完整版基于plc的機械手控制系統(tǒng)設計

完整版)基于plc的機械手控制系統(tǒng)設計

機械手由機械結構、控制系統(tǒng)和執(zhí)行器三局部組成。機械結構是機械手的根本骨架，包括機械手臂、手爪等組成局部?？刂葡到y(tǒng)是機械手的大腦，負責控制機械手的運動和操作。執(zhí)行器是控制系統(tǒng)的輸出局部，負責執(zhí)行控制系統(tǒng)的指令，驅(qū)動機械手完成各種動作。機械手的組成局部相互協(xié)調(diào)，共同完成機械手的工作任務。2PLC控制系統(tǒng)簡介2.1PLC概述PLC是可編程控制器的簡稱，是一種專門用于工業(yè)自動化控制的通用控制器。它以微處理器為核心，具有高可靠性、強抗干擾能力、良好的擴展性和靈活性等特點。PLC廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中的自動化控制領域，如機械制造、化工、電力、交通、冶金等行業(yè)。2.2PLC控制系統(tǒng)組成PLC控制系統(tǒng)主要由PLC主機、輸入輸出模塊、編程軟件和人機界面組成。PLC主機是PLC控制系統(tǒng)的核心，負責控制整個系統(tǒng)的運行和實現(xiàn)各種控制功能。輸入輸出模塊負責將外部信號轉換為PLC可以處理的數(shù)字信號，并將PLC輸出信號轉換為外部可控制的信號。編程軟件用于編寫PLC程序，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的各種功能。人機界面是PLC控制系統(tǒng)與用戶之間的接口，用于實現(xiàn)人機交互，方便用戶對控制系統(tǒng)進行操作和監(jiān)控。3基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設計3.1系統(tǒng)設計思路本文設計的基于PLC的機械手控制系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、步進電機驅(qū)動系統(tǒng)和機械手組成。PLC控制系統(tǒng)負責控制機械手的運動和操作，步進電機驅(qū)動系統(tǒng)負責驅(qū)動機械手的運動，機械手負責完成各種動作任務。系統(tǒng)設計采用模塊化設計思路，將系統(tǒng)分為PLC控制模塊、步進電機驅(qū)動模塊和機械手運動模塊，分別進行設計和實現(xiàn)，最后進行整合測試。3.2系統(tǒng)設計方案PLC控制模塊采用西門子PLC作為控制核心，通過編寫PLC程序?qū)崿F(xiàn)機械手的控制和操作。步進電機驅(qū)動模塊采用步進電機驅(qū)動器和步進電機組成，通過PLC控制信號驅(qū)動步進電機實現(xiàn)機械手的運動。機械手運動模塊由機械結構、執(zhí)行器和傳感器組成，通過步進電機驅(qū)動器驅(qū)動執(zhí)行器完成機械手的各種動作，通過傳感器檢測機械手的運動狀態(tài)并反應給PLC控制系統(tǒng)。3.3系統(tǒng)實現(xiàn)流程系統(tǒng)實現(xiàn)流程為：PLC控制系統(tǒng)接收用戶輸入的控制指令，經(jīng)過處理后輸出控制信號給步進電機驅(qū)動系統(tǒng)，步進電機驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)控制信號驅(qū)動機械手執(zhí)行各種動作，同時傳感器檢測機械手的運動狀態(tài)并反應給PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)傳感器反應的信息調(diào)整控制信號，實現(xiàn)機械手的精確控制和操作。結論本文通過對基于PLC的機械手控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，實現(xiàn)了對機械手在搬運過程中的下降、夾緊、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全過程自動化控制，并對非正常情況實行自動報警和自動保護，實現(xiàn)企業(yè)的機電一體化，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)具有控制精度高、可靠性強、操作簡便等優(yōu)點，適用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等領域的自動化控制。機械手由手部、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，如圖1-1所示。手部是用來抓持工件〔或工具〕的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結構形式。驅(qū)動系統(tǒng)使手部完成各種轉動、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。機械手的自由度是運動機構的升降、伸縮、旋轉等獨立運動方式，為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，但其結構也越復雜。機械手的應用越來越廣泛，涉及到鑄、鍛、焊、鉚、沖壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種，以及輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等領域。機械手的應用主要有三個目的。首先，應用機械手可以提高生產(chǎn)過程的自動化程度，實現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化程度，從而提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)本錢。其次，機械手可以改善勞動條件，防止人身事故。在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空間狹窄等場合中，用人手直接操作時有危險或根本不可能。而應用機械手即可局部或全部代替人平安的完成作業(yè)，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人手進行工作，可以防止由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。第三，機械手可以減少人力，并便于有節(jié)奏地生產(chǎn)。應用機械手代替人手進行工作，可以直接減少人力，同時由于應用機械手可以連續(xù)地工作，也可以減少人力。因此，在自動化機床和綜合加工自動線上，目前幾乎都設機械手，以減少人力和更準確地控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏進行生產(chǎn)。PLC是一種可編程邏輯控制器，廣泛應用于工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中。PLC的產(chǎn)生源于20世紀60年代初期，是為了解決制造業(yè)中的自動化控制問題而開展起來的。PLC的主要功能是進行邏輯運算、數(shù)據(jù)處理和控制輸出等操作。PLC的控制系統(tǒng)可根據(jù)實際需要進行編程，實現(xiàn)各種控制功能。PLC的優(yōu)點是具有高可靠性、易維護、易擴展、本錢低等特點，因此在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中得到了廣泛應用。1968年，XXX〔GM〕發(fā)布了一個招標要求，要求軟連接代替硬接線，維護方便，可靠性高于繼電器控制柜，體積小于繼電器控制柜，本錢低于繼電器控制柜，有數(shù)據(jù)通訊功能，輸入電壓為115V，可在惡劣環(huán)境下工作，擴展時，原系統(tǒng)變更要少，用戶程序存儲容量可擴展到4K。這個要求的核心思想是用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相連，結構易于擴展，這就是PLC的雛形。隨后，1969年XXX研制出了世界上第一臺PLC〔PDP-14〕，并在XXX汽車生產(chǎn)線上應用成功。2.2PLC的定義和特點2.2.1PLC的定義XXXNEMA和XXXIEC對可編程控制器分別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關量邏輯控制為主的自動控制裝置。它具有存儲控制程序的存儲器，能夠按照控制程序，將輸入的開關量〔或模擬量〕進行邏輯運算、定時、計數(shù)和算術運算等處理后，以開關量〔或模擬量〕的形式輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。早期的可編程控制器主要用于開關量邏輯控制，因此稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC。隨著計算機技術的不斷開展，其功能已不僅限于開關邏輯控制，因此被稱之為可編程控制器PC，但這很容易和個人計算機PC相混淆，因此，一般把PLC作為可編程控制器的簡稱。2.2.2PLC的特點可編程控制器之所以能夠得到迅速開展和廣泛應用，主要是由于它具有以下特點：1〕可靠性高，抗干擾能力強。PLC用軟件實現(xiàn)大量的開關量邏輯運算，克服了因繼電器觸點接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、平安；面向工業(yè)環(huán)境設計，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應各種惡劣的工作環(huán)境，遠遠超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計算機控制系統(tǒng)。2〕編程簡單，易于掌握。PLC采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏輯的設計相似，具有直觀、簡單、容易掌握等優(yōu)點。3〕功能完善，靈活方便。隨著PLC技術的不斷開展，其功能更加完善，不僅具有開關量邏輯控制功能和步進、計算功能，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡通信等功能。既可以單機使用，也可聯(lián)網(wǎng)運行，既可集中控制，也可分布控制或者集散控制。而且在運行過程中，可隨時修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。4〕體積小、質(zhì)量輕、功耗低。由于采用了單片機等集成芯片，體積小、質(zhì)量輕、機構緊湊、功耗低。可編程控制器的主要性能指標可編程控制器的性能指標有很多，其中最主要的有以下幾項：1)輸入/輸出點數(shù)(I/O)：I/O點數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標志著可以接多少個開關按鈕和可以控制多少個負載。2)存儲容量：存儲容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲容量。3)掃描速度：一般以執(zhí)行1000步指令所需的時間來衡量，單位為ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來計算，單位us/步。4)功能擴展能力：可編程控制器除了主模板塊之外，通常都可配備一些可擴展模塊，以適應各種特殊功能應用的需要。例如A/D模塊、D/A模塊、位置控制模塊等。5)指令系統(tǒng)：指令系統(tǒng)是指一臺可編程控制器指令的總和，它是衡量可編程控制器功能強弱的主要指標?？删幊炭刂破鞯姆诸愅ǔLC產(chǎn)品可按結構形式、控制規(guī)模等進行分類。1)按結構形式分類：按結構形式不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式的PLC是將電源、CPU、存儲器、輸入/輸出單元等各個功能部件集成在一個機殼內(nèi)，從而具有結構經(jīng)湊、體積小、價格低等優(yōu)點，許多小型PLC多采用這種機構。模塊式的PLC將各個功能部件做成獨立模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊等，然后進行組合。2)按控制規(guī)模分類：按控制規(guī)模大小，可分為小型、中型和大型PLC三種類型。1)小型PLC：小型PLC的I/O點數(shù)在256點以下，存儲容量在2KB以內(nèi)，其中輸入輸出點數(shù)小于64點的PLC又稱為超小型或微型PLC，具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等根本功能。2)中型PLC：中型PLC的開關量I/O點數(shù)通常在256-2048點之間，用戶程序存儲器的容量為2-8KB，除具有小型機的功能外，還具有較強的模擬量I/O、數(shù)字計算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)，例如比例、積分、微分〔PID〕調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比擬、數(shù)制轉換、中斷控制、遠程I/O及通信聯(lián)網(wǎng)功能。3)大型PLC：大型PLC也稱為高檔PLC，I/O點數(shù)在2048點以上，用戶程序存儲容量在8KB以上，其中I/O點數(shù)大于8192點的又稱為超大型PLC，除具有中型機的功能外，還具有較強的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及強大的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制和遠程控制等功能。PLC系統(tǒng)的組成PLC系統(tǒng)由三個主要局部組成：輸入/輸出(I/O)模塊、中央處理器(CPU)和編程器。輸入/輸出(I/O)模塊負責將外部信號轉換為數(shù)字信號，中央處理器(CPU)負責執(zhí)行用戶編寫的程序，編程器則是用來編寫、編輯、調(diào)試和下載程序的工具。此外，PLC系統(tǒng)還包括電源模塊、通信模塊、擴展模塊等。PLC是一種工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結構和微型計算機控制系統(tǒng)類似，由中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路、電源、擴展單元和外部設備等組成。這些局部通過總線連接。軟件包括系統(tǒng)程序和用戶程序，用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用PLC編程語言編制的應用程序。可編程控制器在進入RUN狀態(tài)后，采用循環(huán)掃描方式工作，完成一次掃描過程所需的時間成為掃描周期。PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言和順序功能圖語言等，其中梯形圖語言和助記符語言應用較多。梯形圖語言是PLC的一種編程語言，從上至下編寫，每一行從左至右順序編寫。PLC程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。梯形圖中的觸點有兩種，即動合觸點和動斷觸點。梯形圖的最右端必須連接輸出元素。梯形圖中的觸點可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。助記符語言是另一種PLC的編程語言，用助記符表示邏輯元件和運算符。助記符語言編寫程序的順序不限，程序可以分成多個段，段之間可以有跳轉指令。助記符語言的編程方法比擬靈活，適用于大型程序的編寫。PLC采用循環(huán)掃描方式工作，完成一次掃描過程包括內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行和輸出處理五個階段。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關。PLC的硬件結構和軟件系統(tǒng)的完善，使其成為自動化控制領域中不可或缺的設備。AssistivelanguageisalanguagenforPLCXXXintuitiveandconvenient。itrequiresalargedisplayscreentoinputgraphicalsymbols。XXX。assistiveXXXassistivelanguageofdifferentPLCmodelsisdifferent。buttheirbasicprinciplesaresimilar。Whenprogramming。XXXaccordingtotherequirements。andthenconvertedintoassistivelanguageaccordingtotheladderdiagram.XXXofthenofasequentialcontrolsystem。mainlycomposedof"steps,""ns,"and"finitelinesegments."ItdividesaXXX(states)。eachstagehavingdifferentns。XXXaremet。thestatenisrealized。andtheusstatenends。andthenextnbegins.Currently。PLCshavebeenXXX。petroleum。chemical。power。buildingmaterials。machinerymanufacturing。automobiles。textiles。XXX。XXX。andXXX:1.LogiccontrolofswitchquantitiesThisisthemostbasicandwidelyusednareaofPLCs。ItXXXcontrol。Itcanbeusedforthecontrolofsingleequipment。aswellasformulti-machinegroupcontrolandautomatednlines。suchasnmoldingmachines。printingmachines。bookbindingmachinery。nmachinetools。grinders。packagingnlines。electroplatingnlines。etc.2.AnalogcontrolIntheindustrialnprocess。therearemanycontinuousvariablessuchastemperature。pressure。flow。liquidlevel。andspeed。whichareanalogquantities。Inordertoenabletheprogrammablecontrollertohandleanalogquantities。itisXXX.3.ncontrolPLCscanbeusedforthecontrolofcircularorlinearn。Intermsofcontrolmechanismn。itwasdirectlyconnectedtonsensorsandactuatorsthroughswitchI/Omodulesintheearlydays。butnowXXXused。suchassingle-axisormulti-axisncontrolmodulesthatcandriveXXX。TheproductsofmajorPLCmanufacturersintheworldalmostallhavencontrolns。XXX。machinetools。robots。elevators。andotherns.4.ProcesscontrolProcesscontrolreferstotheclosed-loopcontrolofanalogquantitiessuchastemperature。pressure。andflow。Asanindustrialcontrolcomputer。PLCcancompileusXXXclosed-loopcontrol。PIDadjustmentisamethodcommonlyusedingeneralclosed-loopcontrolsystems。Largeandmedium-sizedPLCshavePIDmodules。andcurrently。manysmallPLCsalsohavethisnalmodule。PIDprocessingisgenerallyrunbyadedicatedPIDXXX。chemicalindustry。andotherfields。Basedontheaboven。thedesignofamechanicalarmcontrolsystemusingPLCscanbeimplemented.PLC在金、化工、熱處理、鍋爐控制等領域得到廣泛應用。其中，現(xiàn)代PLC具備數(shù)學運算〔包括矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算〕、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比擬，完成一定的控制操作，也可通過通信功能傳送到其他智能設備，或?qū)⑵浯蛴≈票?。?shù)據(jù)處理通常用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)，也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。PLC通信包括PLC間的通信和PLC與其他智能設備之間的通信。隨著計算機控制的開展，工廠自動化網(wǎng)絡得到快速開展，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。近期生產(chǎn)的PLC都具備通信接口，通信非常方便。機械手的控制要求包括：機械手可用于將工件從A工位搬到B工位，可手動或自動控制，動作過程分為10個步驟，完成一個周期后返回原位。為了方便調(diào)試和維護，控制系統(tǒng)有手動和自動功能。手動模式下，每按下一個按鈕，執(zhí)行一步操作。自動模式下，按下啟動按鈕，機械手自動運行，一個周期后循環(huán)工作，直至完成搬運任務。在運行之前，通常對機械手進行復位操作，有機械手在左邊、在右邊、在中間三種情況，要逐一考慮，使機械手在任意位置都可以完成復位，回到原點。在運行過程中，按下停止按鈕時，要停止一切動作。ComparisonofDesignSchemesforMechanicalArmControlSystemXXXn。therearethreecommonlyusedcontrolsystems:nalrelay-contactcontrolsystem。PLCcontrolsystem。andputercontrolsystem。However。basedonusability。economy。andreliability。thisdesignchosethePLCcontrolsystem。Fromtheanalysisofthecontrolnsrequiredforthemanipulator。itcanbeseenthatthemainnsarelifting。lowering。movingleftandright。clamping。releasing。rotatingleftandright。andprocessdelaycontrol。ThecontrolXXX。XXXncontrolsystem。ThisisthenthatPLCisbestat。andPLChastheadvantagesofsmallsize。lightweight。highreliability。stronganti-interferenceability。simpleprogramming。andeasymaintenance。XXX.Theswitchinputsignalofthissystemisadigitalsignal。directlyconnectedtothePLC。andthePLCcontrolstheXXXsystemdiagramisshowninFigure3-2.DesignofHardwareCircuitforPLC-basedMechanicalArmControlSystem4.1XXXPLCCurrently。therearemorethan200manufacturersintheworldproducingprogrammablecontrollerproducts。andthemorefamousPLCmanufacturersaremainlyAB。XXX。Mitsubishi。Omron。Siemens。TE。Samsung。LG。etc。TheS7-200PLCproducedbySiemensinGermanywasselectedinthispaper。TheS7-200seriesPLCisasmallPLCproducedbySiemens。andmanyofitsXXXtheleveloflargeandmedium-sizedPLCs。whilethepriceisthesameasthatofsmallPLCs。Therefore。ithasbeenXXXS7-200CPU22*seriesPLC。becauseithasavarietyofnalmodulesandhuman-machineinterface(HMI)tochoosefrom。thesystemXXXveryconvenient。anditcaneasilyformaPLCork。Atthesametime。ithasafullynalprogrammingandindustrialcontrolnare。makingiteasiertocompletethedesignofthecontrolsystem。withfastspeedandextremelystrongncapabilities。andXXXanynalcontroltask.Accordingtothecontrolrequirementsofthemechanicalarm。thePLCinputandoutputpointsareallocatedasshowninTable4-1:NameXXXSB1buttonSB2ResetbuttonSB3UpbuttonSB4DownbuttonSB5LeftbuttonSB64.2機械手驅(qū)動的選擇機械手的所有動作都由步進電機和直流電機進行驅(qū)動控制。步進電機的運動需要驅(qū)動器，只有在脈沖輸入時步進電機才會動作，且每當脈沖由低變高時步進電機走一步。改變電機方向時，需要加方向信號。機械手的上升/下降、左行/右行動作是通過控制這兩個步進電機的正反轉來實現(xiàn)的。基座旋轉則是通過控制直流電機的轉動方向來實現(xiàn)的。機械手的松開/夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥控制。當該線圈通電時，機械手放松；該線圈斷電時，機械手夾緊。4.2.1步進電機步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。通俗地講，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度〔即步距角〕。通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而到達準確定位的目的。同時，也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而到達調(diào)速的目的。本系統(tǒng)采用二相八拍混合式步進電機來控制機械手的動作。相比直流電機，步進電機有更好的制動效果。再加上滾珠絲桿和滑桿配合，使機械手的運動更加穩(wěn)定。步進電機體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉矩等優(yōu)點。此處采用串聯(lián)型接法，其電氣接線圖如下列圖4-1所示。圖4-1步進電機串聯(lián)型接法電氣接線圖步進電機的運行需要一個電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機驅(qū)動器。XXXfromthecontrolsystemintoangulardisplacementofthemotor。Inotherwords。everytimethecontrolsystemsendsapulsesignal。thedriverrotatesthestepmotorbyonestepangle。Therefore。thespeedofthestepmotorisXXXtothefrequencyofthepulsesignal.Figure4-1showstheXXX.4.2.2XXXThestepmotorconsistsofthreemainelements:stepangle(relatedtothenumberofphases)。statictorque。andcurrent。Oncethesethreeelementsaredetermined。themodelofthestepmotorisdetermined.1.nofStepAngleThestepangleofthemotordependsonthenrequirementoftheload。Theminimumnoftheload(equivalent)isconvertedtothemotorshaft。andtheanglethateachXXX(includingn)shouldbeequaltoorlessthanthestepangleofthemotor。Currently。thestepangleofthestepmotoronthemarketisgenerally0.36degrees/0.72degrees(five-phasemotor)。0.9degrees/1.8degrees(two-andfour-phasemotor)。1.5degrees/3degrees(three-phasemotor)。etc.2.nofStaticXXXItisdifficulttodeterminethedynamictorqueofthestepmotoratonce。soweoftendeterminethestatictorqueofthemotorfirst。Thenofstatictorqueisbasedontheloadofthemotor。whichcanbedividedintotwotypes:XXXload。ThereisnosingleXXX(usuallyatlowspeed)。bothtypesofloadsXXXaccelerating。onlyinertialloadshouldbeconsidered。andwhenrunningataconstantspeed。onlynloadshouldbeconsidered。Generally。thestatictorqueshouldbe2-3timesthenload。Oncethestatictorqueisdetermined。themotorframeandlengthcanbedetermined(geometricns).3.nofCurrentFormotorswiththesamestatictorque。theiroperatingcharacteristicsdiffergreatlyduetodifferentcurrentparameters。Thecurrentofthemotorcanbejudgedbasedonthetorque-frequencycharacteristiccurve(referringtothedrivingpowersupplyanddrivingvoltage).4.nofTorqueandPowerThestepXXXusedforspeedninalargerange。anditspowerchanges。Generally。onlytorqueisusedtomeasureit。Thenoftorqueandpowerisasfollows:P=Ω·M。Ω=2π·n/60.P=2πnM/60.wherePispower。measuredinwatts。Ωisangularvelocitypersecond。measuredinradians。nisnalspeedperminute。Mistorque。measuredinnewton-meters。P=2πfM/400(half-stepn)。wherefisthepulsefrequencypersecond(referredtoasPPS).Inn。whenXXX。weshouldpaynto:1.Thestepmotorshouldbeusedinlow-speedns。XXX1000nsperminute(3000PPSfor0.9degrees)。anditisbesttouseiteen1000-3000PPS(0.9degrees)。ItcanbeXXXthisrangebyusingandevice。whichcanimprovetheefficiencyandcethenoiseofthemotor.2.Itisbestnottousethefull-stepstateforthestepmotor。asitcauseslargens.3.當電機工作在較高速或大慣量負載時，為了保證電機不失步并提高停止的定位精度，通常不會在工作速度起動，而是采用逐漸升頻提速的方法。此外，這種方法還可以減少噪音。4.當電機工作在600PPS〔0.9度〕以下時，應該采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。5.在選型時，應該先選擇電機，再選擇驅(qū)動器。根據(jù)以上原則，我們選擇了深圳雷塞兩相57HS13系列步進電機，并使用雷塞兩相M860系列步進電機驅(qū)動器進行驅(qū)動。該電機的參數(shù)如下表所示：表4-2步進電機參數(shù)表靜態(tài)矩(NM)步距角(°)相電流串聯(lián)(A)相電流并聯(lián)(A)電阻(Ω)電感(mH)長度L(mm)轉子慣量(g2)重量(Kg)型號1.311.82.044.010.17646601.057HS13該電機驅(qū)動器的工作電流為2.4-7.2A，工作電壓為24-80V。4.3PLC原理接線圖根據(jù)選定的PLC型號、輸入/輸出端口分布表以及步進電機和步進電機驅(qū)動器類型，我們繪制了PLC的外部接線圖，如下所示：圖4-2PLC外部接線圖5.控制系統(tǒng)軟件設計本控制系統(tǒng)提供了自動和手動兩種工作方式。手動控制方式為單步運行方式，可以按照普通繼電器接觸器控制系統(tǒng)來設計。用戶可以通過按鈕來對機械手的每個動作進行控制，例如按下“下降〞按鈕，機械手會下降；按下“上升〞按鈕，機械手會上升。自開工作方式則是按下啟動按鈕后，機械手會從原點開始按照工序自動反復連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止按鈕，機械手會自動停機。整個自動控制系統(tǒng)的運行流程如下：首先翻開電源，然后按下起動按鈕，系統(tǒng)進行開機復位。機械手的動作示意圖如圖3-1所示。如果機械手不在原點，則PLC會向上下行驅(qū)動器輸入脈沖信號，使上下行步進電機正轉，從而使機