【正文】 （ 1）手動(dòng)程序 手動(dòng)操作不需要按工序順序進(jìn)行動(dòng)作，所以可按普通繼電器程序來(lái)設(shè)計(jì)。所以，至少需要 6 個(gè)輸出點(diǎn)。 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) PLC 控制系統(tǒng) /輸出點(diǎn)數(shù)并選擇 P LC 型號(hào) (1）輸入信號(hào) 位置檢測(cè)信號(hào)：下限、上限、右限、左限共 4 個(gè)行程開(kāi)關(guān)，需要 4 個(gè)輸入端子。例如，按下“下降”按鈕，機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升。 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 第五章 機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械手的工藝過(guò)程 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動(dòng)作示意圖，如圖下圖所示。學(xué)習(xí)控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要 1~2 個(gè)學(xué)習(xí)周期，因此快速性相對(duì)較差，而且，學(xué)習(xí)控制的算法中有時(shí)需要實(shí)現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，學(xué)習(xí)控制還涉及到一個(gè)穩(wěn)定性的問(wèn)題，在應(yīng)用時(shí)要特別注意。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時(shí)控制多個(gè)變頻器，因此在多個(gè)變頻器級(jí)聯(lián)時(shí)進(jìn)行控制比較適合。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標(biāo)的概念，在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)檢測(cè)定子電阻來(lái)達(dá)到觀測(cè)定子磁河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 鏈的目的，因此省去了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀、簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度和精度都比矢量控 制方式有所提高。通過(guò)控制各矢量的作用順序和時(shí)間以及零矢量的作用時(shí)間，又可以形成各種 P WM 波，達(dá)到各種不同的控制目的。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，在直流電壓下降之前要進(jìn)行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過(guò)壓。過(guò)載檢出裝置與逆變器保護(hù)共用，但考慮低速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)熱時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護(hù)來(lái)檢出過(guò)熱。但瞬時(shí)停電時(shí)間在 10s 以上時(shí)，通常會(huì)使控制電路誤動(dòng)作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止工作。逆變器輸出電流超過(guò)額定值，且持續(xù)通達(dá)規(guī)定的時(shí)間 以上，為了防止逆變器期間、線(xiàn)路等損壞要停止運(yùn)轉(zhuǎn)。 (3)驅(qū)動(dòng)電路 為驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。 異步電動(dòng)機(jī)在再生制動(dòng)區(qū)域使 用時(shí)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)），再生能量?jī)?chǔ)存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。圖 42示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆變時(shí)產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。 20 世紀(jì) 80 年代，作為變頻技術(shù)核心的 PWM 模式優(yōu)化問(wèn)題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波 P WM 模式效果最佳。因此，三相電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速n定子電流頻率 f 及磁極對(duì)數(shù) p 之間的關(guān)系是 （ 34） 機(jī)械手電機(jī)的選用 Y2 系列三相異步電 動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、噪音低、振動(dòng)小、絕緣等級(jí)高等特點(diǎn)，產(chǎn)品現(xiàn)已達(dá)到九十年代國(guó)際先進(jìn)水平，是 Y 系列電機(jī)的更新產(chǎn)品 。下面來(lái)討論旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而成 ，稱(chēng)為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖 35（ b）所示。線(xiàn)圈由絕緣銅導(dǎo)線(xiàn)或絕緣鋁導(dǎo)線(xiàn)繞制。 吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機(jī) 座的上端，用來(lái)起吊、搬抬三相電動(dòng)機(jī)。三相電動(dòng)機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。 選擇 P LC 時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 P LC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。 輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類(lèi)型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間 約為 1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為 1ms。 在用戶(hù)程序執(zhí)行階段， P LC 的 C PU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶(hù)程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和 CP U 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)， C PU 從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí) 行用戶(hù)程序，直到用戶(hù)程序結(jié)束之處?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變 化的輸入信號(hào)，用戶(hù)程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。不同型號(hào)的 P LC，循環(huán)掃描周期在 1 微秒到幾十微秒之間。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家 P LC 的增長(zhǎng)十分迅速。圖中電動(dòng)機(jī) 3 經(jīng)減速器 主動(dòng)小齒輪 中間齒輪 大齒輪 7 驅(qū)動(dòng)絲桿 2 旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。如右圖所示，裝在桿上端的滾子 3 和楔塊之間為滾動(dòng)接觸。 機(jī)械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu) 1．機(jī)械手夾持器 機(jī)械手的機(jī)械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是在螺桿和螺母之間設(shè)有封 閉循環(huán)滾道，并在其間放如剛球，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剛球沿螺旋滾道滾動(dòng)并帶動(dòng)螺母作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 2. 滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滑動(dòng)摩擦的的螺旋機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 機(jī)械手的 PLC 的控制設(shè)計(jì) 摘要 機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文） （ 說(shuō) 明 書(shū) ） 題 目 ： 機(jī)械手的 PLC 的控制設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文） 任 務(wù) 書(shū) 姓名 專(zhuān)業(yè) 機(jī)電一體化 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 年 月 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 開(kāi) 始日期 年 月 日 設(shè)計(jì) （ 論 文）完成日期 年 月 日 設(shè)計(jì) （ 論 文） 題 目： A 作者簽名： 日 期： 河南理工畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成?；瑒?dòng)螺旋機(jī)構(gòu)所用的螺紋為傳動(dòng)性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。按循環(huán)方式的不同，分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種形式?；剞D(zhuǎn)型手抓有可分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)連桿前進(jìn)時(shí)，通過(guò)楔塊 4 的斜面和杠桿 1，使兩個(gè)手抓產(chǎn)生加緊動(dòng)作和加緊力。整個(gè)機(jī)座安裝在基座 8 上。綜合相關(guān)資料， 20xx 年全球 P LC 的銷(xiāo)售收入為 100 億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 P LC 用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。 除了執(zhí)行用戶(hù)程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段。 在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱(chēng)為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 當(dāng)用戶(hù)程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。并對(duì)控制線(xiàn)路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線(xiàn)圈或輸出線(xiàn)圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類(lèi)型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可 控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 P LC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K存儲(chǔ)器選擇?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿(mǎn)意的產(chǎn)品。 （ 1）外殼 三相電動(dòng)機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線(xiàn)盒及吊環(huán)等部件。 （ 2）定子鐵心 異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由 ～ 厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖 32 所示。中、小型三相電動(dòng)機(jī)多采用圓漆包線(xiàn)，大、中型三相電動(dòng)機(jī)的定子線(xiàn)圈則用較大截面的絕緣扁銅線(xiàn)或扁鋁線(xiàn)繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。 100kW 以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。如圖 所示， U1U2 , V1 V2, W1W2為三相定子繞組，在空間彼此相隔 120176。 外殼防護(hù)等級(jí) IP 54， 它具有良好的起動(dòng)性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便等特點(diǎn) ， 電機(jī)采用 E 級(jí)或 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為 IP44，冷卻方式為 ICO141，額定頻率為 50Hz，額定電壓為 380V。 20 世紀(jì) 80 年代后半期開(kāi)始，美、日、德、英等發(fā)達(dá)國(guó)家的 VVVF 變頻器已投入市場(chǎng)并獲得了廣泛應(yīng)用。另外，異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)需附加“制動(dòng)回路”。一般說(shuō)來(lái)，由機(jī)械系統(tǒng)（含電動(dòng)機(jī)）慣量積蓄的能量比電容能儲(chǔ)存的能量大，需要快速制動(dòng)時(shí)，可用逆變器向電源反饋或設(shè)置制動(dòng)回路（開(kāi)關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓升高。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護(hù)（使用電子電路）。 ⑤接地過(guò)電流保護(hù)。動(dòng)作頻繁時(shí)，可以考慮減輕電動(dòng)機(jī)負(fù)載、增加電動(dòng)機(jī)及逆變器容量等。 變頻器的分類(lèi) 和控制方式 變頻器的分類(lèi)方法有多種，按照主電路工作方式分類(lèi)，可 以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開(kāi)關(guān)方式分類(lèi)，可以分為 P AM 控制變頻器、 PWM控制變頻器和高載頻 P WM 控制變頻器；按照工作原理分類(lèi)，可以分為 V/f 控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類(lèi)，可以分為通用變頻器、高性能專(zhuān)用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。例如形成開(kāi)關(guān)次數(shù)最少的 P WM 波以減少開(kāi)關(guān)損耗。即使在開(kāi)環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩，對(duì)于多拖動(dòng)具有負(fù)荷平衡功能。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過(guò)于復(fù)雜都會(huì)在具體應(yīng)用中帶來(lái)不少實(shí)際困難。