基于plc的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計-wenkub

　

【正文】 期檢查 － 完成軟硬件的設(shè)計，并進(jìn)行的設(shè)備調(diào)試 － 撰寫畢業(yè)論文（設(shè)計說明書）。 本文 重點(diǎn)分析了基于 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)的組成，并詳細(xì)敘述了在以 PLC 為核心的基礎(chǔ)上，對步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行綜合控制的軟、硬件的實(shí)現(xiàn)方法。 關(guān)鍵詞 ： 可編程控制器，機(jī)械手，定位控制 II ABSTRACT At present ,wire rope industry still belongs to the traditional manufacturing industry at our production process has a typical three highs energy consumption and high pollution,high intensity of homewok .And the purpose of this study mainly from reduce labor intensity and improve the work efficiency Angle, according to the characteristics of wire rope making technology, design suitable for the industry39。大大的減輕工人的勞動強(qiáng)度、減少人力資源的浪費(fèi)，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少因?yàn)槿斯な韬鲈斐傻陌踩鹿省，F(xiàn)代機(jī)械手主要運(yùn)用的是可編程控制器。 在現(xiàn)代工業(yè)運(yùn)用中可編程控制器 （ PLC） 的特點(diǎn)如下： 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 可靠性是電 氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。在軟件應(yīng)用中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及 設(shè)備也獲 得故障自診斷保護(hù)。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、濕度控制等各種工業(yè)控制中。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方 式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 所以綜上所訴現(xiàn)代機(jī)械手，可以逐步改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量，消除枯燥無味的工作，節(jié)約勞動力，提供更安全的工作環(huán)境，降低工人的勞動強(qiáng)度，減少勞動風(fēng)險，減少工業(yè)生產(chǎn)中的工作量，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，提高企業(yè)競爭力，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。 實(shí)現(xiàn)功能和要求： PLC 控制，預(yù)置工作程序，動作靈活，可根據(jù)“工”字輪的位置變化可以隨時更改相關(guān)控制參數(shù)。 （ 3）減速機(jī)構(gòu) —— 采用步進(jìn)電機(jī)的抱死系統(tǒng)。 (3) 故障報警系統(tǒng) —— 具有故障指示功能。 I/O 點(diǎn)數(shù)分配 合理選用滿足設(shè)備要求點(diǎn)數(shù)的 PLC，減少不必要的浪費(fèi)。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第二章 硬件設(shè)計 機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu) —— 手爪 機(jī)械手手爪是用來抓取工件的部件。手爪抓取工件時應(yīng)具有迅速性、 靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性。 圖 機(jī)械手手爪示意圖 本設(shè)計中手爪的工作方式：機(jī)械手的夾緊 與放松由電氣閥控制。機(jī)械手在 X、 Y、Z 這三個方向上作的都是直線運(yùn)動，其結(jié)構(gòu)基本上是由驅(qū)動機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向裝置組成。滾珠絲桿效率高，但成本高。 傳動方式 本設(shè)計中機(jī)械手的驅(qū)動設(shè)備是步進(jìn)電機(jī)及其步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，所以機(jī)械手的位移和運(yùn)動速度，可由電控系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號數(shù)量及脈沖信號頻率來控制。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。螺線管線圈通電時將產(chǎn)生磁力，推動其鐵心心子運(yùn)動，通過齒輪機(jī)構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動一角度，通過抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的 工作位置；線圈再通電，轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動一角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動。A 相斷電、南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 B 相繞組通電時，就產(chǎn)生一個新的磁場方向，這時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一角度而位于新的磁場方向上，被激勵相的順序決定了轉(zhuǎn)子運(yùn)動方向。這種步進(jìn)電動機(jī)步矩角可做到 1176。是永磁式步進(jìn)電動機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。 而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時，首先要計算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性要能滿足機(jī)械負(fù)載，并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計算： 1)計算齒輪的減速比，根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比 i 計算如下： ???360Si ? （ 21） 式中 : φ 步進(jìn)電 機(jī)的步距角（ o/脈沖） S 絲桿螺距（ mm) Δ (mm/脈沖） 2)計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量 tJ 。運(yùn)行的最高頻率與升速時間的計算。一般來說， fM 與 tM 之和應(yīng)小于（ ～ ) maxM 。這樣電機(jī)運(yùn)動平穩(wěn)，控制精確度又能提高。 2）交流伺服原理，雙極性橫流細(xì)分驅(qū)動。 7）可適應(yīng)供陽，供陰，單 /雙脈沖多重模式。 輔助系統(tǒng) 原點(diǎn)定位及超程保護(hù) 為保證機(jī)械手重復(fù)定位精度，對機(jī)械手每工作循環(huán)提出返回原點(diǎn)校零位要求。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接線示意圖 圖 傳動絲杠示意圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 操作臺 操作面板設(shè)計以貼近人們?nèi)粘９ぷ髁?xí)慣、符合人體工程學(xué)、方便工作人員直觀操作、反應(yīng)自動工作狀態(tài)為原則，與后文 I/O 采用方案相匹配進(jìn)行設(shè)計。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點(diǎn)問題和疑難問題。 3. 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。這就要求在選擇 PLC、輸入 /輸出模塊、 I/O 點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 4)分配 I/O 點(diǎn)數(shù)，繪制 PLC 控制系統(tǒng)輸入、輸出端子接線圖。 7)調(diào)試過程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投入使用。 電流：晶體管電流 ，繼電器 2A。 4）晶體管響應(yīng)速度快于繼電器 繼電器輸出型原理是 PLC 驅(qū)動繼電器線圈，令觸點(diǎn)吸合，使外部電源通過閉合的觸點(diǎn)來驅(qū)動外部負(fù)載，其開路漏電流為零，響應(yīng)時間慢（約 10ms），主要是來控制開關(guān)量。繼電器是機(jī)械元件，所以有動 作壽命，晶體管是電子元件，所以只有老化，沒有使用次數(shù)限制。其確定依據(jù)是將與 PLC 相連的全部輸入、輸出器件根據(jù)所需的電壓、電流的大小和種類分別統(tǒng)計，考慮將來發(fā)展的需要再相應(yīng)增加 10％～ 15％ 的余量。 3)適當(dāng)?shù)姆椒ü?jié) 省 I/O 點(diǎn) 數(shù)。通過 本次設(shè)計，可以根據(jù)工件的變化及運(yùn)動流程的要求隨時更改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機(jī)械手控制系統(tǒng)具有了很大的靈活性和可操作性。 2)在程序方面我們還可以增加一個記憶功能，可以記住每次調(diào)試時到達(dá)精確 位置的脈沖數(shù)。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計， 經(jīng)驗(yàn) 的匱乏，難免有許多考慮不周全之處，望給予指導(dǎo)，得到更大的提高。論文中的主要參考文獻(xiàn)均為四年內(nèi)所學(xué)的教科書，這些理論教材給我了很大的幫助。 。通過重組構(gòu)建知識體系，靈活運(yùn)用理論工具 ，將我設(shè)想的每一想法都一一變?yōu)榻?jīng)得起推敲的論文。陳 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了 *老師悉心細(xì)致的教誨和無私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 參考文獻(xiàn) [1]臺達(dá)可編程控制器 DVP60ES200T 系列編程手冊，步進(jìn)梯形圖指令，應(yīng)用指令說明書 . [2]李寧 , 劉啟新 . 電機(jī)自動控制系統(tǒng) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社出版 , 2021. [3]齊占慶 . 機(jī)床電氣控制技術(shù) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社出版 , 2021. [4]程子華 . PLC 原理與編程實(shí)例分析 [M]. 北京 : 國防工業(yè)出版社出版 , 2021. [5]秦曾煌 . 電工學(xué)電子技術(shù) [M]. 第六版 , 北京 : 高等教育出版社出版 , 2021. [6]張建民 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計 [M]. 北京 : 北京理工大學(xué)出版社 , 2021. [7]白傳悅 . 裝配機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng) [J]. 機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用 , 2021,5(48),134~136 [8]凌志浩 .智能儀表原理與設(shè)計技術(shù) [M].上海，華東理工大學(xué)出版社， 2021， 6 [9]陸祥生 , 楊秀蓮 . 機(jī)械手理論及應(yīng)用 [M]. 北京 : 中國鐵道出版社出版 , 1985. [11]王永章184。還有在控制方面本課題是采用步進(jìn)電機(jī)來傳動的，所以定位還不是很精確，在軟件系統(tǒng)方面，本科課題沒有調(diào)試記憶功能，所以對調(diào)試起來不是很方便。 所以本課題 的 I/O 口 分配如表 所示為： 表 PLC 的 I/O 分配說明 輸入 功能 (設(shè)備 ) 輸出 功能 (設(shè)備 X0 x 方向零點(diǎn)接近開關(guān) Y0 x 橫向步進(jìn)電機(jī) X1 y 方向零點(diǎn)接近開關(guān) Y1 y 水平步進(jìn)電機(jī) X2 z 方向零點(diǎn)接近開關(guān) Y3 z 垂直步進(jìn)電機(jī) 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 X3 工位接近開關(guān)（公用） Y5 y 水平步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 X11 捻繩筒定位信號 Y6 z 水平步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 X12 防 護(hù)罩打開信號 Y7 x 水平步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向 X13 防護(hù)罩關(guān)閉信號 Y10 開鎖氣缸電磁閥 X14 x 方向極限行程 Y11 氣爪氣缸電磁閥 X15 y 方向極限行程 Y14 電機(jī)拖死機(jī)構(gòu) X16 z 方向極限行程 Y15 復(fù)位零點(diǎn)指示燈 X17 夾持卡爪開關(guān)（串聯(lián)） Y16 報警燈 X21 開鎖氣缸伸接近開關(guān)（串聯(lián)） Y17 工作顯示燈 X22 開鎖氣缸縮接近開關(guān)（串聯(lián)） X23 z 方向安全鎖到位（里面接近開關(guān)） X24 氣源壓力開關(guān) X25 鎖可靠接觸（串聯(lián)） X27 停止 X30 復(fù)位 X31 自動運(yùn)行 X32 手動 /自動 X33 x 方向電機(jī) X34 y 方向電機(jī) X35 z 方向電機(jī) X36 卡爪緊 X37 卡爪松 X40 關(guān)索 X41