基于plc的機械手控制系統的研究與設計(留存版)

　　

【正文】 學院畢業設計（論文） 42 致謝 幾個月的努力，本次畢業論文已經接近尾聲。 I/O 點數 I/O 點數是衡量可編程控制器規模大小的依據。先進行模擬調試，再進行現場聯機調試；先進行局部、分段調試，再進行整體、系統調試。這就要求設計人員在設計前就要深入現場進行調查研究，收集控制現場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。其驅動器特點如下： 1） AC80V220V 交流供電，能適應惡劣的電網 環境。 選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和設備要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續工作頻率能滿足快速移動的需要。 反應式步進電動機在定、轉子鐵心的內外表面上設有按一定規律分布的相近齒槽，利用這兩 種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產生轉矩。 為滿足設計要求，所以 Y、 Z 方向優先選用絲杠螺母機構， X 方向 選用齒輪齒條機構。可根據夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應操作。 （ 2）傳動機構 —— 機械手臂 Z 軸和 Y 軸采用滾珠絲杠螺母傳動， X 軸采用的是齒輪傳動。它接口容易，編程語言容易為工程技術人員所接受。就傳統繼電器控制的機械手而言，因其控制裝置落后、接線復雜、易受干擾、穩定性差、維修困難等劣勢，逐步退 出了歷史舞臺。 － 理解課題設計思想，熟悉 PLC 的機械手控制系統的原理，撰寫開題報告提出機械手系統設計的基本功能和架構 － 開始進行對 PLC 的機械手控制系統的深入研究 3 月 17 日 ~3 月 30日完成開題答辯 － 畢業設計中期檢查。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。 課題類別是指： ， 。 本文 重點分析了基于 PLC 的機械手控制系統的組成，并詳細敘述了在以 PLC 為核心的基礎上，對步進電動機進行綜合控制的軟、硬件的實現方法。 在現代工業運用中可編程控制器 （ PLC） 的特點如下： 1）可靠性高，抗干擾能力強 可靠性是電 氣控制設備的關鍵性能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 (3) 故障報警系統 —— 具有故障指示功能。 圖 機械手手爪示意圖 本設計中手爪的工作方式：機械手的夾緊 與放松由電氣閥控制。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。是永磁式步進電動機和反應式步進電動機兩者的結合，并兼有兩者的優點。運行的最高頻率與升速時間的計算。 7）可適應供陽，供陰，單 /雙脈沖多重模式。 3. 力求簡單、經濟、使用及維修方便 一個新的控制工程固然能提高產品的質量和數量，帶來巨大的經濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。 電流：晶體管電流 ，繼電器 2A。 3)適當的方法節 省 I/O 點 數。論文中的主要參考文獻均為四年內所學的教科書，這些理論教材給我了很大的幫助。 南通大學杏林學院畢業設計（論文） 41 參考文獻 [1]臺達可編程控制器 DVP60ES200T 系列編程手冊，步進梯形圖指令，應用指令說明書 . [2]李寧 , 劉啟新 . 電機自動控制系統 [M]. 北京 : 機械工業出版社出版 , 2021. [3]齊占慶 . 機床電氣控制技術 [M]. 北京 : 機械工業出版社出版 , 2021. [4]程子華 . PLC 原理與編程實例分析 [M]. 北京 : 國防工業出版社出版 , 2021. [5]秦曾煌 . 電工學電子技術 [M]. 第六版 , 北京 : 高等教育出版社出版 , 2021. [6]張建民 . 機電一體化系統設計 [M]. 北京 : 北京理工大學出版社 , 2021. [7]白傳悅 . 裝配機械手 PLC 控制系統 [J]. 機械制造行業應用 , 2021,5(48),134~136 [8]凌志浩 .智能儀表原理與設計技術 [M].上海，華東理工大學出版社， 2021， 6 [9]陸祥生 , 楊秀蓮 . 機械手理論及應用 [M]. 北京 : 中國鐵道出版社出版 , 1985. [11]王永章184。 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。 6)程序調試。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。本設計選擇的步進電機驅動器是如圖 所示的MS3H13OM 驅動器。精度是由電機的固 有特性所決定。缺點是起動頻率和運行頻率較低。一般用于機械手的傳動機構，不作為定位機構。手指數量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用得較多。機械手夾持部位采用氣動控制。 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。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。 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。 （ 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。 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。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。 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。 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。 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。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。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。 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。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。 8）股機保護功能 9）提供節能的自動半流鎖定功能。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。 電壓：晶體管可接直流 24V（繼電器可以接直流 24V 或交流 220V）。如編碼等。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。繼電器的每分鐘開關次數也是有限制的，而晶體管則沒有。 5)程序設計，繪制工作循環圖或狀態轉移圖。該機械手工作方式有手動、自動兩種形式。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。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。永磁式步進電動機消耗功率較小，步矩角較大。 (2)齒輪齒條機構：傳動效率高，速度快、無自鎖。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。 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。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。 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。 成 果 形 式 機械手控制系統； 畢業論文一篇。 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；學校可以公布論文的全部或部分內容。 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