《-自动螺钉装配机械手控制系统设计电气工程及其自动化学士学位论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《-自动螺钉装配机械手控制系统设计电气工程及其自动化学士学位论文.doc（44页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、成都理工大学工程技术学院毕业论文自动螺钉装配机械手控制系统设计作者姓名： 专业名称：电气工程及其自动化指导教师： 讲师-36-自动螺钉装配机械手控制系统设计摘要随着电力电子技术、自动控制技术、信息通信技术的迅速发展，螺钉输送机及二维机械手的应用也越来越广泛。单片机、可编程序控制器PLC等自动控制仪器运用已十分普遍，它们的特点是通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。论文研究以螺钉输送机和X-Y装配机械手为研究主体，利用可编程控制器(PLC)作为控制系统的主要控制单元，结合伺服控制以及触摸屏等工业控制技术，实现螺钉装配机的全自动控制。采
2、用步进电机和伺服电机相结合的控制方法实现拧螺钉，使得装配螺钉的速度快，定位精确，拧螺钉效率高；触摸屏和PLC的结合，让控制系统的性能更加安全可靠，使得整套设备成为操作方便、高效自动化的机电一体化产品。论文首先简要介绍了自动螺钉装配机械手的控制系统及其实现，然后对各部分的结构、功能、工作流程以及基本参数进行了说明，最后完成电气原理图的设计制作、自动螺丝输送机及平面二维移动机械手的PLC控制编程及控制系统的实现。自动控制技术在当今工业生产中起着极其重要的作用，自动机械手作业的准确性和在各种环境中完成作业的能力，使其在国民经济各领域有着广阔的发展前景。关键词：机械手 自动控制 PLC 控制编程Abs
3、tractWith the development of power electronic technology, automatic control technology, information and communication technology rapid development, application of screw conveyor and planar manipulator is more and more widely. Single chip, programmable controller PLC automatic control instrument used
4、 has been very popular, they are characterized by a variety of programming to complete the desired tasks, in the structure and performance of both people and machines to their respective advantages, especially the peoples intelligence and adaptability.Based on screw conveyor and X-Y assembly manipul
5、ator as the research subject, the use of programmable logic controller (PLC) as the main control unit control system, the servo control and touch screen, industrial control technology, automatic control screw assembly machine. Control method of the step motor and servo motor are combined into the sc
6、rew, the screw assembly of fast, accurate positioning, high efficiency of screw; combined with touch screen and PLC, so the performance of the control system is safe and reliable, which makes the whole equipment become convenient operation, high automation, electromechanical integration products.The
7、 paper briefly introduces the control system of automatic screw assembly manipulator and its implementation, and then on the part of the structure, function, work flow and basic parameters are described, finally complete the implementation, the design of the electric principle diagram of the automat
8、ic screw conveyor and the planar mobile manipulator PLC control programming and control system.Automatic control technology plays a very important role in todays industrial production, the accuracy of automatic mechanical hand operation and the ability to complete the work in various environments, w
9、hich make it have wide development prospect in the field of national economy.Keywords: manipulator ,automatic control,PLC,control programming目录摘要IAbstractII目录IV前言VI1 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 机械手的发展概况12 可编程控制器22.1 概述22.2 PLC的结构组成22.2.1 PLC的物理结构22.2.2 PLC的软硬件结构32.3 PLC的工作方式和编程语言42.3.1 PLC的工作方式42.3.2 PLC的编程
10、语言42.4 PLC的特殊性42.4.1 PLC的特点52.4.2 PLC的性能指标52.4.3 PLC的应用领域63 系统设计要求73.1 设计对象73.2 自动螺钉输送机73.3 X-Y螺钉装配机械手104 电气元件选择134.1 PLC134.1.1 自动螺钉输送机PLC1134.1.2 螺钉装配机械手PLC2144.1.3 高速计数器164.2 自动螺钉输送机174.3 装配机械手174.4 步进电机184.5 磁性开关194.6 接近开关204.7 旋转编码器214.8 控制系统结构215 软件设计245.1 自动螺钉输送机的操作245.2 X-Y机械手的操作265.3 系统初始归零
11、275.4 机械手X轴定位295.5 机械手Y轴定位305.6 装配完成回零315.7 PLC的通信325.7.1 通信的基本概念325.7.2 通信程序设计33总结34致谢35参考文献36前言随着社会生产不断进步和人们生活节奏不断加快，人们对生产效率也不断提出新要求。由于微电子技术和计算软、硬件技术的迅猛发展和现代控制理论的不断完善，使机械手技术快速发展。机械手的积极作用正日益为人们所认识，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视
12、。因此，才有了这次论文的设计，希望能够改善机械手在工业方面的运用。此次毕业设计第一阶段的主要工作是，学习有关PLC控制技术的基本知识，了解与其相关的技术，并在此基础上学习了PLC控制机械手和其他类似机器的工作原理。第二阶段是在指导教师的指导下，进行系统的学习掌握如何用PLC控制机器和此次设计的各个部分的工作流程，学会了对电气原理图的设计制作、自动螺丝输送机及平面二维移动机械手的PLC控制编程及控制系统的实现。通过教师的悉心指导和自己的努力，完成了毕业设计的各项任务，成功编制了控制机械手的程序，基本实现了各项功能。论文正文主要包括以下几部分：第1部分，绪论对选题的和意义进行了概括，以及对机械手的
13、发展状况进行了总体阐述。第2部分，对PLC的概述，包括它的定义、结构、工作方式和编程语言，以及它的特点、发展趋势和应用领域。第3部分，对此次设计的要求和目标的叙述，即自动螺钉输送机和X-Y螺钉输送机需要完成的动作。第4部分，对此次设计所需要的电器元件进行分别的阐述，如PLC需要用的是和利时LM系列的；还有就是步进电机、磁性开关、接近开关、旋转编码器的定义和它们的电气接线图以及对整个系统的配电控制进行了分析。第5部分，此次论文的软件设计，即设计的中各个部分的操作流程说明简介，使论文的操作更加的清楚明了。最后，对系统中操作各个部分的程序进行了说明和引用，让PLC的程序透明化，并且，还有对PLC通信
14、的基本概念和程序的叙述。最后论文对设计的内容和结果进行了总结。1 绪论1.1 选题的目的和意义随着电力电子技术、自动控制技术、信息通信技术的迅速发展，螺钉输送机及二维机械手的应用也越来越广泛。它是近年发展起来的一种高科技自动化生产设备，机械手是工业机器人的一个重要的分支。它的特点是通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手的积极作用正日益为人们所认识，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。机械手作业的准确性和在各种环境中完成作业的能力，在
15、国民经济各领域有着广阔的发展前景。1.2 机械手的发展概况目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可
16、按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手，使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。2 可编程控制器本章介绍可编程控制器的历史、功能、特点、应用范围、发展趋势、结构和工作原理等知识，初步了解可编程控制器。2.1 概述可编程控制器简称PLC，是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核
17、心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.2 PLC的结构组成PLC的结构组成包括物理结构组成、硬件结构组成和软件结构组成，不同的组成部分，在PLC的应用中都有非常重要的作用，不可替代。2.2.1 PLC的物理结构PLC产品种类繁多，对PLC的分类
18、，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。按结构形式不同，可将PLC分为整体式、模块式和叠装式。1. 整体式PLC：将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。小型PLC一般采用这种
19、整体式结构。 2. 模块式PLC：将PLC各组成部分分别做成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块组成一个系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。 3. 叠装式PLC：还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2.2.2 P
20、LC的软硬件结构1. PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。其中CPU是PLC的核心，按照系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作；存储器主要用来存放系统程序、用户程序及工作数据；输入单元和输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控对象进行控制的依据，同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的；通信接口用于与监视器、打印机、其它PLC、编程器、上位机等外设连接；扩展接口用于连接扩展单元；PLC配有开关电源，以供内部电路使
21、用。PLC主要的外部设备有很多，如：EPROM写入器、外存储器、人机接口装置等。EPROM写入器是用来将用户程序固化到EPROM存储器中；外存储器主要是用外部的磁带、磁盘及用半导体存储器做成的存储盒等来存储PLC的用户程序；人机接口装置是用来实现操作人员与PLC控制系统的对话。2. PLC的软件主要由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改，系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等；PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序，用以实现控制目的。2.3 PLC的工作方
22、式和编程语言了解PLC的工作方式，对于一个PLC的运行工作将会更加的熟悉，了解它的编程语言，对编写PLC的运用程序至关重要。2.3.1 PLC的工作方式PLC采用扫描工作方式（串行工作方式），主要分为三个阶段：输入扫描、程序执行、输出刷新。它的特点是当需要执行众多操作时，CPU不可能同时去执行多个操作，只能按分时操作方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行，其执行用户程序的过程为：从第一条程序开始扫描，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储顺序的先后，逐条执行用户程序，直到程序结束。然后再从头开始扫描执行，并周而复始地重复进行。2.3.2 PLC的编程语言PLC编程语言主要由两大类：一是采用字
23、符表达方式的编程语言，二是采用图形符号表达方式的编程语言。常见的PLC编程语言主要由： 1. 梯形图语言：以图形方式表达触点和线圈以及特殊指令块的梯级。 2. 语句表语言：类似于汇编程序的助记符编程表达方式。 3. 逻辑图语言：类似于数字逻辑电路结构的编程语言，由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。 4. 功能表图语言：又称状态转移图语言，它不仅仅是一种语言，更是一种组织控制程序的图形化方式，对于顺序控制系统特别适用。 5. 高级语言：为了争抢PLC的运算、数据处理及通信等功能，特别是大型PLC，可采用高级语言，如BASIC、C、PASCAL语言等。2.4 PLC的特殊性P
24、LC所独具的特殊性，使得它与其他的控制器有着很大的不同，也有着很多其他控制器不具有的功能。让它在功能上更加的满足于我们的使用，能更好的为我们提供方便。2.4.1 PLC的特点PLC主要特点如下：1. 可靠性高、抗干扰能力强。2. 编程简单、使用方便。3. 功能完善、通用性强。4. 设计安装简单、维护方便。5. 体积小、重量轻、能耗低。 PLC具有高可靠性，主要是它采用了一系列硬件和软件抗干扰措施：1. 硬件方面：I/O接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对CPU等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电
25、磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。2. 软件方面：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。2.4.2 PLC的性能指标PLC主要性能指标有： 1. 存储容量：用户程序存储器的容量。 2. I/O点数：PLC可以接受的输入信号和输出信号的总和。3. 扫描速度：PLC执行用户程序的速度。 4. 指令的功能与数量：编程指令的功能越强、数量越多，PLC的处理能力和控制能力也越强，用户编程也越简单方便
26、，越容易完成复杂的控制任务。 5. 内部元件的种类和数量：元件的种类和数量越多，表示PLC的存储和处理各种信息的能力越强。 6. 特殊功能单元：特殊功能单元种类越多，功能越来越强，使得PLC控制功能日益扩大。 7. 可扩展能力：PLC可扩展能力包括I/O点数的扩展、存储容量的扩展、联网功能的扩展、各种功能模块的扩展等。2.4.3 PLC的应用领域PLC已经广泛的应用在所有的工业部门，随着其性能价格比的不断提高，PLC的应用范围不断的扩大，主要有以下几个方面：1. 数字量逻辑控制。2. 运动控制。3. 闭环过程控制。4. 数据处理。5. 通信联网。3 系统设计要求3.1 设计对象被控对象：所选被
27、控对象为自动螺钉装配机械手装置。自动螺钉装配机械手装置具备高效率、高可靠性、性价比高等优点，在自动化装配的电子行业、机械行业等各行业使用非常广泛。因此选用该装置作为本次比赛的被控对象，具有很强的代表性和可行性。该装置分为自动螺钉输送机和X-Y螺钉装配机械手，如图3.1所示。自动螺钉输送机X-Y螺钉装配机械手图3.1 自动螺钉装配机械手装置3.2 自动螺钉输送机1. 机构说明图3.2 螺钉输送机构说明图图3.3 锁丝扳手机构说明图3.4 辅助控制电器图2. 功能编号说明表3.1 输送机的功能表序号名称说明类型信号输入点说明1SB1螺钉输送机PLC启动按下ON弹起OFF/自动复位型2SB2螺钉输送
28、机PLC停止按下ON弹起OFF/自动复位型3SB3螺钉输送机PLC急停按下OFF弹起ON/手动复位型4PH1螺钉加料检测传感器叉形光电开关NPN型 DC24V5PX1螺钉滑牙检测传感器接近开关M12NPN型 DC24V61B1出料气缸后位检测磁性开关两线制 DC24V72B1锁丝气缸上位检测磁性开关两线制 DC24V8NJ扭矩达到输入信号开关量信号控制输出点说明9M1料筒电机螺钉上料转动直流电机5W DC24V10M2毛刷电机把料槽里排序不整的料扫出直流电机2W DC24V11YV1出料阀控制拉动气缸落料两位五通单电控阀 DC24V12YV2吹气阀把落入透明管里的螺丝吹到锁嘴部位两位三通单电控
29、阀 DC24V13YV3锁丝阀控制带动扳手的气缸下压锁紧两位五通单电控阀 DC24V14HL1螺钉锁紧过程中滑牙报警DC24V15HL2料筒螺钉缺料报警DC24V16ZZQ把料槽里的螺钉震动移动AC220V17BS锁丝扳手DC 30V3.3 X-Y螺钉装配机械手1. 机构说明：（1）机械手结构图图3.5 X-Y螺钉装配机械手结构图（2）机械手X轴和Y轴螺钉孔图图3.6 X-Y螺钉装配孔板标识图2. 功能编号说明表3.2 机械手的功能表序号名称说明类型信号输入点说明1A-AY轴编旋转编码器A相增量型旋转编码器、DC24V、1024P/R、NPN信号2B-BY轴编旋转编码器B相3Z-ZY轴编旋转编
30、码器Z相4SQ1X轴后限位开关接近开关、NPN信号、DC24V5SQ2X轴参考点开关接近开关、NPN信号、DC24V6SQ3X轴前限位开关接近开关、NPN信号、DC24V7SQ4Y轴左限位开关接近开关、NPN信号、DC24V8SQ5Y轴参考点开关接近开关、NPN信号、DC24V9SQ6Y轴右限位开关接近开关、NPN信号、DC24V10SB1机械手PLC启动按钮按下ON/弹起OFF/自动复位型11SB2机械手PLC停止按钮按下ON/弹起OFF/自动复位型12SB3急停按钮按下OFF弹起ON手动复位型控制输出点说明13M3脉冲X轴(M3)电机驱动器控制脉冲信号接入点脉冲信号14M3方向X轴(M3)
31、电机驱动器控制方向信号接入点方向信号15M3脱机X轴(M3)电机励磁失电控制信号输入点脱机信号，为ON时电机停止转动，作为超程保护开关16M4脉冲Y轴(M4)电机驱动器控制脉冲信号接入点脉冲信号17M4方向Y轴(M4)电机驱动器控制方向信号接入点方向信号18M4脱机Y轴(M4)电机励磁失电控制信号输入点脱机信号，为ON时电机停止转动，作为超程保护开关19HL1设备故障报警、超程报警等红灯闪烁20HL2正常运行指示灯绿灯闪烁3. 机械参数:（1）X轴移动行程400mm。（2）X轴电机每转一圈移动10mm。（3）Y轴移动行程400mm。（4）Y轴电机每转一圈移动10mm。4 电气元件选择此次设计是
32、在自动螺钉输送机和X-Y螺钉装配机械手的基础上结合PLC的控制程序，每一台机器都有独自的PLC控制，用步进电机运行这两台设备，在此过程中需要旋转编码器和高速计数器共同完成计数的功能，从而控制装配机械手的行程。4.1 PLC本次设计需要两台和利时LM系列的PLC两台，和利时LM小型可编程控制器（PLC）是和利时公司推出的新一代小型一体化PLC，包括多种CPU模块和扩展模块。4.1.1 自动螺钉输送机PLC11. 自动螺钉输送机系统的PLC1的输入输出配置表4.1 PLC1的输入输出配置表信号输入点说明输入端子名称功能说明类型I0.0SB1螺钉输送机启动按下ON弹起OFF/自动复位I0.1SB2螺
33、钉输送机停止按下ON弹起OFF/自动复位SB3螺钉输送机急停按下ON弹起OFF/手动复位I0.3PH1螺钉加料检测传感器叉形光电开关NPN型 DC24VI0.41B1出料气缸后位检测磁性开关两线制 DC24VI0.5NJ扭矩到达输入信号开关量信号I0.62B1锁丝气缸上位检测磁性开关两线制 DC24VI0.7PX1螺钉滑牙检测传感器接近开关M12NPN型 DC24V控制输出点说明输出端子名称功能说明类型Q0.0M1料筒电机螺钉上料转动直流电机5W DC24VQ0.1M2毛刷电机把料槽里排序不整的料扫出直流电机2W DC24VQ0.2ZZQ把料槽里的螺钉震动移动AC220VQ0.3YV1出料阀控
34、制拉动气缸落料两位五通单电控阀 DC24VQ0.4YV2吹气阀把落入透明管里的螺丝吹到锁嘴部位两位三通单电控阀 DC24VQ0.5BS锁丝扳手DC24VQ0.6YV3锁丝阀控制气缸下压锁紧两位五通单电控阀 DC24VQ0.7HL1螺钉锁紧过程中滑牙报警DC24VQ1.0HL2料筒螺钉缺料报警DC24V2. 自动螺钉输送机系统PLC1的外部接线图4.1 PLC1的外部接线图4.1.2 螺钉装配机械手PLC21. 螺钉装配机械手系统PLC2输入输出配置如表4.2所示，在表中设定了输入输出的端子编号，给每一个输入量和输出量都有了一个独有的端子。每一个输入输出量的端子，在写流程图和编程序时，起着很大的
35、作用，让各个部分的操作和说明更加的清楚明白，所以在PLC中对每一个输入输出量设定端子十分重要。表4.2 PLC2输入输出配置表信号输入点说明输入端子名称功能说明类型I0.0A-AY轴旋转编码器A相增量型旋转编码器，DC24V,1024P/RNPN型I0.7B-BY轴旋转编码器B相I1.0Z-ZY轴旋转编码器Z相I0.3SQ1X轴后限位开关接近开关，NPN型，DC24VI0.4SQ2X轴参考点开关接近开关，NPN型，DC24VI0.5SQ3X轴前限位开关接近开关，NPN型，DC24VI1.2SQ4Y轴左限位开关接近开关，NPN型，DC24VI1.3SQ5Y轴参考点开关接近开关，NPN型，DC24
36、VI1.4SQ6Y轴右限位开关接近开关，NPN型，DC24VI0.1SB1机械手PLC启动按钮按下ON弹起OFF/自动复位型I0.2SB2机械手PLC停止按钮按下ON弹起OFF/自动复位型SB3机械手急停按钮按下ON弹起OFF/手动复位型信号输出点说明输出端子名称功能说明类型Q0.3M3脉冲X轴(M3)电机驱动器控制脉冲信号接入点脉冲信号Q0.1M3方向X轴(M3)电机驱动器控制方向信号接入点方向信号Q0.2M3脱机X轴(M3)电机励磁失电控制信号输入点脱机信号，为ON时电机停止转动，作为超程保护开关Q1.1M4脉冲Y轴(M4)电机驱动器控制脉冲信号接入点脉冲信号Q0.4M4方向Y轴(M4)电
37、机驱动器控制方向信号接入点方向信号Q0.5M4脱机Y轴(M4)电机励磁失电控制信号输入点脱机信号，为ON时电机停止转动，作为超程保护开关Q0.6HL1设备故障报警、超程报警等红灯闪烁Q0.7HL2正常运行指示灯绿灯闪烁2. 螺钉装配机械手系统PLC2的外部接线图4.2 PLC2的外部接线图4.1.3 高速计数器高速计数器是指能计算比普通扫描频率更快的脉冲信号，它的工作原理与普通计数器类似，只是计数通道的响应时间更短，一般以KHZ的频率来计数。高速计数器有12种工作模式，每个计数器都有时钟、方向控制、复位启动等特定输入。表4.3 高速计数器的工作模式和输入点模式中断描述输入点HSC0I0.0I0
38、.1I0.2HSC1I0.6I0.7I1.0I1.1HSC2I1.2I1.3I1.4I1.5HSC3I0.1HSC4I0.3I0.4I0.5HSC5I0.40带有内部方向控制的单相计数器时钟1时钟复位2时钟复位启动3带有外部方向控制的单相计数器时钟方向4时钟方向复位5时钟方向复位启动6带有增减计数时钟的双相计数器增时钟减时钟7增时钟减时钟复位8增时钟减时钟复位启动9A/B正交计数器时钟A时钟B10时钟A时钟B复位11时钟A时钟B复位启动12只有HSC0和HSC3支持模式124.2 自动螺钉输送机自动螺钉输送机是将螺丝的取、放等工序自动完成的装置，产品能涉及到家电、化工、食品、烟草、汽车等行业机
39、械的装置一气呵成，可以大大提高生产效率，降低生产成本、提高可靠性及准确性。自动螺钉输送机，主要由震动器、螺钉分离器、送钉管、导向套等部分组成，螺丝通过转动电机及直震器传到送钉管中，再通过送钉管到达指定的导向套中，以便螺丝刀准确稳定的进行装配。4.3 装配机械手机械手：能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的
40、动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。机械手的优点是:动作灵活、运动惯性小、通用性强、能抓取靠近机座的工件，并能绕过机体和工作机械之间的障碍物进行工作.随着生产的需要，对多关节手臂的灵活性，定位精度及作业空间等提出越来越高的要求。4.4 步进电机步进电机是
41、将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。步进电机的工作原理是：通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。步进电机的电气接线如图4.3和4.4所示。图4.3 X轴步进电机驱动电气接线图图4.4 Y轴步进电机驱动电气接
42、线图4.5 磁性开关磁性开关是一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，也叫磁控开关。在设计中主要被用来检测气缸活塞位置：当随气缸移动的磁环靠近感应开关的两根磁簧片被磁化而使触点闭合，产生电信号；当磁环离开磁性开关后，舌簧片失磁，触点断开，电信号消失，这样可以检测到气缸的活塞位置从而控制相应的电磁阀动作。工作原理：磁性开关意思就是通过磁铁来感应的，这个“磁”就是磁铁，磁铁也有好几种，市场上面常用的磁铁有橡胶磁、永磁铁氧体、烧结钕铁硼等。开关就是干簧管了。干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单，体积小便于控制等优点，其外壳一般是一根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性
43、簧片电板，还灌有惰性气体。平时，玻璃管中的两个由特殊材料制成的簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。因此，作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，干簧管可以作为传感器用，用于计数，限位等等（在安防系统中主要用于门磁、窗磁的制作），同时还被广泛使用于各种通信设备中。在实际运用中，通常用永久磁铁控制这两根金属片的接通与否，所以又被称为“磁控管”。磁性开关的接线如图4.5所示。图4.5 磁性开关外部接线图4.6 接近开关接近开关是一种无需
44、与运动部件进行机械直接接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而给PLC装置提供控制指令。接近开关是种开关型传感器（即无触点开关），它既有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触，无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适
45、用能力，是一般机械式行程开关所不能相比的。接近开关的接线形式：图4.6 接近开关接线图4.7 旋转编码器旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。编码器一般分为增量型与绝对型，它们存着最大的区别：在增量编码器的情况下，位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。故此次设计我们用的是增量型编码器，可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。