【正文】 堅實的理論基礎，為論文的完成提供了有力的基礎。 3)在機械方面也可以進行改進，可以適當?shù)脑贉p小機械手的跨度，節(jié)省空間。如編碼等。繼電器的每分鐘開關次數(shù)也是有限制的，而晶體管則沒有。 電壓：晶體管可接直流 24V（繼電器可以接直流 24V 或交流 220V）。 5)程序設計，繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工 程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。該機械手工作方式有手動、自動兩種形式。 8）股機保護功能 9）提供節(jié)能的自動半流鎖定功能。但是如果所用的控制器發(fā)不出驅(qū)動器所要求的頻率，用再高細分數(shù)的驅(qū)動器也是沒用的。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅(qū)動負載，并留有足夠的余量。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。 步進電動機的驅(qū)動電源由變頻脈沖信號源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由此驅(qū)動電源向電機繞組提供脈沖電流。永磁式步進電動機消耗功率較小，步矩角較大。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。 (2)齒輪齒條機構(gòu)：傳動效率高，速度快、無自鎖。若電氣閥得電，手爪端汽缸運動手爪張開；若線圈失電，機械手手爪將恢復到自然狀態(tài)，保持夾緊狀態(tài)，實現(xiàn)自鎖功能，避免因偶然斷電導致被抓物掉落。其機構(gòu)多種多樣可以分為無關節(jié)、固定關節(jié)和自由關節(jié)三種，本設計是屬于固定關節(jié)的。 輸入 /輸出設備 （ 1）輸入：指令按鈕、旋鈕、急停按鈕、報警及指示裝置。 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 3 硬件選擇 （ 1）動 力源 —— 步進電機及其相應驅(qū)動設備。 5）體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，其 底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗只有幾瓦。加之 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得越來越容易。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，嚴格的生產(chǎn)工藝和制造，內(nèi)部電路采用了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。 伴隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，機械手它憑著定位精度高、工作性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)靈活、可精確控制等特點，被廣泛應用于輕、重工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、科研等高新技術領域。該系統(tǒng)利用步進電動機單位脈沖所具有的步進距離不變的特點，對其采用開環(huán)點位控制。 成 果 形 式 機械手控制系統(tǒng)； 畢業(yè)論文一篇。 學系意見：在組織專業(yè)指導委員會審核后，就該課題的工作量大小，難易程度及是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標和要求等內(nèi)容提出具體的意見和建議。 簽 名： 日 期： 本論文使用授權說明 本人完全了解南通大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保留論文及送交論文復印件，允許論文被查閱和借閱；學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容。 （ 保密的論文在解密后應遵守此規(guī)定 ） 學生簽名： 指導教師簽名： 日期： 南通大學杏林學院畢 業(yè)設計（論文）立題卡 課題名稱 基于 PLC的機械手控制系統(tǒng)的研究與設計 出題人 陳艷艷、陳娟 課題表述（簡述課題的背景、目的、意義、主要內(nèi)容、完成課題的條件、成果形式等） 目前，鋼絲繩行業(yè)在我國仍屬于傳統(tǒng)制造業(yè)，其生產(chǎn)工藝流程具有典型的“三高”特點：高能耗，高污染，高作業(yè)強度。 南通大學杏林學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 姓 名 陳周凱 專 業(yè) 工業(yè)電氣自動化 班 級 工電 081 指導教師 陳艷艷、陳娟 發(fā)任務書日期 2021 年 2 月 27 日 題目 ： 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)的研究與設計 課題的內(nèi)容和要求 （研究內(nèi)容、研究目標和解決的關鍵問題） 通過對鋼絲繩生產(chǎn)工序的了解和相關操作技術參數(shù)的咨詢和測量，結(jié)合實際工況，利用 PLC、步進電機和相關執(zhí)行、檢測機構(gòu)設計一種適用于鋼絲繩行業(yè)的機械手裝置。 進度計劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 － 查閱機械手設計、 PLC 的機械手控制系統(tǒng)、PLC 控制步進相關中外參考文獻，翻譯 一份英文資料。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)。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。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。 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)的工控設備。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備。機械手夾持部位采用氣動控制。 （ 2）輸出：指示燈、步進電機及其驅(qū)動設備、氣動開關、電磁開關。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。 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。一般用于機械手的傳動機構(gòu)，不作為定位機構(gòu)。 步進電動機分為機電式及磁電式兩種基本類型。缺點是起動頻率和運行頻率較低。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。精度是由電機的固 有特性所決定。負載力矩和最大靜力矩 maxM 。本設計選擇的步進電機驅(qū)動器是如圖 所示的MS3H13OM 驅(qū)動器。 10）撥碼開關直接設定細分數(shù)和電流。下面根據(jù)本設計的特點，對操作面板的設計說明如下： 1）按鈕： 電源：控制電源的開關 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)設計（論文） 14 第三章 軟件設計 PLC 控制系 統(tǒng)的設計及 I/O 口分配 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則 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，是設計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設計中最重要的一條原則。這就要求設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。 6)程序調(diào)試。 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（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）。 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。 所以本課題 的 I/O 口 分配如表 所示為： 表 PLC 的 I/O 分配說明 輸入 功能 (設備 ) 輸出 功能 (設備 X0 x 方向零點接近開關 Y0 x 橫向步進電機 X1 y 方向零點接近開關 Y1 y 水平步進電機 X2 z 方向零點接近開關 Y3 z 垂直步進電機 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 17 X3 工位接近開關（公用） Y5 y 水平步進電機轉(zhuǎn)向 X11 捻繩筒定位信號 Y6 z 水平步進電機轉(zhuǎn)向 X12 防 護罩打開信號 Y7 x 水平步進電機轉(zhuǎn)向 X13 防護罩關閉信號 Y10 開鎖氣缸電磁閥 X14 x 方向極限行程 Y11 氣爪氣缸電磁閥 X15 y 方向極限行程 Y14 電機拖死機構(gòu) X16 z 方向極限行程 Y15 復位零點指示燈 X17 夾持卡爪開關（串聯(lián)） Y16 報警燈 X21 開鎖氣缸伸接近開關（串聯(lián)） Y17 工作顯示燈 X22 開鎖氣缸縮接近開關（串聯(lián)） X23 z 方向安全鎖到位（里面接近開關） X24 氣源壓力開關 X25 鎖可靠接觸（串聯(lián)） X27 停止 X30 復位 X31 自動運行 X32 手動 /自動 X33 x 方向電機 X34 y 方向電機 X35 z 方向電機 X36 卡爪緊 X37 卡爪松 X40 關索 X41 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)設計（論文） 18 程序 設計 本課題的程序設計是根據(jù)鋼絲繩生產(chǎn)線中捻股車的生產(chǎn)要求來設計的，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)設計（論文） 21 初始化程序 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（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)設計（論文） 24 圖 返回原點程序體形圖（續(xù)）