【正文】 achinery industry, the manipulator has been used widely in various automatic production lines. Carrying manipulator control has been important research problem in manipulator field. As an important industrial equipment, manipulator is a decisive position in the modern industrial production. This design with a manipulator model as a platform, design control system . The system used by the Stepping Motor unit pulse of step with the characteristics of the same distance from their point of using openloop control. So the whole movement could be seen as broken line movement, every action can be considered the same as sports, characteristics of different parameters of the point of relative movement. Among them how to use PLC accurate control of the stepping motor39。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計算機的廣泛應用，機器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，它更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能更好地實現(xiàn)與機械化和 自動化的有機結(jié)合。氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、強輻射等惡劣環(huán)境下工作，而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、容易實現(xiàn)過載保護、容易實現(xiàn)復雜的動作等優(yōu)點。 機械手的發(fā)展 機 械手控制系統(tǒng)是伴隨著機械手的發(fā)展而進步的。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展，又為機械手控制系統(tǒng)的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。第一臺機械手是在 1958 年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。日本在工業(yè)上應用機械手最多， 發(fā) 展最快的國家，自 1969 年從美 國引進兩種機械手后開始大力研發(fā)機械手。 機械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機械手。它的特點是具備不沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 2 同裝置的性能之外還具備通用機械及記憶功能。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發(fā)展到無線遙控操作。這 種機械手國外叫做“ Mechanical Hand” 。 PLC 的發(fā)展概況 PLC 是在激烈的市場競爭中產(chǎn)生的， 20 世紀 60年代末，美國汽車制造業(yè)競爭激烈。就是把繼電器控制的優(yōu)點與計算機的功能齊全、靈活性、通用性強的特點結(jié)合起來，用計算機的編程軟件邏輯易于修改來代替繼電－接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。 PLC 的定義 國際電工委員會（ International Electrical Committee）在 1985 年的 PLC 標準草案第 3 稿中，對 PLC做了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。 PLC 的特點 編程方法簡單易學 沈陽化工大學學士學位論文 第一章 緒論 3 梯形圖是使用最多的 PLC 的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器的電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂?？梢詫崿F(xiàn)非常復雜的控制功能。 PLC 可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。 PLC 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 可靠性高，抗干擾能力強 PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器， PLC 外部僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/10— 1/00，因觸點不良造成的故障大為減少。 體積小，能耗低 小型的 PLC 體積僅相當于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/21/10。 安裝、調(diào)試工作量少，維修方便 安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。各種模塊上均有運行和故障 指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。 PLC 通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化工作。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。所以輸入如果是脈沖信號，它的 寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)。例如：算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達等。 (4) CPU 自診斷測試 自診 斷測試包括定期檢查 CPU 模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。這時才是 PLC真正的輸出。 (7) 立即 I/O 處理 在子程序執(zhí)行中使用立即 I/O 指令可以直接存取 I/O點。用立即 I/O 指令讀來改寫輸出點時，相應的輸出過程映像寄存器的值被更新。 二、改善勞動條件，避免人身事故 在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動 條件得以改善。 三、減輕人力，便于有節(jié)奏的生產(chǎn) 應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側(cè)面，同時由于應用機械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個側(cè)面。 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 機械手控制系統(tǒng)設計方案 6 第二章 機械手控制系統(tǒng)方案設計 控制系統(tǒng)支配著機械手按規(guī)定的要求運動?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機械手按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機械手的指令信息 (如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間 )，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視，當動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。本課題中的搬運機械手控制系統(tǒng)應具有如下功能： 控制系統(tǒng)能夠根據(jù) PLC輸入的指令，準確靈活的控制搬運機 械手，完成搬運任務； 控制系統(tǒng)能夠保證搬運機械手針對生產(chǎn)任務的要求，能夠準確完成貨物的搬運，保證快速性和準確性兼顧； 機械手基本結(jié)構(gòu) 四軸構(gòu)成：橫向 X軸；縱向 Y軸；底盤旋轉(zhuǎn)軸；夾手旋轉(zhuǎn)軸。 其運動控制方式為： (1)由直流電機驅(qū)動可旋轉(zhuǎn)角度為 90度的氣控機械手； (2)由步進電機驅(qū)動絲杠組件使機械手沿 X、 Y軸移動 (有 x、 y軸限位開關(guān) )； (3)由直流電動機驅(qū)動的底盤帶動整個機械手。 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 機械手控制系統(tǒng)設計方案 7 圖 21 機械手的結(jié)構(gòu)示意圖 機械手運行的工藝過程 分析工藝過程： 機械手的初始位置停在原點，按下啟動后按扭后，完成一個工作周期。 2) 當檢查取物點有工件時，機械手水平方向的步進電機開始動作，機械手臂開始前伸。 4) 前伸、下降到位后，夾手夾緊工件。 6) 上升到位后，底盤旋轉(zhuǎn)，夾手旋轉(zhuǎn)。 8) 到達指定位置后，夾手張開，縱軸上升。 10) 夾手 、底盤回轉(zhuǎn)到位后，橫軸回縮。 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 機械手控制系統(tǒng)設計方案 8 控制方案設計 本設計主要是對機械手進行有序的控制，提高搬運工作的準確性、安全性。 由于 PLC的抗干擾能力強，所以能在惡劣的工作環(huán)境中，可靠地完成控制任務，為了使設備便于安裝、調(diào)試，以及從經(jīng)濟角度考 慮，設計出如圖 22所示的機械手控制系統(tǒng)的功能框圖。 機械手 電氣 控制柜 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設計 9 第三章 控制系統(tǒng)硬件設計 在確定設計方案之后，根據(jù)需要實現(xiàn)的功能以及整個系統(tǒng)的性價比對 PLC和電氣元器件進行選型，設計機械手電氣控制系統(tǒng)。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動化控制需要。此外，豐富的 CPU類型和電壓等級使其在解決用戶的工業(yè)自動化問題時，具有很強的適應性。 PLC CPU 22X的技術(shù)參數(shù)如圖 31所示 圖 31 PLC CPU22X技術(shù)參數(shù) 根據(jù)本系統(tǒng)的 I/O 分配以及脈沖輸出頻率決定選用 CPU 226 的 S7 200PLC。它本身就是一個完成數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換的執(zhí)行組件。 步進電機在精密小型電動機中是一種應用最為廣泛的機種。177。 10% 相電感（ mH） 177。 3 本課題用到的是兩相步進驅(qū)動器來完成的步進驅(qū)動， PLC 無法直接驅(qū)動步進電機，所以 PLC 的輸出信號要先經(jīng)過驅(qū)動器進行控制或者細分來使運動更加平穩(wěn)。2M412 步進 電機驅(qū)動器 (兩相雙極微步型 )，如圖 33 圖 33 步進電機驅(qū)動器 Kinco174。2M412步進電機驅(qū)動器參數(shù)如表 32 表 32 2M412步進驅(qū)動器技術(shù)參數(shù) 供電電壓 直流 12V40V 輸出相電流 控制信號輸入電流 620mA 冷卻方式 自然風冷 使用環(huán)境要求 避免金屬粉塵、油霧或腐蝕性氣體 沈陽化工大學學士學位論文 第三章 控制系統(tǒng)硬件設計 12 使用環(huán)境溫度 10℃到 +45℃ 使用環(huán)境濕度 85%非冷凝 重量 直流減速電機 直流減速電機技術(shù)參數(shù)，如表 33。 m) 額定電流≤(A) 額定功率 (W) M28831 24 3000 5 繼電器 繼電器是一種控制元件，它主要用來反映各種控制信號，其觸點通常接在控制電路中。 表 34 JZ11技術(shù)參數(shù) 型號 吸引線圈額定電壓（ V） 吸引線圈消耗功率（ W） 觸點額定電流（ A） 觸點數(shù)量 JZ11 直流 1 2 4 1220