机械设计制造及其自动化专业毕业论文(设计)——基于plc的柔性制造系统的搬运机构的控制系统设计

机械设计制造及其自动化专业毕业论文(设计)——基于plc的柔性制造系统的搬运机构的控制系统设计内容摘要：

较低。 可直接采用齿轮减速以实现回转。 齿轮减速：工作可靠，使用寿命长；瞬时传动比为常数；减速效率高；结构紧凑；功率和速度适 用范围很广等。 6 三江高等职业技术学院 2020届本科生毕业设计（论文） 图 电气传动使利用电动机直接驱动执行机构，以获得机械手的各种运动。 采用步进电机驱动，机械手的位移和运动速度，可由电控系统发出脉冲信号数量及脉冲信号频率来控制。 步进电机能 够达到比较高的重复定位精度。 步进电机 (stepping motor)是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 当步进驱动器收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为 “布距角 ”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的：同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有累积误差（精度为 100%）的特点，广泛的用于各种开环控制。 步进电机分为机电式及磁电式两种基本类型。 7 三江高等职业技术学院 2020届本科生毕业设计（论文） 机电式步进电机由铁芯、线圈、齿轮机构等组成。 螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其铁芯芯子运动，通过齿轮机构是输出轴转动角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动角度，依次进行步进运动。 磁电式步进电动机主要有永磁式、反应式和永磁感应子式 3种形式。 永磁式步进电动机由四相绕组组成。 A相绕组通电时，转子磁钢将转向该相所确定的磁场方向； A相 断电、 B相绕组通电时，就产生一个新的磁场方向，这是，转子就转动一个角度而位于新的磁场方向上，被激励相的顺序决定了转子转动方向。 永磁式步进电动机消耗功率小，步距角较大。 缺点是启动频率和运行频率较低。 反应式步进电动机在定、转子铁芯的内外表面上设有按一定规律分析的相近齿槽，利用这两种齿槽的相对位置变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。 这种步进电动机步距角可做到 1176。 ～15176。 ，甚至更小，精度容易保证，起动和运动频率较高，但消耗较大，效率较低。 永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机。 是永磁式步进电动机和反应式步进 电动机两者的结合，并兼有两者的优点。 步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。 步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。 而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频性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 Mjmax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： 8 三江高等职业技术学院 2020届本科生毕业设计（论文） 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 △ 2 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。 表 42HS003步进电机电气技术数据 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： 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： 1307333mm/280g 9 三江高等职业技术学院 2020届本科生毕业设计（论文） 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 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。 10 三江高等职业技术学院 2020届本科生毕业设计（论文） 图 11 三江高等职业技术学院 2020届本科生毕业设计（论文） 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。 PLC的选择 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。 PLC控制系统设计步骤 分析被控对象，提出控制要求。 12 三江高等职业技术学院 2020届本科生毕业设计（论文） 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 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 90TM。