基于plc和组态王的气动机械毕业论文模版(编辑修改稿)

基于plc和组态王的气动机械毕业论文模版(编辑修改稿)内容摘要：

式灵活、可靠性高、操作简单、维修容易。 由于 PLC 所具有的灵活性、模块化、易于扩展等特点，可以根据现场要求实现机械手的不同工作要求。 机械手采用 PLC 控制技术，可以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量的中间继电器、时间继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。 同时，用 PLC 控制系统可方便地更改生产流程，增强控制功能。 上述的选择方案各有优缺点 ，这次对于控制系统的设计不需要选择速度最快的硬件器件，也不需要可 视化的图形编程语言和平台 ， 而是在达到设计要求的前提下，尽量降低系统的运行速度和开发成 本，提高了系统运行的稳定性。 且要求能方便地更改工作流程，完成复杂的运动控制。 综上所述，机械手的控制方式选择 PLC 控制。 **大学本科生毕业设计（论文） 5 （二） PLC 简介 PLC 和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。 PLC 的硬件系统由微处理器 (CPU)、存储器 (EPROM， ROM)、输入输出 (I/O)部件、电源部件、编程器、 I/O 扩展单元和其他外围设备组成。 各 部分通过总线 (电源总线、控制总线、地址总线、数据总线 )连接而成。 其结构简图如下： 图 1 PLC 硬件系统组成 PLC 的软件系统是指 PLC 所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。 系统程序是每一个 PLC 成品必须包括的部分，由 PLC 厂家提供，用于控制 PLC 本身的运行，系统程序固化在 EPROM 中。 用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序。 硬件系统和软件系统组成了一个完整的 PLC 系统，他们是相辅相成，缺一不可的。 组成 中央处理单元（ CPU）、存储器、 I/O 单元、电源部分、扩展接口、 通信接口 **大学本科生毕业设计（论文） 6 的特点 可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。 国内外现有的机械手系统，它们的控制形式大都采用可编程序控制器控制，特别是在智能化要求程度高容量大的现代化工业机械手系统中应用更为普遍。 其主要原因是因为 PLC 具有以下优点： 灵活、通用 可靠性高、抗干扰能力强 操作方便、维修容易 功能强 体积小、重量轻和易于实现机电一体化 同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片 机，并且通用性不好，不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用等等。 3. PLC 的主要功能 PLC 是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化 (FA)和计算机集成制造系统 (CIMS)内占重要地位。 PLC 系统主要有以下功能： 多种控制功能； 数据采集、存储与处理功能； 通信联网功能； 输入、输出接口调理功能； 人机界面功能； 编程、调试功能。 PLC 的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。 另外，采用 PLC 还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。 PLC 产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求。 **大学本科生毕业设计（论文） 7 4. PLC 的经济性分析 综上所述，在各种环境中，使用 PLC 控制机构设备，生产流水线和生产过程的自动化控制将越来越广泛。 对 PLC 的经济分析，应从以下两个方面考虑： （ 1）从影响成本的各个因素综合考虑 对目前生产设备控制装置来说，有继电器控制、半导体器件控制以及 PLC 控制三种类型。 价格仅是选择 PLC 品牌的一个因素，而可靠性是选择控制装置时需要考虑的又一个重要因素。 （ 2）从设计 、生产周期长短考虑 的应用领域及发展状况 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的界限，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。 使用情况主要分为如下几类： 开关量逻辑控制 工业过程控制 运动控制 数据处理 通信及联网 现代 PLC 的发展主要有两个趋势：一是向体积更小、速度更快、功能更强和价格更低的微小型方面发展；二是向大型网络化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面发展。 **大学本科生毕业设计（论文） 8 （三）组态王简介 组态王 是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件 ， 它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。 通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域中有着广泛的应用。 本设计通过组态 王 软件对机械手进行监控，将机械手的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。 能够方便的和 PLC 进行连接，故采用组态王作为上位机软件。 使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法： (1)图形界面的设计 (2)构造数据库 (3)建立动画连接 (4)运行和调试 使用组态王软件开发具有以下几个特点 : (1)实验全部用软件来实现 ,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验 ,从而大大减少购置仪器的经费。 (2)该系统是中文界面 ,具有 人机界面 友好、结果可视化的优点。 对用户而言 ,操作简单易学且编程简单 ,参数输入与修改灵活 ,具有多次或重复仿 真运行的控制能力 ,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线 ,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线 ,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。 在采用组态王开发系统编制 应用程序 过程中要考虑以下三个方面 : (1)图形 ,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的 工控 设备。 **大学本科生毕业设计（论文） 9 (2)数据 ,就是创建一个具体的数据库 ,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性 ,比如水位、流量等。 (3)连接 ,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设备的运行 ,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。 图 2 组态王软件操作界面 **大学本科生毕业设计（论文） 10 （四）机械手系统介绍 本次毕业设计使用的是 QSPLCJXS 机械手模型装置。 机械手实物教学模型的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成；电气方面有步进电机、直流电机、步进电 机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。 该模型是 PLC 技术、位置控制技术、气动技术有机结合成一体的教学仪器。 可实现机械手五维控制，完成料块的码放、移动等。 图 该系统由机械手本体、 PLC 控制单元、电源单元、接口单元，其部件的实物结构如下图所示： **大学本科生毕业设计（论文） 11 图 4. 立体机械手结构实物示意图 机械手本体按功能分为由二轴平移机构、旋转底盘、 旋转手臂机构、气动夹手、支架、限位开关等部件组成； 按活动关节分为 S 轴、 L 轴、 U 轴、 T 轴、 B 轴等机构，其结构示意 图如下所示： **大学本科生毕业设计（论文） 12 图 5. 机械手结构示意图 机械手本体的活动范围： （ 1）底盘的旋转角度：大于 270176。 （ 2）旋转手臂的范围：大于 270176。 （ 3）水平移动的范围：小于 21cm （ 4）垂直移动的范围：小于 15cm （ 1）步进电机 采用 Syntron 42BYG250C 两相混合式步进电机来控制机械手的动作，相比直流电机有更好的制动效果，又加上滚珠丝杆和滑杆配合，使机械手的运动更加稳定。 主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。 本模型中采用串联型接法，其电气接线图如图 6 所示： 图 6. 步进电机电气接线图 A + ( 红 )A ( 蓝 )( 绿 )B +( 黑 )B **大学本科生毕业设计（论文） 13 步进电机的参数如下： 电机固有步距角 ， 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。 电机出厂时给出了一个步距角的值，如 86BYG250A 型电机给出的值为 176。 / 176。 （表示半步工作时为 176。 、整步工作时为 176。 ），这个步距角可以称之为 ‘电机固有步距角 ’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。 电机相数不同，其步距角也不同，一 般二相电机的步距角为 176。 / 176。 、三相的为 176。 / 176。 、五相的为 176。 / 176。 在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。 如果使用细分驱动器，则 ‘相数 ’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 保持转矩（ HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。 由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增 大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。 比如，当人们说 的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为 的步进电机。 DETENT TORQUE： 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。 DETENT ORQUE在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有 DETENT TORQUE。 图 7. 步进电机 **大学本科生毕业设计（论文） 14 （ 2） 步进电机驱动器 实验室里采用 Syntron SH20403 细分驱动器。 步进电机驱动器主要有电源输入 部分、信号输入部分、输出部分等。 下图为该细分驱动器示意图及 PLC 与步进电机驱动器连接图： 图 图 9. PLC 与步进电机驱动器连接图 **大学本科生毕业设计（论文） 15 驱动器参数如下表 表 表 表 表 5 所示。 PLC 控制器与步进电机驱动器连接及工作原理，如图 9 所示。 步进电机驱动器有电源输入部分、信号输入部分、信号输出部分等，利用驱动器可以很方便的对步进电机的转速、方向进行控制。 驱动器电源由面板上电源模块提供，驱动器信号端采用 +24V供电，需加 限流电阻（见图 9 中 电阻）。 驱动器输入 端为低电平有效。 PLC 通过控制其输出点来控制驱动器光耦的开合，当 PLC 输出线圈得电时，晶体管导通。 相应的触点输出低电平，使驱动器光耦导通，当 PLC 输出线圈失电时，晶体管关断，使驱动器光耦截止。 另外若不采用驱动器，而采用 PLC 输出触点直接驱动步进电机，会占用很多的输出触点，同时给编程带来不便。 下图为步进电机驱动器实物图： 图 10. 步进电机驱动器 以下为驱动器的一些性能参数表 : 表 1. 电流设定 电流值 SW5 SW6 SW7 ON ON ON ON ON OFF ON OFF ON ON OFF OFF 0FF ON ON OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF **大学本科生毕业设计（论文） 16 表 2. 性能指标 供电电源 10V40VDC,容量 重量 输出电流 峰值 3A/相（ MAX） 绝缘电阻 在常温常压下小于 100MΩ 驱动方式 恒相流 PWM 控制 绝缘强度 在常温常压下 ， 1Min 表 2. 电气规格 说明 最小值 典型值 最大值 单位 供电 电压 18 24 40 V 均值输出电流 1 A 逻辑输入电流 6 15 30 mA 步进脉冲响应频率 — — 100 kHz 脉冲低电平时间 5 — 1 μs 表 4. 细分设定 细分倍数 步数 /圈（ 整步） SW1 SW2 SW3 保留 ON ON ON 半步 100 ON OFF OFF 1 200 OFF OFF OFF 4 800 OFF ON OFF 8 1600 ON ON OFF 16 3200 OFF OFF ON 32 6400 ON OFF ON 64 12800 OFF ON ON 表 5. 接线信号描述 信 号 功 能 CP 脉冲信号：下降沿有效，共阳极时脉冲低电平持续时间不小于 10μ s 时间不小于 时间不小于 0%。