二自由度機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、目錄 第一章 緒論 1.1 設(shè)計(jì)目的與意義……………………………………………………1 1.2 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂的概述…………………………………………1 1.3 系統(tǒng)描述……………………………………………………………1 第二章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì) 2.1 步進(jìn)電機(jī)概述………………………………………………………2 2.2 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制………………………………………………2 2.2.1 基于控制電路的控制……………………………………………2 2.2.2 基于單片機(jī)的控制………………………………………………6 2.2.3 方案選擇…………………………………………………………1

2、1 第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 任務(wù)描述…………………………………………………………11 3.2 控制任務(wù)和要求…………………………………………………11 3.3 PLC的選型…………………………………………………………12 3.4 I/O地址編號(hào)和接線圖……………………………………………12 3.5 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)……………………………………………12 結(jié)論……………………………………………………………………13 附錄一 PLC源程序……………………………………………………14 附錄二 步進(jìn)電機(jī)C語(yǔ)言源程序………………………………………19 附錄三 電鍍生

3、產(chǎn)線的自動(dòng)工作狀態(tài)流程……………………………21 附錄四 I/O接線圖……………………………………………………22 第一章 緒論 1.1 設(shè)計(jì)目的與意義 隨著工業(yè)化生產(chǎn)的不斷細(xì)分，新工藝新材料的不斷涌現(xiàn)，在實(shí)際產(chǎn)品中得到應(yīng)用的設(shè)計(jì)效果也日新月異，電鍍是我們?cè)谠O(shè)計(jì)中經(jīng)常要涉及到的一種工藝，而電鍍效果是我們使用時(shí)間較長(zhǎng)，工藝也較為成熟的一種效果，對(duì)于這種工藝的應(yīng)用在產(chǎn)品上已經(jīng)非常多。電鍍能增強(qiáng)金屬的抗腐蝕性(鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬)、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤(rùn)滑性、耐熱性、和表面美觀。如何更好地實(shí)現(xiàn)電鍍工藝的自動(dòng)化，是目前很多研究者在研究的問(wèn)題。本次設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)控制

4、與點(diǎn)動(dòng)控制相結(jié)合的方式，滿足了電鍍過(guò)程的需求，對(duì)實(shí)現(xiàn)電鍍過(guò)程的自動(dòng)化做了一次意義的嘗試。同時(shí)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升了自己在PLC編程方面的能力，加深了對(duì)PLC的認(rèn)識(shí)以及對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和工作方式有了更深的體會(huì)。 1.2工業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂的概述 工業(yè)機(jī)器人作為最典型的機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)例之一，幾乎具有機(jī)電一體化系統(tǒng)的所有特點(diǎn)。既具有操作機(jī)（機(jī)械本體）、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置，又具有速度快、精度高、柔性好的特點(diǎn)。 工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。三大部分是：機(jī)械部分、傳感部分、控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)是：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人—環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)

5、、控制系統(tǒng)。 機(jī)械臂作為工業(yè)機(jī)器人的一種形式，是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械臂可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化，已有不少操作機(jī)械臂廣泛應(yīng)用于工廠的各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，尤其是那些人力所限和 人所不及的外部環(huán)境或危險(xiǎn)場(chǎng)所，將是機(jī)械臂進(jìn)一步發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域。 1.3系統(tǒng)描述 自動(dòng)化電鍍生產(chǎn)線上的機(jī)械臂為二自由度機(jī)械臂，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制。其中一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制吊鉤的上下運(yùn)動(dòng)；另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制行車的左行與右行。該機(jī)械臂的模型如下圖1.1所示： 圖1.1

6、 電鍍工藝機(jī)械臂模型 該機(jī)械臂由羅克韋爾公司的Micrologix 1000控制，控制的流程主要有電鍍槽、鍍液回收槽、清洗槽三大部分組成，并設(shè)置了原位指示燈、點(diǎn)動(dòng)指示燈和自動(dòng)指示燈，具體情況見第三章，此處指給出系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖： 圖2.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 第二章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì) 2.1 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是：它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 該

7、設(shè)計(jì)采用電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時(shí)，如果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對(duì)齊，在磁場(chǎng)的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻小路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對(duì)齊，由此可見，錯(cuò)齒是促使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因。 目前，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)進(jìn)行控制，主要是利用軟件進(jìn)行環(huán)形脈沖分配。四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式為四相單四拍，雙四拍和四相八拍工作的方式。各種工作方式在電源通

8、電時(shí)的時(shí)序 與波形分別如圖a、b、c 所示。本設(shè)計(jì)的電機(jī)工作方式為四相單四拍，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作的時(shí)序和波形圖，總結(jié)出其工作方式為四相單四拍時(shí)的脈沖分配規(guī)律，四相雙四拍的脈沖分配規(guī)律，在每一種工作方式中，脈沖的頻率越高，其轉(zhuǎn)速就越快，但脈沖頻率高到一定程度，步進(jìn)電機(jī)跟不上頻率的變化后電機(jī)會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象，所以脈沖頻率一定要控制在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍內(nèi)。 圖2.1 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖 2.2 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制 目前，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制主要有三大類： 一、 基于控制電路的控制 這種控制方式的核心是555定時(shí)器芯片，它產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的脈沖，并通過(guò)分頻器分配給步進(jìn)電機(jī)的各相，

9、最后通過(guò)一個(gè)功率放大電路就實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，缺點(diǎn)是不適用與控制精度要求很高的場(chǎng)合。 二、基于微控制器的控制 這種控制方式的核心是各種類型的單片機(jī)以及各種各類的PLC。它的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際的需求靈活的設(shè)計(jì)控制電路，因而這種控制方式的靈活性很大，功能豐富。 三、基于專用控制芯片的控制 這種控制方式一般適用在控制精度要求高的場(chǎng)合，它是由專門的設(shè)計(jì)公司開發(fā)的，因而它的功能很強(qiáng)大。 2.2.1基于控制電路的控制 主要由三部分組成：脈沖發(fā)生器、脈沖分配器、功率放大電路組成，其結(jié)構(gòu)形式如下圖2.2所示： 圖2.2 步進(jìn)電機(jī)的控制電路 ①

10、 脈沖發(fā)生電路 脈沖發(fā)生電路就是產(chǎn)生方波的電路，可以考慮由晶體管或IC芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路或?qū)Ｓ枚〞r(shí)器芯片電路等。在需要產(chǎn)生特別精確脈沖的場(chǎng)合可以使用石英振蕩電路。如圖2.3電路采用了NE555定時(shí)器芯片。 圖2.3 脈沖放生電路 ② 脈沖分配電路 脈沖分配電路的任務(wù)是從脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的方波中分解出對(duì)應(yīng)的四相脈，74HC74為單輸入端的雙D觸發(fā)器。一個(gè)片子里封裝著兩個(gè)相同的D觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器只有一個(gè)D端，它們都帶有直接置0端RD和直接置1端SD，為低電平有效。CP上升沿觸發(fā)。D型觸發(fā)器的特點(diǎn)是：僅僅在時(shí)鐘脈沖到來(lái)的觸發(fā)時(shí)刻，輸入數(shù)據(jù)才從D端傳輸至Q端；D型觸發(fā)器具有鎖存數(shù)據(jù)的

11、功能，當(dāng)CP=“0”電平時(shí)，D型觸發(fā)器 輸出狀態(tài)不再隨輸入狀態(tài)而變化，即鎖存了前一次的數(shù)據(jù)。如圖2.4是采用74HC74的二相勵(lì)磁脈沖分配電路。 圖2.4 脈沖分配電路 ③ 功率放大電路 步進(jìn)電機(jī)中，各相中約有幾百毫安的勵(lì)磁電流通過(guò)，需要借助功率三極管或IC芯片驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁電流。如圖2.5是三極管電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)例。圖中與步進(jìn)電機(jī)連接的二極管的作用是用來(lái)吸收定子線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)。 圖2.5 功率放大電路 ③ 總體電路圖 圖2.6 總體電路圖 2.2.2 基于單片機(jī)的控制 步進(jìn)電機(jī)的四相繞組用 P1 口的 P1.0~P1.3 控制，由于

12、P1 口驅(qū)動(dòng)能力不夠，因而用一片 2803 增加驅(qū)動(dòng)能力。用 P0 口控制第一數(shù)碼管用于顯示正反轉(zhuǎn)，用 P2 口控制第二個(gè)數(shù)碼管用于顯示轉(zhuǎn)速等級(jí)。數(shù)碼管采用共陽(yáng)的。 一、硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件電路包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路四大部分。最小系統(tǒng)只要是為了使單片機(jī)正常工作?？刂齐娐分灰砷_關(guān)和按鍵組成，顯示電路主要是為了顯示電機(jī)的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 ①控制電路 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了啟動(dòng)控制，換向控制，加速控制和減速控制按鈕，分別是K1、K2、S2、S3，控制電路如圖7所示。通過(guò)K1、K2

13、狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)和換向功能。當(dāng)K1、K2的狀態(tài)變化時(shí)，內(nèi)部程序檢測(cè)P1.0和P1.1的狀態(tài)來(lái)調(diào)用相應(yīng)的啟動(dòng)和換向程序，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電機(jī)的啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)控制。 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理可以知道，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制主要是通過(guò)控制通入電機(jī)的脈沖頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于單片機(jī)而言，主要的方法有：軟件延時(shí)和定時(shí)中斷在此電路中電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制主要是通過(guò)定時(shí)器的中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該電路控制電機(jī)加速度主要是通過(guò)S2、S3的斷開和閉合，從而控制外部中斷根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時(shí)器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率，從而改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 圖2.7 控制電路原理

14、圖 ② 最小系統(tǒng) 對(duì) 51 系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、復(fù)位電路、晶振電路。 復(fù)位電路：晶振電路用 30PF 的電容和一 個(gè)12M 晶體振蕩器組成為整個(gè)電路提供時(shí)鐘頻率。 晶振電路：8051單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式電路得到：內(nèi)部震蕩方式和外部中斷方式。在引腳XTAL1和XTAL2外部接晶振電路器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷晶振器，就構(gòu)成了內(nèi)部晶振方式。 圖2.8 最小系統(tǒng)電路圖 ③ 驅(qū)動(dòng)電路 通過(guò)ULN2803構(gòu)成比較多的驅(qū)動(dòng)電路，電路圖如圖9所示。通過(guò)單片機(jī)的P1.0~P1.3輸出脈沖到ULN2803的1B~4B口，經(jīng)信號(hào)放大后從1C~4C口分別輸出

15、到電機(jī)的A、B、C、D相。 圖2.9 驅(qū)動(dòng)電路 ④ 顯示電路 在該步進(jìn)電機(jī)的控制器中，電機(jī)可以正反轉(zhuǎn)，可以加速、減速，其中電機(jī)轉(zhuǎn)速的等級(jí)分為七級(jí)，為了方便知道電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和電機(jī)的轉(zhuǎn)速的等級(jí)，這里設(shè)計(jì)了電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)的工作狀態(tài)的顯示電路。在顯示電路中，主要是利用了單片機(jī)的P0口和P2口。采用兩個(gè)共陽(yáng)數(shù)碼管作顯示。第一個(gè)數(shù)碼管接的a、b、c、d、e、f、g、h分別接P0.0~P0.7口，用于顯示電機(jī)正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，正轉(zhuǎn)時(shí)顯示“1”，反轉(zhuǎn)時(shí)顯示“一”，不轉(zhuǎn)時(shí)顯示“0”。第二個(gè)數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g、h分別接P2.0~P2.7口，用于顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速級(jí)別，共七級(jí)，即從1~7轉(zhuǎn)速依次

16、遞增，“0”表示轉(zhuǎn)速為零。電路如圖所示。 圖2.10 顯示電路 ⑤ 總體電路圖 把各個(gè)部分的電路圖組合成總電路圖，如圖2.11所示。 XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6

17、P1.6 7 P1.7 8 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/WR 16 P3.5/T1 15 P2.7/A15 28 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 U1 AT89C51 C3 22u C1 33p C2 33p X2 CRYSTAL R6 1k R

18、5 1k S1 SW-SPST 1B 1 2B 2 3B 3 4B 4 5B 5 6B 6 7B 7 8B 8 1C 18 2C 17 3C 16 4C 15 5C 14 6C 13 7C 12 8C 11 COM 10 U2 ULN2803 +88.8 M1 MOTOR-BLDCM S2 S3 K1 SW-SPDT K2 SW-SPDT R1 1k R2 1k R4 10k R3 10k Vcc GND GND Vcc Vcc GND 圖2.11 整體電路圖 二

19、、軟件設(shè)計(jì) ① 主程序設(shè)計(jì) 主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示以及各種開關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)判斷等。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)置內(nèi)容較多，該系統(tǒng)中，需要初始化定時(shí)器、外部中斷；對(duì)P1口送初值以決定脈沖分配方式，速度值存儲(chǔ)區(qū)送初值決定步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)速度，對(duì)方向值存儲(chǔ)區(qū)送初值決定步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向等內(nèi)容。若初始化P1=11H、速度和方向初始值均設(shè)為0，就意味著步進(jìn)電機(jī)按四相單四拍運(yùn)行，系統(tǒng)上電后在沒有操作的情況下，步進(jìn)電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，方向值顯示“0”，速度值顯示“0”，主程序流程圖如圖2.12所示。 ② 定時(shí)中斷設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)主要是給電機(jī)各繞組按一定的時(shí)間間隔連續(xù)不斷

20、地按規(guī)律通入電流，步進(jìn)電機(jī)才會(huì)旋轉(zhuǎn)，時(shí)間間隔越短，速度就越快。在這個(gè)系統(tǒng)中，這個(gè)時(shí)間間隔是用定時(shí)器重復(fù)中斷一定次數(shù)產(chǎn)生的，即調(diào)節(jié)時(shí)間間隔就是調(diào)節(jié)定時(shí)器的中斷次數(shù)，因而在定時(shí)器中斷程序中，要做的工作主要是判斷電機(jī)的運(yùn)行方向、發(fā)下一個(gè)脈沖，以及保存當(dāng)前的各種狀態(tài)。程序流程圖如圖2.13所示。 ③外部中斷設(shè)計(jì) 外部中斷所要完成的工作是根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時(shí)器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率，也就是改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。速度增加按鈕S2為INT0中斷，其程序流程為原數(shù)據(jù)，當(dāng)值等于7時(shí)，不改變?cè)瓟?shù)值返回，小于7時(shí)，數(shù)據(jù)加1后返回；速度減少按鈕S3，當(dāng)原

21、數(shù)據(jù)不為0，減1保存數(shù)據(jù)，原數(shù)據(jù)為0則保持不變。程序流程圖如圖2.14所示。 23 / 24文檔可自由編輯打印 圖2.12 主程序流程圖 圖2.14 外部中斷程序流程圖 圖2.13 定時(shí)中斷程序流程圖 2.2.3 方案選擇 以上詳細(xì)介紹了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制的兩種控制方案。在電鍍生產(chǎn)工藝中，對(duì)電鍍時(shí)間的把握要求非常高。而上述基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制設(shè)置了速度等級(jí)，利于步進(jìn)電機(jī)的精確啟?？刂??；谏鲜隹紤]，最終我們選擇了方案二。 第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1任務(wù)描述 電鍍生產(chǎn)線上有三個(gè)

22、槽，工件可由升降吊鉤的行車移走，經(jīng)過(guò)電鍍、鍍液回收、清洗工件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的電鍍。工藝要求是：工件放入電鍍槽中，電鍍280s后提起，停放28s，讓鍍液從工件上流回鍍槽，然后放入回收槽中浸30s，提起挺15s,在放入清水槽中清洗30s，最后提起挺15s，行車返回原位，電鍍一個(gè)工件的全程結(jié)束。電鍍生產(chǎn)線的工藝流程如圖3.1所示： 圖3.1 工藝流程 3.2控制任務(wù)和要求 電鍍生產(chǎn)線除裝卸工件外，要求整個(gè)生產(chǎn)線能自動(dòng)運(yùn)行。同時(shí)吊鉤和行車的正反轉(zhuǎn)均能點(diǎn)動(dòng)控制，以便對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢修。 行車自動(dòng)運(yùn)行的控制過(guò)程是：行車在原位，吊鉤下降在最下方時(shí)，行車左限位開關(guān)SQ4、吊車下限為開關(guān)SQ6被

23、下壓動(dòng)作，操作人員將電鍍工件放在掛件上，即準(zhǔn)備開始進(jìn)行電鍍。 吊鉤上升：按下啟動(dòng)按鈕SB1，是輔助繼電器M1接通，吊鉤提升電機(jī)正傳，吊鉤上升，碰到上限位開關(guān)SQ5后，吊鉤停止上升。 行車前進(jìn)：在吊鉤上升停止的同時(shí)，輔助繼電器M2接通，行車電機(jī)正傳前進(jìn)。 吊鉤下降：行車前進(jìn)碰到有限位開關(guān)SQ1，行車停止前進(jìn)，同時(shí)輔助繼電器M3接通，吊鉤電機(jī)反轉(zhuǎn)，吊鉤下降。 定時(shí)電鍍：吊鉤下降碰到下限為開關(guān)SQ6時(shí)，同時(shí)輔助繼電器M4接通，使定時(shí)器T0定時(shí)280s電鍍。 吊鉤上升：T0定時(shí)時(shí)間到，輔助繼電器M5接通，吊鉤電機(jī)正傳，吊鉤上升。 定時(shí)滴液：吊鉤上升碰到上限位開關(guān)SQ5的同時(shí)，吊鉤停止上升，

24、同時(shí)輔助繼電器M6接通，定時(shí)器T1定時(shí)28s，工件滴液。 行車后退：T1定時(shí)時(shí)間到，輔助繼電器M7接通，行車電機(jī)反轉(zhuǎn)，行車后退，轉(zhuǎn)入下到鍍液回收工序。 后面各道工序的順序動(dòng)作過(guò)程，以此類推。1最后行車退回到原位上方，吊鉤下放到原位。若再次按下啟動(dòng)按鈕SB1，則下一個(gè)工作循環(huán)。電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)工作狀態(tài)流程，見附錄三。 3.3 PLC的選型 根據(jù)自動(dòng)工作狀態(tài)流程圖，PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有14個(gè)，均為開關(guān)量。其中，各種但操作按鈕開關(guān)6個(gè)；行程開關(guān)6個(gè)；自動(dòng)、手動(dòng)選擇開關(guān)2個(gè)（占2個(gè)輸入接點(diǎn)） PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有5個(gè)。其中，2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器一、二

25、；2個(gè)用于驅(qū)動(dòng)行車電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器三、四；1個(gè)用于原位指示。 控制系統(tǒng)選用A-B公司的MicroLogix1000,可以滿足控制要求，且留有一定的裕量。 3.4 I/0地址編號(hào)及接線圖 將14個(gè)輸入信號(hào)、6個(gè)輸出信號(hào)按各自的功能分類，并與PLC的I/O點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，分配地址。表3.2 是外部I/O信號(hào)與PLC的I/0接點(diǎn)地址號(hào)對(duì)應(yīng)表。根據(jù)表 ，可得到附錄四所示的I/O接線圖。 表3.2 外部I/O信號(hào)與PLC的I/0接點(diǎn)地址號(hào)對(duì)應(yīng)表 3.5 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 電鍍生產(chǎn)線的PLC控制包括點(diǎn)點(diǎn)動(dòng)操作和自動(dòng)操作兩部分。整個(gè)PLC控制程序如附錄一所示。為了增強(qiáng)程

26、序的可讀性和易操作性，本PLC的程序采用了采用了子程序的設(shè)計(jì)方法，將點(diǎn)動(dòng)和自動(dòng)子程序分別放在不同的子程序中，利用主程序觀點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)、自動(dòng)操作區(qū)分。 結(jié)論 在此次課程設(shè)計(jì)中，我們組共有五名成員組成。我們分工明確，其中三名女生負(fù)責(zé)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，而我和另外一名男生負(fù)責(zé)機(jī)械臂PLC驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。雖然在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了不少問(wèn)題，但最終都被我們客服了?？粗罱K的勞動(dòng)成果，心中還是有一絲喜悅。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，在此次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，進(jìn)一步加深了對(duì)羅克韋爾Micrologix 1000控制器的認(rèn)識(shí)以及在編程方面也有了一定的提高。原本計(jì)劃是用西門子S7 200設(shè)計(jì)，但最終發(fā)現(xiàn)它的仿真軟件不能

27、仿真諸如順序控制指令等高級(jí)指令，于是就放棄了。但在這過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了西門子編程指令與羅克韋爾編程指令的差異。 參考文獻(xiàn) [1]張家生. 電機(jī)原理與拖動(dòng)基礎(chǔ)【M】. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006. [2]馬淑華，王鳳文，張美金. 單片機(jī)原理與接口技術(shù)【M】.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007. [3]顧德英，張健，馬淑華.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)【M】. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006. [4]華成英，童詩(shī)白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【M】. 北京：高等教育出版社，2008 . [5]張靖武，周靈彬. 單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真【M】. 北京：電子工業(yè)出版

28、社，2007. [6]船倉(cāng)一郎，土屋 堯 .機(jī)器人控制電子學(xué). 科學(xué)出版社,2004.5 [7]顧德英，羅長(zhǎng)杰.現(xiàn)代電氣控制技術(shù)【M】.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006. [8]李曉寧，例說(shuō)西門子PLC S7-200.北京：人民郵電出版社，2008. [9]魯遠(yuǎn)棟，PLC機(jī)電控制系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2006. 附錄 附錄一 PLC源程序 一、主程序 二、點(diǎn)動(dòng)程序 三、自動(dòng)程序 附錄二 步進(jìn)電機(jī)C語(yǔ)言源程序 #include #define uint unsigned int

29、 sbit k1=P3^4; //啟動(dòng)開關(guān) sbit k2=P3^5; //換向開關(guān) sbit s2=P3^2; //加速按鈕 sbit s3=P3^3; //減速按鈕 void isr_int0(void);//外部中斷0中斷服務(wù)函數(shù)聲明 void isr_int1(void); void zd_t0ist(void); uint speed,count,r1,i,t,k; main() {k=0; t=0; r1=0x11 ; speed=0; count=1; TMOD=0x01; ET0=1; EA=1; EX0=1

30、; EX1=1; TH0=0xcf; TL0=0x2c; for(;;) {if(k1==0) {P0=0xff; P2=0xff; speed=0; TR0=0; } else { if(k2==0) P0=0xbf; else P0=0xf9; if(speed==0) {P2=0xc0; TR0=0; } else TR0=1; } } } void isr_int0(void) interrupt 0 { if(speed<7) speed=speed+1; while(s2

31、==0) {for(i=0;i<10;i++);} } void isr_int1(void) interrupt 2 { if(speed>0) speed=speed-1; while(s3==0) {for(i=0;i<10;i++);} } void zd_t0ist(void) interrupt 1 { TH0=0xd8; TL0=0xf0; switch(speed) { case 0:P2=0xc0;count=0;break; case 1:P2=0xf9;count=60;break; case 2:P2=

32、0xa4;count=40;break; case 3:P2=0xb0;count=35;break; case 4:P2=0x99;count=30;break; case 5:P2=0x92;count=28;break; case 6:P2=0x82;count=25;break; case 7:P2=0xf8;count=21;break; default :break; } if(t==0) t=count; if(t>0) t=t-1; if(k2==0) { if(t==0) { switch(k) { ca

33、se 0:P1=0x01;break; case 1:P1=0x02;break; case 2:P1=0x04;break; case 3:P1=0x08;break; default :break; } k=k+1; if(k==4) k=0; } } else { if(t==0) { switch(k) { case 0:P1=0x08;break; case 1:P1=0x04;break; case 2:P1=0x02;break; case 3:P1=0x01;break; default :brea

34、k; } k=k+1; if(k==4) k=0; 附錄三 電鍍生產(chǎn)線的自動(dòng)工作狀態(tài)流程 T2定時(shí) T3定時(shí) 下限位SQ6 原始限位SQ4 下限位SQ6 清洗槽SQ3 T2定時(shí) 回收槽SQ2 上限位SQ5 T0定時(shí) 下限位SQ6 上限位SQ5 右限位SQ1 左限位SQ4 T3定時(shí) 上限位SQ5 下限位SQ6 上限位SQ5 下限位SQ6 T1定時(shí) 啟動(dòng)SB1 M19 浸回收液 M18 吊鉤下降 M17 行車后退 M16 工件滴液 M15 吊鉤上升 M14 水槽清洗 M13 吊鉤下降 M12 行車后退 M11 工件滴液 M10 吊鉤上升 M9 浸回收液 M8 吊鉤下降 M7 行車后退 M6 工件滴液 M5 吊鉤上升 工件電鍍 吊鉤下降 行車前進(jìn) 吊鉤上升 原位指示 M0 M4 M3 M2 M1 附錄四 I/O接線圖