機(jī)械手及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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填寫(xiě)說(shuō)明：(1) 課題性質(zhì)：可填寫(xiě)A工程設(shè)計(jì)；B論文；C. 工程技術(shù)研究；E.其它。(2) 課題來(lái)源：可填寫(xiě)A自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題；B企、事業(yè)單位委托課題；C校級(jí)基金課題；D自擬課題。(3) 除自擬課題外，其它課題必須要填寫(xiě)課題的名稱。(4) 參考文獻(xiàn)不能少于10篇。(5) 填寫(xiě)內(nèi)容的字體大小為小四，表格所留空不夠可增頁(yè)。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名王彬?qū)W 號(hào)2010963125專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師徐志遠(yuǎn)職 稱講師所在系機(jī)電系課題來(lái)源自擬課題課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題名稱機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、選題的依據(jù)、課題的意義及國(guó)內(nèi)外基本研究情況選題依據(jù)隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的操作方式也發(fā)生著革命性的變化。從手工作坊式的勞動(dòng)，逐步演變成自動(dòng)化、智能化的生產(chǎn)方式，人類也逐漸無(wú)法完成某些生產(chǎn)過(guò)程，所以為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要出現(xiàn)了特殊的生產(chǎn)工具-機(jī)械手。 機(jī)械手也被稱為自動(dòng)手，能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。研究和使用機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化和自動(dòng)化生產(chǎn)，從而減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和避免傷害。課題的意義機(jī)械手的應(yīng)用可以代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。研究和使用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)成本，符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，同時(shí)還可以避免勞動(dòng)者在生產(chǎn)中受到傷害。國(guó)內(nèi)外基本研究情況目前，在國(guó)內(nèi)外各種機(jī)器人和機(jī)械手的研究成為科研的熱點(diǎn)，其研究的現(xiàn)狀和大體趨勢(shì)如下：A機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體化；由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。B工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見(jiàn)小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。C機(jī)器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺(jué)、聲覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等多傳感器的融合技術(shù)來(lái)進(jìn)行決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)成為智能化機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)。D關(guān)節(jié)式、側(cè)噴式、頂噴式、龍門式噴涂機(jī)器人產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化設(shè)計(jì)；柔性仿形噴涂機(jī)器人開(kāi)發(fā)，柔性仿形復(fù)合機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)，仿形伺服軸軌跡規(guī)劃研究，控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)；E焊接、搬運(yùn)、裝配、切割等作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、模塊化、系列化研究；以及離線示教編程和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真?？偟膩?lái)說(shuō)，大體是兩個(gè)方向：其一是機(jī)器人的智能化，多傳感器、多控制器，先進(jìn)的控制算法，復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)；其二是與生產(chǎn)加工相聯(lián)系，滿足相對(duì)具體的任務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，主要采用性價(jià)比高的模塊，在滿足工作要求的基礎(chǔ)上，追求系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔、可靠，大量采用工業(yè)控制器，市場(chǎng)化、模塊化的元件。二、研究?jī)?nèi)容、預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措施研究?jī)?nèi)容本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的選擇和軟件的設(shè)計(jì)。本課題所研究的是常見(jiàn)的搬運(yùn)機(jī)械手，我們對(duì)其動(dòng)作的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括硬件的選擇和軟件的設(shè)計(jì)，硬件的選擇主要有電機(jī)的選型，傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，傳感器的選擇等等，而軟件的設(shè)計(jì)其主要內(nèi)容就是軟件的選擇，選用哪一種軟件來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和編寫(xiě)程序，以及最后的調(diào)試等。預(yù)計(jì)達(dá)到目的1. 上升，下降，夾緊等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)手段。2. 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。3. 運(yùn)用PLC控制動(dòng)作的轉(zhuǎn)換4. 完成基本設(shè)計(jì)后要達(dá)到以下要求：實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作；搬運(yùn)過(guò)程平穩(wěn)可靠，斷電情況下不會(huì)出現(xiàn)工件的脫落。關(guān)鍵理論和技術(shù)機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用機(jī)械傳動(dòng)方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā)生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置。在這里雖然不對(duì)機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但仍需對(duì)其有一定的了解，這里做簡(jiǎn)要介紹。(一)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機(jī)構(gòu)。1、手部即與物件接觸的部件由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪) 和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是由夾持部件和傳力機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運(yùn)動(dòng)形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時(shí)，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。而傳力機(jī)構(gòu)則通過(guò)手指產(chǎn)生夾緊力來(lái)完成夾放物件的任務(wù)。傳力機(jī)構(gòu)型式較多時(shí)常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。2、手臂(包括大臂和小臂) 是連接手部和手臂的部件，并可用來(lái)調(diào)整被抓取物件的方位(即姿勢(shì)) 3、手臂 手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是帶動(dòng)手指去抓取物件，并按預(yù)定要求將其搬運(yùn)到指定的位臵。工業(yè)機(jī)械手的手臂通常由驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)的部件(如油缸、氣缸、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)等)與驅(qū)動(dòng)源(如液壓、氣壓或電機(jī)等)相配合，以實(shí)現(xiàn)手臂的各種運(yùn)動(dòng)。 3、機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。 (二)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的。它由動(dòng)力裝置、調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有液壓傳動(dòng)、 氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)。在這里選擇采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)方式。 (三)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機(jī)械手按規(guī)定的要求運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)。目前工業(yè)機(jī)械手的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機(jī)械擋塊定位)系統(tǒng)組成。該機(jī)械手采用的是PLC程序控制系統(tǒng)，它支配著機(jī)械手按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予機(jī)械手的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 (四)位置檢測(cè)裝置 控制機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置，并隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置.技術(shù)指標(biāo)1在傳輸帶A端部，安裝了光電開(kāi)關(guān)PS，用以檢測(cè)物品的到來(lái)。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物品時(shí)為ON狀態(tài)。2.機(jī)械手在原位時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，系統(tǒng)起動(dòng)，傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)到物品后，傳送帶A停。3傳輸帶A停止后，機(jī)械手進(jìn)行一次循環(huán)動(dòng)作，把物品從傳送帶A上搬到傳送帶B(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)）上。4.機(jī)械手返回原位后，自動(dòng)再起動(dòng)傳送帶A運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。5按下停止按鈕后，應(yīng)等到整個(gè)循環(huán)完成后，才能使機(jī)械手返回原位，停止工作。6.機(jī)械手的上升下降和左移右移的執(zhí)行結(jié)構(gòu)均采用雙線圈的二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置實(shí)現(xiàn)，每個(gè)線圈完成一個(gè)動(dòng)作。7.抓緊放松由單線圈二位電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓裝置完成，線圈通電時(shí)執(zhí)行抓緊動(dòng)作，線圈斷電時(shí)執(zhí)行放松動(dòng)作。8.機(jī)械手的上升、下降、左移、右移動(dòng)作均由極限開(kāi)關(guān)控制。9.抓緊動(dòng)作由壓力繼電器控制，當(dāng)抓緊時(shí)，壓力繼電器動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。放松動(dòng)作為時(shí)間控制（設(shè)為1s）。完成課題的方案和措施研究步驟、方法：（1）了解執(zhí)行機(jī)構(gòu)：1）多關(guān)節(jié)機(jī)械手；2）多關(guān)節(jié)機(jī)械手的工作原理。 （2）硬件選擇：1）PLC選型；2）光電開(kāi)關(guān)；3）傳感器；4）各種電磁閥；5）繼電器；6）編碼盤；7）按鈕。（3）軟件編程：1）總體流程設(shè)計(jì)；2）各模塊梯形圖設(shè)計(jì)；3）系統(tǒng)調(diào)試。三、主要特色及工作進(jìn)度主要特色機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三部分組成。手部是用來(lái)抓持弓箭（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(jié)構(gòu)形式，本設(shè)計(jì)中主要采用夾持型。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使手部能完成實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作，完成搬運(yùn)過(guò)程，計(jì)劃設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)有三個(gè)自由度。控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來(lái)完成原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋來(lái)的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心是由PLC構(gòu)成，通過(guò)對(duì)PLC編程實(shí)現(xiàn)所要的功能。工作進(jìn)度（1）2014年01月23日到2014年03月10日 查閱資料，熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容（2）2014年03月11日到2014年03月20日完成開(kāi)題報(bào)告，制定設(shè)計(jì)方案（3）2014年03月21日到2014年04月20日機(jī)械手結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（4）2014年04月21日到2014年05月10日寫(xiě)出初稿（5）2014年05月11日到2014年05月20日修改，寫(xiě)出第二稿（6）2014年05月21日到2014年05月31日寫(xiě)出正式稿（7）2014年06月答辯四、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁(yè)碼列出）1 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005: 283-288. 2 熊幸明. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 22(11): 120-122. 3 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制M. 第三版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004: 146-162. 4 蔣少茵. PLC控制的機(jī)械手J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(2): 20-22.5 劉軒, 王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制J. 機(jī)床電器. 2006, (3): 34-49.6 郭劍暉. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌: 南昌大學(xué). 2012. 7 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京航天航空出版社.20098 郭艷萍.基于PLC的工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器,2007,9(9):31-329 蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,76(4):11-16.10 王勤.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M南京:東南大學(xué)出版社, 2003.11 http:/epub.cnki.net/kns/brief/default_result.aspx指導(dǎo)教師意 見(jiàn)指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系意見(jiàn)系主任簽名： 年 月 日院意見(jiàn) 教學(xué)院長(zhǎng)簽名： 年 月 日湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 2010963125 姓 名： 王 彬 指導(dǎo)教師： 徐志遠(yuǎn) 完成日期： 2014年05月20日 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2010963125 姓名： 王彬 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 徐志遠(yuǎn) 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 機(jī)械手在專用機(jī)床及自動(dòng)線上應(yīng)用十分廣泛，主要用于搬運(yùn)或裝卸零件的重復(fù)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 1、對(duì)機(jī)械手及控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作；搬運(yùn)過(guò)程平穩(wěn)可靠。 2、繪制一張總裝配圖。 3、獨(dú)立完成程序控制設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)符合控制要求的程序。 4、論文字?jǐn)?shù)要求：8000字以上。 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題 1、選用常見(jiàn)的搬運(yùn)機(jī)械手進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)其功能。 2、上升、下降、夾緊等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)手段。 3、電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。 4、運(yùn)用PLC控制動(dòng)作的轉(zhuǎn)換。 三、進(jìn)度安排序號(hào)各階段完成的內(nèi)容完成時(shí)間1查閱資料、熟悉設(shè)計(jì)內(nèi)容2013.12.21-2014.1.222開(kāi)題報(bào)告、制訂設(shè)計(jì)方案2014.1.232014.3.103機(jī)械手結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2014.3.112014.4.204寫(xiě)出初稿2014.4.212014.5.105修改，寫(xiě)出第二稿2014.5.112014.5.206寫(xiě)出正式稿2014.5.212014.5.317答辯2014.68四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1 王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005: 283-288. 2 熊幸明. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 22(11): 120-122. 3 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制M. 第三版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004: 146-162. 4 蔣少茵. PLC控制的機(jī)械手J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(2): 20-22. 5 劉軒, 王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制J. 機(jī)床電器. 2006, (3): 34-49. 6 郭劍暉. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌: 南昌大學(xué). 2012. 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào) 2010963125 姓名 王彬 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化四班 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。綜合評(píng) 價(jià)評(píng)閱人： 2014年 月 日湘潭大學(xué)興湘學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn) 學(xué)號(hào)： 2010963125 姓名： 王彬 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 28 頁(yè) 圖 表 1 張論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 內(nèi)容提要： 機(jī)械手在現(xiàn)代化自動(dòng)化生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛，它的應(yīng)用和普及為自動(dòng)化生產(chǎn)，安全生產(chǎn)提供了有力的條件，其中在機(jī)械手的應(yīng)用和普及中最為核心的就是機(jī)械手的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)是機(jī)械手的大腦和靈魂，它指揮著機(jī)械手完成特定的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能，在本次設(shè)計(jì)中，機(jī)械手的主要作用是進(jìn)行搬運(yùn)，因此其實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作有原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位，這些動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)使得機(jī)械手能過(guò)完整地完成一次物件的搬運(yùn)，從而節(jié)約物力和人力，有利于提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。該機(jī)械手的形狀和構(gòu)成如附件1中圖所示，而其控制功能的實(shí)現(xiàn)，這里選用的是西門子公司的S7-200軟件，通過(guò)編寫(xiě)的程序（如附件2，3），控制系統(tǒng)指揮各電子元件來(lái)完成其功能。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師： 年 月 日答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日答辯委員會(huì)意見(jiàn)答辯委員會(huì)主任： 年 月 日目 錄第1章 緒論 11.1 課題研究目的及意義 11.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)械手研究概況 11.3 課題研究的內(nèi)容和預(yù)計(jì)達(dá)到目的 2第2章 機(jī)械手介紹 32.1 機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 32.2 機(jī)械手控制系統(tǒng)選型 5第3章 S7-200系統(tǒng)的基本介紹 83.1 S7-200硬件系統(tǒng)基本構(gòu)成 83.2 S7-200PLC內(nèi)部資源 9第4章 電機(jī)和傳感器選擇 11 4.1 電機(jī)選擇 11 4.2 傳感器選擇 12第5章 控制部分設(shè)計(jì)14 5.1 電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) 14 5.2 PLC程序編寫(xiě) 15 5.3 PLC程序調(diào)試 24第6章 總結(jié) 26致謝 27主要參考文獻(xiàn) 28第1章緒論1.1課題研究的目的和意義機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊瑱C(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。國(guó)內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展?？删幊绦蚩刂破?PLC)是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。由于自動(dòng)化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國(guó)、加拿大等國(guó)家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來(lái)摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國(guó)自動(dòng)化水平本身比較低，因此用PLC來(lái)控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的。通過(guò)此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。1.2 國(guó)內(nèi)外機(jī)械手研究概況機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒(méi)有感覺(jué)外界環(huán)境信息的感覺(jué)器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺(jué)器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對(duì)控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類的簡(jiǎn)單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來(lái)，它是能感知外界環(huán)境與對(duì)象物，并具有對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對(duì)自己行為做出自主決策能力的智能化機(jī)械手。它能識(shí)別景物，具有觸覺(jué)、視覺(jué)、力覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)等多種感覺(jué)，能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識(shí)圖等多種仿生動(dòng)作，具有專家知識(shí)、語(yǔ)音功能和自學(xué)能力等人工智能。目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手（不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動(dòng)作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)作，如回避障礙物的移動(dòng)，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)等）。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來(lái)越多地裝備部隊(duì)。國(guó)外方面：近幾年國(guó)外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制。國(guó)內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。1.3課題研究的內(nèi)容和預(yù)計(jì)達(dá)到目的本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)編制PLC程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。利用組態(tài)軟件MCGS設(shè)計(jì)出人機(jī)界面，進(jìn)行設(shè)備和數(shù)據(jù)對(duì)象的連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的監(jiān)控。通過(guò)MCGS將機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示，使機(jī)械手的動(dòng)作形象化。提供較為直觀、清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，為維修和故障診斷提供多方面的可能性，充分提高系統(tǒng)的工作效率。本課題要達(dá)到的目的有：1.機(jī)械手的機(jī)構(gòu)能滿足其動(dòng)作要求，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。2.上升，下降，夾緊等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)手段。3.電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制。4.運(yùn)用PLC控制動(dòng)作的轉(zhuǎn)換4.完成基本設(shè)計(jì)后要達(dá)到以下要求：實(shí)現(xiàn)原位下降夾緊上升右移下降放松上升左移原位的動(dòng)作；搬運(yùn)過(guò)程平穩(wěn)可靠，斷電情況下不會(huì)出現(xiàn)工件的脫落。第2章機(jī)械手介紹在本課題中機(jī)械手主要是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三部分所構(gòu)成。其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)械手的機(jī)械部分，由于此課題主要研究的是通用機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以在這里不需要再另外進(jìn)行機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，所以這里只做簡(jiǎn)要的介紹。顧名思義在本課題中執(zhí)行機(jī)構(gòu)即是指機(jī)械手，而機(jī)械手又由手指，關(guān)節(jié)，大臂，小臂，支座等幾部分構(gòu)成，通過(guò)這幾部分來(lái)模擬人手臂，以期完成需要的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)其功能。與此同時(shí)在該裝置中驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電機(jī)來(lái)給予整個(gè)裝置提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)支持，它的選擇是經(jīng)過(guò)與其他驅(qū)動(dòng)方式相互比較后得來(lái)的，這一點(diǎn)在后面的論文中會(huì)有詳細(xì)的介紹。最后關(guān)于機(jī)械手的控制系統(tǒng)的選擇及其控制功能的實(shí)現(xiàn)，由于PLC軟件具有簡(jiǎn)單易學(xué)，使用和維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，設(shè)計(jì)施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，因此這里選擇的是PLC（可編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)。2.1機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型 該機(jī)械手一共具有三個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要三個(gè)動(dòng)力源。機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類型。這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表1表2-1三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照內(nèi)容驅(qū)動(dòng)方式液壓驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出功率 很大，壓力范圍為50140Pa大，壓力范圍為4860Pa，最大可達(dá)Pa 較大控制性能利用液體的不可壓縮性，控制精度較高，輸出功率大，可無(wú)級(jí)調(diào)速，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡控制氣體壓縮性大，精度低，阻尼效果差，低速不易控制，難以實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制控制精度高，功率較大，能精確定位，反應(yīng)靈敏，可實(shí)現(xiàn)高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服特性好，控制系統(tǒng)復(fù)雜響應(yīng)速度 很高較高 很高結(jié)構(gòu)性能及體積結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較大結(jié)構(gòu)適當(dāng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可標(biāo)準(zhǔn)化、模擬化，易實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)。功率/質(zhì)量比大，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，密封問(wèn)題較小伺服電動(dòng)機(jī)易于標(biāo)準(zhǔn)化，結(jié)構(gòu)性能好，噪聲低，電動(dòng)機(jī)一般需配置減速裝置，除DD電動(dòng)機(jī)外，難以直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)密封問(wèn)題安全性防爆性能較好，用液壓油作傳動(dòng)介質(zhì)，在一定條件下有火災(zāi)危險(xiǎn)防爆性能好，高于1000kPa(10個(gè)大氣壓)時(shí)應(yīng)注意設(shè)備的抗壓性設(shè)備自身無(wú)爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)，直流有刷電動(dòng)機(jī)換向時(shí)有火花，對(duì)環(huán)境的防爆性能較差對(duì)環(huán)境的影響液壓系統(tǒng)易漏油，對(duì)環(huán)境有污染排氣時(shí)有噪聲無(wú)在工業(yè)機(jī)械手中應(yīng)用范圍適用于重載、低速驅(qū)動(dòng)，電液伺服系統(tǒng)適用于噴涂機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手和托運(yùn)機(jī)械手適用于中小負(fù)載驅(qū)動(dòng)、精度要求較低的有限點(diǎn)位程序控制機(jī)械手，如沖壓機(jī)械手本體的氣動(dòng)平衡及裝配機(jī)械手氣動(dòng)夾具適用于中小負(fù)載、要求具有較高的位置控制精度和軌跡控制精度、速度較高的機(jī)械手，如AC伺服噴涂機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、裝配機(jī)械手等成本液壓元件成本較高成本低成本高維修及使用方便，但油液對(duì)環(huán)境溫度有一定要求方便較復(fù)雜機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有：1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；2）反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換；3）驅(qū)動(dòng)盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要?。?）安全可靠；5）操作和維護(hù)方便；6）對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要??；7）經(jīng)濟(jì)上合理，尤其要盡量減少占地面積。基于上述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)機(jī)械手進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。2.2機(jī)械手控制系統(tǒng)選型傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制主要由繼電器或分立的電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對(duì)少一些，目前僅在一些舊式的、簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場(chǎng)，但該控制方式卻有以下致命缺陷：（1）僅適合于簡(jiǎn)單的邏輯控制；（2）僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒(méi)有通用性；（3）沒(méi)有改動(dòng)和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)控制方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）硬件上至少有一個(gè)微處理器；（2）通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：（1）可編程序邏輯控制器（PLC）；（2）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）；（3）集散控制系統(tǒng)（DCS）。下面對(duì)著三種控制方式做簡(jiǎn)要的介紹和對(duì)比： 計(jì)算機(jī)是為了滿足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要用在連續(xù)過(guò)程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)，側(cè)重于開(kāi)關(guān)量順序控制方面。近年來(lái)隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運(yùn)算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個(gè)集散系統(tǒng)。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到PLC系統(tǒng)中。PLC在過(guò)程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場(chǎng)總線，暨向下拓展功能，開(kāi)放總線。在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來(lái)看，PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類似的一些微電子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點(diǎn)。由于PLC和計(jì)算機(jī)屬于兩類產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。PLC用編程器或計(jì)算機(jī)編程，編程語(yǔ)言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機(jī)的區(qū)別，無(wú)論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機(jī)，但是從開(kāi)關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機(jī)?？偟膩?lái)說(shuō)，在選擇控制器時(shí)，首先要從工程要求、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。沒(méi)有哪種控制器是絕對(duì)完善的，也沒(méi)有哪種產(chǎn)品絕對(duì)差，只能說(shuō)根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品。PLC實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其控制功能基本都是通過(guò)設(shè)計(jì)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種軟件是利用PLC廠商提供的指令系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)備的工藝流程來(lái)設(shè)計(jì)。PLC自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，在美國(guó)、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前，PLC在國(guó)際市場(chǎng)上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為世界潮流。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力。編程安裝使用簡(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。比之單片機(jī)，它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端（輸入端）為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程，用來(lái)完成各種各樣的復(fù)雜程度不同的工業(yè)控制任務(wù)。 PLC具有很多的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械手控制系統(tǒng)若采用PLC控制，體積小、重量輕、控制方式靈活、可靠性高、操作簡(jiǎn)單、維修容易。由于PLC所具有的靈活性、模塊化、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的不同工作要求。機(jī)械手采用PLC控制技術(shù)，可以大大提高該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，用PLC控制系統(tǒng)可方便地更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。綜上所述，機(jī)械手的控制方式選擇PLC控制(這里采用最新版的S7-200系列PLC).第3章S7-200系統(tǒng)的基本介紹S7-200PLC是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。在2000年以前，西門子在中國(guó)市場(chǎng)的PLC產(chǎn)品主要是大中型的PLC，日本的小型PLC占據(jù)了中國(guó)的大部分市場(chǎng)份額。在S7-200推出后，這種情況得到了明顯的改變，最近幾年以來(lái)的小型PLC市場(chǎng)上S7-200成為了主流產(chǎn)品。3.1 S7-200硬件系統(tǒng)基本構(gòu)成S7-200PLC屬于小型PLC，其主機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是整體式，主機(jī)上有一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點(diǎn)，一個(gè)主機(jī)單元就是一個(gè)系統(tǒng)。它還可以進(jìn)行靈活的擴(kuò)展，如果I/O點(diǎn)數(shù)量不夠，則可以增加I/O擴(kuò)展模塊；如果需要其他特殊的功能，則可以增加相應(yīng)的功能模塊。一個(gè)完整的系統(tǒng)組成由主機(jī)單元，擴(kuò)展單元，特殊功能模塊，相關(guān)設(shè)備，軟件五部分構(gòu)成，其構(gòu)成如圖3-1所示。圖3-1主機(jī)單元：又叫基本單元或CPU模塊。它是由CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等組成，是PLC的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。擴(kuò)展單元：也稱擴(kuò)展模塊。當(dāng)主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)的數(shù)量不同（如4點(diǎn)，8點(diǎn)，16點(diǎn)等），性質(zhì)不同（如DI,DO,AI,AO等），供電電壓不同（如DC24V,AC220V等），I/O擴(kuò)展模塊有多種類型。每個(gè)CPU所能鏈接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能用的I/O點(diǎn)數(shù)是由多種因素共同決定的。S7-200的I/O擴(kuò)展模塊有EM221，EM222，EM223，EM231,EM232，EM235等。在此次的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于其主程序的網(wǎng)絡(luò)有三十多條但PLC只提供了25條輸入網(wǎng)絡(luò)因此需要用到一個(gè)輸入擴(kuò)展模塊EM221，這里選擇使用一個(gè)16點(diǎn)的DC。特殊功能模塊：當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)時(shí)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某種特殊控制任務(wù)的一些裝置，如運(yùn)動(dòng)控制模塊，特殊通信模塊等。相關(guān)設(shè)備：相關(guān)設(shè)備是為充分利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開(kāi)發(fā)，使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備，人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。軟元件：用戶使用的PLC中的每一個(gè)輸入/輸出，內(nèi)部存儲(chǔ)單元，定時(shí)器等都稱作軟元件。軟元件有其不同的功能，有固定的地址。軟元件的數(shù)量決定了可編程控制器的規(guī)模和數(shù)據(jù)處理能力，每一種PLC的軟元件數(shù)量是有限的。在該設(shè)計(jì)方案中，需要用到的軟元件有輸入繼電器，輸出繼電器，通用輔助繼電器，變量存儲(chǔ)器，定時(shí)器等。1.輸入繼電器位于PLC存儲(chǔ)器額的輸入過(guò)程映像寄存器（Process-Image Input Register）區(qū)，其外部有一對(duì)物理的輸入端子與之對(duì)應(yīng)，該觸點(diǎn)用于接收外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)，比如按鈕，行程開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)等傳感器的信號(hào)都是通過(guò)輸入繼電器的物理端子接入到PLC的。當(dāng)外部的開(kāi)關(guān)信號(hào)閉合，則輸入繼電器的線圈得電，在程序中其常開(kāi)觸電閉合，常閉觸電斷開(kāi)。這些觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用次數(shù)不受限制。每個(gè)輸入繼電器都對(duì)應(yīng)有一個(gè)映像寄存器，在每個(gè)掃描周期的開(kāi)始，PLC對(duì)個(gè)輸入點(diǎn)進(jìn)行采樣，并把采樣值通過(guò)輸入繼電器送到映像寄存器。PLC在接下來(lái)的本周期各階段不在改變輸入映像寄存器中的值，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段。實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)不能超過(guò)PLC所提供的具有外部接線端子的輸入繼電器的數(shù)量，具有地址而未用的輸入映像區(qū)可能有剩余，它們可以做其他編程元件使用，但為了程序的清晰和規(guī)范，建議不報(bào)這些未用的輸入繼電器作為它用。2.輸出繼電器位于PLC存儲(chǔ)器的輸出過(guò)程映像寄存器（Process-Image Outout Register）區(qū)，都有一個(gè)PLC上的物理輸出端子與之對(duì)應(yīng)。當(dāng)通過(guò)程序使得輸出繼電器線圈得電時(shí)，PLC上的輸出端開(kāi)關(guān)閉合，可以作為控制外部負(fù)載的開(kāi)關(guān)信號(hào)。同時(shí)在程序中其常開(kāi)觸電閉合，常閉觸電斷開(kāi)。這些內(nèi)部的觸點(diǎn)可以在編程時(shí)任意使用，使用次數(shù)不受限制。在每個(gè)掃描周期的輸入采樣、程序執(zhí)行等階段，并不把輸出結(jié)果信號(hào)直接送到輸出繼電器，而只是輸出映像寄存器；只有在每個(gè)掃描周期的最后階段才將輸出映像寄存器中的結(jié)果同時(shí)送到輸出鎖存器，對(duì)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新。實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)不能超過(guò)PLC所提供的具有外部接線端子的輸入繼電器的數(shù)量，未用的輸出映像寄存器可做它用；但為了程序的清晰和規(guī)范，建議不使用這些未用的輸出繼電器。3.通用輔助繼電器（或中間繼電器）位PLC存儲(chǔ)器的位存儲(chǔ)器（Bit Memory Area）區(qū)，其作用和繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相同，它在PLC中沒(méi)有外部的輸入端子或輸出端子與之對(duì)應(yīng)，因此它不能受外部信號(hào)的直接控制，其觸點(diǎn)也不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。這是它與輸入繼電器和輸出繼電器的主要區(qū)別。它主要用來(lái)在程序設(shè)計(jì)中處理邏輯控制任務(wù)。4.變量存儲(chǔ)器（Variable Memory）用來(lái)存儲(chǔ)變量的值，他可以存放程序執(zhí)行過(guò)程中的控制邏輯操作的中間結(jié)果，也可以使用變量存儲(chǔ)器來(lái)保存與工序或任務(wù)相關(guān)的其他數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)或值可以是數(shù)值，也可以是“1”或“0”這樣的位邏輯值。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)或使用大量的存儲(chǔ)單元邏輯時(shí)，變量存儲(chǔ)器會(huì)經(jīng)常使用。5.定時(shí)器(Timer)是可編程序控制器中重要的編程元件，是累計(jì)時(shí)間增量的內(nèi)部器件。電氣自動(dòng)控制的大部分領(lǐng)域都需要用定時(shí)器進(jìn)行時(shí)間控制，靈活地使用定時(shí)器可以編制出復(fù)雜動(dòng)作的控制程序。定時(shí)器的工作過(guò)程與繼電接觸控制系統(tǒng)的時(shí)間繼電器基本相同，但他沒(méi)有瞬動(dòng)觸點(diǎn)。使用時(shí)要提前輸入時(shí)間預(yù)設(shè)值，當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿足時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0開(kāi)始按一定的時(shí)間單位增加；當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器觸點(diǎn)動(dòng)作。利用定時(shí)器的觸點(diǎn)就可以完成所需要的定時(shí)控制任務(wù)。第4章電機(jī)和傳感器選擇4.1電機(jī)選擇 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下表4-1、表4-2、表4-3、表4-4所示。PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接及工作原理，如圖4-2所示。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、信號(hào)輸出部分等，利用驅(qū)動(dòng)器可以很方便的對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向進(jìn)行控制。驅(qū)動(dòng)器電源由面板上電源模塊提供，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)端采用+24V供電，需加1.5K限流電阻（見(jiàn)圖4-2中1.5K電阻）。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效。PLC通過(guò)控制其輸出點(diǎn)來(lái)控制驅(qū)動(dòng)器光耦的開(kāi)合，當(dāng)PLC輸出線圈得電表4-1 電氣規(guī)格說(shuō)明最小值典型值最大值單位供電電壓182440V均值輸出電流0.2111.50A邏輯輸入電流61530mA步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率100kHz脈沖低電平時(shí)間51s表4-2 電流設(shè)定細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部確定動(dòng)態(tài)改細(xì)分/禁止工作OFFOFFOFF表4-3 接線信號(hào)描述信 號(hào)功 能PUL脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步DIR方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，TTL平驅(qū)動(dòng)OPTO光耦驅(qū)動(dòng)電源ENA使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止GND直流電源地+V直流電源正極，典型值+24VA+電機(jī)A相A-電機(jī)A相B+電機(jī)B相B-電機(jī)B相時(shí)，晶體管導(dǎo)通，相應(yīng)的觸電輸出低電平，使驅(qū)動(dòng)器光耦導(dǎo)通，當(dāng)PLC輸出線圈失電時(shí)，晶體管關(guān)斷，使驅(qū)動(dòng)器光耦截止。另外若不采用驅(qū)動(dòng)器，而采用PLC輸出觸點(diǎn)直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，會(huì)占用很多的輸出觸點(diǎn)，同時(shí)給編程帶來(lái)不便。圖4-1 PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接及工作原理4.2傳感器選擇 本裝置中使用的傳感器有接近開(kāi)關(guān)和行程開(kāi)關(guān)?；蜌鈯A的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開(kāi)關(guān)（金屬傳感器），通過(guò)調(diào)整基座和氣夾上的金屬塊的位置，可以在一定范圍內(nèi)改變基座圖4-2 傳感器工作原理圖和氣夾的旋轉(zhuǎn)角度。機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開(kāi)關(guān)來(lái)限位，并通過(guò)改變行程開(kāi)關(guān)的位置來(lái)調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍。1、接近開(kāi)關(guān)：接近開(kāi)關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號(hào)，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。與PLC之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，輸出端對(duì)地接通。PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路，PLC信號(hào)輸入有效，工作原理如上圖所示。2、行程開(kāi)關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開(kāi)關(guān)時(shí)，常開(kāi)點(diǎn)閉合。第5章控制部分設(shè)計(jì)機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度、加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種?？刂葡到y(tǒng)可根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制。它首先要編制程序加以存儲(chǔ)，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手進(jìn)行工作程序的存儲(chǔ)方式有分離存儲(chǔ)和集中存儲(chǔ)兩種。 分離存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息分別存儲(chǔ)于兩種以上的存儲(chǔ)裝置中，如順序信息存儲(chǔ)于插銷板、凸輪轉(zhuǎn)鼓、穿孔帶內(nèi)；位置信息存儲(chǔ)于時(shí)間繼電器、定速回轉(zhuǎn)鼓等；集中存儲(chǔ)是將各種控制因素的信息全部存儲(chǔ)于一種存儲(chǔ)裝置內(nèi)，如磁帶、磁鼓等。這種方式使用于順序、位置、時(shí)間、速度等必須同時(shí)控制的場(chǎng)合，即連續(xù)控制的情況下使用。其中插銷板使用于需要迅速改變程序的場(chǎng)合。換一種程序只需抽換一種插銷板限可，而同一插件又可以反復(fù)使用；穿孔帶容納的程序長(zhǎng)度可不受限制，但如果發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)就要全部更換；穿孔卡的信息容量有限，但便于更換、保存，可重復(fù)使用；磁蕊和磁鼓僅適用于存儲(chǔ)容量較大的場(chǎng)合。至于選擇哪一種控制元件，則根據(jù)動(dòng)作的復(fù)雜程序和精確程序來(lái)確定。對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手，采用求教再現(xiàn)型控制系統(tǒng)。更復(fù)雜的機(jī)械手采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)以插銷板用的最多，其次是凸輪轉(zhuǎn)鼓。它裝有許多凸輪，每一個(gè)凸輪分配給一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)鼓運(yùn)動(dòng)一周便完成一個(gè)循環(huán)。5.1電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) 由于搬運(yùn)機(jī)械手的工作是一種往復(fù)運(yùn)動(dòng)，就要求電動(dòng)機(jī)能可逆運(yùn)行。由電動(dòng)機(jī)原理可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的三相電源進(jìn)線中任意兩相對(duì)調(diào)，電動(dòng)機(jī)即可反向運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，可借助接觸器改變定子繞組相序來(lái)實(shí)現(xiàn)正反向的切換工作，其線路如圖5-1所示。當(dāng)出現(xiàn)誤操作，即同時(shí)按正反向啟動(dòng)按鈕SF2和SF3時(shí)，若采用5-1（a）所示線路，將造成短路故障，如圖中虛線所示因此正反相間需要有一種連鎖關(guān)系。通常采用圖5-1（b）所示的電路，將其中的一個(gè)接觸器的常閉觸點(diǎn)串入另一個(gè)接觸器線圈電路，則任一接觸器線圈先帶電后，即使按下相反方向按鈕，另一接觸器也無(wú)法得電。這種連鎖通常稱作互鎖，即兩者存在相互制約的關(guān)系。工程上通常還使用帶有機(jī)械互鎖的可逆接觸器，進(jìn)一步保證兩者不能同時(shí)通電，提高可靠性。圖5-1（b）所示的電路要實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，必須先停止正轉(zhuǎn)運(yùn)行，再按反向啟動(dòng)按鈕才行，反之亦然。所以這個(gè)電路稱作“正-停-反”控制。圖5-1（c）所示的電路可以實(shí)現(xiàn)不按停止按鈕，直接按方向按鈕就能使電動(dòng)機(jī)反向工作。這個(gè)電路稱作“正-反-?！笨刂啤Ｔ谶@里我們選擇圖5-1（c）所示的電路圖。圖5-1正反向工作的控制線路5.2 PLC程序編寫(xiě)（1）輸入/輸出點(diǎn)地址分配輸入點(diǎn)： 輸出點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕SF1 I0.0 原始位置指示燈PG Q0.0停止按鈕SF2 I0.1 抓放物體手指MB Q0.1上限位開(kāi)關(guān)BG1 I0.2 下行接觸器QA1 Q0.2下限位開(kāi)關(guān)BG2 I0.3 上行接觸器QA2 Q0.3左限位開(kāi)關(guān)BG3 I0.4 右行接觸器QA3 Q0.4右限位開(kāi)關(guān)BG4 I0.6 左行接觸器QA4 Q0.5（2）系統(tǒng)功能如圖5-2所示，梯形圖如圖5-3所示，語(yǔ)句表如圖5-4所示。（3）簡(jiǎn)要說(shuō)明a在機(jī)械臂上、下、左、右行走的控制中，使用了一個(gè)軟件連鎖粗點(diǎn)，替代了SM0.0. b.S7-200PLC的順控指令不支持直接輸出（=）的雙線圈操作。如果在圖5-2中的狀態(tài)S0.1的SCR段有Q0.2（下行）輸出，在狀態(tài)S1.0的SCR段也有Q0.2輸出，則不管在什么情況下，在前面的Q0.2永遠(yuǎn)不會(huì)有效。這是S7-200PLC順控指令設(shè)計(jì)方面的缺陷，給用戶的使用帶來(lái)了極大的不便。所以在使用S7-200PLCD的順控指令時(shí)一定不要有雙線圈輸出。為解決這個(gè)問(wèn)題，可采用中間繼電器邏輯過(guò)渡一下。凡是有重復(fù)使用的相同輸出驅(qū)動(dòng)，在SCR段中先用中間繼電器表示其分段的輸出邏輯，在程序的最后再進(jìn)行合并輸出處理。但左行時(shí)只有在狀態(tài)S1.3中用到了Q0.5，所以就不用中間過(guò)渡處理了。圖5-2 機(jī)械臂裝置功能圖圖5-3機(jī)械臂裝置梯形圖圖5-4 機(jī)械臂裝置語(yǔ)句表5.3 PLC程序調(diào)試由于PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運(yùn)行。因此，討論P(yáng)LC設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。1、 輸入接線（1）輸入接線一般不要超過(guò)30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開(kāi)。 （3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉赑LC輸入回路中，防止信號(hào)干擾，使PLC輸入信號(hào)大大增強(qiáng)。2、電源接線電源是PLC引入干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高PLC的可靠性有很大幫助。PLC的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開(kāi)。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開(kāi)關(guān)電源等。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來(lái)抗干擾。隔離變壓器是初級(jí)和次級(jí)之間采用隔離屏蔽層，用漆包線或同等非導(dǎo)磁材料組成，電器回路上不允許短路，兩極各引出一個(gè)接地抽頭。初級(jí)與次級(jí)之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。在選用交流穩(wěn)壓器時(shí)，一般可按照實(shí)際最大需求容量的130%計(jì)算。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠。PLC供電電源為50Hz、220V10%的交流電。由于本設(shè)計(jì)使用的是STEP7系列可編程控制器，所以有直流24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開(kāi)關(guān)或接近開(kāi)關(guān)）提供直流24V電源。3、接地正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。良好的接地是保證PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。在程序調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，但最終都一一解決了。在使用STL指令編程時(shí)，剛開(kāi)始由于對(duì)STL指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯(cuò)誤，加上機(jī)械手模型裝置本身存在的一些問(wèn)題，所以在調(diào)試程序時(shí)，機(jī)械手動(dòng)作不符合控制要求。經(jīng)過(guò)不斷查閱資料，研究、改進(jìn)，最終程序調(diào)試成功。機(jī)械手運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。第6章 總 結(jié)在本次課題設(shè)計(jì)中，機(jī)械手模型控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，大大提高了該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器和硬件接線，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，使用PLC進(jìn)行控制可方便更改生產(chǎn)流程，增強(qiáng)控制功能。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機(jī)械手控制系統(tǒng)具有了很大的靈活性和可操作性。可編程控制器PLC以其豐富的I/O接口模塊、高可靠性，在機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中起了非常重要的作用，但在PLC控制的過(guò)程中還有許多的問(wèn)題需要解決，本人在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了許多的問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)努力和查找個(gè)方面的資料最終都解決了。該搬運(yùn)機(jī)械手充分利用了自動(dòng)化技術(shù)，根據(jù)應(yīng)用工況的情況，選擇相應(yīng)功能和參數(shù)的模塊，像搭積木一樣進(jìn)行組合。這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，反映了自動(dòng)化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向，也將始終貫穿于機(jī)械手的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用中。該機(jī)械手既可以用于專用的場(chǎng)合，又可以作為通用機(jī)械手用于其它的工業(yè)場(chǎng)合，手部可以按需要配置其它機(jī)構(gòu)，適用范圍較廣 主要參考文獻(xiàn)1王本軼. 機(jī)床設(shè)備控制基礎(chǔ)M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2005: 283-288. 1 熊幸明. 一種工業(yè)機(jī)械手的PLC控制J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006, 22(11): 120-122. 2 王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制M. 第三版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004: 146-162. 3 蔣少茵. PLC控制的機(jī)械手J. 微計(jì)算機(jī)信息, 2002, 18(2): 20-22.4 劉軒, 王麗偉. 機(jī)械手的PLC控制J. 機(jī)床電器. 2006, (3): 34-49.5 郭劍暉. 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)D. 南昌: 南昌大學(xué). 2012. 6 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京航天航空出版社.20097 郭艷萍.基于PLC的工業(yè)機(jī)械手控制系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器,2007,9(9):31-328 蔡自興.機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展戰(zhàn)略J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,76(4):11-16.9 王勤.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)M南京:東南大學(xué)出版社, 2003.10 http:/epub.cnki.net/kns/brief/default_result.aspx致 謝 時(shí)光的流逝也許是客觀的，然而流逝的快慢卻純是一種主觀的感受。當(dāng)自己 終于可以從考研、找工作、畢業(yè)論文的壓力下解脫出來(lái)，長(zhǎng)長(zhǎng)地吁出一口氣時(shí)， 我忽然間才意識(shí)到，原來(lái)四年已經(jīng)過(guò)去，到了該告別的時(shí)候了。一念至此，竟有些恍惚，所謂白駒過(guò)隙、百代過(guò)客云云，想來(lái)便是這般惆悵了?？墒菒澣恢?總要說(shuō)些什么。大學(xué)四年，生活其實(shí)很簡(jiǎn)單，只是一些讀書(shū)、寫(xiě)字和考試的周而復(fù)始。如果把這種單調(diào)的生活看作一場(chǎng)場(chǎng)循環(huán)的演出，那么我只是一個(gè)安靜的演員。這篇畢業(yè)論文也稱不上什么精彩的臺(tái)詞，只不過(guò)是這種循環(huán)演出即將告一段落時(shí)的謝幕詞。但是無(wú)論多么蹩腳的演員，無(wú)論臺(tái)下有多少觀眾，即使是只說(shuō)給自己聽(tīng)，在他謝幕時(shí)也總要感激一些人，是這些人幫助他走上舞臺(tái)，成功或者不那么成功地“演出”。我在這里首先要感謝的是我的學(xué)位論文指導(dǎo)老師徐志遠(yuǎn)老師。這篇畢業(yè)論文從開(kāi)題、資料查找、修改到最后定稿，如果沒(méi)有他的幫助，尚不知以何等糟糕的面目出現(xiàn)。我很自豪有這樣一位老師，他值得我感激和尊敬。 感謝和我共度四年美好大學(xué)生活的2010級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化四班的全體同學(xué)。感謝興湘學(xué)院所有授課老師，你們使我終身受益。感謝所有關(guān)心、鼓勵(lì)、支持我的家人、親戚和朋友。37