机电一体化毕业设计（论文）基于PLC的机械手控制系统.doc

安徽工商职业学院课题名称 基于PLC的机械手控制系统 课题性质 专业 机电一体化技术 班 级 09机电3班 学生姓名 学号 指导教师 教研室主任 系部主任 发放日期 毕业设计（论文）任务书一、 课题条件：二、 毕业论文（设计）主要内容：1、 运用PLC实现工业控制中常见的机械手控制方法2、 论文总体方案设计.3、 PLC的选型和I/0地址分配4、 控制系统原理图与电气线路安装设计图5、 程序的编写与调试（梯形图、指令表、状态流程图等），并给出相应的软件仿真结果6、 论文总结（设计思想和调试心得）三、 计划进度：6月下旬下发课题、课题汇总、确定指导教师并在放假前完成第一7-8月 学生自己查阅组织材料，可能的情况下利用便利条件和指导教师通过网络交流9月份 硬件系统设计10月份 软件系统设计、调试11月中旬左右 答辩四、 主要参考文献：指导教师 （系）教研室主任 年 月 日 年 月 日 说明：毕业论文（设计）任务书由指导老师根据课题的具体情况填写，经系部审查，系主任签字后生效。

此任务书在毕业设计开始前一周内填写并发给学生摘要：目录：1. 关于机械手1. 工业机械手的概述2. 机械手的组成3. 机械手的分类2. 三菱PLC介绍1. 三菱PLC的发展历史2. FX系列PLC的子系列1) FX1S系列PLC2) FX1N系列PLC3) FX2N系列PLC4) FX2NC系列PLC3. PLC控制系统设计原则1. 最大限度地满足控制要求保证2. PLC控制系统安全可靠3. 力求简单、经济、方便地使用及维修4. 适应发展的需求4. 控制器件的选型1. 步进电机及其驱动器2. 伺服电机及其驱动器3. 直流电机4. PLC的选型5. 6.7. 8. 9.关于机械手1. 工业机械手的概述机械手在机械化.自动化生产过程中发展起来的一种新型装置近年来随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已经成为高新技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合机械手虽然目前还不如人手那么灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲倦、不怕危险，抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到应用，例如：1) 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。

2) 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板；在机械行业中它可以用来组装零部件3) 可以在劳动条件差、单调、重复、易于疲劳的工作环境下代替人的劳动4) 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物品的搬运等5) 可以应用于宇宙及海洋的开发6) 军事工程及生物医学方面的研究和实验2. 机械手的组成机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成1) 执行机构 机械手的执行机构由手、手腕、手臂和支柱组成手是抓取机构，又来加紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作手腕是连接手与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作简单的机械手没有手腕支柱用来支撑手臂也可以根据需要做成移动的2) 传动系统传动机构的动作要由传动系统来实现常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等几种形式 3) 控制系统机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用地控制系统只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作；动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。

4) 辅助装置辅助装置是机械手各部的连接装置，如:油箱、管道、仪表、基座等3. 机械手的分类机械手按使用用途分：专用机械手，通用机械手机械手按传动方式分：机械式机械式、液压式机械式、气压式机械式、电动机械式三菱PLC介绍1. 三菱PLC的发展历史三菱公司的PLC是较早进入中国市场的产品其小型机F1/F2系列是F系列的升级产品，早期在我国的销售量也不小F1/F2系列加强了指令系统，增加了特殊功能单元和通信功能，比F系列有了更强的控制能力继F1/F2系列之后，20世纪80年代末三菱公司又推出了FX系列，在容量、速度、特殊功能、网络功能等方面都有了全面的加强FX2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元FX2N是最近几年推出的高功能整体式小型机，它是FX2的换代产品，各种功能都有了全面的提升近年来还不断推出满足不同要求的微型PLC,如：FX0S、FX1S、FXON、FX1N以及ɑ系列等产品三菱公司的大中型机有A系列、QnA系列、Q系列，具有丰富的网络功能，I/O点数可达8192点其中Q系列具有超小的体积、丰富的机型、灵活的安装方式、双CPU协同处理、多存储器、远程口令等特点，是三菱公司现有PLC中最高性能的PLC。

三菱PLC中的FX2N是小型化、高速度、高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输出16～25点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC2. FX系列PLC的子系列1) FX1s系列PLCFX1S系列PLC是用于及小规模系统的超小型PLC，可进一步降低设备成本该系列有16种基本单元，可组成10～30个I/O 点的系统，用户存储器（EEPROM）容量为2kB步FX1S可使用一块I/O扩展板、串行通信扩展板或模拟量扩展板，可同时安装显示模块和扩展板，有两个内置的设置参数用的小电位器每个单元可同时输出2点100kHz的高速脉冲，有7条特殊的定位指令通过通信扩展板可实现多种通信和数据链接，如：RS-232C、RS-422和RS-485通信，N：N链接、并行链接和计算机链接2) FX1N系列PLC FX1N有12种基本单元，可组成24～128个I/O点的系统，并能使用特殊功能模块、显示模块和扩展板用户存储器容量为8kB步，有内置的实时时钟PID指令可实现模拟量闭环控制，每个基本单元可同时输出2点100kHz的高速脉冲，有，有7条特殊的定位指令，有两个内置的设置参数用的小电位器。

通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接，如：CC-Link，AS-I 网络，RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:N链接、并行链接、计算机链接和I/O链接3) FX2N系列PLC FX2N是目前FX系列中功能较强、速度较快的微型PLC，它有25种基本单元，它的基本指令执行时间高达0.08us每条指令，内置的用户存储器为8kB步，可扩展到16kB步，最大可扩展到256个I/O点有多种特殊功能模块或功能扩展板，可实现多轴定位控制，每个基本单元可扩展8个特殊单元机内有实时时钟，PID指令可实现模拟量闭环控制有功能很强的数学指令集，如浮点数运算、开平方和三角函数等通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接，如：CC-Link，AS-I 网络、Profibus、Device Net等开放式网络通信、RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:N链接、并行链接、计算机链接和I/O链接4) FX2NC系列PLC FX2NC具有很高的性能体积比和较强的通信功能，可安装到比标准的PLC小很多的空间内，它有5种基本单元I/O型连接器可降低接线成本，节约接线时间。

I/O点数可扩展到256点，最多可连接4个特殊功能模块利用内置的功能，可控制两轴（包括插补功能），通过增加扩展单元可控制多轴 通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接，如：CC-Link，AS-I 网络、Profibus、Device Net等开放式网络通信、RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:N链接、并行链接、计算机链接和I/O链接FX2NC系列也可以使用FXON和FX2N的扩展模块PLC控制系统设计原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1. 最大限度的满足控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料同时要注意和现场人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑点问题2. 保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定地运行，是设计控制系统的重要原则。

这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠3. 力求简单、经济、方便地使用及维修一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益，但是新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行自觉性的增加因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益；另一方面也要注意不断的降低工程的成本这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标4. 适应发展的需求由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断的提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要这就要求在选择PLC、I/O模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进控制器件的选型为达到精确控制的目的，根据市场情况，对各种关键器件选型如下：1. 步进电机及其驱动器 机械手纵轴(Y轴)和横轴(X轴)选用的是北京四通电机技术有限公司的42BYG250 C型两相混合式步进电机，步距角为0.9°/1.8°，电流1.5 AM1是横轴电机，带动机械构伸、缩；M2是纵轴电机，带动机械构上升、下降。

所选用的步进电机驱动器是SH-20403型，该驱动器采用10～40V直流供电，H桥 双极 恒相电流驱动，最大3 A的8种输出电流可选，最大64细分的7种细分模式可选，输入信号光电隔离，标准单脉冲接口，有脱机保持功能，半密闭式机壳可适应更恶劣的工况环境，提供节能的自动半电流方式驱动器内部的开关电源设计，保证了驱动器可适应较宽的电压范围，用户可根据各自情况在10～40VDC之间选择一般来说较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升本驱动器最大输出电流值为3 A/相(峰值)，通过驱动器面板上六。