【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能滿足機(jī) 械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般的說(shuō)最大靜力矩 maxMj 大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到設(shè)備所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲杠導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 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)載慣性和設(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。 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： （ 1）計(jì)算電機(jī)的步距角比，根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，步距角θ 計(jì)算如下： ?????? 10 2 6 0S i3 6 0Δθ 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 式中： S絲杠螺距 (mm) Δ (mm/脈沖 ) i減速比 （ 2）計(jì)算電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 M NmFM 0 0 100 2 0 0i2 10 33 ???? ?????? ??πη△ 式中： F啟動(dòng)單元負(fù)載 (N) η 傳動(dòng)系統(tǒng)總效率 (此處先以 1 帶入 ) 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以選擇 17HS001 電機(jī)。 17HS001 電機(jī)的具體參數(shù)如表 所示。 表 42HS003 步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 電機(jī)型號(hào) 相數(shù) 步距角 相電流 驅(qū)動(dòng) 電壓 最大 靜轉(zhuǎn) 矩 相 電 阻 相 電 感 重 量 配套 驅(qū)動(dòng) 器 17HS001 2 176。 A DC24 V Nm Ω mH Kg ST2H B02X 與該步進(jìn)電機(jī)相匹配的驅(qū)動(dòng)器為 ST2HB02X 驅(qū)動(dòng)器。 ST2HB02X 驅(qū)動(dòng)器采用MicrosChip 芯片，采用新型的雙極性恒相流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大 64 細(xì)分高性能驅(qū)動(dòng)，適合驅(qū)動(dòng) 2A。 以下 42 系列， 57 系列兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床，紡織機(jī)械，噴繪機(jī)，疲勞測(cè)試機(jī)等用戶希望成本低，低振動(dòng)，高精度，高速度的場(chǎng)合。 技術(shù)參數(shù)： 型號(hào) ST2HB02X 相 數(shù)：二相 工作電壓： DC(1040)V 驅(qū)動(dòng)電流： DC()A 驅(qū)動(dòng)方式：全橋雙極恒相流驅(qū)動(dòng) 電流設(shè)置： 分度 細(xì)分功能：相電流不高于 2A/相的兩相，四相混合式步進(jìn)電機(jī) 冷卻方式：散熱器 (安裝在通風(fēng)良好的 場(chǎng)合 ) 環(huán)境溫度： 0～ 50℃ 尺寸 /重量： 130 73 33mm/280g 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為保證機(jī)械手重復(fù)定位精度，對(duì)機(jī)械手每工作循環(huán)提出返回原點(diǎn)校零位要求。 在初始位置添置限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)觸及時(shí)發(fā)出已達(dá)原點(diǎn)命令，停止遠(yuǎn)動(dòng)。同時(shí)鎖定繼續(xù)前進(jìn)行動(dòng)，能且只能反向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)因故障或暴力操作造成的超程保護(hù)功能。非原點(diǎn)端只作超程保護(hù)不作為定位。 圖 傳動(dòng)絲杠示意圖 操作面板以貼近人們?nèi)粘９ぷ髁?xí)慣、符合人體工程學(xué)、方便工作人員直接操作、反應(yīng)自動(dòng)工作狀態(tài)為原則，與后文 I/O 采用方案相匹配，進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖 所示。 該機(jī)械手工作方式有手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)工作 (自動(dòng) )四種形 式。具體有原點(diǎn)、路徑關(guān)鍵點(diǎn)、報(bào)警指示、工作狀態(tài)指示等功能。下面 操作面板說(shuō)明如下： 設(shè)備原點(diǎn)：機(jī)械手的設(shè)備原點(diǎn)。任何停止?fàn)顟B(tài)， 旋轉(zhuǎn)旋鈕到原點(diǎn)，啟動(dòng)回原點(diǎn)按鈕，機(jī)械手回到了原點(diǎn)。 手動(dòng)方式：各自的按鈕使各個(gè)負(fù)載單獨(dú)接通或斷開(kāi)。實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí)按操作者的指令進(jìn)行動(dòng)作。同時(shí)也負(fù)責(zé)起自動(dòng)工作方式中每一工步目 的記錄保存工 作。 單步：旋鈕旋轉(zhuǎn)單周期工作，按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行一個(gè)工步。 單周期：旋鈕旋轉(zhuǎn)單周期工作，按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行一個(gè)周期。 連續(xù)工作 (自動(dòng)狀態(tài) )：在用戶原點(diǎn)，旋鈕旋轉(zhuǎn)自動(dòng)，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕連續(xù)反復(fù)進(jìn)行，途中按動(dòng)停止按鈕，運(yùn)行到原定后停止。 LED 指示燈：狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。 電源和急停按鈕與 PLC 工作無(wú)關(guān)。該按鈕使用來(lái)接通或斷開(kāi) PLC 外部負(fù)載的電源。 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三章 軟件設(shè)計(jì) 總體流程圖的設(shè)計(jì) 圖 工作流程圖 本機(jī)械手采用點(diǎn)位控制，我們可將整個(gè)運(yùn)動(dòng)看作折線運(yùn)動(dòng)，每一步動(dòng)作歸納為參數(shù)不同的點(diǎn)位之間動(dòng)作。以起點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)，得到目的點(diǎn)位置。手動(dòng)操作機(jī)械手從參考點(diǎn)到達(dá)目的點(diǎn)后，保存目的點(diǎn)的相 對(duì)特征參數(shù)，并對(duì)每一步保存的參數(shù)進(jìn)行列表管理。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下 點(diǎn)位輸入，自動(dòng)模式查表“ 仿行”運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)設(shè)置好以后就可以按預(yù)先設(shè)置自動(dòng)運(yùn)行。 核心思想：記錄關(guān)鍵點(diǎn)，構(gòu)造工作路徑和狀態(tài)?，F(xiàn)就四工位作以下說(shuō)明。 用戶在手動(dòng)原點(diǎn)狀態(tài)下，控制機(jī)械手至 A 點(diǎn)位 (到 A 點(diǎn)的路徑可制定中間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)繞行 )，按下保存，記錄該店重要參數(shù)。之后控制機(jī)械手到 B 點(diǎn)位夾取工件，同時(shí)記錄機(jī)械手位置及加緊位置，為簡(jiǎn)化過(guò)程，可在 A 點(diǎn)設(shè)置機(jī)械手張開(kāi)， B 點(diǎn)設(shè)置夾緊。 控制機(jī)械手移動(dòng)，同前所述記錄關(guān)鍵點(diǎn)位，到 D 點(diǎn)放下工件。再用同樣的方法到下一工位進(jìn)行操作。 三菱 PLC的選擇 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 滿足被控制 對(duì)象的控制要求考慮將來(lái)的發(fā)展的需要， PLC 選用功能較強(qiáng)的新產(chǎn)品，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊? 系統(tǒng)安全、可靠。 盡可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用與維護(hù)方便。 具有較高的性價(jià)比。 三菱 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 分析被控對(duì)象，提出控制要求。 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 確定輸入、輸出設(shè)備。 確定 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)，選擇 PLC 機(jī)型。 分配 I/O 點(diǎn)數(shù)，繪制 PLC 控制系統(tǒng)輸入、輸出端子接線圖。 程序設(shè)計(jì)，繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。 程序調(diào)試。先進(jìn)行模擬調(diào)試，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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 。 調(diào)試過(guò)程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投入使用。 圖 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖 三菱 PLC 品牌選擇 世界上生產(chǎn) PLC 的廠商有數(shù)百家，構(gòu)成美國(guó)、歐洲和日本三大技術(shù)陣營(yíng)，其代表機(jī)型有美國(guó)羅克韋爾 (Rockwell)自動(dòng)化公司所屬的 AB(AllenBradley)公司生產(chǎn)的 PLC5 系列 PLC、 GEFanuc 公司生產(chǎn)的 90TM30 系列和 90YM70 系列的PLC、德國(guó)西門子 (Siemens)公司生產(chǎn)的 S5 系列 PLC 和 S7 系列 PLC，日本三菱公司生產(chǎn)的 FX 系列、 A 系列、 Q 系列 PLC、歐姆龍公司生產(chǎn)的 CS 系列、從 200 系列、 CPM 系列 PLC。 三大技術(shù)陣營(yíng)的 PLC 在程序表達(dá)形式、功能及用法上有很大的差異。熟悉西三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 門子 S5 系列 PLC 的人都知道，他是采用機(jī)構(gòu)化編程的方法，盡管他也設(shè)有梯形圖、邏輯圖等多種其他編程語(yǔ)言，但少許復(fù)雜一點(diǎn)的問(wèn)題就必須采用語(yǔ)句表，通過(guò) STEP5 語(yǔ)言，調(diào)用各種功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而美國(guó) AB 公司的 PLC5 系列可編程控制器則與西門子 S5 系列 PLC 相去甚遠(yuǎn)， AB 的 PLC5 根本就沒(méi)有語(yǔ)句表，他所有的程序都要依靠梯形圖編制，因而 AB 的梯形圖與西門子的梯形圖在形式、功能及用法上 相差很大。 日本的微型小型 PLC 產(chǎn)品是非常有特色的，他對(duì)梯形圖、語(yǔ)句表并重，而且配置了包括功能指令在內(nèi)的功能很強(qiáng)的指令系統(tǒng)用戶常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)應(yīng)用問(wèn)題，選用日本的小型 PLC 產(chǎn)品就能解決，而用歐美產(chǎn)品常要選用中型乃至大型PLC 才行。這主要是歐美小型 PLC 產(chǎn)品指令系統(tǒng)太弱所制。 日本的 PLC 技術(shù)是由美國(guó)引進(jìn)的，因此日本的產(chǎn)品對(duì)美國(guó)的產(chǎn)品有一定的繼承性。但日本把自己主推產(chǎn)品定位在小型 PLC 上，因面臨的主要市場(chǎng)在亞洲，因此他對(duì)美國(guó)的 PLC 技術(shù)既有繼承，更多的是發(fā)展。在小型 PLC 方面，他已是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，日本產(chǎn) 品在世界小型 PLC 市場(chǎng)上占 70%的份額。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)引進(jìn)的 PLC 產(chǎn)品價(jià)值，其中美國(guó)約占 %，歐洲產(chǎn)品約占 %，日本產(chǎn)品約占 %。歐美產(chǎn)品以大中型 PLC 為主，基本上德國(guó)西門子公司于美國(guó) AB 公司平分秋色。小型 PLC 主要是日本產(chǎn)品。 在國(guó)內(nèi)，日本三菱公司生產(chǎn)的 FX 系列小型 PLC 以其良好的性能得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)各大高校、職業(yè)技術(shù)學(xué)校，也為其提供了專業(yè)技術(shù)人才的支持。 簡(jiǎn)單機(jī)械手運(yùn)動(dòng)小型 PLC 足以滿足要求，選用日本三菱公司 FX 系列作為本文中搬運(yùn)機(jī)械手的核心控制系統(tǒng)，可以減少企業(yè)對(duì)操作人 員培訓(xùn)，降低使用成本，減少消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品使用的顧慮。 三菱 PLC 系列選擇 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)