【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(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 程序 設(shè)計(jì) 本課題的程序設(shè)計(jì)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(jì)的，他的工作流程圖如圖 所示： 圖 機(jī)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(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 機(jī)械手的工作流程圖（續(xù)） N 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 控制原理圖 圖 控制原理圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 初始化程序 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 初始程序化梯形圖 回原點(diǎn)程序 圖 返回原點(diǎn)程 序體形圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 返回原點(diǎn)程序體形圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 返回原點(diǎn)程序體形圖（續(xù)） 手動(dòng)程序 圖 手動(dòng)程序梯形圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 手動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 自 動(dòng)程序 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 自動(dòng)程序梯形圖 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 圖 自動(dòng)程序梯形 圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 圖 自動(dòng)程序梯形圖（續(xù)）南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 第 4 章 結(jié)語 在本次課題設(shè)計(jì)中，鋼絲繩工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)采用 PLC 進(jìn)行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)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(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，故采用晶體管輸出，直流 D24V 電源，而兩個(gè)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(jìn)等，動(dòng)作頻率高的輸出。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 2） 負(fù)載能力不同 晶體管帶負(fù)載的能力小于繼電器帶負(fù)載的能力，用晶體管時(shí)，有時(shí)候要加其他東西來帶動(dòng)大負(fù)載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。 圖 3. 1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(jì)的特點(diǎn)，對(duì)操作面板的設(shè)計(jì)說明如下： 1）按鈕： 電源：控制電源的開關(guān) 停止：切斷三個(gè)方向上步進(jìn)電機(jī)的電源 復(fù)位：使機(jī)械手自動(dòng)回歸 到零點(diǎn)位置 自動(dòng)運(yùn)行：?jiǎn)?dòng)自動(dòng)運(yùn)行的程序 手動(dòng) /自動(dòng)：手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行的切換按鈕 X 方向電機(jī)：手動(dòng)運(yùn)行時(shí) X 方向的電機(jī)啟動(dòng)按鈕 Y 方向電機(jī)：手動(dòng)運(yùn)行時(shí) Y 方向的電機(jī)啟動(dòng)按鈕 Z 方向電機(jī)：手動(dòng)運(yùn)行時(shí) Z 方向的電機(jī)啟動(dòng)按鈕 卡抓緊：爪手電磁閥的加緊信號(hào) 卡轉(zhuǎn)松：爪手電磁閥的松開信號(hào) 反轉(zhuǎn) /正傳 :電機(jī)的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換按鈕 安裝 /卸載：對(duì)工字輪的安裝和卸載信號(hào) 2）指示燈 復(fù)位零點(diǎn)指示燈：判斷是否在復(fù)位零點(diǎn)的指示燈 報(bào)警燈：故障 /出錯(cuò)指示燈 工作顯示燈：顯示機(jī)械手是否處于工作狀態(tài) 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第三章 軟件設(shè)計(jì) PLC 控制系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)及 I/O 口分配 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 1. 最大限度地滿足被控對(duì)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(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。同時(shí)在三個(gè)方向的另一端添加超程限位開關(guān)，使機(jī)械手到達(dá)極限位置后能鎖定其繼續(xù)前行運(yùn)動(dòng)， 只能反向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)因故障或其他原因造成的超程保護(hù)功能。 10）撥碼開關(guān)直接設(shè)定細(xì)分?jǐn)?shù)和電流。 4）最大細(xì)分 10000 步 /轉(zhuǎn)，有 16 種細(xì)分模式可以選擇。本設(shè)計(jì)選擇的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是如圖 所示的MS3H13OM 驅(qū)動(dòng)器。在電機(jī)選型過程中，必須首先計(jì)算出負(fù)載通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)軸的折算扭矩 折T ，下面就幾中常見的機(jī)械傳動(dòng)方式介紹折算扭矩 折T 的計(jì)算過程。負(fù)載力矩和最大靜力矩 maxM 。 tfa MMMM ??? （ 23） ? ? ????? T nJJM tma （ 24） 式中： aM 電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（ mN? ) mJ 、 tJ 電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量 ( 2scmKg ?? ) n電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（ r/min） T電機(jī)升速時(shí)間（ s） 2102 ????? isWuM f ?? （ 25） 式中： fM 導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)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(jī)力矩（ mN? ) tp 最大切削力（ N） 負(fù)載起動(dòng)頻率估算。精度是由電機(jī)的固 有特性所決定。一般地說最大靜力矩 maxMj 大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能決定于電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電源間的良好配合。甚至更小，精度容易保證，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，但功耗較大，效率較低。缺點(diǎn)是起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較低。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由四相繞組組成。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類型。 步進(jìn)電機(jī) 的選擇 及其驅(qū)動(dòng)器 設(shè)定 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (stepping motor)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般用于機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不作為定位機(jī)構(gòu)。現(xiàn)就兩者作以下分析： (1)絲杠螺母機(jī)構(gòu)：位移較準(zhǔn)確、降速比大，運(yùn)平穩(wěn)、無噪音、易自鎖，但高精度的絲杠制造比較困難，傳動(dòng)效率低。 其特點(diǎn)：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(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 的彈性變形來緩沖對(duì)工件的沖擊，可以減輕乃至消除對(duì)工件的損壞。 本設(shè)計(jì)中手爪 結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)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(jī)械機(jī)構(gòu)方面對(duì)手爪做如圖 的設(shè)計(jì)。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(jì) （ 1)手動(dòng)程序 —— 通過控制臺(tái) 上的按鈕，手動(dòng)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行各個(gè)方向的控制和機(jī)械手夾的加緊和放松動(dòng)作。 （ 2）輸出：指示燈、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備、氣動(dòng)開關(guān)、電磁開關(guān)。 控制要求 (1）定位精確性 —— 步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備，采用開環(huán)控制，滿足定位要求，用脈沖信號(hào)來控制機(jī)械手各方向的行程。機(jī)械手夾持部位采用氣動(dòng)控制?？梢院?jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。 3）易學(xué)易用，深受歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。就 PLC 的機(jī)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(diǎn)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。可編程控制器簡(jiǎn)稱 PLC，是指以計(jì)算機(jī)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(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它的運(yùn)用標(biāo)志著制造業(yè)向自動(dòng)化、無人化、智能化的方向邁進(jìn)。本課題的機(jī)械手貼近鋼絲繩工業(yè)的生產(chǎn)要求，具有很強(qiáng)的可行性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。其以起點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過脈沖計(jì)數(shù)得到目的點(diǎn)的位置，手動(dòng)操作機(jī)械手從參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到目的點(diǎn)后，保存目的點(diǎn)位的特征參數(shù)。 6 月 6 日前 畢業(yè)論文定稿 － 準(zhǔn)備和進(jìn)行畢業(yè)論文答辯 學(xué)系意見 系主任簽名： __ ______年 ___月 ___日 南通大學(xué)杏林學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文） 杏林學(xué)院信息學(xué)部自動(dòng)化系 2021 年 02 月 題 目 ： 基于 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)