【正文】 學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 致謝 幾個月的努力，本次畢業(yè)論文已經(jīng)接近尾聲。 I/O 點數(shù) I/O 點數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的依據(jù)。先進行模擬調(diào)試，再進行現(xiàn)場聯(lián)機調(diào)試；先進行局部、分段調(diào)試，再進行整體、系統(tǒng)調(diào)試。這就要求設(shè)計人員在設(shè)計前就要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關(guān)先進的國內(nèi)、國外資料。其驅(qū)動器特點如下： 1） AC80V220V 交流供電，能適應(yīng)惡劣的電網(wǎng) 環(huán)境。 選擇功率步進電機時，應(yīng)當估算機械負載的負載慣量和設(shè)備要求的啟動頻率，使之與步進電機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的需要。 反應(yīng)式步進電動機在定、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)計要求，所以 Y、 Z 方向優(yōu)先選用絲杠螺母機構(gòu)， X 方向 選用齒輪齒條機構(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）傳動機構(gòu) —— 機械手臂 Z 軸和 Y 軸采用滾珠絲杠螺母傳動， X 軸采用的是齒輪傳動。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)繼電器控制的機械手而言，因其控制裝置落后、接線復雜、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)計思想，熟悉 PLC 的機械手控制系統(tǒng)的原理，撰寫開題報告提出機械手系統(tǒng)設(shè)計的基本功能和架構(gòu) － 開始進行對 PLC 的機械手控制系統(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)計中期檢查。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)。 課題類別是指： ， 。 本文 重點分析了基于 PLC 的機械手控制系統(tǒng)的組成，并詳細敘述了在以 PLC 為核心的基礎(chǔ)上，對步進電動機進行綜合控制的軟、硬件的實現(xiàn)方法。 在現(xiàn)代工業(yè)運用中可編程控制器 （ PLC） 的特點如下： 1）可靠性高，抗干擾能力強 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) 故障報警系統(tǒng) —— 具有故障指示功能。 圖 機械手手爪示意圖 本設(shè)計中手爪的工作方式：機械手的夾緊 與放松由電氣閥控制?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。是永磁式步進電動機和反應(yīng)式步進電動機兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點。運行的最高頻率與升速時間的計算。 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、使用及維修方便 一個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)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓、設(shè)備的維護也將導致運行資金的增加。 電流：晶體管電流 ，繼電器 2A。 3)適當?shù)姆椒ü?jié) 省 I/O 點 數(shù)。論文中的主要參考文獻均為四年內(nèi)所學的教科書，這些理論教材給我了很大的幫助。 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 參考文獻 [1]臺達可編程控制器 DVP60ES200T 系列編程手冊，步進梯形圖指令，應(yīng)用指令說明書 . 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[11]王永章184。 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。 6)程序調(diào)試。下面根據(jù)本設(shè)計的特點，對操作面板的設(shè)計說明如下： 1）按鈕： 電源：控制電源的開關(guān) 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(shè)計（論文） 14 第三章 軟件設(shè)計 PLC 控制系 統(tǒng)的設(shè)計及 I/O 口分配 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)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(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中最重要的一條原則。本設(shè)計選擇的步進電機驅(qū)動器是如圖 所示的MS3H13OM 驅(qū)動器。精度是由電機的固 有特性所決定。缺點是起動頻率和運行頻率較低。一般用于機械手的傳動機構(gòu)，不作為定位機構(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。機械手夾持部位采用氣動控制。 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(shè)備。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。 進度計劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備 注 － 查閱機械手設(shè)計、 PLC 的機械手控制系統(tǒng)、PLC 控制步進相關(guān)中外參考文獻，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 ） 學生簽名： 指導教師簽名： 日期： 南通大學杏林學院畢 業(yè)設(shè)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(shè)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。 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。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。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，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(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、報警及指示裝置。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。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(yīng)用于各種開環(huán)控制。 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。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(yīng)能驅(qū)動負載，并留有足夠的余量。 8）股機保護功能 9）提供節(jié)能的自動半流鎖定功能。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。 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。堅實的理論基礎(chǔ)，為論文的完成提供了有力的基礎(chǔ)。 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。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，繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。該機械手工作方式有手動、自動兩種形式。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。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。永磁式步進電動機消耗功率較小，步矩角較大。 (2)齒輪齒條機構(gòu)：傳動效率高，速度快、無自鎖。其機構(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)計是屬于固定關(guān)節(jié)的。 南通大學杏林學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 硬件選擇 （ 1）動 力源 —— 步進電機及其相應(yīng)驅(qū)動設(shè)備。加之 PLC 通信能力的增強及人機界面技術(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(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有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權(quán)保留論文及送交論文復印件，允許論文被查閱和借閱；學校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。 南通大學杏林學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)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(wù)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(shè)計 課題的內(nèi)容和要求 （研究內(nèi)容、研究目標和解決的關(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)合實際工況，利用 PLC、步進電機和相關(guān)執(zhí)行、檢測機構(gòu)設(shè)計一種適