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1、本科生毕毕业论文文（设计计）题目：基基于PLLC的机机械手模模型控制制系统的的设计65基于PLLC的机机械手模模型控制制系统的的设计摘 要要在工业生生产和其其他领域域内，由由于工作作的需要要，人们们经常受受到高温温、腐蚀蚀及有毒毒气体等等因素的的危害，增增加了工工人的劳劳动强度度，甚至至于危及及生命。自自从机械械手问世世以来，相相应的各各种难题题迎刃而而解。在本设计计中介绍绍了国内内外机械械手研究究现状及及PLCC的研究究发展趋趋势，描描述了机机械手控控制系统统的工作作原理和和动作实实现过程程。研究究了基于于PLCC的机械手手模型控控制系统统的设计计，还研研究了MMCGSS在机械械手控制制系统
2、中中的应用用。利用组组态软件件MCGGS设计计了机械械手模型型控制系系统监控控界面，提提供了较较为直观观、清晰晰、准确确的机械械手运行行状态，进进而为维维修和故故障诊断断提供了了多方面面的可能能性，充充分提高高了系统统的工作作效率。关键词：机械手手；PLLC；MCGGSDesiign of Mannipuulattor ModeelConttroll Systtembbaseed oon PPLCAbsttracctIn iinduustrriall prroduuctiion andd ottherr doomaiins, Beecauuse of thee deemannds off th
3、he wworkk, ppeopple werre uusuaallyy suubjeecteed tto eendaangeer oof hheatt, ddecaay aand poiisonnouss aiir eetc. faactoor,tthesse ffacttorss inncreeaseed thhe sstreengtth oof wworkkers llaboor, eveenenndanngerr liife. Siincee thhe mmaniipullatoor wwas borrn, thee vaarioous diffficcultt prrobllemss
4、 weere eassilyy soolveed.In tthiss deesiggn tthe preesennt ccondditiion of ressearrch aboout dommesttic andd innterrnattionnal mannipuulattor andd deevellopmmentt trrendd off reeseaarchh coonceerniingPPLCwweree inntrooducced. Thhe pprinncipple of worrk aand thee prroceess of acttionns reealiizattion
5、n off maanippulaatorr coontrrol sysstemm weere desscriibedd. TTheddesiign of mannipuulattor moddel conntrool ssysttembbaseed oon PPLC wass reeseaarchhedaand MCGGSsapppliccatiioniin tthe mannipuulattor moddel conntrool ssysttemwwas ressearrcheed. Thee innterrfacce oof ssupeerviisioonfoor tthe mannipu
6、ulattor moddel conntrool ssysttem wass deesiggnedd byy MCCGS.An iintuuitiive, cllearr annd aaccuuratte mmaniipullatoor ooperratiing staate wass prroviidedd.And theen vvariiouss poossiibillitiies forr maainttainn annd bbreaakdoowns ddiaggnossiswweree prroviidedd, thhe wworkks effficcienncy of sysstem
7、m waas ffullly eleevatted.Keywwordds: maniipullatoor; PLCC; MCCGS目 录摘 要Absttracct第一章绪绪 论111.1课课题研究究目的及及意义111.2 国内外外机械手研究究概况11.3 课题研研究的内内容2第二章机机械手控控制方式式的选择择和可编编程序控控制器简简介32.1 机械手手控制方方式的选选择32.1.1 控控制方式式的分类类32.1.2PLCC与工业控制计计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较32.1.3 机机械手控控制方式式的选定定42.2 可编程程序控制制器简介介52.2.1 PPLC的的结构.52.2
8、.2 PPLC的的特点662.2.3 PPLC的的主要功功能72.2.4 PPLC的的经济分分析72.2.5 PPLC发发展状况况及趋势势8第三章机机械手模模型控制制系统的设设计93.1 机械手手控制系系统构件件概述993.1.1 步步进电机机93.1.2 步步进电机机驱动器器93.1.3 传传感器1113.1.4 直直流电机机驱动单单元1223.2 机械手手的动作作实现过过程1223.3 PLCC程序设设计1443.3.1 II/O点点数的确确定及PPLC类类型的选选择1443.3.2 PPLC的的I/OO分配1443.3.3 编编程指令令的选择择143.3.4 PPLC程程序的设设计155
9、3.4 PLCC程序的的调试1153.4.1 PPLC控控制的安安装与布布线1553.4.2 机机械手控控制系统统的外部部接线图图163.4.3 机机械手控控制程序序的调试试16第四章 MCGGS在机机械手控控制系统统中的应应用1774.1 MCGGS的概概述1774.1.1 MMCGSS的简介介174.1.2 MMCGSS的构成成174.1.3 MMCGSS的主要要特性和和功能1184.1.4 MMCGSS的编程程语言1184.1.5 MMCGSS的数据据结构1194.1.6 MMCGSS的作用用194.2 工程的的建立与与变量的的定义2204.2.1 工工程的建建立2004.2.2 变变量
10、的分分配2004.2.3 变变量定义义的步骤骤214.2.4 设设备与变变量连接接234.3 工程画画面的创创建2444.3.1 封封面窗口口及监控控画面的的制作2254.3.2 运运行策略略的建立立及脚本本程序的的编写2274.4 动画的的连接3314.4.1 指指示灯的的动画连连接314.4.2 机机械手的的动画连接接324.5 组态运运行35第五章 结 论论 36参考文献献37致谢388附 录录39附录1 程序流流程图339附录2 顺序功功能图442附录3 梯形图图43附录4 指令表表45附录5 PLCC外部电电气接线线图.48第一章 绪 论论1.1 课题研研究目的的及意义义机械手是是工
11、业自自动化领领域中经经常遇到到的一种种控制对对象。近近年来随随着工业业自动化化的发展展机械手手逐渐成成为一门门新兴学学科，并并得到了了较快的的发展。机机械手广广泛地应应用与锻锻压、冲冲压、锻锻造、焊焊接、装装配、机机加、喷喷漆、热热处理等等各个行行业。特特别是在在笨重、高高温、有有毒、危危险、放放射性、多多粉尘等等恶劣的的劳动环环境中，机机械手由由于其显显著的优优点而受受到特别别重视。总总之，机机械手是是提高劳劳动生产产率，改改善劳动动条件，减减轻工人人劳动强强度和实实现工业业生产自自动化的的一个重重要手段段。国内内外都十十分重视视它的应应用和发发展。可编程序序控制器器(PLLC)是是专为在在
12、工业环环境下应应用而设设计的实实时工业业控制装装置。随随着微电电子技术术、自动动控制技技术和计计算机通通信技术术的飞速速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步，已经成为工厂自动化的标准配置之一1。由于自动动化可以以节省大大量的人人力、物物力等，而而PLCC也具有有其他控控制方式式所不具具有的特特殊优越越性，如如通用性性好、实实用性强强、硬件件配套齐齐全、编编程方法法简单易易学，因因此工业业领域中中广泛应应用PLLC。机机械手在在美国、加加拿大等等国家应应用较多多，如用用果实采采摘机械械手来摘摘果实、装装配生产产线上应应用智能能机器人人等。我我国自动
13、动化水平平本身比比较低，因因此用PPLC来来控制的的机械手手还比较较少。本本次课题题设计的的机械手手就是通通过PLLC来实实现自动动化控制制的。通通过此次次设计可可以更进进一步学学习PLLC的相相关知识识，了解解世界先先进水平平，尽可可能多的的应用于于实践。MCGSS是一套套用于快快速构造造和生成成计算机机监控系系统的组组态软件件，它能能够在基基于Miicroosofft的各各种322位Wiindoows平平台上运运行，通通过对现现场数据据的采集集处理，以以动画显显示、报报警处理理、流程程控制和和报表输输出等多多种方式式向用户户提供解解决实际际工程问问题的方方案，在在自动化化领域中中有着广广泛
14、的应应用22。本设计计通过MMCGSS组态软软件对机机械手进进行监控控，将机机械手的的动作过过程进行行了动画画显示，使使机械手手的动作作过程更更加形象象化。1.2 国内外外机械手手研究概概况机械手自自二十世世纪六十十年代初初问世以以来，经经过400多年的的发展，现现在已经经成为制制造业生生产自动动化中重重要的机机电设备备。目前前，正式式投入使使用的绝绝大部分分机械手手属于第第一代机机械手，即即程序控控制机械械手。这这代机械械手基本本上采用用点位控控制系统统，没有有感觉外外界环境境信息的的感觉器器官，主主要用于于焊接、喷喷漆和上上下料。第第二代机机械手具具有感觉觉器官，仍仍然以程程序控制制为基础
15、础，但可可以根据据外界环环境信息息对控制制程序进进行校正正。这代代机械手手通常采采用接触触传感器器一类的的简单传传感装置置和相应应的适应应性算法法。现在在，第三三代机械械手正在在第一、第第二代机机械手的的基础上上蓬勃发发展起来来，它是是能感知知外界环环境与对对象物，并并具有对对复杂信信息进行行准确处处理，对对自己行行为做出出自主决决策能力力的智能能化机械械手。它它能识别别景物，具具有触觉觉、视觉觉、力觉觉、听觉觉、味觉觉等多种种感觉，能能实现搜搜索、追追踪、辨辨色识图图等多种种仿生动动作，具具有专家家知识、语语音功能能和自学学能力等等人工智智能33。目前机械械手技术术有了新新的发展展：出现现了
16、仿人人型机械械手、微微型机械械手和微微操作系系统（如如细小工工业管道道机械手手移动探探测系统统、微型型飞行器器等）、机机械手化化机器、智智能机械械手（不不仅可以以进行事事先设定定的动作作，还可可按照工工作状况况相应地地进行动动作，如如回避障障碍物的的移动，作作业顺序序的规划划，有效效的动态态学习等等）。机机械手的的应用领领域正在在向非制制造业和和服务业业方向扩扩展，并并且蓬勃勃发展的的军用机机械手也也将越来来越多地地装备部部队4455。国外方面面：近几几年国外外工业机机械手领领域有如如下几个个发展趋趋势。机机械手性性能不断断提高，而而单机价价格不断断下降；机械结结构向模模块化、可可重构化化发展
17、；控制系系统向基基于PCC机的开开放型控控制器方方向发展展；传感感器作用用日益重重要；虚虚拟现实实技术在在机械手手中的作作用已从从仿真、预预演发展展到用于于过程控控制。国内方面面：目前前在一些些机种方方面，如如喷涂机机械手、弧弧焊机械械手、点点焊机械械手、搬搬运机械械手、装装配机械械手、特特种机械械手（水水下、爬爬壁、管管道、遥遥控等机机械手）基基本掌握握了机械械手操作作机的设设计制造造技术，解解决了控控制驱动动系统的的设计和和配置，软软件的设设计和编编制等关关键技术术，还掌掌握了自自动化喷喷漆线、弧弧焊自动动线及其其周边配配套设备备的全套套自动通通信、协协调控制制技术；在基础础元件方方面，谐
18、谐波减速速器、机机械手焊焊接电源源、焊缝缝自动跟跟踪装置置也有了了突破。从从技术方方面来说说，我国国已经具具备了独独立自主主发展中中国机械械手技术术的基础础6。1.3 课题研研究的内内容本课题主主要研究究的是基基于PLLC的机机械手模模型控制制系统的的设计，包包括硬件件的设计计和软件件的设计计。通过过设计编编制PLLC程序序实现机机械手模模型控制制系统的的自动控控制。利利用组态态软件MMCGSS设计出出人机界界面，进进行设备备和数据据对象的的连接，实实现动画画连接，实实现机械械手的监监控。通通过MCCGS将将机械手手的动作作过程进进行动画画演示，使使机械手手的动作作形象化化。提供供较为直直观、
19、清清晰、准准确的机机械手运运行状态态，为维维修和故故障诊断断提供多多方面的的可能性性，充分分提高系系统的工工作效率率。第二章 机械手手控制方方式的选选择和可可编程序序控制器器简介2.1 机械手手控制方方式的选选择2.1.1 控控制方式式的分类类传统的工工业设备备自动控控制主要要由继电电器或分分立的电电子线路路来实现现，这种种控制方方式投资资相对少少一些，目目前仅在在一些旧旧式的、简简单的工工业设备备中还有有一定市市场，但但该控制制方式却却有以下下致命缺缺陷：（11）仅适适合于简简单的逻逻辑控制制；（22）仅适适合特殊殊的工程程项目，而而没有通通用性；（3）没没有改动动和优化化的可能能性。伴随着
20、工工业自动动化技术术的迅速速发展，我我国工业业领域的的自动化化已经基基本实现现了从继继电器控控制到计计算机控控制的转转变，计计算机控控制方式式具有以以下两个个特点：（1）硬硬件上至至少有一一个微处处理器；（2）通通过软件件实现控控制思想想。目前，工工业自动动化领域域比较典典型的控控制方式式有：（11）可编编程序逻逻辑控制制器（PPLC）；（2）工工业控制制计算机机（IPPC）；（3）集集散控制制系统（DDCS）。2.1.2 PPLC与与工业控控制计算算机（IIPC）和和集散控控制系统统（DCCS）的的比较1、各自自技术发发展的起起源计算机是是为了满满足快速速大量数数据处理理要求的的设备。硬硬件
21、结构构方面，总总线标准准化程度度高，兼兼容性强强，软件件资源丰丰富，特特别是有有实时操操作系统统的支持持，故对对要求快快速、实实时性强强、模型型复杂和和计算工工作量大大的工业业对象的的控制占占有优势势。集散系统统从工业业自动化化仪表控控制系统统发展到到以工业业控制计计算机为为中心的的集散系系统，所所以其在在模拟量量处理、回回路调节节方面具具有一定定优势，初初期主要要用在连连续过程程控制，侧侧重回路路调节功功能。PPLC是是由继电电器逻辑辑系统发发展而来来，主要要应用在工工序控制制上，初期期主要是是代替继继电器控控制系统统，侧重重于开关关量顺序序控制方方面。近年来随随着微电电子技术术、大规规模集
22、成成电路技技术、计计算机技技术和通通信技术术等的发发展，PPLC在在技术和和功能上上发生了了飞跃。在在初期逻逻辑运算算的基础础上，增增加了数数值运算算、闭环环调节等等功能，增增加了模模拟量和和PIDD调节等等功能模模块；运运算速度度提高，CCPU的的能力赶赶上了工工业控制制计算机机；通信信能力的的提高发发展了多多种局部部总线和和网络(LANN)，因因而也可可构成为为一个集集散系统统。特别别是个人人计算机机也被吸吸收到PPLC系系统中。PPLC在在过程控控制的发发展将是是一智能能变送器器和现场场总线，暨暨向下拓拓展功能能，开放放总线。2、相同同点在微电子子技术发发展的背背景下，从从硬件的的角度来
23、来看，PPLC、工工业计算算机、集集散系统统(DCCS)之之间的差差别正在在缩小，都都将由类类似的一一些微电电子元件件、微处处理器、大大容量半半导体存存储器和和I/OO模件组组成。编编程方面面也有很很多相同同点。3、不同同点由于PLLC和计计算机属属于两类类产品，经经过几十十年的发发展都形形成了自自身的装装置特点点和软件件工具，实实际上它它们的区区别仍然然存在。PLC用用编程器器或计算算机编程程，编程程语言是是梯形图图、功能能块图、顺顺序功能能表图和和指令表表等。集集散系统统自身或或用计算算机结构构形成组组态构成成开发系系统环境境。特别需要要提出的的是，PPLC与与STDD总线工工控机的的区别
24、，无无论从维维修、安安装和模模件功能能都很相相似。PPLC更更适用于于黑模式式下运行行，但在在线运行行时若要要进行较较大的程程序修改改，其能能力略逊逊于STTD工控控机，但但是从开开关量控控制而言言，PLLC的性性能优于于STDD工控机机。总的来说说，在选选择控制制器时，首首先要从从工程要要求、现现场环境境和经济济性等方方面考虑虑。没有有哪种控控制器是是绝对完完善的，也也没有哪哪种产品品绝对差差，只能能说根据据不同的的环境选选择更适适用的产产品77。2.1.3 机机械手控控制方式式的选定定PLC实实现的自自动控制制系统，其其控制功功能基本本都是通通过设计计软件来来实现的的，这种种软件是是利用P
25、PLC厂厂商提供供的指令令系统，根根据机械械设备的的工艺流流程来设设计。PLC自自问世以以来，经经过200多年的的发展，在在美国、欧欧洲、日日本等工工业发达达国家已已成为重重要产业业，当前前，PLLC在国国际市场场上已成成为最受受欢迎的的工业控控制畅销销产品，用用PLCC设计自自动控制制系统已已成为世世界潮流流。PLC之之所以有有生命力力，在于于它更加加适合工工业现场场和市场场的要求求：高可可靠性、强强抗各种种干扰的的能力。编编程安装装使用简简便、低低价格长长寿命。比比之单片片机，它它的输入入输出端端更接近近现场设设备，不不需添加加太多的的中间部部件或需需要更多多的接口口，这样样节省了了用户时
26、时间和成成本。PPLC的的下端（输输入端）为为继电器器、晶体体管和晶晶闸管等等控制部部件，而而上端一一般是面面向用户户的微型型计算机机。人们们在应用用它时，可可以不必必进行计计算机方方面的专专门培训训，就能能对可编编程控制制器进行行操作及及编程，用用来完成成各种各各样的复复杂程度度不同的的工业控控制任务务。 PLC具具有很多多的优点点。机械械手控制制系统若若采用PPLC控控制，体体积小、重重量轻、控控制方式式灵活、可可靠性高高、操作作简单、维维修容易易。由于于PLCC所具有有的灵活活性、模模块化、易易于扩展展等特点点，可以以根据现现场要求求实现机机械手的的不同工工作要求求。机械械手采用用PLC
27、C控制技技术，可可以大大大提高该该系统的的自动化化程度，减减少了大大量的中中间继电电器、时时间继电电器和硬硬件接线线，提高高了控制制系统的的可靠性性。同时时，用PPLC控控制系统统可方便便地更改改生产流流程，增增强控制制功能8。综综上所述述，机械械手的控控制方式式选择PPLC控控制。2.2 可编程程序控制制器简介介可编程序序控制器器（Prrogrrammmablle LLogiic CConttrolllerr）简称称PLCC或PCC，是从从早期的的继电器器逻辑控控制系统统发展而而来，它它不断吸吸收微计计算机技技术使之之功能不不断增强强，逐渐渐适应复复杂的控控制任务务 。2.2.1 PPLC的
28、的结构PLC和和一般的的微型计计算机基基本相同同，也是是由硬件件系统和和软件系系统两大大部分组组成的。PLC的硬件系统由微处理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成9。其结构简图如下：外设I/O接口 输出部件存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器电源 输入部件I/O扩展接口 I/O扩展单元 受控元件输入信号外部设备图2-11 PLLC硬件件结构图图PLC的的软件系系统是指指PLCC所使用用的各种种程序的的集合，通通常可分分为系统统程序和和用户程
29、程序两大大部分。系系统程序序是每一一个PLLC成品品必须包包括的部部分，由由PLCC厂家提提供，用用于控制制PLCC本身的的运行，系系统程序序固化在在EPRROM中中。用户户程序是是由用户户根据控控制需要要而编写写的程序序。硬件件系统和和软件系系统组成成了一个个完整的的PLCC系统，他他们是相相辅相成成，缺一一不可的的。2.2.2 PPLC的的特点可编程序序控制器器是一种种以微机机处理器器为核心心的工业业通用自自动控制制装置，其其实质是是一种工工业控制制用的专专用计算算机。国国内外现现有的机机械手系系统，它它们的控控制形式式大都采采用可编编程序控制器器控制，特特别是在在智能化化要求程程度高容容
30、量大的的现代化化工业机机械手系系统中应应用更为为普遍。其主要原因是因为PLC具有以下优点：1、灵活活、通用用在继电器器控制系系统中，使使用的控控制器件件是大量量的继电电器，整整个系统统是根据据设计好好的电器器控制图图，由人人工布线线、焊接接、固定定等手段段组装完完成的，其其过程费费时费力力。如果果因为工工艺上的的稍许变变化，需需要改变变电器控控制系统统的话，那那么原先先的整个个电器控控制系统统将被全全部拆除除，而重重新进行行布线、焊焊接、固固定等工工作，浪浪费了大大量的人人力、物物力和时时间。而而可编程程控制器器是通过过存储在在存储器器中的程程序实现现控制功功能的，如如果控制制功能需需要改变变
31、的话，只只需要修修改程序序以及改改动极少少量的接接线即可可。而且且，同一一台可编编程控制制器还可可以用于于不同的的控制对对象，只只要改变变软件就就可以实实现不同同的控制制要求，因因此具有有很大的的灵活性性、通用用性。2、可靠靠性高、抗抗干扰能能力强对于机械械手系统统来说，可可靠性、抗抗干扰能能力是非非常重要要的指标标，如何何能在各各种工作作环境和和条件(如电磁磁干扰、低低温潮湿湿、灰尘尘超高温温等)下下，平稳稳可靠的的工作，将将故障率率降至最最低，是是研制每每一种控控制系统统必须考考虑的问问题。现现代PLLC采用用了集成成度很高高的微电电子器件件，大量量的开关关动作由由无触点点的半导导体电路路
32、来完成成，其可可靠性程程度是使使用机械械触点的的继电器器所无法法比拟的的。为了了保证PPLC能能在恶劣劣的工业业环境可可靠的工工作，在在其设计计和制造造过程中中采取了了一系列列硬件和和软件方方面的抗抗干扰措措施，使使其可以以适应恶恶劣的工工业应用用环境。3、操作作方便、维维修容易易PLC采采用电气气操作人人员熟悉悉的梯形形图和功功能助记记符编程程，使用用户十分分方便的的读懂程程序和编编写、修修改程序序。对于于使用者者来说，几几乎不需需要专门门的计算算机知识识。工程程师编好好的程序序十分清清晰直观观，只要要写好操操作说明明书，操操作人员员经短期期的学习习就可以以使用。4、功能能强现代PLLC不仅
33、仅具有条条件控制制、计时时、计数数和步进进等控制制功能，而而且还能能完成AA/D、D/A转换、数字运算和数据处理以及通信联网和生产过程监控等。因此，它既可控制开关量，又可控制模拟量；既可控制一个机械手，又可控制一个机械手群；既可控制简单系统，又可控制复杂系统；既可现场控制，又可远程控制。5、体积积小、重重量轻和和易于实实现机电电一体化化由于PLLC采用用了半导导体集成成电路。因因此具有有体积小小、重量量轻、功功耗低的的特点。且且PLCC是为工业业控制设设计的专专用计算算机，其其结构紧紧凑、坚坚固耐用用、体积积小巧，并并由于具具备很强强的可靠靠性和抗抗干扰能能力，使使之易于于装入机机械设备备内部
34、，因因而成为为实现机机电一体体化十分分理想的的控制设设备110。同样，可可编程序序控制器器控制也也有其不不足的地地方，在在性价比比上要高高于继电电器控制制和单片片机控制制，其开开发潜力力要差于于单片机机，并且且通用性性不好，不不同厂家家的可编编程序控控制器以以及其附附属单元元都是固固定专用用等等。2.2.3 PPLC的的主要功功能PLC是是一种应应用面很很广、发发展非常常迅速的的工业自自动化装装置，在在工厂自自动化(FA)和计算算机集成成制造系系统(CCIMSS)内占占重要地地位。PLC系系统主要要有以下下功能：1) 多种控制制功能；2) 数据采集集、存储储与处理理功能；3) 通信联网网功能；
35、4) 输入、输输出接口口调理功功能；5) 人机界面面功能；6) 编程、调调试功能能。PLC的的重量、体体积、功功耗和硬硬件价格格一直在在降低，虽虽然软件件价格占占的比重重有所增增加，但但是各厂厂商为了了竞争也也相应地地降低了了价格。另另外，采采用PLLC还可可以大大大缩短设设计、编编程和投投产周期期，使总总价格进进一步降降低。PPLC产产品面临临现场总总线的发发展，将将再次革革新，满满足工业业与民用用控制的的更高需需求111。2.2.4 PPLC的的经济分分析综上所述述，在各各种环境境中，使使用PLLC控制制机构设设备，生生产流水水线和生生产过程程的自动动化控制制将越来来越广泛泛。对PLCC的
36、经济济分析，应应从以下下几方面面考虑：1、从影影响成本本的各个个因素综综合考虑虑对目前生生产设备备控制装装置来说说，有三三种类型型： 继电电器控制制； 半导导体器件件控制； PLLC控制制。价格格仅是选选择PLLC品牌牌的一个个因素，而而可靠性性是选择择控制装装置时需需要考虑虑的又一一个重要要因素。2、从设设计、生生产周期期长短考考虑不论是对对旧设备备进行改改造，还还是设计计新的生生产机械械设备。毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产，特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需改动现有生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入
37、市场。这无疑给企业增加了活力，提高了经济效益。如果把这些要求得以实现，继电器或半导体都不能满足，而PLC则完全可以实现。这是因为使用PLC不必改动外部设备接线，只要对软件进行一些改变就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的效果。据调查，目目前我国国70%的的机械生生产设备备，都是是采用继继电器进进行控制制的，除除了可靠靠性差外外，程序序设计也也很繁杂杂。从方方案的确确立到技技术条件件的设计计以及施施工的设设计，图图面的工工作量很很大，这这势必造造成设计计周期长长。而采采用PLLC控制制可以大大大缩短短设计周周期，甚甚至有
38、些些文件资资料也不不必绘制制成图。设设计人员员完全可可以利用用编程器器上屏幕幕显示来来输入，或或修改程程序使得得梯形图图能准确确无误地地反映生生产要求求。编程程人员也也可根据据新产品品对生产产提出的的新工艺艺要求，重重新编写写程序并并把它存存储在EEEPRROM模模块中去去，需要要加工哪哪种产品品的程序序，操作作人员可可以随时时调用，这这既简单单、方便便又保密密。2.2.5 PPLC发发展状况况及趋势势现代PLLC的发发展主要要有两个个趋势：一是向向体积更更小、速速度更快快、功能能更强和和价格更更低的微微小型方方面发展展；二是是向大型型网络化化、高可可靠性、好好的兼容容性和多多功能方方面发展展
39、122。1、大型型网络化化主要是朝朝DCSS方向发发展，使使其具有有DCSS系统的的一些功功能。网网络化和和通信能能力强是是PLCC发展的的一个重重要方面面，向下下可将多多个PLLC、II/O框框架相连连，向上上与工业业计算机机、以太太网、MMAP网网等相连连构成整整个工厂厂的自动动化控制制系统。 2、多功功能随着自调调整、步步进电机机控制、位位置控制制、伺服服控制等等模块的的出现，使使PLCC控制领领域更加加宽广。第三章 机械手手模型控控制系统统的设计计3.1 机械手手控制系系统构件件概述本课题设设计使用用的是TTHWJJX-11型机械械手实物物教学实实验装置置。机械械手实物物教学模模型的机
40、机械结构构采用滚滚珠丝杆杆、滑杆杆、气缸缸、气夹夹等机械械部件组组成；电电气方面面有步进进电机、直直流电机机、步进进电机驱驱动器、传传感器、开开关电源源、电磁磁阀等电电子器件件组成。该该模型是是PLCC技术、位位置控制制技术、气气动技术术有机结结合成一一体的教教学仪器器。3.1.1 步步进电机机采用二相相八拍混混合式步步进电机机来控制制机械手手的动作作，相比比直流电电机有更更好的制制动效果果，又加加上滚珠珠丝杆和和滑杆配配合，使使机械手手的运动动更加稳稳定。主主要特点点：体积积小，具具有较高高的起动动和运行行频率，有有定位转转矩等优优点。本本模型中中采用串串联型接接法，其其电气接接线图如如图3
41、-1所示示：图3-11 步进进电机电电气接线线图3.1.2 步步进电机机驱动器器步进电机机驱动器器主要有有电源输输入部分分、信号号输入部部分、输输出部分分等。驱驱动器参参数如下下表3-1、表表3-22、表33-3、表表3-44所示。PPLC控控制器与与步进电电机驱动动器连接接及工作作原理，如如图3-2所示示。步进进电机驱驱动器有有电源输输入部分分、信号号输入部部分、信信号输出出部分等等，利用用驱动器器可以很很方便的的对步进进电机的的转速、方方向进行行控制。驱驱动器电电源由面面板上电电源模块块提供，驱驱动器信信号端采采用+224V供供电，需需加1.5K限限流电阻阻（见图图3-22中1.5K电电阻
42、）。驱驱动器输输入端为为低电平平有效。PPLC通通过控制制其输出出点来控控制驱动动器光耦耦的开合合，当PPLC输输出线圈圈得电表3-11电气规规格说明最小值典型值最大值单位供电电压压182440V均值输出出电流0.21111.500A逻辑输入入电流61530mA步进脉冲冲响应频频率100kHz脉冲低电电平时间间51s表3-22电流设设定电流值SW1SW2SW30.211AOFFONON0.422AONOFFON0.633AOFFOFFON0.844AONONOFF1.055A0FFONOFF1.266AONOFFOFF1.500AOFFOFFOFF表3-33 细分分设定细分倍数数步数/圈圈（1
43、.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON816000OFFOFFON1632000ONONOFF3264000OFFONOFF64128000OFFONOFF由外部确确定动态改细细分/禁禁止工作作OFFOFFOFF表3-44 接线线信号描描述信 号号功能PUL脉冲信号号：上升升沿有效效，每当当脉冲由由低变高高时电机机走一步步DIR方向信号号：用于于改变电电机转向向，TTTL平驱驱动OPTOO光耦驱动动电源ENA使能信号号：禁止止或允许许驱动器器工作，低低电平禁禁止GND直流电源源地+V直流电源源正极，典典型值+24VVA+电机A相相A-电机A
44、相相B+电机B相相B-电机B相相时，晶体体管导通通，相应应的触电电输出低低电平，使使驱动器器光耦导导通，当当PLCC输出线线圈失电电时，晶体管关关断，使使驱动器器光耦截截止。另另外若不不采用驱驱动器，而而采用PPLC输输出触点点直接驱驱动步进进电机，会会占用很很多的输输出触点点，同时时给编程程带来不不便。图3-22 PLLC控制制器与步步进电机机驱动器器连接及及工作原原理3.1.3 传传感器本装置中中使用的的传感器器有接近近开关和和行程开开关。基基座和气气夹的正正反转限限位采用用接近开开关（金金属传感感器），通通过调整整基座和和气夹上上的金属属块的位位置，可可以在一一定范围围内改变变基座图3-
45、33传感器器工作原原理图和气夹的的旋转角角度。机机械手的的伸缩、升升降均采采用行程程开关来来限位，并并通过改改变行程程开关的的位置来来调节横横轴和竖竖轴的运运动范围围。1、接近近开关：接近开开关有三三根连接接线（棕棕、兰、黑黑）棕色色接电源源的正极极、蓝色色接电源源的负极极、黑色色为输出出信号，当当与档块块接近时时输出电电平为低低电平，否否则为高高电平。与与PLCC之间的的接线图图如下，当当传感器器动作时时，输出出端对地地接通。PPLC内内部光耦耦与传感感器电源源构成回回路，PPLC信信号输入入有效，工工作原理理如图33-3所所示。2、行程程开关：当档块块碰到开开关时，常常开点闭闭合。3.1.
46、4 直直流电机机驱动单单元本装置中中直流电电机驱动动模块是是由两个个继电器器的吸合合与断开开来控制制电机的的转动方方向的，从而实现基座和气夹的正反转。本模型所用输入、输出均为低电平有效。其中IN端接PLC的输出端口，OUT端接模型的信号输入端。COM端接PLC的传感器电源负端。电平转换板原理图如图3-4所示。图3-44 电平平转换板板原理图图3.2 机械手手的动作作实现过过程机械手的的全部动动作由步步进电机机和直流流电机进进行驱动动控制。机机械手结结构示意意图如图图3-55所示。步步进电机机的运动动需要驱驱动器，有有脉冲输输入时步步进电机机才会动动作，且且每当脉脉冲由低低变高时时步进电电机走一一步；改改变电机机转向时时，需要要加方向向信号。机机械手的的上升/下降、前前伸/后后缩动作作就是通