【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 優(yōu)先分配。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計過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)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。 3）最大輸出驅(qū)動電流 （有效值，峰值達(dá) 13A）， 16 擋電流選擇，適用多型號步進(jìn)電機。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 ???????? ??????????221 221 ?sgWJJiJJ St （ 22） 式中： tJ 折算至電機軸上的慣量 ( 2scmKg ?? ) 1J 、 2J 齒輪慣量 ( 2scmKg ?? ) sJ 絲桿慣量 ( 2scmKg ?? ) W 工作臺重量（ N） S 絲桿螺距（ cm） 3)計算電機輸出的總力矩 M ?！?5176。脈沖信號數(shù)是來控制機械手的行程的，而頻率是來控制其移動速度的，更重要的是步進(jìn)電機能夠達(dá)到比較高的重復(fù)定位精度，沒有累積誤差。 設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)需要，對機械手的運行速度、加速度、夾持物體重量、慣性和沖擊力、開口尺寸進(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) 操作臺布置 —— 盡力人性化處理，顯示實時工作狀態(tài)及故障報警。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門?？删幊炭刂破饕蚱鋬?yōu)良的特點被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機械手的控制系統(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)計成果演 示和驗收。參與機械手系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計與制作以及成品的調(diào)試與安裝。 課題來源 企業(yè)技改項目 課題類別 應(yīng)用 該課題對學(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)電機的工作原理 了解常用的執(zhí)行機構(gòu)的工作原理 了解常用的傳感檢測產(chǎn)品 學(xué)系意見 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 系主任簽名： __ ______年 ___月 ___日 南通大學(xué)杏林學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 杏林學(xué)院信息學(xué)部自動化系 2021 年 02 月 題 目 ： 基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計 作 者： 陳周凱 專 業(yè)： 工業(yè)電氣自動化 班 級： 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。可編程控制器簡稱 PLC，是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。 4）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。 控制要求 (1）定位精確性 —— 步進(jìn)電機和步進(jìn)電機驅(qū)動器作為動力驅(qū)動設(shè)備，采用開環(huán)控制，滿足定位要求，用脈沖信號來控制機械手各方向的行程。 本設(shè)計中手爪 結(jié)構(gòu) 本設(shè)計中被夾持的工件是“工”字輪，是有凹槽回轉(zhuǎn)體，且滿輪的“工”字輪重量比較重，所以在機械機構(gòu)方面對手爪做如圖 的設(shè)計。 步進(jìn)電機 的選擇 及其驅(qū)動器 設(shè)定 步進(jìn)電動機 (stepping motor)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。甚至更小，精度容易保證，起動和運行頻率較高，但功耗較大，效率較低。 tfa MMMM ??? （ 23） ? ? ????? T nJJM tma （ 24） 式中： aM 電機啟動加速力矩（ mN? ) mJ 、 tJ 電機自身慣量與負(fù)載慣量 ( 2scmKg ?? ) n電機所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（ r/min） T電機升速時間（ s） 2102 ????? isWuM f ?? （ 25） 式中： fM 導(dǎo)軌摩擦折算至電機的轉(zhuǎn)矩（ mN? ) U 摩擦系數(shù) η 傳遞效率 2102 ??? ispM tt ?? （ 26） 式中： tM 切削力折算至電機力矩（ mN? ) tp 最大切削力（ N） 負(fù)載起動頻率估算。 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)計者在系統(tǒng)設(shè)計、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)計的每個階段，傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、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)致的教誨和無私的幫助，特別是她廣博的學(xué)識、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，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計， 經(jīng)驗 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、電流的大小和種類分別統(tǒng)計，考慮將來發(fā)展的需要再相應(yīng)增加 10％～ 15％ 的余量。 7)調(diào)試過程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投入使用。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計中的重點問題和疑難問題。 2）交流伺服原理，雙極性橫流細(xì)分驅(qū)動。 選擇步進(jìn)電機需要進(jìn)行以下計算： 1)計算齒輪的減速比，根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比 i 計算如下： ???360Si ? （ 21） 式中 : φ 步進(jìn)電 機的步距角（ o/脈沖） S 絲桿螺距（ mm) Δ (mm/脈沖） 2)計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量 tJ 。這種步進(jìn)電動機步矩角可做到 1176。 傳動方式 本設(shè)計中機械手的驅(qū)動設(shè)備是步進(jìn)電機及其步進(jìn)電機驅(qū)動器，所以機械手的位移和運動速度，可由電控系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號數(shù)量及脈沖信號頻率來控制。手爪抓取工件時應(yīng)具有迅速性、 靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性。 （ 3）減速機構(gòu) —— 采用步進(jìn)電機的抱死系統(tǒng)。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方 式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能?，F(xiàn)代機械手主要運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，并進(jìn)行的設(shè)備調(diào)試 － 撰寫畢業(yè)論文（設(shè)計說明書）。 主要工作內(nèi)容包括：了解鋼絲繩生產(chǎn)工藝流程，具體工序的實施步驟和技術(shù)要求，從而為后期的機械手系統(tǒng)軟硬件設(shè)計 與選型奠定基礎(chǔ)。 課題來源是指： ， ， 3. 其他。而本文研究的目的主要從降低工人勞動強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，設(shè)計適合于本行業(yè)的機械手控制系統(tǒng)。它采用的是可編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并能通過數(shù)字量或模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械手進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。更重要的是能夠使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序從而改變生產(chǎn)過程。 (2）行程限位保護(hù) —— 采用接近開關(guān)作為限位信號，實現(xiàn)限位控制。手爪的抓放動作由通過氣缸的伸縮來實現(xiàn)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度 (稱 為“步距角” )，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機又稱混合式步進(jìn)電動機?？刂齐姍C的啟動頻率與負(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（論文） 9 21011?????????????????mtitfqqJJMMMff （ 27） 式中： qf 帶載起動頻率（ Hz） 0qf 空載起動頻率（ Hz） iM 起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（ mN? ) 若負(fù)載參數(shù)無法精確確定，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（論文） 10 5）過壓，過流，短路，溫度保護(hù) 6）所有輸入信號都經(jīng)過光電隔離。例如：應(yīng)該保證 PLC 程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等），也能正常工作。其適 輸出區(qū)別 如下： 1） 負(fù)載電壓、電流類型不同 負(fù)載類型：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)普通無指定 I/O 點 的歸類分配。 其次感謝大學(xué)四年以來的每一位授課老師。 杜君文 , 程國全 . 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用技術(shù) [M]. 北京 : 機械工業(yè)出版社出版 , 2021. 南通大學(xué)杏林