【正文】 開鎖 X42 反轉(zhuǎn) /正傳 X43 安裝 /卸載 X50 模式轉(zhuǎn)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(yè)設(shè)計（論文） 18 程序 設(shè)計 本課題的程序設(shè)計是根據(jù)鋼絲繩生產(chǎn)線中捻股車的生產(chǎn)要求來設(shè)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(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 機械手的工作流程圖（續(xù)） N 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)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(yè)設(shè)計（論文） 21 初始化程序 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)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(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 返回原點程序體形圖 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 返回原點程序體形圖（續(xù)） 手動程序 圖 手動程序梯形圖 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 手動程序梯形圖（續(xù)） 自 動程序 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 自動程序梯形圖 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 圖 自動程序梯形 圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 圖 自動程序梯形圖（續(xù)） 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 圖 自動程序梯形圖（續(xù)）南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 第 4 章 結(jié)語 在本次課題設(shè)計中，鋼絲繩工業(yè)生產(chǎn)中的機械手模型控制系統(tǒng)采用 PLC 進行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動化程度，減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。如高速脈沖輸出口 Y000 或 Y001 或 Y003；方便指令中初始狀態(tài)指令等。 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。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服、步進等，動作頻率高的輸出。 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)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(tài)繼電器等）。 圖 3. 1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)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。 6)程序調(diào)試。 2)確定輸入、輸出設(shè)備。這就要求設(shè)計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。下面根據(jù)本設(shè)計的特點，對操作面板的設(shè)計說明如下： 1）按鈕： 電源：控制電源的開關(guān) 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(zhuǎn)松：爪手電磁閥的松開信號 反轉(zhuǎn) /正傳 :電機的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)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(tài) 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第三章 軟件設(shè)計 PLC 控制系 統(tǒng)的設(shè)計及 I/O 口分配 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)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(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。同時在三個方向的另一端添加超程限位開關(guān)，使機械手到達極限位置后能鎖定其繼續(xù)前行運動， 只能反向運動，以實現(xiàn)因故障或其他原因造成的超程保護功能。 10）撥碼開關(guān)直接設(shè)定細分數(shù)和電流。 4）最大細分 10000 步 /轉(zhuǎn)，有 16 種細分模式可以選擇。本設(shè)計選擇的步進電機驅(qū)動器是如圖 所示的MS3H13OM 驅(qū)動器。在電機選型過程中，必須首先計算出負載通過機械傳動系統(tǒng)對電機軸的折算扭矩 折T ，下面就幾中常見的機械傳動方式介紹折算扭矩 折T 的計算過程。負載力矩和最大靜力矩 maxM 。 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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩（ mN? ) U 摩擦系數(shù) 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。精度是由電機的固 有特性所決定。一般地說最大靜力矩 maxMj 大的電機，負載力矩大。步進電動機的運行性能決定于電機與驅(qū)動電源間的良好配合。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。缺點是起動頻率和運行頻率較低。永磁式步進電動機由四相繞組組成。 步進電動機分為機電式及磁電式兩種基本類型。 步進電機 的選擇 及其驅(qū)動器 設(shè)定 步進電動機 (stepping motor)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。一般用于機械手的傳動機構(gòu)，不作為定位機構(gòu)?，F(xiàn)就兩者作以下分析： (1)絲杠螺母機構(gòu)：位移較準確、降速比大，運平穩(wěn)、無噪音、易自鎖，但高精度的絲杠制造比較困難，傳動效率低。 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(shù)來增加安全性．通過橡膠氣缸 手抓 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)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。 本設(shè)計中手爪 結(jié)構(gòu) 本設(shè)計中被夾持的工件是“工”字輪，是有凹槽回轉(zhuǎn)體，且滿輪的“工”字輪重量比較重，所以在機械機構(gòu)方面對手爪做如圖 的設(shè)計。手指數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，其中以二指用得較多。 PLC 程序設(shè)計 （ 1)手動程序 —— 通過控制臺 上的按鈕，手動對機械手進行各個方向的控制和機械手夾的加緊和放松動作。 （ 2）輸出：指示燈、步進電機及其驅(qū)動設(shè)備、氣動開關(guān)、電磁開關(guān)。 控制要求 (1）定位精確性 —— 步進電機和步進電機驅(qū)動器作為動力驅(qū)動設(shè)備，采用開環(huán)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。機械手夾持部位采用氣動控制?？梢院喕刂凭€路，節(jié)省成本，進一步提高勞動生產(chǎn)率。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 4）系統(tǒng)的設(shè)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(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 3）易學易用，深受歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。就 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，因此故障率也就大大降低?？删幊炭刂破骱喎Q PLC，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它的運用標志著制造業(yè)向自動化、無人化、智能化的方向邁進。本課題的機械手貼近鋼絲繩工業(yè)的生產(chǎn)要求，具有很強的可行性、實用性和經(jīng)濟性。其以起點作為參考點，通過脈沖計數(shù)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(shù)。 6 月 6 日前 畢業(yè)論文定稿 － 準備和進行畢業(yè)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(yè) 設(shè) 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(tǒng)的研究與設(shè)計