毕业论文设计——基于plc的柔性制造系统的搬运机构的控制系统设计(编辑修改稿)

毕业论文设计——基于plc的柔性制造系统的搬运机构的控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

能满足机 械负载并有一定的余量保证其运行可靠。 在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。 一般的说最大静力矩 maxMj 大的电机，负载力矩大。 选择步进电动机时应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到设备所需的脉冲当量。 在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杠导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。 但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。 精度是由电机的固有特性所决定。 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的 负载惯性和设备要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足快速移动的需要。 选择步进电机需要进行以下计算： （ 1）计算电机的步距角比，根据所要求脉冲当量，步距角θ 计算如下：  10 2 6 0S i3 6 0Δθ 三江高等职业技术学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 9 式中： S丝杠螺距 (mm) Δ (mm/脉冲 ) i减速比 （ 2）计算电机负载转矩 M NmFM 0 0 100 2 0 0i2 10 33   πη△ 式中： F启动单元负载 (N) η 传动系统总效率 (此处先以 1 带入 ) 根据以上数据，可以选择 17HS001 电机。 17HS001 电机的具体参数如表 所示。 表 42HS003 步进电机电气技术数据 电机型号 相数 步距角 相电流 驱动 电压 最大 静转 矩 相 电 阻 相 电 感 重 量 配套 驱动 器 17HS001 2 176。 A DC24 V Nm Ω mH Kg ST2H B02X 与该步进电机相匹配的驱动器为 ST2HB02X 驱动器。 ST2HB02X 驱动器采用MicrosChip 芯片，采用新型的双极性恒相流驱动技术，实现最大 64 细分高性能驱动，适合驱动 2A。 以下 42 系列， 57 系列两相混合式步进电机。 广泛应用于各种数控机床，纺织机械，喷绘机，疲劳测试机等用户希望成本低，低振动，高精度，高速度的场合。 技术参数： 型号 ST2HB02X 相 数：二相 工作电压： DC(1040)V 驱动电流： DC()A 驱动方式：全桥双极恒相流驱动 电流设置： 分度 细分功能：相电流不高于 2A/相的两相，四相混合式步进电机 冷却方式：散热器 (安装在通风良好的 场合 ) 环境温度： 0～ 50℃ 尺寸 /重量： 130 73 33mm/280g 三江高等职业技术学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 10 其他辅助系统的设计 为保证机械手重复定位精度，对机械手每工作循环提出返回原点校零位要求。 在初始位置添置限位开关，当触及时发出已达原点命令，停止远动。 同时锁定继续前进行动，能且只能反向运动，以实现因故障或暴力操作造成的超程保护功能。 非原点端只作超程保护不作为定位。 图 传动丝杠示意图 操作面板以贴近人们日常工作习惯、符合人体工程学、方便工作人员直接操作、反应自动工作状态为原则，与后文 I/O 采用方案相匹配，进行设计，如图 所示。 该机械手工作方式有手动、单步、单周期、连续工作 (自动 )四种形 式。 具体有原点、路径关键点、报警指示、工作状态指示等功能。 下面 操作面板说明如下： 设备原点：机械手的设备原点。 任何停止状态， 旋转旋钮到原点，启动回原点按钮，机械手回到了原点。 手动方式：各自的按钮使各个负载单独接通或断开。 实现 实时按操作者的指令进行动作。 同时也负责起自动工作方式中每一工步目 的记录保存工 作。 单步：旋钮旋转单周期工作，按动一次启动按钮，进行一个工步。 单周期：旋钮旋转单周期工作，按动一次启动按钮，进行一个周期。 连续工作 (自动状态 )：在用户原点，旋钮旋转自动，按动启动按钮连续反复进行，途中按动停止按钮，运行到原定后停止。 LED 指示灯：状态实时显示。 电源和急停按钮与 PLC 工作无关。 该按钮使用来接通或断开 PLC 外部负载的电源。 三江高等职业技术学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 11 图 三江高等职业技术学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 12 第三章 软件设计 总体流程图的设计 图 工作流程图 本机械手采用点位控制，我们可将整个运动看作折线运动，每一步动作归纳为参数不同的点位之间动作。 以起点作为参考点，通过脉冲计数，得到目的点位置。 手动操作机械手从参考点到达目的点后，保存目的点的相 对特征参数，并对每一步保存的参数进行列表管理。 实现手动模式下 点位输入，自动模式查表“ 仿行”运动。 手动设置好以后就可以按预先设置自动运行。 核心思想：记录关键点，构造工作路径和状态。 现就四工位作以下说明。 用户在手动原点状态下，控制机械手至 A 点位 (到 A 点的路径可制定中间点实现绕行 )，按下保存，记录该店重要参数。 之后控制机械手到 B 点位夹取工件，同时记录机械手位置及加紧位置，为简化过程，可在 A 点设置机械手张开， B 点设置夹紧。 控制机械手移动，同前所述记录关键点位，到 D 点放下工件。 再用同样的方法到下一工位进行操作。 三菱 PLC的选择 三菱 PLC 控制系统设计的基本原则 满足被控制 对象的控制要求考虑将来的发展的需要， PLC 选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。 系统安全、可靠。 尽可能简单、经济、使用与维护方便。 具有较高的性价比。 三菱 PLC 控制系统设计步骤 分析被控对象，提出控制要求。 三江高等职业技术学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 13 确定输入、输出设备。 确定 PLC 的 I/O 点数，选择 PLC 机型。 分配 I/O 点数，绘制 PLC 控制系统输入、输出端子接线图。 程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。 程序调试。 先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。 调试过程结束，整理技术资料，投入使用。 图 PLC 控制系统设计步骤流程图 三菱 PLC 品牌选择 世界上生产 PLC 的厂商有数百家，构成美国、欧洲和日本三大技术阵营，其代表机型有美国罗克韦尔 (Rockwell)自动化公司所属的 AB(AllenBradley)公司生产的 PLC5 系列 PLC、 GEFanuc 公司生产的 90TM30 系列和 90YM70 系列的PLC、德国西门子 (Siemens)公司生产的 S5 系列 PLC 和 S7 系列 PLC，日本三菱公司生产的 FX 系列、 A 系列、 Q 系列 PLC、欧姆龙公司生产的 CS 系列、从 200 系列、 CPM 系列 PLC。 三大技术阵营的 PLC 在程序表达形式、功能及用法上有很大的差异。 熟悉西三江高等职业技术学院 2020 届本科生毕业设计（论文） 14 门子 S5 系列 PLC 的人都知道，他是采用机构化编程的方法，尽管他也设有梯形图、逻辑图等多种其他编程语言，但少许复杂一点的问题就必须采用语句表，通过 STEP5 语言，调用各种功能来实现。 然而美国 AB 公司的 PLC5 系列可编程控制器则与西门子 S5 系列 PLC 相去甚远， AB 的 PLC5 根本就没有语句表，他所有的程序都要依靠梯形图编制，因而 AB 的梯形图与西门子的梯形图在形式、功能及用法上 相差很大。 日本的微型小型 PLC 产品是非常有特色的，他对梯形图、语句表并重，而且配置了包括功能指令在内的功能很强的指令系统用户常常会发现，同一个应用问题，选用日本的小型 PLC 产品就能解决，而用欧美产品常要选用中型乃至大型PLC 才行。 这主要是欧美小型 PLC 产品指令系统太弱所制。 日本的 PLC 技术是由美国引进的，因此日本的产品对美国的产品有一定的继承性。 但日本把自己主推产品定位在小型 PLC 上，因面临的主要市场在亚洲，因此他对美国的 PLC 技术既有继承，更多的是发展。 在小型 PLC 方面，他已是青出于蓝而胜于蓝，日本产 品在世界小型 PLC 市场上占 70%的份额。 据不完全统计，我国引进的 PLC 产品价值，其中美国约占 %，欧洲产品约占 %，日本产品约占 %。 欧美产品以大中型 PLC 为主，基本上德国西门子公司于美国 AB 公司平分秋色。 小型 PLC 主要是日本产品。 在国内，日本三菱公司生产的 FX 系列小型 PLC 以其良好的性能得到了广泛的应用，同时各大高校、职业技术学校，也为其提供了专业技术人才的支持。 简单机械手运动小型 PLC 足以满足要求，选用日本三菱公司 FX 系列作为本文中搬运机械手的核心控制系统，可以减少企业对操作人 员培训，降低使用成本，减少消费者对产品使用的顾虑。 三菱 PLC 系列选择 PLC 机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护。