畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC的機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法研究

1、本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)論文(設(shè)計(jì)題目:基于PLC的機(jī)械手自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法研究-工作臺(tái)上工件搬移機(jī)械手學(xué)院:機(jī)械工程學(xué)院專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化摘要隨著可編程控制器應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展,PLC的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大,使得當(dāng)今工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)時(shí),考慮選用PLC控制取代接觸器控制。本文重點(diǎn)分析了基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)的組成,并詳細(xì)敘述了在以PLC為核心的基礎(chǔ)上,對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行綜合控制的軟、硬件的實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)利用步進(jìn)電動(dòng)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)視為折線運(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

2、參考點(diǎn),通過脈沖計(jì)數(shù)得到目的點(diǎn)的位置,手動(dòng)操作機(jī)械手從參考點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到目的點(diǎn)后,保存目的點(diǎn)位的特征參數(shù),并統(tǒng)一進(jìn)行列表管理。從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下運(yùn)用關(guān)鍵點(diǎn)位輸入及自動(dòng)模式查表方式的“仿形”動(dòng)作。關(guān)鍵字:可編程控制器,機(jī)械手,定位控制AbstractWith the Programmable Logic Controller the continuous development of applied technology, PLC on the application of growing, making todays engineering and technical personnel in th

3、e design of electrical control system, consider replacing optional PLC control access control. The paper analyzed the PLC-based control system Manipulator the composition, and described in detail in the PLC as the core on the basis of the Stepping Motor control of the integrated software and hardwar

4、e of the method. The system used by the Stepping Motor unit pulse of step with the characteristics of the same distance from their point of using open-loop control. So the whole movement could be seen as broken line movement, every action can be considered the same as sports, characteristics of diff

5、erent parameters of the point of relative movement. To its starting point as a reference point, through the pulse by counting purposes at the location, manually operated mechanical hand movement from the point of reference points to the purpose, the purpose of preserving points of the parameters, an

6、d a unified list management. To achieve manual mode use of the key points of import and automatic mode look-up table means copying moves.Keyword: Programmable Logic Controller, Manipulator, Positioning Control目錄第1章前言 (11.1研究的目的和意義 (11.1.1傳統(tǒng)機(jī)械手 (11.1.2現(xiàn)代機(jī)械手 (11.2研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì): (21.2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀 (21.2.2發(fā)展趨

7、勢(shì) (31.3主要研究內(nèi)容,需要解決的關(guān)鍵問題和思路 (31.3.1概要 (31.3.2硬件選擇 (31.3.3控制要求 (41.3.4輸入/輸出設(shè)備 (41.3.5PLC選擇 (41.3.6I/O點(diǎn)數(shù)分配 (41.3.7PLC程序設(shè)計(jì) (41.3.8研究對(duì)象特點(diǎn) (4第2章硬件設(shè)計(jì) (52.1機(jī)械手夾持結(jié)構(gòu) (52.1.1夾緊機(jī)構(gòu)手爪 (52.1.2結(jié)構(gòu) (52.2機(jī)械手軀干 (62.2.1組成 (62.2.2傳動(dòng)定位機(jī)構(gòu) (62.3傳動(dòng)系統(tǒng) (82.3.1傳動(dòng)方式 (82.3.2步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器 (82.4輔助系統(tǒng) (162.4.1原點(diǎn)定位及超程保護(hù) (162.4.2操作臺(tái) (16第3章

8、軟件設(shè)計(jì) (183.1工作流程圖 (183.2PLC選擇及I/O口分配 (183.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 (183.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 (193.2.3CPU的速度 (193.2.4PLC模塊的選擇 (203.2.5PLC品牌選擇 (203.2.6PLC系列選擇 (213.2.7輸出方式 (233.2.8I/O點(diǎn)數(shù) (243.2.9I/O口分配原則 (243.2.10I/O口分配論證 (253.3程序設(shè)計(jì) (303.3.1存儲(chǔ)區(qū)域分配 (303.3.2程序指令 (323.3.3初始化及報(bào)警程序 (413.3.4回原點(diǎn)程序 (433.3.5手動(dòng)程序 (453.3.6自動(dòng)程序

9、 (49第4章后記 (534.1研究價(jià)值 (534.2特色 (534.3續(xù)改進(jìn)方向 (53參考文獻(xiàn) (54致謝 (55附錄 (56文獻(xiàn)綜述 (57第1章前言伴隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的腳步,機(jī)械手憑借其定位精度高、工作性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)靈活多樣、可精確復(fù)現(xiàn)等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于輕、重工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、科研等高新技術(shù)領(lǐng)域。它的運(yùn)用標(biāo)志著制造業(yè)向自動(dòng)化、無人化、節(jié)拍化、智能化的邁進(jìn)。就傳統(tǒng)繼電控制的機(jī)械手而言,因其控制裝置落后、接線復(fù)雜、易受干擾、可靠性差、維修困難等劣勢(shì),逐步退出了歷史舞臺(tái)?？删幊炭刂破饕蚱渲T多特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械手控制系統(tǒng)中?？删幊炭刂破骱喎QPLC(Programmable log

10、ic Controller,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置,是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器,用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。其特點(diǎn)特點(diǎn)如下:1可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù),嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù),具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時(shí)間高達(dá)30萬小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時(shí)間則更長。就PL

11、C的機(jī)外電路來說,使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比,電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能,出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序,使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。2配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)PLC發(fā)展至今,已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外,現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn),使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工

12、業(yè)控制中。加之PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展,使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3易學(xué)易用,深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易,編程語言易為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近,只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小,維護(hù)方便,容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯,大大減少了控制設(shè)備外部的接線,使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短,同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更

13、重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。5體積小,重量輕,能耗低以超小型PLC為例,其底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。配套齊全,功能完善,適用性強(qiáng)。1應(yīng)用廣泛性。機(jī)械手作為一種按人類意識(shí)進(jìn)行簡單替代人手操作的工具,被廣泛應(yīng)用于輕、重工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、科研等高新技術(shù)領(lǐng)域,從事目標(biāo)搬移(如:搬移機(jī)械手、選擇夾持機(jī)械手、運(yùn)輸機(jī)械手、挖掘機(jī)等、精確定位(醫(yī)療機(jī)械手輔助手術(shù)、電子元器件機(jī)插設(shè)備、打印設(shè)備、數(shù)控加工中心等、模擬(殘疾人假肢等工作。2結(jié)構(gòu)多樣性。機(jī)械手因其模擬

14、人類手部的工作模式而命名,并非其形狀像手。在應(yīng)用的各領(lǐng)域、各工作層面中,機(jī)械手的形狀各異,不受到任何標(biāo)準(zhǔn)形狀的制約,實(shí)用、抽象的結(jié)構(gòu)體,發(fā)揮著其獨(dú)有的高效作用。3智能性。借助傳感器反饋系統(tǒng),將機(jī)械手工作時(shí)的動(dòng)態(tài)信息,及時(shí)的反饋回中央處理單元,進(jìn)行動(dòng)作的實(shí)時(shí)控制。即使被操作目標(biāo)的表面形狀和位置存在差異,機(jī)械手都能借助檢測(cè)反饋信息,自動(dòng)的判斷夾持位置(定位位置,智能的把目標(biāo)送入下一工作環(huán)節(jié)。生產(chǎn)車間中,運(yùn)用該機(jī)械手,可實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn),構(gòu)建無人車間。1各種多用途機(jī)械手。適用于抓取各種物件,適合于各種不同用途,具有各種新功能。如汽車工業(yè)中的上下料、裝配、噴涂以及各種功能的實(shí)現(xiàn)。2具有熟練技術(shù)工人的機(jī)能

15、。如開發(fā)雙臂多關(guān)節(jié)機(jī)械手,像熟練技術(shù)工人那樣進(jìn)行各種裝配、檢修、焊接、噴涂等工作,能搬運(yùn)液晶玻璃、半導(dǎo)體器件,并能和計(jì)算機(jī)連接,通過仿真軟件進(jìn)行各種熟練技術(shù)工人的工作。完美的人機(jī)界面,完備的通信功能更好適應(yīng)各種工業(yè)的控制場(chǎng)合。3實(shí)現(xiàn)智能化,能進(jìn)行多品種少數(shù)量的柔性生產(chǎn),組成各種形式的制造系統(tǒng)。開發(fā)各種帶視覺、聽覺、觸覺的新型傳感器,能夠分析、判斷、遙控的智能化機(jī)器手,為未來低成本、高精度、高效率、高自動(dòng)化的制造系統(tǒng)做準(zhǔn)備。4提高機(jī)器手工作定位精度。通過安裝視覺傳感器,實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)等措施,使機(jī)械手運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置反饋,提高機(jī)械手工作定位精度。1.3主要研究內(nèi)容,需要解決的關(guān)鍵問題和思路任務(wù)

16、: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。環(huán)境:高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū),可變換生產(chǎn)品種的中、小批量柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線。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)。1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。2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械手臂采用滾珠絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)。3減速機(jī)構(gòu)本文不設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu),在實(shí)際生產(chǎn)中若動(dòng)力不足,可另行增加。同時(shí)為保證機(jī)械手的有足夠的定位精度,應(yīng)保證減速器具有滿足使用要求的傳動(dòng)精度。4超程保護(hù)設(shè)備運(yùn)行過程中

17、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)出前行信號(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,不作為工作行程。5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。1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)力驅(qū)動(dòng)設(shè)備,采用開環(huán)點(diǎn)位控制,滿足定位要求。2路徑無干擾性無干涉,無安全隱患?？梢栽O(shè)定中間點(diǎn)位避讓繞行。3故障報(bào)警系統(tǒng)具有故障位指示功能。輸入:指令按鈕、旋鈕、急停按鈕、報(bào)警及指示裝置。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。保證設(shè)計(jì)所需的指令、I/O點(diǎn)數(shù)、電壓及輸出方式的要求,選擇質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉、廣泛應(yīng)用的

18、產(chǎn)品以降低總設(shè)計(jì)成本。合理選用滿足設(shè)備要求點(diǎn)數(shù)的PLC,減少不必要的浪費(fèi)。優(yōu)先分配特殊I/O點(diǎn),注意相關(guān)指定輸入輸出端,歸類分布。1移植性制定參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)域,存儲(chǔ)點(diǎn)位控制機(jī)械手的關(guān)鍵點(diǎn)位置,僅一次手動(dòng)操作,即能完成自動(dòng)程序的點(diǎn)位編程,降低對(duì)操作者的專業(yè)要求,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、高柔性工件搬移。2繼承性精煉的程序段,注明詳細(xì)程序說明,對(duì)后期的維護(hù)和二次開發(fā)提供基礎(chǔ)。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?/p>

19、事故。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、放射、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)。第2章硬件設(shè)計(jì)2.1.1夾緊機(jī)構(gòu)手爪機(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、靈活性、準(zhǔn)確性和可靠性。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)需要對(duì)機(jī)械手的運(yùn)行速度、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。假定被

20、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)。 圖2.1 機(jī)械手手爪示意圖此方案未進(jìn)行具體參數(shù)校核,結(jié)構(gòu)僅適用于部分工作環(huán)境。工作理論:杠桿原理、胡克定律及安培定律。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,手臂端產(chǎn)生磁力矩,當(dāng)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;若線圈失電,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)生的力矩作用下,保持夾緊狀態(tài),實(shí)現(xiàn)自鎖功能,避免因偶然斷電導(dǎo)致被抓物掉落。特點(diǎn):最小夾持半徑可調(diào),設(shè)定夾持點(diǎn)半徑,可減小夾緊力對(duì)夾持物表面的破壞。由于夾緊的為鋼性工件,為了提高安全性能,防止損壞工件,我們可以在夾緊部分

21、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。機(jī)械手軀干包括立柱、機(jī)座、手臂及手腕四部分。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),立柱與機(jī)座相聯(lián)可固定在地面上、機(jī)床設(shè)備上、或者懸掛在橫梁上,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。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。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。1手

22、臂直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)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)或齒輪齒條機(jī)構(gòu)。現(xiàn)就兩者作以下分析:絲杠螺母機(jī)構(gòu):位移較準(zhǔn)確、降速比大,運(yùn)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。滾珠絲桿效率高,但成本高。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)。為滿足自鎖要求,優(yōu)先選用絲杠螺母機(jī)構(gòu)。2手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)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)簡單,成本相對(duì)較低。可直接采用齒輪減速以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。 圖2.2 機(jī)械手機(jī)構(gòu)圖電氣傳動(dòng)使利用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)

23、行機(jī)構(gòu),以獲得機(jī)械手的各種運(yùn)動(dòng)。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。步進(jìn)電動(dòng)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)器接收到一個(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“步距角”,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^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),利用其沒有積累誤差(精度為100%的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各

24、種開環(huán)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類型。機(jī)電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由鐵心、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)其鐵心心子運(yùn)動(dòng),通過齒輪機(jī)構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一角度,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)一角度,依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。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。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)向該相繞組所確定的磁場(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,這時(shí),轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一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)子運(yùn)動(dòng)方向。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率較小,步矩角較大。缺點(diǎn)是起動(dòng)

25、頻率和運(yùn)行頻率較低。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽,利用這兩種齒槽相對(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)步矩角可做到115,甚至更小,精度容易保證,起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高,但功耗較大,效率較低。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)。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,由此驅(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。選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí),首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí),

26、首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,電機(jī)的矩頻特性能滿足機(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)。一般地說最大靜力矩max Mj 大的電機(jī),負(fù)載力矩大。選擇步進(jìn)電機(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,一是可以改變絲桿的導(dǎo)程,二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(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。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)載慣量和設(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

27、快速移動(dòng)的需要。選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算:1 計(jì)算齒輪的減速比,根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量,齒輪減速比i 計(jì)算如下:=360S式中: -步進(jìn)電機(jī)的步距角(o/脈沖S -絲桿螺距(mm -(mm/脈沖2 計(jì)算工作臺(tái),絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量t J 。 +=221221s g W J J i J J S t (式2.2 式中: t J -折算至電機(jī)軸上的慣量(2s cm Kg 1J 、2J -齒輪慣量(2s cm Kg s J -絲桿慣量(2s cm Kg W-工作臺(tái)重量(N S -絲桿螺距(cm 3 計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M(21002.1-+=Tn式中: a M -電機(jī)啟動(dòng)加速力矩(m N

28、m J 、t J -電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(2s cm Kg n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速(r/min T-電機(jī)升速時(shí)間(s 2102-=isW u M f (式2.5 式中: f M -導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩(m N u-摩擦系數(shù) -傳遞效率2102-=isp M t t (式2.6 式中: t M -切削力折算至電機(jī)力矩(m N t p -最大切削力(N 4 負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系,其估算公式為:21011+-=m t i式中: q f -帶載起動(dòng)頻率(Hz 0q f -空載起動(dòng)頻率 (Hz i M -起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩(m

29、N 5 若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按021q q f f =進(jìn)行估算。運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降,因此在最高頻率 時(shí),由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載,并留有足夠的余量。6 負(fù)載力矩和最大靜力矩max M 。負(fù)載力矩可按(式2.5和(式2.6計(jì)算,電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí),由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于f M 與t M 之和,并留有余量。一般來說,f M 與t M 之和應(yīng)小于(0.2 0.4 max M .步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的兩種執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。在電機(jī)選型過程中,必須首先計(jì)算出負(fù)載通過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)軸的折算扭矩折T ,下面

30、就幾中常見的機(jī)械傳動(dòng)方式介紹折算扭矩折T 的計(jì)算過程。絲杠螺母?jìng)鲃?dòng): +=b T Ft 42HS003兩相混合式步進(jìn)電機(jī) 技術(shù)指標(biāo):工作環(huán)境:-10C - +55C (溫度 絕緣電阻:500V DC 100M Min 軸向間隙:0.1 - 0.3mm 徑向跳動(dòng):0.02mm Max 溫 升:75C Max 絕緣強(qiáng)度:B圖2.3 機(jī)械手步進(jìn)電動(dòng)機(jī)表2.1 42HS003步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)來源于北京張前蘇電子科技有限公司 地址:北京市海淀區(qū)清河永泰園13 樓309網(wǎng)站: 電話:010-* 圖2.4 步進(jìn)電機(jī)安裝尺寸(毫米 圖2.5 步進(jìn)電機(jī)接線圖表2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)力矩測(cè)試 ST-2HB0

31、2X驅(qū)動(dòng)器ST-2HB02X驅(qū)動(dòng)器采用MicrosChip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,繞線機(jī),噴繪機(jī),疲勞試驗(yàn)機(jī)等用戶希望低成本,低振動(dòng),高精度,高速度的場(chǎng)合。產(chǎn)品特點(diǎn):工作電壓范圍寬10V40V直流供電H橋雙極恒相流驅(qū)動(dòng)最大2A的八種輸出電流可選最大128細(xì)分的七種細(xì)分模式可選輸入信號(hào)光電隔離 提供節(jié)能的自動(dòng)半電流鎖定功能無需控制器自檢功能技術(shù)參數(shù):型號(hào)ST-2HB02X相數(shù):二相工作電壓:DC(10-40V驅(qū)動(dòng)方式:全橋雙極性恒相流驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置:0.1A分度圖2.6

32、 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分功能:(1. 2 . 4. 8. 16. 32. 64 細(xì)分適用電機(jī):相電流不高于2A/相的兩相,四相混合式步進(jìn)電機(jī)冷卻方式:散熱器(安裝在通風(fēng)良好的場(chǎng)合環(huán)境溫度:050尺寸/重量:1307333mm/280g數(shù)據(jù)來源于北京張前蘇電子科技有限公司地址:北京市海淀區(qū)清河永泰園13 樓309網(wǎng)站:表2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線端說明 表2.4 步進(jìn)電機(jī)功能設(shè)定 圖2.6 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器安裝尺寸為保證機(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。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)指令,停止運(yùn)動(dòng)。同時(shí)鎖定繼續(xù)前行運(yùn)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

33、的超程保護(hù)功能。非原點(diǎn)端只作超程保護(hù)不作為定位。 圖2.8 傳動(dòng)絲杠示意圖操作面板以貼近人們?nèi)粘９ぷ髁?xí)慣、符合人體工程學(xué)、方便工作人員直觀操作、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),如圖所示。該機(jī)械手工作方式有手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)工作(自動(dòng)四種形式。具有原點(diǎn)、路徑關(guān)鍵點(diǎn),報(bào)警指示、工作狀態(tài)指示等功能。下面就操作面板說明如下:設(shè)備原點(diǎn):機(jī)械手的機(jī)械設(shè)備原點(diǎn)。任何停止?fàn)顟B(tài),旋轉(zhuǎn)選擇旋鈕到原點(diǎn),啟動(dòng)回原點(diǎn)按鈕,機(jī)械手回到原點(diǎn)。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的目的點(diǎn)的記錄保存工作。單步:旋鈕選

34、擇單步工作,按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕,前進(jìn)一個(gè)工步。單周期:旋鈕選擇單周期工作,按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕,運(yùn)行一個(gè)周期。連續(xù)工作(自動(dòng)狀態(tài):在用戶原點(diǎn),旋鈕選擇自動(dòng),按動(dòng)啟動(dòng)按鈕連續(xù)反復(fù)運(yùn)行,途中按動(dòng)停止按鈕,運(yùn)行到原點(diǎn)后停止。LED指示燈:狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。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。 圖2.9 操作面板示意圖第3章軟件設(shè)計(jì) 圖3.1 工作流程圖本機(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),通過脈動(dòng)計(jì)數(shù),得到目的點(diǎn)的位置。手動(dòng)操作機(jī)械手從參考的到達(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

35、數(shù)進(jìn)行列表管理。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下關(guān)鍵點(diǎn)位輸入,自動(dòng)模式查表“仿形”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。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。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,記錄該點(diǎn)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)械手張開位置及夾緊位置,為簡化過程,可在A點(diǎn)設(shè)置機(jī)械手張開,B點(diǎn)設(shè)置夾緊。控制機(jī)械手移動(dòng),同前所述記錄關(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。1滿足被控對(duì)象的控制要求考慮將來發(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?系統(tǒng)安全、可靠。3盡可能

36、簡單、經(jīng)濟(jì)、使用與維修方便。4具有高的性能價(jià)格比。1分析被控對(duì)象,提出控制要求。2確定輸入、輸出設(shè)備。3確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù),選擇PLC機(jī)型。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。5程序設(shè)計(jì),繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。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。7調(diào)試過程結(jié)束,整理技術(shù)資料,投入使用。 圖3. 2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖CPU的運(yùn)行速度是指執(zhí)行每一步用戶程序的時(shí)間。對(duì)于以開關(guān)量為主的控制系統(tǒng),不用考慮掃描速度,一般的PLC機(jī)型都可使用。對(duì)于以模擬量為主的控制系統(tǒng),則需考慮掃描速度,必須選擇合適CPU種

37、類的PLC機(jī)型。遠(yuǎn)程I/O模塊:輸入、輸出裝置比較分散,工作現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)離控制站。高速計(jì)數(shù)器模塊:當(dāng)PLC內(nèi)部的高速計(jì)數(shù)器的最高計(jì)數(shù)頻率不能滿足要求時(shí),可選擇使用。定位模塊:在機(jī)械設(shè)備中,保證加工精度進(jìn)行定位。通信聯(lián)網(wǎng)模塊:PLC與PLC之間,或PLC與計(jì)算機(jī)之間的通信與聯(lián)網(wǎng)。模擬輸入模塊、輸出模塊:把流量、速度、壓力、風(fēng)力、張力等變換成數(shù)字量,及把數(shù)字量變換成模擬量,進(jìn)行輸入、輸出。世界上生產(chǎn)PLC的廠商有數(shù)百家,構(gòu)成美國、歐洲和日本三大技術(shù)陣營,其代表機(jī)型有美國羅克韋爾(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9

38、0TM-30系列和90TM-70系列的PLC,德國西門子(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、C200系列、CPM系列PLC。三大技術(shù)陣營的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,他是采用結(jié)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,單少許復(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

39、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。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。日本的PLC技術(shù)是由美國引進(jìn)的,因此日本的產(chǎn)品對(duì)美國的產(chǎn)品有一定的繼承性。單日本把自己主推產(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)品在世界小型PLC

40、市場(chǎng)上占70%的份額。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國每年引進(jìn)的PLC產(chǎn)品價(jià)值,其中美國產(chǎn)品約占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為主基本上是德國西門子公司與美國A-B公司平分秋色。小型PLC主要是日本產(chǎn)品。在國內(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)校,也為其提供了專業(yè)技術(shù)人才的支持。簡單機(jī)械手運(yùn)動(dòng)小型PLC足以滿足需求,選用日本三菱公司FX系列作為本文中搬移機(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。PLC機(jī)型選擇的基本原則是,在功能滿足要求的前提下,選

41、擇最可靠、維護(hù)使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FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC。各型號(hào)的PLC在性能上都有所區(qū)別。1 FX1S系列PLC將優(yōu)良的特點(diǎn)融合進(jìn)一個(gè)很小的控制器中。FX1S適用于最小的封裝,它是希望低成本的用戶在有限的I/0范圍內(nèi)尋求功能強(qiáng)大的控制的首選目標(biāo)。FX1S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),所以它能用在常用的緊湊型PLC不能應(yīng)用的地方。FX1S體積雖小,但功能強(qiáng)大: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。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。高速運(yùn)算。基本指令是0.

42、55s/指令0.7s/指令;應(yīng)用指令是3.7s/指令至幾百s/指令。 2000步存儲(chǔ)容量,是以前的FX0S的2.5倍。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)。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。聯(lián)網(wǎng)能力。串行擴(kuò)展板通過RS-232、RS-422使聯(lián)網(wǎng)更容易。電源適用范圍很寬。世界任何地方的標(biāo)準(zhǔn)電壓都適合,也可以使用直流電源?；赪indows軟件。模擬電位器。密碼保護(hù)。遠(yuǎn)程維護(hù)。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 配備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

43、達(dá)方式以及特殊脈沖輸出控制。2 FX1N系列PLC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)使得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。與FX1S相比較,在以下方面得到了很好的提升:更多的控制點(diǎn)數(shù)14點(diǎn)128點(diǎn)。EEPROM寄存器更大,達(dá)8000步。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)。增加過程控制。在系統(tǒng)要求精確控制時(shí)適用PID指令。3 FX2N系列PLC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)。與前者PLC相比較,在以下方面得到了很

44、好的提升:更多的控制點(diǎn)數(shù)。16點(diǎn)256點(diǎn)。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單元中的每一個(gè)單元可擴(kuò)充到256點(diǎn)的I/O。更高速運(yùn)算?；局噶?.08s/指令;應(yīng)用指令是1.52s/指令至幾百s/指令。寄存器容量擴(kuò)展。更為豐富的器件資源。輔助繼電器3072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)。特殊功能模塊。主單元可配置8個(gè)特殊功能模塊。數(shù)學(xué)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)功能。4位置控制模塊擴(kuò)展位置控制是對(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)控制環(huán)節(jié),配上伺服放大器或驅(qū)動(dòng)放大器,就可以

45、將位置控制功能和邏輯控制、順序控制等一攬子解決。利用PLC模塊實(shí)現(xiàn)位置控制的優(yōu)點(diǎn):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)(FMS、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS或工廠自動(dòng)化(FA系統(tǒng)中大量應(yīng)用位置控制。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?？煽啃愿?維護(hù)方便。FX-1PG脈沖輸出模塊是一種根據(jù)FROM/TO指令進(jìn)行與FX2、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。5 PLC系列選擇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,FX2N系

46、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)驅(qū)動(dòng)設(shè)備提供穩(wěn)定信號(hào),同時(shí)模塊程序簡化了PLC程序的結(jié)構(gòu)。但其制造總價(jià)較高,就核心控制系統(tǒng)PLC及其模塊而言,其成本將是FX1N系列的4倍以上。由于本文中機(jī)械手不必聯(lián)動(dòng),分時(shí)復(fù)用即可,適用范圍內(nèi)不必選用FX2N-1PG-E脈沖輸出模塊,其功能通過軟件實(shí)現(xiàn)。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:2負(fù)載電壓、電流類型不同負(fù)載類型:晶體管只能帶直流負(fù)載,而繼電器帶交、直流負(fù)載均可。電流:晶體管電流0.2A-0.3A,繼電器2A。電壓:晶體管可接直流24V(繼電器可以接直流24V或交流220V。3負(fù)載能力不同晶體

47、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。4晶體管過載能力小于繼電器過載的能力一般來說,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。5晶體管響應(yīng)速度快于繼電器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,使外部電源通過閉合的觸點(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。晶體管輸出型原理是CPU通過光耦合使晶體管通斷,以控制外部直流負(fù)載,響應(yīng)時(shí)間快(約0.2ms甚至更小。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。6額定工作情況下,繼電器有動(dòng)作次數(shù)壽命,晶體管

48、只有老化沒有使用次數(shù)限制。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)也是有限制的,而晶體管則沒有。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。I/O點(diǎn)數(shù)是衡量可編程控制器規(guī)模大小的依據(jù)。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、電流的大小和種類分別統(tǒng)計(jì),考慮將來發(fā)展的需要再相應(yīng)增加10%15%的余量。如表3.1所示。表3.1 I/O點(diǎn)數(shù)估算統(tǒng)計(jì) 1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。2普通無指定I/O點(diǎn)的歸類分配。3適當(dāng)?shù)姆椒ü?jié)省I/O點(diǎn)數(shù)。如

49、編碼等。方案一:表3.2 方案一I/O分配輸入端一覽表 表3.3 方案一I/O分配輸出端一覽表 此方案應(yīng)用應(yīng)用三位二進(jìn)制編碼器進(jìn)行硬編碼,PLC 進(jìn)行軟解碼對(duì)超程保護(hù)行程開關(guān)進(jìn)行I/O 點(diǎn)數(shù)節(jié)省,使I/O 口總點(diǎn)數(shù)(包括10%20%的備用量在40點(diǎn)以內(nèi),以節(jié)約PLC 費(fèi)用。具體編碼如下:表3.4 編碼表 由編碼表寫出邏輯式:765476547654010I I I I I I I I I I I I X +=+=+=763276327632011I I I I I I I I I I I I X +=+=+=邏輯圖見圖3.3。 圖3.3 編碼器原理圖選用74LS147擴(kuò)展芯片可以實(shí)現(xiàn)編碼,具體

50、接線方式在此不予詳述。優(yōu)點(diǎn):通過對(duì)超程保護(hù)行程開關(guān)的編碼實(shí)現(xiàn)I/O點(diǎn)數(shù)的節(jié)省,將PLC總I/O點(diǎn)數(shù)壓縮在40點(diǎn)以內(nèi),選用FX1N-40MT-D,從而降低PLC的成本。缺點(diǎn):1程序復(fù)雜,只能實(shí)現(xiàn)單線程工作。需保證有且僅有一個(gè)行程開關(guān)(指示燈動(dòng)作,要對(duì)信號(hào)進(jìn)行前置處理,若同時(shí)觸發(fā)兩點(diǎn)PLC將出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤。2容易受到外界信號(hào)干擾,穩(wěn)定性受到一定影響。運(yùn)動(dòng)指示燈解碼采用軟編碼,硬件解碼方式,同樣存在以上問題,在此不予熬訴。綜上所述,節(jié)省I/O點(diǎn)數(shù)措施為以后的穩(wěn)定運(yùn)作埋下了很多安全隱患,生產(chǎn)成本并沒有得到很好的降低,僅僅是制造成本的轉(zhuǎn)移。此方案不予以采納。方案二:表3.4 方案二I/O分配輸入端一覽表

51、表3.4 方案二I/O分配輸入端一覽表 此方案對(duì)超程保護(hù)所使用的行程開關(guān)合運(yùn)動(dòng)方向指示燈,獨(dú)立分配I/O。優(yōu)點(diǎn):1獨(dú)立控制,互不干擾。2程序簡單,無需添置編碼、解碼張芯片及其抗干擾設(shè)施。3良好的穩(wěn)定性。4預(yù)留足夠的I/O點(diǎn)數(shù),大于1020%。方便以后的擴(kuò)展升級(jí)。缺點(diǎn):價(jià)格略高于前者。綜上優(yōu)點(diǎn),優(yōu)先選用FX2N-48MT-D型PLC方案二作為最終選定方案。PLC硬件接線圖見圖3.4。 圖3.4 三菱FX2N-48MT-D PLC接線圖3. 42HS003兩相混合式步進(jìn)電機(jī)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。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)

52、寄存器D200和D327。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)值較大采用32位斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器D201D206。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)。長期存儲(chǔ)自動(dòng)程序數(shù)據(jù)值。脈沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū):存儲(chǔ)暫存區(qū)經(jīng)處理后的有效脈沖數(shù)。采用32位斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)寄存器。初設(shè)計(jì)20組控制點(diǎn)位即D207D326。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M500M579。運(yùn)動(dòng)方向存儲(chǔ)分區(qū)為D500D559,機(jī)械手手爪狀態(tài)存儲(chǔ)分區(qū)為D560D579。表3.1 脈沖計(jì)數(shù)存儲(chǔ)區(qū) 3.3.2程序指令 671

53、11子程序調(diào)用和返回指令指令編號(hào)及助記符:子程序調(diào)用功能指令FNC01 CALL ,CALL(P。子程序返回功能指令 FNC02 SRET。指令的目標(biāo)操作元件是指針號(hào)P0P62(允許變址修改。子程序與標(biāo)號(hào)的位置:CALL指令必須和FEND,SRET一起使用。子程序標(biāo)號(hào)要寫在主程序結(jié)束指令FEND之后。標(biāo)號(hào)P0和子程序返回指令SRET間的程序構(gòu)成了P0子程序的內(nèi)容。當(dāng)主程序帶有多個(gè)子程序時(shí),子程序要依次放在主程序結(jié)束指令FEND之后,并用不同的標(biāo)號(hào)相區(qū)別。子程序標(biāo)號(hào)范圍為P0P62,這些標(biāo)號(hào)與條件轉(zhuǎn)移中所用的標(biāo)號(hào)相同,而且在條件轉(zhuǎn)移中已經(jīng)使用了標(biāo)號(hào),子程序也不能再用。同一標(biāo)號(hào)只能使用一次,而不同

54、的CALL指令可以多次調(diào)用同一標(biāo)號(hào)的子程序。 圖3.5 CALL指令舉例2傳送指令指令格式指令編號(hào)及助記符:傳送指令FNC12 MOV S D其中:S 為源數(shù)據(jù);D為目標(biāo)軟組件目標(biāo)操作數(shù)為T、C、V、Z、D、KnY、KnM、KnS源操作數(shù)的軟組件有T、C、V、Z、D、K、H、KnX、KnY、KnM、KnS指令用法傳送指令是將源操作數(shù)傳送到指定的目標(biāo)操作數(shù),即S D。 圖3.6 傳送指令MOV舉例當(dāng)常開觸點(diǎn)X000閉合為ON時(shí),每掃描到MOV指令時(shí),就把存入S源數(shù)據(jù)中操作數(shù)100(K100轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù),再傳送到目標(biāo)操作數(shù)D10中去。當(dāng)X000為OFF時(shí),則指令不執(zhí)行,數(shù)據(jù)保持不變。3塊傳遞指令

55、指令格式指令編號(hào)及助記符:塊傳送指令FNC15 BMOV SDn其中:S為源軟組件,D為目標(biāo)軟組件,n為數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)。源操作數(shù)可取KnX、 KnY、KnM、KnS、T、C、D、K、H。目標(biāo)操作數(shù)可取. KnY、KnM、KnS、T、C和D。數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)常數(shù)K、H。塊傳送指令的功能是將源操作數(shù)組件中n個(gè)數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)塊傳送到指定的目標(biāo)軟組件中去。如果組件號(hào)超出允許組件號(hào)的范圍,數(shù)據(jù)僅傳送到允許范圍內(nèi)。 (a (b圖3.7 塊傳送指令BMOV舉例(a塊傳送指令;(b塊傳送示意如果X000斷開,則不執(zhí)行塊傳送指令,源、目數(shù)據(jù)均不變。如果X000接通,則將執(zhí)行塊傳送指令。根據(jù)K3指定數(shù)據(jù)塊個(gè)數(shù)為3,則將D5D7中的