基于plc和組態(tài)王的氣動機(jī)械手監(jiān)控畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計題目 基于FX2N及組態(tài)王的氣動機(jī)械手監(jiān)控 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　所 在 學(xué) 院 **學(xué)院

2、 </p><p>　　專業(yè)及班級 測控技術(shù)與儀器 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 *** </p><p>　　完 成 日 期 年 月 日 </p><p><

3、;b>　　摘 要</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)，會有一些高溫、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，增加了工人的勞動強度。而機(jī)械手可以解決這些問題。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運物體，動作靈活多樣，從而替代人工操作，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計任務(wù)主要通過PLC完成對一個5自由度的機(jī)械手模型

4、控制，使其完成一系列的生產(chǎn)動作過程，并使用組態(tài)王軟件對機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動作過程進(jìn)行了動畫顯示。設(shè)計所使用的機(jī)械手系統(tǒng)(TVT-99D)是由三菱FX2N-48MT 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)動器、傳感器、光電編碼器、氣動元件等組成，可實現(xiàn)機(jī)械手的上下移動、左右移動、底盤旋轉(zhuǎn)及手爪旋轉(zhuǎn)、抓放等動作。主要采用了步進(jìn)順序控制及步進(jìn)控制技術(shù)。涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、

5、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表。</p><p>　　設(shè)計報告首先介紹了機(jī)械手控制方式的選擇和所選擇方式的簡介；其次介紹了應(yīng)用PLC設(shè)計機(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)王對機(jī)械手監(jiān)控的過程，包括畫面繪制、數(shù)據(jù)變量的設(shè)置等。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】: 機(jī)械手 PLC 滾珠絲杠 步進(jìn)控制</p><p><b&g

6、t;　　Abstract</b></p><p>　　In industrial production and other domains, something like high temperature, corrosion and poisonous gas appear at workplace, which would increased worker's labor intensit

7、y 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 change

8、fully. So it can be applied to transform the production of variety of medium and small-volume automated produ</p><p>　　The task of the graduation design is to control a mechanical hand model with 5 degrees o

9、f freedom by PLC, and use it to complete a series of actions. The KINGVING</p><p>　　is used to monitor the mechanical hand, and change its movement into animations. The system(model: TVT-99D) I used is compo

10、sed by MITSUBISHIS FX2N-MT PLC, mechanical hand(ball screw, slide rail), Syntron 42BYG250C step motor and its driver module, sensor, photoelectric encoder ,pneumatic component and so on. It controls manipulator move vert

11、ically or horizontally, chassis or paw rotate, pack-and-place. The design mainly uses stepping sequence control and stepping control technology. The process </p><p>　　The design report firstly describes how

12、to choose the way to control the mechanical hand and introductions of the ways. Then introduces the design steps. It also introduces program test of the manipulator. At last, the paper introduces the steps of processing

13、and monitoring manipulator by KingView. </p><p>　　【Key words】: mechanical hand PLC ball screw step control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、 緒論1</b>

14、;</p><p>　　（一） 課題研究目的及意義1</p><p>　?。ǘ?國內(nèi)外機(jī)械手研究概況1</p><p><b>　　1.國內(nèi)方面1</b></p><p><b>　　2.國外方面2</b></p><p>　　二、 機(jī)械手控制方式選擇3</

15、p><p>　?。ㄒ唬C(jī)械手常用控制方法3</p><p>　　1．控制方式的分類3</p><p>　　2.機(jī)械手控制方式的選定4</p><p>　?。ǘ㏄LC簡介5</p><p><b>　　1.PLC組成5</b></p><p>　　2.PLC的特點6

16、</p><p>　　3. PLC的主要功能6</p><p>　　4. PLC的經(jīng)濟(jì)性分析7</p><p>　　5.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展?fàn)顩r7</p><p>　?。ㄈ┙M態(tài)王簡介8</p><p>　　1.仿真的基本方法8</p><p>　　2.組態(tài)王軟件特點8</p

17、><p>　?。ㄋ模C(jī)械手系統(tǒng)介紹10</p><p>　　1.機(jī)械手本體11</p><p>　　2.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器12</p><p>　　3.直流電機(jī)驅(qū)動器單元17</p><p>　　4．接近開關(guān)和限位開關(guān)18</p><p><b>　　5.旋轉(zhuǎn)碼盤19</

18、b></p><p>　　三、 應(yīng)用PLC設(shè)計機(jī)械手的步驟20</p><p>　?。ㄒ唬?工藝控制和設(shè)計要求20</p><p>　　1.具體流程及步驟20</p><p><b>　　2.設(shè)計要求21</b></p><p>　　（二）PLC程序設(shè)計22</p>

19、<p>　　1. I/O點數(shù)的確定及PLC類型的選擇22</p><p>　　2. PLC的I/O分配22</p><p>　　3.編程方式及指令的選擇23</p><p>　　4.PLC程序的設(shè)計25</p><p>　　四、PLC機(jī)械手的程序調(diào)試31</p><p>　　（一）PLC控制的安裝與

20、布線31</p><p><b>　　1.輸入接線31</b></p><p><b>　　2.電源接線31</b></p><p><b>　　3.接地32</b></p><p>　?。ǘC(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖33</p><p>　

21、　五、應(yīng)用組態(tài)王對機(jī)械手監(jiān)控過程34</p><p>　　（一）畫面繪制34</p><p>　?。ǘ?shù)據(jù)變量的設(shè)置35</p><p>　?。ㄈ┙M態(tài)王與PLC的通訊設(shè)置35</p><p>　?。ㄋ模嶋H監(jiān)控36</p><p><b>　　六、小結(jié)37</b></p>

22、;<p>　　（一）設(shè)計和調(diào)試過程遇到的問題及解決方法37</p><p>　　1.外部接線問題37</p><p>　　2.PLC選型的問題37</p><p>　　3.接近開關(guān)使用37</p><p><b>　　4.合并程序38</b></p><p>　　5.特殊輔

23、助繼電器M8029的使用38</p><p>　　6.步進(jìn)電機(jī)控制問題38</p><p>　?。ǘ┬牡皿w會39</p><p><b>　　七、致謝40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)41</b></p><p><b>　　一、 緒論&

24、lt;/b></p><p>　　（一） 課題研究目的及意義</p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(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。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點而受到特別重視。

25、總之，機(jī)械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強度和實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。</p><p>　　對于機(jī)械手的了解和控制，能加深對所學(xué)知識的理解和鞏固，提高動手能力和解決實際問題的能力。接觸與生產(chǎn)相關(guān)的東西，了解與實際工作有關(guān)的知識，對于之后的學(xué)習(xí)和工作都能有很多益處。</p><p>　?。ǘ?國內(nèi)外機(jī)械手研究概況</p>

26、<p><b>　　1.國內(nèi)方面</b></p><p>　　目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點焊機(jī)械手、搬運機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計和配置，軟件的設(shè)計和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設(shè)備的全套自動通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，

27、諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨立自主發(fā)展中國機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2.國外方面</b></p><p>　　機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機(jī)器人進(jìn)行動作示教，機(jī)器人能實現(xiàn)

28、動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機(jī)器人。現(xiàn)有的機(jī)器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機(jī)械手鉚接機(jī)器人。作為機(jī)器人產(chǎn)品最早的實用機(jī)型（示教再現(xiàn)）是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。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以實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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

29、工和原子能等部門。</p><p>　　近幾年國外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個發(fā)展趨勢。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價格不斷下降；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)的開放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。</p><p>　　二、 機(jī)械手控制方式選擇</p><p>　?。ㄒ唬C(jī)械手常用控

30、制方法</p><p><b>　　1．控制方式的分類</b></p><p><b>　　1)單片機(jī)</b></p><p>　　單片機(jī)具有較高的集成度，特別是當(dāng)前比較流行的增強型單片機(jī)，一塊芯片上集成了CPU、RAM、 ROM(EEPROM或EPROM)、時鐘，定時器。外部中斷、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、SPI、PWM、PC

31、A、ISP、IAP等諸多功能，價格從幾元到幾十元不等，但總體來說比較便宜。</p><p>　　其缺點是處理速度相對較慢，當(dāng)要處理的數(shù)據(jù)量特別是浮點運算工作量比較大、實時性和精度要求比較高時運用單片機(jī)開發(fā)控制系統(tǒng)就比較困難了。</p><p><b>　　2)ARM</b></p><p>　　ARM核處理器，是具有高性能、廉價、低功耗的租SC

32、處理器，同時，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)一步提高指令運行速度?？梢郧度氩僮飨到y(tǒng)，運用于更加復(fù)雜的操作對象。</p><p>　　其缺點是開發(fā)周期長，多用于嵌入式運用。</p><p><b>　　3)DSP</b></p><p>　　DSP器件具有很高的集成度，運行速度更

33、快，多級流水線和內(nèi)置的高速硬件乘法器，并且提供了高度專業(yè)化的指令集，這些都提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運算速度，所以DSP器件多用于以算法為主的嵌入式系統(tǒng)。</p><p>　　其缺點是開發(fā)難度相對比較大，而且DSP器件的價格也不便宜。</p><p>　　4）LabView(虛擬儀器)</p><p>　　虛擬儀器通過軟件功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理

34、與分析及數(shù)據(jù)的顯示這3部分的物理功能，將計算機(jī)資源與儀器硬件、DSP技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源。虛擬儀器沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計算機(jī)強大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺，以在計算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。</p><p>　　缺點有操作內(nèi)存很難，設(shè)計過于程式化且對于硬件的依賴型很強。</p><p>　　5）PLC(可編程控制器)&l

35、t;/p><p><b>　　詳見下一節(jié)</b></p><p>　　2.機(jī)械手控制方式的選定</p><p>　　PLC實現(xiàn)的自動控制系統(tǒng)，其控制功能基本都是通過設(shè)計軟件來實現(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)備的工藝流程來設(shè)計。</p><p>　　PLC自問世以來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，在美國、歐洲、

36、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家已成為重要產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前，PLC在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用PLC設(shè)計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流。</p><p>　　PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力。編程安裝使用簡便、低價格長壽命。比之單片機(jī)，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場設(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)省了用戶時間和成本。PLC的下端（輸入端）為繼電器、晶

37、體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機(jī)。人們在應(yīng)用它時，可以不必進(jìn)行計算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對可編程控制器進(jìn)行操作及編程，用來完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。 </p><p>　　PLC具有很多的優(yōu)點。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、操作簡單、維修容易。由于PLC所具有的靈活性、模塊化、易于擴(kuò)展等特點，可以根據(jù)現(xiàn)場要求實現(xiàn)機(jī)械手的不同工作要求

38、。機(jī)械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動化程度，減少了大量的中間繼電器、時間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時，用PLC控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強控制功能。</p><p>　　上述的選擇方案各有優(yōu)缺點，這次對于控制系統(tǒng)的設(shè)計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言和平臺，而是在達(dá)到設(shè)計要求的前提下，盡量降低系統(tǒng)的運行速度和開發(fā)成本，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。且要求

39、能方便地更改工作流程，完成復(fù)雜的運動控制。</p><p>　　綜上所述，機(jī)械手的控制方式選擇PLC控制。</p><p><b>　?。ǘ㏄LC簡介</b></p><p>　　PLC和一般的微型計算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲器(EPROM，ROM)、輸入輸出(I/O)部件

40、、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：</p><p>　　圖1 PLC硬件系統(tǒng)組成</p><p>　　PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通常可分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個PLC成品必須包括的部分，由PLC廠家提供，用于控制PLC本身的運行，系統(tǒng)程序固化在

41、EPROM中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的。</p><p><b>　　1.PLC組成</b></p><p>　　中央處理單元（CPU）、存儲器、I/O單元、電源部分、擴(kuò)展接口、通信接口</p><p><b>　　2.PLC的特點</b&

42、gt;</p><p>　　可編程序控制器是一種以微機(jī)處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其實質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計算機(jī)。國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)械手系統(tǒng)，它們的控制形式大都采用可編程序控制器控制，特別是在智能化要求程度高容量大的現(xiàn)代化工業(yè)機(jī)械手系統(tǒng)中應(yīng)用更為普遍。其主要原因是因為PLC具有以下優(yōu)點：</p><p><b>　　·靈活、通用</b></p&

43、gt;<p>　　·可靠性高、抗干擾能力強</p><p>　　·操作方便、維修容易</p><p><b>　　·功能強</b></p><p>　　·體積小、重量輕和易于實現(xiàn)機(jī)電一體化</p><p>　　同樣，可編程序控制器控制也有其不足的地方，在性價比上要高于

44、繼電器控制和單片機(jī)控制，其開發(fā)潛力要差于單片機(jī)，并且通用性不好，不同廠家的可編程序控制器以及其附屬單元都是固定專用等等。</p><p>　　3. PLC的主要功能</p><p>　　PLC是一種應(yīng)用面很廣、發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。</p><p>　　PLC系統(tǒng)主要有以下功能：</p&

45、gt;<p><b>　　·多種控制功能；</b></p><p>　　·數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能；</p><p><b>　　·通信聯(lián)網(wǎng)功能；</b></p><p>　　·輸入、輸出接口調(diào)理功能；</p><p><b>　　&#

46、183;人機(jī)界面功能；</b></p><p><b>　　·編程、調(diào)試功能。</b></p><p>　　PLC的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價格。另外，采用PLC還可以大大縮短設(shè)計、編程和投產(chǎn)周期，使總價格進(jìn)一步降低。PLC產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民

47、用控制的更高需求。</p><p>　　4. PLC的經(jīng)濟(jì)性分析</p><p>　　綜上所述，在各種環(huán)境中，使用PLC控制機(jī)構(gòu)設(shè)備，生產(chǎn)流水線和生產(chǎn)過程的自動化控制將越來越廣泛。</p><p>　　對PLC的經(jīng)濟(jì)分析，應(yīng)從以下兩個方面考慮：</p><p>　?。?）從影響成本的各個因素綜合考慮</p><p>　

48、　對目前生產(chǎn)設(shè)備控制裝置來說，有繼電器控制、半導(dǎo)體器件控制以及PLC控制三種類型。價格僅是選擇PLC品牌的一個因素，而可靠性是選擇控制裝置時需要考慮的又一個重要因素。</p><p>　?。?）從設(shè)計、生產(chǎn)周期長短考慮</p><p>　　5.PLC的應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的界限，使控制系統(tǒng)設(shè)計及

49、建造的周期大為縮短，同時日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。使用情況主要分為如下幾類：</p><p><b>　　·開關(guān)量邏輯控制</b></p><p><b>　　·工業(yè)過程控制</b></p><p><b>　　·運動控制<

50、/b></p><p><b>　　·數(shù)據(jù)處理</b></p><p><b>　　·通信及聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC的發(fā)展主要有兩個趨勢：一是向體積更小、速度更快、功能更強和價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。</p>

51、<p><b>　?。ㄈ┙M態(tài)王簡介</b></p><p>　　組態(tài)王是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計通過組態(tài)王軟件對機(jī)械手進(jìn)行監(jiān)控，將機(jī)械手的動作過程進(jìn)行

52、了動畫顯示，使機(jī)械手的動作過程更加形象化。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。</p><p><b>　　1.仿真的基本方法</b></p><p>　　使用組態(tài)王實現(xiàn)控制系統(tǒng)實驗仿真的基本方法： </p><p>　　(1)圖形界面的設(shè)計 </p><p><b>　　(2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫

53、</b></p><p>　　(3)建立動畫連接 </p><p><b>　　(4)運行和調(diào)試 </b></p><p><b>　　2.組態(tài)王軟件特點</b></p><p>　　使用組態(tài)王軟件開發(fā)具有以下幾個特點: </p><p>　　(1)實驗全部用軟件

54、來實現(xiàn),只需利用現(xiàn)有的計算機(jī)就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實驗,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費。 </p><p>　　(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。對用戶而言,操作簡單易學(xué)且編程簡單,參數(shù)輸入與修改靈活,具有多次或重復(fù)仿真運行的控制能力,可以實時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實時趨勢曲線,這些很強的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實驗中可以發(fā)揮理想的效果。 <

55、/p><p><b>　　3.編制過程注意點</b></p><p>　　在采用組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)編制應(yīng)用程序過程中要考慮以下三個方面: </p><p>　　(1)圖形,是用抽象的圖形畫面來模擬實際的工業(yè)現(xiàn)場和相應(yīng)的工控設(shè)備。 </p><p>　　(2)數(shù)據(jù),就是創(chuàng)建一個具體的數(shù)據(jù)庫,并用此數(shù)據(jù)庫中的變量描述工控對象的各種屬

56、性,比如水位、流量等。 </p><p>　　(3)連接,就是畫面上的圖素以怎樣的動畫來模擬現(xiàn)場設(shè)備的運行,以及怎樣讓操作者輸入控制設(shè)備的指令。</p><p>　　圖2 組態(tài)王軟件操作界面</p><p>　?。ㄋ模C(jī)械手系統(tǒng)介紹</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計使用的是QSPLC-JXS機(jī)械手模型裝置。</p><p&

57、gt;　　機(jī)械手實物教學(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。</p><p>　　可實現(xiàn)機(jī)械手五維控制，完成料塊的碼放、移動等。</p><p>　　圖3.機(jī)械手系統(tǒng)實體圖</p><p>

58、　　該系統(tǒng)由機(jī)械手本體、PLC 控制單元、電源單元、接口單元，其部件的實物結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖4. 立體機(jī)械手結(jié)構(gòu)實物示意圖</p><p><b>　　1.機(jī)械手本體</b></p><p>　　機(jī)械手本體按功能分為由二軸平移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤、 旋轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)、氣動夾手、支架、限位開關(guān)等部件組成；</p><

59、;p>　　按活動關(guān)節(jié)分為S 軸、L 軸、U 軸、T 軸、B 軸等機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：</p><p>　　圖5. 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　機(jī)械手本體的活動范圍：</p><p>　　（1）底盤的旋轉(zhuǎn)角度：大于270°</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)手臂的范圍：大于270°</p>

60、<p>　?。?）水平移動的范圍：小于21cm</p><p>　?。?）垂直移動的范圍：小于15cm</p><p>　　2.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器</p><p><b>　?。?）步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　采用Syntron 42BYG250C兩相混合式步進(jìn)電機(jī)來控制機(jī)械手的動作，相比直流電機(jī)有更

61、好的制動效果，又加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機(jī)械手的運動更加穩(wěn)定。主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如圖6所示：</p><p>　　圖6. 步進(jìn)電機(jī)電氣接線圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)如下：</p><p>　　電機(jī)固有步距角，它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時給

62、出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9 °/1.8 °（表示半步工作時為0.9 °、整步工作時為1.8 °），這個步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般

63、二相電機(jī)的步距角為0.9 °/1.8 °、三相的為0.75 °/1.5 °、五相的為0.36 °/0.72 °。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。</p><p>　　保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）是指步進(jìn)電機(jī)

64、通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)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。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。DETENT TORQUE：是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT ORQUE在國內(nèi)沒有統(tǒng)一

65、的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。</p><p><b>　　圖7. 步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器</p><p>　　實驗室里采用Syntron SH-20403細(xì)分驅(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。下圖

66、為該細(xì)分驅(qū)動器示意圖及PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接圖：</p><p>　　圖8.細(xì)分驅(qū)動器示意圖</p><p>　　圖9. PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器連接圖</p><p>　　驅(qū)動器參數(shù)如下表1、表2、表3、表4、表5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9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)

67、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1.5K限流電阻（見圖9中1.5K電阻）。驅(qū)動器輸入端為低電平有效。PLC通過控制其輸出點來控制驅(qū)動器光耦的開合，當(dāng)PLC輸出線圈得電時，晶體管導(dǎo)通。</p><p>　　相應(yīng)的觸點輸出低電平，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輸出觸點直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，

68、會占用很多的輸出觸點，同時給編程帶來不便。</p><p>　　下圖為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器實物圖：</p><p>　　圖10. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器</p><p>　　以下為驅(qū)動器的一些性能參數(shù)表:</p><p><b>　　表1. 電流設(shè)定</b></p><p><b>　　表2. 性能指

69、標(biāo)</b></p><p><b>　　表2. 電氣規(guī)格</b></p><p><b>　　表4. 細(xì)分設(shè)定</b></p><p>　　表5. 接線信號描述</p><p>　　3.直流電機(jī)驅(qū)動器單元</p><p>　　采用ZHENG ZGA37RA188i

70、 No：105A127直流電機(jī)來控制底盤和手爪的旋轉(zhuǎn)動作。</p><p>　　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)動方向的，從而實現(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11所示。</p><p>　　圖11. 電平轉(zhuǎn)換板原理圖&l

71、t;/p><p><b>　　圖12. 直流電機(jī)</b></p><p>　　4．接近開關(guān)和限位開關(guān)</p><p><b>　　（1）接近開關(guān)</b></p><p>　　本裝置中使用的傳感器有接近開關(guān)和開關(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

72、一定范圍內(nèi)改變基座和氣夾的旋轉(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)橫軸和豎軸的運動范圍。</p><p>　　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13所示

73、。</p><p>　　圖13. 傳感器工作原理圖</p><p><b>　　圖14. 接近開關(guān)</b></p><p><b>　?。?）限位開關(guān)</b></p><p>　　當(dāng)檔塊碰到開關(guān)時，常開點閉合。</p><p><b>　　圖15. 限位開關(guān)<

74、/b></p><p><b>　　5.旋轉(zhuǎn)碼盤</b></p><p>　　為了實現(xiàn)底盤的定位控制，需要用到旋轉(zhuǎn)碼盤。旋轉(zhuǎn)碼盤是一種將角位移轉(zhuǎn)換成脈沖值的檢測裝置，其結(jié)構(gòu)如圖15 所示。</p><p>　　當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時，帶動碼盤一塊旋轉(zhuǎn)，此時光電開關(guān)在碼盤的作用下發(fā)出一組脈沖信號，通過檢測這些脈沖信號就可以檢測電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度了。<

75、;/p><p>　　圖16. 旋轉(zhuǎn)碼盤接線圖</p><p><b>　　圖17. 旋轉(zhuǎn)碼盤</b></p><p>　　三、 應(yīng)用PLC設(shè)計機(jī)械手的步驟</p><p>　?。ㄒ唬?工藝控制和設(shè)計要求</p><p>　　本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括硬件的設(shè)計和軟件的

76、設(shè)計。</p><p>　　通過設(shè)計編制PLC程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的自動控制。利用組態(tài)軟件設(shè)計出人機(jī)界面，進(jìn)行設(shè)備和數(shù)據(jù)對象的連接，實現(xiàn)動畫連接，實現(xiàn)機(jī)械手的監(jiān)控。通過組態(tài)王將機(jī)械手的動作過程進(jìn)行動畫演示，使機(jī)械手的動作形象化。提供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運行狀態(tài)，為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。</p><p><b>　　1.具體流程及步

77、驟</b></p><p>　　圖18. 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　打開電源，按下啟動按鈕。機(jī)械手按下方動作依次執(zhí)行：</p><p>　　（1）機(jī)械手初始化過程</p><p>　　S20：回原點，即機(jī)械手到達(dá)左上方，底盤轉(zhuǎn)到原點</p><p><b>　　S21：手爪松開；<

78、;/b></p><p>　　S22：手爪順時針旋轉(zhuǎn)一定角度；</p><p>　　S23：機(jī)械手同時下降并右移，到達(dá)物品所在A處上方后停止。</p><p><b>　?。?）A點動作過程</b></p><p>　　S24：手爪閉合，抓住物品；</p><p>　　S25：機(jī)械手向上升一

79、定高度；</p><p>　　S26：順時針旋轉(zhuǎn)30°到達(dá)B點。</p><p>　?。?）B點動作過程(模仿工業(yè)過程中，物件在傳送中停放進(jìn)行加工的過程)</p><p>　　S27：手爪下降一定高度；</p><p>　　S28：手爪放松物品放B點；</p><p>　　S29：機(jī)械手上升；</p&g

80、t;<p>　　S30：計時3秒，此時模仿物品加工過程，3秒后加工完畢；</p><p>　　S31、S32、S33：手爪下降取物再上升；</p><p>　　S34：底盤再次順時鐘轉(zhuǎn)動到達(dá)C點。</p><p><b>　?。?）C點動作過程</b></p><p>　　S35：手爪逆時針旋轉(zhuǎn)一定角度；&

81、lt;/p><p>　　S36、S37：機(jī)械手左移、下降到適合的位置；</p><p>　　S38：手爪放松，將物品放下；</p><p>　　S39、S40、S41、S42：機(jī)械手經(jīng)過一系列的動作回到A點物品上方。</p><p>　　至此，機(jī)械手經(jīng)過一系列動作完成一個循環(huán)。之后再回到第（2）步，循環(huán)動作，將物品一一運送到C處。</p&g

82、t;<p><b>　　2.設(shè)計要求</b></p><p>　　·選擇PLC機(jī)型(FX2N系列)，進(jìn)行PLC的I/O分配。</p><p>　　·根據(jù)控制要求繪制控制流程圖，設(shè)計梯形圖控制程序并加以說明。</p><p>　　·下載梯形圖程序至PLC，調(diào)試PLC控制程序。</p>&l

83、t;p>　　·用組態(tài)王軟件完成系統(tǒng)組態(tài)畫面設(shè)計并實現(xiàn)監(jiān)控功能。</p><p>　　·在實驗室實際機(jī)械手調(diào)試，檢驗設(shè)計功能。</p><p>　　·整理資料及圖紙、寫畢業(yè)設(shè)計報告。</p><p>　?。ǘ㏄LC程序設(shè)計</p><p>　　1. I/O點數(shù)的確定及PLC類型的選擇</p>

84、<p>　　本次設(shè)計使用的是QSPLC-JXS機(jī)械手模型裝置。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)運行。由于機(jī)械手系統(tǒng)的輸入/輸出點少，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點數(shù)不多，僅需7個輸入點和7個輸出點，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FX2N-48MT主機(jī)，該機(jī)輸入點為24個，

85、輸出點為24個。</p><p>　　2. PLC的I/O分配</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手動作的要求及機(jī)械手實物教學(xué)實驗裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點分配如表6所示。</p><p>　　表6. PLC的I/O分配表</p><p>　　注：S軸為底盤、T軸為手爪、L軸為豎軸、U軸為橫軸、B軸為電磁閥。</p><p>

86、;　　3.編程方式及指令的選擇</p><p><b>　　（1）編程方式選擇</b></p><p>　　方案一：使用起保停電路的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯的優(yōu)點，但因為存在大量的自保持觸點，使程序代碼較長。</p><p>　　方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。這種編

87、程方式與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時，會有很大幫助。</p><p>　　方案三：采用STL指令的編程方式。STL指令（步進(jìn)梯形指令）是三菱廠家設(shè)計的專門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。</p><p>　　根據(jù)具體需要及各方案優(yōu)點和缺點比較，本次設(shè)計采用的編程方式選用方案三。&l

88、t;/p><p><b>　?。?）指令選擇</b></p><p><b>　　1）PLSR指令</b></p><p>　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)要求的轉(zhuǎn)速較高，且未來保護(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)動器帶動步進(jìn)電機(jī)運動，從而實現(xiàn)機(jī)械手的上升下降和左右移動。</p><p>　　對于

89、帶加減速功能的脈沖輸出指令PLSR： </p><p>　　〔S1·〕用來指定最高頻率，可設(shè)定的頻率范圍是10—100000Hz。</p><p>　　〔S2·〕用來指定產(chǎn)生的脈沖個數(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。設(shè)定值不到110時， 脈沖不能正常輸出。</p><p>　

90、　〔S3·〕用來設(shè)定加減速時間（50—5000ms）。</p><p>　　〔D·〕用來指定脈沖輸出元件， 只能用晶體管輸出型可編程序控制器Y0或Y1。</p><p>　　圖19. 步進(jìn)指令PLSR和PLSY</p><p><b>　　2）PLSY指令</b></p><p>　　PLSY指令用于

91、產(chǎn)生指定數(shù)量和頻率的脈沖。與PLSR指令的區(qū)別在于沒有加減速功能。</p><p>　　〔S1·〕用來指定脈沖頻率，16 位指令的頻率范圍是1—32767Hz，32 位指令的頻率范圍是1—100000Hz。</p><p>　　〔S2·〕用來指定產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，16 位指令的脈沖數(shù)范圍是1—3276732 位指令的脈沖數(shù)范圍是1—2147483647。若指定脈沖數(shù)為0，

92、 則持續(xù)產(chǎn)生脈沖，即控制步進(jìn)電機(jī)一直轉(zhuǎn)動。</p><p>　　〔D·〕用來指定脈沖輸出元件，只能用晶體管輸出型可編程序控制器的Y0 或Y1。圖4-8中所示的指令是當(dāng)可編程序控制器PLC的輸入點X10有信號時，從Y0 輸出頻率1000Hz 的脈沖，脈沖的數(shù)量由通用數(shù)據(jù)寄存器D0給出。</p><p><b>　　3）參數(shù)計算</b></p>&

93、lt;p>　　·PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時，在PLC和步進(jìn)電機(jī)選型前，必須計算出脈沖當(dāng)量、脈沖頻率上限和最大脈沖數(shù)量3個參數(shù)：</p><p>　　根據(jù)脈沖頻率確定PLC高速脈沖輸出頻率，根據(jù)脈沖數(shù)量確定PLC的位寬。根據(jù)移動距離算出PLSR及指令中需要的脈沖數(shù)。</p><p>　　根據(jù)實際測算，步進(jìn)電機(jī)每接收100個脈沖，帶動機(jī)械手移動1mm。</p>

94、<p>　　·由于設(shè)計要求機(jī)械手順時針旋轉(zhuǎn)30°到達(dá)B處，而這一過程無法通過限位開關(guān)或者接近開關(guān)來實現(xiàn)，故采用旋轉(zhuǎn)碼盤進(jìn)行控制。</p><p>　　經(jīng)實際測算，旋轉(zhuǎn)碼盤上共有36個孔，每旋轉(zhuǎn)90°，則會輸出60個脈沖。</p><p>　　故旋轉(zhuǎn)30°則會產(chǎn)生20個脈沖。</p><p>　　采用底數(shù)為20的計

95、數(shù)器，計數(shù)到20計數(shù)器置零，同時停止機(jī)械手繼續(xù)轉(zhuǎn)動， 這樣實現(xiàn)這該過程。</p><p>　　4.PLC程序的設(shè)計</p><p><b>　　（1）程序流程圖</b></p><p>　　圖20.機(jī)械手總體工作流程圖</p><p><b>　?。?）順序功能圖</b></p>

96、<p>　　PLC控制機(jī)械手程序：</p><p>　　1）0步：將旋轉(zhuǎn)碼盤的脈沖計數(shù)步放置到程序的最上方。</p><p>　　只有Y7被置1時，計數(shù)器C0才能計數(shù)，底盤順時針旋轉(zhuǎn)30°（即旋轉(zhuǎn)碼盤給出20個脈沖）后，清空C0,同時與后面的S26步相配合控制底盤停止旋轉(zhuǎn)。Y7和Y12的設(shè)置使得該計數(shù)器不會影響到其他步驟。</p><p>　　

97、2）開始以及初始化階段</p><p>　　S0、S20步：PLC開啟后，電源接通，M8002發(fā)出一個脈沖，置位S0。</p><p>　　開啟鍵X17按下時，置位S20，機(jī)械手同時接收到上升、左移以及底盤逆時鐘旋轉(zhuǎn)的指令，當(dāng)?shù)竭_(dá)了上限位SQ4、左限位SQ2以及底盤原點SQ6之后，置位S21步；</p><p>　　(注：X016為單步運行控制，每步結(jié)束時必須接通X

98、016才能進(jìn)入下一步，一下不再贅述；X001接限位SQ2、X003接限位SQ4、X5接限位SQ6；)</p><p>　　S21步：定時器計時2秒，同時機(jī)械手爪松開，兩秒后進(jìn)入下一步</p><p>　　S22步：手爪旋轉(zhuǎn)，到達(dá)限位后，SQ8閉合，進(jìn)入下一步。(X010接限位SQ8)</p><p>　　S23步：機(jī)械手同時下降并右移，到達(dá)物品所在A處上方后停止。此

99、時采用的PLSY指令，為使得機(jī)械手精確地到達(dá)A點，即物體的上方。機(jī)械手下降125mm，右移150mm，移動速率為400Hz（PLSY設(shè)置為800，驅(qū)動器細(xì)分度為2）。到位后進(jìn)入下一步。</p><p><b>　　3）A點動作階段</b></p><p>　　S24步：計時器T1計時2秒，同時手爪閉合抓物，兩秒后進(jìn)入下一步。</p><p>　

100、　S25步：抓物后上升，采用PLSR指令，上升和下降時間600ms，中間移動30mm。到位后進(jìn)入下一步。為防止機(jī)械手出錯造成損傷，采用了限位保護(hù)，若未完成指令就到達(dá)上限位SQ3，則機(jī)械手停止運動。</p><p>　　S26步：Y007置位，0步中的旋轉(zhuǎn)碼盤接通，底盤開始旋轉(zhuǎn)時，碼盤發(fā)出脈沖給計數(shù)器C0，C0計滿20個脈沖后，Y12置位，控制底盤停止轉(zhuǎn)動，機(jī)械手到達(dá)B點。之后Y012、Y007置零，進(jìn)入下一步。&

101、lt;/p><p><b>　　4）B點動作階段</b></p><p>　　S27步：與S25步相對應(yīng)下降一定高度。</p><p>　　S28步：手爪放松，將物品放置于B點等待加工。</p><p>　　S29、S30步：手爪上升,定時器定時3秒，等待物品加工完成。</p><p>　　S31、S

102、32步：此時模擬加工已經(jīng)完成，手爪下降，再次夾緊物品。</p><p>　　S33、S34步：機(jī)械手上升，底盤順時鐘轉(zhuǎn)動，當(dāng)機(jī)械手到C點，限位SQ1控制底盤停止轉(zhuǎn)動。</p><p><b>　　5）C點動作階段</b></p><p>　　S35步：手爪逆時針旋轉(zhuǎn)，到位后限位SQ9動作，控制手爪停止。</p><p>

103、　　S36、S37步：機(jī)械手左移、下降到適合的位置之后，置位下一步。</p><p>　　S38、S39、S40步：手爪放松，將物件放在C點后手爪上升，再右移。</p><p>　　S41步：底盤逆時針旋轉(zhuǎn)，同時手爪順時針旋轉(zhuǎn)，都到達(dá)限位后，SQ8及SQ2動作，結(jié)束底盤和手爪旋轉(zhuǎn)，此時機(jī)械手又回到A點，置位下一步。</p><p><b>　　6）回歸階段

104、</b></p><p>　　S42步：機(jī)械手下降，之后回到S24步。程序結(jié)束。</p><p>　　至此，機(jī)械手經(jīng)過一系列動作完成一個循環(huán)。之后再回到S24步，循環(huán)動作，將物品一一運送到C處。</p><p>　　四、PLC機(jī)械手的程序調(diào)試</p><p>　　由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，因此一般不需要采取什么

105、特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過于惡劣、電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運行。因此，討論PLC設(shè)計調(diào)試就具有十分重要的意義。</p><p>　?。ㄒ唬㏄LC控制的安裝與布線</p><p><b>　　1.輸入接線</b></p><p>　?。?）輸入接線一般不要超過30m。但如果環(huán)境干擾

106、較小，電壓降不大時，輸入接線可適當(dāng)長些。 </p><p>　?。?）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 </p><p>　　（3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路中，防止信號干擾，使PLC輸入信號大大增強。</p><p><b>　　2.電源接線</b></p><p>　　電源是PLC引入

107、干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動較小、波形畸變較小的電源，這對提高PLC的可靠性有很大幫助。PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開。</p><p>　　為了提高整個系統(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、晶體管開關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。隔離變壓器是初級和次級之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁

108、材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個接地抽頭。初級與次級之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點。在選用交流穩(wěn)壓器時，一般可按照實際最大需求容量的130%計算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠。</p><p>　　PLC供電電源為50Hz、220V10%的交流電。由于本設(shè)計使用的是FX1N系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開

109、關(guān)或接近開關(guān)）提供直流24V電源。</p><p><b>　　3.接地</b></p><p>　　正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。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。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對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。良好

110、的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。</p><p>　　（二）機(jī)械手控制系統(tǒng)的外部接線圖</p><p>　　圖21. 外部接線圖</p><p>　　圖22. 實際接線圖</p><p>　　五、應(yīng)用組態(tài)王對機(jī)械手監(jiān)控過程</p><p>&

111、lt;b>　?。ㄒ唬┊嬅胬L制 </b></p><p>　　仿照機(jī)械手原形繪制了機(jī)械手的監(jiān)控畫面，另加了用內(nèi)置程序增加了級計數(shù)功能，每完成一個物品從A點到C點的循環(huán)過程，計數(shù)一次。</p><p>　　畫面使用到的動畫鏈接包括：隱含、水平移動、垂直移動、縮放、旋轉(zhuǎn)等。</p><p>　　圖23. 動畫鏈接設(shè)置界面</p><p

112、>　　圖24. 機(jī)械手總畫面</p><p>　　（二）數(shù)據(jù)變量的設(shè)置 </p><p>　　設(shè)置數(shù)據(jù)變量之后，將它們連接到畫面中的各個部分。</p><p>　　圖25. 數(shù)據(jù)變量設(shè)置</p><p>　?。ㄈ┙M態(tài)王與PLC的通訊設(shè)置</p><p>　　按照給配置向?qū)гO(shè)置步驟，將組態(tài)王畫面與PLC連接到一起

113、，串口的配置要與實際接口相同。如實際使用的COM3接口則選擇COM3進(jìn)行連接。</p><p>　　設(shè)置波特率為9600、數(shù)據(jù)位為7、停止位為1、通信方式為：RS232</p><p>　　圖26. 設(shè)置向?qū)М嬅?lt;/p><p><b>　　（四）實際監(jiān)控</b></p><p>　　點VIEW運行，打開畫面后就可以監(jiān)控

114、機(jī)械手運動狀態(tài)了。</p><p>　　圖27. 組態(tài)王監(jiān)控畫面圖組</p><p><b>　　六、小結(jié)</b></p><p>　?。ㄒ唬┰O(shè)計和調(diào)試過程遇到的問題及解決方法</p><p>　　經(jīng)過將近兩個月的時間，已基本完成了畢業(yè)設(shè)計。在設(shè)計和調(diào)試的過程中，一邊學(xué)習(xí)新知識一邊鞏固課堂上學(xué)過的內(nèi)容，很多內(nèi)容在課堂上和

115、實際動手會有很大的不同。所以遇到了不少的問題，編程以及調(diào)試時都遇到了一系列的困難，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程，鍛煉了專業(yè)技能，提高了動手能力和解決問題的能力，更增加了自己的毅力和耐性。</p><p><b>　　1.外部接線問題</b></p><p>　　剛開始接線時，把各軸限位檢測模塊的COM端接在了GND端，使PLC檢測不到限位信號，后來在老師的更正下，我把檢測

116、模塊的COM端與輸出端的COM端連在了一起，解決了限位開關(guān)信號檢測的問題。之后在接線的過程中我都會記得形成回路才能使接線不產(chǎn)生錯誤。</p><p>　　2.PLC選型的問題</p><p>　　由于對PLC類型及特點不夠了解，我們無意中采用了繼電器輸出型的PLC主機(jī)，無法使步進(jìn)電機(jī)動作。后來經(jīng)過老師指導(dǎo)，采用了晶體管輸出型的PLC，順利完成了控制功能。</p><p&

117、gt;<b>　　3.接近開關(guān)使用</b></p><p>　　在進(jìn)行手爪的旋轉(zhuǎn)調(diào)試時，手爪經(jīng)過限位時，有時候會不停止而是繼續(xù)轉(zhuǎn)動。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，接近開關(guān)上的鐵塊和接受點必須要在一定近距離的范圍內(nèi)才能作用，手爪旋轉(zhuǎn)使得兩者距離離開了有效范圍。調(diào)整了鐵塊和接受點距離之后，問題迎刃而解。</p><p><b>　　4.合并程序</b></p&

118、gt;<p>　　未來提高機(jī)械手的工作效率，將一些步驟進(jìn)行了合并，這樣，沒走一個循環(huán)雖然節(jié)省的時間不多，但是若是在實際的持續(xù)循環(huán)生產(chǎn)過程則能起到很大的作用。</p><p>　　5.特殊輔助繼電器M8029的使用</p><p>　　由于不了解它的作用，在合并兩個步驟的時候，M8029只在執(zhí)行完上方一條指令后就接通，導(dǎo)致上面的指令沒有走完就直接結(jié)束。后來調(diào)整了指令順序后解決了

119、問題。</p><p>　　6.步進(jìn)電機(jī)控制問題</p><p>　　開始時，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，使得兩個步進(jìn)電機(jī)在工作時失步，機(jī)械臂只在原地震動而不動作，最后經(jīng)過細(xì)分度和頻率的調(diào)節(jié)是步進(jìn)電機(jī)運作。</p><p>　　經(jīng)過不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。機(jī)械手運行良好，動作正確、符合控制要求。</p>

120、<p><b>　?。ǘ┬牡皿w會</b></p><p>　　四年的大學(xué)是我學(xué)到了很多東西，不僅僅是專業(yè)知識方面，也有實際動手及設(shè)計方面，對于我們即將踏入的工作崗位有很大的幫助。畢業(yè)設(shè)計是檢驗四年的學(xué)習(xí)成果的重要途徑，它直接反映了一個學(xué)生在校期間的學(xué)習(xí)情況。能帶上這么一份豐富的經(jīng)驗走上以后的征途，心里感覺充實且信心十足。在這么長時間的設(shè)計過程中，全組同學(xué)在老師的帶領(lǐng)下，相互幫助，