【文章內(nèi)容簡介】 抓重 :5Kg (夾持式手部 ) 夾持力度： 8Kg 工件大?。?100179。 100179。 150（ mm） 自由度數(shù) :2個自由度（伸縮和升降） 座標型式 :圓柱座標 手臂運動參數(shù) 伸縮行程： 1000mm 伸縮速度： 150mm/s 機身運動參數(shù) 升降行程： 500mm 9 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） 升降速度： 75mm/s 10 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） 第三章 系統(tǒng) 的硬件設計 PLC 的選型 對于 PLC 的選擇，我們必須考慮多方面的因素。例如輸入、輸出的最多點數(shù)；掃描速度；內(nèi)存容量；指令條數(shù)；功能模塊等。同時還要考慮其經(jīng)濟實用性以及工作環(huán)境對其的影響。 PLC 介紹 PLC 發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號的也很多，各個廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個重點發(fā)展方向也不同，所以我們必須根據(jù)自己設計需要，考慮如何選擇。 三菱 FX 系列可編程控制器介紹： FX 系列可編程控制器是當今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型 PLC。日本三菱電機公司研發(fā)的。在 FX 中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對應機械動作流程進行順序設計的 SFC 順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在 FX 系列 PLC 中設置了高數(shù)計數(shù)器，對來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進行中斷處理 ，擴大了 PLC 的應用領(lǐng)域。其 FX2N PLC 還可以采用作為擴展設備的硬件計數(shù)器，可獲取最高 50kHz 的高速脈沖。 FX 系列 PLC 在特殊控制方面不但具備模擬量輸入輸出控制，而且具有定位控制幾PID 系統(tǒng)控制。在通信方面，能夠方便地與 PC 計算機鏈接實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與管理。 確定型號 FX1N－ 60MR 綜上，對于被控對象，采用 PLC 系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價比，使用和維修方便；選用的 PLC 主機和配置、控制功能等必須能滿足被控對象的各種控制要求；選用的 PLC 主機及配 置必須是功能較強的新一代 PLC機型，一般最好不要選用舊機型（若采用三菱公司的 PLC，則選 FX 系列，不選 F1 系列）。同時還應當考慮將來工藝的變化和擴展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個控制系統(tǒng)可靠。還要考慮大家對產(chǎn)品的熟悉程度，F(xiàn)X2N PLC 圖 PLC 三菱 FX 系列 圖 PLC 三菱 FX1N 11 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） 以及編程指令的易懂性。在此，我選用三菱 FX1N來做控制核心。 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原 F、 F F2系列 PLC 產(chǎn)品。其中 FX2 是近年推出的產(chǎn)品， FX0 是在 FX2 之后推出的超小型 PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集 在超小型機殼內(nèi)的 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、FX2N、 FX2NC 等系列 PLC，具有較高的性能價格比，應用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)，如圖 所示 FX1N 所具有優(yōu)越性能 ⑴ 基本性能 CPU 處理速度達到了 。內(nèi)置了高達 64K 步的大容量 RAM 存儲器。大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量。強化了指令的功能，提供了多達 209 條應用指令，包括像與三菱變頻器通訊的指令， CRC 計算指令，產(chǎn)生隨機數(shù)指令等等。 ⑵ 集成業(yè)界領(lǐng)先的功能 晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了 3 軸獨立 最高 100kHz 的定位功能，并且增加了新的定位指令：帶 DOG 搜索的原點回歸（ DSZR），中斷單速定位（ DVIT）和表格設定定位（ TBL），從而使得定位控制功能更加強大，使用更為方便。內(nèi)置 6 點同時 100kHz的高速計數(shù)功能，雙相計數(shù)時可以進行 4 倍頻計數(shù)。 ⑶ 強大的擴展性 增強了通信的功能，其內(nèi)置的編程口可以達到 的高速通信，而且最多可以同時使用 3 個通信口（包括編程口在內(nèi)）。 三菱 FX 系列的結(jié)構(gòu)功能 可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計算機，它的的結(jié)構(gòu)原理與微型計算機相似。硬件構(gòu)成有微處理 器、存儲器和各種輸入、輸出接口。系統(tǒng)程序和接口器件又與微機不同，這使它的操作使用方法、編程語言、工作方式等與微型機有所不同。 PLC 是用微處理器實現(xiàn)繼電器、定時器和計數(shù)器以及 A/D、 D/A 模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進行它們之間的聯(lián)系。 本設計采用 FX 系列 PLC 作為控制核心，所以現(xiàn)在就以它來講述 PLC 的應用知識、操作技能。 FX 系列 PLC 硬件組成與其它類型 PLC 基本相同，主體由三部分組成，其PLC 的基本結(jié)構(gòu)如 下 圖 所示， 系統(tǒng)電源有些在 CPU 模塊內(nèi)，也有單獨作為一個單元的，編程器一般看作 PLC 的外設。 PLC 內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 12 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） PLC 的組成框圖 外部開關(guān)信號、模擬信號以及各種傳感器檢測信號作為 PLC 的輸入變量，它們經(jīng) PLC 的輸入端子進入 PLC 的輸入存儲器，收集和暫存被控對象實際運行的狀態(tài)信號和數(shù)據(jù)；經(jīng) PLC 內(nèi)部運算與處理后，按被控對象實際動作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸出端子作為輸出變量，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。 PLC 的各個部分協(xié)調(diào)一致地實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。 PLC 內(nèi)部功能 ⑴ 中央處理器 CPU CPU 的主要作用是解釋并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序，通過運行用戶及系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其它功能，控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致工作。常用的CPU 主要有通用微處理器、單片機和雙極型位片機。 ⑵ 存儲器模塊 隨機存儲器 RAM 用于存儲 PLC 內(nèi)部的輸入、輸出信息，并存儲內(nèi)部繼電器（軟繼電器）、移位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、定時器 /計數(shù)器以及累加器等的工作狀態(tài)，還可以存儲用戶正在調(diào)試和修改的程序以及各種暫存的數(shù)據(jù)、中間變量等。 只讀存儲器 ROM 用于存儲系統(tǒng)程序。可紫外線擦除電編程 的只讀存儲 EPROM，它主要用來存放 PLC 的操作系統(tǒng)和監(jiān)控程序，如果用戶程序已完全調(diào)試好，也可將程序固化在 EPROM 中。可電擦除可電改寫的只讀存儲 EEPROM，它主要用來存放用戶程序。 ⑶ 輸入輸出模塊 N 可編程控制器是一種工業(yè)控制計算機系統(tǒng)，它的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)過程，與DCS 相似，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系也是通過輸入輸出接口模塊（ I/O）實現(xiàn)的。 I/O模塊是可編程序與生產(chǎn)過程相聯(lián)系的橋梁。 ⑷ 編程器 13 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文） 編程器是 PLC 必不可少的重要外部設備。編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到 PLC 的用戶程序存儲器中。 編程器不僅能對程序進行寫入、讀出、修改，還能對 PLC 的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，同時也是用戶與 PLC 之間進行 人機對話的界面。隨著 PLC 的功能不斷增強，編程語言多樣化，編程已經(jīng)可以在計算機上完成。 系統(tǒng)主電路設計 機械手系統(tǒng)的主電路是圍繞電機驅(qū)動的電路，通過帶動手臂來實現(xiàn)搬運工件的。這里的電機主要是伺服電機。 伺服電機是通過控制脈沖時間的長短控制轉(zhuǎn)動角度的。 設備 主要有 供電電源，一個開關(guān)（繼電器開關(guān)或繼電器板卡），一個伺服電機 ，其實 就是一個電源連接開關(guān)，再連接伺服電機。 當開關(guān)閉合，伺服電機兩 端接高電平，就開始工作。開關(guān)斷開，伺服電機停止工作。 伺服電機的轉(zhuǎn)速與電源電壓大小有關(guān)。例如一個伺服電機 12V時 120n/min，那么開關(guān)閉合 10s 鐘，就轉(zhuǎn) 20 轉(zhuǎn)；而它在 24V 時也許能達到 240n/min，這時開關(guān)閉合 10s，電機轉(zhuǎn) 40 轉(zhuǎn)。 其電機的轉(zhuǎn)動方向由電機電源方向?qū)崿F(xiàn)，更換電源的正負級，就能改變電機轉(zhuǎn)動方向。 下面主要介紹 交流伺服電動機 ： ① 結(jié)構(gòu)和原理 交流伺服電動機的定子繞組和單相異步電動機相似，它的定子上裝有兩個在空間相差 90176。 電角度的繞組，即勵磁繞組和控制繞組。運行時勵磁繞組始 終加上一定的交流勵磁電壓，控制繞組上則加大小或相位隨信號變化的控制電壓。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式籠型轉(zhuǎn)子和空心杯型轉(zhuǎn)子兩種?；\型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與一般籠型異步電動機的轉(zhuǎn)子相同，但轉(zhuǎn)子做的細長，轉(zhuǎn)子導體用高電阻率的材料作成。其目的是為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，增加啟動轉(zhuǎn)矩對輸入信號的快速反應和克服自轉(zhuǎn)現(xiàn)象?？招谋无D(zhuǎn)子交流伺服電動機的定子分為外定子和內(nèi)定子兩部分。外定子的結(jié)構(gòu)與籠型交流伺服電動機的定子相同，鐵心槽內(nèi)放有兩相繞組?？招谋无D(zhuǎn)子由導電的非磁性材料（如鋁）做成薄壁筒形，放在內(nèi)、外定子之間。杯子底部固定于轉(zhuǎn)軸上，杯臂薄而 輕，厚度一般在 — ，因而轉(zhuǎn)動慣量小，動作快且靈敏。 交流伺服電動機的工作原理和單相異步電動機相似， LL 是有固定電壓勵磁的勵磁繞組， LK 是有伺服放大器供電的控制繞組，兩相繞組在空間相差 90176。 電角度。如果 IL 與 Ik 的相位差為 90176。 ，而兩相繞組的磁動勢幅值又相等，這種狀態(tài)稱為對稱狀態(tài)。與單相異步電動機一樣，這時在氣隙中產(chǎn)生的合成磁場為一旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導體相對切割，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應電流。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。如果改變加在控制繞組上的電流的大小或 相位差，就破壞了對稱狀態(tài)，使旋轉(zhuǎn)磁場減弱，電動機的轉(zhuǎn)速下降。電機的工作狀態(tài)越不對稱，總電磁轉(zhuǎn)矩就越小，當除去控制繞組上信號電壓 14 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設計（論文）