目录
第一章绪论
1.1设计目的与意义 (1)
1.2工业机器人机械臂的概述 (1)
1.3系统描述 (1)
第二章步进电机驱动器设计
2.1 步进电机概述 (2)
2.2 步进电机的转动控制 (2)
2.2.1 基于控制电路的控制 (2)
2.2.2 基于单片机的控制 (6)
2.2.3 方案选择 (11)
第三章PLC控制系统设计
3.1 任务描述 (11)
3.2 控制任务和要求 (11)
3.3 PLC的选型 (12)
3.4 I/O地址编号和接线图 (12)
3.5 PLC控制系统程序设计 (12)
结论 (13)
附录一PLC源程序 (14)
附录二步进电机C语言源程序 (19)
附录三电镀生产线的自动工作状态流程 (21)
附录四I/O接线图 (22)
第一章绪论
1.1设计目的与意义
随着工业化生产的不断细分，新工艺新材料的不断涌现，在实际产品中得到应用的设计效果也日新月异，电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺，而电镀效果是我们使用时间较长，工艺也较为成熟的一种效果，对于这种工艺的应用在产品上已经非常多。

电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。

如何更好地实现电镀工艺的自动化，是目前很多研究者在研究的问题。

本次设计采用了自动控制与点动控制相结合的方式，满足了电镀过程的需求，对实现电镀过程的自动化做了一次意义的尝试。

同时，通过本次设计，进一步提升了自己在PLC 编程方面的能力，加深了对PLC的认识以及对步进电机的驱动和工作方式有了更深的体会。

1.2工业机器人机械臂的概述
工业机器人作为最典型的机电控制系统实例之一，几乎具有机电一体化系统的所有特点。

既具有操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置，又具有速度快、精度高、柔性好的特点。

工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。

三大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。

六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人—环境交互系统、人机交互系统、控制系统。

机械臂作为工业机器人的一种形式，是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。

机械臂可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。

近年来，为实现工业过程自动化，已有不少操作机械臂广泛应用于工厂的各个生产过程，尤其是那些人力所限和人所不及的外部环境或危险场所，将是机械臂进一步发展的应用领域。

1.3系统描述
自动化电镀生产线上的机械臂为二自由度机械臂，由两个步进电机控制。

其中一个步进电机控制吊钩的上下运动；另一个步进电机控制行车的左行与右行。

该机械臂的模型如下图1.1所示：
图1.1 电镀工艺机械臂模型
该机械臂由罗克韦尔公司的Micrologix 1000控制，控制的流程主要有电镀槽、镀液回收槽、清洗槽三大部分组成，并设置了原位指示灯、点动指示灯和自动指示灯，具体情况见第三章，此处指给出系统整体结构图：
图2.2 系统整体结构图
第二章步进电机驱动器设计
2.1 步进电机概述
步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是：它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。

该设计采用电机为四相步进电机，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，就能使步进电机转动。

当某一相绕组通电时，对应的磁极产生磁场，
并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻小路径的特点，则转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。

目前，对步进电机的控制主要有分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。

本设计利用单片机进行控制，主要是利用软件进行环形脉冲分配。

四相步进电机的工作方式为四相单四拍，双四拍和四相八拍工作的方式。

各种工作方式在电源通电时的时序与波形分别如图a、b、c所示。

本设计的电机工作方式为四相单四拍，根据步进电机的工作的时序和波形图，总结出其工作方式为四相单四拍时的脉冲分配规律，四相双四拍的脉冲分配规律，在每一种工作方式中，脉冲的频率越高，其转速就越快，但脉冲频率高到一定程度，步进电机跟不上频率的变化后电机会出现失步现象，所以脉冲频率一定要控制在步进电机允许的范围内。

图2.1 步进电机工作时序波形图
2.2步进电机的转动控制
目前，步进电机的转动控制主要有三大类：
一、基于控制电路的控制
这种控制方式的核心是555定时器芯片，它产生步进电机转动所需的脉冲，并通过分频器分配给步进电机的各相，最后通过一个功率放大电路就实现了对步进电机的转动控制。

这种控制方式的优点是简单、可靠，缺点是不适用与控制精度要求很高的场合。

二、基于微控制器的控制
这种控制方式的核心是各种类型的单片机以及各种各类的PLC。

它的优点在于设计者根据实际的需求灵活的设计控制电路，因而这种控制方式的灵活性很大，功能丰富。

三、基于专用控制芯片的控制
这种控制方式一般适用在控制精度要求高的场合，它是由专门的设计公司开发的，因而它的功能很强大。

主要由三部分组成：脉冲发生器、脉冲分配器、功率放大电路组成，其结构形式如下图2.2所示：
图2.2 步进电机的控制电路
①脉冲发生电路
脉冲发生电路就是产生方波的电路，可以考虑由晶体管或IC芯片构成的多谐振荡电路或专用定时器芯片电路等。

在需要产生特别精确脉冲的场合可以使用石英振荡电路。

如图
2.3电路采用了NE555定时器芯片。

图2.3 脉冲放生电路
②脉冲分配电路
脉冲分配电路的任务是从脉冲发生电路产生的方波中分解出对应的四相脉，74HC74为单输入端的双D触发器。

一个片子里封装着两个相同的D触发器，每个触发器只有一个D 端，它们都带有直接置0端RD和直接置1端SD，为低电平有效。

CP上升沿触发。

D型触。