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4）气泵5）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，
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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
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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+ A- B+ 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。
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