【正文】 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 致謝 幾個(gè)月的努力，本次畢業(yè)論文已經(jīng)接近尾聲。 I/O 點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的依據(jù)。先進(jìn)行模擬調(diào)試，再進(jìn)行現(xiàn)場聯(lián)機(jī)調(diào)試；先進(jìn)行局部、分段調(diào)試，再進(jìn)行整體、系統(tǒng)調(diào)試。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。其驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)如下： 1） AC80V220V 交流供電，能適應(yīng)惡劣的電網(wǎng) 環(huán)境。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和設(shè)備要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足快速移動(dòng)的需要。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩 種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 為滿足設(shè)計(jì)要求，所以 Y、 Z 方向優(yōu)先選用絲杠螺母機(jī)構(gòu)， X 方向 選用齒輪齒條機(jī)構(gòu)。可根據(jù)夾持對象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作。 （ 2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu) —— 機(jī)械手臂 Z 軸和 Y 軸采用滾珠絲杠螺母傳動(dòng)， X 軸采用的是齒輪傳動(dòng)。它接口容易，編程語言容易為工程技術(shù)人員所接受。就傳統(tǒng)繼電器控制的機(jī)械手而言，因其控制裝置落后、接線復(fù)雜、易受干擾、穩(wěn)定性差、維修困難等劣勢，逐步退 出了歷史舞臺。 － 理解課題設(shè)計(jì)思想，熟悉 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)的原理，撰寫開題報(bào)告提出機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本功能和架構(gòu) － 開始進(jìn)行對 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)的深入研究 3 月 17 日 ~3 月 30日完成開題答辯 － 畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查。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)。 課題類別是指： ， 。 本文 重點(diǎn)分析了基于 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)的組成，并詳細(xì)敘述了在以 PLC 為核心的基礎(chǔ)上，對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合控制的軟、硬件的實(shí)現(xiàn)方法。 在現(xiàn)代工業(yè)運(yùn)用中可編程控制器 （ PLC） 的特點(diǎn)如下： 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 可靠性是電 氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 (3) 故障報(bào)警系統(tǒng) —— 具有故障指示功能。 圖 機(jī)械手手爪示意圖 本設(shè)計(jì)中手爪的工作方式：機(jī)械手的夾緊 與放松由電氣閥控制?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。 7）可適應(yīng)供陽，供陰，單 /雙脈沖多重模式。 3. 力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便 一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。 電流：晶體管電流 ，繼電器 2A。 3)適當(dāng)?shù)姆椒ü?jié) 省 I/O 點(diǎn) 數(shù)。論文中的主要參考文獻(xiàn)均為四年內(nèi)所學(xué)的教科書，這些理論教材給我了很大的幫助。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 參考文獻(xiàn) [1]臺達(dá)可編程控制器 DVP60ES200T 系列編程手冊，步進(jìn)梯形圖指令，應(yīng)用指令說明書 . [2]李寧 , 劉啟新 . 電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社出版 , 2021. [3]齊占慶 . 機(jī)床電氣控制技術(shù) [M]. 北京 : 機(jī)械工業(yè)出版社出版 , 2021. [4]程子華 . PLC 原理與編程實(shí)例分析 [M]. 北京 : 國防工業(yè)出版社出版 , 2021. [5]秦曾煌 . 電工學(xué)電子技術(shù) [M]. 第六版 , 北京 : 高等教育出版社出版 , 2021. [6]張建民 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]. 北京 : 北京理工大學(xué)出版社 , 2021. [7]白傳悅 . 裝配機(jī)械手 PLC 控制系統(tǒng) [J]. 機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用 , 2021,5(48),134~136 [8]凌志浩 .智能儀表原理與設(shè)計(jì)技術(shù) [M].上海，華東理工大學(xué)出版社， 2021， 6 [9]陸祥生 , 楊秀蓮 . 機(jī)械手理論及應(yīng)用 [M]. 北京 : 中國鐵道出版社出版 , 1985. [11]王永章184。 本文中使用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，故采用晶體管輸出，直流 D24V 電源，而兩個(gè)電磁閥用的是繼電器輸出。 6)程序調(diào)試。下面根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，對操作面板的設(shè)計(jì)說明如下： 1）按鈕： 電源：控制電源的開關(guān) 停止：切斷三個(gè)方向上步進(jìn)電機(jī)的電源 復(fù)位：使機(jī)械手自動(dòng)回歸 到零點(diǎn)位置 自動(dòng)運(yùn)行：啟動(dòng)自動(dòng)運(yùn)行的程序 手動(dòng) /自動(dòng)：手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行的切換按鈕 X 方向電機(jī)：手動(dòng)運(yùn)行時(shí) X 方向的電機(jī)啟動(dòng)按鈕 Y 方向電機(jī)：手動(dòng)運(yùn)行時(shí) Y 方向的電機(jī)啟動(dòng)按鈕 Z 方向電機(jī)：手動(dòng)運(yùn)行時(shí) Z 方向的電機(jī)啟動(dòng)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(jī)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(fù)位零點(diǎn)指示燈：判斷是否在復(fù)位零點(diǎn)的指示燈 報(bào)警燈：故障 /出錯(cuò)指示燈 工作顯示燈：顯示機(jī)械手是否處于工作狀態(tài) 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第三章 軟件設(shè)計(jì) PLC 控制系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)及 I/O 口分配 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。本設(shè)計(jì)選擇的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是如圖 所示的MS3H13OM 驅(qū)動(dòng)器。精度是由電機(jī)的固 有特性所決定。缺點(diǎn)是起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較低。一般用于機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不作為定位機(jī)構(gòu)。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。機(jī)械手夾持部位采用氣動(dòng)控制。 3）易學(xué)易用，深受歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它的運(yùn)用標(biāo)志著制造業(yè)向自動(dòng)化、無人化、智能化的方向邁進(jìn)。 進(jìn)度計(jì)劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 － 查閱機(jī)械手設(shè)計(jì)、 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)、PLC 控制步進(jìn)相關(guān)中外參考文獻(xiàn)，翻譯 一份英文資料。 （ 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 ） 學(xué)生簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）立題卡 課題名稱 基于 PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 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(diǎn)：高能耗，高污染，高作業(yè)強(qiáng)度。 學(xué)系意見：在組織專業(yè)指導(dǎo)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(biāo)和要求等內(nèi)容提出具體的意見和建議。該系統(tǒng)利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單位脈沖所具有的步進(jìn)距離不變的特點(diǎn)，對其采用開環(huán)點(diǎn)位控制。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝和制造，內(nèi)部電路采用了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。 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。 輸入 /輸出設(shè)備 （ 1）輸入：指令按鈕、旋鈕、急停按鈕、報(bào)警及指示裝置。若電氣閥得電，手爪端汽缸運(yùn)動(dòng)手爪張開；若線圈失電，機(jī)械手手爪將恢復(fù)到自然狀態(tài)，保持夾緊狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自鎖功能，避免因偶然斷電導(dǎo)致被抓物掉落。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差 (精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。 8）股機(jī)保護(hù)功能 9）提供節(jié)能的自動(dòng)半流鎖定功能。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工 程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。 電壓：晶體管可接直流 24V（繼電器可以接直流 24V 或交流 220V）。如編碼等。堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，為論文的完成提供了有力的基礎(chǔ)。 3)在機(jī)械方面也可以進(jìn)行改進(jìn)，可以適當(dāng)?shù)脑贉p小機(jī)械手的跨度，節(jié)省空間。繼電器的每分鐘開關(guān)次數(shù)也是有限制的，而晶體管則沒有。 5)程序設(shè)計(jì)，繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。該機(jī)械手工作方式有手動(dòng)、自動(dòng)兩種形式。但是如果所用的控制器發(fā)不出驅(qū)動(dòng)器所要求的頻率，用再高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器也是沒用的。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率較小，步矩角較大。 (2)齒輪齒條機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)效率高，速度快、無自鎖。其機(jī)構(gòu)多種多樣可以分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種，本設(shè)計(jì)是屬于固定關(guān)節(jié)的。 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 硬件選擇 （ 1）動(dòng) 力源 —— 步進(jìn)電機(jī)及其相應(yīng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。加之 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得越來越容易。 伴隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，機(jī)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(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于輕、重工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、科研等高新技術(shù)領(lǐng)域。 成 果 形 式 機(jī)械手控制系統(tǒng)； 畢業(yè)論文一篇。 簽 名： 日 期： 本論文使用授權(quán)說明 本人完全了解南通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留論文及送交論文復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。 南通大學(xué)杏林學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 姓 名 陳周凱 專 業(yè) 工業(yè)電氣自動(dòng)化 班 級 工電 081 指導(dǎo)教師 陳艷艷、陳娟 發(fā)任務(wù)書日期 2021 年 2 月 27 日 題目 ： 基于 PLC 的機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 課題的內(nèi)容和要求 （研究內(nèi)容、研究目標(biāo)和解決的關(guān)鍵問題） 通過對鋼絲繩生產(chǎn)工序的了解和相關(guān)操作技術(shù)參數(shù)的咨詢和測量，結(jié)合實(shí)際工況，利用 PLC、步進(jìn)電機(jī)和相關(guān)執(zhí)行、檢測機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一種適