机电学院毕业论文机械手plc控制系统

机电学院毕业论文机械手plc控制系统内容摘要：

elopment in recent years, and achieved certain results, attention by the machinery industry and railway industries. Key Words: Manipulator PLC Inverter AC m 机械手的 PLC 控制 4 第一章 机械手机械结构 1． 1 传动机构 1．螺旋机构 螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成，其主要功能是将转动变换为直线运动，并同时传递运动和动力，按螺旋副中的摩擦性质，螺旋机构可以分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机 构两种类型。 螺旋机构具有结构简单，制造方便，传动平稳，无噪声易于自锁等优点。 2. 滑动螺旋机构 螺旋副内为滑动摩擦的的螺旋机构，称为滑动螺旋机构。 滑动螺旋机构所用的螺纹为传动性能好，效率高的矩形、梯形和锯齿形螺纹。 滑动螺旋机构由螺母和螺杆组成。 根据机构的组成及运动方式，滑动螺旋机构又分为以下 两种。 （ 1）．由螺母和螺杆组成的滑动螺旋机构，螺母与机架固联，螺杆转动并移动（如图11b 所示），这种螺旋机构以传递动力为主，故又称传力螺旋机构。 一般要求用较小的转矩产生较大的轴向力，多用在工作时间短，速度较低的场合。 （ 2）．由螺母、螺杆和机架组成的滑动螺旋机构，如图 11a 所示，螺杆转动，螺母移动，这种螺旋机构以传递运动为主，故又称为传导螺旋机构。 本文所介绍的机械手的竖轴就是用的传导螺旋机构。 这种传动形式结构紧凑，刚度较大，传动效率高，精度高。 （ a）螺杆转动，螺母移动 (b) 螺母固定，螺杆转动并移动 图 11 3．滚动螺旋机构 螺旋副内为滚动摩擦的螺旋机构，称为滚动螺旋机构或滚珠丝杠。 其机构特点是机械手的 PLC 控制 5 在螺杆和螺母之间设有封闭循环滚道，并在其间放如刚球，当螺杆转动时，刚球沿螺旋滚道滚动并带动螺母作直线运动。 按循环方式的不同，分为外循环和内循环两种形式。 滚珠始终在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环叫内循环。 滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环叫外循环（如图 12 所示）。 外循环螺母只需设置一个反向器，当滚珠进入反向器时，就被阻止而转弯，从返回通道 回到滚道的另一端，形成一个循环回路。 机械手的横向运动采用的便是滚动螺旋传动。 滚动螺旋机构摩擦阻力小，动作灵敏度高，传动效 率高，可达 90% 以上。 用调整的方法可消除间 隙，传动精度高。 图 12 第二章可编程控制 PLC 2． 1 PLC 简介 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来， PLC 得到了快速发展，在世界各地得到 了广泛应用。 同时， PLC 的功能也不断完善。 随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高， PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。 今天的 PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品， PLC 在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的 PLC 年增长率保持为 20%～ 30%。 随着工厂自动化程度的不断提高和 PLC 市场容量基数的不断扩大，近年来 PLC 在工业发达国家的增长速度放缓。 但是，在中国等发展中国 家 PLC 的增长十分迅速。 综合相关资料， 2020 年全球 PLC 的销售收入为 100 亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 PLC 只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。 它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。 用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序存储器中。 运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。 PLC 的 CPU 内机械手的 PLC 控制 6 有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 END 指令），然后再返回起始步循环运算。 PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。 不同型号的 PLC，循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间。 PLC 用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。 它把所有的输入都当成开关量来处理， 16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。 大型 PLC 使用另外一个CPU 来完成模拟量的运算。 把计算结果送给 PLC 的 控制器。 相同 I/O 点数的系统，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大约能省 40%左右）。 PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 DCS 要低很多。 一个 PLC 的控制器，可以接收几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个 I/O）。 如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用 PLC 较为合适。 PLC 由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 2． 2 PLC 内部原理 PLC 实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一 的。 如图 所示， PLC 硬件的基 本结构图所示： 编 程 器 中央处理单元 （ CPU） 输入电路 输出电路 系统程序存储区 用户程序存储区 电源 机械手的 PLC 控制 7 图 21 PLC 硬件的基本结构图 （ 1）中央处理单元（ CPU） 中央处理单元（ CPU）是 PLC 的控制中枢。 它按照 PLC 系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能检查用户程序的语法错误。 当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区 , 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。 并将逻辑或算术运算等结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。 等所有的用户程序执行完毕以后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行为止。 （ 2）存储器 与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。 才能构成一台完整的 PLC。 PLC 的软件分为两部分 : 系统软件和应用软件。 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 PLC 存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC 的 CPU 的最大可寻址存储空间各不相同，但是根据 PLC 的工作原理， 其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区，系统 RAM 存储区（包括 I/O 映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。 它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。 由制造厂商将其固化在 EPROM中，用户不能够直接存取。 它和硬件一起决定了该 PLC 的各项功能。 系统 RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储 区。 （ A） I/O 映象区 由于 PLC 投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。 因此，它需要有一定数量的存储单元（ RAM）以供存放 I/O 的状态和数据，这些存储单元称作 I/O 映象区。 一个开关量 I/O占用存储单元中的一个位（ bit） , 一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字（ 16 个 bit)。 因此，整个 I/O 映象区可看作由开关量的 I/O 映象区和模拟量的 I/O 映象区两部分组成。 （ B） 系统软设备存储区 机械手的 PLC 控制 8 除了 I/O 映象区以外，系统 RAM 存储区还包括 PLC 内部各类软设备（逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。 该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 PLC 断电时，由内部的锂电子供电。 使这部分存储单元内的数据得以保留；后。