【正文】 ing like high temperature, corrosion and poisonous gas appear at workplace, which would increased worker39。 設(shè)計(jì) 所使用的機(jī)械 手 系統(tǒng) (TVT99D)是 由 三菱FX2N48MT PLC 主機(jī)、 機(jī)械手 (滾珠絲桿、滑軌 )、 Syntron 42BYG250C 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動 器 、傳感器、光電編碼器 、氣動元件 等組成 ， 可 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手 的 上下移動、左右移動、底盤旋 轉(zhuǎn) 及 手爪旋轉(zhuǎn)、抓放 等動作 。 **大學(xué) 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 題目 基 于 FX2N 及組態(tài)王的氣動機(jī)械手監(jiān)控 學(xué) 生 姓 名 *** 所 在 學(xué) 院 **學(xué)院 專業(yè)及班級 測控技術(shù)與儀器 指 導(dǎo) 教 師 *** 完 成 日 期 年 月 日 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 在 工業(yè) 生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，會有一些 高溫、腐蝕及 有毒 氣體 出現(xiàn)在工作 環(huán)境中 ，危害了操作人員的健康 ，增加了工人的勞動強(qiáng)度。 本畢業(yè) 設(shè)計(jì)任務(wù) 主要通過 PLC 完成對一個(gè) 5 自由度的 機(jī)械手 模型 控制 ，使 其完成一系列的 生產(chǎn)動作 過程 ，并 使用組態(tài)王軟件 對機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動作 過程進(jìn)行了動 畫顯示 。 設(shè)計(jì)報(bào)告首先介紹了機(jī)械手控制方式的選擇和所選擇方式的簡介；其次介紹了應(yīng)用 PLC 設(shè)計(jì)機(jī)械手的步驟；還介紹了 PLC 機(jī)械手的程序調(diào)試；最后介紹了應(yīng)用組態(tài)王對機(jī)械手監(jiān)控的過程，包括畫面繪制、數(shù)據(jù)變量的設(shè)置等。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。 對于機(jī)械手的了解和控制 ， 能加深對所學(xué)知識的理解和鞏固，提高 動手能力和解決實(shí)際問題的能力。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 機(jī)械手首先是從美國開始研制的?，F(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。 近幾年國外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢。 其缺點(diǎn)是處理速度相對較慢，當(dāng)要處理的數(shù)據(jù)量特別是浮點(diǎn)運(yùn)算工作量比較大、實(shí)時(shí)性和精度要求比較高時(shí)運(yùn)用單片機(jī)開發(fā)控制系統(tǒng)就比較困難了。 3)DSP DSP器件具有很高的集成度，運(yùn)行速度更快，多級流水線和內(nèi)置的高速硬件乘法器，并且提供了 高度專業(yè)化的指令集，這些都提高了 FFT 快速傅里葉變 換和濾波器的運(yùn)算速度 ，所以 DSP器件多用于以算法為主的嵌入式系統(tǒng)。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 缺點(diǎn)有 操作內(nèi)存很難， 設(shè)計(jì)過于程式化且對于硬件的依賴型很強(qiáng)。編程安裝使用簡便、低價(jià)格長壽命。 PLC 具有很多的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，用 PLC 控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （二） PLC 簡介 PLC 和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。系統(tǒng)程序是每一個(gè) PLC 成品必須包括的部分，由 PLC 廠家提供，用于控制 PLC 本身的運(yùn) 行，系統(tǒng)程序固化在 EPROM 中。國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。 操作方便、維修容易 PLC 系統(tǒng)主要有以下功能： 輸入、輸出接口調(diào)理功能； 另外，采用 PLC 還可以大大縮短設(shè)計(jì)、編程和投產(chǎn)周期，使總價(jià)格進(jìn)一步降低。價(jià)格僅是選擇 PLC 品牌的一個(gè)因素，而可靠性是選擇控制裝置時(shí)需要考慮的又一個(gè)重要因素。 工 業(yè)過程控制 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 （ 三 ） 組態(tài)王簡介 組態(tài)王 是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件 ， 它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。 使用組態(tài)王實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)仿真的基本方法： (1)圖形界面的設(shè)計(jì) (2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 (3)建立動畫連接 (4)運(yùn)行和調(diào)試 使用組態(tài)王軟件開發(fā)具有以下幾個(gè)特點(diǎn) : (1)實(shí)驗(yàn)全部用軟件來實(shí)現(xiàn) ,只需利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn) ,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費(fèi)。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 (2)數(shù)據(jù) ,就是創(chuàng)建一個(gè)具體的數(shù)據(jù)庫 ,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬性 ,比如水位、流量等。該模型是 PLC 技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)有機(jī)結(jié)合成一體的教學(xué)儀器。 （ 3）水平移動的范圍：小于 21cm （ 4）垂直移動的范圍：小于 15cm （ 1） 步進(jìn)電機(jī) 采用 Syntron 42BYG250C 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械手的動作，相比直流電機(jī)有更好的制動效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機(jī)械手的運(yùn)動更加穩(wěn)定。/ 176。 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。/ 176。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則 ‘相數(shù) ’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角 。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動器信號端采用 +24V供電，需加 限流電阻（見圖 9 中 電阻）。另外若不采用驅(qū)動器，而采用 PLC 輸出觸點(diǎn)直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，會占用很多的輸出觸點(diǎn)，同時(shí)給編 程帶來不便。、 ’ 位用于對細(xì)分?jǐn)?shù)的設(shè)定，具 體設(shè)定如表 ! 所示。7 8 !9 067。 GND 直流電源地 +V 直流 電源正極，典型值 +24V A+ 電機(jī) A 相 A 電機(jī) A 相 B+ 電機(jī) B 相 B 電機(jī) B 相 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 采用 ZHENG ZGA37RA188i No： 105A127直流電機(jī)來控制底盤和手爪的旋轉(zhuǎn)動作。 COM 端接 PLC 的傳感器電源負(fù)端。機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動范圍。 圖 13. 傳感器工作原理圖 圖 14. 接近開關(guān) **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 （ 2） 限位開關(guān) 當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時(shí)，常開點(diǎn)閉合。 圖 16. 旋轉(zhuǎn)碼盤接線圖 圖 17. 旋轉(zhuǎn)碼盤**大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 三、 應(yīng)用 PLC 設(shè)計(jì)機(jī)械手的步驟 （ 一 ） 工藝控制和設(shè)計(jì)要求 本課題主要研究的是基于 PLC 的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。提供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，為維修和故障診斷 提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。到達(dá) B 點(diǎn)。之后再回到 第（ 2）步 ，循環(huán)動作，將物品一一運(yùn)送到 C 處。根據(jù)控制要求繪制控制流程圖，設(shè)計(jì)梯形圖控制程序并加以說明。用組態(tài)王軟件完成系統(tǒng)組態(tài)畫面設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。整理資料及圖紙、寫畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告。 故選用日本 三菱 公司生產(chǎn)的多功能小型 FX2N48MT主機(jī) ， 該機(jī)輸入點(diǎn)為 24 個(gè) ，輸出點(diǎn)為 24 個(gè) 。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指 令。 方案三：采用 STL指令的編程方式。 對于帶加減速功能的脈沖輸出指令 PLSR： 〔 S1設(shè)定值不到 110 時(shí)， 脈沖不能正常輸出。 〕 用來指定脈沖輸出元件， 只能用晶體管輸出型可編程序控制器 Y0或Y1。 〕用來指定脈沖頻率， 16 位指令的頻率范圍是 1— 32767Hz， 32 位指令的頻率范圍是 1— 100000Hz。 〔 D PLC 直接控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在 PLC 和步進(jìn)電機(jī)選型前，必須計(jì)算出脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量 3 個(gè)參數(shù)： 根據(jù)脈沖頻率確定 PLC 高速脈沖輸出頻率，根據(jù)脈沖數(shù)量確定 PLC 的位寬。 由于設(shè)計(jì)要求機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 30176。 故旋轉(zhuǎn) 30176。 只有 Y7被置 1時(shí)，計(jì)數(shù)器 C0 才能計(jì)數(shù)，底盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 30176。 開啟鍵 X17 按下時(shí)，置位 S20， 機(jī)械手 同時(shí)接收到上升、左移以及底盤逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)的指令，當(dāng)?shù)竭_(dá)了上限位 SQ左限位 SQ2 以及底盤原點(diǎn) SQ6 之后，置位 S21 步； (注： X016 為單步運(yùn)行控制，每步結(jié)束時(shí)必須接通 X016 才能進(jìn)入下一步 ，一下不再贅述； X001 接限位 SQ X003 接限位 SQ X5 接限位 SQ6； ) S21 步： 定時(shí) 器計(jì)時(shí) 2 秒，同時(shí)機(jī)械手爪松開，兩秒后進(jìn)入下一步 S22 步：手爪旋轉(zhuǎn)，到達(dá)限位后， SQ8 閉合，進(jìn)入下一步。到位后進(jìn)入下一步。為防止機(jī)械手出錯(cuò)造成損傷，采用了限位保護(hù)，若未完成指令就到達(dá)上限位 SQ3，則機(jī)械手停止運(yùn)動。 S28 步：手爪放松，將物品放置于 B 點(diǎn) 等待加工 。 5） C 點(diǎn)動作階段 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 S35 步：手爪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，到位后限位 SQ9 動作，控制手爪 停止。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 6）回歸 階段 S42 步 ： 機(jī)械手下降，之后回到 S24 步 。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 四 、 PLC 機(jī)械手的程序調(diào)試 由于 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長些。 PLC 的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開。初級與次級之 間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)使用的是 FX1N系列可編程控制器，所以有直流 24V 輸出接線端。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。 （二） 機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線 圖 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 X 1X 2X 3X 4X 5X 6X 1 0X 1 1X 1 6C O M底 盤 逆 轉(zhuǎn) 接 近 開 關(guān)底 盤 順 轉(zhuǎn) 接 近 開 關(guān)L 軸 上 限 位L 軸 下 限 位U 軸 右 限 位U 軸 左 限 位手 逆 轉(zhuǎn) 接 近 開 關(guān)手 順 轉(zhuǎn) 接 近 開 關(guān)啟 動 開 關(guān)Y 0Y 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6O P P OC PD I RF R E EA +A B +B D C +D C 步 進(jìn)電 機(jī)底 盤 順 轉(zhuǎn) 信 號 輸 出 端底 盤 逆 轉(zhuǎn) 信 號 輸 出 端手 夾 電 磁 閥 Y V 端Y 1 0Y 1 1手 逆 轉(zhuǎn) 信 號 輸 出 端手 順 轉(zhuǎn) 信 號 輸 出 端X 1 7單 步 運(yùn) 行 開 關(guān)O P P OC PD I RF R E EA +A B +B D C +D C 步 進(jìn)電 機(jī)+ 2 4 VC O M 1C O M 2C O M 3K AK AK AK AK A 圖 21. 外 部接線圖 圖 22. 實(shí)際接線圖**大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 五 、應(yīng)用組態(tài)王對機(jī)械手監(jiān)控過程 （一） 畫面繪制 仿照機(jī)械手原形繪制了機(jī)械手的監(jiān)控畫面，另加了用內(nèi) 置程序增加了級計(jì)數(shù)功能，每完成一個(gè)物品從 A點(diǎn)到 C點(diǎn)的循環(huán)過程，計(jì)數(shù)一次。如實(shí)際使用的 COM3 接口則選擇 COM3 進(jìn)行連接。所以遇到了不少的問題， 編程 以及調(diào)試時(shí)都遇到了一系列的困難，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程，鍛煉了 專業(yè)技 能， 提高了動手能力和解決問題的能力， 更 增加 了自己的毅力和耐性。 后來經(jīng)過老師指導(dǎo)，采用了晶體管輸出型的 PLC，順利完成了 控制功能 。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 未來提高機(jī)械手的工作效率，將一些步驟進(jìn)行了合并，這樣，沒走一個(gè)循環(huán)雖然節(jié)省的時(shí)間不多，但是若是在實(shí)際的持續(xù)循環(huán)生產(chǎn)過程則能起到很大的作用。 經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。能帶上這么 一份豐富的經(jīng)驗(yàn)走上以后的征途，心里感覺充實(shí)且信心十足。 為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了 PLC的繪圖技術(shù)。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。 在 四年 的學(xué)習(xí)和生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷 。 同時(shí)我還要感謝和我同在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的 ***、***、 ***等