【正文】 （ 1）手動程序 手動操作不需要按工序順序進行動作，所以可按普通繼電器程序來設(shè)計。所以，至少需要 6 個輸出點。 河南理工畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 PLC 控制系統(tǒng) /輸出點數(shù)并選擇 P LC 型號 (1）輸入信號 位置檢測信號：下限、上限、右限、左限共 4 個行程開關(guān)，需要 4 個輸入端子。例如，按下“下降”按鈕，機械手下降；按下“上升”按鈕，機械手上升。 河南理工畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 第五章 機械手 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計 機械手的工藝過程 機械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作示意圖，如圖下圖所示。學習控制不需要了解太多的系統(tǒng)信息，但是需要 1~2 個學習周期，因此快速性相對較差，而且，學習控制的算法中有時需要實現(xiàn)超前環(huán)節(jié)，這用模擬器件是無法實現(xiàn)的，同時，學習控制還涉及到一個穩(wěn)定性的問題，在應用時要特別注意。而且神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時控制多個變頻器，因此在多個變頻器級聯(lián)時進行控制比較適合。 (4)直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是利用空間矢量坐標的概念，在定子坐標系下分析交流電動機的數(shù)學模型，控制電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過檢測定子電阻來達到觀測定子磁河南理工畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 鏈的目的，因此省去了矢量控制等復雜的變換計算，系統(tǒng)直觀、簡潔，計算速度和精度都比矢量控 制方式有所提高。通過控制各矢量的作用順序和時間以及零矢量的作用時間，又可以形成各種 P WM 波，達到各種不同的控制目的。減速時產(chǎn)生的再生能量使主電路直流電壓上升，為了防止再生過電壓保護電路動作，在直流電壓下降之前要進行控制，抑制頻率下降，防止失速再生過壓。過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。但瞬時停電時間在 10s 以上時，通常會使控制電路誤動作，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額定值，且持續(xù)通達規(guī)定的時間 以上，為了防止逆變器期間、線路等損壞要停止運轉(zhuǎn)。 (3)驅(qū)動電路 為驅(qū)動主電路器件的電路。 異步電動機在再生制動區(qū)域使 用時（轉(zhuǎn)差率為負），再生能量儲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產(chǎn)生的電壓脈動的“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 80 年代，作為變頻技術(shù)核心的 PWM 模式優(yōu)化問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，三相電動機定子旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速n定子電流頻率 f 及磁極對數(shù) p 之間的關(guān)系是 （ 34） 機械手電機的選用 Y2 系列三相異步電 動機具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、噪音低、振動小、絕緣等級高等特點，產(chǎn)品現(xiàn)已達到九十年代國際先進水平，是 Y 系列電機的更新產(chǎn)品 。下面來討論旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成 ，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖 35（ b）所示。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。 吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機 座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機。三相電動機的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。 選擇 P LC 時，應考慮性能價格比。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 P LC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。 輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間 約為 1ms，負載由導通到斷開時的最大滯后時間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為 1ms。 在用戶程序執(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)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CP U 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時， C PU 從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí) 行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢?RUN）狀態(tài)時，還要完成另外 3 個階段的操作。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變 化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程序控制器停機 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。不同型號的 P LC，循環(huán)掃描周期在 1 微秒到幾十微秒之間。但是，在中國等發(fā)展中國家 P LC 的增長十分迅速。圖中電動機 3 經(jīng)減速器 主動小齒輪 中間齒輪 大齒輪 7 驅(qū)動絲桿 2 旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動升降臺上下運動。如右圖所示，裝在桿上端的滾子 3 和楔塊之間為滾動接觸。 機械手夾持器和機座的結(jié)構(gòu) 1．機械手夾持器 機械手的機械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運動方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型。其機構(gòu)特點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，當螺桿轉(zhuǎn)動時，剛球沿螺旋滾道滾動并帶動螺母作直線運動。 2. 滑動螺旋機構(gòu) 螺旋副內(nèi)為滑動摩擦的的螺旋機構(gòu)，稱為滑動螺旋機構(gòu)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名： 日期： 年 月 日 河南理工畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 機械手的 PLC 的控制設(shè)計 摘要 機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關(guān)鍵部件之一。 作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權(quán)保存畢業(yè) 設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文） （ 說 明 書 ） 題 目 ： 機械手的 PLC 的控制設(shè)計 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文） 任 務(wù) 書 姓名 專業(yè) 機電一體化 任 務(wù) 下 達 日 期 年 月 日 設(shè)計 （ 論 文） 開 始日期 年 月 日 設(shè)計 （ 論 文）完成日期 年 月 日 設(shè)計 （ 論 文） 題 目： A 作者簽名： 日 期： 河南理工畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件組成；電氣方面有交流電機、變頻器、傳感器、等電子器件組成?；瑒勇菪龣C構(gòu)所用的螺紋為傳動性能好，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和雙支點回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。當電機帶動連桿前進時，通過楔塊 4 的斜面和杠桿 1，使兩個手抓產(chǎn)生加緊動作和加緊力。整個機座安裝在基座 8 上。綜合相關(guān)資料， 20xx 年全球 P LC 的銷售收入為 100 億美元左右，在自動化領(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，在微秒量級，解算 1K 邏輯程序不到 1 毫秒。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，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 個階段。 在可編程序控制器的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。在執(zhí)行指令時，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，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應的邏輯運算，運算結(jié)果寫入到對應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。 當用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當大的比例。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可 控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。 由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 P LC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K存儲器選擇?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 （ 1）外殼 三相電動機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 （ 2）定子鐵心 異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由 ～ 厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖 32 所示。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。 100kW 以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉(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。 外殼防護等級 IP 54， 它具有良好的起動性能和運行性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維修方便等特點 ， 電機采用 E 級或 B 級絕緣，外殼防護等級為 IP44，冷卻方式為 ICO141，額定頻率為 50Hz，額定電壓為 380V。 20 世紀 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的 VVVF 變頻器已投入市場并獲得了廣泛應用。另外，異步電動機需要制動時，有時需附加“制動回路”。一般說來，由機械系統(tǒng)（含電動機）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用逆變器向電源反饋或設(shè)置制動回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓升高。它使主電路器件導通、關(guān)斷。恰當?shù)谋Ｗo需要反時限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護（使用電子電路）。 ⑤接地過電流保護。動作頻繁時，可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。 變頻器的分類 和控制方式 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可 以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，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，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，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。例如形成開關(guān)次數(shù)最少的 P WM 波以減少開關(guān)損耗。即使在開環(huán)的狀態(tài)下，也能輸出 100%的額定轉(zhuǎn)矩，對于多拖動具有負荷平衡功能。但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)太多或者算法過于復雜都會在具體應用中帶來不少實際困難。