基于PLC机械手控制系统设计

四川工程职业技术学院毕业综合实践报告 3.2.2常用PLC介绍

在中国,PLC的型号有很多种,而且生产的厂家也不同,其类型也有所不同,使用起来也都不相同,

三菱PLC采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时计时与操作等面向用户指令,并通过数字或模拟量输入/输出控制各种类型的机械或生产过程,三菱PLC在中国常见的型号有FR-FX1S,FR-FX2N,FR-FX30等。其特点和许多PLC相似,编程简单、可靠性高、高速运算等,其缺点是,模拟量模块比较昂贵且程序复杂。

西门子PLC在中国市场的占有率很大,广泛的应用在多种领域里。也是技术比较成熟、最具有特色和最具有代表性的微型plc,除基本的指令表编程外,还可以用采用梯形图及对应机械动作流程进行顺序功能图编程,而且这些程序可以互相转换。其S7系列plc体积小,速度快,具有网络通信能力功能更强等,而且还具有强大的中文功能。综上,西门子plc更加符合我们经济和要求,因此我们选择plc作为本次的控制中心。

3.2.3西门子PLC的选型

西门子PLC的主要型号有S7-200,S7-300,S7-400,S7-1200几种型号,其用途也会有所不同,S7-200用于小型的电气系统中,着重逻辑控制,S7-300用于稍大的控制系统,可实现复杂的工艺控制,s7-400用于大型控制系统,主要实现冗余控制等,由于我们这次是对模型的机械

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四川工程职业技术学院毕业综合实践报告 手控制,属于小型的控制系统,而且逻辑控制要求也比较高,因此我们选择西门子PLCS7-200 CPU224 CDC/DC/DC作为本次控制中心的型号,由于此型号只有14个输入点10个输出点,而我们要24个输入点11个输出点,远远不够我们的需求,我们还需要一个扩展模块。S7-200的扩展模块有。

1. 输入扩展模块EM221: 共有3种产品,即8点和16点DC、8点AC。

2. 输出扩展模块EM222:共有5种产品,即8点DC和4点DC、8点AC、8点继电器和4点继电器。

3. 输入/输出混合模块EM223:共有6种产品。其中DC输入/DC输出的有3种,DC输入/继电器输出的有三种,它们对应的输入/输出点数分别为4点、8点和16点。 4. 模拟量输入扩展模块EM231。 5. 模拟量输出扩展模块EM232。 6. 模拟量输入/输出扩展模块EM235。

7. 图2.1 S7-200 CPU外型图

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四川工程职业技术学院毕业综合实践报告 因此扩展模块EM223符合我们的要求,还可以留有一定的余量。

3.3 电机的选择

3.3.1底座和手爪电机的选定

我们在选择的过程中,首先考虑到我们所选的器件是否能达到我们的预定要求,性价比等,我们这次选择的控制中心式直流输出,而电机又是直接受控制中心控制运行的,因此我们选择俩个永磁直流电机,其型号为70TYZ05,工作电压为24V以下.工作电流小于5.1A作为底座和机械手爪的旋转驱动。 直流电机的工作原理

直流电机再外加电压的作用下,在导体中形成电流,载流电体在磁场中受到电磁力的作用,通过换向器使导体进入异性磁场时,导体中的电流方向也相应改变,以维持电磁转矩方向不变,从而使直流电动机连续旋转,把直流电能转换成机械能输出。 直流电机的组成

直流电机主要由两部分组成:定子和转子

定子又包括主磁极(磁极铁心和励磁绕组组成)、换向磁极(铁心和换向磁极绕组组成)、机座,端盖等组成

转子(电枢):转轴、电枢绕组(许多线圈组成),换向器等组成

3.3.2X轴和Y轴电机的选定

由于X轴和Y轴是距离移动,如果用一般的电机控制,其速度基本上是稳定的,不能加快,也不能减慢,还不能精确停位这样会导致很多

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四川工程职业技术学院毕业综合实践报告 的不便,因此步进电机和伺服电机就可以很好的解决这个问题,通过信号来控制电机速度,精度等。

伺服系统(servo mechanism)是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位,基本上

可以这样理解,伺服电机接收到1个脉 冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从 而实现位移,因为,伺服电机本身具备

发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。 伺服电机的优缺点

优点:速度控制精确,转矩速度特性很硬,控制原理简单,使用方便,价格便宜。

缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)价格比较贵。 步进电机工作原理

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

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