【導(dǎo)讀】在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。原理和動作實(shí)現(xiàn)過程。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計了機(jī)械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面，提供了較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。

　　

【正文】 發(fā)展，使其具有 DCS 系統(tǒng)的一些功能。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強(qiáng)是 PLC 發(fā)展的一個重要方面，向下可將多個 PLC、 I/O 框架相連，向上與工業(yè)計算機(jī)、以太網(wǎng)、 MAP 網(wǎng)等相連構(gòu)成整個工廠的自動化控制 系統(tǒng)。 多功能 隨著自調(diào)整、步進(jìn)電機(jī)控制、位置控制、伺服控制等模塊的出現(xiàn)，使 PLC控制領(lǐng)域更加寬廣。 第三章 機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 本課題設(shè)計使用的是 THWJX1 型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾等機(jī)械部件組成；電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成。該模型是 PLC 技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)有機(jī)結(jié)合成一體的教學(xué)儀器。 步進(jìn)電機(jī) 采用二相八拍混合 式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械手的動作，相比直流電機(jī)有更好的制動效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機(jī)械手的運(yùn)動更加穩(wěn)定。主要特點(diǎn)： 11 體積小，具有較高的起動和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如圖 31 所示： 圖 31 步進(jìn)電機(jī)電氣接線圖 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器主要有電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動器參數(shù)如下表 3表 3表 3表 34 所示。 PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接及工作原理，如圖 32 所示。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有電源輸入部分、信 號輸入部分、信號輸出部分等，利用驅(qū)動器可以很方便的對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向進(jìn)行控制。驅(qū)動器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動器信號端采用 +24V 供電，需加 限流電阻（見圖 32 中 電阻）。驅(qū)動器輸入端為低電平有效。 PLC 通過控制其輸出點(diǎn)來控制驅(qū)動器光耦的開合，當(dāng) PLC 輸出線圈得電 表 31 電氣規(guī)格 說明 最小值 典型值 最大值 單位 供電電壓 18 24 40 V 均值輸出電流 1 A 邏輯輸入電流 6 15 30 mA 步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率 — — 100 kHz 脈沖低 電平時間 5 — 1 μs 表 32 電流設(shè)定 電流值 SW1 SW2 SW3 OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF ON ON ON OFF 0FF ON OFF 12 ON OFF OFF OFF OFF OFF 表 33 細(xì)分設(shè)定 細(xì)分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步） SW4 SW5 SW6 1 200 ON ON ON 2 400 OFF ON ON 4 800 ON OFF ON 8 1600 OFF OFF ON 16 3200 ON ON OFF 32 6400 OFF ON OFF 64 12800 OFF ON OFF 由外部確定 動態(tài)改細(xì)分 /禁止工作 OFF OFF OFF 表 34 接線信號描述 信 號 功 能 PUL 脈沖信號：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時電機(jī)走一步 DIR 方向信號：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向， TTL 平驅(qū)動 OPTO 光耦驅(qū)動電源 ENA 使能信號：禁止或允許驅(qū)動器工作，低電平禁止 GND 直流電源地 +V 直流電源正極，典型值 +24V A+ 電機(jī) A相 A 電機(jī) A相 B+ 電機(jī) B相 B 電機(jī) B相 時，晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)的觸電輸出低電平，使驅(qū)動器光耦導(dǎo)通，當(dāng) PLC 輸出線圈失電時， 晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動器光耦截止。另外若不采用驅(qū)動器，而采用 PLC 輸出觸點(diǎn)直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，會占用很多的輸出觸點(diǎn)，同時給編程帶來不便。 13 圖 32 PLC 控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接及工作原理 傳感器 本裝置中使用的傳感器有接近開關(guān)和行程開關(guān)?；蜌鈯A的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開關(guān)（金屬傳感器），通過調(diào)整基座和 氣夾上的金屬塊的位置，可以在一定范圍內(nèi)改變基座 圖 33 傳感器工作原理圖 和氣夾的旋轉(zhuǎn)角度。機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動范圍。 接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號，當(dāng)與檔塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。與 PLC 之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動作時，輸出端對地接通。 PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路， PLC 信號輸入有效，工作原理如圖 33 所示。 行程開關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時，常開點(diǎn) 閉合。 直流電機(jī)驅(qū)動單元 本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動模塊是由兩個繼電器的吸合與斷開來控制電機(jī)的轉(zhuǎn) 14 動方向的，從而實(shí)現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)。本模型所用輸入、輸出均為低電平有效。其中 IN 端接 PLC 的輸出端口， OUT 端接模型的信號輸入端。 COM 端接 PLC的傳感器電源負(fù)端。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如圖 34 所示。 圖 34 電平轉(zhuǎn)換板原理圖 機(jī)械手的動作實(shí)現(xiàn)過程 機(jī)械手的全部動作由步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制。機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖 35 所示。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動需要驅(qū)動器，有脈沖輸入時步進(jìn)電機(jī)才會動作，且每當(dāng)脈沖由 低變高時步進(jìn)電機(jī)走一步；改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時，需要加方向信號。機(jī)械手的上升 /下降、前伸 /后縮動作就是通過控制這兩個步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的?；D(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)和氣夾正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)是通過兩個繼電器的吸合與斷開來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手的放松 /夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時，機(jī)械手放松；該線圈斷電時，機(jī)械手夾緊 [13]。 打開電源，按下起動按鈕時，開機(jī)復(fù)位。機(jī)械手的動作示意圖如圖 36 所示機(jī)械手若不在原點(diǎn)則 PLC 向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。當(dāng)后縮到位時碰到后 限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動器二輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到底時碰到上限位開關(guān)，上升停止，回到原點(diǎn)。主機(jī)向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，氣夾電磁閥斷電，機(jī)械手夾緊。夾緊后，主機(jī)向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。 PLC 向驅(qū)動器一只輸入 15 圖 35 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 圖 36 機(jī)械手的動作 示意圖 脈沖信 號，步進(jìn)電機(jī) 一正轉(zhuǎn)，機(jī)械手前伸，前伸到位時，碰到前限位開關(guān)，前伸停止。主機(jī)向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，同時夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。放松后，主機(jī)向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。 PLC 向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。機(jī)械手后縮，當(dāng)后縮到底 時碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動器二同時輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。下降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點(diǎn)。至此，機(jī)械手經(jīng)過八步動作完成一個循環(huán) [14]。 16 PLC 程序設(shè)計 I/O 點(diǎn)數(shù)的確定及 PLC 類型的選擇 本次設(shè)計使用的是 THWJX1 型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。 由于機(jī)械手系統(tǒng)的輸入 /輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機(jī)對 PLC 進(jìn)行監(jiān)控和管理 ，該機(jī) 械手的控制為純開關(guān)量控制，且I/O 點(diǎn)數(shù)不多，僅需 11 個輸入點(diǎn)和 9 個輸出點(diǎn)，考慮留有一定的裕量。 故選用日本 三菱 公司生產(chǎn)的多功能小型 FX1N24MTD 主機(jī) ， 該機(jī)輸入點(diǎn)為 14 個 ，輸出點(diǎn)為 10 個 [15]。 PLC 的 I/O 分配 根據(jù)機(jī)械手動作的要求及機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點(diǎn)分配如表 35 所示。 表 35 PLC 的 I/O 分配表 如需要全文可聯(lián)系 Q Q 2537024709（定做各專業(yè)論文） 名稱 輸入 名稱 輸出 氣夾正轉(zhuǎn)限位 X0 驅(qū)動器一 PUL Y0