上下料機(jī)械手操縱系統(tǒng)的研制分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10195上下料機(jī)械手操縱系統(tǒng)的研制分析案例 1131651.1硬件部分 1284931.1.1PLC選擇 1237641.1.2電機(jī) 1146481.1.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 2235021.1.4接近開關(guān)介紹 363261.1.5I/O分配和外部接線圖 4205291.2軟件部分 527081.2.1控制系統(tǒng)功能框圖 5303691.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 6265731.2.3系統(tǒng)梯形圖程序 61.1硬件部分1.1.1PLC選擇本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用西門子S7-200PLC為控制器。西門子S7-200系列PLC是一種工業(yè)常用通用型PLC，在自動(dòng)化生產(chǎn)制造、汽車工業(yè)、通用或?qū)Ｓ玫臋C(jī)械加工制造、包裝等工業(yè)領(lǐng)域中大量的使用。S7-200系列PLC還具有高性價(jià)比、性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)緊湊、模塊點(diǎn)數(shù)密度高、裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。西門子公司S7-200PLC硬件如下圖4-1所示。圖4-1S7-200的CPU圖西門子提供不同的S7-200CPU型號(hào)，具有多種特征和性能，可以為不同的應(yīng)用創(chuàng)建有效的解決方案。1.1.2電機(jī)本實(shí)驗(yàn)裝置采用二相四拍混合式步進(jìn)電機(jī)，本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣圖如下圖4-2所示：圖4-2步進(jìn)電機(jī)電氣圖本實(shí)驗(yàn)所用兩相步進(jìn)電機(jī)42HS03具體參數(shù)如下表：表4-1兩相混合式步進(jìn)電機(jī)42HS03外型型號(hào)靜扭矩步距角引數(shù)相電流電阻電感長(zhǎng)度轉(zhuǎn)子慣量重量匹配驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)并聯(lián)4242HS030.341.880.71.41.61.048820.34M415M4201.1.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器本實(shí)驗(yàn)裝置中用到的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為M415B如圖4-3。圖4-3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器圖驅(qū)動(dòng)程序是適用于任何1.5a相電流中小型三相或四相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于新的雙極恒流斬波驅(qū)動(dòng)技術(shù)，同一電機(jī)可用于輸出更多的速度和功率比其他驅(qū)動(dòng)方法。其細(xì)分的功能使步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度1-64倍增加。斬波頻率每秒二萬(wàn)次可以消除驅(qū)動(dòng)器中的斬波噪聲。驅(qū)動(dòng)器電源由面板上電源模塊提供，注意正負(fù)極性，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)端采用+24V供電，需加1.5K限流電阻（見圖中1.5K電阻）。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效，在使用不同廠家的PLC產(chǎn)品配套此模型使用時(shí)，要選擇相應(yīng)的輸出方式，或者加入合適的電平轉(zhuǎn)換板進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。1.1.4接近開關(guān)介紹接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器根據(jù)工作原理的不同分為電感式和電容式，電感式接近開關(guān)它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流?？筛鶕?jù)客戶需要制作成耐高溫型接近開關(guān)，最高溫度150℃。電感式接近開關(guān)(GDKG)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器、信號(hào)觸發(fā)器和開關(guān)放大器組成。振蕩電路的線圈產(chǎn)生高頻交流磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)經(jīng)由傳感器的感應(yīng)面釋放出來(lái)。由此識(shí)別出有無(wú)物體接近開關(guān)，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測(cè)的物體必須是金屬物體。本實(shí)驗(yàn)裝置中的接近開關(guān)為電感式的NPN常開三線制的：圖4-4傳感器實(shí)物圖接近開關(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。圖4-5接近開關(guān)PLC之間的接線圖1.1.5I/O分配和外部接線圖根據(jù)PLC硬件中I/O點(diǎn)的分配原則，所用PLC的I/O分配如表4-2所示：表4-2I/O分配表輸入輸出下降極限M0.0放松按鈕M1.1/I1.1下降電磁閥Q0.0上升極限M0.1調(diào)試選擇M1.2/I1.2夾緊電磁閥Q0.1右移極限M0.2步進(jìn)選擇M1.3/I1.3上升電磁閥Q0.2左移極限M0.3連續(xù)選擇M1.4/I1.4上升按鈕M0.4/I0.4單周選擇M1.5/I1.5右移電磁閥Q0.3下降按鈕M0.5/I0.5急停按鈕M1.7/I0.2左移按鈕M0.6/I0.6啟動(dòng)按鈕M2.0/I0.0左移電磁閥Q0.4右移按鈕M0.7/I0.7停止按鈕M2.1/I0.1夾緊按鈕M1.0/I1.0內(nèi)部存儲(chǔ)器的使用空手下降狀態(tài)M5.1右移狀態(tài)M5.4空手上升狀態(tài)M5.7夾緊狀態(tài)M5.2重手下降狀態(tài)M5.5左移狀態(tài)M1.0重手上升狀態(tài)M5.3放松狀態(tài)M5.6原位狀態(tài)M1.1依照輸入、輸出分配情況，畫出I/O硬件接線如圖4-6所示。圖4-6I/O硬件接線1.2軟件部分1.2.1控制系統(tǒng)功能框圖在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，首先控制步進(jìn)電機(jī)使之穩(wěn)步啟動(dòng)，然后高速運(yùn)動(dòng)，接近指定位置時(shí)，減速之后低速運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，再準(zhǔn)確地停在預(yù)定的位置上，最后步進(jìn)電機(jī)停2秒后，按照前進(jìn)時(shí)的加速-高速-減速-低速的步驟返回到起始點(diǎn)，起運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程平穩(wěn)，其功能框圖如圖10所示，其簡(jiǎn)單工作過程如圖11所示。圖10步進(jìn)電機(jī)控制功能框圖圖11步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)單工作過程通過數(shù)據(jù)算出：脈沖當(dāng)量為1/40，脈沖頻率上限為3000Hz，最大脈沖個(gè)數(shù)為64000個(gè)。1.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)出如圖12所示的控制流程圖，這個(gè)程序分為3個(gè)部分