基于plc的機械手控制系統的研究與設計(專業版)

　　

【正文】 在這里首先要感謝我的論文指導老師陳老師。 I/O 口分配原則： 1)特殊、特定 I/O 點 優先分配。 PLC 控制系統的設計過程的具體流程圖如圖 所示。 2. 保證 PLC 控制系統安全可靠 保 證 PLC 控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行，是設計控制系統的重要原則。 3）最大輸出驅動電流 （有效值，峰值達 13A）， 16 擋電流選擇，適用多型號步進電機。 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 8 ???????? ??????????221 221 ?sgWJJiJJ St （ 22） 式中： tJ 折算至電機軸上的慣量 ( 2scmKg ?? ) 1J 、 2J 齒輪慣量 ( 2scmKg ?? ) sJ 絲桿慣量 ( 2scmKg ?? ) W 工作臺重量（ N） S 絲桿螺距（ cm） 3)計算電機輸出的總力矩 M ?！?5176。脈沖信號數是來控制機械手的行程的，而頻率是來控制其移動速度的，更重要的是步進電機能夠達到比較高的重復定位精度，沒有累積誤差。 設計過程中應根據需要，對機械手的運行速度、加速度、夾持物體重量、慣性和沖擊力、開口尺寸進行校核，且能夠自鎖，防止斷電或設備故障造成被抓物掉落。 （ 4) 操作臺布置 —— 盡力人性化處理，顯示實時工作狀態及故障報警。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門?？删幊炭刂破饕蚱鋬灹嫉奶攸c被廣泛應用于現代機械手的控制系統中。 5 月 25 日 交畢業論文草稿 － 修改完善畢業論文，進行畢業設計成果演 示和驗收。參與機械手系統架構的設計與制作以及成品的調試與安裝。 課題來源 企業技改項目 課題類別 應用 該課題對學生的要求 熟悉 PLC編程邏輯，以及主流 PLC的產品和指令系統 了解步進電機的工作原理 了解常用的執行機構的工作原理 了解常用的傳感檢測產品 學系意見 同意立題（ ） 不同意立題（ ） 學系主任簽名： ______________ ________年 ________月 ________日 注： 此表一式三份，學系、教務處、學生檔案各一份。 6 月 6 日前 畢業論文定稿 － 準備和進行畢業論文答辯 學系意見 系主任簽名： __ ______年 ___月 ___日 南通大學杏林學院 畢 業 設 計（論文） 杏林學院信息學部自動化系 2021 年 02 月 題 目 ： 基于 PLC 的機械手控制系統的研究與設計 作 者： 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 I 摘 要 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?？删幊炭刂破骱喎Q PLC，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置，是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。 4）系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 控制要求 (1）定位精確性 —— 步進電機和步進電機驅動器作為動力驅動設備，采用開環控制，滿足定位要求，用脈沖信號來控制機械手各方向的行程。 本設計中手爪 結構 本設計中被夾持的工件是“工”字輪，是有凹槽回轉體，且滿輪的“工”字輪重量比較重，所以在機械機構方面對手爪做如圖 的設計。 步進電機 的選擇 及其驅動器 設定 步進電動機 (stepping motor)是一種將電脈沖信號轉化為角位移的執行機構。甚至更小，精度容易保證，起動和運行頻率較高，但功耗較大，效率較低。 tfa MMMM ??? （ 23） ? ? ????? T nJJM tma （ 24） 式中： aM 電機啟動加速力矩（ mN? ) mJ 、 tJ 電機自身慣量與負載慣量 ( 2scmKg ?? ) n電機所需達到的轉速（ r/min） T電機升速時間（ s） 2102 ????? isWuM f ?? （ 25） 式中： fM 導軌摩擦折算至電機的轉矩（ mN? ) U 摩擦系數 η 傳遞效率 2102 ??? ispM tt ?? （ 26） 式中： tM 切削力折算至電機力矩（ mN? ) tp 最大切削力（ N） 負載起動頻率估算。 4）最大細分 10000 步 /轉，有 16 種細分模式可以選擇。這就要求設計者在系統設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y安全可靠。 圖 3. 1 PLC 控制系統設計步驟流程圖 PLC 的輸出方式 PLC 包括繼電器輸出和 晶體管輸出兩種輸出方式。如高速脈沖輸出口 Y000 或 Y001 或 Y003；方便指令中初始狀態指令等。陳 老師平日里工作繁多，但在我做畢業設計的每個階段，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 *老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別是她廣博的學識、深厚的學術素養、嚴謹的治學精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。作為一個本科生的畢業設計， 經驗 的匱乏，難免有許多考慮不周全之處，望給予指導，得到更大的提高。其確定依據是將與 PLC 相連的全部輸入、輸出器件根據所需的電壓、電流的大小和種類分別統計，考慮將來發展的需要再相應增加 10％～ 15％ 的余量。 7)調試過程結束，整理技術資料，投入使用。同時要注意和現場的工程管理人員、工程技術人員、現場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。 2）交流伺服原理，雙極性橫流細分驅動。 選擇步進電機需要進行以下計算： 1)計算齒輪的減速比，根據所要求脈沖當量，齒輪減速比 i 計算如下： ???360Si ? （ 21） 式中 : φ 步進電 機的步距角（ 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軸上的慣量 tJ 。這種步進電動機步矩角可做到 1176。 傳動方式 本設計中機械手的驅動設備是步進電機及其步進電機驅動器，所以機械手的位移和運動速度，可由電控系統發出脈沖信號數量及脈沖信號頻率來控制。手爪抓取工件時應具有迅速性、 靈活性、準確性和可靠性。 （ 3）減速機構 —— 采用步進電機的抱死系統。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?，F代機械手主要運用的是可編程控制器。 4 月 27 日前 完成中期檢查 － 完成軟硬件的設計，并進行的設備調試 － 撰寫畢業論文（設計說明書）。 主要工作內容包括：了解鋼絲繩生產工藝流程，具體工序的實施步驟和技術要求，從而為后期的機械手系統軟硬件設計 與選型奠定基礎。 課題來源是指： ， ， 3. 其他。而本文研究的目的主要從降低工人勞動強度和提高工作效率的角度出發，根據鋼絲繩制作工 藝的特點，設計適合于本行業的機械手控制系統。它采用的是可編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作指令，并能通過數字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械手進行工業生產。更重要的是能夠使同一設備經過改變程序從而改變生產過程。 (2）行程限位保護 —— 采用接近開關作為限位信號，實現限位控制。手爪的抓放動作由通過氣缸的伸縮來實現。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 (稱 為“步距角” )，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。 永磁感應子式步進電動機又稱混合式步進電動機?？刂齐姍C的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系，其估算公式為： 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 9 21011?????????????????mtitfqqJJMMMff （ 27） 式中： qf 帶載起動頻率（ Hz） 0qf 空載起動頻率（ Hz） iM 起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（ mN? ) 若負載參數無法精確確定，則可按 021qq ff ? 進行估算。 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 10 5）過壓，過流，短路，溫度保護 6）所有輸入信號都經過光電隔離。例如：應該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。其適 輸出區別 如下： 1） 負載電壓、電流類型不同 負載類型：晶體管只能帶直流負載，而繼電器帶交、直流負載均可。 2)普通無指定 I/O 點 的歸類分配。 其次感謝大學四年以來的每一位授課老師。 杜君文 , 程國全 . 數控技術 [M]. 北京 : 高等教育出版社出版 , 2021. [12]王兆義 . 小型可編程控制器實用技術 [M]. 北京 : 機械工業出版社出版 , 2021. 南通大學杏林