畢業(yè)論文——基于plc的柔性制造系統(tǒng)的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　三 江 學(xué) 院</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 基于PLC的柔性制造系統(tǒng)的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的 </p><p>　　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　高 職 院 （系） 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) G095152042 </p><p>　　學(xué)生姓名 朱 曉 春 </p><p>　　指導(dǎo)教師 王 志 斌 </p><p&g

3、t;　　起訖日期 2012/11/21～2013/4/20 </p><p>　　設(shè)計(jì)地點(diǎn) 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在基于PLC的柔性制造系統(tǒng)為核心的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)進(jìn)行了搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的控制設(shè)計(jì)，詳細(xì)敘述了該搬運(yùn)單

4、元由步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行綜合控制的軟、硬件的實(shí)現(xiàn)方法。該設(shè)計(jì)利用步進(jìn)電機(jī)單位脈沖所具有的步進(jìn)距離不變的特點(diǎn)，對(duì)其采用開環(huán)點(diǎn)位控制。因此可將整個(gè)運(yùn)動(dòng)視為拆線運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)動(dòng)作可視為運(yùn)動(dòng)程序相同、特征參數(shù)各異的點(diǎn)位相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其以起點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過脈沖得到目的點(diǎn)的位置，手動(dòng)點(diǎn)擊按鈕，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手從參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到目的點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞:柔性制造系統(tǒng)；PLC；機(jī)械手</p><p><b&g

5、t;　　ABSTRACT</b></p><p>　　In the basis of PLC as the core, with the focus on the control of the FMS handling unit design, this paper describes the handling unit consists of stepping motor comprehensive

6、 control the hardware and the software realization method. This design using the stepping motor unit pulse with the characteristics of step distance unchanged, the position control by the open loop. So the entire movemen

7、t as take out stitches movement, every movement can be regarded as exercise program is same, characterist</p><p>　　Key words：Flexible Manufacturing System;Programmable Controller;Manipulator</p><p

8、><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1基于PLC的柔性制造系統(tǒng)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的概述1</p><p>　　1.2機(jī)械手控制系統(tǒng)的背景和意義2</p><p>　　1.2.1可編程序控制器背景2</p>&

9、lt;p>　　1.2.2可編程序控制器的應(yīng)用意義2</p><p>　　1.2.3可編程序控制器的特點(diǎn)3</p><p>　　1.3本課題研究的內(nèi)容3</p><p>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7</p&g

10、t;<p>　　2.3其他輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)10</p><p>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1總體流程圖的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2 三菱PLC的選擇12</p><p>　　3.2.1三菱PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則12</p><p>　　3.2.2三菱PLC控

11、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟12</p><p>　　3.2.3三菱PLC品牌選擇13</p><p>　　3.2.4三菱PLC系列選擇14</p><p>　　3.2.5三菱輸出方式選擇16</p><p>　　3.3 三菱PLC的I/O口分配17</p><p>　　3.3.1I/O點(diǎn)數(shù)17</p>&

12、lt;p>　　3.3.2I/O口分配原則17</p><p>　　3.3.3I/O口分配論證18</p><p>　　3.4三菱 PLC程序的設(shè)計(jì)19</p><p><b>　　結(jié)束語31</b></p><p><b>　　致 謝32</b></p><p&

13、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1基于PLC的柔性制造系統(tǒng)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的概述</p><p>　　PLC柔性制造系統(tǒng)是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動(dòng)化的工藝設(shè)備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動(dòng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三

14、個(gè)子系統(tǒng)組成。</p><p>　　機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。在柔性制造系統(tǒng)中起到了物流的作用，是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。</p><p>　　機(jī)械手的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。其作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><

15、p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度

16、越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的。專用機(jī)床是大批量生產(chǎn)自動(dòng)化的有效辦法，程控機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心等自動(dòng)化機(jī)械是有效解決多品種小批量生產(chǎn)自動(dòng)化的重要辦法。</p><p>　　但除切削加工本身外，還有大量的裝卸、搬運(yùn)、

17、裝配等作業(yè)，有待于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。據(jù)資料介紹，美國(guó)生產(chǎn)的全部工業(yè)零件中，有75％是小批量生產(chǎn)；金屬加工生產(chǎn)批量中有四分之三在50件以下，零件真正在機(jī)床上加工的時(shí)間僅占零件生產(chǎn)時(shí)間的5％。從這里可看出，裝卸、搬運(yùn)等工序機(jī)械化的迫切性，工業(yè)機(jī)械手就是為實(shí)現(xiàn)這些工序的自動(dòng)化而產(chǎn)生的。機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。</p><p>　　在機(jī)械工業(yè)

18、中，機(jī)械手的應(yīng)用意義可以概括如下：</p><p>　　可以提高生產(chǎn)過程的自動(dòng)化程度，應(yīng)用機(jī)械手，有利于提高材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。</p><p>　　可以改善勞動(dòng)條件、避免人身事故在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場(chǎng)合

19、中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的。而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全地完成作業(yè)，大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。在一些動(dòng)作簡(jiǎn)單但又重復(fù)作業(yè)的操作中，以機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。</p><p>　　可以減少人力，便于有節(jié)奏地生產(chǎn)，應(yīng)用機(jī)械手代替人手進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)地工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床和綜

20、合加工自動(dòng)生產(chǎn)線上，目前幾乎都設(shè)有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏地進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p>　　綜上所述，有效地應(yīng)用機(jī)械手是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)。</p><p>　　1.2機(jī)械手控制系統(tǒng)的背景和意義</p><p>　　機(jī)械手按驅(qū)動(dòng)控制方式分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。

21、其中以可編程序控制器控制的電動(dòng)式點(diǎn)位控制機(jī)械手應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　1.2.1可編程序控制器背景</p><p>　　可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來的一種通用的

22、工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。</p><p>　　在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤

23、（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。</p><p>　　1.2.2可編程序控制器的應(yīng)用意義</p><p>　　PLC的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，并在迅速擴(kuò)大，對(duì)于而今的PLC幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC，尤其近幾年來PLC的性價(jià)比不斷提高已被廣泛應(yīng)用在冶金、機(jī)械、石油、化工、輕功、電力等各行業(yè)。</p><p>　　按PLC的控制類型，其應(yīng)

24、用大致可分為以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1.用于邏輯控制。這是PLC最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用PLC取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。</p><p>　　2.用于模擬量控制。PLC通過模擬量I/O模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。</p><p>　　3.用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 。

25、現(xiàn)代PLC具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。</p><p>　　4.用于工業(yè)機(jī)器人控制。</p><p>　　5.用于多層分布式控制系統(tǒng)高功能的PLC具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間、PLC與遠(yuǎn)程I/O之間、PLC與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。</p>

26、<p>　　1.2.3可編程序控制器的特點(diǎn)</p><p>　　1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) </p><p>　　PLC能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作，PLC的平均無故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的F1系列PLC平均無故障時(shí)間間隔長(zhǎng)達(dá)30萬h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。</p><p>　　2.控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通

27、用性強(qiáng) </p><p>　　由于PLC是采用軟件編程來實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變PLC的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。</p><p>　　3.編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便</p><p>　　4.組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣PLC既可用于開關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)

28、；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC應(yīng)用范圍很廣。</p><p>　　5.體積小、重量輕、功耗低 </p><p>　　PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約1.2KW。</p><p>　　1.3本課題研究的內(nèi)容</p><p><b>　　1.概要</b><

29、;/p><p>　　任務(wù)：實(shí)現(xiàn)機(jī)械手在兩個(gè)工作臺(tái)間代替工人進(jìn)行單調(diào)持久地搬移工作。</p><p>　　要求：PLC控制，預(yù)置工作程序，動(dòng)作靈活，可根據(jù)工件的變化隨時(shí)更改相關(guān)控制參數(shù)。</p><p><b>　　2.硬件選擇</b></p><p>　　動(dòng)力源——步進(jìn)電機(jī)及其相應(yīng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備。機(jī)械手夾持部位采用電磁控制。各元件

30、應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境進(jìn)行校核設(shè)計(jì)，本文中所選設(shè)備僅作示范性選擇，未進(jìn)行校核，不適用于具體設(shè)備制造，不代表最終機(jī)械手硬件。</p><p>　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)——機(jī)械手臂采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。</p><p>　　超程保護(hù)——設(shè)備運(yùn)行過程中未能豁免發(fā)生控制程序或電路故障，造成在極限位置仍繼續(xù)發(fā)出前進(jìn)信號(hào)，燒毀步進(jìn)電機(jī)或其驅(qū)動(dòng)設(shè)備。結(jié)構(gòu)中在極限位置采用行程開關(guān)進(jìn)行超程保護(hù)，各極限位置保留了一定工作區(qū)域

31、，不作為工作行程。</p><p>　　操作臺(tái)布置——盡力人性化處理，顯示實(shí)時(shí)工作狀態(tài)及故障報(bào)警。</p><p><b>　　3.控制要求</b></p><p>　　定位精確性——步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為動(dòng)力啟動(dòng)設(shè)備，采用開環(huán)點(diǎn)位控制，滿足點(diǎn)位要求。</p><p>　　路徑無干擾性——無干涉，無安全隱患。可以設(shè)

32、定中間點(diǎn)位避讓繞行。</p><p><b>　　4.輸入／輸出設(shè)備</b></p><p>　　輸入：指令按鈕、旋鈕、急停按鈕、報(bào)警及指示裝置。</p><p>　　輸出：指示燈、二極管、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)設(shè)備、電磁機(jī)械手。</p><p><b>　　5.研究對(duì)象特點(diǎn)</b></p>

33、<p>　　本設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究，貼近企業(yè)生產(chǎn)，具有很強(qiáng)的可行性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。該設(shè)備可以應(yīng)用于中、小批量生產(chǎn)柔性制造自動(dòng)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)工件在兩工作臺(tái)間的搬移，大大的減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少人力資源的浪費(fèi)，節(jié)省生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少因?yàn)槿斯な韬鲈斐傻陌踩鹿?。遠(yuǎn)程控制，對(duì)于恒溫環(huán)境、不適合人直接接觸工作的危險(xiǎn)環(huán)境（如：高溫、發(fā)射、劇毒、無氧、高空等惡劣環(huán)境）下較普通機(jī)械手（如：行程開關(guān)定位順序控制）有明顯的優(yōu)勢(shì)。<

34、;/p><p><b>　　第二章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　夾緊機(jī)構(gòu)——手爪</b></p><p>　　機(jī)械手手爪是用來抓取工件的部件。其構(gòu)造模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指數(shù)量又可分為二指、三指、四指等，其

35、中以二指用得較多?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作。手爪抓取工件時(shí)，應(yīng)具有迅速性、靈敏性、準(zhǔn)確性和可靠性。</p><p>　　設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)需要對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度、加速度、夾持物體重量、慣性和沖擊力、開口尺寸進(jìn)行校核，且能夠自鎖，防止斷電或設(shè)備故障造成被抓物掉落。</p><p><b>　　手爪結(jié)構(gòu)圖</b></p>

36、<p>　　假定被夾持工件為有凹槽回轉(zhuǎn)體，且自重不超過機(jī)械手允許安全負(fù)載，作以下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：</p><p>　　圖2.1 機(jī)械手手爪示意圖</p><p>　　手爪 2.轉(zhuǎn)軸 3.壓縮彈簧 4.電磁鐵芯 5.電磁線圈 6.螺母</p><p>　　7.機(jī)械手手爪殼體 8.點(diǎn)位銷 9.限位螺釘 10.橡膠防滑墊</p><p>　　工

37、作原理：杠桿原理、胡克定律及安培定律。</p><p>　　工作方式：機(jī)械手的夾緊與放松由電磁線圈控制。若線圈得電，手臂處產(chǎn)生電磁力矩，當(dāng)電磁力矩大于彈簧被壓縮所產(chǎn)生的力矩時(shí)，手臂吸合，手爪張開；若線圈失點(diǎn)，手臂端無磁力矩，機(jī)械手手爪將在彈簧預(yù)壓縮力所產(chǎn)生的力矩下，保持夾緊狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自鎖功能，避免因偶爾斷電導(dǎo)致被抓物掉落。</p><p>　　特點(diǎn)：最大夾持半徑可調(diào)，設(shè)定夾持點(diǎn)半徑，可減少

38、夾持力對(duì)夾持物表面的破壞。由于夾緊的為剛性工件，為了提高安全性能，防止破壞工件，我們可以在夾持部分加上一層橡膠，這樣可以通過增大工件和手指之間的摩擦系數(shù)來增加安全性，通過橡膠的彈性變形來緩沖對(duì)工件的沖擊，可以減輕乃至消除對(duì)工件的損壞。</p><p>　　本設(shè)計(jì)使用的是電磁式控制吸合的機(jī)械手，適用于磁性材料，有溝槽或穿孔的工件吸?。粏挝幻娣e有較大的吸力；可以快速吸附和松放工件，從而快速實(shí)現(xiàn)工件在兩工作臺(tái)之間的搬運(yùn)

39、控制；此外，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用壽命較長(zhǎng)。</p><p><b>　　機(jī)械手軀體的組成</b></p><p>　　機(jī)械手軀干包括立柱、機(jī)座、手臂和手腕四部分。</p><p>　　立柱是支撐手臂帶動(dòng)它升降、擺動(dòng)和移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，立柱和機(jī)座相聯(lián)可固定在地面上、機(jī)床設(shè)備上、或者橫掛在梁上，可固定在行走機(jī)座上。本設(shè)計(jì)中機(jī)座為落地固定式機(jī)座。</p&g

40、t;<p>　　機(jī)座是支撐機(jī)械手全部重量的構(gòu)建，對(duì)其結(jié)構(gòu)的要求是剛性好、占地面積小、操作方便和造型美觀。</p><p>　　手臂是機(jī)械手的主要部分，它支持手腕、手指和工件使他們運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。手臂應(yīng)承載能力大、剛性好、自重輕、靈活、位置精度高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。主要結(jié)構(gòu)有伸縮式和關(guān)節(jié)式，本文優(yōu)選伸縮式。</p><p><b>　　軀干傳動(dòng)定位機(jī)構(gòu)</b>&

41、lt;/p><p>　　1) 手臂直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　手臂直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，基本上是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)向裝置組成。文中選用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，故選用絲杠螺母機(jī)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。現(xiàn)就兩者作以下分析：</p><p>　　絲杠螺母機(jī)構(gòu)：位置較準(zhǔn)確、降速比大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無噪音、易自鎖，但高精度的絲杠制造比較困難，傳動(dòng)效率低。矩形、梯形螺紋結(jié)構(gòu)，因傳動(dòng)力大，應(yīng)用廣泛。滾

42、珠絲杠效率高，但成本高。</p><p>　　齒輪齒條機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)效率高、速度快、無自鎖。一般用于機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不作為定位機(jī)構(gòu)。</p><p>　　為滿足自鎖要求，優(yōu)先選用絲杠螺母機(jī)構(gòu)。</p><p><b>　　手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　由于采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)比較

43、低。可直接采用齒輪減速以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。</p><p>　　齒輪減速：工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；減速效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。</p><p>　　圖2.2機(jī)械手機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　機(jī)座 2.卡環(huán) 3.軸承 4.步進(jìn)電機(jī) 5.圓柱主動(dòng)齒輪 6.圓柱從動(dòng)齒輪 7.搖臂</p><p>　　8.聯(lián)軸器 9.螺母

44、 10.導(dǎo)向軸 11.絲杠滑塊 12.絲杠軸 13.軸承 14.機(jī)械手</p><p>　　2.2傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　傳動(dòng)方式</b></p><p>　　電氣傳動(dòng)使利用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以獲得機(jī)械手的各種運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手的位移和運(yùn)動(dòng)速度，可由電控系統(tǒng)發(fā)出

45、脈沖信號(hào)數(shù)量及脈沖信號(hào)頻率來控制。步進(jìn)電機(jī)能夠達(dá)到比較高的重復(fù)定位精度。</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)(stepping motor)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“布距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過

46、控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的：同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有累積誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛的用于各種開環(huán)控制。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類型。</p><p>　　機(jī)電式步進(jìn)電機(jī)由鐵芯、線圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。螺線管線圈通電時(shí)將產(chǎn)生磁力，推動(dòng)

47、其鐵芯芯子運(yùn)動(dòng)，通過齒輪機(jī)構(gòu)是輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置；線圈再通電，轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動(dòng)角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式3種形式。</p><p>　　永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由四相繞組組成。A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相所確定的磁場(chǎng)方向；A相斷電、B相繞組通電時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)方向，這是，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一

48、個(gè)角度而位于新的磁場(chǎng)方向上，被激勵(lì)相的順序決定了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率小，步距角較大。缺點(diǎn)是啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較低。</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分析的相近齒槽，利用這兩種齒槽的相對(duì)位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保證，起動(dòng)和運(yùn)動(dòng)頻率較高，但消耗較大，效率較低。<

49、/p><p>　　永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由變頻脈沖信號(hào)源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由驅(qū)動(dòng)電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能決定于電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電源間的良好配合。</p><p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大

50、于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般的說最大靜力矩大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。</p><p>　　選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到設(shè)備所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲杠導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的

51、細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。</p><p>　　選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣性和設(shè)備要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足快速移動(dòng)的需要。</p><p>　　選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：</p><p>　?。?）計(jì)算電機(jī)的步距角比，

52、根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，步距角θ計(jì)算如下：</p><p>　　式中：S---絲杠螺距(mm)</p><p>　　Δ---(mm/脈沖)</p><p><b>　　i---減速比</b></p><p>　?。?）計(jì)算電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩M</p><p>　　式中：F---啟動(dòng)單元負(fù)載(N)</p

53、><p>　　---傳動(dòng)系統(tǒng)總效率(此處先以1帶入)</p><p>　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以選擇17HS001電機(jī)。17HS001電機(jī)的具體參數(shù)如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 42HS003步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù)</p><p>　　與該步進(jìn)電機(jī)相匹配的驅(qū)動(dòng)器為ST-2HB02X驅(qū)動(dòng)器。ST-2HB02X驅(qū)動(dòng)器采用MicrosCh

54、ip芯片，采用新型的雙極性恒相流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大64細(xì)分高性能驅(qū)動(dòng)，適合驅(qū)動(dòng)2A。</p><p>　　以下42系列，57系列兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床，紡織機(jī)械，噴繪機(jī)，疲勞測(cè)試機(jī)等用戶希望成本低，低振動(dòng)，高精度，高速度的場(chǎng)合。</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　型號(hào) ST-2HB02X&l

55、t;/p><p><b>　　相 數(shù)：二相</b></p><p>　　工作電壓：DC(10-40)V </p><p>　　驅(qū)動(dòng)電流：DC(0.1-2.0)A </p><p>　　驅(qū)動(dòng)方式：全橋雙極恒相流驅(qū)動(dòng)</p><p>　　電

56、流設(shè)置：0.1A分度</p><p>　　細(xì)分功能：相電流不高于2A/相的兩相，四相混合式步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　冷卻方式：散熱器(安裝在通風(fēng)良好的場(chǎng)合)</p><p>　　環(huán)境溫度：0～50℃</p><p>　　尺寸/重量：130×73×33mm/280g</p><p>　　2.3其他

57、輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　原點(diǎn)定位及超程保護(hù)</b></p><p>　　為保證機(jī)械手重復(fù)定位精度，對(duì)機(jī)械手每工作循環(huán)提出返回原點(diǎn)校零位要求。</p><p>　　在初始位置添置限位開關(guān)，當(dāng)觸及時(shí)發(fā)出已達(dá)原點(diǎn)命令，停止遠(yuǎn)動(dòng)。同時(shí)鎖定繼續(xù)前進(jìn)行動(dòng)，能且只能反向運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)因故障或暴力操作造成的超程保護(hù)功能。非原點(diǎn)端只作超程保護(hù)不

58、作為定位。</p><p>　　圖2.8 傳動(dòng)絲杠示意圖</p><p><b>　　2.操作臺(tái)</b></p><p>　　操作面板以貼近人們?nèi)粘９ぷ髁?xí)慣、符合人體工程學(xué)、方便工作人員直接操作、反應(yīng)自動(dòng)工作狀態(tài)為原則，與后文I/O采用方案相匹配，進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2.9所示。</p><p>　　該機(jī)械手工作方式有手動(dòng)、

59、單步、單周期、連續(xù)工作(自動(dòng))四種形式。具體有原點(diǎn)、路徑關(guān)鍵點(diǎn)、報(bào)警指示、工作狀態(tài)指示等功能。下面操作面板說明如下：</p><p>　　設(shè)備原點(diǎn)：機(jī)械手的設(shè)備原點(diǎn)。任何停止?fàn)顟B(tài)，旋轉(zhuǎn)旋鈕到原點(diǎn)，啟動(dòng)回原點(diǎn)按鈕，機(jī)械手回到了原點(diǎn)。</p><p>　　手動(dòng)方式：各自的按鈕使各個(gè)負(fù)載單獨(dú)接通或斷開。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)按操作者的指令進(jìn)行動(dòng)作。同時(shí)也負(fù)責(zé)起自動(dòng)工作方式中每一工步目的記錄保存工作。</

60、p><p>　　單步：旋鈕旋轉(zhuǎn)單周期工作，按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行一個(gè)工步。</p><p>　　單周期：旋鈕旋轉(zhuǎn)單周期工作，按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行一個(gè)周期。</p><p>　　連續(xù)工作(自動(dòng)狀態(tài))：在用戶原點(diǎn)，旋鈕旋轉(zhuǎn)自動(dòng)，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕連續(xù)反復(fù)進(jìn)行，途中按動(dòng)停止按鈕，運(yùn)行到原定后停止。</p><p>　　LED指示燈：狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。</

61、p><p>　　電源和急停按鈕與PLC工作無關(guān)。該按鈕使用來接通或斷開PLC外部負(fù)載的電源。</p><p>　　圖2.9操作面板示意圖</p><p><b>　　第三章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 總體流程圖的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　工作流程圖</b&g

62、t;</p><p>　　圖3.1 工作流程圖</p><p>　　本機(jī)械手采用點(diǎn)位控制，我們可將整個(gè)運(yùn)動(dòng)看作折線運(yùn)動(dòng)，每一步動(dòng)作歸納為參數(shù)不同的點(diǎn)位之間動(dòng)作。以起點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過脈沖計(jì)數(shù)，得到目的點(diǎn)位置。手動(dòng)操作機(jī)械手從參考點(diǎn)到達(dá)目的點(diǎn)后，保存目的點(diǎn)的相對(duì)特征參數(shù)，并對(duì)每一步保存的參數(shù)進(jìn)行列表管理。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下點(diǎn)位輸入，自動(dòng)模式查表“仿行”運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)設(shè)置好以后就可以按預(yù)先設(shè)置自動(dòng)運(yùn)行

63、。</p><p>　　核心思想：記錄關(guān)鍵點(diǎn)，構(gòu)造工作路徑和狀態(tài)?，F(xiàn)就四工位作以下說明。</p><p>　　用戶在手動(dòng)原點(diǎn)狀態(tài)下，控制機(jī)械手至A點(diǎn)位(到A點(diǎn)的路徑可制定中間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)繞行)，按下保存，記錄該店重要參數(shù)。之后控制機(jī)械手到B點(diǎn)位夾取工件，同時(shí)記錄機(jī)械手位置及加緊位置，為簡(jiǎn)化過程，可在A點(diǎn)設(shè)置機(jī)械手張開，B點(diǎn)設(shè)置夾緊。</p><p>　　控制機(jī)械手移動(dòng)，同

64、前所述記錄關(guān)鍵點(diǎn)位，到D點(diǎn)放下工件。再用同樣的方法到下一工位進(jìn)行操作。</p><p>　　3.2三菱PLC的選擇</p><p>　　3.2.1三菱PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則</p><p>　　1、滿足被控制對(duì)象的控制要求考慮將來的發(fā)展的需要，PLC選用功能較強(qiáng)的新產(chǎn)品，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊?lt;/p><p>　　2、系統(tǒng)安全、可靠。<

65、;/p><p>　　3、盡可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用與維護(hù)方便。</p><p>　　4、具有較高的性價(jià)比。</p><p>　　3.2.2三菱PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　1、分析被控對(duì)象，提出控制要求。</p><p>　　2、確定輸入、輸出設(shè)備。</p><p>　　3、確定PLC的I

66、/O點(diǎn)數(shù)，選擇PLC機(jī)型。</p><p>　　4、分配I/O點(diǎn)數(shù)，繪制PLC控制系統(tǒng)輸入、輸出端子接線圖。</p><p>　　5、程序設(shè)計(jì)，繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。</p><p>　　6、程序調(diào)試。先進(jìn)行模擬調(diào)試，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試；先進(jìn)行局部、分段調(diào)試，再進(jìn)行整體、系統(tǒng)調(diào)試。</p><p>　　7、調(diào)試過程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投

67、入使用。</p><p>　　圖3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖</p><p>　　3.2.3三菱PLC品牌選擇</p><p>　　世界上生產(chǎn)PLC的廠商有數(shù)百家，構(gòu)成美國(guó)、歐洲和日本三大技術(shù)陣營(yíng)，其代表機(jī)型有美國(guó)羅克韋爾(Rockwell)自動(dòng)化公司所屬的A-B(Allen-Bradley)公司生產(chǎn)的PLC-5系列PLC、GE-Fanuc公司生產(chǎn)的90-

68、TM30系列和90-YM70系列的PLC、德國(guó)西門子(Siemens)公司生產(chǎn)的S5系列PLC和S7系列PLC，日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列、A系列、Q系列PLC、歐姆龍公司生產(chǎn)的CS系列、從200系列、CPM系列PLC。</p><p>　　三大技術(shù)陣營(yíng)的PLC在程序表達(dá)形式、功能及用法上有很大的差異。熟悉西門子S5系列PLC的人都知道，他是采用機(jī)構(gòu)化編程的方法，盡管他也設(shè)有梯形圖、邏輯圖等多種其他編程語言，但少

69、許復(fù)雜一點(diǎn)的問題就必須采用語句表，通過STEP5語言，調(diào)用各種功能來實(shí)現(xiàn)。然而美國(guó)A-B公司的PLC-5系列可編程控制器則與西門子S5系列PLC相去甚遠(yuǎn)，A-B的PLC-5根本就沒有語句表，他所有的程序都要依靠梯形圖編制，因而A-B的梯形圖與西門子的梯形圖在形式、功能及用法上相差很大。</p><p>　　日本的微型小型PLC產(chǎn)品是非常有特色的，他對(duì)梯形圖、語句表并重，而且配置了包括功能指令在內(nèi)的功能很強(qiáng)的指令系

70、統(tǒng)用戶常常會(huì)發(fā)現(xiàn)，同一個(gè)應(yīng)用問題，選用日本的小型PLC產(chǎn)品就能解決，而用歐美產(chǎn)品常要選用中型乃至大型PLC才行。這主要是歐美小型PLC產(chǎn)品指令系統(tǒng)太弱所制。</p><p>　　日本的PLC技術(shù)是由美國(guó)引進(jìn)的，因此日本的產(chǎn)品對(duì)美國(guó)的產(chǎn)品有一定的繼承性。但日本把自己主推產(chǎn)品定位在小型PLC上，因面臨的主要市場(chǎng)在亞洲，因此他對(duì)美國(guó)的PLC技術(shù)既有繼承，更多的是發(fā)展。在小型PLC方面，他已是青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，日本產(chǎn)品在

71、世界小型PLC市場(chǎng)上占70%的份額。</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)引進(jìn)的PLC產(chǎn)品價(jià)值，其中美國(guó)約占36.3%，歐洲產(chǎn)品約占45.5%，日本產(chǎn)品約占18.2%。歐美產(chǎn)品以大中型PLC為主，基本上德國(guó)西門子公司于美國(guó)A-B公司平分秋色。小型PLC主要是日本產(chǎn)品。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)，日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列小型PLC以其良好的性能得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)各大高校、職業(yè)技術(shù)學(xué)

72、校，也為其提供了專業(yè)技術(shù)人才的支持。</p><p>　　簡(jiǎn)單機(jī)械手運(yùn)動(dòng)小型PLC足以滿足要求，選用日本三菱公司FX系列作為本文中搬運(yùn)機(jī)械手的核心控制系統(tǒng)，可以減少企業(yè)對(duì)操作人員培訓(xùn)，降低使用成本，減少消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品使用的顧慮。</p><p>　　3.2.4三菱PLC系列選擇</p><p>　　PLC機(jī)型選擇的基本原則是，在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使

73、用最方便以及性能價(jià)格比的最優(yōu)化機(jī)型。三菱FX系列PLC包括、、、。各型號(hào)的PLC在性能上都有所區(qū)別。</p><p><b>　　1、系列PLC</b></p><p>　　將優(yōu)良的特點(diǎn)融合進(jìn)一個(gè)很小的控制器中。適用于最小的封裝，他是希望低成本的用戶在有限的I/O范圍內(nèi)尋求功能強(qiáng)大的控制的首選目標(biāo)。提供多達(dá)30個(gè)I/O，并且能通過串行通信傳輸數(shù)據(jù)，所以他能用在常用的緊

74、湊型PLC不能應(yīng)用的地方。</p><p>　　體積雖小，但功能強(qiáng)大：</p><p>　　（1）主機(jī)點(diǎn)數(shù)10/14/20/30，分為晶體管輸出/繼電器輸出，交流電源/直流電源。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊、性價(jià)比高。顯示模塊和擴(kuò)展板使系統(tǒng)升級(jí)變得容易。</p><p>　?。?）高速運(yùn)算。基本指令是0.55μs/指令～0.7μs/指

75、令；應(yīng)用指令是3.7μs/指令至幾百μs/指令。</p><p>　　（4）2000步存儲(chǔ)容量，是以前的FXOS的2.5倍。</p><p>　?。?）豐富的器件資源。輔助繼電器512點(diǎn)、定時(shí)繼電器64點(diǎn)、計(jì)數(shù)器32點(diǎn)、數(shù)據(jù)寄存器256點(diǎn)。</p><p>　　（6）具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘滿足對(duì)時(shí)間的應(yīng)用要求。</p><p&g

76、t;　?。?）聯(lián)網(wǎng)能力。串行擴(kuò)展通過RS-232、RS-422使聯(lián)網(wǎng)更容易。</p><p>　?。?）電源使用范圍很寬。世界任何地方的標(biāo)準(zhǔn)電壓都適用，也可以使用直流電源。</p><p>　?。?）基于Windows軟件。</p><p>　?。?0）模擬點(diǎn)位器。</p><p><b>　?。?1）密碼保護(hù)。</b>

77、</p><p><b>　?。?2）遠(yuǎn)程維護(hù)。</b></p><p>　?。?3）脈沖輸出和定位功能。一個(gè)PLC單元中每相能同時(shí)輸出2點(diǎn)100KHz脈沖，PLC配置7條特殊定位指令，包括零返回、絕對(duì)位置讀出、絕對(duì)或相對(duì)地址表達(dá)方式以及特殊脈沖輸出控制。</p><p>　　2、FX1N系列PLC</p><p>　　

78、增加了特殊功能模塊或擴(kuò)展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項(xiàng)使用FX1N在體積、通信和特殊功能模塊和能源控制等重要的應(yīng)用方面非常完美。是一種普遍選擇方案。</p><p>　　與FX1S相比較，在以下方面得到了很好的提升：</p><p>　?。?）跟多的控制點(diǎn)數(shù)14點(diǎn)～128點(diǎn)。</p><p>　?。?）EEPROM寄存器更大，達(dá)8000步。</p><

79、;p>　?。?）更為豐富的器件資源。輔助繼電器1536點(diǎn)、定時(shí)器256點(diǎn)、計(jì)數(shù)器235點(diǎn)、數(shù)據(jù)寄存器8000點(diǎn)。</p><p>　?。?）增加過程控制。在系統(tǒng)要求精度控制時(shí)使用PID指令。</p><p>　　3、FX2N系列PLC</p><p>　　作為FX系列最高級(jí)的模塊，他擁有無以匹敵的速度、高級(jí)功能、邏輯組件以及定位控制等特點(diǎn)。</p>

80、<p>　　與前者PLC相比較，在以下方面得到了很好的提升：</p><p>　?。?）更多的控制點(diǎn)數(shù)。16點(diǎn)～256點(diǎn)。</p><p>　?。?）靈活的配置。具有滿足特殊要求的大量特殊模塊，6個(gè)基本FX2N單元中每一個(gè)單元可擴(kuò)充到256點(diǎn)的I/O。</p><p>　?。?）更高速運(yùn)算?；局噶?.08μs/指令；應(yīng)用指令是1.52μs/指令至幾百

81、μs/指令。</p><p>　?。?）寄存器容量擴(kuò)展。</p><p>　?。?）更有豐富的器件資源。輔助繼電器3072點(diǎn)、定時(shí)器256點(diǎn)、計(jì)算器235點(diǎn)、數(shù)據(jù)寄存器8000點(diǎn)。</p><p>　?。?）特殊功能模塊。主單元可配置8個(gè)特殊功能模塊。</p><p>　?。?）數(shù)字指令集。使用32位處理器、浮點(diǎn)數(shù)、方根和三角幾何指令滿足數(shù)學(xué)

82、功能。</p><p><b>　　位置控制模塊擴(kuò)展</b></p><p>　　位置控制是對(duì)工位的控制，可由位置控制模塊實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)可作為整個(gè)位置控制系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，配上伺服放大器驅(qū)動(dòng)發(fā)達(dá)器，就可以將位置控制功能和邏輯控制、順序控制等一攬子解決。</p><p>　　利用PLC模塊實(shí)現(xiàn)位置控制的優(yōu)點(diǎn)：</p><p&g

83、t;　?。?）在實(shí)現(xiàn)位置控制的時(shí)候，可充分利用PLC系統(tǒng)的硬件和軟件資源。更便于在柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中大量應(yīng)用位置控制。</p><p>　　（2）用戶可根據(jù)自身要求靈活配置系統(tǒng)，既降低成本，又能因地制宜。</p><p>　?。?）可靠性高，維護(hù)方便。</p><p>　　FX-1PG脈沖輸出模塊是一種根據(jù)FROM/TO指令進(jìn)行與FX

84、2、FX2C系列PLC數(shù)據(jù)交換的特殊功能模塊。用一臺(tái)FX-1PG獨(dú)立進(jìn)行一軸定位控制，而一臺(tái)PLC則最多可連8臺(tái)FX-1PG。</p><p>　　FX1N系列以其信價(jià)比獨(dú)占鰲頭。但程序結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。就功能而言，F(xiàn)X2N系列是不錯(cuò)之選，選配3個(gè)FX2N-1PG-E脈沖輸出模塊給步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)設(shè)備提供穩(wěn)定信號(hào)，同時(shí)模塊程序簡(jiǎn)化了PLC程序的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.2.5三菱輸出方式選擇

85、</p><p>　　PLC包括繼電器輸出和晶體管輸出兩種輸出方式。其適輸出區(qū)別如下：</p><p>　?。?）負(fù)載電壓、電流類型不同</p><p>　　負(fù)載類型：晶體管只能帶直流負(fù)載，而繼電器帶交流、直流負(fù)載均可。</p><p>　　電流：晶體管電流0.2A-0.3A，繼電器2A。</p><p>　　電壓：晶

86、體管可接直流24V（繼電器可以接直流24V或交流220V）。</p><p><b>　?。?）負(fù)載能力不同</b></p><p>　　晶體管帶負(fù)載的能力小于繼電器帶負(fù)載的能力，用晶體管時(shí)，有時(shí)候要加其他東西來帶動(dòng)大負(fù)載（如繼電器，固態(tài)繼電器等）。</p><p>　?。?）晶體管過載能力小于繼電器過載的能力</p><p

87、>　　一般來說，存在沖擊電流較大的情況時(shí)，晶體管過載能力較小，需要降額更多。</p><p>　?。?）晶體管響應(yīng)速度快于繼電器</p><p>　　繼電器輸出型原理是CPU驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，令觸點(diǎn)吸合，使外部電流通過閉合的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，其開路漏電流為零，響應(yīng)時(shí)間慢（約10ms），主要控制開關(guān)量。</p><p>　　晶體管輸出型原理是CPU通過光耦合使晶體

88、管通斷，以控制外部直流負(fù)載，響應(yīng)時(shí)間快（約0.2ms甚至更?。?。晶體管輸出一般用于高速輸出，如伺服/步進(jìn)等，用于動(dòng)作頻率高的輸出。</p><p>　?。?）額定工作情況下，繼電器有動(dòng)作次數(shù)壽命，晶體管只有老化沒有使用次數(shù)限制。</p><p>　　繼電器是機(jī)械元件所以有動(dòng)作壽命，晶體管是電子元件，只有老化，沒有使用次數(shù)限制。繼電器的每分鐘開關(guān)次數(shù)也有限制的，而晶體管則沒有。</p&

89、gt;<p>　　本文中使用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，故采用晶體管輸出，直流D24V電源。</p><p>　　3.3三菱PLC的I/O口分配</p><p>　　3.3.1I/O點(diǎn)數(shù)</p><p>　　I/O點(diǎn)數(shù)是衡量可編程控制規(guī)模大小的依據(jù)。</p><p>　　確定依據(jù)：將與PLC相連的全部輸入、輸出器件根據(jù)所需的電壓、電流的

90、大小和種類分別統(tǒng)計(jì)，考慮將來發(fā)展的需要相應(yīng)增加10%-15%的余量。如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 I/O點(diǎn)數(shù)估算統(tǒng)計(jì)</p><p>　　3.3.2I/O口 分配原則</p><p>　?。?）特殊、特定I/O點(diǎn)優(yōu)先分配。如高速脈沖輸出口Y000或Y001；方便指令中初始狀態(tài)指令等。</p><p>　?。?）普通無指定I/

91、O點(diǎn)的歸類分配。</p><p>　?。?）適當(dāng)?shù)姆椒ü?jié)約I/O點(diǎn)數(shù)。如編碼等。</p><p>　　3.3.3I/O口 分配論證</p><p>　　表3.2 I/O分配輸入端一覽表</p><p>　　表3.3 I/O分配輸出端一覽表</p><p>　　此方案對(duì)超程保護(hù)所使用的行程開關(guān)合遠(yuǎn)動(dòng)方向的指示燈，獨(dú)立

92、分配I/O。</p><p><b>　　優(yōu)點(diǎn)：</b></p><p>　?。?）獨(dú)立控制，互不干擾。</p><p>　　（2）程序簡(jiǎn)單，無需添置編碼、解碼張芯片及其抗干擾設(shè)施。</p><p>　　（3）良好的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）預(yù)留足夠的I/O點(diǎn)數(shù)，大于10-20%。方便以

93、后的擴(kuò)展升級(jí)。</p><p><b>　　缺點(diǎn)：價(jià)格略高。</b></p><p>　　綜上所述的優(yōu)點(diǎn)，選用FX2N-48MT-D型PLC。</p><p>　　PLC硬件接線圖見圖3.3。</p><p>　　圖3.3 三菱FX2N-48MT-D型PLC接線圖</p><p>　　三菱FX2

94、N-48MT-D型PLC 2.ST-2HB02X型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　3.42HS003兩相混合式步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　3.4 三菱PLC程序的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.存儲(chǔ)區(qū)域分配</b></p><p>　　脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)區(qū)域分為統(tǒng)計(jì)區(qū)、暫存區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)三個(gè)部分。</p>

95、<p>　　統(tǒng)計(jì)區(qū)：對(duì)保存數(shù)據(jù)的組數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，確定有效區(qū)域范圍，配備16位斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D200和D327。</p><p>　　暫存區(qū)：臨時(shí)存儲(chǔ)脈沖信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本處理，執(zhí)行數(shù)據(jù)計(jì)算功能。由于脈沖數(shù)據(jù)較大采用32位斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D201-D206。</p><p>　　存儲(chǔ)區(qū)：又分為脈沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和其他存儲(chǔ)區(qū)。長(zhǎng)期存儲(chǔ)自動(dòng)程序數(shù)據(jù)值。</p>&l

96、t;p>　　脈沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)：存儲(chǔ)暫存區(qū)處理后的有效脈沖數(shù)。采用32為斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器。初設(shè)計(jì)20組控制點(diǎn)位即D207-D326。</p><p>　　其他存儲(chǔ)區(qū)：運(yùn)動(dòng)方向存儲(chǔ)和機(jī)械手手爪狀態(tài)。采用斷電保持輔助繼電器存儲(chǔ)位狀態(tài)。與脈沖數(shù)據(jù)存取區(qū)相匹配20組控制點(diǎn)位即M500-M579。運(yùn)動(dòng)方向存儲(chǔ)分區(qū)為D500-D559，機(jī)械手手爪狀態(tài)存儲(chǔ)分區(qū)為D560-D579。</p><p>

97、　　表3.4 脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　表3.5 其他存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　2.初始化及報(bào)警程序</p><p>　　圖3.4 初始化及報(bào)警梯形圖</p><p>　　圖3.4 初始化及報(bào)警梯形圖（續(xù)）</p><p><b>　　3.回原點(diǎn)程序</b></p>

98、<p>　　圖3.5 回原點(diǎn)步進(jìn)梯形圖（續(xù)）</p><p>　　圖3.5 回原點(diǎn)步進(jìn)梯形圖（續(xù)）</p><p><b>　　4.手動(dòng)程序</b></p><p>　　圖3.6 手動(dòng)程序流程圖</p><p>　　圖3.7 手動(dòng)程序梯形圖</p><p>　　圖3.7 手

99、動(dòng)程序梯形圖（續(xù)）</p><p><b>　　自動(dòng)程序</b></p><p>　　圖3.8 自動(dòng)程序流程圖</p><p>　　圖3.9 自動(dòng)程序步進(jìn)梯形圖</p><p>　　圖3.9 自動(dòng)程序步進(jìn)梯形圖（續(xù)）</p><p><b>　　結(jié)束語</b></

100、p><p>　　大四的最后一學(xué)期進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)。作為畢業(yè)之前的最后一次也是最全面的一次系統(tǒng)性的檢驗(yàn)，我是非常認(rèn)真的對(duì)待。</p><p>　　我設(shè)計(jì)的是題目是基于PLC的柔性制造的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)設(shè)備用于少批量多批次柔性生產(chǎn)企業(yè)工作臺(tái)間的工件搬移。</p><p>　　本研究方案到達(dá)的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在恒溫環(huán)境、不適合人直接接觸工作的危險(xiǎn)環(huán)境（如：

101、高溫、放射、劇毒、無氧、高空等惡劣環(huán)境）下工作。</p><p>　　設(shè)計(jì)設(shè)備以柔性生產(chǎn)為核心，秉承多功能多用途的特點(diǎn)、融入人性化控制的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行穩(wěn)定，多重保護(hù)安全可靠。</p><p>　　多工作臺(tái)間的準(zhǔn)確定位搬移，可擴(kuò)展用于流水線合攏與分發(fā)、產(chǎn)品的定位拿取與堆放、生產(chǎn)原料配發(fā)、裝箱等功能。</p><p>　　自動(dòng)運(yùn)行以手動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下設(shè)定的每一點(diǎn)位移量作為運(yùn)動(dòng)模

102、板，采用模仿的方法，對(duì)自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行嚴(yán)格的控制。此控制方法可以降低對(duì)操作者的專業(yè)編程技術(shù)要求，只需手動(dòng)操作一次，即可對(duì)設(shè)備進(jìn)行完整的程序編制。</p><p>　　本設(shè)備雖花費(fèi)許多汗水，但還有很多美中不足的地方。此采用點(diǎn)位控制，對(duì)點(diǎn)位間的路徑未進(jìn)行嚴(yán)格的要求，使得在運(yùn)行過程中有較多的不確定因素，程序未能實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)間的直線運(yùn)動(dòng)，可作下一步的改進(jìn)方向。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)專業(yè)知

103、識(shí)又有了一定的拓展及鞏固，相信在以后的工作中能更好的加以運(yùn)用。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過了一個(gè)學(xué)期的奮斗，我終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，感謝王志斌老師對(duì)我的教導(dǎo)，感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助，還要感謝二年來每個(gè)教過我的老師，使我不僅學(xué)習(xí)到了專業(yè)知識(shí)，更是讓我成熟了不少，感謝學(xué)校對(duì)我的栽培，讓我更好的面對(duì)社會(huì)上的激烈競(jìng)爭(zhēng)。</p

104、><p>　　王志斌老師作為我畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中給了我很大的指導(dǎo)和幫助。王志斌老師，經(jīng)驗(yàn)豐富，對(duì)我們的指導(dǎo)是認(rèn)真負(fù)責(zé)。他每周都給我交代任務(wù)，每次都叮囑我要抓緊時(shí)間好好做設(shè)計(jì)，同時(shí)也給我解決一些畢業(yè)設(shè)計(jì)中的難題，這讓我倍受鼓舞。王老師秉著一絲不茍的態(tài)度，對(duì)待我的每一個(gè)設(shè)計(jì)過程都仔細(xì)審閱，在指出每一個(gè)微小錯(cuò)誤的同時(shí)也結(jié)合自己豐富的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，給我講解一些常用的設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)，讓我受益匪淺。&

105、lt;/p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我是單獨(dú)的課題，但在完成此設(shè)計(jì)的過程中，還得到了許多同學(xué)和其他老師的幫助，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]齊占慶.機(jī)床電氣控制技術(shù)[G].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.1 </p><p>

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