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基于qd75四自由度搬運機械手的設計畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-08-20 16:44 本頁面
 

【文章內容簡介】 類: 按結構形式可分為整體式和模塊式。整體式是將各個組成部分集成在一起,組合成一個盒子。模塊式是將各個組成部分作為獨立的模塊,然后再將各個模塊進行組合而形青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 7 成。 按 照 PLC 控制規(guī)??煞譃樾⌒?、中型和大型 三種 PLC。小型 PLC I/O 點數(shù)在 256 點一下;中型 PLC I/O 點數(shù)在 256~2048 之間;大型 PLC I/O 點數(shù)在 2048 以上 [7]。 PLC 的組成 PLC 的種類繁多,但是其組成都是相同的,其基本單元都是以 CPU 作為核心的計算機。 PLC 的 硬件基本結構如圖 23 所示: 圖 23 PLC 的硬件基本結構 根據(jù) 上面的 硬件結構圖來看, PLC 是 由中央處理器( CPU)、存儲器、輸入 /輸出( I/O)接口、電源、通訊接口、擴展接口及總線部分組成。 ( 1) 中央處理器( CPU) 中央處理單元( CPU)是 PLC 的控制中樞,它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù);檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài),并能診斷用戶程序中的語法錯誤 [8]。 PLC 基本單元 電源 CPU 輸出單元 輸出單元 通信接口 存儲器 擴展接口 擴展單元 輸入設備 輸出設備 編輯器 寫入器 打印機 人機界面 上位機計算機 PLC 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 8 ( 2) 存儲器 PLC 的存儲器根據(jù)軟件不同可分為兩種:系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。 PLC 的常用存儲器分類: ① RAM:讀 /寫存儲器,又稱為隨機存儲器 ② EPROM:只讀存儲器 ③ EEPROM:只讀存儲器,用編程器可以對儲存的內容進行修改 ( 3) I/O 接口 PLC 中輸入接口可分為三類:直流輸入、交流輸入和交直流輸入。在本次設計中用到的是 24V 直流輸入 ,如下圖 24 所示 。 圖 24 24V直流輸入 輸出接口電路的作用是將 CPU 的程序運行結果經(jīng)過電平轉換、隔離和功率放大,轉換成能帶一定負載的 具體的輸出狀態(tài),輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件,如接觸器、電磁閥、指示燈、調節(jié)閥(模擬量)、調速裝置(模擬量)等 [9]。 ( 4) 通信接口 PLC 通過各種通信接口實現(xiàn) “人 —機 ”或 “機 —機 ”之間的連接通信。 ( 5) 擴展接口 用于實現(xiàn)功能的擴展。例如,用于主機和運動控制單元、通訊單元、 D/A 單元等部分的連接。 ( 6) 電源 一般用市電供電,也可以用 24V 直流電。 ( 7) 編程器 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 9 編程器一般可分為兩類:手持編程器和圖形編程器。 ( 8) 總線 總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線,用于連接主機內的各個功能模塊 ,實現(xiàn)它們間的通訊 [10]。 可編程控制器的工作方式 可編程控制器的工作方式是不斷循環(huán)掃描。如下圖 25 所示 : 圖 25 PLC 工作方式 N Y 運行 停止 Y N 上電初始化 自診斷 有故障否 設置故障標志,并顯示 與外設通信 通信 輸入采樣 執(zhí)行用戶 程序 輸出刷新 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 10 根據(jù)上圖可看出, PLC 的工作過程可 明確 的分 為五個階段 ,分別是: 內部處理 階段 、通信處理 階段 、輸入采樣 階段 、程序執(zhí)行 階段 和輸出刷新 階段 。 QD75 定位模塊 Q 系列 PLC 基本概況 Q 系列 PLC 能夠把順序、運動、過程、信息四種自動化控制集成在同一個系統(tǒng)中。如果遇到問題,冗余 CPU 系統(tǒng)可以確保 系統(tǒng)的操作。其關系如下圖 26: 圖 26 Q 系列 PLC 內部關系 ( 1) 冗余 CPU 系統(tǒng)功能: ① 即使在控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障,備用系統(tǒng)也可以取代控制系統(tǒng)使系統(tǒng)繼續(xù)運行。 ② Q 系列產(chǎn)品均不需進行任何修改即可使用(有些模塊除外)。 ③ 遠程 I/O 降低了分散控制的風險。 冗余系統(tǒng) 順序控制 (順序 CPU) 過程控制 (過程 CPU) 信息 控制 ( 計算機 CPU) 運動 控制 ( 運動 CPU) 控制 系統(tǒng) 備用 系統(tǒng) 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 11 ( 2) Q 系列 PLC 優(yōu)勢: ① 控制簡單,適合用于軸數(shù)多的系統(tǒng) 。 . ② 小體積、高性能、靈活性 。 ③ 有范圍廣泛的特定應用智能模塊 。 QD75 概述 ( 1) QD75 型號說明:下面舉例來說明 ,如 QD75P2, P 是 QD75 定位模塊當中的一種系統(tǒng) —— 開集極式系統(tǒng),另外還有 D—— 差動式系統(tǒng), M—— SSCNET 網(wǎng)路系統(tǒng)和MH—— SSCNETⅢ光線系統(tǒng)。這四種系統(tǒng)就是在 QD75 定位模塊中具有的系統(tǒng),在簡單的設計當中一般會用開集極式系統(tǒng)或者是差動式系統(tǒng),兩者相對來說差動式系統(tǒng)更加準確。在 QD75P2 中的數(shù)字“ 2”控制軸的個數(shù),“ 1”表示單軸控制,“ 2”表示兩軸控制,“ 4”表示四軸控制。 ( 2) QD75 具有 的特性: ① 具有三種模塊,分別是 單軸 兩 軸和 四 軸模塊 ,有 多種 用途 。 ② 具有多 種定位控制功能 。 ③ 能夠實現(xiàn) 快速起動 。 ④ 相對于其它模塊來說,它的 脈沖輸出 速度 更 加 快 速 并 且 允許與驅動模塊 之間的 距離更遠 。 ⑤ 本身 容易維護 。 ⑥ 支持智能功能模塊專用指令 。 ⑦通過 GX ConfiguratorQP 進行數(shù)據(jù)設置以及監(jiān)控。 ( 3) QD75 的功能分為主要、輔助和控制 三類。其中主要功能又有四種,分別是OPR 控制,這是為了實現(xiàn)定位控制快速向起動點定位,能夠對定位數(shù)據(jù)進行編號;主要的定位控制,根據(jù)定位數(shù)據(jù)執(zhí)行控制,像位置控制和速度控制;高級定位控制,是指將多個定位數(shù)據(jù)結合成一個“塊”,對指定的數(shù)據(jù)可以重復執(zhí)行等;手動控制,顧名思義就是給予 QD75 外部信號,像是 對 QD75 輸入脈沖等進行控制,這樣能夠實現(xiàn)精確的控制。 ( 4) 定位控制的機理 如下圖 27 所示: 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 12 圖 27 定位控制機理圖 在 QD75 定位模塊控制的系統(tǒng)中,首先要有 GX Developer 按順控程序創(chuàng)建控制的條件和過程,并且輸送給 CPU,用 GX ConfiguratorQP 進行參數(shù)的設置和定位數(shù)據(jù)的設置,監(jiān)視定位的運行 ;然后再有 PLC 和 CPU 進行輸出各種信號,并且要檢測定位模塊所反饋回來的信號是否出錯等;由外部發(fā)送一些啟動 、停止、限位等信號給 QD75 定位模塊,或者是用脈沖發(fā)生器發(fā)送脈沖給 QD75 定位模塊;之后 QD75 定位模塊要對來自 PLC 和CPU、外部信號或者脈沖進行處理,讓后將這些信號整理后輸送給伺服驅動器;在伺服驅動器接受這些信號后,一方面給予電機指令并做出動作,另一方面發(fā)送 REDAY 信號和零信號發(fā)送給 QD75;電機會在接收到伺服驅動器的信號時做出動作,對工件作出處理,完成一定的任務。 Q00JCPU 模塊 隨著科技的發(fā)展,三菱電機在我國占據(jù)著 PLC 系列產(chǎn)品的主要地位,為了更好的滿GX Developer PLC CPU QD75 定位模塊 外部信號 手動脈沖發(fā)生器 伺服驅動器 電機 工件 GX ConfiguratorQP 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 13 足我國的用戶,三菱對 Q 系列 PLC 進 行了改造,不斷提高 PLC 的性能,同時降低成本,推出了 Q00JCPU。 Q00JCPU 具有 32 入及 32 出的 5/8 槽型 CPU 單元: Q00JCPUSET( 5 槽)和Q00JCPUS8SET( 8 槽) 。在本次設計中由于用到的輸入輸出口有限 ,因此只需要 5 槽的 CPU 單元就能滿足設計的要求。 Q00JCPU 具有的 產(chǎn)品特點: 價格相對于其它的 CPU 來說更加低廉 , 而且它的兼容性更加的優(yōu)良 。 ( 1) 輸入模塊 QX40S1 如下 圖 28 所示: 圖 28 QX40S1 輸入 QX40S1 為 DC 輸入模塊 是一種 正極公共端型 。 規(guī) 格: 額定輸入電壓: 24VDC 額定輸入電流:約 6mA 輸入點數(shù): 16 點 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 14 隔離方法:光電耦合器 ON 電壓 /ON 電流: 19V 或更高 或更高 OFF 電壓 /OFF 電流: 11V 或更低 或更低 公共端子排列: 16 點 /公共端 外部連接: 18 點端子排 ( 2) 輸出模塊 QY40P 如下 圖 29 所示: 圖 29 QY40P 輸出 QY40P 是一種 晶體管輸出模塊(漏型) 。 規(guī)格: 額定負載電壓: 1224VDC 最大負載電流: , 最大起動電流: , 10ms 或更短 輸入點數(shù): 16 點 隔離方法:光電耦合器 公共端子排列: 16 點 /公共端 外部連接: 18 點端子排 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 15 伺服控制系統(tǒng) 驅動器概要 伺服驅動器又可以稱為伺服放大器或者是伺服控制器,是為了用來控制伺服電機的,主要是用在比較高精度的定位系統(tǒng)中 [11]。一般伺服驅動器的控制模式有三種:位置控制模式、速度控制模式、轉矩控制模式。 伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)勢: ① 調速范圍寬 。 ② 定位精度高 。 ③ 有高的傳動剛性和速度穩(wěn)定性 。 ④ 快速響應,無超調 。 ⑤ 低速大轉矩,過載能力強 。 ⑥ 可靠性高 。 伺服驅動器憑借著這些優(yōu)勢廣泛的 應用于各種領域。如機械紡織領域、各種機床領域、裝卸包裝領域等。 MRJ2SSUPER 系列伺服系統(tǒng) MRJ2SSUPER 系列伺服系統(tǒng)除了具有一般控制模式的 3 種模式以外,還有位置 /速度、速度 /轉矩、轉矩 /位置這三種控制方式可以切換。另外,還有 RS232C、 RS422串行通訊功能。 MRJ2S_SUPER 系列伺服系統(tǒng)的型號配置如下 。如 MRJ2S10A1□ ,在這個型號中 MRJ2S 是說明這屬于三菱系列通用交流伺服放大器 MRJ2S 系列;“ 10”是一種記號,它代表了該型號產(chǎn)品的額定輸出 功率 ,具體的字符和額定功率的對應如下表 21 所示 ;“ A”這個字符是表示通用接口,另外還有“ B”表示 SSCNET,“ CP”表示內置定位功能,“ CL”表示程序運行功能內置;在接下來是符號“ 1”,它是用來說明 該型號產(chǎn)品所用的電源,“ 1”是指單相 100VAC,如果這里不存在符 號 ,也就是說該系列產(chǎn)品所用的電源是 3 相 200VAC 或者是單相 230VAC;最后,還有一個“□”,這是表示該產(chǎn)品是一種特價產(chǎn)品。 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設計(論文) 16 表 21 額定輸出的標識 記號 額定輸出( W) 10 100 20 200 40 400 60 600 70 700 100 1000 200 20xx 350 3500 在本次設計當中,所選用的是 MRJ2S40A 伺服驅動器,它的外觀及各部分功能如下 圖 210 所示。 圖 210 MRJ2S40A外觀及各部分功能圖 伺服系統(tǒng)的構成 伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng),能夠精確的實現(xiàn)
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