【正文】 在這里首先要感謝我的論文指導(dǎo)老師陳老師。 I/O 口分配原則： 1)特殊、特定 I/O 點(diǎn) 優(yōu)先分配。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程的具體流程圖如圖 所示。 2. 保證 PLC 控制系統(tǒng)安全可靠 保 證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。 3）最大輸出驅(qū)動(dòng)電流 （有效值，峰值達(dá) 13A）， 16 擋電流選擇，適用多型號(hào)步進(jìn)電機(jī)。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 ???????? ??????????221 221 ?sgWJJiJJ St （ 22） 式中： tJ 折算至電機(jī)軸上的慣量 ( 2scmKg ?? ) 1J 、 2J 齒輪慣量 ( 2scmKg ?? ) sJ 絲桿慣量 ( 2scmKg ?? ) W 工作臺(tái)重量（ N） S 絲桿螺距（ cm） 3)計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩 M 。～15176。脈沖信號(hào)數(shù)是來(lái)控制機(jī)械手的行程的，而頻率是來(lái)控制其移動(dòng)速度的，更重要的是步進(jìn)電機(jī)能夠達(dá)到比較高的重復(fù)定位精度，沒(méi)有累積誤差。 設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)需要，對(duì)機(jī)械手的運(yùn)行速度、加速度、夾持物體重量、慣性和沖擊力、開(kāi)口尺寸進(jìn)行校核，且能夠自鎖，防止斷電或設(shè)備故障造成被抓物掉落。 （ 4) 操作臺(tái)布置 —— 盡力人性化處理，顯示實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及故障報(bào)警。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。可編程控制器因其優(yōu)良的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械手的控制系統(tǒng)中。 5 月 25 日 交畢業(yè)論文草稿 － 修改完善畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)成果演 示和驗(yàn)收。參與機(jī)械手系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作以及成品的調(diào)試與安裝。 課題來(lái)源 企業(yè)技改項(xiàng)目 課題類(lèi)別 應(yīng)用 該課題對(duì)學(xué)生的要求 熟悉 PLC編程邏輯，以及主流 PLC的產(chǎn)品和指令系統(tǒng) 了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理 了解常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理 了解常用的傳感檢測(cè)產(chǎn)品 學(xué)系意見(jiàn) 同意立題（ ） 不同意立題（ ） 學(xué)系主任簽名： ______________ ________年 ________月 ________日 注： 此表一式三份，學(xué)系、教務(wù)處、學(xué)生檔案各一份。 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(jiàn) 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) 作 者： 陳周凱 專(zhuān) 業(yè)： 工業(yè)電氣自動(dòng)化 班 級(jí)： 工電 081 指導(dǎo)教師： 陳艷艷、陳娟 I 摘 要 目前，鋼絲繩行業(yè)在我國(guó)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(diǎn)：高能耗，高污染，高作業(yè)強(qiáng)度?？删幊炭刂破骱?jiǎn)稱(chēng) 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(zhuān)門(mén)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。 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(lái)。 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(kāi)環(huán)控制，滿(mǎn)足定位要求，用脈沖信號(hào)來(lái)控制機(jī)械手各方向的行程。 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(mǎn)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)。 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)。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。 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。 4）最大細(xì)分 10000 步 /轉(zhuǎn)，有 16 種細(xì)分模式可以選擇。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。 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。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。陳 老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了 *老師悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)， 經(jīng)驗(yàn) 的匱乏，難免有許多考慮不周全之處，望給予指導(dǎo)，得到更大的提高。其確定依據(jù)是將與 PLC 相連的全部輸入、輸出器件根據(jù)所需的電壓、電流的大小和種類(lèi)分別統(tǒng)計(jì)，考慮將來(lái)發(fā)展的需要再相應(yīng)增加 10％～ 15％ 的余量。 7)調(diào)試過(guò)程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投入使用。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。 2）交流伺服原理，雙極性橫流細(xì)分驅(qū)動(dòng)。 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： 1)計(jì)算齒輪的減速比，根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比 i 計(jì)算如下： ???360Si ? （ 21） 式中 : φ 步進(jìn)電 機(jī)的步距角（ o/脈沖） S 絲桿螺距（ mm) Δ (mm/脈沖） 2)計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量 tJ 。這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角可做到 1176。 傳動(dòng)方式 本設(shè)計(jì)中機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)設(shè)備是步進(jìn)電機(jī)及其步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所以機(jī)械手的位移和運(yùn)動(dòng)速度，可由電控系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號(hào)數(shù)量及脈沖信號(hào)頻率來(lái)控制。手爪抓取工件時(shí)應(yīng)具有迅速性、 靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性。 （ 3）減速機(jī)構(gòu) —— 采用步進(jìn)電機(jī)的抱死系統(tǒng)。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方 式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。現(xiàn)代機(jī)械手主要運(yùn)用的是可編程控制器。 4 月 27 日前 完成中期檢查 － 完成軟硬件的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行的設(shè)備調(diào)試 － 撰寫(xiě)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）。 主要工作內(nèi)容包括：了解鋼絲繩生產(chǎn)工藝流程，具體工序的實(shí)施步驟和技術(shù)要求，從而為后期的機(jī)械手系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì) 與選型奠定基礎(chǔ)。 課題來(lái)源是指： ， ， 3. 其他。而本文研究的目的主要從降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率的角度出發(fā)，根據(jù)鋼絲繩制作工 藝的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)適合于本行業(yè)的機(jī)械手控制系統(tǒng)。它采用的是可編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并能通過(guò)數(shù)字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械手進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。更重要的是能夠使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序從而改變生產(chǎn)過(guò)程。 (2）行程限位保護(hù) —— 采用接近開(kāi)關(guān)作為限位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)限位控制。手爪的抓放動(dòng)作由通過(guò)氣缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱(chēng) 為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?？刂齐姍C(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為： 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 21011?????????????????mtitfqqJJMMMff （ 27） 式中： qf 帶載起動(dòng)頻率（ Hz） 0qf 空載起動(dòng)頻率（ Hz） iM 起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（ mN? ) 若負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定，則可按 021qq ff ? 進(jìn)行估算。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 5）過(guò)壓，過(guò)流，短路，溫度保護(hù) 6）所有輸入信號(hào)都經(jīng)過(guò)光電隔離。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。其適 輸出區(qū)別 如下： 1） 負(fù)載電壓、電流類(lèi)型不同 負(fù)載類(lèi)型：晶體管只能帶直流負(fù)載，而繼電器帶交、直流負(fù)載均可。 2)普通無(wú)指定 I/O 點(diǎn) 的歸類(lèi)分配。 其次感謝大學(xué)四年以來(lái)的每一位授課老師。 杜君文 , 程國(guó)全 . 數(shù)控技術(shù) [M]. 北京 : 高等教育出版社出版 , 2021. [12]王兆義 . 小型可編程控制器實(shí)用技術(shù) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社出版 , 2021. 南通大學(xué)杏林