòng)控制回路中,驅(qū)動(dòng)擺動(dòng)氣缸和氣動(dòng)手指氣缸的電磁閥采用的是二位

7、五通雙電控電磁閥。雙電控電磁閥與單電控電磁閥的區(qū)別在于,對于單電控電磁閥,在無電控信號時(shí),閥芯在彈簧力的作用下會(huì)被復(fù)位,而對于雙電控電磁閥,在兩端都無電控信號時(shí),閥芯的位置是取決于前一個(gè)電控信號。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。22 傳感器部分2.1 傳感器簡介本機(jī)械手設(shè)計(jì)所使用的傳感器都是接近傳感器,它利用傳感器對所接近的物體具有的敏感特性來識別物體的接近,并輸出相應(yīng)開關(guān)信號,因此,接近傳感器通常也稱為接近開關(guān)。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫。2.2 磁性開關(guān)磁性開關(guān)用來檢測氣缸活塞位置的,即檢測活塞的運(yùn)動(dòng)行程的。氣缸的活塞上安裝一個(gè)永久磁鐵的磁環(huán),從而提供一個(gè)反映氣缸活塞位置的磁場。而安裝在氣缸外側(cè)的磁性開關(guān)

8、用舌簧開關(guān)作磁場檢測元件。當(dāng)氣缸中隨活塞移動(dòng)的磁環(huán)靠近開關(guān)時(shí),舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引,觸點(diǎn)閉合；當(dāng)磁環(huán)移開開關(guān)后,簧片失磁,觸點(diǎn)斷開。觸點(diǎn)閉合或斷開即提供了氣缸活塞伸出或縮回的位置。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。磁性開關(guān)安裝位置的調(diào)整方法是松開它的緊定螺栓,讓磁性開關(guān)順著氣缸滑動(dòng),到達(dá)指定位置后,再旋緊緊固螺栓。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。2.3 光電傳感器和光纖傳感器光電傳感器“光電傳感器” 是利用光的各種性質(zhì),檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。其中輸出形式為開關(guān)量的傳感器為光電式接近開關(guān)。穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。漫射式光電開關(guān)是利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作的,由于物體反

9、射的光線為漫射光,故稱為漫射式光電接近開關(guān)。它的光發(fā)射器與光接收器處于同一側(cè)位置。且為一體化結(jié)構(gòu)。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。圖 2-1 E3Z-L61 光電開關(guān)電路原理圖3 伺服電機(jī)應(yīng)用3.1 伺服系統(tǒng)現(xiàn)代高性能的伺服系統(tǒng),大多數(shù)采用永磁交流伺服系統(tǒng)其中包括永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)和全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器兩部分。銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動(dòng)器控制的 U/V/W三相電形成電磁場,轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。交流永磁同步

10、伺服驅(qū)動(dòng)器主要有伺服控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、通訊接口單元、伺服電動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的反饋檢測器件組成,其中伺服控制單元包括位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩和電流控制器等等。結(jié)構(gòu)組成如圖 3-1 所示。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。圖 3-1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心,其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM 內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對驅(qū)動(dòng)器的沖擊。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過整流

11、電路對輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流,得到相應(yīng)的直流電。再通過三相正弦 PWM 電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。逆變部分（DC-AC）采用功率器件集成驅(qū)動(dòng)電路,保護(hù)電路和功率開關(guān)于一體的智能功率模塊（IPM）,主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是采用了三相橋式電路,原理圖見圖 3-2。利用了脈寬調(diào)制技術(shù)即 PWM,（Pulse Width Modulation）通過改變功率晶體管交替導(dǎo)通的時(shí)間來改變逆變器輸出波形的頻率,改變每半周期內(nèi)晶體管的通斷時(shí)間比,也就是說通過改變脈沖寬度來改變逆變器輸出電壓副值的大小以達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。圖 3-2 三相逆變電路3.2 交流伺服系統(tǒng)的位置控

12、制模式伺服驅(qū)動(dòng)器輸出到伺服電機(jī)的三相電壓波形基本是正弦波（高次諧波被繞組電感濾除）,而不是像步進(jìn)電機(jī)那樣是三相脈沖序列,即使從位置控制器輸入的是脈沖信號。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。伺服系統(tǒng)用作定位控制時(shí),位置指令輸入到位置控制器,速度控制器輸入端前面的電子開關(guān)切換到位置控制器輸出端,同樣,電流控制器輸入端前面的電子開關(guān)切換到速度控制器輸出端。因此,位置控制模式下的伺服系統(tǒng)是一個(gè)三閉環(huán)控制系統(tǒng),兩個(gè)內(nèi)環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。由自動(dòng)控制理論可知,這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。在足夠高的開環(huán)增益下,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差接近為零。這就是說,在穩(wěn)態(tài)時(shí),伺服電機(jī)以指令脈

13、沖和反饋脈沖近似相等時(shí)的速度運(yùn)行。反之,在達(dá)到穩(wěn)態(tài)前,系統(tǒng)將在偏差信號作用下驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速或減速。若指令脈沖突然消失（例如緊急停車時(shí),PLC立即停止向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖）,伺服電機(jī)仍會(huì)運(yùn)行到反饋脈沖數(shù)等于指令脈沖消失前的脈沖數(shù)才停止。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。位置控制模式下電子齒輪的概念位置控制模式下,等效的單閉環(huán)系統(tǒng)方框圖如圖 3-3 所示。圖 3-3 等效的單閉環(huán)位置控制系統(tǒng)方框圖圖中,指令脈沖信號和電機(jī)編碼器反饋脈沖信號進(jìn)入驅(qū)動(dòng)器后,均通過電子齒輪變換才進(jìn)行偏差計(jì)算。電子齒輪實(shí)際是一個(gè)分-倍頻器,合理搭配它們的分-倍頻值,可以靈活地設(shè)置指令脈沖的行程。松下 MINAS A4 系列 AC 伺

14、服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在 機(jī)械手中,采用了松下 MADDT1207003 全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為運(yùn)輸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制裝置。瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。MHMD022P1U 的含義：MHMD 表示電機(jī)類型為大慣量,02 表示電機(jī)的額定功率為200W,2表示電壓規(guī)格為 200V,P 表示編碼器為增量式編碼器,脈沖數(shù)為 2500p/r,分辨率 10000,輸出信號線數(shù)為 5 根線。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。圖 3-4 伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)概圖MADDT1207003 的含義：MADDT 表示松下 A4 系列 A 型驅(qū)動(dòng)器,T1 表示最大瞬時(shí)輸出電流為 10A,2 表示電源電壓規(guī)格為單相 200V,07 表示電流監(jiān)測

15、器額定電流為7.5A,003 表示脈沖控制專用。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。3.3 接線MADDT1207003 伺服驅(qū)動(dòng)器面板上有多個(gè)接線端口,其中：X1：電源輸入接口,AC220V 電源連接到 L1、L3 主電源端子,同時(shí)連接到控制電源端子 L1C、L2C 上。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應(yīng)。X2：電機(jī)接口和外置再生放電電阻器接口。U、V、W 端子用于連接電機(jī)。必須注意,電源電壓務(wù)必按照驅(qū)動(dòng)器銘牌上的指示,電機(jī)接線端子（U、V、W）不可以接地或短路,交流伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向不像感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以通過交換三相相序來改變,必須保證驅(qū)動(dòng)器上的 U、V、W、E 接線端子與電機(jī)主回路接線端子按規(guī)定的次序一一對應(yīng),否則可能

16、造成驅(qū)動(dòng)器的損壞。電機(jī)的接線端子和驅(qū)動(dòng)器的接地端子以及濾波器的接地端子必須保證可靠的連接到同一個(gè)接地點(diǎn)上。機(jī)身也必須接地。RB1、RB2、RB3 端子是外接放電電阻MADDT1207003 的規(guī)格為 100/10W,沒有使用外接放電電阻。峴揚(yáng)斕滾澗輻灄興渙藺。X6：連接到電機(jī)編碼器信號接口,連接電纜應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞電纜,屏蔽層應(yīng)接到電機(jī)側(cè)的接地端子上,并且應(yīng)確保將編碼器電纜屏蔽層連接到插頭的外殼（FG）上。詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。X5：I/O 控制信號端口,其部分引腳信號定義與選擇的控制模式有關(guān),不同模式下的接線請參考松下 A 系列伺服電機(jī)手冊。伺服電機(jī)用于定位控制,選用位置控制模式。所采

17、用的是簡化接線方式。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。3.4 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置與調(diào)整松下的伺服驅(qū)動(dòng)器有七種控制運(yùn)行方式,即位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置/速度控制、位置/轉(zhuǎn)矩、速度/轉(zhuǎn)矩、全閉環(huán)控制。位置方式就是輸入脈沖串來使電機(jī)定位運(yùn)行,電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖串頻率相關(guān),電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)；速度方式有兩種,一是通過輸入直流-10V 至+10V 指令電壓調(diào)速,二是選用驅(qū)動(dòng)器內(nèi)設(shè)置的內(nèi)部速度來調(diào)速；轉(zhuǎn)矩方式是通過輸入直流-10V 至+10V 指令電壓調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩,這種方式下運(yùn)行必須要進(jìn)行速度限制,有如下兩種方法：1）設(shè)置驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的參數(shù)來限制,2）輸入模擬量電壓限速。脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。3.

18、4.1 參數(shù)設(shè)置方式操作說明MADDT1207003 伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)共有 128 個(gè),Pr00-Pr7F,可以通過與 PC 連接后在專門的調(diào)試軟件上進(jìn)行設(shè)置,也可以在驅(qū)動(dòng)器上的面板上進(jìn)行設(shè)置。在 PC 上安裝,通過與伺服驅(qū)動(dòng)器建立起通信,就可將伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)狀態(tài)讀出或?qū)懭?非常方便。當(dāng)現(xiàn)場條件不允許,或修改少量參數(shù)時(shí),也可通過驅(qū)動(dòng)器上操作面板來完成。鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。3.4.2 面板操作說明：參數(shù)設(shè)置,先按“Set”鍵,再按“Mode”鍵選擇到“Pr00”后,按向上、下或向左的方向鍵選擇通用參數(shù)的項(xiàng)目,按“Set”鍵進(jìn)入。然后按向上、下或向左的方向鍵調(diào)整參數(shù),調(diào)整完后,按“S”鍵返回。

19、選擇其它項(xiàng)再調(diào)整。稟虛嬪賑維嚌妝擴(kuò)踴糶。參數(shù)保存,按“M”鍵選擇到“EE-SET”后按“Set”鍵確認(rèn),出現(xiàn)“EEP -”,然后按向上鍵 3 秒鐘,出現(xiàn)“FINISH”或“reset”,然后重新上電即保存。陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。手動(dòng) JOG 運(yùn)行, “Mode”按鍵選擇到“AF-ACL” 然后按向上、,下鍵選擇到“AF-JOG”按“Set”鍵一次,顯示“JOG -”,然后按向上鍵 3 秒顯示“ready”,再按向左鍵 3 秒出現(xiàn)“on”鎖緊軸,按向上、下鍵,點(diǎn)擊正反轉(zhuǎn)。注意先將 S-ON 斷開。溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應(yīng)。3.4.3 部分參數(shù)說明伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作于位置控制模式,S7-226 的 Q0

20、.0 輸出脈沖作為伺服驅(qū)動(dòng)器的位置指令,脈沖的數(shù)量決定伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位移,即機(jī)械手的直線位移,脈沖的頻率決定了伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度,即機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度,S7-226 的 Q0.1 輸出脈沖作為伺服驅(qū)動(dòng)器的方向指令。對于控制要求較為簡單,伺服驅(qū)動(dòng)器可采用自動(dòng)增益調(diào)整模式。根據(jù)上述要求,伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置如圖 3-5 （見附錄）鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團(tuán)藺。S7-200 PLC 的脈沖輸出效用及位控編程S7-200 有兩個(gè)內(nèi)置 PTO/PWM 發(fā)生器,用以建立高速脈沖串（PTO）或脈寬調(diào)節(jié)（PWM）信號波形。一個(gè)發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點(diǎn) Q0.0,另一個(gè)發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點(diǎn) Q0.1。懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。

21、當(dāng)組態(tài)一個(gè)輸出為 PTO 操作時(shí),生成一個(gè) 50%占空比脈沖串用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的速度和位置的開環(huán)控制。內(nèi)置 PTO 效用提供了脈沖串輸出,脈沖周期和數(shù)量可由用戶控制。但應(yīng)用程序必須通過 PLC 內(nèi)置 I/O 提供方向和限位控制。謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。為了簡化用戶應(yīng)用程序中位控效用的使用,STEP7-Micro/WIN 提供的位控向?qū)Э梢詭椭脩粼诤芏痰臅r(shí)間內(nèi)全部完成 PWM、PTO 或位控模塊的組態(tài)。向?qū)Э梢陨晌恢弥噶?用戶可以用這些指令在其應(yīng)用程序中為速度和位置提供動(dòng)態(tài)控制。咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。開環(huán)位控用于步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的基本信息借助位控向?qū)ЫM態(tài) PTO 輸出時(shí),需要用戶提供一

22、些基本信息,逐項(xiàng)介紹如下：瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴(yán)減。3.5 最大速度（MAX_SPEED）和啟動(dòng)/停止速度（SS_SPEED）圖 3-6 是這兩個(gè)概念的示意圖。MAX_SPEED 是允許的操作速度的最大值,它應(yīng)在電機(jī)力矩能力的范圍內(nèi)。驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的力矩由摩擦力、慣性以及加速/減速時(shí)間決定。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。圖 3-6 最大速度和啟動(dòng)/停止速度示意SS_SPEED 的數(shù)值應(yīng)滿足電機(jī)在低速時(shí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力,如果 SS_SPEED 的數(shù)值過低,電機(jī)和負(fù)載在運(yùn)動(dòng)的開始和結(jié)束時(shí)可能會(huì)搖擺或顫動(dòng)。如果 SS_SPEED 的數(shù)值過高,電機(jī)會(huì)在啟動(dòng)時(shí)丟失脈沖,并且負(fù)載在試圖停止時(shí)會(huì)使電機(jī)超速。通常,SS_SP

23、EED 值是 MAX_SPEED 值的 5%至 15%。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。加速時(shí)間 ACCEL_TIME：電機(jī)從 SS_SPEED 速度加速到 MAX_SPEED速度所需的時(shí)間。風(fēng)攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。減速時(shí)間 DECEL_TIME：電機(jī)從 MAX_SPEED 速度減速到 SS_SPEED速度所需要的時(shí)間。滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。圖 3-7 加速和減速時(shí)間加速時(shí)間和減速時(shí)間的缺省設(shè)置都是 1000 毫秒。通常,電機(jī)可在小于 1000 毫秒的時(shí)間內(nèi)工作。參見圖 3-7。這 2 個(gè)值設(shè)定時(shí)要以毫秒為單位。電機(jī)的加速和失速時(shí)間通常要經(jīng)過測試來確定。開始時(shí),應(yīng)輸入一個(gè)較大的值。逐漸減少這個(gè)時(shí)間值直至電

24、機(jī)開始失速,從而優(yōu)化應(yīng)用中的這些設(shè)置。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。3.6 移動(dòng)包絡(luò)一個(gè)包絡(luò)是一個(gè)預(yù)先定義的移動(dòng)描述,它包括一個(gè)或多個(gè)速度,影響著從起點(diǎn)到終點(diǎn)的移動(dòng)。一個(gè)包絡(luò)由多段組成,每段包含一個(gè)達(dá)到目標(biāo)速度的加速/減速過程和以目標(biāo)速度勻速運(yùn)行的一串固定數(shù)量的脈沖。位控向?qū)峁┮苿?dòng)包絡(luò)定義界面,應(yīng)用程序所需的每一個(gè)移動(dòng)包絡(luò)均可在這里定義。PTO 支持最大 100 個(gè)包絡(luò)。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。定義一個(gè)包絡(luò),包括如下幾點(diǎn)：選擇操作模式；為包絡(luò)的各步定義指標(biāo)。為包絡(luò)定義一個(gè)符號名。選擇包絡(luò)的操作模式：PTO 支持相對位置和單一速度的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)兩種模式,如圖 3-8 所示,相對位置模式指的是運(yùn)動(dòng)的終點(diǎn)位置是

25、從起點(diǎn)側(cè)開始計(jì)算的脈沖數(shù)量。單速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)則不需要提供終點(diǎn)位置,PTO 一直持續(xù)輸出脈沖,直至有其他命令發(fā)出,例如到達(dá)原點(diǎn)要求停發(fā)脈沖。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。圖 3-8 一個(gè)包絡(luò)的操作模式一個(gè)步是工件運(yùn)動(dòng)的一個(gè)固定距離,包括加速和減速時(shí)間內(nèi)的距離。PTO 每一包絡(luò)最大允許 29 個(gè)步。每一步包括目標(biāo)速度和結(jié)束位置或脈沖數(shù)目等幾個(gè)指標(biāo)。 3-9 圖所示為一步、兩步、三步和四步包絡(luò)。注意一步包絡(luò)只有一個(gè)常速段,兩步包絡(luò)有兩個(gè)常速段,依次類推。步的數(shù)目與包絡(luò)中常速段的數(shù)目一致。夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。圖 3-9 包絡(luò)的步數(shù)示184 PLC程序編寫4.1 PLC的選型和I/O接線輸送單元所需的 I/O 點(diǎn)

26、較多。其中,輸入信號包括來自按鈕/指示燈模塊的按鈕、開關(guān)等主令信號,各構(gòu)件的傳感器信號等；輸出信號包括輸出到抓取機(jī)械手裝置各電磁閥的控制信號和輸出到伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號和驅(qū)動(dòng)方向信號；此外尚須考慮在需要時(shí)輸出信號到按鈕/指示燈模塊的指示燈,以顯示本單元或系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于需要輸出驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的高速脈沖,PLC 應(yīng)采用晶體管輸出型?；谏鲜隹紤],選用西門子 S7-226 DC/DC/DC 型 PLC,共 24 點(diǎn)輸入,16 點(diǎn)晶體管輸出。表 4-1 （見附錄）給出了 PLC 的 I/O 信號表。視絀鏝鴯鱭鐘腦鈞欖糲。左右兩極限開關(guān) LK2 和 LK1 的動(dòng)合觸點(diǎn)分別連接到 PLC 輸入點(diǎn)

27、I0.2 和 I0.1。必須注意的是,LK2、LK1 均提供一對轉(zhuǎn)換觸點(diǎn),它們的靜觸點(diǎn)應(yīng)連接到大眾點(diǎn) COM,而動(dòng)斷觸點(diǎn)必須連接到伺服驅(qū)動(dòng)器的控制端口 CNX5 的 CCWL（9 腳）和 CWL（8腳）作為硬聯(lián)鎖保護(hù)目的是防范由于程序錯(cuò)誤引起沖極限故障而造成設(shè)備損壞。接線時(shí)請注意偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。晶體管輸出的 S7-200 系列 PLC,供電電源采用 DC24V 的直流電源,與前面各工作單元的繼電器輸出的 PLC 不同。接線時(shí)也請注意,千萬不要把 AC220V 電源連接到其電源輸入端。緦徑銚膾齲轎級鏜撟廟。4.2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置表 4-2 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置表序號參數(shù)設(shè)置值效用

28、和含義參數(shù)編號參數(shù)名稱1Pr4行程限位禁止輸入無效設(shè)置2當(dāng)左或右限位動(dòng)作,則會(huì)發(fā)生 Err38 行程限位禁止輸入信號出錯(cuò)報(bào)警。 設(shè)置此參數(shù)值必須在控制電源斷電重啟之后才能修改、寫入成功。2Pr20慣量比1678該值自動(dòng)調(diào)整得到, 具體請參 AC 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用說明書3Pr21實(shí)時(shí)自動(dòng)增益設(shè)置1實(shí)變化事自動(dòng)調(diào)情況很整小為。 常規(guī)模式,運(yùn)行時(shí)負(fù)載慣量的序號參數(shù)設(shè)置值效用和含義參數(shù)編號參數(shù)名稱4Pr22實(shí)時(shí)自動(dòng)增益的機(jī)械剛性選擇1此參數(shù)值設(shè)得很大,響應(yīng)越快。5Pr41指令脈沖旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置1指令脈沖 + 指令方向。設(shè)置此參數(shù)值必須在控制電源斷電重啟之后才能修改、 寫入成功。6Pr42指令脈沖輸入方

29、式37Pr4B指令脈沖分倍頻分母6000如果一圈所需pr48的指或 pr49=0令脈沖數(shù), pr4B 即可設(shè)為電機(jī)每轉(zhuǎn)4.3 編寫和調(diào)試PLC控制程序主程序清單如主程序梯形圖所示圖 4-3 主程序梯形圖4.4 初態(tài)檢查復(fù)位子程序和回原點(diǎn)子程序系統(tǒng)上電且按下復(fù)位按鈕后,就調(diào)用初態(tài)檢查復(fù)位子程序,進(jìn)入初始狀態(tài)檢查和復(fù)位操作階段,目標(biāo)是確定系統(tǒng)是否準(zhǔn)備就緒,若未準(zhǔn)備就緒,則系統(tǒng)不能啟動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。騅憑鈳銘僥張礫陣軫藹。抓取機(jī)械手裝置返回原點(diǎn)的操作,在輸送單元的整個(gè)工作過程中,都會(huì)頻繁地進(jìn)行。因此編寫一個(gè)子程序供需要時(shí)調(diào)用是必要的?；卦c(diǎn)子程序是一個(gè)帶形式參數(shù)的子程序,在其局部變量表中定義了一個(gè) B

30、OOL 輸入?yún)?shù) START,當(dāng)使能輸入（EN） START和輸入為 ON 時(shí),啟動(dòng)子程序調(diào)用,如圖 4-4（a）所示。子程序的梯形圖則如圖 4-4（b）所示,當(dāng) START (即局部變量 L0.0) ON 時(shí),置位 PLC 的方向控制輸出 Q0.0,并且這一操作放在 PTO0_RUN 指令之后,這就確保了方向控制輸出的下一個(gè)掃描周期才開始脈沖輸出。癘騏鏨農(nóng)剎貯獄顥幗騮。（a）回原點(diǎn)子程序的調(diào)用（b）回原點(diǎn)子程序梯形圖圖 4-4 回原點(diǎn)子程序帶形式參數(shù)的子程序是西門子系列 PLC 的優(yōu)異效用之一,輸送單元程序中好幾個(gè)子程序均使用了這種編程方法。鏃鋝過潤啟婭澗駱讕瀘。4.5 急停處理子程序當(dāng)系統(tǒng)

31、進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后,在每一掃描周期都調(diào)用急停處理子程序。該子程序也帶形式參數(shù),在其局部變量表中定義了二個(gè) BOOL 型的輸入/輸出參數(shù) ADJUST 和 MAIN_CTR,參數(shù) MAIN_CTR 傳遞給全局變量主控標(biāo)志 M2.0,并由 M2.0 當(dāng)前狀態(tài)維持,此變量的狀態(tài)決定了系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)下能否執(zhí)行正常的傳送效用測試過程。參數(shù) ADJUST 傳遞給全局變量包絡(luò)調(diào)整標(biāo)志 M2.5,并由 M2.5 當(dāng)前狀態(tài)維持,此變量的狀態(tài)決定了系統(tǒng)在移動(dòng)機(jī)械手的工序中,是否需要調(diào)整運(yùn)動(dòng)包絡(luò)號。榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。急停處理子程序梯形圖如圖 4-5 所示,說明如下：當(dāng)急停按鈕被按下時(shí),MAIN_CTR置0,M2.0

32、置0,傳送效用測試過程停止。若急停前抓取機(jī)械手正在前進(jìn)中,(從供料往加工,或從加工往裝配,或從裝配往分揀),則當(dāng)急停復(fù)位的上升沿到來時(shí),需要啟動(dòng)使機(jī)械手低速回原點(diǎn)過程。到達(dá)原點(diǎn)后,置位 ADJUST 輸出,傳遞給包絡(luò)調(diào)整標(biāo)志 M2.5,以便在傳送效用測試過程重新運(yùn)行后,給處于前進(jìn)工步的過程調(diào)整包絡(luò)用,例如,對于從加工到裝配的過程,急停復(fù)位重新運(yùn)行后,將執(zhí)行從原點(diǎn)到裝配的包絡(luò)。邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。若急停前抓取機(jī)械手正在高速返回中,則當(dāng)急停復(fù)位的上升沿到來時(shí),使高速返回步復(fù)位,轉(zhuǎn)到下一步即擺臺右轉(zhuǎn)和低速返回。嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。圖 4-5 急停處理子程序事實(shí)上,其他各工步編程中運(yùn)用的思路和方法

33、,基本上與上述三步類似。按此,不難編制出傳送效用測試過程的整個(gè)程序。該櫟諼碼戇沖巋鳧薩錠?！白ト」ぜ焙汀胺畔鹿ぜ弊映绦蜉^為簡單,此處不再詳述個(gè)人收獲隨著畢業(yè)日子的到來,畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲,經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)實(shí)踐終于完成了。本次畢業(yè)實(shí)踐主要包括機(jī)械手的零件圖設(shè)計(jì),機(jī)械手裝配步驟介紹,傳感器的應(yīng)用介紹,伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置和使用說明,三相異步電動(dòng)機(jī)的使用介紹,西門子PLC的使用和簡單的程序編寫。劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。通過本次畢業(yè)實(shí)踐讓我學(xué)到了很多,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了很多自己的不足之處。因?yàn)檎n題的選擇是機(jī)械手設(shè)計(jì),我查閱了大量的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的文獻(xiàn),學(xué)到了很多設(shè)計(jì)原理,發(fā)現(xiàn)了很多開始的想法不切實(shí)際,設(shè)計(jì)

34、出的機(jī)械手跟一開始自己想象的有所出入。比如,原先我的設(shè)計(jì)思想是機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)三百六十度旋轉(zhuǎn),但是實(shí)際設(shè)計(jì)起來技術(shù)有限達(dá)不到這用要求,只能退而求其次,完成九十度旋轉(zhuǎn)。另外對伺服電機(jī)了解不多,我查閱了松下伺服電機(jī)的說明手冊,才能完成參數(shù)設(shè)置等的設(shè)計(jì)要求。另外對于西門子PLC的程序編寫讓我學(xué)到了很多自動(dòng)化的知識。讓我的知識面拓寬。臠龍訛驄椏業(yè)變墊羅蘄?？傊?這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是我學(xué)習(xí)知識的檢驗(yàn),也是對我能力的依次檢驗(yàn),更讓我認(rèn)識到了我的擅長之處和不足之處。感謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我的提高。鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。參考文獻(xiàn)1 唐樹忠,張素琴,韓群生,機(jī)械制圖基礎(chǔ),天津大學(xué)出版社,20042 丁樹模,機(jī)械工學(xué),

35、機(jī)械工業(yè)出版社,20053 張萃,王磊,液壓與氣壓傳動(dòng),清華大學(xué)出版社,20114 胡幸鳴,電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ),機(jī)械工業(yè)出版社,20075 孔凡才,自動(dòng)控制原理與系統(tǒng),機(jī)械工業(yè)出版社,20076 張玉蓮,傳感器與自動(dòng)檢測技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社,20127 寇寶泉,程樹康,交流伺服電機(jī)及其控制,機(jī)械工業(yè)出版社。8 王阿根,電氣可編程控制原理與應(yīng)用,清華大學(xué)出版社,2010附 錄3-6伺服參數(shù)設(shè)置表格序號參數(shù)設(shè)置數(shù)值效用和含義參數(shù)編號參數(shù)名稱1Pr01LED初始狀態(tài)1顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速2Pr02控制模式0位置控制（相關(guān)代碼P）3Pr04行程限位禁止輸入無效設(shè)置2當(dāng)左或右限位動(dòng)作,則會(huì)發(fā)生 Err38 行程限位禁止輸入信號出錯(cuò)報(bào)警,設(shè)置此參數(shù)值必須在控制電源斷電重啟后才能修改寫入成功4Pr20慣量比1678該值自動(dòng)調(diào)整得到,具體請參 AC5Pr21實(shí)時(shí)自動(dòng)增益設(shè)置1實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整為常規(guī)模式,運(yùn)行時(shí)負(fù)載慣量的變化情況很小。6Pr22實(shí)時(shí)自動(dòng)增益的機(jī)械剛性選擇1此參數(shù)值設(shè)置的越大,響應(yīng)越快。7Pr41指令脈沖旋轉(zhuǎn)方向設(shè)置1指令脈沖+指令方向。設(shè)置此參數(shù)值必須在控制電源斷點(diǎn)重啟后才能修改、寫入成功8Pr42指令脈沖輸入方式3每轉(zhuǎn)所需指令脈沖數(shù)=編碼器分辨率Pr4B/Pr482Pr現(xiàn)編碼器分辨率為10000（25000p/rx4）,參數(shù)設(shè)置如表,則,每轉(zhuǎn)所需指令脈沖數(shù)=10000Pr4B/Pr482