基于plc的機械手控制系統的研究與設計-免費閱讀

　　

【正文】 堅實的理論基礎，為論文的完成提供了有力的基礎。 3)在機械方面也可以進行改進，可以適當的再減小機械手的跨度，節省空間。如編碼等。繼電器的每分鐘開關次數也是有限制的，而晶體管則沒有。 電壓：晶體管可接直流 24V（繼電器可以接直流 24V 或交流 220V）。 5)程序設計，繪制工作循環圖或狀態轉移圖。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工 程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。該機械手工作方式有手動、自動兩種形式。 8）股機保護功能 9）提供節能的自動半流鎖定功能。但是如果所用的控制器發不出驅動器所要求的頻率，用再高細分數的驅動器也是沒用的。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載，并留有足夠的余量。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。 步進電動機的驅動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由此驅動電源向電機繞組提供脈沖電流。永磁式步進電動機消耗功率較小，步矩角較大。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環控制。 (2)齒輪齒條機構：傳動效率高，速度快、無自鎖。若電氣閥得電，手爪端汽缸運動手爪張開；若線圈失電，機械手手爪將恢復到自然狀態，保持夾緊狀態，實現自鎖功能，避免因偶然斷電導致被抓物掉落。其機構多種多樣可以分為無關節、固定關節和自由關節三種，本設計是屬于固定關節的。 輸入 /輸出設備 （ 1）輸入：指令按鈕、旋鈕、急停按鈕、報警及指示裝置。 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 3 硬件選擇 （ 1）動 力源 —— 步進電機及其相應驅動設備。 5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，其 底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗只有幾瓦。加之 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發展，使用 PLC 組成各種控制系統變得越來越容易。 PLC 由于采用現代大規模集成電路技術，嚴格的生產工藝和制造，內部電路采用了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。 伴隨著工業自動化的不斷發展，機械手它憑著定位精度高、工作性能穩定、結構靈活、可精確控制等特點，被廣泛應用于輕、重工業、醫療衛生、軍事、科研等高新技術領域。該系統利用步進電動機單位脈沖所具有的步進距離不變的特點，對其采用開環點位控制。 成 果 形 式 機械手控制系統； 畢業論文一篇。 學系意見：在組織專業指導委員會審核后，就該課題的工作量大小，難易程度及是否符合專業培養目標和要求等內容提出具體的意見和建議。 簽 名： 日 期： 本論文使用授權說明 本人完全了解南通大學有關保留、使用學位論文的規定，即：學校有權保留論文及送交論文復印件，允許論文被查閱和借閱；學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨热?。 （ 保密的論文在解密后應遵守此規定 ） 學生簽名： 指導教師簽名： 日期： 南通大學杏林學院畢 業設計（論文）立題卡 課題名稱 基于 PLC的機械手控制系統的研究與設計 出題人 陳艷艷、陳娟 課題表述（簡述課題的背景、目的、意義、主要內容、完成課題的條件、成果形式等） 目前，鋼絲繩行業在我國仍屬于傳統制造業，其生產工藝流程具有典型的“三高”特點：高能耗，高污染，高作業強度。 南通大學杏林學院 畢業設計（論文）任務書 姓 名 陳周凱 專 業 工業電氣自動化 班 級 工電 081 指導教師 陳艷艷、陳娟 發任務書日期 2021 年 2 月 27 日 題目 ： 基于 PLC 的機械手控制系統的研究與設計 課題的內容和要求 （研究內容、研究目標和解決的關鍵問題） 通過對鋼絲繩生產工序的了解和相關操作技術參數的咨詢和測量，結合實際工況，利用 PLC、步進電機和相關執行、檢測機構設計一種適用于鋼絲繩行業的機械手裝置。 進度計劃 起訖日期 工作內容 備 注 － 查閱機械手設計、 PLC 的機械手控制系統、PLC 控制步進相關中外參考文獻，翻譯 一份英文資料。其以起點作為參考點，通過脈沖計數得到目的點的位置，手動操作機械手從參考點運動到目的點后，保存目的點位的特征參數。它的運用標志著制造業向自動化、無人化、智能化的方向邁進。就 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，因此故障率也就大大降低。 3）易學易用，深受歡迎 PLC 作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。由于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。機械手夾持部位采用氣動控制。 （ 2）輸出：指示燈、步進電機及其驅動設備、氣動開關、電磁開關。手指數量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用得較多。 其特點：由于夾緊的為鋼性工件，為了提高安全性能，防止損壞工件，我們可以在夾緊部分加上一層橡膠，這樣可以通過增大工件和手指之間的摩擦系數來增加安全性．通過橡膠氣缸 手抓 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 6 的彈性變形來緩沖對工件的沖擊，可以減輕乃至消除對工件的損壞。一般用于機械手的傳動機構，不作為定位機構。 步進電動機分為機電式及磁電式兩種基本類型。缺點是起動頻率和運行頻率較低。步進電動機的運行性能決定于電機與驅動電源間的良好配合。精度是由電機的固 有特性所決定。負載力矩和最大靜力矩 maxM 。本設計選擇的步進電機驅動器是如圖 所示的MS3H13OM 驅動器。 10）撥碼開關直接設定細分數和電流。下面根據本設計的特點，對操作面板的設計說明如下： 1）按鈕： 電源：控制電源的開關 停止：切斷三個方向上步進電機的電源 復位：使機械手自動回歸 到零點位置 自動運行：啟動自動運行的程序 手動 /自動：手動運行和自動運行的切換按鈕 X 方向電機：手動運行時 X 方向的電機啟動按鈕 Y 方向電機：手動運行時 Y 方向的電機啟動按鈕 Z 方向電機：手動運行時 Z 方向的電機啟動按鈕 卡抓緊：爪手電磁閥的加緊信號 卡轉松：爪手電磁閥的松開信號 反轉 /正傳 :電機的正反轉轉換按鈕 安裝 /卸載：對工字輪的安裝和卸載信號 2）指示燈 復位零點指示燈：判斷是否在復位零點的指示燈 報警燈：故障 /出錯指示燈 工作顯示燈：顯示機械手是否處于工作狀態 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 14 第三章 軟件設計 PLC 控制系 統的設計及 I/O 口分配 PLC 控制系統設計的基本原則 1. 最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設計 PLC 控制系統的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計者不僅應該使控制系統簡單、經濟，而且要使控制系統的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。 6)程序調試。 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 16 2） 負載能力不同 晶體管帶負載的能力小于繼電器帶負載的能力，用晶體管時，有時候要加其他東西來帶動大負載（如繼電器，固態繼電器等）。 本文中使用步進電機作為動力源，故采用晶體管輸出，直流 D24V 電源，而兩個電磁閥用的是繼電器輸出。 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 (設備 ) 輸出 功能 (設備 X0 x 方向零點接近開關 Y0 x 橫向步進電機 X1 y 方向零點接近開關 Y1 y 水平步進電機 X2 z 方向零點接近開關 Y3 z 垂直步進電機 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 17 X3 工位接近開關（公用） Y5 y 水平步進電機轉向 X11 捻繩筒定位信號 Y6 z 水平步進電機轉向 X12 防 護罩打開信號 Y7 x 水平步進電機轉向 X13 防護罩關閉信號 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 電機拖死機構 X16 z 方向極限行程 Y15 復位零點指示燈 X17 夾持卡爪開關（串聯） Y16 報警燈 X21 開鎖氣缸伸接近開關（串聯） Y17 工作顯示燈 X22 開鎖氣缸縮接近開關（串聯） X23 z 方向安全鎖到位（里面接近開關） X24 氣源壓力開關 X25 鎖可靠接觸（串聯） X27 停止 X30 復位 X31 自動運行 X32 手動 /自動 X33 x 方向電機 X34 y 方向電機 X35 z 方向電機 X36 卡爪緊 X37 卡爪松 X40 關索 X41 開鎖 X42 反轉 /正傳 X43 安裝 /卸載 X50 模式轉化 X51 工位 1選擇按鈕 X52 工位 2選擇按鈕 X53 工位 3選擇按鈕 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 18 程序 設計 本課題的程序設計是根據鋼絲繩生產線中捻股車的生產要求來設計的，他的工作流程圖如圖 所示： 圖 機械手的工作流程圖 X54 工位 4選擇按鈕 X55 工位 5選擇按鈕 X56 工位 6選擇按鈕 N 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 19 圖 機械手的工作流程圖（續） N 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 20 控制原理圖 圖 控制原理圖 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 21 初始化程序 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 22 圖 初始程序化梯形圖 回原點程序 圖 返回原點程 序體形圖 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 23 圖 返回原點程序體形圖 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 24 圖 返回原點程序體形圖（續）