青岛科技大学本科毕业设计论文
单、易于维护等特点，特别是替代继电器控制系统，这更是它的优势。
本系统的开关量输入信号为数字信号，直接连接PLC，PLC通过中间继电器对电磁阀加以控制。系统框图如图3-2所示。
图3-2系统框图 Fig. 3-2 The system frame
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基于PLC的机械手控制系统设计
4系统硬件电路的设计
4.1 PLC的选型
目前，世界上有200多个厂家生产可编程控制器产品，比较著名的PLC生产厂家主要有美国的AB、通用（GE）、日本的三菱（MITSBISHI）、欧姆龙（OMRON）、德国的西门子（SIMENS）、法国的TE、韩国的三星（SUMSUNG）、LG等。
本文选择的是德国西门子公司生产的S7-200 PLC。S7-200系列PLC是西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此它一经推出，即受到了广泛的关注。特别是S7-200CPU22*系列PLC，由于它具有多种功能模块和人机界面（HMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成PLC网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，其速度快，具有极强的通信能力，几乎可以完成任何功能的控制任务。
根据机械手的控制要求，PLC输入、输出点分配如表所示：
表4-1 PLC的I/O分配表 Tab. 4-1 PLC of I/O distribution list
名称 启动按钮SB1 停止按钮SB2 复位按钮SB3 上升按钮SB4 下降按钮SB5 左行按钮SB6 右行按钮SB7 左旋按钮SB8 右旋按钮SB9 输入 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 名称 夹紧按钮SB10 松开按钮SB11 上升限位开关SQ1 下降限位开关SQ2 左行限位开关SQ3 右行限位开关SQ4 左旋限位开关SQ5 右旋限位开关SQ6 输入 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 14
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名称 上下行步进电机驱动器脉冲输入 左右行步进电机驱动器脉冲输入 上下行步进电机驱动器方向输入 左右行步进电机驱动器方向输入 输出 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 名称 基座电机正转 基座电机反转 松紧电磁阀 原位指示灯 输出 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 由上表可知，该控制系统共需要17个输入点，8个输出点，此处选用西门子公司生产的小型PLC S7-200系列的CPU226继电器输出型可编程控制器，该控制器输入点24个，输出点16个。
4.2机械手驱动的选择
机械手的全部动作由步进电机和直流电机进行驱动控制。步进电机的运动需要驱动器，有脉冲输入时步进电机才会动作，且每当脉冲由低变高时步进电机走一步；改变电机转向时，需要加方向信号。机械手的上升/下降、左行/右行动作就是通过控制这两个步进电机的正反转来实现的。基座旋转是通过控制直流电机的转动方向来实现的。机械手的放松/夹紧由一个单线圈两位置电磁阀控制。当该线圈通电时，机械手放松；该线圈断电时，机械手夹紧。 4.2.1步进电机
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件。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(即步距角)。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；同时也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。
本系统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。此处采用串联型接法，其电气接线图如下图4-1所示。
步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器,
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基于PLC的机械手控制系统设计
它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。
图4-1步进电机电气接线图 Fig. 4-1 Step motor electrical hookup
4.2.2步进电机的选择
步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。
1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。
2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般为低速）二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍最好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）
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