【正文】 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 參考文獻(xiàn) [1] 中華工控網(wǎng)， PLC控制步進(jìn)電機(jī)的實(shí)例 (圖與程序 )， 。特別是 ***同學(xué)，在調(diào)試程序的過(guò)程中與我交流了很多東西，同時(shí)在寫(xiě)論文期間在繪圖方面也給予了我很大幫助。同時(shí)對(duì)于學(xué)院和系里為我們提供的各種硬件設(shè)備， 使我們有一個(gè)舒心的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)環(huán)境做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)此我們也表示衷心的感謝和敬意！ 本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)。 ***老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、實(shí)干創(chuàng)新的精神、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)給我留下了深刻的影響，讓 我受益匪淺。 從課題選擇到具體構(gòu)思和內(nèi)容，無(wú)不凝聚著老師的心血和汗水 。不積跬步何以至千里 。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 七 、致謝 這次做 畢業(yè)設(shè)計(jì) 的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做 畢業(yè)設(shè)計(jì) 是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒(méi)有自己的研究，就 不會(huì)有所突破，那也就不叫 畢業(yè)設(shè)計(jì) 了。在設(shè)計(jì)電路初期，由于沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，覺(jué)得無(wú)從下手，空有很多設(shè)計(jì)思想，卻不知道應(yīng)該選哪個(gè)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計(jì)漸漸有了頭緒，通過(guò)查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我進(jìn)一步了解了 PLC控制機(jī)械手的方法以及各種器件的使用方法，在一定程度上對(duì)于 PLC 編程有了更進(jìn)一步的理解，同時(shí)也熟練掌握了繪制各種圖形的方法，對(duì)軟、硬件的調(diào)試也有了一定 的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。在這么長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)過(guò)程中，全組同學(xué)在老師的帶領(lǐng)下，相互幫助，相互鼓勵(lì)，交流參考資料和操作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)課堂上大家學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行針對(duì)性解決。畢業(yè)設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)四年的學(xué)習(xí)成果的重要途徑，它直接反映了一個(gè)學(xué)生在校期間的學(xué)習(xí)情況。機(jī)械手運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。 電機(jī)控制問(wèn)題 開(kāi)始時(shí)，由于 程序中的 PLSR 指令里設(shè)置的頻率太高并且細(xì)分度太小，使得兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)失步，機(jī) 械臂只在原地震動(dòng)而不動(dòng)作，最后經(jīng)過(guò)細(xì)分度和頻率的調(diào)節(jié)是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)作。 M8029 的使用 由于不了解它的作用，在合并兩個(gè)步驟的時(shí)候， M8029 只在執(zhí)行完上方一條指令后就接通 ，導(dǎo)致上面的指令沒(méi)有走完就直接結(jié)束。調(diào)整了鐵塊和接受點(diǎn)距離之后，問(wèn)題迎刃而解。 在進(jìn)行手爪的旋轉(zhuǎn)調(diào)試時(shí)，手爪經(jīng)過(guò)限位時(shí)，有時(shí)候會(huì)不停止而是繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 選型的問(wèn)題 由于對(duì) PLC 類(lèi)型及特點(diǎn)不夠了解，我們 無(wú)意中 采用了繼電器輸出型的 PLC 主機(jī)，無(wú)法使 步進(jìn) 電機(jī)動(dòng)作 。 剛開(kāi)始接線(xiàn)時(shí)， 把各軸限位檢測(cè)模塊的 COM 端接在了 GND 端，使 PLC檢測(cè)不到限位信號(hào)，后來(lái)在老師的更正下，我把檢測(cè)模塊的 COM 端與輸出端的 COM 端連在了一起，解決了限位開(kāi)關(guān)信號(hào)檢測(cè)的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)和調(diào)試的過(guò)程中，一邊學(xué) 習(xí)新知識(shí)一邊鞏固課堂上學(xué)過(guò)的內(nèi)容，很多內(nèi)容在課堂上和實(shí)際動(dòng)手會(huì)有很大的不同。 設(shè)置波特率為 9600、數(shù)據(jù) 位為 停止位為 通信方式為： RS232 圖 26. 設(shè)置向?qū)?畫(huà)面 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 （四）實(shí)際監(jiān)控 點(diǎn) VIEW 運(yùn)行 ，打開(kāi)畫(huà)面 后就可以監(jiān)控機(jī)械手運(yùn)動(dòng)狀態(tài)了。 圖 25. 數(shù)據(jù)變量設(shè)置 （三）組態(tài)王與 PLC 的 通訊設(shè)置 按照給配置向?qū)гO(shè)置步驟，將組態(tài)王畫(huà)面與 PLC 連接到一起，串口的配置要與實(shí)際接口相同。 畫(huà)面使用到的動(dòng)畫(huà)鏈接包括：隱含、水平移動(dòng)、垂直移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)等。所以我們給可編程控制器接上了專(zhuān)用接地線(xiàn)。對(duì) PLC 控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措 施之一。該接線(xiàn)端可為輸入及傳感器（如光電開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)）提供直流 24V電源。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 PLC 供電電源為 50Hz、 220V?10%的交流電。在選用交流穩(wěn)壓器時(shí)，一般可按照實(shí)際最大需求容量的 130%計(jì)算。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線(xiàn)或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。 為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開(kāi)關(guān)電源等。 電源是 PLC 引入干擾的主要途徑之一， PLC 應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高 PLC的可靠性有很大幫助。 （ 2） 輸入、輸出線(xiàn)不能用同一根電纜，輸入、輸出線(xiàn)要分開(kāi)。 （一） PLC 控制的安裝與布線(xiàn) （ 1）輸入接線(xiàn)一般不要超過(guò) 30m。但環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證 PLC 正常、安全、可靠的運(yùn)行。之后再回到 S24 步 ，循環(huán)動(dòng)作，將物品一一運(yùn)送到 C 處。 程序結(jié)束。 S41 步：底盤(pán)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)手爪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，都到達(dá)限位后， SQ8 及 SQ2 動(dòng)作，結(jié)束底盤(pán)和手爪旋轉(zhuǎn)，此時(shí)機(jī)械手又回到 A點(diǎn)，置位下一步。 S3 S37 步： 機(jī)械手左移、下降到適合的位置 之后，置位下一步。 S3 S34 步：機(jī)械手上升，底盤(pán)順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)械手到 C 點(diǎn)，限位 SQ1 控制底盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 S2 S30 步： 手爪上升 ,定時(shí)器定時(shí) 3秒，等待物品加工完成。 4） B 點(diǎn)動(dòng)作階段 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 S27 步：與 S25 步相對(duì)應(yīng)下降一定高度。 S26 步： Y007 置位， 0 步中的旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)接通，底盤(pán)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，碼盤(pán)發(fā)出脈沖給計(jì)數(shù)器 C0， C0 計(jì)滿(mǎn) 20個(gè)脈沖后， Y12 置位，控制底盤(pán)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)械手到 達(dá) B 點(diǎn)。到位后進(jìn)入下一步。 3） A 點(diǎn)動(dòng)作階段 S24 步：計(jì)時(shí)器 T1 計(jì)時(shí) 2秒，同時(shí)手爪閉合抓物，兩秒后進(jìn)入下一步。機(jī)械手下降 125mm，右移 150mm，移動(dòng)速 率為 400Hz（ PLSY 設(shè)置為 800，驅(qū)動(dòng)器細(xì)分度為 2）。 (X010 接限位 SQ8) S23 步： 機(jī)械手同時(shí)下降并右移，到達(dá)物品所在 A處上方后停止。 2）開(kāi)始以及初始化階段 S0、 S20 步： PLC開(kāi)啟后，電源接通 ， M8002 發(fā)出一個(gè)脈沖，置位 S0。 （即旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)給出 20 個(gè)脈沖）后，清空 C0,同時(shí)與后面的 S26 步相配合控制底盤(pán) 停止 旋轉(zhuǎn) 。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 程序的設(shè)計(jì) （ 1） 程序流程圖 A 點(diǎn) 到 C 點(diǎn) 循 環(huán) 過(guò) 程啟 動(dòng)回 原 點(diǎn) ( 上 . 左 . 逆 旋 )S 2 0爪 松 . 爪 逆 旋S 2 1 . S 2 2到 位 ( 下 . 右 )S 2 3爪 合S 2 4上 升S 2 5底 盤(pán) 順 旋S 2 6下 降S 2 7爪 松S 2 8上 升S 2 9計(jì) 時(shí) 3 sS 3 0下 降S 3 1爪 合S 3 2上 升S 3 3底 盤(pán) 順 旋S 3 4爪 逆 旋S 3 5左 移S 3 6下 降S 3 7爪 松S 3 8上 升S 3 9右 移S 4 0左 旋 . 爪 順 旋S 4 1下 降S 4 2停 放 B 點(diǎn) 加 工 過(guò) 程初 始 化 過(guò) 程圖 （ 2） 順序功能圖 PLC控制機(jī)械手程序： 1） 0 步： 將旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)的脈沖計(jì)數(shù) 步 放置到程序的最上方 。則會(huì)產(chǎn)生 20個(gè)脈沖。則會(huì)輸出 60個(gè)脈沖。到達(dá) B處，而這一過(guò)程無(wú)法通過(guò)限位開(kāi)關(guān)或者接近開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，故采用旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)進(jìn)行控制。 根據(jù)移動(dòng)距離算出 PLSR 及 指令中需要的脈沖數(shù)。 3） 參數(shù)計(jì)算 〕用來(lái)指定脈沖輸出元件，只能用晶體管輸出型可編程序控制器的 Y0 或Y1。若指定脈沖數(shù)為 0， 則持續(xù)產(chǎn)生脈沖，即控制步 進(jìn)電機(jī)一直轉(zhuǎn)動(dòng)。 〔 S2 〔 S1 圖 19. 步進(jìn)指令 PLSR 和 PLSY 2） PLSY 指令 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 PLSY 指令 用于產(chǎn)生指定數(shù)量和頻率的脈沖。 〔 D 〔 S3 〕 用來(lái)指定產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)， 16 位指令的脈沖數(shù)范圍是 110— 32767，32 位指令的脈沖數(shù)范圍是 110— 2147483647。 〕 用來(lái)指定最高頻率 ， 可設(shè)定的頻率范圍是 10— 100000Hz。 （ 2） 指令選擇 1） PLSR 指令 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)要求的轉(zhuǎn)速較高 ， 且未來(lái)保護(hù)步進(jìn)電機(jī)， 采用帶加減速功能的脈沖輸出指令 PLSR 控制驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的上升下降和左右移動(dòng) 。 STL 指令（步進(jìn)梯形指令）是三菱廠(chǎng)家設(shè)計(jì)的專(zhuān)門(mén)用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護(hù)，且代碼較短。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，會(huì)有很大幫助。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榇嬖诖罅康淖员３钟|點(diǎn)，使程序代碼較長(zhǎng)。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 的選擇 （ 1） 編程方式選擇 方案一：使用起保停電路的編程方式。 2. PLC 的 I/O 分配 根據(jù)機(jī)械手動(dòng)作的要求及機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明指導(dǎo)，輸入、輸出點(diǎn)分配如表 6 所示。 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(jì)算機(jī)對(duì) PLC 進(jìn)行監(jiān)控和管理 ，該機(jī)械手的控制為純開(kāi)關(guān)量控制，且 I/O 點(diǎn)數(shù)不多，僅需 7 個(gè)輸入點(diǎn)和7 個(gè)輸出點(diǎn)，考慮留有一定的裕量。 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 （二） PLC 程序設(shè)計(jì) 1. I/O 點(diǎn)數(shù)的確定及 PLC 類(lèi)型的選擇 本次設(shè)計(jì)使用的是 QSPLCJXS 機(jī)械手模型 裝置 。 至此，機(jī)械手經(jīng)過(guò)一系列動(dòng)作完成一 個(gè)循環(huán)。 （ 3） B 點(diǎn)動(dòng)作過(guò)程 (模仿工業(yè)過(guò)程中，物件在傳送中停放進(jìn) 行加工的過(guò)程 ) S27：手爪下降一定高度； S28：手爪放松物品放 B點(diǎn)； S29：機(jī)械手上升； S30：計(jì)時(shí) 3秒，此時(shí)模仿物品加工過(guò)程， 3 秒后加工完畢； S3 S3 S33：手爪下降取物再上升； S34：底盤(pán)再次順時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá) C點(diǎn) 。 （ 2） A 點(diǎn)動(dòng)作過(guò)程 S24：手爪閉合，抓住物品； S25：機(jī)械手向上升一定高度； S26：順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 30176。 圖 18. 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 打開(kāi)電源，按下啟動(dòng)按鈕。通過(guò) 組態(tài)王 將機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示，使機(jī)械手的動(dòng)作形象化。 通過(guò)設(shè)計(jì)編制 PLC 程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。 當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)碼盤(pán)一塊旋轉(zhuǎn)，此時(shí)光電開(kāi)關(guān)在碼盤(pán)的作用下發(fā)出一組脈沖信號(hào)， 通過(guò)檢 測(cè)這些脈沖信號(hào)就可以檢測(cè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度了。 圖 15. 限位開(kāi)關(guān) 為了實(shí)現(xiàn)底盤(pán)的定位控制，需要用到旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)。 PLC 內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路， PLC 信號(hào)輸入有效，工作原理如圖 13 所示。 接近開(kāi)關(guān)有三根連接線(xiàn)（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(hào)，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平?；蜌鈯A的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開(kāi)關(guān)（金屬傳感器），通過(guò)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)改變基座和氣夾的旋轉(zhuǎn)角度。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如圖 11 所示。其中 IN端接 PLC 的輸出端口， OUT 端接模型的信號(hào)輸入端。 本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是由兩個(gè)繼電器的吸合與斷開(kāi)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的，從而實(shí)現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)。 DIR 方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向， 高低電平控制電機(jī)正 /反 OPTO 輸入信號(hào)的公共端 ，接 +5V FREE 脫機(jī) 信號(hào)： 當(dāng)輸入控制端為低時(shí)，電機(jī)處于脫機(jī)自由狀態(tài) 低時(shí)，電機(jī)勵(lì)磁電流被關(guān)斷，電機(jī)處于脫機(jī)自由狀態(tài)。 撥位開(kāi)關(guān) :。7 的步進(jìn)電機(jī)，其細(xì)分步距角為 ’0amp。驅(qū)動(dòng)器細(xì)分設(shè)定后電機(jī)的步距角等于 電機(jī)的整步步距角除以細(xì)分?jǐn)?shù)。 amp。 下圖為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)物圖： 圖 10. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 以下為驅(qū)動(dòng)器的一些性能參數(shù)表 : 表 1. 電流設(shè)定 電流值 SW5 SW6 SW7 ON ON ON ON ON OFF ON OFF ON ON OFF OFF 0FF ON ON OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 2. 性能指標(biāo) 供電電源 10V40VDC,容 量 重 量 輸出電流 峰值 3A/相（ MAX） 絕緣電阻 在常溫常壓下小于 100MΩ 驅(qū)動(dòng)方式 恒相流 PWM 控制 絕緣強(qiáng)度 在常溫常壓下 ， 1Min 表 2. 電 氣規(guī)格 說(shuō)明 最小值 典型值 最大值 單位