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文章来源:未知 发布时间:2019-10-09 05:40

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  基于 PLC 的机械手控制设计 2. 机械手模型设计 2.1 机械手控制系统构件概述 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。 本设计中采用的机械手,可在三维空间内运动。水平(X)轴、垂直(Y)轴采用步 进电机控制,底盘的旋转采用直流电机控制,抓取物体的电磁阀采用气动形式。步进电 机的控制,由对应的步进电机驱动器电路完成。完成本设计需要的实验设备有:1)机械 手模型 2)计算机 3)导线)晶体管输出型可编程控制器(带编程电缆) 机械手的控制面板分以下几个模块 (1)步进电机驱动及步进电机 驱动器电流设定为 0.63A,细分设定为 8 细分。将 24V 电源接入驱动器,此时驱动器的 电源指示灯应点亮。将 24V 与 OPTO 端(驱动器使能端)连接起来。PUL 端是脉冲输入端。 DIR 是方向控制输入端。 (2)直流电机本模型用的气夹电机和底座电机均是 24V 直流电机,PLC 控制两个直流继 电器的吸合来控制电机的正转和反转。 (3)旋转编码盘 在本模型底座上有一个旋转编码盘,在底座旋转时,在此产生一个 VP-P 为 24V 的方波信 号,可以提供给 PLC 的高速计数器,用于机械手的定位控制。 (4)接近开关 在本模型中底座和气夹的限位通过 4 个电感式接近开关来完成。接近开关与触头接近时 接近指示灯点亮、输出低电平,否则为高电平。 (5)行程开关 在本模型中两个滚珠丝杆的限位通过 4 个滚轴式行程开关来完成。当行程开关压下时, 1 常开触点闭合,给 PLC 一个控制信号。 (6)电磁阀与平行气夹 本模型使用的电磁阀动作时平行气夹夹紧,动作则张开。 2.1.1 步进电机 用二相八拍混合式步进电机,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,其电气图如图 2.1 所示: 2.1 步进电机电气图 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 下列图表所示: (1)电气规格 说明 供电电压 均值输出电流 逻辑输入电流 步进脉冲响应频率 脉冲低电平时间 (2)电流设定 电流值 0.21A 0.42A 0.63A 0.84A 1.05A 1.26A 1.50A (3)细分设定 2 最小值 18 0.21 6 — 5 典型值 24 1 15 — — 最大值 40 1.50 30 100 1 单位 V A mA kHz μs SW1 OFF ON OFF ON 0FF ON OFF SW2 ON OFF OFF ON ON OFF OFF SW3 ON ON ON OFF OFF OFF OFF 细分倍数 1 2 4 8 16 32 64 由外部确定 (4)接线信号描述 信 号 PUL DIR OPTO ENA GND +V A+ AB+ B- 步数/圈(1.8°整步) 200 400 800 1600 3200 6400 12800 动态改细分/禁止工作 SW4 ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF SW5 ON ON OFF OFF ON ON ON OFF SW6 ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF 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 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 (5)PLC 控制器与步进电机驱动器连接的工作原理如图所示: 驱动器电源由面板上电源模块提供,注意正负极性,驱动器信号端采用+24V 供电, 需加 1.5K 限流电阻(见图 2.2 中 1.5K 电阻) 。驱动器输入端为低电平有效,在使用不同 厂家的 PLC 产品配套此模型使用时,要选择相应的输出方式,或者加入合适的电平转换 板进行电平转换。 3 图 2.2 控制驱动电路 2.2 控制要求 本设计中,机械手模型的执行顺序为: 1.开机复位 2.横轴前升 3.手旋转到位 4.电磁阀动作,手张开 5.竖轴下降 6.电磁阀动作,手夹紧 7.竖轴上升 8.横轴缩回 9.底盘旋转到位 10.横轴前伸 11.手旋转 12.竖轴下降 13.电磁阀动作,手张开 14.竖轴上升 15.复位 气夹在电磁阀未通电动作时为夹紧状态,通电后变为张开状态。在上述步骤中,4-5 和 13-15 之间为电磁阀通电状态。 3.PLC 3.PLC 程序设计 3.1 I/O 点数的确定及 PLC 类型的选择 本次设计使用的是 THWJX-1 型机械手实物教学实验装置。本装置需采用晶体管输出 型可编程控制器,可同时输出两路脉冲到步进电机驱动器,控制步进电机运行。由于机 械手系统的输入/输出点少,要求电气控制部分体积小,成本低,并能够用计算机对 PLC 进行监控和管理,该机械手的控制为纯开关量控制,且 I/O 点数不多,仅需 11 个输入点 和 9 个输出点, 考虑留有一定的裕量。 故选用日本三菱公司生产的多功能小型 FX1N-24MT-D 主机, 该机输入点为 14 个, 输出点为 10 个。 程序流程图见附录 1、 顺序功能图见附录 2、 梯形图见附录 3、指令表见附录 4。 4 3.2 PLC 的 I/O 分配 根据机械手动作的要求及机械手实物教学实验装置说明指导,输入、输出点分配如 表 3.1 所示。 名称 气夹正转限位 气夹反转限位 基座正转限位 基座反转限位 旋转脉冲 X 轴前限位 X 轴后限位 Y 轴上限位 Y 轴上限位 启动按钮 复位按钮 输入 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 表 3.1 PLC 的 I/O 分配表 名称 驱动器一

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