基于PLC機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制

南昌工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)機(jī)械與電氣工程學(xué)院系（院）機(jī)電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目基于PLC機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制學(xué)生姓名班級(jí)10機(jī)電一體化（1）班學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期2013年5月

AbstractAlongwithsocialprogressanddevelopment,theimportanceoftheindustrybecomemoreandmoreimportantnowisnotslash-and-burncultivationinthepastyears,therehavebeenalotofhomeworkmachineinsteadofahuman,whichgreatlyreducesthehumansimplemanuallabor,especiallyintheworkenvironmentisharsher,tohighlightthesuperiorityofthemachine.Developmentofmachineryindustry,theuseoftheroboticarmismoreandmorewidespread,moreandmorepeopletheworldwelcomeandsupport,wearecurrentlyfacingamajorproblem,however,ishowtoachieveaflexiblemanipulatorcontrol,toenableittobeflexibleactiontoachievetheintendedpurpose.Hasachievedsomeresults,butnotenough.Therefore,thestudyofthemanipulatorcontrolhasbeenahottopic.PLC,thefullnameoftheprogrammablecontroller,EnglishprogrammableLogicControllerabbreviations.Itshighreliability,environmentaladaptability,flexibleversatility,moreconvenienttouse,easytomaintain,therefore,themoreextensiveapplications,moreandmorewelcomedbyeveryone,especiallysincethepastfewyearscontinuetoreducethecostofthePLCfunctioncontinuouslyenhanced,nowwidelyusedinvariousindustries,andindustrial,aperfectcombination.Thisyear,totheprogressivedevelopmentofthematureanautomatedadvancedequipment,andthatistherobot,andarewidelyusedinindustrialproduction.Wecanbeprogrammedtocontrolitsdrivetoachievethepurposeoftherequirementsweexpectitforus,humanservices,makeittheadvantagesofbothmachineandhuman,whichismorefocusedonpeople'sthinkingandintelligentone,letithaveexcellentadaptability.Themanipulatorspacefordevelopment,anditsprospectsareveryoptimisticthatwecanallexplore.Controloftheroboticarmmovementisdifferentfromthetraditionalsimplemechanicalcontrol,wecanadoptthemethodofprogrammingtheircontrol,andinacontrolledmannercanalsobedividedintoautomaticcontrolandmanualcontrol,canbecontrolledbyasolenoidvalve,youcanalsostepintothemotorcontrolisdifferent!Toachieveaccurate,real-timecontrol,sowehavetogiveitsufficientdegreesoffreedom,thisispreciselythemanipulatorhastheadvantage,sothecontrolaccuracyisrelativelyhigh.Thestructureoftherobotarmisnotverycomplicated,butitsspecificityisquitestrong.Keywords:roboticarm,PLCprogramcontrol,steppermotor,solenoidvalve摘要隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，工業(yè)的重要性越來(lái)越顯得重要，現(xiàn)在已經(jīng)不是過(guò)去刀耕火種的年代了，在很多作業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了機(jī)器代替人力，這大大減輕了人類單純的體力勞動(dòng)，尤其是在一些工作環(huán)境比較惡劣的地方，更凸顯出機(jī)器的優(yōu)越性。機(jī)械工業(yè)的發(fā)展中，機(jī)械臂的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，越來(lái)越受到世界人們的歡迎與支持，然而，我們目前面臨的一大難題就是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的靈活控制，使其能夠靈活地動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)我們預(yù)期的目的。雖然已經(jīng)取得了一些成果，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，對(duì)機(jī)械臂控制的研究一直是一個(gè)熱門的課題。PLC，全稱可編程控制器，英文programmablelogiccontroller的縮寫。它的可靠性很高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，靈活通用性強(qiáng)，使用起來(lái)比較方便，便于維護(hù)，因此，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越受到大家的歡迎，尤其是這幾年以來(lái)，PLC的成本不斷降低，功能不斷增強(qiáng)，目前廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并且與工業(yè)這一塊實(shí)現(xiàn)了比較完美的結(jié)合。今年來(lái)逐漸發(fā)展成熟的一種自動(dòng)化先進(jìn)設(shè)備，那就是機(jī)械手，并且廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。我們可以編程對(duì)其驅(qū)動(dòng)控制，以達(dá)到我們預(yù)期的目的要求，讓它為我們，為人的服務(wù)，讓它兼?zhèn)錂C(jī)器和人的優(yōu)點(diǎn)，其中更側(cè)重于人的思維和智能這一塊，讓其具備優(yōu)良的適應(yīng)性。機(jī)械臂的發(fā)展空間很大，其發(fā)展前景是非常樂(lè)觀的，值得我們大家探索。機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的控制不同于傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單機(jī)械控制，我們可以采用編程的方法對(duì)其控制，而控制的方式也可以分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種，可以通過(guò)電磁閥來(lái)控制，也可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制，各有千秋！要實(shí)現(xiàn)精確實(shí)時(shí)的控制，那么我們必須得賦予其足夠的自由度，這一點(diǎn)恰恰是機(jī)械臂的優(yōu)點(diǎn)，所以控制的精確度是比較高的。機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，但它的專用性還是比較強(qiáng)的。關(guān)鍵詞：機(jī)械臂、PLC、程序控制、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥

目錄上篇電磁閥控制 6第一章緒論 6第一節(jié)課題之意義及其目的 6第二節(jié)機(jī)械臂的介紹 9第三節(jié)設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介 12第二章機(jī)械臂的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展大勢(shì) 15第一節(jié)現(xiàn)狀 15第二節(jié)發(fā)展態(tài)勢(shì) 16第三章機(jī)械臂的設(shè)計(jì) 17第一節(jié)設(shè)計(jì)的具體步驟 17第二節(jié)機(jī)械臂的實(shí)際工作流程 18第四章PLC介紹 20第五章設(shè)備選型 21第六章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 25第一節(jié)端子接線圖 25第二節(jié)系統(tǒng)總體程序 27中篇步進(jìn)電機(jī)控制 30第一章步進(jìn)電機(jī)及其應(yīng)用 30第一節(jié)步進(jìn)電機(jī) 30第二節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 33第三節(jié)PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)接線圖 35第二章位置傳感器 37第三章所選設(shè)備型號(hào) 39第四章程序設(shè)計(jì) 41下篇總結(jié)與致謝 48參考文獻(xiàn)： 49上篇電磁閥控制第一章緒論第一節(jié)課題之意義及其目的在社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中涌現(xiàn)出各種各樣的先進(jìn)設(shè)備，可以說(shuō)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴，各有千秋，各具特色，顯示出它們的優(yōu)勢(shì)。然，在最近幾十年的發(fā)展中，工業(yè)發(fā)展中出現(xiàn)了一位佼佼者，那就是機(jī)器人。機(jī)器人的出現(xiàn)解決了很多人類難以解決的難題，為造福人類，解放發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，這些都是大家顯而易見(jiàn)的。而機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)作業(yè)有很大一部分任務(wù)是有機(jī)械臂參與的，很大一部分工作由機(jī)械臂來(lái)承擔(dān)，可以說(shuō)機(jī)械臂是機(jī)器人的主要執(zhí)行元件，直接參與作業(yè)。自然，人類對(duì)機(jī)械臂的研究也就隨之慢慢展開(kāi)，對(duì)其認(rèn)識(shí)也慢慢成熟，而其中的一個(gè)分支就是對(duì)機(jī)械臂的控制，這也是我們?nèi)蝿?wù)的核心。只有研究出比較完美而又實(shí)用的機(jī)械臂控制理論方能讓機(jī)器人、機(jī)械臂為人類服務(wù)，也就能更好地完成我們的任務(wù)，從而近者，更好、更快、更穩(wěn)促進(jìn)我國(guó)社會(huì)主義事業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中華名族的的偉大復(fù)興，更好地實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)；遠(yuǎn)者，為世界的發(fā)展進(jìn)步提供動(dòng)力，推動(dòng)世界美好和諧發(fā)展。機(jī)械臂從外形來(lái)看，它們各有千秋，不盡相同，但他們之間存在一個(gè)共性，那就是它們都能接受指令，精確定位二維乃至三維空間中的某一點(diǎn)來(lái)進(jìn)行工作。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，尤其是現(xiàn)代工業(yè)，機(jī)械手越來(lái)越受到各廠家的親萊，它對(duì)提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善作業(yè)環(huán)境和促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代起著舉足輕重的作用。經(jīng)PLC控制的系統(tǒng)可以做到可靠性高、維修方便、故障率低、取得良好的工作效果，此外還可以實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化；在實(shí)時(shí)過(guò)程控制中的應(yīng)用；單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用；在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測(cè)試的自動(dòng)化程度和精度，簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比；單片機(jī)在日常生活及家用電器領(lǐng)域的應(yīng)用；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用；單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用；商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備；汽車電子產(chǎn)品；國(guó)防和航天等領(lǐng)域。.lMCU(MicroControlUnit)中文名微控制單元，又叫單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChipMicrocomputer)或單片機(jī)，它是指隨著大規(guī)模的集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的RAM、CPU、ROM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器和多種I/O口集成在一片芯片上，使得形成芯片級(jí)計(jì)算機(jī)，為不同應(yīng)用場(chǎng)合做相應(yīng)不同組合控制，MCU每個(gè)端口都連接著一個(gè)和呼叫控制功能相連的網(wǎng)絡(luò)接口單元。引進(jìn)數(shù)據(jù)流進(jìn)入解復(fù)用器中，解復(fù)用器將引入數(shù)據(jù)流分解成音頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制等幾類信息并分別將其傳送到相應(yīng)的處理器。多路復(fù)用器的功能則是將各個(gè)處理器送出的數(shù)據(jù)流組合起來(lái)成為一個(gè)引出數(shù)據(jù)流用以供傳輸給會(huì)議終端。l數(shù)據(jù)處理器叫可選單元，包含建議的數(shù)據(jù)廣播的功能，還可以按照系列建議的多層協(xié)議MLP，來(lái)完成非話信息的處理。在數(shù)據(jù)廣播功能時(shí)，任一時(shí)刻僅僅可以接收一路LSD（低速數(shù)據(jù)）或一路HSD（高速數(shù)據(jù)），也可以同時(shí)接收。廣播按照控制處理器按照接收這種數(shù)據(jù)的能力不同決定的相連終端。l在MLP數(shù)據(jù)處理功能時(shí)，數(shù)據(jù)處理器的功能有，傳輸會(huì)議控制信號(hào)（主席控制令牌，請(qǐng)求/確認(rèn)信號(hào)，音頻/視頻切換），處理遠(yuǎn)端信息。機(jī)械臂是當(dāng)前機(jī)械人學(xué)領(lǐng)域中得得意廣泛實(shí)際應(yīng)用的先進(jìn)自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，在醫(yī)學(xué)治療、工業(yè)制造、娛樂(lè)服務(wù)、軍事、國(guó)防以及太空等領(lǐng)域都廣受歡迎，取得了相當(dāng)?shù)某删汀ｋm然它們的形態(tài)各不相同，但它們有著一個(gè)相同的特點(diǎn)，那就是可以接受指令，從而精確地定位到二位乃至到三維空間上的某一確定點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)作業(yè)。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)形式的不同可將機(jī)械臂分為多直角坐標(biāo)系機(jī)械臂，關(guān)節(jié)機(jī)械臂，球坐標(biāo)系機(jī)械臂，柱坐標(biāo)機(jī)械臂，極坐標(biāo)機(jī)械臂等。常見(jiàn)的有六自由度機(jī)械臂。它可以沿著X軸移動(dòng)，Y軸移動(dòng)，Z軸移動(dòng)，X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，總共由六個(gè)自由度組成。水平的多關(guān)節(jié)的機(jī)械臂通常有三個(gè)主要的自由度，Z1轉(zhuǎn)動(dòng)，Z移動(dòng)，Z2轉(zhuǎn)動(dòng)。可以在執(zhí)行終端添加裝沿著X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而到達(dá)三維空間內(nèi)任何一確定點(diǎn)。直角坐標(biāo)系機(jī)械臂則有三個(gè)主要的自由度：沿著X軸移動(dòng)，Y軸移動(dòng)，Z軸移動(dòng)，通過(guò)在執(zhí)行終端添加沿著X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)能夠到達(dá)三維空間內(nèi)的任何何確定點(diǎn)。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，有些時(shí)候并不需要機(jī)械臂具有完完全全的六個(gè)自由度，而僅僅需其中的某個(gè)或者某幾個(gè)自由度。直角坐標(biāo)系的機(jī)械臂能夠由單軸機(jī)械臂組合而成。單軸機(jī)械臂作為一個(gè)單一的組件，其在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛。單軸機(jī)械臂的組件化很大程度上減少了工業(yè)設(shè)計(jì)的成本，因?yàn)槟承I(yè)制造場(chǎng)商擁有較好的質(zhì)量保證及批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，這使得用組件比自行設(shè)計(jì)機(jī)械臂更加具有優(yōu)勢(shì)。我們常見(jiàn)的直交機(jī)械臂組合有龍門式，懸臂式，橫立式，直立式等款式。高壓帶電作業(yè)的機(jī)器人是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，主要主要組成部分有：作業(yè)機(jī)器人的主體、機(jī)器人的升降系統(tǒng)、機(jī)器人的專用工具、機(jī)器人的控制系統(tǒng)和高壓絕緣防護(hù)等的系統(tǒng)。它們有機(jī)的組合在一起，加以相應(yīng)技術(shù)的支持方可完成這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)統(tǒng)籌。

這種機(jī)器人能夠完成10kV及以下電壓等級(jí)高壓線路的帶電T接線、帶電斷線、帶電更換絕緣子、帶電修補(bǔ)導(dǎo)線、帶電短接（更換）跌落保險(xiǎn)等帶電檢修工作。在10KV的線路帶電連接引流線的任務(wù)中，經(jīng)常需要用電動(dòng)扳手穿刺線夾壓緊螺栓。所使用的機(jī)器人擁有兩只機(jī)械臂，而每一只機(jī)械臂都擁有6個(gè)自由度。在工作的時(shí)候，兩機(jī)械臂相互配合運(yùn)作，用連接在其末端的左臂夾持手夾著穿刺線夾將線夾卡在主導(dǎo)線上，而另外一只手夾持住電動(dòng)扳手將穿刺線夾上的壓緊螺栓擰緊，代替人親自用手完成10KV高壓線路帶電連接引流線的任務(wù)，這無(wú)疑是一種進(jìn)步，無(wú)疑給我們?nèi)祟悗?lái)了又一種福音。第二節(jié)機(jī)械臂的介紹（一）機(jī)械臂簡(jiǎn)介機(jī)械臂是當(dāng)今在機(jī)械人學(xué)領(lǐng)域中得以最為廣泛應(yīng)用的先進(jìn)自動(dòng)化機(jī)器，在醫(yī)學(xué)治療、工業(yè)制造、娛樂(lè)服務(wù)、半導(dǎo)體制造、軍事以及太空研究等領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要的作用，得到相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。雖然它們的形態(tài)不盡相同，但有著一個(gè)共同之處，那就是都可以接受指令，從而精準(zhǔn)地定位到二維空間乃至三維空間的某一確定點(diǎn)進(jìn)行工作。機(jī)械臂根據(jù)結(jié)構(gòu)組成的不同可劃分為多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂，極坐標(biāo)機(jī)械手臂，球坐標(biāo)系機(jī)械手臂，柱坐標(biāo)機(jī)械手臂等。下圖是我們常見(jiàn)的六個(gè)自由度的機(jī)械臂。它具有沿著X軸移動(dòng)，Y軸移動(dòng)，Z軸移動(dòng)，X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)等六個(gè)自由度。水平多關(guān)節(jié)的機(jī)械臂通常只有三個(gè)主要的自由度：沿著Z1軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z2軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸移動(dòng)。通過(guò)在其執(zhí)行終端添加沿著X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣一來(lái)變可以達(dá)到三維空間內(nèi)的任一坐標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)而進(jìn)行相應(yīng)作業(yè)。36a92f8aaa9ec8a136227ccf0.html"\o"查看圖片"

直角坐標(biāo)系的機(jī)械臂主要有三個(gè)自由度：沿著X軸移動(dòng)，Y軸移動(dòng)，Z軸移動(dòng)，在執(zhí)行終端添加裝沿著X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)便可以達(dá)到三維空間上的任一坐標(biāo)點(diǎn)。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域里，有的時(shí)候并不需要機(jī)械臂一定具有完完全全的六個(gè)自由度，而僅僅需其中的某一個(gè)或某幾個(gè)自由度。直角坐標(biāo)系機(jī)械臂能夠通過(guò)單軸機(jī)械臂有機(jī)組合而成。單軸的機(jī)械臂作為一個(gè)單一的組件，其在工業(yè)中的應(yīng)用廣比較廣泛。單軸的機(jī)械臂的組件化，這樣一來(lái)就大大減少了工業(yè)設(shè)計(jì)的原有成本，因?yàn)橐恍I(yè)制造廠商擁有較好的質(zhì)量保證技術(shù)和批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，這使得用組件設(shè)計(jì)機(jī)械臂比自行設(shè)計(jì)機(jī)械臂更為具有優(yōu)勢(shì)。（二）傳統(tǒng)的機(jī)械臂在一些中小型批量生產(chǎn)的制造廠商中，他們的生產(chǎn)線上經(jīng)常采用自動(dòng)化技術(shù)，而經(jīng)常遇到的情況，比如說(shuō)兩工作臺(tái)間物料的搬運(yùn)，要實(shí)現(xiàn)這樣的要求，自然要考慮采用相應(yīng)的設(shè)備。這無(wú)疑給機(jī)械臂提供了一個(gè)極佳工作空間與機(jī)遇。由于機(jī)械臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便靈活，定位精準(zhǔn)，性能較穩(wěn)定，所以在日常生活中我們或多或少都會(huì)見(jiàn)到一些機(jī)械臂應(yīng)用的場(chǎng)合。對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械手來(lái)說(shuō)，由于其接線比較復(fù)雜，易受到外界環(huán)境的影響，維修空難，性能不夠穩(wěn)定，加之落后的控制技術(shù)，這些無(wú)疑是它的致命弱點(diǎn)，越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造等工業(yè)領(lǐng)域的要求，也由此慢慢的淡出市場(chǎng)，卸甲歸田，退隱江湖，被歷史給pass掉了。（三）當(dāng)代機(jī)械臂隨著社會(huì)的進(jìn)步，生產(chǎn)力得到了空前的發(fā)展，很多工藝的要求越來(lái)越高，對(duì)做工精度的要求也比以前要嚴(yán)格得多，由此一來(lái)，對(duì)工業(yè)中要員——機(jī)械臂的要求無(wú)疑要比以前高出許多。此時(shí)，隨著社會(huì)進(jìn)步發(fā)展孕育而生出一種可以解決此類難題的技術(shù)，它就是編程技術(shù)。編程控制器因其諸多優(yōu)點(diǎn)，所以得到較好的發(fā)展，深受廣大生產(chǎn)廠商等的歡迎。第三節(jié)設(shè)計(jì)技術(shù)簡(jiǎn)介可編程控制器，他的英文名是programmablelogiccontroller,縮寫成PLC，也就是大家熟悉的PLC。它是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的一門新型工業(yè)控制設(shè)備，是一款專門為不同工況下工作而量身定做的數(shù)字電子裝置。我們可以編程并將程序存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器內(nèi)，然后其內(nèi)部自行進(jìn)行相應(yīng)的邏輯、順序等計(jì)算，計(jì)時(shí)、定時(shí)和一些算數(shù)的運(yùn)算，可以通過(guò)數(shù)字量或者模擬量的輸入輸出，對(duì)各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)流水線等進(jìn)行實(shí)時(shí)而有效地精準(zhǔn)控制。PLC具有很多優(yōu)點(diǎn)，具體而言主要有以下幾點(diǎn)：<一>具有較高的可靠性和抗干擾性對(duì)于電器裝置而言，其中一個(gè)極為重要的參數(shù)是可靠性，可以說(shuō)，如果一臺(tái)電氣設(shè)備在抗干擾性這一模塊未能完善，那么這樣的設(shè)備是一個(gè)失敗的設(shè)備，在工業(yè)應(yīng)用中是不會(huì)被大家看好的，就更別談什么發(fā)展了。PLC的生產(chǎn)工藝極為嚴(yán)格，采用大規(guī)模的集成電路技術(shù)，嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝流程，PLC的內(nèi)部電子電路的生產(chǎn)制作也是嚴(yán)格要求的，采用當(dāng)前先進(jìn)的一些抗干擾技術(shù)，所以PLC在抗干擾這一模塊做的比較到位，因此其可靠性也是很高的。大家熟悉的PLC品牌，三菱，它旗下的F系列產(chǎn)品的PLC，經(jīng)市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，它的平均無(wú)故障的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)300000個(gè)小時(shí)。故障自診斷技術(shù)是PLC的又一亮點(diǎn)，這一亮點(diǎn)也被大家所關(guān)注，不少?gòu)S家生產(chǎn)商將外設(shè)與PLC連接，將外設(shè)的自診斷進(jìn)行編程，并將程序?qū)隤LC中，這樣一來(lái)，不但PLC具有自診斷的性能，與其連接的相應(yīng)外設(shè)也由此而賦予這種自診斷的性能，進(jìn)而對(duì)外設(shè)進(jìn)行保護(hù)等作業(yè)，這無(wú)疑對(duì)外設(shè)的保護(hù)和生產(chǎn)的穩(wěn)定提供了保障。<二>各種配套都比較齊全，所能實(shí)現(xiàn)的功能也較完善，有很強(qiáng)的適用性。隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)也得到很好的發(fā)展，隨之而來(lái)的便是PLC，PLC的發(fā)展也取得了驚人的發(fā)展，至今為止，PLC已經(jīng)形成了大型、中型和小型各種型號(hào)的產(chǎn)品，都已經(jīng)系列化了，配套比較齊全，我們使用起來(lái)，無(wú)論是開(kāi)發(fā)還是利用或是維護(hù)都比較方便。對(duì)于各種不同的工作場(chǎng)合都不會(huì)有挑剔，尤其是在一些環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下，例如高溫、高粉塵等環(huán)境下，更顯出其優(yōu)越性，PLC的適用性很強(qiáng)。雖然PLc的功能很強(qiáng)大，大也有一些弱點(diǎn)，如處理邏輯這一板塊就不能勝任，但除此以外，PLC發(fā)展至今，大多數(shù)都具有比較完善的運(yùn)算數(shù)據(jù)的功能，適用于各種不同的數(shù)字控制等領(lǐng)域，可以處理數(shù)字量信號(hào)，有些PLC還可以處理模擬量的信號(hào)。除上述這些意外，PLC還具有另外一個(gè)非常重要的功能，這就通信，現(xiàn)在的PLC的通信功能也越來(lái)越強(qiáng)大，加之人機(jī)界面的技術(shù)的不斷發(fā)展，由此一來(lái)，用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種外設(shè)的控制，形成綜合的系統(tǒng)，就方便得多，也不會(huì)太難。<三>對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，掌握PLC技術(shù)也不會(huì)很困難，相對(duì)而言還是比較簡(jiǎn)單的。通用性較強(qiáng)的的PLC在工業(yè)生產(chǎn)中既扮演著執(zhí)行者的角色，同時(shí)也扮演著決策者的角色，它是一種面向廣大工礦企業(yè)的工控設(shè)備計(jì)算機(jī)。要實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)外設(shè)的控制，對(duì)外設(shè)發(fā)出指令并接受反饋信息，自然少不了I\O口，然而這些接口都不是很難，比較容易掌握。此外，編程所用的語(yǔ)言對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也不是遙不可及之事，也都能欣然接受，PLC的編程語(yǔ)言最常用的是梯形圖，梯形圖直觀簡(jiǎn)潔，其圖形和表示方法與繼電器的傳統(tǒng)電路圖很是類似，PLC中用一些開(kāi)關(guān)量進(jìn)行邏輯分析控制就可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的繼電器電路所要實(shí)現(xiàn)的目的，較之十分簡(jiǎn)便，通俗易懂，易掌握，適合應(yīng)用。<四>在對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)其所涉及的內(nèi)容較少，不會(huì)很復(fù)雜，所要進(jìn)行的分析工作比較?。粚?duì)于售后服務(wù)來(lái)說(shuō)，對(duì)設(shè)備的維護(hù)比較方便，容易實(shí)現(xiàn)改造。在PLC中存儲(chǔ)了大量邏輯程序，在PLC內(nèi)部就可以實(shí)現(xiàn)邏輯控制，避免了外設(shè)的接線邏輯，這就使得接線工作量減少了許多，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造過(guò)程節(jié)省了不少時(shí)間。與此同時(shí)，如果在實(shí)際工作過(guò)程中出現(xiàn)故障，或是需要調(diào)整改變程序，那怎么只需要對(duì)其程序做簡(jiǎn)單的修正即可，便于維護(hù)。<五>PLC常用的電壓是24v等低壓電壓，其功率功耗較??；而PLC的外形一般只是一個(gè)小小的盒子，且構(gòu)造材料都是輕型材料，所PLC所占的空間小，且重量輕。無(wú)論是攜帶還是安裝，這都帶來(lái)了很多方便之處。第二章機(jī)械臂的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展大勢(shì)第一節(jié)現(xiàn)狀（一）結(jié)構(gòu)形式多種多樣。機(jī)械臂之所以稱之為機(jī)械臂，其取名的由來(lái)是因?yàn)闄C(jī)械臂是為了模擬人的手臂來(lái)作業(yè)的，并且，從外形來(lái)看，其極似人的手，只是靈活性比人的手要差些。在機(jī)械臂所使用的各個(gè)領(lǐng)域之中，機(jī)械臂的外形并沒(méi)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有國(guó)標(biāo)化，也不需要國(guó)標(biāo)化。其外形的設(shè)計(jì)完全有適用環(huán)境而異，也因此機(jī)械臂的機(jī)構(gòu)各不相同，種類繁多。在各領(lǐng)域中，機(jī)械臂發(fā)揮著你獨(dú)有的特性與優(yōu)越性，服務(wù)人類。（二）機(jī)械臂的使用范圍、領(lǐng)域十分廣。人們按照自己的需求，為了實(shí)現(xiàn)自己預(yù)設(shè)的構(gòu)想，進(jìn)而設(shè)計(jì)出了機(jī)械手，它被廣泛應(yīng)用與各個(gè)領(lǐng)域，小到家庭用具，大到國(guó)防科技，這些領(lǐng)域都是他的天堂，他都可以大展身手。它可以實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作也不僅僅只是簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，還是蠻多的，比如說(shuō)物體的搬移，位置的精準(zhǔn)定位，模擬系統(tǒng)等。（三）智能化對(duì)于機(jī)械臂來(lái)說(shuō)，其中一個(gè)比較麻煩的事就是如何確定目標(biāo)在哪里，也就是定位目標(biāo)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，這一類難題也慢慢得到解決。傳感器能夠反映機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)，及時(shí)形成有效信息并將其反饋到處理中心，中央處理中心并做出及時(shí)的分析計(jì)算，作出相應(yīng)的動(dòng)作，控制目標(biāo)。對(duì)于機(jī)械臂作業(yè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，其外形各不相同，隨時(shí)都會(huì)遇到不同情況，但機(jī)械臂能夠通過(guò)傳感器，準(zhǔn)確的判斷目標(biāo)的位置，并準(zhǔn)確的確定加持部位，將目標(biāo)物送往下一道程序流程，在車間中，可以采用機(jī)械臂操作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人車間，目前也取得了喜人的成果。第二節(jié)發(fā)展態(tài)勢(shì)（一）一手多用，多功能機(jī)械臂。抑制手臂可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多重目標(biāo)的操作，實(shí)現(xiàn)多種動(dòng)作，適用于各種用途，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新功能。（二）具有高度模擬人的動(dòng)作。例如研發(fā)雙臂機(jī)械臂，使它想人一樣，能夠靈活作業(yè)，實(shí)現(xiàn)各種功能。人機(jī)完美結(jié)合，通信完備準(zhǔn)確，適用于不同工況。（三）高精度的定位。通過(guò)采用各種傳感器，綜合而準(zhǔn)確的反映目標(biāo)精確位置，對(duì)目標(biāo)操作物精準(zhǔn)的操作，提高機(jī)械臂的定位精度。（四）實(shí)現(xiàn)人工智能研究的系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行定性和定量的分析，并做出及時(shí)的反應(yīng)。例如研發(fā)的系統(tǒng)設(shè)備具有類似于人的聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)、視覺(jué)和味覺(jué)等功能，能夠自行分析、判斷和處理，實(shí)現(xiàn)低成本，高要求，高水準(zhǔn)，高效率的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。第三章機(jī)械臂的設(shè)計(jì)第一節(jié)設(shè)計(jì)的具體步驟1>首先，根據(jù)我們所要實(shí)現(xiàn)的功能確定機(jī)械臂要做哪些運(yùn)動(dòng)，做那些動(dòng)作；同時(shí)要確定個(gè)動(dòng)作之間所應(yīng)有的邏輯關(guān)系和動(dòng)作的先后順序。2>根據(jù)第一步確定輸入量和輸出量，哪些該向PLC輸入，哪該輸出，同時(shí)考慮PLC的輸入輸出點(diǎn)，使之一一對(duì)應(yīng)，分配I\O口，并基于此基礎(chǔ)上進(jìn)行PLC型號(hào)的選擇。3>根據(jù)要求和設(shè)計(jì)分析進(jìn)行編程，我們常用的是梯形圖，當(dāng)然也可以使用助記符來(lái)編程，來(lái)實(shí)現(xiàn)個(gè)動(dòng)作及其邏輯關(guān)系和順序關(guān)系，可通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，也可采用編程器來(lái)進(jìn)行編程，同時(shí)可以設(shè)定PLC的以下參數(shù)。4>調(diào)試和修改對(duì)設(shè)計(jì)的程序進(jìn)行調(diào)試，如有問(wèn)題，及時(shí)修改，直到完全可以實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)目標(biāo)為止。有必要的話，還可以拿到實(shí)地工地進(jìn)行調(diào)試。5>程序保存無(wú)論程序?qū)懙亩嗥?，寫的多美，多完美，如果疏忽了保存，那也白搭。所以調(diào)試成功之后，一定要記得將程序進(jìn)行保存。第二節(jié)機(jī)械臂的實(shí)際工作流程機(jī)械臂的任務(wù)是將目標(biāo)物從A點(diǎn)移到B點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際情況，機(jī)械臂要實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作有：機(jī)械臂下降，機(jī)械臂夾取工件，機(jī)械臂上升，機(jī)械臂向右移動(dòng)，機(jī)械臂下降，機(jī)械臂松開(kāi)工件，機(jī)械臂上升，機(jī)械臂向左移動(dòng)。機(jī)械臂到達(dá)各個(gè)位置的時(shí)候，相應(yīng)的控制器檢測(cè)相應(yīng)行程開(kāi)關(guān)的通斷，進(jìn)而作出相應(yīng)的動(dòng)作，進(jìn)行控制。同時(shí)數(shù)碼管顯示搬運(yùn)的狀態(tài)。大致流程圖如下起始位置→向下運(yùn)動(dòng)→夾持工件→向上運(yùn)動(dòng)→向右運(yùn)動(dòng)↑↓向左運(yùn)動(dòng)←向上運(yùn)動(dòng)←松開(kāi)工件←向下運(yùn)動(dòng)大概模型如下機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)示意圖第四章PLC介紹PLC，可編程控制器，專門為在各種工況下設(shè)計(jì)制造的，主要是為了實(shí)現(xiàn)工控，是一種數(shù)字處理的電子類系統(tǒng)。它有一個(gè)可編程存儲(chǔ)器，主要是用于它的內(nèi)部程序的存儲(chǔ)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算和順序的控制，內(nèi)部還有計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，還可以執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的算數(shù)運(yùn)算工作。PLC可以處理數(shù)字量信息，也可以處理模擬量的信息，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備等的控制，執(zhí)行相關(guān)任務(wù)指令。其基本結(jié)構(gòu)如圖所示在PLC中，它對(duì)各種設(shè)備的控制實(shí)質(zhì)上是接收處理相應(yīng)信號(hào)，是對(duì)輸入輸出量的控制，再以物理量實(shí)現(xiàn)相關(guān)控制。PLC主要實(shí)現(xiàn)的來(lái)兩個(gè)基本內(nèi)容點(diǎn)是輸入量和輸出量及物理實(shí)現(xiàn)，與此同時(shí)，正是因?yàn)镻LC可以實(shí)現(xiàn)物理實(shí)現(xiàn)，所以這才將PLC與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)區(qū)分開(kāi)來(lái)，也凸顯出PLC的優(yōu)點(diǎn)和先進(jìn)之處。在實(shí)際工作的過(guò)程中，要考慮很多東西，其中一個(gè)很重要的就是抗干擾，這對(duì)于PLC來(lái)說(shuō)是一個(gè)致命的一擊，如果沒(méi)處理好，那后果無(wú)法估量，所以在實(shí)際控制過(guò)程中要特別注意。PLC的輸出一般都是比較微弱的，所要與工業(yè)設(shè)備進(jìn)行匹配，那么其輸出就應(yīng)當(dāng)作適當(dāng)?shù)姆糯筇幚?，以滿足要求。所以，PLC的就夠非常類似于計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，主要由CPU、ROM/RAM、I/O口、通信和電源等構(gòu)成。第五章設(shè)備選型I/O表如下名稱符號(hào)輸入名稱符號(hào)輸出啟動(dòng)SB1X0電磁閥向下運(yùn)動(dòng)Yv1Y0下限位SQ1X1電磁閥夾持YV2Y1上限位SQ2X2電磁閥向上運(yùn)動(dòng)YV3Y2右限位SQ3X3電磁閥向右運(yùn)動(dòng)YV4Y3左限位SQ4X4電磁閥向左運(yùn)動(dòng)YV5Y4停止SB2X5上行指示EL1Y5手動(dòng)SB3X6下行指示EL2Y6半自動(dòng)SB4X7數(shù)字顯示EL3Y7自動(dòng)SB5X10單步SB6X11調(diào)試SB7X12回復(fù)SB8X13(一)用PLC所做系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則1)首先要滿足當(dāng)前設(shè)計(jì)需要，同時(shí)也要考慮到將來(lái)發(fā)展的需要，要適當(dāng)?shù)牧粲幸恍┯嗔靠臻g。2)要考慮PLC的經(jīng)濟(jì)性，盡量控制價(jià)格，PLC要簡(jiǎn)單，以便于維護(hù)和維修。3)雖然經(jīng)濟(jì)性很重要，我們要慎重考慮，慎重選擇，但我們最初的目的不能忘，我們必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定及其安全，要可靠性好。4)性價(jià)比盡可能高，全面綜合考慮。(二)CPU的速度要求這里所指的速度是指CPU的運(yùn)行速度，是指每執(zhí)行完一步指令所需要的時(shí)間。PLC系統(tǒng)是以開(kāi)關(guān)量為主的控制系統(tǒng)，我們對(duì)其所掃描的速率沒(méi)有很嚴(yán)格的要求，我們通常使用的機(jī)型的PLC均可。但如果所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是以模擬量為主的系統(tǒng)，那么我們就必須注意，得慎重考慮其掃描速度，這種系統(tǒng)對(duì)掃描速度有所要求，必須滿足。(三)品牌的選擇當(dāng)今世界，生產(chǎn)設(shè)計(jì)PLC的廠家很多很多，其中主要的是構(gòu)成美國(guó)、日本和歐洲三大板塊，這三大板塊的技術(shù)可以說(shuō)是該行業(yè)的龍頭企業(yè)，也深受廣大消費(fèi)者的親睞。其中具有代表性的有：德國(guó)的西門子公司所生產(chǎn)的s5和s7系列的PLC，美國(guó)自動(dòng)化公司——羅克韋爾生產(chǎn)的PLC—5系列，日本的三菱公司生產(chǎn)的FX系列產(chǎn)品，還有Q系列的，A系列的，cm200、歐姆龍的cs系列。這些都是我們?nèi)粘Ｔ谑袌?chǎng)上比較常見(jiàn)的，也是我們經(jīng)常使用的，性能各方面都還不錯(cuò)。這三陣營(yíng)的技術(shù)是沒(méi)得說(shuō)，但各有千秋，在形式和功能等方面都有很大的區(qū)別，相差很大。由于我們教學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容的差異，我們學(xué)過(guò)的，作為主要課程的是三菱的，所以本文更側(cè)重于三菱PLC的選擇，編程也選用三菱的梯形圖來(lái)編程。(四)模塊的要求1)高速計(jì)數(shù)器：PLC內(nèi)部的頻率有些時(shí)候高速計(jì)數(shù)器的最高頻率都不能滿足我們的要求的時(shí)候，我們應(yīng)適當(dāng)考慮選擇2)通信模塊：它的主要功能是實(shí)現(xiàn)PLC與外設(shè)或者PLC與PLC之間信息的傳遞交流。3)I/O模塊的選擇：作業(yè)場(chǎng)所里控制器比較遠(yuǎn)，輸入和輸出裝置都比較分散。4)定位模塊：系統(tǒng)做好后，我們要將其安裝到現(xiàn)場(chǎng)去，所以要有一個(gè)定位的模塊，PLC的設(shè)計(jì)制造是較嚴(yán)格的，所以對(duì)于定位模塊的加工制造的精度等級(jí)也是有要求的。5)模擬量的輸出和輸入模塊：將流量、流速、溫度、濃度等模擬量經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，同時(shí)也可以經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，進(jìn)而輸入輸出，進(jìn)行控制。(五)輸出的方式對(duì)于PLC來(lái)說(shuō)，她的輸出方式有兩種，一種是晶體管輸出，另外一種就是繼電器的輸出，他們之間有所區(qū)別：1)所承受的負(fù)載電壓和電流的類型不同;2)負(fù)載的能力大小有所不同；3)過(guò)載能力有所不同，一般晶體管的小于繼電器的；4)響應(yīng)速度不一樣，一般晶體管的大于繼電器的；5)在額定的工況下，晶體管會(huì)老化，但沒(méi)有次數(shù)的限制，而繼電器的有次數(shù)壽命而沒(méi)有老化的現(xiàn)象。(六)I/O的點(diǎn)數(shù)點(diǎn)數(shù)的多少是PLC規(guī)模大小的一個(gè)衡量指標(biāo)，通常確定其數(shù)目的的依據(jù)是：和PLC直接連接的輸入輸出器件根據(jù)所需要電流電壓的種類和大小，然后在此基礎(chǔ)上，為以后的發(fā)展考慮，適當(dāng)留有一些余量，一般為10%~15%。第六章系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第一節(jié)端子接線圖(一)輸入輸出的分配控制的特點(diǎn)：該系統(tǒng)是基于電氣系統(tǒng)的，除了工步比較多這一特點(diǎn)外還需要配有連續(xù)控制和手動(dòng)控制，選擇合適合理的工作方式在控制面板上可以很好的展現(xiàn)出來(lái)，一目了然。但返回到原點(diǎn)位置時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)回到左上角待命。當(dāng)按下自動(dòng)按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)的完成各工步；當(dāng)按下手動(dòng)按鈕時(shí)，則根據(jù)按動(dòng)按鈕發(fā)出指令進(jìn)行作業(yè)，完成相應(yīng)工步。(二)系統(tǒng)控制示意圖系統(tǒng)控制示意圖與控制面板(三)原理圖原理圖第二節(jié)系統(tǒng)總體程序中篇步進(jìn)電機(jī)控制第一章步進(jìn)電機(jī)及其應(yīng)用第一節(jié)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制器的功率接口。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)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(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，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^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器雖然步進(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。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)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(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：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（即步進(jìn)角）。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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。選擇方法步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的選擇方法：(一)判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一。負(fù)載大時(shí)，需采用大力矩電機(jī)。力矩指標(biāo)大時(shí)，電機(jī)外形也大。（二）判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)速要求高時(shí)，應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機(jī)，以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)采用較高供電電壓。（三）選擇電機(jī)的安裝規(guī)格：如57，86，110等，主要與力矩要求有關(guān)。（四）確定定位精度和振動(dòng)方面的要求情況：判斷是否需細(xì)分，需多少細(xì)分。根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇驅(qū)動(dòng)器。工作原理通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。第二節(jié)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種將電脈沖轉(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^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究幾乎是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究同步進(jìn)行的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）?？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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。工作原理步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的原理，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。下圖是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi)，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開(kāi)關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開(kāi)時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2.a、b、c所示。驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的組合單元。通過(guò)上位機(jī)的脈沖信號(hào)有順序給電機(jī)相序通電使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。第三節(jié)PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)接線圖步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、PLC之間的連接：步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與脈沖頻率成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。故我們可以利用PLC產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖和方向信號(hào)，通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器來(lái)對(duì)脈沖、方向信號(hào)進(jìn)行分配和功率放大，再去控制步進(jìn)電機(jī)每相繞組是否得電，以此來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。圖1是具體的端口接線電路圖。對(duì)PLC來(lái)說(shuō)，要Y0端產(chǎn)生脈沖，就是要Y0不斷的導(dǎo)通、截止。當(dāng)Y0導(dǎo)通時(shí)，5V直流電源的正極通過(guò)cP+，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電子電路到CP-，通過(guò)R按到Y(jié)0，經(jīng)過(guò)PLC輸出端的COM，再回到5V直流電源的負(fù)極，這樣就構(gòu)成了一個(gè)回路。這時(shí)，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部得到一個(gè)高電頻，我們用“l(fā)”表示。當(dāng)Y0截止時(shí)，這時(shí)回路不能導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部得到一個(gè)低電頻，我們用?0’表示。這樣

驅(qū)動(dòng)器的環(huán)形分配器接收到這樣一個(gè)脈沖信號(hào)，再對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行分配，控制步進(jìn)電機(jī)的每一相繞組依次得電。在這里我們借助了5V的直流電源，來(lái)使步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器這邊得到一個(gè)脈沖的電流。這個(gè)控制電壓一般在DC

5V一24V之間。其中R是限流電阻，一般驅(qū)動(dòng)器的脈沖電流在l0MA左右，R值選擇2K左右。反向信號(hào)、脫機(jī)信號(hào)的輸入電路和上述的脈沖信號(hào)輸入電路原理相同。第二章位置傳感器

光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電開(kāi)關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。多數(shù)光電開(kāi)關(guān)選用的是波長(zhǎng)接近可見(jiàn)光的紅外線光波型。光電開(kāi)關(guān)是由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成。發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（LED）、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強(qiáng)度在發(fā)射中經(jīng)過(guò)多次選擇，朝著目標(biāo)不間接地運(yùn)行。接收器有光電二極管或光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確地從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在與光軸0到25的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過(guò)反射后，還是從這根反射線返回。光電開(kāi)關(guān)一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測(cè)物在小范圍內(nèi)晃動(dòng)也不會(huì)影響驅(qū)動(dòng)器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時(shí)，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時(shí)監(jiān)視光電開(kāi)關(guān)的工作。第三章所選設(shè)備型號(hào)(一)編碼器E6B2-CWZ6C

旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。它分為單路輸出和雙路