機(jī)電一體化畢業(yè)論文PLC在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用

天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息與自動(dòng)化系畢業(yè)論文 畢業(yè) 論文 課題 ：PLC在工業(yè)機(jī)械手中的應(yīng)用 專 業(yè) 機(jī)電一體化 班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 提交日期 成績(jī) 答辯日期 答辯成績(jī) 答辯教師 總評(píng)成績(jī) 28 內(nèi)容摘要 機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；位置信號(hào)由接近開(kāi)關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過(guò)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。 近年來(lái)，德國(guó)西門子公司的S7系列PLC在我國(guó)已經(jīng)廣泛使用，并在各行各業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制擔(dān)任著重要角色。本課題以S7-200系列的CPU22X為例，講述了小型可編程控制器的的構(gòu)成、原理、指令系統(tǒng)、應(yīng)用以及系統(tǒng)的設(shè)置、調(diào)試方法。 關(guān)鍵字：PLC　　機(jī)械手　　指令系統(tǒng) 目 錄 引言……………………………………………………………………………………… 第一章 可編程控制器的簡(jiǎn)介…………………………………………………………… 1.1可編程控制器的產(chǎn)生………………………………………………………………… 1.2 可編程控制器的定義與特點(diǎn)……………………………………………………… 1.3 可編程控制器的主要性能指標(biāo)…………………………………………………… 1.4 可編程控制器的分類……………………………………………………………… 1.5 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………………… 第二章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理……………………………………………… 2.1 可編程控制器的組成與基本結(jié)構(gòu)………………………………………………… 2.2 可編程控制器的工作原理………………………………………………………… 2.3 可編程控制器的編程語(yǔ)言………………………………………………………… 2.4 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域………………………………………………………… 第三章 機(jī)械手的簡(jiǎn)介…………………………………………………………………… 3.1 概述………………………………………………………………………………… 3.2 機(jī)械手的組成……………………………………………………………………… 3.3 機(jī)械手的分類……………………………………………………………………… 3.4 機(jī)械手的應(yīng)用……………………………………………………………………… 第四章 機(jī)械手的控制方案與選擇……………………………………………………… 4.1 控制要求…………………………………………………………………………… 4.2 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較……………………………………………… 第五章 可編程控制器對(duì)機(jī)械手的控制………………………………………………… 5.1可編程控制器的選型………………………………………………………………… 5.2 可編程控制器的梯形圖…………………………………………………………… 5.3 指令程序…………………………………………………………………………… 5.4 I/O 接線圖…………………………………………………………………………… 5.5 相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)………………………………………………………… 5.6 材料清單…………………………………………………………………………… 設(shè)計(jì)總結(jié)………………………………………………………………………………… 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………… 致謝……………………………………………………………………………………… 引 言 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。 工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。 本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。 由于時(shí)間倉(cāng)促和個(gè)人水平限制，我的設(shè)計(jì)存在著許多還沒(méi)來(lái)得及解決的問(wèn)題，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評(píng)指正并予以解決。 第一章 可編程控制器的簡(jiǎn)介 1.1可編程控制器的產(chǎn)生 1968年美國(guó)通用汽車公司（GM）招標(biāo)要求:軟連接代替硬接線;維護(hù)方便;可靠性高于繼電器控制柜;體積小于繼電器控制柜;成本低于繼電器控制柜;有數(shù)據(jù)通訊功能;輸入115V;可在惡劣環(huán)境下工作;擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)變更要少;用戶程序存儲(chǔ)容量可擴(kuò)展到4K 。核心思想：用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯(lián)，結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展 ，這是PLC的雛形。 1969年美國(guó)DEC公司研制出世界上第一臺(tái)PLC（PDP-14），并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功 。 1.2 可編程控制器的定義與特點(diǎn) 一、可編程控制器的定義 美國(guó)電氣協(xié)會(huì)制造商協(xié)會(huì)NEMA和國(guó)際電工委員會(huì)IEC對(duì)可編程控制器分別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開(kāi)關(guān)量邏輯控制為主的自動(dòng)控制裝置。它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)器，能夠按照控制程序，將輸入的開(kāi)關(guān)量（或模擬量）進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等處理后，以開(kāi)關(guān)量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 早期的可編程控制器，主要用于開(kāi)關(guān)量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC，后來(lái)隨著計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)不斷發(fā)展，其功能已不僅限于開(kāi)關(guān)邏輯控制，所以被稱之為可編程控制器PC，但這很容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)PC相混淆，因此，一般仍把PLC作為可編程控制器的簡(jiǎn)稱。 二、可編程控制器的特點(diǎn) 可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點(diǎn)： （1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開(kāi)關(guān)量邏輯運(yùn)算，克服了因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 (2) 編程簡(jiǎn)單，易于掌握 PLC采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏輯的設(shè)計(jì)相似，具有直觀、簡(jiǎn)單、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。 （3） 功能完善，靈活方便 隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能更加完善，不僅具有開(kāi)關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)算功能，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可以單機(jī)使用、也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運(yùn)行過(guò)程中，可隨時(shí)修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。 （4） 體積小、質(zhì)量輕、功耗低 由于采用了單片機(jī)等集成芯片，體積小、質(zhì)量輕、機(jī)構(gòu)經(jīng)湊、功耗低。 1.3 可編程控制器的主要性能指標(biāo) 可編程控制器的性能指標(biāo)有很多，主要有以下幾項(xiàng)指標(biāo)。 （1）輸入/輸出點(diǎn)數(shù)(I/O) I/O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開(kāi)關(guān)按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。 （2）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)容量。 （3）掃描速度 一般以執(zhí)行1000步指令所需的時(shí)間來(lái)衡量，單位為ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來(lái)計(jì)算，單位us/步。 （4）功能擴(kuò)展能力 可編程控制器除了主模板塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊功能應(yīng)用的需要。如A/D模塊、D/A模塊、位置控制模塊等。 （5）指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程控制器指令的總和，它是衡量可編程控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)。 1.4 可編程控制器的分類 目前PLC的種類非常多，型號(hào)和規(guī)格也不統(tǒng)一，了解PLC的分類有助于PLC的選型和應(yīng)用。 一、 按控制規(guī)模分類 為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號(hào)數(shù)是不一樣的。一般將一路信號(hào)叫做一個(gè)點(diǎn)，將輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)稱I/O點(diǎn)數(shù)。一般講，點(diǎn)數(shù)多的PLC，功能也越強(qiáng)。按控制規(guī)模的大小，可將PLC分為超小(微)、小、中、大四種類型。 （1）超小型機(jī) ：I/O點(diǎn)數(shù)為64點(diǎn)以內(nèi)，內(nèi)存容量為256～1000字節(jié)； （2）小型機(jī)：I/O點(diǎn)數(shù)為64～256，內(nèi)存容量為1～3.6K字節(jié)； 小型及超小型PLC主要用于小型設(shè)備的開(kāi)關(guān)量控制，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制、通信等功能。 （3）中型機(jī)：中型PLC的開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)通常在256~2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為2~8KB，除具有小型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量I/O、數(shù)字計(jì)算、過(guò)程參數(shù)調(diào)節(jié)，如比例、積分、微分（PID）調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、遠(yuǎn)程I/O及通信聯(lián)網(wǎng)功能。 （4）大型機(jī)：大型PLC也稱為高檔PLC，I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)容量在8K以上，其中I/O點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱為超大型PLC，除具有中型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制和遠(yuǎn)程控制等功能。 二、按結(jié)構(gòu)形式分類 通常從PLC硬件結(jié)構(gòu)形式上分整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)。 （1) 整體式結(jié)構(gòu) 一般的小型及超小型PLC多為整體式結(jié)構(gòu)，這種可編程序控制器是把CPU、RAM、ROM、I/O接口及與編程器或EPROM寫入器相連的接口、輸入/輸出端子、電源、指示燈等都裝配在一起的整體裝置。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，成本低，安裝方便，缺點(diǎn)是主機(jī)的I/O點(diǎn)數(shù)固定，使用不靈活。西門子公司的S7-200系列PLC為整體式結(jié)構(gòu)。 （2) 模塊式結(jié)構(gòu)機(jī)器上有一塊帶有插槽的母板，實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)總線。把這些模塊按控制系統(tǒng)需要選取后，都插到母板上，就構(gòu)成了一個(gè)完整的PLC。這種結(jié)構(gòu)的PLC的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成非常靈活，安裝、擴(kuò)展、維修都很方便，缺點(diǎn)是體積比較大。常見(jiàn)產(chǎn)品有OMRON公司的C200H、C1000H、C2000H，西門子公司的S5-115U、S7-300、S7-400系列等。 三、按生產(chǎn)廠家分類 PLC的生產(chǎn)產(chǎn)家很多，國(guó)內(nèi)國(guó)外都有，其點(diǎn)數(shù)、容量、功能各有差異，但都自成系列，比較有影響的廠家有： 日本立石（OMRON）公司的C系列可編程序控制器； 日本三菱（MITSUBISHI）公司的F、F1、F2、FX2系列可編程序控制器； 日本松下（PANASONIC）電工公司的FP1系列可編程序控制器； 美國(guó)通用電氣（GE）公司的GE系列可編程序控制器； 德國(guó)西門子（SIEMENS）公司的S5、S7系列可編程序控制器。 1.5 可編程序控制器的發(fā)展趨勢(shì) 隨著PLC技術(shù)的推廣、應(yīng)用，PLC將向兩個(gè)方面發(fā)展：一方面向著大型化的方向發(fā)展，另一方面則向著小型化的方向發(fā)展。 PLC向大型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在大中型PLC高功能、大容量、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計(jì)算機(jī)組成集成控制系統(tǒng)，對(duì)大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合的自動(dòng)控制。 PLC向小型化方向發(fā)展，主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：為了減小體積、降低成本，向高性能的整體型發(fā)展；在提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越強(qiáng)；應(yīng)用的專業(yè)性，使得控制質(zhì)量大大提高。 另外，PLC在軟件方面也將有較大的發(fā)展。系統(tǒng)的開(kāi)放使第三方的軟件能方便地在符合開(kāi)放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的PLC上得到移植。除了采用標(biāo)準(zhǔn)化的硬件外，采用標(biāo)準(zhǔn)化的軟件也能大大縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的軟件由于經(jīng)受了實(shí)際應(yīng)用的考驗(yàn)，它的可靠性也明顯提高。 總之，PLC總的發(fā)展趨勢(shì)是：高功能、高速度、高集成度、容量大、體積小、成本低、通信聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)。 第二章 可編程控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.1 可編程控制器的組成與基本結(jié)構(gòu) PLC是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語(yǔ)言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，它的實(shí)際組成與一般微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。 一、可編程序控制器的硬件系統(tǒng) PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)系統(tǒng)、輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)及外部設(shè)備組成。 1. 主機(jī)系統(tǒng) 圖2.1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖 (1) 微處理器單元(Central Processing Unit，CPU)。CPU是PLC的核心部分，起神經(jīng)中樞的作用，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是PLC的運(yùn)算控制中心，PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái)PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路，與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 　CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。 　CPU的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。 　CPU的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 (2) 存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器是PLC存放系統(tǒng)程序、用戶程序和運(yùn)行數(shù)據(jù)的單元。它包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。只讀存儲(chǔ)器(ROM)在使用過(guò)程中只能取出不能存儲(chǔ)，而隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)在使用過(guò)程中能隨時(shí)取出和存儲(chǔ)。 (3) 輸入/輸出模塊單元。PLC的對(duì)外功能主要是通過(guò)各類接口模塊的外接線，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)與控制。通過(guò)各種輸入/輸出接口模塊，PLC既可檢測(cè)到所需的過(guò)程信息，又可將處理結(jié)果傳送給外部過(guò)程，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制。通過(guò)輸入模塊單元，PLC能夠得到生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)；通過(guò)輸出模塊單元，PLC能夠把運(yùn)算處理的結(jié)果送至工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制。為適應(yīng)工業(yè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同輸入/輸出信號(hào)的匹配要求，PLC配置了各種類型的輸入/輸出模塊單元。 (4) I/O擴(kuò)展接口。I/O擴(kuò)展接口是PLC主機(jī)為了擴(kuò)展輸入/輸出點(diǎn)數(shù)和類型的部件，輸入/輸出擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)程輸入/輸出擴(kuò)展單元、智能輸入/輸出單元等都通過(guò)它與主機(jī)相連。I/O擴(kuò)展接口有并行接口、串行接口等多種形式。 (5) 外設(shè)I/O接口。外設(shè)I/O接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話、機(jī)機(jī)對(duì)話的通道。通過(guò)它，PLC可以和編程器、彩色圖形顯示器、打印機(jī)等外部設(shè)備相連，也可以與其他PLC或上位計(jì)算機(jī)連接。外設(shè)I/O接口一般是RS232C或RS422A串行通信接口，該接口的功能是進(jìn)行串行/并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，通信格式的識(shí)別，數(shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)檢驗(yàn)，信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換等。對(duì)于一些小型PLC，外設(shè)I/O接口中還有與專用編程器連接的并行數(shù)據(jù)接口。 (6) 電源。有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開(kāi)的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。它的作用是把外部供應(yīng)的電源變換成系統(tǒng)內(nèi)部各單元所需的電源，有的電源單元還向外提供直流電源，給與開(kāi)關(guān)量輸入單元連接的現(xiàn)場(chǎng)電源開(kāi)關(guān)使用。電源單元還包括掉電保護(hù)電路和后備電池電源，以保持RAM在外部電源斷電后存儲(chǔ)的內(nèi)容不丟失。PLC的電源一般采用開(kāi)關(guān)電源，其特點(diǎn)是輸入電壓范圍寬，體積小，質(zhì)量輕，效率高，抗干擾性能好。 2. 輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié) 輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)是PLC輸入輸出單元的擴(kuò)展部件，當(dāng)用戶所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)或類型超出主機(jī)的輸入/輸出單元所允許的點(diǎn)數(shù)或類型時(shí)，可以通過(guò)加接輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)來(lái)解決。輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)與主機(jī)的輸入/輸出擴(kuò)展接口相連，有兩種類型：簡(jiǎn)單型和智能型。簡(jiǎn)單型的輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)本身不帶中央處理單元，對(duì)外部現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入/輸出處理過(guò)程完全由主機(jī)的中央處理單元管理，依賴于主機(jī)的程序掃描過(guò)程。通常，它通過(guò)并行接口與主機(jī)通信，并安裝在主機(jī)旁邊，在小型PLC的輸入/輸出擴(kuò)展時(shí)常被采用。智能型的輸入/輸出擴(kuò)展環(huán)節(jié)本身帶有中央處理單元，它對(duì)生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的輸入/輸出處理由本身所帶的中央處理單元管理，而不依賴于主機(jī)的程序掃描過(guò)程。通常，它采用串行通信接口與主機(jī)通信，可以遠(yuǎn)離主機(jī)安裝，多用于大中型PLC的輸入/輸出擴(kuò)展。 3. 外部設(shè)備 外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 (1) 編程設(shè)備：它是編制、調(diào)試PLC用戶程序的外部設(shè)備，是人機(jī)交互的窗口。通過(guò)編程器可以把新的用戶程序輸入到PLC的RAM中，或者對(duì)RAM中已有程序進(jìn)行編輯。通過(guò)編程器還可以對(duì)PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，這對(duì)調(diào)試和試運(yùn)行用戶程序是非常有用的。 除了上述專用的編程器外，還可以利用微機(jī)(如IBM-PC)，配上PLC生產(chǎn)廠家提供的相應(yīng)的軟件包來(lái)作為編程器，這種編程方式已成為PLC發(fā)展的趨勢(shì)?，F(xiàn)在，有些PLC不再提供編程器，而只提供微機(jī)編程軟件，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。 (2) 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過(guò)畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 (3) 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。 (4)輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 二、可編程序控制器的軟件系統(tǒng) PLC除了硬件系統(tǒng)外，還需要軟件系統(tǒng)的支持，它們相輔相成，缺一不可，共同構(gòu)成PLC。PLC的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)程序(又稱系統(tǒng)軟件)和用戶程序(又稱應(yīng)用軟件)兩大部分組成。 1. 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序由PLC的制造企業(yè)編制，固化在PROM或EPROM中，安裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。 2. 用戶程序 用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語(yǔ)言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開(kāi)關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。 2.2 可編程控制器的工作原理 可編程控制器在進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開(kāi)始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的循序逐條執(zhí)行程序，即按循序逐條執(zhí)行程序直到程序結(jié)束。然后再?gòu)念^開(kāi)始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。 第(N-1)個(gè)掃描周期 輸出刷新 第(N+1)個(gè)掃描周期 輸入采樣 第N個(gè)掃描周期 輸入采樣 輸出刷新 用戶程序執(zhí)行 可編程控制器工作的掃描過(guò)程包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過(guò)程所需的時(shí)間成為掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短與用戶程序的長(zhǎng)度和掃描速度有關(guān)。 2.3 可編程控制器的編程語(yǔ)言 PLC的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言、順序功能圖語(yǔ)言等。其中前兩種語(yǔ)言用的較多，流程圖語(yǔ)言也在許多場(chǎng)合被采用。 一、梯形圖語(yǔ)言 1．梯形圖從上至下編寫，每一行從左至右順序編寫。PLC程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。 2．圖左、右邊垂直線稱為起始母線、終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開(kāi)始畫起，終止母線可以省略。 3．梯形圖中的觸點(diǎn)有兩種，即動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)。 4．梯形圖的最右端必須連接輸出元素。 5．梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。 二、助記符語(yǔ)言 助記符語(yǔ)言是PLC命令的語(yǔ)言表達(dá)式。用梯形圖編程雖然直觀、簡(jiǎn)便，但要求PLC配置較大的顯示器放可輸入圖形符號(hào)，這在有些小型機(jī)上常難以滿足，所以助記符語(yǔ)言也是一種較常用的一種編程方式。不同型號(hào)的PLC，其助記符語(yǔ)言也不同，但其基本原理是相近的。編程時(shí)，一般先跟據(jù)要求編制梯形圖語(yǔ)言，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語(yǔ)言。 三、 順序功能圖語(yǔ)言 順序功能圖SFC是一種描述順序控制系統(tǒng)功能的圖解表示法，主要由“步”、“轉(zhuǎn)移”及“有限線段”等元素組成，它將一個(gè)完整的控制工程分為若干個(gè)階段(狀態(tài))，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，條件滿足就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，上一狀態(tài)動(dòng)作結(jié)束，下一動(dòng)作開(kāi)始。 2.4 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 一、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 二、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 三、運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 四、過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 五、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 六、通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 第三章 機(jī)械手的簡(jiǎn)介 3.1 概述 機(jī)械手首先是由美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出了第一臺(tái)機(jī)械手。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 3.2 機(jī)械手的組成 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。 手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。 為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。 3.3 機(jī)械手的分類 一、按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手； 二、按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種； 三、按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。 3.4 機(jī)械手的應(yīng)用 機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。另外，機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用不僅能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，而且還能改善熱、累等勞動(dòng)條件。 第四章 機(jī)械手的控制方案與選擇 4.1 控制要求 如下圖所示為某生產(chǎn)車間中自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)械手，用于將左工作臺(tái)上的工件搬運(yùn)到右工作臺(tái)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由液壓驅(qū)動(dòng)。液壓泵由電磁閥控制，其上升/下降、左移/右移運(yùn)動(dòng)由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥得電時(shí)機(jī)械手上升，下降電磁閥得電時(shí)機(jī)械手下降。夾緊/放松運(yùn)動(dòng)由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時(shí)機(jī)械手夾緊，斷電時(shí)機(jī)械手放松。 圖4.1 機(jī)械手的動(dòng)作示意圖 為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，本控制系統(tǒng)應(yīng)有手動(dòng)功能和顯示功能。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“手動(dòng)”位置時(shí)，按下相應(yīng)的手動(dòng)按鈕，就可實(shí)現(xiàn)上升、下降、左移、右移、夾緊、放松的手動(dòng)控制。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”位置時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，手動(dòng)按鈕無(wú)效。 4.2 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較 在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中常用的控制系統(tǒng)有：傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)這三種。但從使用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性出發(fā)，本設(shè)計(jì)選用了PLC。因?yàn)閺纳鲜鲈摍C(jī)械手所需完成的控制動(dòng)作分析來(lái)看，本機(jī)械手是用于各種傳感器在復(fù)雜的條件下工件的傳輸，主要?jiǎng)幼魇巧仙?、下降、左移、右移、夾緊、放松和工序延時(shí)控制等，控制動(dòng)作基本上是以簡(jiǎn)單的順序邏輯動(dòng)作為主。是屬典型的繼電邏輯順序動(dòng)作控制系統(tǒng)，這是PLC最擅長(zhǎng)的功能，而且PLC具有體積小、重量輕、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，特別是替代繼電器控制系統(tǒng)，這更是它的優(yōu)勢(shì)。 第五章 可編程控制器對(duì)機(jī)械手的控制 5.1可編程控制器的選型 一、I/O總點(diǎn)數(shù)的確定 由I/O分配表知，輸入共18個(gè)點(diǎn),輸出共6個(gè)點(diǎn),I/O實(shí)際需24點(diǎn)。為留有今后工藝改進(jìn)與功能擴(kuò)充余地，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般加10-20％余量，再考慮PLC產(chǎn)品本身規(guī)格，可取PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)。 二、I/O點(diǎn)信號(hào)性質(zhì)分析 從機(jī)械手控制信號(hào)分析可知,機(jī)械手輸入是位置開(kāi)關(guān)信號(hào),上/下限位開(kāi)關(guān)、左/右限位開(kāi)關(guān)等它們都是開(kāi)關(guān)量,而輸出主要是5個(gè)電磁閥線圈,以控制機(jī)械手的左移、右移、上移、下移、夾緊、放松的氣路的通斷。 三、用戶存儲(chǔ)器容量的估算 (1) I/O口總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)且均為開(kāi)關(guān)量，以每個(gè)I/O點(diǎn)需1O個(gè)字節(jié)估算則所需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：48*10=480B (2) 定時(shí)器有兩個(gè):一個(gè)夾緊延時(shí)、一個(gè)放松延時(shí)，以每個(gè)定時(shí)器需2個(gè)字節(jié)估算則所需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量*2=2*2=4B 共需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：480+4=484B 經(jīng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)成本方面因素綜合考慮，本設(shè)計(jì)選取日本三菱公司FX2N-48MR型PLC產(chǎn)品。FX2N-48MR型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)如下： 表5.1 FX2N-48MR型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)表 最大I/O 48點(diǎn) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 256個(gè) 基本功能指令22條, 步進(jìn)指令2條 繼電器輸出最大負(fù)載 80VA/24V 執(zhí)行速度（us/步） 0.8us 輸入輸出響應(yīng)時(shí)間 10ms 程序容量（步） 2KB 輸入光電隔離 數(shù)據(jù)寄存器 通用： 200點(diǎn) 鎖存用： 7800點(diǎn) 輸出繼電器接點(diǎn)隔離 由上表可見(jiàn)，F(xiàn)X2N-48MR型PLC產(chǎn)品能滿足設(shè)計(jì)要求。 5.2 可編程控制器的梯形圖 一、程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本機(jī)械手系統(tǒng)的程序是采用基本指令、初始狀態(tài)指令和步進(jìn)指令相配合的方法進(jìn)行編寫的。程序可分四大塊，分別是初始化程序、手動(dòng)程序、回原位程序和自動(dòng)程序。 二、初始化程序 如圖5.2.2所示，為初始化程序。他保證了機(jī)械手必須在原位才能進(jìn)入自動(dòng)工作方式。 圖5.2.2 初始化程序 三、手動(dòng)程序 手動(dòng)程序如圖5.2.3所示。X10~X15對(duì)應(yīng)機(jī)械手的上下左右移動(dòng)和夾緊的的按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在左、右移動(dòng)的程序中串聯(lián)上限位置開(kāi)關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動(dòng)時(shí)碰撞到其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程序之間還進(jìn)行了必要的連鎖。 圖5.2.3 手動(dòng)程序 四、回原位程序 如圖5.2.4所示為回原位程序，在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，只需按下回原位按鈕機(jī)械手即可自動(dòng)回到原位。圖中除初始狀態(tài)繼電器外，其他狀態(tài)繼電器應(yīng)使用回零狀態(tài)繼電器S10~S19 。 圖5.2.4 回原位程序 五．自動(dòng)程序 自動(dòng)程序如圖5.2.5所示，其中M8041和M8044都是在初始化程序中設(shè)定的，在程序運(yùn)行中不再更改。 圖5.2.5 5.3 指令程序 0 LD X21 27 AND X17 53 STL S12 83 LD X18 1 ANI X17 28 ANI X21 54 SET M8043 84 SET S24 2 ANI Y4 29 ANI Y2 56 RST S12 86 STL S24 3 OUT M8044 30 OUT Y3 58 STL S2 87 OUT Y0 5 LD M8000 31 LD X12 59 LD M8041 88 LD X21 6 FNC 60 32 AND X17 60 AND M8044 89 SET S25 X0 33 ANI X20 61 SET S20 91 STL S25 S20 34 ANI Y3 63 STL S20 92 RST Y4 S27 35 OUT Y2 64 OUT Y0 93 OUT T1 13 STL S0 36 STL S1 65 LD X16 K17 14 LD X15 37 LD X5 66 SET S21 96 LD T1 15 RST Y4 38 SET S10 68 STL S21 97 SET S26 16 LD X14 40 STL S10 69 SET Y4 99 STL S26 17 SET Y4 41 RST Y4 70 OUT T0 100 OUT Y1 18 LD X11 42 RST Y0 K17 101 LD X17 19 ANI X17 43 OUT Y1 73 LD T0 102 SET S27 20 ANI Y0 44 LD X17 74 SET S22 104 STL S27 21 OUT Y1 45 SET S11 76 STL S22 105 OUT Y3 22 LD X10 47 STL S11 77 OUT Y1 106 LD X21 23 ANI X16 48 RST Y1 78 LD X1 107 OUT S2 24 ANI Y1 49 OUT Y3 79 SET S23 109 RET 25 OUT Y0 50 LD X21 81 STL S23 110 END 26 LD X13 51 SET S12 82 OUT Y2 5.4 I/O 接線圖 機(jī)械手控制系統(tǒng)采用的PLC型號(hào)或規(guī)格是FX2N-48MR，表4-4是輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表。 表5-4 PLC輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表 輸 入 信 號(hào) 名 稱 代 號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 手動(dòng)擋 SA X0 回原位檔 SA X1 單步檔 SA X2 單周期檔 SA X3 連續(xù)檔 SA X4 回原位按鈕 SB9 X5 啟動(dòng)按鈕 SB1 X6 停止按鈕 SB2 X7 下降按鈕 SB3 X10 上升按鈕 SB4 X11 右行按鈕 SB5 X12 左行按鈕 SB6 X13 夾緊按鈕 SB7 X14 松開(kāi)按鈕 SB8 X15 下限位開(kāi)關(guān) SQ1 X16 上限位開(kāi)關(guān) SQ2 X17 右限位開(kāi)關(guān) SQ3 X20 左限位開(kāi)關(guān) SQ4 X21 輸 出 信 號(hào) 名 稱 代 號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 下降電磁閥線圈 YV1 Y0 上升電磁閥線圈 YV2 Y1 右行電磁閥線圈 YV3 Y2 左行電磁閥線圈 YV4 Y3 松緊電磁閥線圈 YV5 Y4 圖5.4 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的I/O接線圖 5.5 相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn) 一、系統(tǒng)調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試 硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開(kāi)主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分的可靠性。 軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開(kāi)關(guān)和PLC輸出端的指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號(hào)I/O時(shí)，可用電位器和萬(wàn)用表進(jìn)行。調(diào)試時(shí)，可利用上述外部設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)和傳感器的狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改程序后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在PLC的主流產(chǎn)品都可在PC上編程，并可在PC上進(jìn)行模擬調(diào)試。 連機(jī)調(diào)試時(shí)，可把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的PLC中。有時(shí)PLC也許只有一臺(tái)，這時(shí)就要把PLC安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷開(kāi)，只對(duì)控制電路進(jìn)行連機(jī)調(diào)試。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)連機(jī)調(diào)試信號(hào)的接入常常會(huì)發(fā)現(xiàn)軟硬件中的問(wèn)題，有時(shí)廠家對(duì)某些控制功能進(jìn)行改造，反復(fù)調(diào)試后，控制系統(tǒng)才能交付使用。 二、程序的運(yùn)行與調(diào)試 1．將梯形圖程序輸入計(jì)算機(jī)。 2．對(duì)程序進(jìn)行試運(yùn)行。 （1）將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA旋至“手動(dòng)”檔，按相應(yīng)的動(dòng)作按鈕，觀察機(jī)械手動(dòng)作情況。 （2）將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA旋至“回原位”檔，按回原位按鈕，觀察機(jī)械手是否回原位。 （3）將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA旋至“單步”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否向前執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。 （4）將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA旋至“單周期”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否運(yùn)行一個(gè)周期就停下來(lái)。 （5）將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA旋至“連續(xù)”檔，按下啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否連續(xù)運(yùn)行。 C．記錄調(diào)試程序結(jié)果并對(duì)不足之處進(jìn)行修改。 d．最后再進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，一般連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)以上，以考核電氣及機(jī)械運(yùn)行是否穩(wěn)定可靠。 5.6 材料清單 表5.6 系統(tǒng)所需設(shè)備、工具、材料明細(xì)表 名 稱 型 號(hào) 或 規(guī) 格 數(shù) 量 可編程控制器 FX2N-48MR 1臺(tái) 雙線圈電磁閥 VF3230 2只 單線圈電磁閥 VF3130 1只 按鈕 LA10H-1H 9個(gè) 限位開(kāi)關(guān) LX19-111 4個(gè) 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) LW6-5 1個(gè) 熔斷器 RC1A-30/15 1只 連接導(dǎo)線 若干 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)，機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的程序，已成功地通過(guò)了模擬手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)等運(yùn)行的調(diào)試，證明本設(shè)計(jì)的硬件、軟件部分基本都能達(dá)到預(yù)期要求，能可靠地控制機(jī)械手動(dòng)作，達(dá)到機(jī)械手所要求的技術(shù)性能。 系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過(guò)程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過(guò)程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過(guò)程。在這過(guò)程中，我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)有了深刻的的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械手的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程中增長(zhǎng)了知識(shí)，豐富了經(jīng)驗(yàn)?？刂葡到y(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過(guò)程來(lái)進(jìn)行。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很辛苦的工作，同時(shí)也是一個(gè)充滿樂(lè)趣的過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要邊學(xué)習(xí)，邊實(shí)踐，遇到新的問(wèn)題就不斷探索和努力，即可使問(wèn)題得到解決。 同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)中，也深刻體會(huì)到理論和實(shí)踐相集合的重要性。雖然之前收集了大量的資料但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很大差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問(wèn)題。但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的摸索最終還是設(shè)計(jì)出達(dá)到要求的系統(tǒng)。由于時(shí)間緊迫，有些設(shè)計(jì)工作還有待完善，在以后的工作中我會(huì)繼續(xù)努力,不斷提高自己的技術(shù)水平，以適應(yīng)未來(lái)的激烈競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)。 參考文獻(xiàn) 1． 喬世民主編 機(jī)械制造基礎(chǔ) 高等教育出版社 2003 2． 胡曉明主編 電氣控制及PLC 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 3． 程周主編 PLC技術(shù)與應(yīng)用 福建科學(xué)技術(shù)出版社 2004 4． 李中年主編 控制電氣及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2006 5． 韓志國(guó)主編 PLC應(yīng)用技術(shù) 國(guó)防工業(yè)出版社 2004 6． 馮辛安主編 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 7． 廖常初主編 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) 重慶大學(xué)出版社 2002 8． 張繼和 張潤(rùn)敏 梁海峰主編 電機(jī)控制與供電基礎(chǔ) 西南交通大學(xué)出版社 2000 9． 邱士安主編 機(jī)電一體化技術(shù) 西安電子科技大學(xué)出版社 2005 10. 田鳴主編 機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 致謝 本論文是在指導(dǎo)老師張益老師熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和鼓勵(lì)著我。從論文題的開(kāi)題到最終完成，張老師始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，不僅使我的知識(shí)面拓寬，概念理解更為深入透徹，而且還學(xué)到了許多做人的道理。從選題以來(lái)，導(dǎo)師的為人師表、淵博的知識(shí)、寬廣的胸懷讓終生受益；在此，謹(jǐn)向張老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意！ 感謝天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院給予我三年的教育和培養(yǎng)，感謝全體老師在三年里給予的關(guān)愛(ài)和幫助。還要感謝陪伴我一起愉快度過(guò)大學(xué)生活的各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)又一個(gè)的困難，直至本次論文的順利完成。 在論文撰寫即將完成之際，我的心情很感激，從開(kāi)始選課題到任務(wù)的如期完成，期間還有許多可敬的老師、友善的同學(xué)、熱心的校友，給予我莫大的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！ 最后感謝各位評(píng)委和答辯老師在百忙之中抽出時(shí)間來(lái)親自檢閱我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。