发布时间 : 星期日 文章基于PLC的机械手模型控制系统的设计 - 毕业设计论文 定稿更新完毕开始阅读33c5971228f90242a8956bec0975f46526d3a75a
湖南文理学院电气与信息工程学院本科毕业设计
随着自调整、步进电机控制、位置控制、伺服控制等模块的出现，使PLC控制领域更加宽广。
第三章 机械手控制系统的设计
3.1 机械手控制系统构件概述
本课题设计使用的是THWJX-1型机械手实物教学实验装置。机械手实物教学模型的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸、气夹等机械部件组成；电气方面有步进电机、直流电机、步进电机驱动器、传感器、开关电源、电磁阀等电子器件组成。该模型是PLC技术、位置控制技术、气动技术有机结合成一体的教学仪器。3.1.1 步进电机
采用二相八拍混合式步进电机来控制机械手的动作，相比直流电机有更好的制动效果，又加上滚珠丝杆和滑杆配合，使机械手的运动更加稳定。主要特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优点。本模型中采用串联型接法，其电气接线图如图3-1所示：
图3-1 步进电机电气接线图
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3.1.2 步进电机驱动器
步进电机驱动器主要有电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。驱动器参数如下表3-1、表3-2、表3-3、表3-4所示。PLC控制器与步进电机驱动器连接及工作原理，如图3-2所示。步进电机驱动器有电源输入部分、信号输入部分、信号输出部分等，利用驱动器可以很方便的对步进电机的转速、方向进行控制。驱动器电源由面板上电源模块提供，驱动器信号端采用+24V供电，需加1.5K限流电阻（见图3-2中1.5K电阻）。驱动器输入端为低电平有效。PLC通过控制其输出点来控制驱动器光耦的开合，当PLC输出线圈得电
表3-1 电气规格
单位 V A mA kHz μs 说明 供电电压 均值输出电流 逻辑输入电流 步进脉冲响应频脉冲低电平时间 最小值 18 0.21 6 — 5 表3-2 电流设定
典型值 24 1 15 — — 最大值 40 1.50 30 100 1
电流值 0.21A 0.42A 0.63A 0.84A 1.05A 1.26A 1.50A SW1 OFF ON OFF ON 0FF ON OFF 表3-3 细分设定
SW2 ON OFF OFF ON ON OFF OFF SW3 ON ON ON OFF OFF OFF OFF SW5 ON ON OFF OFF ON ON ON OFF
SW6 ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF 细分倍数 1 2 4 8 16 32 64 步数/圈（1.8整步） 200 400 800 1600 3200 6400 12800 ＯSW4 ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF 由外部确定 动态改细分/禁止工作 表3-4 接线信号描述
信 号 PUL
功 能 脉冲信号：上升沿有效，每当脉冲由低变高时电机走一步 10
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DIR OPTO ENA GND +V A+ A- B+ B- 方向信号：用于改变电机转向，TTL平驱动 光耦驱动电源 使能信号：禁止或允许驱动器工作，低电平禁止 直流电源地 直流电源正极，典型值+24V 电机A相 电机A相 电机B相 电机B相 时，晶体管导通，相应的触电输出低电平，使驱动器光耦导通，当PLC输出线圈失电时，
晶体管关断，使驱动器光耦截止。另外若不采用驱动器，而采用PLC输出触点直接驱动步进电机，会占用很多的输出触点，同时给编程带来不便。
图3-2 PLC控制器与步进电机驱动器连接及工作原理
3.1.3 传感器
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本装置中使用的传感器有接近开关和行程开关。基座和气夹的正反转限位采用接近开关（金属传感器），通过调整基座和气夹上的金属块的位置，可以在一定范围内改变基座
图3-3 传感器工作原理图
和气夹的旋转角度。机械手的伸缩、升降均采用行程开关来限位，并通过改变行程开关的位置来调节横轴和竖轴的运动范围。
1、接近开关：接近开关有三根连接线（棕、兰、黑）棕色接电源的正极、蓝色接电源的负极、黑色为输出信号，当与档块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。与PLC之间的接线图如下，当传感器动作时，输出端对地接通。PLC内部光耦与传感器电源构成回路，PLC信号输入有效，工作原理如图3-3所示。
2、行程开关：当档块碰到开关时，常开点闭合。3.1.4 直流电机驱动单元
本装置中直流电机驱动模块是由两个继电器的吸合与断开来控制电机的转动方向的，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。
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