【正文】 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(shí)間 5 — 1 μs 表 4. 細(xì)分設(shè)定 細(xì)分倍數(shù) 步數(shù) /圈（ 整步） SW1 SW2 SW3 保留 ON ON ON 半步 100 ON OFF OFF 1 200 OFF OFF OFF 4 800 OFF ON OFF 8 1600 ON ON OFF 16 3200 OFF OFF ON 32 6400 ON OFF ON 64 12800 OFF ON ON 表 5. 接線信號(hào)描述 信 號(hào) 功 能 CP 脈沖信號(hào)：下降沿有效，共陽(yáng)極時(shí)脈沖低電平持續(xù)時(shí)間不小于 10μ s 時(shí)間不小于 時(shí)間不小于 0%!(。 相應(yīng)的觸點(diǎn)輸出低電平，使驅(qū)動(dòng)器光耦導(dǎo)通，當(dāng) PLC 輸出線圈失電時(shí)，晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動(dòng)器光耦截止。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效。步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分等，利用驅(qū)動(dòng)器可以很方便的對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向進(jìn)行控制。 下圖 為該細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 示意圖及 PLC 與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接圖 ： 圖 示意圖 圖 9. PLC 與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接圖 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下表 表 表 表 表 5 所示。 圖 7. 步進(jìn)電機(jī) **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 （ 2） 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 實(shí)驗(yàn)室里采用 Syntron SH20403 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。 DETENT TORQUE： 是指步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。 保持轉(zhuǎn)矩（ HOLDING TORQUE） 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。、五相的為 176。、三相的為 176。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。），這個(gè)步距角可以稱之為 ‘電機(jī)固有步距角 ’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。（表示半步工作時(shí)為 176。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2）旋轉(zhuǎn)手臂的范圍：大于 270176。 可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手五維控制，完成料塊的碼放、移動(dòng)等。 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(dòng)器、傳感器、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成。 (3)連接 ,就是畫(huà)面上的圖素以怎樣的動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行 ,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指 令 。 在采用組態(tài)王開(kāi)發(fā)系統(tǒng)編制 應(yīng)用程序 過(guò)程中要考慮以下三個(gè)方面 : (1)圖形 ,是用抽象的圖形畫(huà)面來(lái)模擬實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和相應(yīng)的 工控 設(shè)備。 (2)該系統(tǒng)是中文界面 ,具有 人機(jī)界面 友好、結(jié)果可視化的優(yōu)點(diǎn)。 能夠方便的和 PLC 進(jìn)行連接，故采用組態(tài)王作為上位機(jī)軟件。 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫(huà)顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。 通信及聯(lián)網(wǎng) 現(xiàn)代 PLC 的發(fā)展主要有兩個(gè)趨勢(shì)：一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的微小型方面發(fā)展；二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展。 運(yùn)動(dòng)控制 開(kāi)關(guān)量邏輯控制 （ 2）從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期長(zhǎng)短考慮 的應(yīng)用領(lǐng)域 及發(fā)展?fàn)顩r PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的界限，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來(lái)，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序而改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。 對(duì) PLC 的經(jīng)濟(jì)分析，應(yīng)從以下 兩個(gè) 方面考慮： （ 1） 從影響成本的各個(gè)因素綜合考慮 對(duì)目前生產(chǎn)設(shè)備控制裝置來(lái)說(shuō)，有繼電器控制 、 半導(dǎo)體器件控制 以及 PLC 控制 三種類型 。 PLC 產(chǎn)品面臨現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需求。 PLC 的重量、體積、功耗和硬件價(jià)格一直在降低，雖然軟件價(jià)格占的比重有所增加，但是各廠商為了競(jìng)爭(zhēng)也相應(yīng)地降低了價(jià)格。 人機(jī)界面功能； 通信聯(lián)網(wǎng)功能； 多種控制功能； 3. PLC 的主要功能 PLC 是一種應(yīng)用面很廣、發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動(dòng)化裝置，在工廠自動(dòng)化 (FA)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位。 功能強(qiáng) 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 其主要原因是因?yàn)?PLC具有以下優(yōu)點(diǎn)： 組成 中央處理單元（ CPU）、存儲(chǔ)器、 I/O 單元、電源部分、擴(kuò)展接口、 通信接口 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 的特點(diǎn) 可編程序控制器是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 圖 1 PLC 硬件系統(tǒng)組成 PLC 的軟件系統(tǒng)是指 PLC 所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。PLC 的硬件系統(tǒng)由微處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器 (EPROM， ROM)、輸入輸出 (I/O)部件、電源部件、編程器、 I/O 擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。 綜上所述，機(jī)械手的控制方式選擇 PLC 控制。 上述的選擇方案各有優(yōu)缺點(diǎn)， 這次 對(duì)于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不需要選擇速度最快的硬件器件， 也不需要可 視化的圖形編程語(yǔ)言和平臺(tái) ， 而是在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量降低系統(tǒng)的運(yùn)行速度和開(kāi)發(fā)成 本， 提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。機(jī)械手采用 PLC 控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。機(jī)械手控制系統(tǒng)若采用 PLC 控制，體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維修容易。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程，用來(lái)完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。比之單片機(jī) ，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。 PLC 之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力。 5） PLC(可編程控制器 ) 詳見(jiàn)下一節(jié) PLC 實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其控制功能基本都是通過(guò)設(shè)計(jì)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種軟件是利用 PLC 廠商提供的指令系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的工藝流程來(lái)設(shè)計(jì)。虛擬儀器沒(méi)有常規(guī)儀器的 控制面板 ，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語(yǔ)言和平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來(lái)替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。 其缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)難度相對(duì)比較大，而且 DSP器件的價(jià)格也不便宜。 其缺點(diǎn)是開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，多用于嵌入式運(yùn)用。 2)ARM ARM 核處理器，是具有高性能、廉價(jià)、低功耗的租 SC 處理器，同時(shí)， ARM 處理器可以支持 8位、 16 位、 32位數(shù)據(jù)類型，采用流水線來(lái)增加處理器指令流的速度，鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)一步提高指令運(yùn)行速度。外部中斷、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、 SPI、 PWM、 PCA、 ISP、 IAP等諸多功能，價(jià)格從 幾元到幾十元 不等，但總體來(lái)說(shuō)比較便宜 。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié) 構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于 PC 機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制。這些工業(yè)機(jī)器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 1958 年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手鉚接機(jī)器人。這就是所謂的示教再現(xiàn) 機(jī)器人。 1954 年美國(guó)戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請(qǐng)了專利。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ) 。接觸與生產(chǎn)相關(guān)的東西，了解與實(shí)際工作有關(guān)的知識(shí)，對(duì)于之后的學(xué)習(xí)和工作都能有很多益處。國(guó)內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重 視。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。 【 關(guān)鍵詞 】 : 機(jī)械手 PLC 滾珠絲杠 步進(jìn)控制 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract In industrial production and other domains, something like high temperature, corrosion and poisonous gas appear at workplace, which would increased worker39。 涵蓋了可編程控 制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表 。 設(shè)計(jì) 所使用的機(jī)械 手 系統(tǒng) (TVT99D)是 由 三菱FX2N48MT PLC 主機(jī)、 機(jī)械手 (滾珠絲桿、滑軌 )、 Syntron 42BYG250C 步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng) 器 、傳感器、光電編碼器 、氣動(dòng)元件 等組成 ， 可 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手 的 上下移動(dòng)、左右移動(dòng)、底盤旋 轉(zhuǎn) 及 手爪旋轉(zhuǎn)、抓放 等動(dòng)作 。 機(jī)械手 可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣， 從而 替代人工操作， 適用于 可變換生產(chǎn)品種的中、小批量 自動(dòng)化 生產(chǎn)。 **大學(xué) 本科生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 題目 基 于 FX2N 及組態(tài)王的氣動(dòng)機(jī)械手監(jiān)控 學(xué) 生 姓 名 *** 所 在 學(xué) 院 **學(xué)院 專業(yè)及班級(jí) 測(cè)控技術(shù)與儀器 指 導(dǎo) 教 師 *** 完 成 日 期 年 月 日 **大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 在 工業(yè) 生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，會(huì)有一些 高溫、腐蝕及 有毒 氣體 出現(xiàn)在工作 環(huán)境中 ，危害了操作人員的健康 ，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 而 機(jī)械手 可以 解 決 這些問(wèn)題。 本畢業(yè) 設(shè)計(jì)任務(wù) 主要通過(guò) PLC 完成對(duì)一個(gè) 5 自由度的 機(jī)械手 模型 控制 ，使 其完成一系列的 生產(chǎn)動(dòng)作 過(guò)程 ，并 使用組態(tài)王軟件 對(duì)機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動(dòng)作 過(guò)程進(jìn)行了動(dòng) 畫(huà)顯示 。 主要采用了步進(jìn)順序控制及步進(jìn)控制技術(shù)。 設(shè)計(jì)報(bào)告首先介紹了機(jī)械手控制方式的選擇和所選擇方式的簡(jiǎn)介；其次介紹了應(yīng)用 PLC 設(shè)計(jì)機(jī)械手的步驟；還介紹了 PLC 機(jī)械手的程序調(diào)試；最后介紹了應(yīng)用組態(tài)王對(duì)機(jī)械手監(jiān)控的過(guò)程，包括畫(huà)面繪制、數(shù)據(jù)變量的設(shè)置等。s labor intensity and even endangers their health. With manipulator used, those difficult problems can be easily solved. Hand operation can be replaced by manipulator operation, because it can grab, put, move objects flexibly and changefully. So it can be applied to transform the production of variety of medium and smallvolume automated production. The task of the graduation design is to control a mechanical hand model with 5 degrees of freedom by PLC, and use it to plete a series of actions. The KINGVING is used to monitor the mechanical hand, and change its movement into animations. The system(model: TVT99D) I used is posed by MITSUBISHIS FX2NMT PLC, mechanical hand(ball screw, slide rail), Syntron 42BYG250C step motor and its driver