數(shù)控銑床自動裝卸料氣動機(jī)械手PLC控制設(shè)計(jì) 機(jī)電一體化畢業(yè)論文

1、摘 要 在工業(yè)上，自動控制系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)自動化機(jī)床控制，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，機(jī)器人等。而工業(yè)機(jī)器人是相對較新的電子設(shè)備，它正開始改變現(xiàn)代化工業(yè)面貌。機(jī)械手是機(jī)器人的操作機(jī)，是機(jī)器人完成各種任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本文主要針對生產(chǎn)線上的自動化設(shè)計(jì)了一個四自由度搬運(yùn)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化。減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了勞動生產(chǎn)率。 該機(jī)械手采用電機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了伸縮、升降、旋轉(zhuǎn)、夾緊等動作。為了實(shí)現(xiàn)這些動作，采用逐個部件設(shè)計(jì)，分別實(shí)現(xiàn)這些動作。最后PLC把各個部件的獨(dú)立運(yùn)動協(xié)調(diào)起來，形成了一個有規(guī)那么的運(yùn)動系統(tǒng)。各個部件的聯(lián)接，控制系統(tǒng)采用PLC控制，程序用T形圖編寫。關(guān)鍵詞 ：PLC，四自由度，工業(yè)

2、機(jī)器人 ABSTRACT In industry, automatic control system has a wide range of applications, such as industrial automation machine control, computer system, robots, etc. While industrial robot is relatively new electronic device, it is beginning to change the face of modern industry. The robotic arm is the

3、robot manipulator, is a robot for various tasks. This article focuses on the production line of automated design of a four degrees of freedom manipulator, enabling the production of automation. Reduced workers labour intensity, improving labor productivity. The manipulator used motor-driven, enablin

4、g expansion, the ascending and descending, rotation, clamping, etc. In order to achieve these movements, with each part design, implementation of these actions, respectively. Finally each part of the PLC independence movement coordination, forming a rules-based motion system. Each part of a join, co

5、ntrol system uses a PLC control, the programs are written using a t-shaped figure. Key words: PLC，four degrees of freedom， industrial robot 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc171001132 第1章 緒論1 HYPERLINK l _Toc171001171 設(shè)計(jì)背景1 HYPERLINK l _Toc171001175 1.2 設(shè)計(jì)的目的及意義1 HYPERLINK l _Toc171001133 第2章 總體方案

6、的設(shè)計(jì)及論證4 HYPERLINK l _Toc171001134 齒輪傳動比的計(jì)算4 HYPERLINK l _Toc171001146 第3章 齒輪傳動比計(jì)算6 HYPERLINK l _Toc171001147 提升機(jī)構(gòu)滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型6 HYPERLINK l _Toc171001148 伸縮機(jī)構(gòu)滾珠絲杠的計(jì)算及選型11 HYPERLINK l _Toc171001149 第4章 電動機(jī)的計(jì)算和選型15 HYPERLINK l _Toc171001150 直流電動機(jī)的選型15 HYPERLINK l _Toc171001151 步進(jìn)電動機(jī)概述19 HYPERLINK l _T

7、oc171001152 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算及選型21 HYPERLINK l _Toc171001155 伸縮機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算及選型26 HYPERLINK l _Toc171001159 第5章 接近開關(guān)及限位開關(guān)的選型31 HYPERLINK l _Toc171001160 接近開關(guān)的工作原理及選型31 HYPERLINK l _Toc171001163 限位開關(guān)的工作原理及選型34 HYPERLINK l _Toc171001164 第6章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)34 HYPERLINK l _Toc171001165 PLC的根本概念34 HYPERLINK l _Toc1710011

8、66 PLC產(chǎn)生和開展34 HYPERLINK l _Toc171001171 PLC的根本結(jié)構(gòu)和工作原理37 HYPERLINK l _Toc171001175 PLC的分類、技術(shù)指標(biāo)及主要功能41 HYPERLINK l _Toc171001176 PLC的特點(diǎn)、應(yīng)用場合及開展趨勢43 HYPERLINK l _Toc171001171 PLC的編程語言及外部接線圖設(shè)計(jì)45 HYPERLINK l _Toc171001175 控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)49 HYPERLINK l _Toc171001177 結(jié) 論50 HYPERLINK l _Toc171001178 致謝51 HYPERLIN

9、K l _Toc171001179 參考文獻(xiàn)52第一章 緒 論 設(shè)計(jì)背景隨著科技的開展，如何以高質(zhì)量、低本錢、快速反響的手段在市場中取得生存和開展，已是我國企業(yè)不容回避的問題。工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起形成的一種機(jī)電一體化的產(chǎn)品，從其誕生起就受到人們的關(guān)心與重視。經(jīng)過幾十年的開展，目前工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)很成熟。工業(yè)機(jī)器人已從最初解決勞動密集型工業(yè)中單調(diào)、重復(fù)的體力勞動開展到滿足制造業(yè)自動化規(guī)模生產(chǎn)需要的工作。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，從最初主要應(yīng)用于汽車工業(yè)開展到現(xiàn)在涉及制造業(yè)的各個行業(yè)。這使得制造業(yè)進(jìn)入了一個新的開展階段。隨著經(jīng)濟(jì)全球化和我國參加WTO，中國制造業(yè)面臨

10、著與國際接軌、參與國際競爭的局面。如何適應(yīng)快速變化的國內(nèi)外市場需求，這為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用提供了大的市場，促使中國工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用市場日趨成熟。 設(shè)計(jì)目的及意義 設(shè)計(jì)目的機(jī)器人與機(jī)床相結(jié)合，解決了工件自動上下料搬運(yùn)問題，致使機(jī)床得以無人化24 小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。例如本論文設(shè)計(jì)的銑床四自由度上卸料機(jī)械手，適宜加工金屬材料為鋁鎂合金、銅、鉛、鑄鐵等?？梢源嬷辽?個工人的工作量。隨著社會的不斷開展和進(jìn)步，勞動力的本錢越來越高，對環(huán)保及平安的要求也越來越嚴(yán)，所以工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用必會給我國工業(yè)的開展帶來巨大的推動。而且，由機(jī)器人干出的工件精度高，速度快。這樣既保證了工人的平安，節(jié)省了勞動力，降低了本錢，提高

11、了勞動生產(chǎn)率。 設(shè)計(jì)意義工作單元還可以配備各種上料方式：如帶視頻裝置可抓取隨機(jī)擺放的工件，或以旋轉(zhuǎn)臺擺放，或以傳送帶擺放等等。DC-5 工作單元可以處理的最大負(fù)荷為120/150kg。3D編程軟件將以往8 小時編程時間縮減為15 分鐘，為小批量多品種的工件提供最好的解決方案。隨著社會的不斷開展和進(jìn)步，由機(jī)器人干出的工件，譬如說打磨，其零件的一致性肯定比人工來得好，因此歐洲有些名牌汽車制造商甚至對某些零件的某些工步，規(guī)定必須由機(jī)器人來操作。由此看來，工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用會越來越廣。如果說20 世紀(jì)90 年代機(jī)床創(chuàng)新的最大成就是創(chuàng)造并聯(lián)機(jī)床的話，那么當(dāng)今工業(yè)機(jī)器人在機(jī)床上的應(yīng)用已成為開展的一大

12、趨勢。經(jīng)過近十年的努力，我國在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開發(fā)方面已具有了相當(dāng)?shù)膶?shí)力，已有一支了解企業(yè)需求，能開發(fā)出符合實(shí)際使用條件，本錢低，效勞及時，具備與國外公司競爭的隊(duì)伍，因此要加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程的開發(fā)，并圍繞應(yīng)用工程的需要進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人新產(chǎn)品的開發(fā)，使之具有一定規(guī)?；a(chǎn)能力，這樣可以促進(jìn)我國企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和提高競爭力，同時工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也形成具有一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。但是，我國工業(yè)機(jī)器人在總體技術(shù)上與國外先進(jìn)水平相比還有很大差距，僅相當(dāng)于國外九十年代中期的水平。目前工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)規(guī)模仍然不大，多數(shù)是單件小批生產(chǎn)，關(guān)鍵配套的單元部件和器件始終處于進(jìn)口狀態(tài)，工業(yè)機(jī)器人的性價比較低。我國整體裝備

13、制造水平不高，制約了我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的形成和實(shí)現(xiàn)規(guī)?；拈_展。盡管中國工業(yè)機(jī)器人的需求在逐年增加，但要能為用戶提供高質(zhì)價廉的工業(yè)機(jī)器人商品，目前在我國尚有較長的路程。第二章 總體方案的設(shè)計(jì)及論證 齒輪傳動比的計(jì)算 齒輪是機(jī)器中很重要的部件，它幾乎是機(jī)器的象征。只要一看到齒輪，我們就會聯(lián)想到機(jī)器。在這一章，我們將學(xué)習(xí)齒輪傳動比的計(jì)算。齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運(yùn)動的機(jī)械傳動 。 提升機(jī)構(gòu)齒輪箱傳動比計(jì)算已經(jīng)確定提升機(jī)構(gòu)脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程，初選步進(jìn)電機(jī)步距角，可計(jì)算出傳動比 可選定齒輪齒數(shù)為： 伸縮機(jī)構(gòu)齒輪箱傳動比計(jì)算已經(jīng)確定提升機(jī)構(gòu)脈沖當(dāng)量，滾珠絲杠導(dǎo)程,初選步進(jìn)電機(jī)步距

14、角1.5，可計(jì)算出傳動比 可選定齒輪齒數(shù)為： 表2-1 傳動齒輪幾何參數(shù)齒數(shù)242520121506020分度圓d=mz4850402430012040齒頂圓5254442830412444齒根圓4345351910511535齒寬610m20201212202020中心距9864420 160第三章 滾珠絲杠螺母副的選型滾珠絲杠螺母副的設(shè)計(jì)首先要選擇結(jié)構(gòu)類型，確定滾珠循環(huán)方式，滾珠絲杠副的預(yù)緊方式。結(jié)構(gòu)類型確定以后，再計(jì)算和確定其他技術(shù)參數(shù)，包括：公稱直徑,導(dǎo)程，滾珠絲杠的工作圈數(shù)，列數(shù)，精度等級等。滾珠的循環(huán)方式可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩大類，外循環(huán)又分為螺旋槽式和插管式。滾珠絲杠副的預(yù)緊方法

15、有：雙螺母墊片式預(yù)緊，雙螺母螺紋式預(yù)緊，雙螺母齒差式預(yù)緊，單螺母變導(dǎo)程預(yù)緊，以及過盈預(yù)緊等。 提升機(jī)構(gòu)滾珠絲杠螺母副的計(jì)算及選型 計(jì)算進(jìn)提升率引力作用在絲杠上的提升率引力主要包括工作在上升時移動件的重量及其作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。因而其數(shù)值大小和導(dǎo)軌的型式有關(guān)。計(jì)算公式如下：矩形導(dǎo)軌：燕尾形導(dǎo)軌：三角形或綜合導(dǎo)軌：式中重力在各方向上的分力； 水平工作臺重力；考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)在正常情況下，可取以下數(shù)值：矩形導(dǎo)軌 燕尾導(dǎo)軌 三角形或綜合導(dǎo)軌 上列摩擦系數(shù)指滑動導(dǎo)軌。設(shè)計(jì)的銑床自動裝卸料機(jī)械手的最大抓取重量為5，機(jī)械手伸縮機(jī)構(gòu)總重量，水平機(jī)構(gòu)工作臺重量，提升機(jī)構(gòu)工作臂重量。顯然在最底點(diǎn)上升時

16、絲杠受力最大，此時此設(shè)計(jì)中選用矩形導(dǎo)軌 代入以上數(shù)據(jù)可得 為567.13N 計(jì)算最大動負(fù)載選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個軸向負(fù)載的最大值即稱為滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載C，可用下式計(jì)算： 式中壽命，為轉(zhuǎn)為一個單位， 絲杠轉(zhuǎn)速，用下式計(jì)算 為最大負(fù)載條件下的進(jìn)給速度； 絲杠的導(dǎo)程，； 使用壽命，一般； -運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)，見表3-1 表3-1運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)無沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)該設(shè)計(jì)的最大負(fù)載條件下的進(jìn)給速度為，絲杠導(dǎo)程初選，運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為一般運(yùn)轉(zhuǎn)， 滾珠絲杠螺母副的選型 查閱?數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?，可采用

17、1列圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠螺母副，額定動載荷為8800N，可滿足要求，選定精度等級為3級。 傳動效率的計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動效率： 式中絲杠螺旋長升角；取摩擦角，滾珠絲杠螺母副的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。 剛度驗(yàn)算先畫出提升機(jī)構(gòu)絲杠支承方式草圖如圖3-1所示。最大牽引力為567.13N，支承間距為，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的。圖3-1提升機(jī)構(gòu)系統(tǒng)計(jì)算簡圖1 絲杠拉伸或壓縮變形量 查?數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?，根據(jù)， 查出，可算出： 由于兩端均采用向心推力球軸承，且絲杠又進(jìn)行了預(yù)拉伸，故其拉壓剛度可以提高4倍，其實(shí)際變形量為： 2 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形查?數(shù)控

18、機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?，： 因進(jìn)行了預(yù)緊，所以 3 支承滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形 采用8102推力球軸承，滾動體直徑 ， 滾動體數(shù)量=12， 代入數(shù)據(jù)可得 因施加預(yù)緊力，故 根據(jù)以上計(jì)算 小于定位精度，符合要求。3.2 伸縮機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副的計(jì)算及選型 計(jì)算進(jìn)伸縮率引力Fm作用在絲杠上的伸縮率引力主要包括工作在伸縮移動件的重量及其作用在導(dǎo)軌上的摩擦力。式中為滑動摩擦系數(shù)， 計(jì)算最大動負(fù)載C選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向負(fù)載作用下，絲杠在回轉(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)后，在它的滾道上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這個軸向負(fù)載的最大值即稱為滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載C，可用下式計(jì)算： 式中壽命，為轉(zhuǎn)為一個單位， 絲杠

19、轉(zhuǎn)速，用下式計(jì)算 為最大負(fù)載條件下的進(jìn)給速度； 絲杠的導(dǎo)程，； 使用壽命，一般 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)該設(shè)計(jì)的最大負(fù)載條件下的速度為，絲杠導(dǎo)程初選，運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)為一般運(yùn)轉(zhuǎn)， 滾珠絲杠螺母副的選型可采用，1列圈外循環(huán)螺紋預(yù)緊滾珠絲杠螺母副，額定動載荷為395N，可滿足要求，選定精度等級為3級。 傳動效率的計(jì)算滾珠絲杠螺母副的傳動效率： 式中絲杠螺旋長升角；取摩擦角，滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)，其摩擦角約等于。 剛度驗(yàn)算先畫出提升機(jī)構(gòu)絲杠支承方式草圖如圖3-2所示。3-2伸縮機(jī)構(gòu)絲杠計(jì)算草圖最大牽引力為14.7N，支承間距為，絲杠螺母及軸承均進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力為最大軸向負(fù)載的。由于牽引力很小無需進(jìn)行剛度驗(yàn)算。表3-2及

20、滾珠絲杠幾何參數(shù) 名稱 符號螺紋滾道公稱直徑 2010導(dǎo)程54接觸角鋼球直徑mm3175滾道法面半徑1651偏心距0045螺紋升角螺桿螺桿外徑d194螺桿內(nèi)徑16788螺桿接觸直徑16835螺母螺母螺紋直徑D23212螺母內(nèi)徑 20635第四章 電動機(jī)的計(jì)算與選型 直流電動機(jī)的選型 腕回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直流電動機(jī)的選型標(biāo)準(zhǔn)電機(jī) 6W 尺寸6060mm電機(jī)型號/性能型號輸出功率W電壓V頻率Hz電流A額定轉(zhuǎn)速r/min起動轉(zhuǎn)矩mNm額定轉(zhuǎn)矩mNm運(yùn)行電容齒輪軸圓軸60YS06GV1160YS06DV116單相11050120038503uF/250V601500404060YS06GV2260YS06DV2

21、26單相22050120038506015004040減速箱減速比/性能對照表減速比3561015202550Hz轉(zhuǎn)速r/min5004163002502001501201007560額定轉(zhuǎn)矩Nm60Hz轉(zhuǎn)速r/min6005003603002401801441209072額定轉(zhuǎn)矩Nm續(xù)減速比30365060759010012015018050Hz轉(zhuǎn)速r/min5047302520171510額定轉(zhuǎn)矩Nm60Hz轉(zhuǎn)速r/min60503630242018151210額定轉(zhuǎn)矩Nm注：1.表中轉(zhuǎn)速是以電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為基數(shù)除以減速比而得出的數(shù)值。2.灰色框表示軸和電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反，白色框相同。由于

22、本設(shè)計(jì)需求的電動機(jī)力矩不大，所以在設(shè)計(jì)中我們選取6YS01電動機(jī)加標(biāo)準(zhǔn)減速箱。 腰部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直流電機(jī)的選型目前市場上的型號如下：在本設(shè)計(jì)中我們選用90SZ13電動機(jī)。 步進(jìn)電動機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)那么轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上 步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必

23、須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好 步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反響式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。必須采用雙極電壓驅(qū)動，而反響式電機(jī)那么不能如此。例如：四相，

24、八相運(yùn)行A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=.一個二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線四相，這樣使用時，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。 驅(qū)動控制系統(tǒng)組成步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動, 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號,加以放大以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個數(shù)，可以對電機(jī)精確定位。

25、 典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由三局部組成： 1. 步進(jìn)控制器，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 2驅(qū)動器，把單片機(jī)輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。 3步進(jìn)電機(jī)。 現(xiàn)以三相六拍為例： 步序 控 制 位 C B A 控制模型 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 A 1 1 1 1 1 0 0 1 F9H AB 1 1 1 1 1 0 1 1 FBH B 1 1 1 1 1 0 1 0 FAH BC 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH C 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH CA 1 1 1 1 1 1 0 1 FDH 以上為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時的控制順序及數(shù)學(xué)模型。因此，步進(jìn)驅(qū)動控制器實(shí)際上就

26、是按上述的控制方式所規(guī)定的順序送脈沖序列，即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)三相六拍方式的轉(zhuǎn)動。輸入順序脈沖序列的速率就是步進(jìn)電機(jī)的速率。使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的局部。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流而樣本上的電流均為靜態(tài)電流。平均電流越大電鼓勵矩越大，要到達(dá)平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、上下壓驅(qū)動、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。4.3 步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算及選型4.3.1 提升機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算及選型1 等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算傳動系統(tǒng)折

27、算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可由下式進(jìn)行計(jì)算：式中 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量; ,-齒輪，的轉(zhuǎn)動慣量； 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量； 參考數(shù)控機(jī)床，初選反響式步進(jìn)電機(jī)130BF001，該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 代入上式： 可得 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。 滿足慣量匹配的要求。2 電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)械手在不同的工況下，所需轉(zhuǎn)動力矩不同，下面分別按各階段進(jìn)行計(jì)算。1 快速空載起動力矩。在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 上式中傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量 電機(jī)最大角加速度 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度 脈沖當(dāng)量 -步進(jìn)電機(jī)步距角 運(yùn)動部件從停止起動加速到最大速度所

28、需時間 起動加速時間 代入上式可得摩擦力矩 上式中導(dǎo)軌的摩擦力(N) ，-導(dǎo)軌摩擦系數(shù) G-運(yùn)動部件總重量Ni- 齒輪降速比，按 計(jì)算 傳動鏈總效率，一般取 折算到電機(jī)上的摩擦力矩 附加摩擦力矩式中滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，一般取，-為進(jìn)給率引力 滾珠絲杠導(dǎo)程 滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取 代入數(shù)據(jù)可得 折算到電機(jī)軸上的軸向負(fù)載力矩 式中進(jìn)給方向的最大抗力 =556.1N 上述三項(xiàng)合計(jì)： 2 快速起動所需力矩 3 最大負(fù)載所需力矩 從上面計(jì)算可以看出，三鐘工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。 從?數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時 最大靜力矩，大于所需

29、最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為選定型號。 伸縮機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算及選型 等效轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的轉(zhuǎn)動慣量可由下式進(jìn)行計(jì)算：式中 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量； ,-齒輪，的轉(zhuǎn)動慣量； 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動慣量； 參考數(shù)控機(jī)床，初選反響式步進(jìn)電機(jī)130BF001，該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 代入上式： 可得 考慮步進(jìn)電機(jī)與傳動系統(tǒng)慣量匹配問題。 滿足慣量匹配的要求。 電機(jī)力矩的計(jì)算機(jī)械手在不同的工況下，所需轉(zhuǎn)動力矩不同，下面分別按各階段進(jìn)行計(jì)算。1、 快速空載起動力矩。在快速空載起動階段，加速力矩占的比例較大，具體計(jì)算公式如下： 上式中傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量 電機(jī)最大角加速度 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速

30、運(yùn)動部件最大快進(jìn)速度 脈沖當(dāng)量 -步進(jìn)電機(jī)步距角 運(yùn)動部件從停止起動加速到最大速度所需時間 起動加速時間 代入上式可得摩擦力矩 上式中導(dǎo)軌的摩擦力(N) ，-導(dǎo)軌摩擦系數(shù) G-運(yùn)動部件總重量Ni- 齒輪降速比，按 計(jì)算 傳動鏈總效率，一般取 折算到電機(jī)上的摩擦力矩 附加摩擦力矩式中滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，一般取，-為進(jìn)給率引力 滾珠絲杠導(dǎo)程 滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取 代入數(shù)據(jù)可得 折算到電機(jī)軸上的軸向負(fù)載力矩 上述三項(xiàng)合計(jì)： 2 快速起動所需力矩 3 最大負(fù)載所需力矩 從上面計(jì)算可以看出，三鐘工況下，以快速空載起動所需力矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電機(jī)的依據(jù)。 從?數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?查

31、出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為三相六拍時 最大靜力矩，大于所需最大靜轉(zhuǎn)矩，可作為選定型號。第五章 接近開關(guān)及限位開關(guān)的選型 接近開關(guān)的工作原理及選型 接近開關(guān)概述電感式接近開關(guān)由三大局部組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個交變磁場。當(dāng)金屬目標(biāo)接近這一磁場，并到達(dá)感應(yīng)距離時，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號，觸發(fā)驅(qū)動控制器件，從而到達(dá)非接觸式檢測目的接近傳感器可以在不與目標(biāo)物實(shí)際接觸的情況下檢測靠近傳感器的金屬目標(biāo)物。根據(jù)操作原理，接近傳感器大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型，使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的

32、電容型。1 高頻振蕩型接近傳感器的工作原理電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當(dāng)金屬物體接近傳感器檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。振蕩器的振蕩及停振狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出。下面為詳細(xì)介紹：1、通用型接近傳感器的工作原理振蕩電路中的線圈L產(chǎn)生一個高頻磁場。當(dāng)目標(biāo)物接近磁場時，由于電磁感應(yīng)在目標(biāo)物中產(chǎn)生一個感應(yīng)電流渦電流。隨著目標(biāo)物接近傳感器，感應(yīng)電流增強(qiáng)，引起振蕩電路中的負(fù)載加大。然后，振蕩減弱直至停止。傳感器利用振幅檢測電路檢測到振蕩狀態(tài)的變化，

33、并輸出檢測信號。振幅變化的程度隨目標(biāo)物金屬種類的不同而不同，因此檢測距離也隨目標(biāo)物金屬的種類不同而不同。2 所有金屬型傳感器的工作原理所有金屬型傳感器根本上屬于高頻振蕩型。和普通型一樣，它也有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率。目標(biāo)物接近傳感器時，不管目標(biāo)物金屬種類如何，振蕩頻率都會提高。傳感器檢測到這個變化并輸出檢測信號。3 有色金屬型傳感器工作原理有色金屬傳感器根本上屬于高頻振蕩型。它有一個振蕩電路，電路中因感應(yīng)電流在目標(biāo)物內(nèi)流動引起的能量損失影響到振蕩頻率的變化。當(dāng)鋁或銅之類的有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時，振蕩頻率增高；當(dāng)鐵一類的黑色金屬目標(biāo)物接近傳感

34、器時，振蕩頻率降低。如果振蕩頻率高于參考頻率，傳感器輸出信號。 主要技術(shù)參數(shù)1動作距離測定;當(dāng)動作片由正面靠近接近開關(guān)的感應(yīng)面時，使接近開關(guān)動作的距離為接近開關(guān)的最大動作距離，測得的數(shù)據(jù)應(yīng)在產(chǎn)品的參數(shù)范圍內(nèi)。2釋放距離的測定;當(dāng)動作片由正面離開接近開關(guān)的感應(yīng)面，開關(guān)由動作轉(zhuǎn)為釋放時，測定動作片離開感應(yīng)面的最大距離。3回差H的測定;最大動作距離和釋放距離之差的絕對值。4動作頻率測定;用調(diào)速電機(jī)帶動膠木圓盤，在圓盤上固定假設(shè)干鋼片，調(diào)整開關(guān)感應(yīng)面和動作片間的距離，約為開關(guān)動作距離的80%左右，轉(zhuǎn)動圓盤，依次使動作片靠近接近開關(guān)，在圓盤主軸上裝有測速裝置，開關(guān)輸出信號經(jīng)整形，接至數(shù)字頻率計(jì)。此時啟動

35、電機(jī)，逐步提高轉(zhuǎn)速，在轉(zhuǎn)速與動作片的乘積與頻率計(jì)數(shù)相等的條件下，可由頻率計(jì)直接讀出開關(guān)的動作頻率。5重復(fù)精度測定;將動作片固定在量具上，由開關(guān)動作距離的120%以外，從開關(guān)感應(yīng)面正面靠近開關(guān)的動作區(qū)，運(yùn)動速度控制在0.1mm/s上。當(dāng)開關(guān)動作時，讀出量具上的讀數(shù)，然后退出動作區(qū)，使開關(guān)斷開。如此重復(fù)10次，最后計(jì)算10次測量值的最大值和最小值與10次平均值之差，差值大者為重復(fù)精度誤差. 5.1.3 接近開關(guān)的選型 在本設(shè)計(jì)中我們選用XL-LJM8短圓柱電感式接近開關(guān)。非埋入式埋入式 限位開關(guān)的工作原理及選型 HYPERLINK :/list.b2b.hc360 /supplytrade/006

36、/006012.html t _blank 行程開關(guān)又稱 HYPERLINK :/list.b2b.hc360 /supplytrade/006/006011.html t _blank 限位開關(guān)，用于控制 HYPERLINK :/list.b2b.hc360 /supplytrade/012/003.html t _blank 機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動部件的行程位置而切換電路的 HYPERLINK :/ search.hc360 /cg

37、i-bin/ls?c=%b9%a9%d3%a6%d0%c5%cf%a2&i=&s=&w=%b5%e7%c6%f7&d=&k=0&z=&a=&j=&f= t _blank 電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類 HYPERLINK :/list.b2b.hc360 /supplytrade/056/019.html t _blank 機(jī)床和 HYPERLINK :/info .hc360 /list/qzjx.shtml t _blank 起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在 HYPERLINK :/list.b2b.hc360 /supplytrade/016/00500

38、1.html t _blank 電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。 在本設(shè)計(jì)中伸縮機(jī)構(gòu)限位開關(guān)我們選用交叉滾輪柱塞型接近開關(guān)，提升機(jī)構(gòu)限位開關(guān)我們選用滾輪連桿型限位開關(guān)。交叉滾輪柱塞型接近開關(guān)滾輪連桿型限位開關(guān)第六章 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC的根本概念可編程控制器，簡稱PLC(Programmable Logic Controller)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為根底的新型工業(yè)控制裝置。1987年國際電工委員會(International Electrical Committee)公布的 PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC做了如下定義：“PL

39、C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器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、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)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原那么而設(shè)計(jì)。6.2 PLC的產(chǎn)生和開展現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反響，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低本錢和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。20世紀(jì)60年代末期，美國汽車工業(yè)競爭劇烈，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的

40、需求，1968年，美國通用汽車公司(GM)為適應(yīng)汽車型號的不斷翻新，并設(shè)想把計(jì)算機(jī)功能的完備、靈活通用和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格廉價等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)按GM的功能要求研制出了世界上第1臺PLC，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用，獲得成功。從此，這項(xiàng)新技術(shù)便迅速開展起來。1971年日本從美國引進(jìn)了該項(xiàng)新技術(shù)，很快就研制出了日本第1臺PLC。19731974年，德國和法國也相繼研制出了自己的第1臺PLC

41、。中國從1974年開始研制，1977年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。限于當(dāng)時的元器件條件和計(jì)算技術(shù)的開展水平，早期的PLC主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。19691973年是PLC的初創(chuàng)時期。在這個時期，PLC從有觸點(diǎn)不可編程的硬接線順序控制器開展成為小型機(jī)的無觸點(diǎn)可編程邏輯控制器，可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高，靈活性也有所增強(qiáng)。19741977年是PLC的開展中期。PLC得到了迅速開展和完善，并逐步趨向系列化和實(shí)用化，普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制。PLC除了原有功能外可靠性進(jìn)一步提高，開始具備自診斷功能。1978-1983年，PLC進(jìn)入成熟階段。這個時期， PLC除了采用微處理器及EPROM，

42、EEPROM，CMCS RAM 等LSI電路外，還向多微處理器開展，使PLC的功能和處理速度大大提高。 1984年后，PLC的規(guī)模更大，多臺PLC可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系統(tǒng)，在軟件方面有的已與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兼容。編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖語句表外，還有用于算術(shù)的BASIC語言、用于機(jī)床控制的數(shù)控語言等。在人機(jī)接口方面，采用了現(xiàn)實(shí)信息等更多直觀的CRT，完全代替了原來的儀表盤，使用戶的編程和操作更加方便靈活。 PLC的根本結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC的根本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個根本點(diǎn)是輸入輸出的變換并予以物理實(shí)現(xiàn)。 輸 入輸出的變換就是信息處理，當(dāng)今世界最常用的是微機(jī)處理技術(shù)。PL

43、C也采用這種微機(jī)技術(shù)，使其專門化-用于工業(yè)現(xiàn)場。 物理實(shí)現(xiàn)要求PLC的輸入應(yīng)排除各種干擾，適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場，輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制水平，能為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)方便使用，即I/O電路為專門設(shè)計(jì)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖： PLC的工作原理PLC 有兩種根本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行狀態(tài)RUN與停止?fàn)顟B(tài)STOP狀態(tài)。PLC在運(yùn)行(RUN)工作模式時，反復(fù)不停地重復(fù)執(zhí)行圖所示的5個階段的任務(wù)；在停止(STOP)工作模式時，只執(zhí)行上面兩個階段任務(wù)。PLC這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式，或稱為掃描循環(huán)(Scan CYc1e)。 在內(nèi)部處理階段，PLC完成硬件自檢測和將監(jiān)控定時器復(fù)位等內(nèi)部工作。在通信效勞階段，PL

44、C處理與計(jì)算機(jī)、編程器和別的智能裝置的通信。響應(yīng)通信命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。 在PLC的存儲器中設(shè)置了一片區(qū)域，用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像存放器和輸出映像存放器。 PLC梯形圖中其他的編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像存放器。 在輸入處理階段，PLC將外部輸入電路的接通斷開狀態(tài)讀入并輸入映像存放器。外部輸入電路接通時，對應(yīng)的輸入映像存放器為1狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，反之亦反。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入電路的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像存放器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段

45、被讀入。 PLC的用戶程序由假設(shè)干條指令組成，指令在存儲器中順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。執(zhí)行指令時，從元件映像存放器中將有關(guān)編程元件的01狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，最后的運(yùn)算結(jié)果寫入到線圈或輸出類指令對應(yīng)的元件映像存放器中。因此，各編程元件的映像存放器輸入映像存放器除外的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。 在輸出處理階段，CPU將所有輸出映像存放器的值送到輸出模塊。梯形圖中某一輸出繼電器的線圈 “通電時，對應(yīng)的輸出映像存放器為1狀態(tài)，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作，

46、反之亦反。PLC的梯形圖程序就是這樣通過輸入、輸出映象存放器與外部輸入電路和外部負(fù)載聯(lián)系起來的。掃描過程 PLC的外部接線圖與梯形圖執(zhí)行程序時，讀寫的是輸入輸出映象存放器的值，而不是直接對實(shí)際的IO點(diǎn)進(jìn)行操作，這樣做有以下好處： 1、程序執(zhí)行階段的輸入值是固定的，程序執(zhí)行完后再用輸出映象存放器的值更新輸出點(diǎn)，使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。 2、用戶程序讀寫IO映象存放 器比讀寫IO點(diǎn)快得多，這樣可以提高程序的執(zhí)行速度。 3、掃描工作方式具有較好的抗干擾能力，在一個掃描周期中， 輸入處理僅占極少局部時間，在大局部時間內(nèi)，干擾信號不會被采集進(jìn)PLC?？删幊炭刂破魇菍楣I(yè)控制而開發(fā)的裝置。PLC多采用以下適合

47、其領(lǐng)域的編程語言表達(dá)式。各個廠家的編程語言(包括梯形圖、命令語句等)的表達(dá)形式雖不一致，但其原理大同小異。 PLC的分類、技術(shù)指標(biāo)及主要功能 PLC的分類 PLC生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品很多，為便于用戶對一個應(yīng)用來講選擇最適宜的PLC，廠商通常通過雜志或其他途徑，定期地將不同功能與特性的PLC列表進(jìn)行比較 ，表中的內(nèi)容大體有：總I/O點(diǎn)數(shù)，最多開關(guān)量IO點(diǎn)數(shù)，最多模擬量IO點(diǎn)數(shù)，繼電器梯形邏輯圖，高級語言，PID功能，遠(yuǎn)動控制，文件編制功能，數(shù)據(jù)總線 ，接口類型，掃描速度，存儲器類型與容量，以及CPU類型與工藝等。為適應(yīng)用戶的不同應(yīng)用要求，很多廠家均開發(fā)生產(chǎn)了相互有關(guān)連的系列產(chǎn)品，為區(qū)別PLC的綜合特性

48、，通常以下述兩種方法分類。 1按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類 按PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可分為以下三類。小型機(jī)：IO總點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序的存儲量在4K字左右。 中型機(jī)：IO總點(diǎn)數(shù)在2562048點(diǎn)之間，用戶程序的存儲量在8K字左右。 大型機(jī)：IO 總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序的存儲量在16K字以上。2按結(jié)構(gòu)形式和功能分1、整體式 整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的根本部件，組成PLC的一個根本單元或擴(kuò)展單元。 整體式結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價格低，安裝方便。小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)2、機(jī)架模塊式模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成，把這些模塊插在框架或基板上即可。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC價格較高

49、，大中型的PLC一般采用這種結(jié)構(gòu)。3、疊裝式此種結(jié)構(gòu)用的很少，一般為特定的情況而生產(chǎn)。 PLC的技術(shù)性能指標(biāo) 1 輸入/輸出點(diǎn)數(shù)即指PLC外部輸入、輸出端子數(shù)，這是最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。2掃描速度一般以執(zhí)行1000步指令所需要的時間來衡量，故單位為ms/千步，有時也以執(zhí)行一步指令的時間計(jì)，如us/步。3內(nèi)存容量一般以PLC所能存放的用戶程序數(shù)量來衡量。4指令條數(shù)這是衡量PLC軟件功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。5內(nèi)部存放器PLC內(nèi)部有許多存放器，用以存放變量狀態(tài)、中間結(jié)果、數(shù)據(jù)等。一個指標(biāo)。6高級功能模塊PLC除了主控模塊還可以配接各種高級功能模塊。主控模塊實(shí)現(xiàn)根本控制功能，高級功能模塊那么可實(shí)現(xiàn)某一種特

50、殊功能。 PLC的主要功能PLC的主要功能如下：1 條件控制功能2 定時/計(jì)數(shù)控制功能3 數(shù)據(jù)處理功能4 步進(jìn)控制功能5 A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能6 運(yùn)動控制功能7 過程控制功能8 擴(kuò)展功能9 遠(yuǎn)程I/O功能10通信聯(lián)網(wǎng)功能11監(jiān)控功能6.5 PLC的特點(diǎn)、應(yīng)用場合及開展趨勢6.5.1 PLC的特點(diǎn) 1 通用性強(qiáng)，控制程序可變 ，具有很好的柔性 2 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 3 功能性強(qiáng)，適應(yīng)面廣4 編程方法簡單 ，容易掌握 5 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修方便6) 體積小 、質(zhì)量小、功耗低 7 價格低廉 6.5.2 PLC的應(yīng)用場合目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、

51、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1 邏輯控制2 運(yùn)動控制3 過程控制4 數(shù)據(jù)處理5多級控制6.5.3 PLC的開展趨勢隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷開展，PLC的結(jié)構(gòu)和功能不斷改良，生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強(qiáng)的PLC新產(chǎn)品，平均35年更新?lián)Q代1次。PLC的開展有2個重要趨勢： 向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價格更低的微型化開展，以適應(yīng)復(fù)雜單機(jī)、數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域的控制要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化； 向大型化、復(fù)雜化、多功能、分散型、多層分布式工廠全自動網(wǎng)絡(luò)化方向開展。智能I/O模塊是以微處理器為根底的功能部件。它們的CPU 與

52、PLC的主CPU 并行工作，占用主機(jī)CPU 的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。智能模塊主要有模擬量I/O、PID回路控制、通信控制、機(jī)械運(yùn)動控制等，高速計(jì)數(shù)、中斷輸入、BASIC和C語言組件等。智能I/O的應(yīng)用，使過程控制功能增強(qiáng)。某些PLC的過程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。目前，個人計(jì)算機(jī)主要用作PLC的編程器、操作站或人機(jī)接口終端，其開展是使PLC具備計(jì)算機(jī)的功能。大型PLC采用功能很強(qiáng)的微處理器和大容量存貯器，將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。這樣，PLC與個人計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透，

53、使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)功能使PLC與PLC之間，PLC與計(jì)算機(jī)之間交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制，形成分布控制系統(tǒng)。改善和開展新的編程語言、高性能的外部設(shè)備和圖形監(jiān)控技術(shù)構(gòu)成的人機(jī)對話技術(shù)，除梯形圖、流程圖、專用語言指令外，還增加了BASIC語言的編程功能和容錯功能。如：雙機(jī)熱備、自動切換I/O、雙機(jī)表決(當(dāng)輸入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開該輸出)、I/O三重表決(對I/O狀態(tài)進(jìn)行軟硬件表決，取2臺相同的)等，以滿足極高可靠性要求。廠家在對硬件與編程工具不斷升級的同時，日益向制造自動化協(xié)議(MAP)靠攏，并使PLC的根本部件(In輸入輸出模

54、塊、接線端子、通訊協(xié)議、編程語言和編程工具等)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化，使不同產(chǎn)品互相兼容、易于組網(wǎng)，以真正方6.6 PLC的編程語言及外部接線圖設(shè)計(jì)6.6.1 PLC的編程語言PLC不是采用微機(jī)的編程語言，而是采用梯形圖語言、指令助記符語言、控制系統(tǒng)流程圖語言、布爾代數(shù)語言等。其中，梯形圖語言和指令助記符語言是世界第一編程語言。梯形圖語言是在原機(jī)電接觸器控制系統(tǒng)中的繼電器控制原理邏輯圖根底上演變而來的一種圖形語言，是目前世界上用的最多的PLC的編程語言。1 梯形圖編輯梯形圖表達(dá)式是在原電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器梯形圖根底上演變而來的，它與電氣操作原理圖相照應(yīng)，它形象、直觀和實(shí)用，為廣闊電

55、氣技術(shù)人員所熟知，是PLC的主要編程語言。PLC梯形圖編程使用的是內(nèi)部繼電器、定時計(jì)算器等。都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原電器控制的繼電器梯形圖的硬件接線無法比較的。2 梯形圖的格式每個梯形圖網(wǎng)絡(luò)由多個梯級組成，每個輸出元素可構(gòu)成一個梯級，每個梯級可由多個支路組成，通常每個支路可容納l1個編程元素。最右邊的元素必須是輸出元素。在梯形圖編程時，只有在一個梯級編制完整后才能繼續(xù)后面的程序編制。PLC的梯形圖從上至下按行繪制，兩側(cè)的豎線類似電器控制圖的電源線，稱作(BUS BAR)，每一行從左至右，左側(cè)安排輸人接點(diǎn)，輸入接點(diǎn)不管是外部的按鈕、行程開關(guān)，還是繼電器觸點(diǎn)，在圖形符號上只用常開

56、“和常閉“，而不計(jì)其物理屬性。在梯形圖中每個編程元素應(yīng)按一定的規(guī)那么加標(biāo)字母數(shù)字串，不同的編程元素常用不同的字母符號和一定的數(shù)字串來表示。3 PLC梯形圖編程格式的特點(diǎn)1、梯形圖格式中的繼電器不是物理繼電器，每個繼電器和輸入接點(diǎn)均為存儲器中的一位，相應(yīng)位 l態(tài)，表示繼電器線圈通電或常閉接點(diǎn)斷開；2、梯形圖中流過的電流不是物理電流，而是“概念電流。是用戶程序解算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表示方式。“概念電流只能從左向右流動；3、梯形圖中的繼電器接點(diǎn)可在編制用戶程序時無限引用，既可常開又可常閉；4、梯形圖中用戶邏輯解算結(jié)果，馬上可為后面用戶程序的解算所利用；5、梯形圖中輸入接點(diǎn)和輸出線圈不是物理接點(diǎn)

57、和線圈，用戶程序的解算是根據(jù)PLC內(nèi)IO映象區(qū)每位的狀態(tài)，而不是解算時現(xiàn)場開關(guān)的實(shí)際狀態(tài)；6、輸出線圈只對應(yīng)輸出映象區(qū)的相應(yīng)位，不能用該編程元素直接驅(qū)動現(xiàn)場機(jī)構(gòu)， 6.6.2 PLC外部接線圖設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的機(jī)械手有四個自由度，分別用兩個步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動提升機(jī)構(gòu)和伸縮機(jī)構(gòu)，用兩個直流電機(jī)來完成手腕部和腰部的旋轉(zhuǎn)動作，在提升機(jī)構(gòu)中用兩個限位開關(guān)來限制機(jī)械手的上下運(yùn)動邊界，伸縮機(jī)構(gòu)中同樣也是用兩限位開關(guān)來限制機(jī)械手的前后運(yùn)動邊界，在手腕部和腰局部別用兩個接近開關(guān)來限制正反轉(zhuǎn)的極限角度，所以PLC的輸入點(diǎn)數(shù)有八個，兩個步進(jìn)電機(jī)分別用兩個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制，兩個直流電機(jī)用兩個直流電機(jī)控制器控制，手抓的夾緊

58、和張開用一個電磁閥控制，所以PLC有九個輸出點(diǎn)，I/O總數(shù)是十七，我們選用三菱公司該P(yáng)LC有十六個輸入點(diǎn)和十六個輸出點(diǎn)，I/O端子分配如表6-1所示表6-1控制系統(tǒng)原理如圖6-2所示圖6-26.7 控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì) 由于控制過程中經(jīng)常要共用線圈，所以我們使用了中間繼電器，每次置位后都進(jìn)行復(fù)位，其流程圖如圖6-3所示圖6-3結(jié) 論本設(shè)計(jì)的機(jī)械手有四個自由度，分別用兩個步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動提升機(jī)構(gòu)和伸縮機(jī)構(gòu)，用兩個直流電機(jī)來完成手腕部和腰部的旋轉(zhuǎn)動作，在提升機(jī)構(gòu)中用兩個限位開關(guān)來限制機(jī)械手的上下運(yùn)動邊界，伸縮機(jī)構(gòu)中同樣也是用兩個限位開關(guān)來限制機(jī)械手的前后運(yùn)動邊界，在手腕部和腰局部別用兩個接近開關(guān)來限制

59、正反轉(zhuǎn)的極限角度，所以PLC的輸入點(diǎn)數(shù)有八個，兩個步進(jìn)電機(jī)分別用兩個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制，兩個直流電機(jī)用兩個直流電機(jī)控制器控制，手抓的夾緊和張開用一個電磁閥控制。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我認(rèn)識到要完整地完成一次設(shè)計(jì)不能有半點(diǎn)馬虎和僥幸心理。每一個小的細(xì)節(jié)都得經(jīng)過精心的選擇，不懂的，不會的，要及時查手冊，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件，對于結(jié)構(gòu)方面要多請教老師。這次最大的收獲是：在動手之前要經(jīng)過一番仔細(xì)的思考，只有這樣才能更有效的利用時間；其次是自己開始認(rèn)識到手冊的重要性；再次我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)真做好每一個小的細(xì)節(jié)，平時多思考，盡量使自己的結(jié)構(gòu)平安可靠，不僅在設(shè)計(jì)中是這樣，生活中也是這樣。我們即將走向社會，把畢業(yè)設(shè)計(jì)作為我們走向社會的一次很好的鍛煉，認(rèn)真做好它，將來不管干什么都得：“認(rèn)認(rèn)真真做事，做好每件事。做一個對得起自己和別人的人。致謝在完本錢設(shè)計(jì)之際，首先向尊敬的指導(dǎo)老師致以衷心的感謝。本設(shè)計(jì)是在老師的精心指導(dǎo)、熱情鼓勵和支持下完成的。在整個課題的設(shè)計(jì)過程中，老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，高深的學(xué)術(shù)造詣和誨人不倦的精神，時刻鼓勵著我，令我受益匪淺。 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這幾個月中，我從老師的耐心指導(dǎo)中獲得了許多幫助，也學(xué)到了很多知識，令學(xué)生感謝不盡。同時也感謝大學(xué)四年來，所有老師對我辛勤的教導(dǎo)，大學(xué)是我人生中最重要的一段經(jīng)歷，在這其中我不僅從老師們那里學(xué)到了非常多