基于PLC机械臂运动控制

南昌工程学院毕业设计(论文)机械与电气工程学院系（院）机电一体化专业毕业设计（论文）题目基于PLC机械臂运动控制学生姓名班级10机电一体化（1）班学号指导教师完成日期2013年5月

AbstractAlongwithsocialprogressanddevelopment,theimportanceoftheindustrybecomemoreandmoreimportantnowisnotslash-and-burncultivationinthepastyears,therehavebeenalotofhomeworkmachineinsteadofahuman,whichgreatlyreducesthehumansimplemanuallabor,especiallyintheworkenvironmentisharsher,tohighlightthesuperiorityofthemachine.Developmentofmachineryindustry,theuseoftheroboticarmismoreandmorewidespread,moreandmorepeopletheworldwelcomeandsupport,wearecurrentlyfacingamajorproblem,however,ishowtoachieveaflexiblemanipulatorcontrol,toenableittobeflexibleactiontoachievetheintendedpurpose.Hasachievedsomeresults,butnotenough.Therefore,thestudyofthemanipulatorcontrolhasbeenahottopic.PLC,thefullnameoftheprogrammablecontroller,EnglishprogrammableLogicControllerabbreviations.Itshighreliability,environmentaladaptability,flexibleversatility,moreconvenienttouse,easytomaintain,therefore,themoreextensiveapplications,moreandmorewelcomedbyeveryone,especiallysincethepastfewyearscontinuetoreducethecostofthePLCfunctioncontinuouslyenhanced,nowwidelyusedinvariousindustries,andindustrial,aperfectcombination.Thisyear,totheprogressivedevelopmentofthematureanautomatedadvancedequipment,andthatistherobot,andarewidelyusedinindustrialproduction.Wecanbeprogrammedtocontrolitsdrivetoachievethepurposeoftherequirementsweexpectitforus,humanservices,makeittheadvantagesofbothmachineandhuman,whichismorefocusedonpeople'sthinkingandintelligentone,letithaveexcellentadaptability.Themanipulatorspacefordevelopment,anditsprospectsareveryoptimisticthatwecanallexplore.Controloftheroboticarmmovementisdifferentfromthetraditionalsimplemechanicalcontrol,wecanadoptthemethodofprogrammingtheircontrol,andinacontrolledmannercanalsobedividedintoautomaticcontrolandmanualcontrol,canbecontrolledbyasolenoidvalve,youcanalsostepintothemotorcontrolisdifferent!Toachieveaccurate,real-timecontrol,sowehavetogiveitsufficientdegreesoffreedom,thisispreciselythemanipulatorhastheadvantage,sothecontrolaccuracyisrelativelyhigh.Thestructureoftherobotarmisnotverycomplicated,butitsspecificityisquitestrong.Keywords:roboticarm,PLCprogramcontrol,steppermotor,solenoidvalve摘要随着社会的进步与发展，工业的重要性越来越显得重要，现在已经不是过去刀耕火种的年代了，在很多作业中已经出现了机器代替人力，这大大减轻了人类单纯的体力劳动，尤其是在一些工作环境比较恶劣的地方，更凸显出机器的优越性。机械工业的发展中，机械臂的运用越来越广泛，越来越受到世界人们的欢迎与支持，然而，我们目前面临的一大难题就是如何实现对机械臂的灵活控制，使其能够灵活地动作，实现我们预期的目的。虽然已经取得了一些成果，但还远远不够。因此，对机械臂控制的研究一直是一个热门的课题。PLC，全称可编程控制器，英文programmablelogiccontroller的缩写。它的可靠性很高，环境适应性强，灵活通用性强，使用起来比较方便，便于维护，因此，其应用领域越来越广泛，也越来越受到大家的欢迎，尤其是这几年以来，PLC的成本不断降低，功能不断增强，目前广泛应用于各行各业，并且与工业这一块实现了比较完美的结合。今年来逐渐发展成熟的一种自动化先进设备，那就是机械手，并且广泛应用于工业生产中。我们可以编程对其驱动控制，以达到我们预期的目的要求，让它为我们，为人的服务，让它兼备机器和人的优点，其中更侧重于人的思维和智能这一块，让其具备优良的适应性。机械臂的发展空间很大，其发展前景是非常乐观的，值得我们大家探索。机械臂运动的控制不同于传统的简单机械控制，我们可以采用编程的方法对其控制，而控制的方式也可以分为自动控制和手动控制两种，可以通过电磁阀来控制，也可以通过步进电机来控制，各有千秋！要实现精确实时的控制，那么我们必须得赋予其足够的自由度，这一点恰恰是机械臂的优点，所以控制的精确度是比较高的。机械臂的结构不是很复杂，但它的专用性还是比较强的。关键词：机械臂、PLC、程序控制、步进电机、电磁阀

目录上篇电磁阀控制 6第一章绪论 6第一节课题之意义及其目的 6第二节机械臂的介绍 9第三节设计技术简介 12第二章机械臂的发展现状及其发展大势 15第一节现状 15第二节发展态势 16第三章机械臂的设计 17第一节设计的具体步骤 17第二节机械臂的实际工作流程 18第四章PLC介绍 20第五章设备选型 21第六章系统的总体设计 25第一节端子接线图 25第二节系统总体程序 27中篇步进电机控制 30第一章步进电机及其应用 30第一节步进电机 30第二节步进电机驱动器 33第三节PLC、步进电机驱动器和步进电机接线图 35第二章位置传感器 37第三章所选设备型号 39第四章程序设计 41下篇总结与致谢 48参考文献： 49上篇电磁阀控制第一章绪论第一节课题之意义及其目的在社会发展进程中涌现出各种各样的先进设备，可以说是百花齐放，百家争鸣，各有千秋，各具特色，显示出它们的优势。然，在最近几十年的发展中，工业发展中出现了一位佼佼者，那就是机器人。机器人的出现解决了很多人类难以解决的难题，为造福人类，解放发展做出了不可磨灭的贡献，这些都是大家显而易见的。而机器人的运动作业有很大一部分任务是有机械臂参与的，很大一部分工作由机械臂来承担，可以说机械臂是机器人的主要执行元件，直接参与作业。自然，人类对机械臂的研究也就随之慢慢展开，对其认识也慢慢成熟，而其中的一个分支就是对机械臂的控制，这也是我们任务的核心。只有研究出比较完美而又实用的机械臂控制理论方能让机器人、机械臂为人类服务，也就能更好地完成我们的任务，从而近者，更好、更快、更稳促进我国社会主义事业的发展，实现中华名族的的伟大复兴，更好地实现中国梦；远者，为世界的发展进步提供动力，推动世界美好和谐发展。机械臂从外形来看，它们各有千秋，不尽相同，但他们之间存在一个共性，那就是它们都能接受指令，精确定位二维乃至三维空间中的某一点来进行工作。随着工业的不断发展，尤其是现代工业，机械手越来越受到各厂家的亲莱，它对提高生产效率和产品质量，改善作业环境和促进产品的更新换代起着举足轻重的作用。经PLC控制的系统可以做到可靠性高、维修方便、故障率低、取得良好的工作效果，此外还可以实现办公自动化；在实时过程控制中的应用；单片机在机电一体化中的应用；在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比；单片机在日常生活及家用电器领域的应用；在计算机网络和通信领域中的应用；单片机在医用设备领域中的应用；商业营销设备；汽车电子产品；国防和航天等领域。.lMCU(MicroControlUnit)中文名微控制单元，又叫单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或单片机，它是指随着大规模的集成电路的出现和发展，将计算机的RAM、CPU、ROM、定时器、计数器和多种I/O口集成在一片芯片上，使得形成芯片级计算机，为不同应用场合做相应不同组合控制，MCU每个端口都连接着一个和呼叫控制功能相连的网络接口单元。引进数据流进入解复用器中，解复用器将引入数据流分解成音频、视频、数据和控制等几类信息并分别将其传送到相应的处理器。多路复用器的功能则是将各个处理器送出的数据流组合起来成为一个引出数据流用以供传输给会议终端。l数据处理器叫可选单元，包含建议的数据广播的功能，还可以按照系列建议的多层协议MLP，来完成非话信息的处理。在数据广播功能时，任一时刻仅仅可以接收一路LSD（低速数据）或一路HSD（高速数据），也可以同时接收。广播按照控制处理器按照接收这种数据的能力不同决定的相连终端。l在MLP数据处理功能时，数据处理器的功能有，传输会议控制信号（主席控制令牌，请求/确认信号，音频/视频切换），处理远端信息。机械臂是当前机械人学领域中得得意广泛实际应用的先进自动化机械设备，在医学治疗、工业制造、娱乐服务、军事、国防以及太空等领域都广受欢迎，取得了相当的成就。虽然它们的形态各不相同，但它们有着一个相同的特点，那就是可以接受指令，从而精确地定位到二位乃至到三维空间上的某一确定点进行实时作业。根据结构特点形式的不同可将机械臂分为多直角坐标系机械臂，关节机械臂，球坐标系机械臂，柱坐标机械臂，极坐标机械臂等。常见的有六自由度机械臂。它可以沿着X轴移动，Y轴移动，Z轴移动，X轴转动，Y轴转动，Z轴转动，总共由六个自由度组成。水平的多关节的机械臂通常有三个主要的自由度，Z1转动，Z移动，Z2转动。可以在执行终端添加装沿着X轴转动，Y轴转动从而到达三维空间内任何一确定点。直角坐标系机械臂则有三个主要的自由度：沿着X轴移动，Y轴移动，Z轴移动，通过在执行终端添加沿着X轴转动，Y轴转动，Z轴转动能够到达三维空间内的任何何确定点。在工业应用领域，有些时候并不需要机械臂具有完完全全的六个自由度，而仅仅需其中的某个或者某几个自由度。直角坐标系的机械臂能够由单轴机械臂组合而成。单轴机械臂作为一个单一的组件，其在工业中应用比较广泛。单轴机械臂的组件化很大程度上减少了工业设计的成本，因为某些专业制造场商拥有较好的质量保证及批量生产的优势，这使得用组件比自行设计机械臂更加具有优势。我们常见的直交机械臂组合有龙门式，悬臂式，横立式，直立式等款式。高压带电作业的机器人是一个非常复杂的系统，主要主要组成部分有：作业机器人的主体、机器人的升降系统、机器人的专用工具、机器人的控制系统和高压绝缘防护等的系统。它们有机的组合在一起，加以相应技术的支持方可完成这个系统的设计统筹。

这种机器人能够完成10kV及以下电压等级高压线路的带电T接线、带电断线、带电更换绝缘子、带电修补导线、带电短接（更换）跌落保险等带电检修工作。在10KV的线路带电连接引流线的任务中，经常需要用电动扳手穿刺线夹压紧螺栓。所使用的机器人拥有两只机械臂，而每一只机械臂都拥有6个自由度。在工作的时候，两机械臂相互配合运作，用连接在其末端的左臂夹持手夹着穿刺线夹将线夹卡在主导线上，而另外一只手夹持住电动扳手将穿刺线夹上的压紧螺栓拧紧，代替人亲自用手完成10KV高压线路带电连接引流线的任务，这无疑是一种进步，无疑给我们人类带来了又一种福音。第二节机械臂的介绍（一）机械臂简介机械臂是当今在机械人学领域中得以最为广泛应用的先进自动化机器，在医学治疗、工业制造、娱乐服务、半导体制造、军事以及太空研究等领域中都发挥着重要的作用，得到相当的发展。虽然它们的形态不尽相同，但有着一个共同之处，那就是都可以接受指令，从而精准地定位到二维空间乃至三维空间的某一确定点进行工作。机械臂根据结构组成的不同可划分为多关节机械手臂，直角坐标系机械手臂，极坐标机械手臂，球坐标系机械手臂，柱坐标机械手臂等。下图是我们常见的六个自由度的机械臂。它具有沿着X轴移动，Y轴移动，Z轴移动，X轴转动，Y轴转动，Z轴转动等六个自由度。水平多关节的机械臂通常只有三个主要的自由度：沿着Z1轴转动，Z2轴转动，Z轴移动。通过在其执行终端添加沿着X轴转动，Y轴转动，这样一来变可以达到三维空间内的任一坐标点，进而进行相应作业。36a92f8aaa9ec8a136227ccf0.html"\o"查看图片"

直角坐标系的机械臂主要有三个自由度：沿着X轴移动，Y轴移动，Z轴移动，在执行终端添加装沿着X轴转动，Y轴转动，Z轴转动便可以达到三维空间上的任一坐标点。在工业应用领域里，有的时候并不需要机械臂一定具有完完全全的六个自由度，而仅仅需其中的某一个或某几个自由度。直角坐标系机械臂能够通过单轴机械臂有机组合而成。单轴的机械臂作为一个单一的组件，其在工业中的应用广比较广泛。单轴的机械臂的组件化，这样一来就大大减少了工业设计的原有成本，因为一些专业制造厂商拥有较好的质量保证技术和批量生产等优势，这使得用组件设计机械臂比自行设计机械臂更为具有优势。（二）传统的机械臂在一些中小型批量生产的制造厂商中，他们的生产线上经常采用自动化技术，而经常遇到的情况，比如说两工作台间物料的搬运，要实现这样的要求，自然要考虑采用相应的设备。这无疑给机械臂提供了一个极佳工作空间与机遇。由于机械臂结构简单、轻便灵活，定位精准，性能较稳定，所以在日常生活中我们或多或少都会见到一些机械臂应用的场合。对于传统的机械手来说，由于其接线比较复杂，易受到外界环境的影响，维修空难，性能不够稳定，加之落后的控制技术，这些无疑是它的致命弱点，越来越不适应现代设计制造等工业领域的要求，也由此慢慢的淡出市场，卸甲归田，退隐江湖，被历史给pass掉了。（三）当代机械臂随着社会的进步，生产力得到了空前的发展，很多工艺的要求越来越高，对做工精度的要求也比以前要严格得多，由此一来，对工业中要员——机械臂的要求无疑要比以前高出许多。此时，随着社会进步发展孕育而生出一种可以解决此类难题的技术，它就是编程技术。编程控制器因其诸多优点，所以得到较好的发展，深受广大生产厂商等的欢迎。第三节设计技术简介可编程控制器，他的英文名是programmablelogiccontroller,缩写成PLC，也就是大家熟悉的PLC。它是基于计算机技术的一门新型工业控制设备，是一款专门为不同工况下工作而量身定做的数字电子装置。我们可以编程并将程序存储在其存储器内，然后其内部自行进行相应的逻辑、顺序等计算，计时、定时和一些算数的运算，可以通过数字量或者模拟量的输入输出，对各种机械设备和生产流水线等进行实时而有效地精准控制。PLC具有很多优点，具体而言主要有以下几点：<一>具有较高的可靠性和抗干扰性对于电器装置而言，其中一个极为重要的参数是可靠性，可以说，如果一台电气设备在抗干扰性这一模块未能完善，那么这样的设备是一个失败的设备，在工业应用中是不会被大家看好的，就更别谈什么发展了。PLC的生产工艺极为严格，采用大规模的集成电路技术，严格控制生产工艺流程，PLC的内部电子电路的生产制作也是严格要求的，采用当前先进的一些抗干扰技术，所以PLC在抗干扰这一模块做的比较到位，因此其可靠性也是很高的。大家熟悉的PLC品牌，三菱，它旗下的F系列产品的PLC，经市场统计，它的平均无故障的时间长达300000个小时。故障自诊断技术是PLC的又一亮点，这一亮点也被大家所关注，不少厂家生产商将外设与PLC连接，将外设的自诊断进行编程，并将程序导入PLC中，这样一来，不但PLC具有自诊断的性能，与其连接的相应外设也由此而赋予这种自诊断的性能，进而对外设进行保护等作业，这无疑对外设的保护和生产的稳定提供了保障。<二>各种配套都比较齐全，所能实现的功能也较完善，有很强的适用性。随着社会的发展，机械工业也得到很好的发展，随之而来的便是PLC，PLC的发展也取得了惊人的发展，至今为止，PLC已经形成了大型、中型和小型各种型号的产品，都已经系列化了，配套比较齐全，我们使用起来，无论是开发还是利用或是维护都比较方便。对于各种不同的工作场合都不会有挑剔，尤其是在一些环境比较恶劣的环境下，例如高温、高粉尘等环境下，更显出其优越性，PLC的适用性很强。虽然PLc的功能很强大，大也有一些弱点，如处理逻辑这一板块就不能胜任，但除此以外，PLC发展至今，大多数都具有比较完善的运算数据的功能，适用于各种不同的数字控制等领域，可以处理数字量信号，有些PLC还可以处理模拟量的信号。除上述这些意外，PLC还具有另外一个非常重要的功能，这就通信，现在的PLC的通信功能也越来越强大，加之人机界面的技术的不断发展，由此一来，用PLC来实现对各种外设的控制，形成综合的系统，就方便得多，也不会太难。<三>对于初学者来说，掌握PLC技术也不会很困难，相对而言还是比较简单的。通用性较强的的PLC在工业生产中既扮演着执行者的角色，同时也扮演着决策者的角色，它是一种面向广大工矿企业的工控设备计算机。要实现PLC对外设的控制，对外设发出指令并接受反馈信息，自然少不了I\O口，然而这些接口都不是很难，比较容易掌握。此外，编程所用的语言对于技术人员来说也不是遥不可及之事，也都能欣然接受，PLC的编程语言最常用的是梯形图，梯形图直观简洁，其图形和表示方法与继电器的传统电路图很是类似，PLC中用一些开关量进行逻辑分析控制就可以实现传统的继电器电路所要实现的目的，较之十分简便，通俗易懂，易掌握，适合应用。<四>在对一个系统进行设计时其所涉及的内容较少，不会很复杂，所要进行的分析工作比较小；对于售后服务来说，对设备的维护比较方便，容易实现改造。在PLC中存储了大量逻辑程序，在PLC内部就可以实现逻辑控制，避免了外设的接线逻辑，这就使得接线工作量减少了许多，为系统的设计和建造过程节省了不少时间。与此同时，如果在实际工作过程中出现故障，或是需要调整改变程序，那怎么只需要对其程序做简单的修正即可，便于维护。<五>PLC常用的电压是24v等低压电压，其功率功耗较小；而PLC的外形一般只是一个小小的盒子，且构造材料都是轻型材料，所PLC所占的空间小，且重量轻。无论是携带还是安装，这都带来了很多方便之处。第二章机械臂的发展现状及其发展大势第一节现状（一）结构形式多种多样。机械臂之所以称之为机械臂，其取名的由来是因为机械臂是为了模拟人的手臂来作业的，并且，从外形来看，其极似人的手，只是灵活性比人的手要差些。在机械臂所使用的各个领域之中，机械臂的外形并没有严格的标准，没有国标化，也不需要国标化。其外形的设计完全有适用环境而异，也因此机械臂的机构各不相同，种类繁多。在各领域中，机械臂发挥着你独有的特性与优越性，服务人类。（二）机械臂的使用范围、领域十分广。人们按照自己的需求，为了实现自己预设的构想，进而设计出了机械手，它被广泛应用与各个领域，小到家庭用具，大到国防科技，这些领域都是他的天堂，他都可以大展身手。它可以实现的动作也不仅仅只是简单的运动，还是蛮多的，比如说物体的搬移，位置的精准定位，模拟系统等。（三）智能化对于机械臂来说，其中一个比较麻烦的事就是如何确定目标在哪里，也就是定位目标，经过一段时间的研究，随着传感器技术的发展，这一类难题也慢慢得到解决。传感器能够反映机械臂的动态，及时形成有效信息并将其反馈到处理中心，中央处理中心并做出及时的分析计算，作出相应的动作，控制目标。对于机械臂作业对象来说，其外形各不相同，随时都会遇到不同情况，但机械臂能够通过传感器，准确的判断目标的位置，并准确的确定加持部位，将目标物送往下一道程序流程，在车间中，可以采用机械臂操作，实现无人车间，目前也取得了喜人的成果。第二节发展态势（一）一手多用，多功能机械臂。抑制手臂可以实现对多重目标的操作，实现多种动作，适用于各种用途，实现创新功能。（二）具有高度模拟人的动作。例如研发双臂机械臂，使它想人一样，能够灵活作业，实现各种功能。人机完美结合，通信完备准确，适用于不同工况。（三）高精度的定位。通过采用各种传感器，综合而准确的反映目标精确位置，对目标操作物精准的操作，提高机械臂的定位精度。（四）实现人工智能研究的系统能够对目标进行定性和定量的分析，并做出及时的反应。例如研发的系统设备具有类似于人的听觉、触觉、嗅觉、视觉和味觉等功能，能够自行分析、判断和处理，实现低成本，高要求，高水准，高效率的系统设计。第三章机械臂的设计第一节设计的具体步骤1>首先，根据我们所要实现的功能确定机械臂要做哪些运动，做那些动作；同时要确定个动作之间所应有的逻辑关系和动作的先后顺序。2>根据第一步确定输入量和输出量，哪些该向PLC输入，哪该输出，同时考虑PLC的输入输出点，使之一一对应，分配I\O口，并基于此基础上进行PLC型号的选择。3>根据要求和设计分析进行编程，我们常用的是梯形图，当然也可以使用助记符来编程，来实现个动作及其逻辑关系和顺序关系，可通过计算机编程，也可采用编程器来进行编程，同时可以设定PLC的以下参数。4>调试和修改对设计的程序进行调试，如有问题，及时修改，直到完全可以实现预计目标为止。有必要的话，还可以拿到实地工地进行调试。5>程序保存无论程序写的多漂亮，写的多美，多完美，如果疏忽了保存，那也白搭。所以调试成功之后，一定要记得将程序进行保存。第二节机械臂的实际工作流程机械臂的任务是将目标物从A点移到B点。根据实际情况，机械臂要实现的动作有：机械臂下降，机械臂夹取工件，机械臂上升，机械臂向右移动，机械臂下降，机械臂松开工件，机械臂上升，机械臂向左移动。机械臂到达各个位置的时候，相应的控制器检测相应行程开关的通断，进而作出相应的动作，进行控制。同时数码管显示搬运的状态。大致流程图如下起始位置→向下运动→夹持工件→向上运动→向右运动↑↓向左运动←向上运动←松开工件←向下运动大概模型如下机械臂运动示意图第四章PLC介绍PLC，可编程控制器，专门为在各种工况下设计制造的，主要是为了实现工控，是一种数字处理的电子类系统。它有一个可编程存储器，主要是用于它的内部程序的存储，进行逻辑运算和顺序的控制，内部还有计数器、定时器，还可以执行一些简单的算数运算工作。PLC可以处理数字量信息，也可以处理模拟量的信息，通过对信号的处理，从而实现对工业设备等的控制，执行相关任务指令。其基本结构如图所示在PLC中，它对各种设备的控制实质上是接收处理相应信号，是对输入输出量的控制，再以物理量实现相关控制。PLC主要实现的来两个基本内容点是输入量和输出量及物理实现，与此同时，正是因为PLC可以实现物理实现，所以这才将PLC与传统的控制系统区分开来，也凸显出PLC的优点和先进之处。在实际工作的过程中，要考虑很多东西，其中一个很重要的就是抗干扰，这对于PLC来说是一个致命的一击，如果没处理好，那后果无法估量，所以在实际控制过程中要特别注意。PLC的输出一般都是比较微弱的，所要与工业设备进行匹配，那么其输出就应当作适当的放大处理，以满足要求。所以，PLC的就够非常类似于计算机的结构，主要由CPU、ROM/RAM、I/O口、通信和电源等构成。第五章设备选型I/O表如下名称符号输入名称符号输出启动SB1X0电磁阀向下运动Yv1Y0下限位SQ1X1电磁阀夹持YV2Y1上限位SQ2X2电磁阀向上运动YV3Y2右限位SQ3X3电磁阀向右运动YV4Y3左限位SQ4X4电磁阀向左运动YV5Y4停止SB2X5上行指示EL1Y5手动SB3X6下行指示EL2Y6半自动SB4X7数字显示EL3Y7自动SB5X10单步SB6X11调试SB7X12回复SB8X13(一)用PLC所做系统的设计原则1)首先要满足当前设计需要，同时也要考虑到将来发展的需要，要适当的留有一些余量空间。2)要考虑PLC的经济性，尽量控制价格，PLC要简单，以便于维护和维修。3)虽然经济性很重要，我们要慎重考虑，慎重选择，但我们最初的目的不能忘，我们必须保证系统的稳定及其安全，要可靠性好。4)性价比尽可能高，全面综合考虑。(二)CPU的速度要求这里所指的速度是指CPU的运行速度，是指每执行完一步指令所需要的时间。PLC系统是以开关量为主的控制系统，我们对其所扫描的速率没有很严格的要求，我们通常使用的机型的PLC均可。但如果所设计的系统是以模拟量为主的系统，那么我们就必须注意，得慎重考虑其扫描速度，这种系统对扫描速度有所要求，必须满足。(三)品牌的选择当今世界，生产设计PLC的厂家很多很多，其中主要的是构成美国、日本和欧洲三大板块，这三大板块的技术可以说是该行业的龙头企业，也深受广大消费者的亲睐。其中具有代表性的有：德国的西门子公司所生产的s5和s7系列的PLC，美国自动化公司——罗克韦尔生产的PLC—5系列，日本的三菱公司生产的FX系列产品，还有Q系列的，A系列的，cm200、欧姆龙的cs系列。这些都是我们日常在市场上比较常见的，也是我们经常使用的，性能各方面都还不错。这三阵营的技术是没得说，但各有千秋，在形式和功能等方面都有很大的区别，相差很大。由于我们教学的学习内容的差异，我们学过的，作为主要课程的是三菱的，所以本文更侧重于三菱PLC的选择，编程也选用三菱的梯形图来编程。(四)模块的要求1)高速计数器：PLC内部的频率有些时候高速计数器的最高频率都不能满足我们的要求的时候，我们应适当考虑选择2)通信模块：它的主要功能是实现PLC与外设或者PLC与PLC之间信息的传递交流。3)I/O模块的选择：作业场所里控制器比较远，输入和输出装置都比较分散。4)定位模块：系统做好后，我们要将其安装到现场去，所以要有一个定位的模块，PLC的设计制造是较严格的，所以对于定位模块的加工制造的精度等级也是有要求的。5)模拟量的输出和输入模块：将流量、流速、温度、浓度等模拟量经过A/D转换，转换成数字量，同时也可以经过D/A转换，转化成数字量，进而输入输出，进行控制。(五)输出的方式对于PLC来说，她的输出方式有两种，一种是晶体管输出，另外一种就是继电器的输出，他们之间有所区别：1)所承受的负载电压和电流的类型不同;2)负载的能力大小有所不同；3)过载能力有所不同，一般晶体管的小于继电器的；4)响应速度不一样，一般晶体管的大于继电器的；5)在额定的工况下，晶体管会老化，但没有次数的限制，而继电器的有次数寿命而没有老化的现象。(六)I/O的点数点数的多少是PLC规模大小的一个衡量指标，通常确定其数目的的依据是：和PLC直接连接的输入输出器件根据所需要电流电压的种类和大小，然后在此基础上，为以后的发展考虑，适当留有一些余量，一般为10%~15%。第六章系统的总体设计第一节端子接线图(一)输入输出的分配控制的特点：该系统是基于电气系统的，除了工步比较多这一特点外还需要配有连续控制和手动控制，选择合适合理的工作方式在控制面板上可以很好的展现出来，一目了然。但返回到原点位置时，系统自动回到左上角待命。当按下自动按钮，系统自动的完成各工步；当按下手动按钮时，则根据按动按钮发出指令进行作业，完成相应工步。(二)系统控制示意图系统控制示意图与控制面板(三)原理图原理图第二节系统总体程序中篇步进电机控制第一章步进电机及其应用第一节步进电机步进电机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。步进电机是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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。选择方法步进电机和驱动器的选择方法：(一)判断需多大力矩：静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。负载大时，需采用大力矩电机。力矩指标大时，电机外形也大。（二）判断电机运转速度：转速要求高时，应选相电流较大、电感较小的电机，以增加功率输入。且在选择驱动器时采用较高供电电压。（三）选择电机的安装规格：如57，86，110等，主要与力矩要求有关。（四）确定定位精度和振动方面的要求情况：判断是否需细分，需多少细分。根据电机的电流、细分和供电电压选择驱动器。工作原理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。第二节步进电机驱动器步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电动机驱动系统的性能，不但取决于步进电动机自身的性能，也取决于步进电动机驱动器的优劣。对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电动机驱动器）。控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。工作原理步进电机驱动器的原理，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。下图是该四相反应式步进电机工作原理示意图。四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示。驱动器相当于开关的组合单元。通过上位机的脉冲信号有顺序给电机相序通电使电机转动。第三节PLC、步进电机驱动器和步进电机接线图步进电机、步进驱动器、PLC之间的连接：步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其速度与脉冲频率成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。故我们可以利用PLC产生相应的脉冲和方向信号，通过步进驱动器来对脉冲、方向信号进行分配和功率放大，再去控制步进电机每相绕组是否得电，以此来控制步进电机的运转。图1是具体的端口接线电路图。对PLC来说，要Y0端产生脉冲，就是要Y0不断的导通、截止。当Y0导通时，5V直流电源的正极通过cP+，经过驱动器内部电子电路到CP-，通过R按到Y0，经过PLC输出端的COM，再回到5V直流电源的负极，这样就构成了一个回路。这时，驱动器内部得到一个高电频，我们用“l”表示。当Y0截止时，这时回路不能导通，驱动器内部得到一个低电频，我们用⋯0’表示。这样

驱动器的环形分配器接收到这样一个脉冲信号，再对脉冲信号进行分配，控制步进电机的每一相绕组依次得电。在这里我们借助了5V的直流电源，来使步进驱动器这边得到一个脉冲的电流。这个控制电压一般在DC

5V一24V之间。其中R是限流电阻，一般驱动器的脉冲电流在l0MA左右，R值选择2K左右。反向信号、脱机信号的输入电路和上述的脉冲信号输入电路原理相同。第二章位置传感器

光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。第三章所选设备型号(一)编码器E6B2-CWZ6C

旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路