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本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
論 文 題 目： 桌面式自動鎖螺絲機設計學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機械設計制造及其自動化
學 生 姓 名： 指導教師（職稱）：
年 12 月 22 日 填
畢業(yè)論文（設計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文
（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù)
1. 論文（設計）題目及研究領域；
2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）；
3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；
2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。
五、其他要求
1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2. 開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5. 開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
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一、選題依據(jù)1.研究領域
機電控制 機械設計
2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值
螺絲在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中隨處可見，在手表、手機、家電產(chǎn)品、機械設備等中使用了各種各樣的螺絲。在工業(yè)產(chǎn)品的裝配中，廣泛使用螺紋連接來緊固。大量的螺紋裝配需要人工來完成，機械裝配操作仍然是高度勞動密集型工作。全球工業(yè)裝配中，近 70%由螺紋連接構(gòu)成。螺紋連接占全部裝配工作量的 1/3，可見提高螺絲的裝配效率在如今這個人力資源匱乏、工人待遇提高的社會背景下具有重要的意義。在當今屬自由競爭市場的環(huán)境下，要達到利潤的最大化就務必使得成本最低化，公司可控的成本部分包括人工、設備和管理成本等部分，自動鎖螺絲機可以有效的降低由于人工和設備帶來的企業(yè)成本。自動鎖螺絲機又稱為自動螺絲鎖緊機、自動螺絲鎖付機、工業(yè)擰緊裝置等。是用自動化機構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工完成螺絲的取、放、擰緊的自動化裝置。
把可編程控制器 PLC 控制的控制系統(tǒng)應用到自動鎖螺絲機中 ,使各電動機各檔位速度、加速時間、制動時間都可以根據(jù)實際工作情況條件設定,而且十分方便。更重要的是解決了設備檢修時，,給檢修人員分析、判斷和排除電氣故障提供了方便， 并且檢修速度明顯加快，同時現(xiàn)場使用設備維護量減少, 提高了鎖螺絲機使用效率和產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。
對于我自身來說，通過這次設計可以全方位的、綜合的展示和檢驗我所學知識的程度和運用所學知識解決實際問題的能力。設計的過程是我對專業(yè)知識學習、梳理、消化和鞏固的過程。同時，在調(diào)查研究、搜集材料、聯(lián)系實際的過程中，我還可以學到許多課堂上和書本里學不到的知識和經(jīng)驗。由于本次設計涉及多門課程研究內(nèi)容， 所以也是對我系統(tǒng)的掌握和運用專業(yè)知識、專業(yè)理論以及自我創(chuàng)新能力的檢驗和提升。
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
在國外鎖螺絲設備早已應用于汽車、電腦、液晶面板、空調(diào)、線路板等行業(yè)中。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制開發(fā)出第一臺機械手，1978 年美國 Unimate 公司、斯坦福大學和麻省理工學院聯(lián)合研制出一種 Unimate-Vicarm 型工業(yè)機器手，用小型電子計算機控制，進行裝配作業(yè)，定位誤差在＋1mm 以內(nèi)。聯(lián)邦德國 KnKa 公司生產(chǎn)一種采用關節(jié)式結(jié)構(gòu)和程序控制的點焊機械手。這類點焊機是以攝像機觀察、測定定時機械零件的裝配情況，由計算機做出智能判斷，當機械手取下零件時，分別將合格的零件和不合格的零件放到不同的傳送帶上運走，如美國測試一臺有觸覺和視覺的雙臂機械手，由于機械手有觸覺，所以不要求工件排列的位置很精確。如機械手在擰螺釘遇到阻力時，能將螺釘返回再擰。
當前，在國內(nèi)工廠使用的鎖螺絲裝置為深圳、東莞一些廠家生產(chǎn)的手持式鎖螺絲
機和半自動鎖螺絲機。手持式鎖螺絲機使螺絲輸送和鎖付一氣呵成，提高了生產(chǎn)效率， 節(jié)省了人力。但是手持式鎖螺絲機需要人員重復單調(diào)乏味的工作，容易劃傷產(chǎn)品外觀， 造成成本增加。半自動鎖螺絲機主要是振盤式的，采用震動盤氣動元件作為驅(qū)動元件， 采用 PLC 或 MCU、傳感器和接近開關聯(lián)合控制。其工作流程是螺絲由驅(qū)動部件震動排列，再由壓縮空氣高速吹到刀頭處，最后進行鎖緊作業(yè)。但是在國內(nèi)，上述半自動鎖螺絲機設備并沒有大面積推廣使用，歸結(jié)其原因有多種：
（1） 對螺絲尺寸要求極其嚴格，長度為 5mm-10mm，直徑為 2.5mm-5mm，如果螺絲超出這個尺寸范圍基本上不能完成鎖付。
（2） 對螺絲的精度要求極高，如果達不到所要求的精度常常會出現(xiàn)設備頻繁卡頓的問題。
（3） 專用性強，一種半自動化螺絲機一般只能鎖付一種型號的工件，不能進行通用性生產(chǎn)。
（4） 造價非常高昂，因為是自動化設備，所以這種產(chǎn)品的進口價為 3-6 萬元人民幣，國產(chǎn)的也近 2 萬元。
對此，國內(nèi)學者主要從螺絲鉗的扭矩測量與控制，專用領域的鎖螺絲設備等方面做了相關研究，并且也開發(fā)了一些專用領域的鎖螺絲設備。
螺絲鎖付是自動螺絲機設備工作的一道重要工序，螺絲鎖付精度及效率非常重要，對此國內(nèi)一些學者也進入深入研究。
馮光濤等人以三軸孔裝配為模型分析了多軸孔的復雜裝配問題，并設計開發(fā)了能夠完成三軸孔自動裝配的裝配機。
費燕瓊等人利用虛功算法和旋量理論，對孔軸裝配接觸過程中力的約束進行了詳細的分析，同時分析了孔軸裝配中的各個狀態(tài)，以此驗證了通過算法得到的判別準則的正確性。
衛(wèi)道柱等人針對汽車裝配中螺釘裝配的問題，分析常見扭矩控制算法，提出采用扭矩轉(zhuǎn)角算法對自動螺釘鎖付進行精確控制，并根據(jù)實際需求對螺絲擰緊設備的結(jié)構(gòu)部分進行了詳細設計。
二、論文（設計）研究的內(nèi)容
1. 重點解決的問題
鎖螺絲機的結(jié)構(gòu)設計和控制系統(tǒng)設計
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） (1)自動鎖螺絲機的總體結(jié)構(gòu)設計；
(2)確定控制對象的具體參數(shù)，以利于相關配置的選擇； (3)完成機電控制系統(tǒng)的設計；
(4)基于宇龍控制系統(tǒng)仿真軟件，完成控制系統(tǒng)的設計與編程； (5)相關參數(shù)的計算和主要元器件的選擇；
(6) 繪制安裝接線圖；
(7) 自動鎖螺絲機的圖紙繪制； (8)完成相關外文文獻的翻譯； 3.本論文（設計）預期取得的成果
(1)完成并繪制自動鎖螺絲機的主要結(jié)構(gòu)圖； (2)基于宇龍仿真的控制系統(tǒng)的設計以及調(diào)試； (3)能夠運用宇龍仿真軟件對所設計進行仿真； (4)編寫 10000 字以上的說明書。
三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù) ）
（1） 搜集、閱讀自動鎖螺絲機的相關文獻資料，了解相關理論知識；
（2） 自動鎖螺絲機總體結(jié)構(gòu)方案確定；
（3） 對自動鎖螺絲機進行結(jié)構(gòu)分析；
（4） 對驅(qū)動系統(tǒng)設計；
（5） 對控制系統(tǒng)設計；
（6） 完成相關程序的編制。
（7）螺絲尺寸范圍：M2.0-M4.0
設備尺寸：長 750mm×寬 700mm×高 800
2. 論文（設計）進度計劃
(1) 自 動 鎖 螺 絲 機 總 體 構(gòu) 想 并 完 成 開 題 報 告 第 1—4 周
（2） 總 體 結(jié) 構(gòu) 方 案 設 計 第 5 周
（3） 自 動 鎖 螺 絲 機 結(jié) 構(gòu) 圖 完 成 第 6—8 周
（4）基于宇龍仿真軟件的控制系統(tǒng)的設計與編程 第 9--10 周
（5） 設 計 大 體 完 成 并 撰 寫 說 明 書 第 11 周
（6） 完 成 設 計 說 明 書 ， 交 導 師 審 閱 修 改 第 12—13 周
（7） 設 計 完 成 ， 答 辯 第 14 周
四、需要閱讀的參考文獻
[01] 萬太福,唐賢永.可編程序控制器及其應用[M].重慶:重慶大學出版社,2000.
[02] 吳何畏,王衛(wèi)兵. 鉆孔組合機床液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)的設計[J].{H}組合機床與自動化加工技術,2006,(08):53-55.
[03] 趙成家.自動緊螺絲機[J]:礦山機械,1980,(03):69.
[04] 羅宇航.流行 PLC 使用程序及設計[M].西安電子科技大學出版社,2006.
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[06] 侯伯林.鉆孔 攻牙 自動上螺絲機設計[J]:機械研究與應用,2013,（01）:90-92.
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[08] 江偉，陳杰.螺釘自動裝配系統(tǒng)的設計與應用[J]：糧食與食品工業(yè),2014,（04）:104-107.
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附：文獻綜述
文獻綜述
螺絲是利用物體的斜面圓形旋轉(zhuǎn)和摩擦力的物理學和數(shù)學原理，循序漸進地緊固器物機件的工具。螺絲是緊固件的通用說法。螺絲在日常生活當中和工業(yè)生產(chǎn)制造當中，是少不了的，故也被稱為工業(yè)之米，可見螺絲的運用之廣泛。螺絲的運用范圍有： 電子產(chǎn)品，機械產(chǎn)品，數(shù)碼產(chǎn)品，電力設備，機電機械產(chǎn)品。船舶，車輛，水利工程， 甚至化學實驗上也有用到螺絲。如數(shù)碼產(chǎn)品上面用到的精密螺絲；DVD，照相機、眼鏡、鐘表、電子等使用的微型螺絲;電視、電氣制品、樂器、家具等使用的一般螺絲; 至于工程、建筑、橋梁則使用大型螺絲、螺帽;交通器具、飛機、電車、汽車等則為大小螺絲并用。螺絲在工業(yè)上負有重要任務，只要地球上存在著工業(yè)，則螺絲之功能永遠重要。螺絲是千百年來人們生產(chǎn)生活中的共同發(fā)明，按照應用領域來看，它是人類的第一大發(fā)明。
螺紋連接是一種可拆的固定連接，它具有結(jié)構(gòu)簡單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點， 在機械中應用廣泛。螺紋連接分普通螺紋連接和特殊螺紋連接兩大類，由螺栓、雙頭螺柱或螺釘構(gòu)成的連接稱為普通螺紋連接:除此以外的螺紋連接稱為特殊螺紋連接。[02]
改革開放近 40 年的時間里，中國的制造業(yè)蓬勃發(fā)展，制造規(guī)模和水平得到很大的提高，中國制造業(yè)的競爭力也在不斷加強，但同時我們也理性客觀的發(fā)現(xiàn)，以低成本勞動力為基礎的勞動密集型制造形式在中國制造業(yè)飛速發(fā)展中起到了重要的作用， 而作為一個國家的制造業(yè)發(fā)展的根基，裝備制造業(yè)發(fā)展速度緩慢，產(chǎn)品創(chuàng)新能力不足， 所以我國目前是世界的制造大國而不是世界制造強國。在我國制造業(yè)中存在產(chǎn)品創(chuàng)新能力薄弱、核心技術過分依賴于國外、制造業(yè)生產(chǎn)加工效率低、人工成本不斷上升等嚴重問題，所以為了增強國家及企業(yè)在制造業(yè)的核心競爭力，一個重要的途徑就是不斷發(fā)展我國的裝備制造業(yè)，實現(xiàn)產(chǎn)品加工生產(chǎn)的自動化，智能化，降低人工勞動力成本，使產(chǎn)品生產(chǎn)效率不斷增強。在我國制造業(yè)中，電子產(chǎn)品，玩具，汽車零部件，以及電腦，手機等通訊行業(yè)已成為重要的組成部分，在這些行業(yè)的產(chǎn)品裝配中螺釘裝配即螺釘鎖付一直是一道重要的工序。但是在目前一些企業(yè)中，常采用的是人工手動螺絲鎖付。即人一只手使用電動螺絲刀，另一只手取螺絲并對準螺紋孔進行螺絲鎖付， 整個鎖付過程經(jīng)歷“取螺絲-對準-鎖螺絲”的過程，其中取螺絲、對準螺紋孔所用時間約占整個鎖螺絲時間的一半或更多，特別是當螺絲為銅、不銹鋼等磁鐵不能吸附的材料時，整個過程工件的螺絲鎖付用時會更多。另外隨著螺絲鎖付工件種類多樣化、復雜化程度不斷增加，高效快速進行螺絲鎖付的難度越來越大，如近幾年通訊行業(yè)發(fā)展迅速，作為通訊系統(tǒng)中核心部件，腔體濾波器需求量越來越大，而螺絲鎖付是腔體濾波器調(diào)試中重要的一道工序。很明顯，采用傳統(tǒng)人工螺絲鎖付方式速度慢、效率低、工作周期長而且螺絲鎖付精度也無法保證。隨著科技和經(jīng)濟的發(fā)展，電子產(chǎn)品換代周期大幅度縮小，種類大幅度增加，產(chǎn)品走向小型化、多樣化，其要求是大量的熟練的一線操作工人或能適應多種類型產(chǎn)品的精密、柔性、快速的生產(chǎn)線。而現(xiàn)今，人力資源匱乏，工人待遇提高，導致生產(chǎn)成本增加，工廠要在激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢， 必須減少雇傭員工，特別是減少對技術工程師的需求，使產(chǎn)品生產(chǎn)走向自動化，發(fā)揮員工的最大工作潛能。電子產(chǎn)品的一些組裝工序，已經(jīng)實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化，比如插件元件的自動剪腳、自動排列，電路板組裝中的自動印刷錫膏、自動貼裝元件、電路
板成品的外觀檢測等。但是由于產(chǎn)品形狀的多樣化，在組裝工序中，自動化的程度還比較低，特別是流水線末端工站的鎖螺絲環(huán)節(jié)，工人們每天重復著單調(diào)乏味的工作， 是大規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸。鎖螺絲設備具有減少工人冗繁的工作量，特別是能提高工作效率，減少產(chǎn)品不良率，減少一線操作工人，最后達到減少成本，提高公司競爭力的作用。為了更好地解決上述工作效率不高的問題，研制一套全自動螺絲鎖付裝備非常有
必要的意義。
按機械執(zhí)行結(jié)構(gòu)、螺絲送料形式或鎖附形式，自動鎖絲機分為不同種類。
(1) 按照機械執(zhí)行結(jié)構(gòu)可以分：坐標機類型、機械關節(jié)類型以及轉(zhuǎn)盤工作臺的自動鎖絲機。坐標類型自動鎖絲機一般分為桌面型和落地式，按軸數(shù)一般分為單軸、兩軸和多軸型，其鎖付螺絲的過程是等待鎖付工件放置，然后進行自動送料，最后自動鎖絲。也可改變結(jié)構(gòu)成多頭的自動鎖螺絲機，這種結(jié)構(gòu)具有可變化大的特點，性價比較高。機械關節(jié)類型自動鎖螺絲機一般在對速度、空間有一定的需求的場合使用，但是由于負載能力和剛性扭力不好，所以不常使用。轉(zhuǎn)盤式自動鎖螺絲機是將多工頭集中于一個圓盤上轉(zhuǎn)動緊固螺絲，這種類型的螺絲機一般應用在全自動化的流水線上。 (2)按照送料形式可以分為吸取式和吹氣式兩種類型。吸取式是在輸送管中利用
負壓輸送螺絲，這種方式可以輸送大部分螺絲。吹氣式是在輸送管中利用正壓輸送螺絲，這種方式的螺絲總長和螺帽直徑比例達到 1:1.3，最低不能低于 1:1.2 才能保證螺絲能正確輸送。吹氣式比吸取式少了吸取的環(huán)節(jié)，所以輸送螺絲效率要高，所以在螺絲的長度比例滿足要求時通常會采用吹氣式輸送螺絲，這樣就減少螺絲鎖付的時間，使螺絲鎖付效率提高。
(3)按照鎖附形式可以分為手持式自動螺絲機、多軸式自動螺絲機、XY-Table。
①手持自動鎖螺絲機，這個需要工人一只手拿著電批頭，另外一只手按住待鎖工件就可完成工作，一顆螺絲鎖付成功后，然后使電批頭對準另一個螺絲孔，此時下一個螺絲被輸送系統(tǒng)輸送到電批頭，工人就可以再次鎖付螺絲，依次類推直至工作完成； 手持式的另一種形式采用的是自動風批頭，它是利用高速氣體動力推動馬達轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的扭矩來進行鎖絲，具有高精度、節(jié)能、扭矩容易控制的優(yōu)點。由于人工對準螺絲孔精準度不高，所以這是手持式的缺點。
②多軸式自動螺絲機具有兩個以上電批頭，所以可以同時鎖付多個螺絲，且只要一個共用振動盤供料，使螺絲鎖付速度大大提高，有很大的性價比；根據(jù)特殊的工作需求，也可拆除部分電批頭；放入螺絲就可以開始鎖付螺絲，機器可以自動鎖付螺絲， 并檢測鎖付是否成功，如果鎖付失敗，會有報警提示信息。但是多軸式由于軸數(shù)多， 不易控制，穩(wěn)定性不高。
③XY-Table 桌上型可以分為以下三類：一類是待鎖工件在鎖付平臺上水平方向移動，電批頭沿豎直方向移動。第二類是待鎖工件不動，電批頭進行三維空間移動。第三類是待鎖工件進行運動，電批頭在其他兩維進行相應運動。XY-Table 形式的自動螺絲機工作靈活，為適應不同的鎖付工件可以修改鎖付的孔位坐標，效率高于手持式，但是低于多軸式。
作為自動鎖螺絲機的核心部件，運動控制器性能優(yōu)劣決定了整個自動螺絲機性能好壞。所以選擇優(yōu)良的運動控制器的設計方案和結(jié)構(gòu)，是非常重要的步驟。運動控制器在很多領域得到普遍應用，因此國內(nèi)外對研究運動控制技術非常重視，目前運動控制器開發(fā)已經(jīng)很成熟。相較于國外，我國對于運動控制器的研發(fā)起步晚，高端產(chǎn)品還較缺乏。近年來我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，傳統(tǒng)設備升級換代以及新設備的層出不窮，大大提高了運動控制器的需求量。所以，我們應該加大科研力度，設計開發(fā)出具有自主
知識產(chǎn)權的高端的運動控制器產(chǎn)品。目前運動控制器產(chǎn)品主要有以下五類：
(1) 采用單片機等微處理器作為運動控制核心處理器的運動控制器件，采用這種設計方案的運動控制器結(jié)構(gòu)簡單，成本不高，速度比較慢，精度低。所以適用于對速度、精度要求不高的控制領域。
(2) 采用專用芯片(ASIC)作為運動控制核心處理器的運動控制器件，采用這種設計方案的器件結(jié)構(gòu)比較簡單，它以輸出脈沖信號方式，開環(huán)控制方式工作，可以滿足單軸的點位控制的基本要求。但是滿足不了多軸協(xié)調(diào)運動控制。這類控制器不具有連
續(xù)小線段插補功能，也不具有前瞻能力，所以在要求具有大量的小線段運動的場合如自動切割機之類的運動控制器不能滿足。
(3) 以運動控制卡為核心的運動控制器。目前市場上該類控制器的種類繁多，其特點是集成固化了很多運動控制算法和插補算法，大大減少了開發(fā)者在其中的工作量，降低開發(fā)成本，同時具有高可靠性。然而，也正是因為其集成度高、專用性強的原因，很難實現(xiàn)對運動控制算法的優(yōu)化和改進，對新的運動控制器的開發(fā)有很大的限制。
(4) 采用 PC 總線的以 DSP 和 FPGA 作為核心處理器的開放式運動控制器件，這類開放式運動控制器以 DSP 作為運動控制器的核心處理器，以 PC 機作為信息處理平臺，完成各類計算，同時將運動控制卡插入 PC 機中，即“PC 機+運動控制器”的模式。這樣 PC 機的信息處理能力和開放式的特點結(jié)合運動控制器的運動軌跡控制能力具有很強的擴展能力，同時具備有很強的信息處理能力，和較高的開放性，提高了通用性，以及軌跡插補能力。具有界面優(yōu)美，易于操作的優(yōu)點。對于要求多軸協(xié)調(diào)運動控制，以及復雜的運動軌跡控制，實時的插補運算，誤差補償，伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制等場合，這類運動控制器均可滿足。由于采用 FPGA 來進行硬件設計， 使得生產(chǎn)制造廠商很方便的根據(jù)客戶的特殊要求生產(chǎn)符合客戶需求的運動控制器產(chǎn)品。
(5) 采用基于 PC 機的全軟件型開放式運動控制器。此類控制器的軟件平臺大都可以滿足多種操作系統(tǒng)，“將硬件軟件化”。其界面設計、插補算法、速度規(guī)劃、路徑優(yōu)化等操作計算都在 PC 機上實現(xiàn)，通過 PC 機上的網(wǎng)口等現(xiàn)有設備實現(xiàn)對各個軸的伺服電機控制，開發(fā)簡單便捷，靈活性好，開放性強，如 CodeSys 等。但該類控制器成本較高，尤其是對 PC 機以及控制對象要求特別高。不同軟件控制器可能對特定的幾款伺服電機才能實現(xiàn)相應的控制 。[11]
由于我們對 PLC 進行了學習，故采用 PLC 程序作為運動控制器。
PLC 發(fā)展歷程：20 世紀 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。此時的 PLC 為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。20 世紀 70 年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20 世紀 80 年代至 90 年代中期，是PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為 30-40%。在這時期，PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC 逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。20 世紀末期， 可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易。
PLC 在自動鎖螺絲機中的應用與結(jié)合?？删幊炭刂破?PLC 主要由 CPU 模塊，輸入輸出模塊即 I/O 模塊，存儲器和電源等部分組成。
1. CPU 模塊
CPU 模塊包括一般包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字 I/0 點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。CPU 負責執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設備中采集信號，輸
出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。
2. I/0 模塊
PLC 的輸入接口電路的作用是將按鈕、行程開關或傳感器等產(chǎn)生的信號輸入 CPU； PLC 的輸出接口電路的作用是將 CPU 向外輸出的信號轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動外部執(zhí)行元件的信號，以便控制接觸器線圈等電器的通、斷電。PLC 的輸入輸出接口電路一般采用光耦合隔離技術，可以有效地保護內(nèi)部電路。
輸入接口電路：
PLC 的輸入接口電路可分為直流輸入電路和交流輸入電路。直流輸入電路的延遲時間比較短，可以直接與接近開關，光電開關等電子輸入裝置連接；交流輸入電路適用于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。交流輸入電路和直流輸入電路類似，外接的輸入電源改為 220V 交流電源。
輸出接口電路：
輸出接口電路通常有 3 種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型的輸出電路類似，只是晶體管或晶閘管代替繼電器來控制外部負載。
3. 存儲器
PLC 的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩種。系統(tǒng)存儲器用于存放 PLC 的系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放PLC 的用戶程序?，F(xiàn)在的PLC 一般均采用可電擦除的E2PROM 存儲器來作為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。
4. 擴展接口和通信接口
PLC 的擴展接口的作用是將擴展單元和功能模塊與基本單元相連，使 PLC 的配置更加靈活，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要；通信接口的功能是通過這些通信接口可以和監(jiān)視器、打印機、其他的 PLC 或是計算機相連，從而實現(xiàn)“人-機”或“機-機”之間的對話。
5. 電源
PLC 一般使用 220V 交流電源或 24V 直流電源，內(nèi)部的開關電源為 PLC 的中央處理器、存儲器等電路提供 5V、12V、24V 直流電源，使 PLC 能正常工作。
PLC 的工作原理：最初研制生產(chǎn)的 PLC 主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構(gòu)成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的： 繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點(包括其常開或常閉觸點)在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms， 因此，PLC 采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式---掃描技術。這樣在對于I/O 響應要求不高的場合，PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。PLC 的工作方式和通用微機不完全一樣， 因此用 PLC 設計自動控制系統(tǒng)與微機的控制系統(tǒng)的開發(fā)過程也不完全一樣。需要根據(jù)PLC 的特點，以程序形式來體現(xiàn)其控制功能。
現(xiàn)在 PLC 與鎖螺絲機的結(jié)合是讓鎖螺絲機機控制系統(tǒng)更加完善化、智能化。使用 PLC 控制有以下優(yōu)點和特點：
（1） 編程簡單，使用方便；
（2） 控制靈活，程序可變，具有很好的柔性；
（3） 功能強，擴充方便，性價比高；
（4） 控制系統(tǒng)設計及施工的工作量少，維修方便；
（5） 可靠性高，抗干擾能力強；
（6） 體積小，質(zhì)量輕，能耗低，是“機電一體化”特有的產(chǎn)品。[09] 隨著科學的進步和工業(yè)發(fā)展的需要，現(xiàn)代機械發(fā)展迅速，人們已制造出種類繁多的
提高生產(chǎn)效率的機械和設備，在國民經(jīng)濟各個部門起著重要作用。隨著 PLC 的應用越來越廣泛，其功能的強大、使用方便，是現(xiàn)代工業(yè)自動化控制的主要設備之一。而本課題主要用 PLC 對自動鎖螺絲機設備進行控制設計，在指導老師指導下以及查閱了大量相關技術資料，使我理解 PLC 控制系統(tǒng)的工作原理，也學會了 PLC 梯形圖的編輯。通過這次畢業(yè)設計，不僅能夠很好的復習、運用所學的知識，而且還能讓我們把各科知識統(tǒng)一結(jié)合起來，更全面的了解 PLC 系統(tǒng)的設計步驟和過程。從而，為今后進入社會的實際工作奠定了堅實的基礎。