工業(yè)機械手的PLC控制畢業(yè)設(shè)計.pdf

蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 論文名稱：論文名稱：工業(yè)機械手的工業(yè)機械手的PLCPLC 控制控制 系部：電氣工程系 專業(yè)：電氣工程及其自動化 班級:09 自動化（3）班 姓名：喬紅麗 指導教師：王老師 二 O 一 零 年五月 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘摘 在當今大規(guī)模制造業(yè)中，企業(yè)為提高生產(chǎn)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量，普遍重視生產(chǎn)過程的自動 化程度，工業(yè)機器人作為自動化生產(chǎn)線上的重要成員，逐漸被企業(yè)所認同并采用。工業(yè)機器人 的技術(shù)水平和應用程度在一定程度上反映了一個國家工業(yè)自動化的水平，目前，工業(yè)機器人主 要承擔著焊接、噴涂、搬運以及堆垛等重復性并且勞動強度極大的工作，工作方式一般采取示 教再現(xiàn)的方式。 PLC 是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工業(yè)控制器，其 可靠性高、抗干擾能力強；PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生 產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息；PLC 采用光電隔離 和濾波技術(shù)有效抑制外部干擾源對 PLC 的影響，此外 PLC 還可在強、通用性好；開 發(fā)周期短，功耗小。本課題對現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：意義，應用，前景，編程語言，設(shè)計 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） Summary ：In todays large-scale manufacturers, enterprises to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, industrial robots as an important member of automatic production line, gradually the enterprise recognizes and adopted. Industrial robot technology level and USES degree in a certain extent reflect a nation industrial automation level, at present, the industrial robot main bearing welding, spraying, handling and stacking repeatability and the intensity of labor etc greatly, work normally take the reappearance of the demonstration teaching way. plc with modern technology is the microprocessor controller as a general control of the industry, its reliability and anti-interferenceability ；plc with the use of modern lsi adopt strictproductionprocessandinternalcircuitadoptedadvancedanti-interference technology, with very high reliability, in addition, plc with a hardware failure and detection capabilities, the failure of information to the timely alarm； plc the photoelectric isolation and technical skills filtering is effective in the area of the plc external to the influence of the plc, there is also in the strong, the common good ； development cycles, TDP. this subject to the modern industrial development has a very important. Keywords：significance, application, prospect，the programming language，designe 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章第一章緒論緒論 1.1本課題的意義 1.2本文的主要工作 第二章第二章 PLCPLC 的概述的概述 2.1 PLC 的定義 2.2 PLC 的由來及發(fā)展 2.3 PLC 的特點及用途 2.4 可編程控制器的應用與前景 第三章第三章PLC 的編程言的編程言 3.1梯形圖編語 3.2功能塊圖編程語 第四章第四章PLC 控制機械手的設(shè)計控制機械手的設(shè)計 4.1機械手在工業(yè)生產(chǎn)中的應用 4.2各電器設(shè)備的制方式及控制要求 4.3 電器元件設(shè)備的選擇 4.4控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè) 4.5功能表圖設(shè)計 第五章第五章設(shè)計小結(jié)設(shè)計小結(jié) 謝辭謝辭 參考文獻參考文獻 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 一 章第 一 章緒 論緒 論 1.11.1 本 課 題 的 意 義本 課 題 的 意 義 機 械 手 是 近 代 自 動 控 制 領(lǐng) 域 中 出 現(xiàn) 的 一 項 新 技 術(shù) ， 并 已 成 為 現(xiàn) 代 科 技 的 一 個 重 要 組 成 部 分 。 汽 車 業(yè) 的 快 速 發(fā) 展 ， 車 外 型 愈 求 美 觀 流 線 ， 并 由 于 汽 車 外 板 件 要 求 完 美 無 塵 的 沖 壓 生 產(chǎn) 線 也 向 高 速 化 、 高 品 質(zhì) 、 自 動 化 、 柔 性 化 方 向 發(fā) 展 。 傳 統(tǒng) 沖 壓 生 產(chǎn) 過 程 中 的 手 工 操 作 、 人 工 送 料 的 生 產(chǎn) 方 式 已 無 法 滿 足 該 行 業(yè) 的 需 要 。 機 械 手 的 積 極 作 用 正 日 益 為 人 們 所 認 識 ， 其 一 ， 它 能 部 分 地 代 替 人 的 勞 動 并 能 達 到 生 產(chǎn) 工 藝 的 要 求 ， 遵 循 一 定 的 程 序 、 時 間 和 位 置 來 完 成 工 件 的 傳 送 。 因 此 ， 它 能 大 大 地 改 善 工 人 的 勞 動 條 件 ， 加 快 實 現(xiàn) 工 業(yè) 生 產(chǎn) 機 械 化 和 自 動 化 的 步 伐 。 因 此 ， 受 到 各 先 進 單 位 的 重 視 并 投 入 了 大 量 的 人 力 物 力 加 以 研 究 和 應 用 。 尤 其 在 高 溫 、 高 壓 、 粉 塵 、 噪 聲 的 場 合 ， 應 用 得 更 為 廣 泛 。 在 我 國 ， 近 代 幾 年 來 也 有 較 快 的 發(fā) 展 ， 并 取 得 一 定 的 成 果 ， 受 到 各 工 業(yè) 部 門 的 重 視 。 可 編 程 控 制 器 (PLC) 是 一 種 專 門 為 工 業(yè) 應 用 而 設(shè) 計 的 進 行 數(shù) 字 運 算 操 作 的 電 子 控 制 裝 置 。由 于 其 具 有 可 靠 性 高 ，功 能 強 ， 編 程 簡 單 ，人 機 交 互 界 面 友 好 等 特 性 而 廣 泛 用 于 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 。 1.21.2本 文 主 要 做 的 工 作本 文 主 要 做 的 工 作 1.問 題 提 出： PLC 控 制 的 機 械 手 最 主 要 是 應 用 于 自 動 化 生 產(chǎn) 中 ， 如 何 綜 合 地 運 用 前 面 學 過 知 識 點 ， 根 據(jù) 實 際 工 程 要 求 合 理 組 合 成 控 制 系 統(tǒng) ，在 此 介 紹 組 成 可 編 程 控 制 器 控 制 系 統(tǒng) 的 一 般 方 法 。 2.系 統(tǒng) 設(shè) 計 的 主 要 內(nèi) 容 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 （1）擬 定 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 的 技 術(shù) 條 件 。技 術(shù) 條 件 一 般 以 設(shè) 計 任 務 書 的 形 式 來 確 定 ， 它 是 整 個 設(shè) 計 的 依 據(jù) ； （2） 選 擇 電 氣 傳 動 形 式 和 電 動 機 、 電 磁 閥 等 執(zhí) 行 機 構(gòu) ； （3） 選 定PLC的 型 號 ； （4） 編 制PLC的 輸 入/輸 出 分 配 表 或 繪 制 輸 入/輸 出 端 子 接 線 圖 ； （5） 根 據(jù) 系 統(tǒng) 設(shè) 計 的 要 求 編 寫 軟 件 規(guī) 格 說 明 書 ， 然 后 再 用 相 應 的 編 程 語 言 （ 常 用 梯 形 圖 ） 進 行 程 序 設(shè) 計 ； （6） 了 解 并 遵 循 用 戶 認 知 心 理 學 ， 重 視 人 機 界 面 的 設(shè) 計 ， 增 強 人 與 機 器 之 間 的 友 善 關(guān) 系 ； 第 二 章第 二 章PLC 的 概 述的 概 述 1.1 PLC 的 定 義 可 編 程 控 制 器 （ ProgrammableLogicController ） 簡 稱 PLC，它 具 備 了 模 擬 量 控 制 、過 程 控 制 以 及 遠 程 通 信 等 強 大 功 能 ， 所 以 美 國 電 氣 制 造 商 協(xié) 會 將 其 正 式 命 名 為 可 編 程 控 制 器 （ ProgrammableController ） , 簡 稱PC 。 但 是 個 人 計 算 機 （ PersonalComputer ） 也 簡 稱 PC ， 為 了 避 免 混 淆 ， 將 用 于 邏 輯 控 制 的 可 編 程 控 制 叫 做PLC （ ProgrammableLogic Controller） . PLC 是 一 種 專 門 為 在 工 業(yè) 環(huán) 境 下 應 用 而 設(shè) 計 的 數(shù) 字 運 算 操 作 的 電 子 裝 置 ， 它 其 實 就 是 一 臺 計 算 機 ， 它 采 用 可 以 編 制 程 序 的 存 儲 器 ， 在 其 內(nèi) 部 執(zhí) 行 邏 輯 運 算 、 順 序 運 算 、 計 時 、 計 數(shù) 和 算 術(shù) 運 算 等 操 作 的 指 令 ， 它 以 接 入 式 CPU 為 核 心 ， 通 過 數(shù) 字 式 或 模 擬 式 的 輸 入 和 輸 出 ，控 制 各 種 類 型 的 機 械 或 生 產(chǎn) 過 程 。PLC 及 其 有 關(guān) 的 外 圍 設(shè) 備 ， 都 是 很 容 易 與 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 形 成 一 個 整 體 ， 容 易 擴 展 其 功 能 的 。 可 編 程 控 制 器 是 一 種 工 業(yè) 現(xiàn) 場 用 計 算 機 。 它 是 為 工 業(yè) 環(huán) 境 下 應 用 而 設(shè) 計 的 ， 工 業(yè) 環(huán) 境 一 般 辦 公 環(huán) 境 有 較 大 的 區(qū) 別 。 由 于 PLC 的 特 殊 構(gòu) 造 ，使 它 能 在 高 粉 塵 、高 噪 音 、強 電 磁 干 擾 和 溫 度 變 化 劇 烈 的 環(huán) 境 下 正 常 工 作 。 為 了 能 控 制 機 械 或 生 產(chǎn) 過 程 ， 它 要 能 很 容 易 的 與 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 形 成 一 個 整 體 ， 這 些 都 是 個 人 計 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 算 機 無 法 比 擬 的 。 可 編 程 控 制 器 是 一 種 通 用 的 工 業(yè) 控 制 計 算 機 。 它 能 控 制 各 種 類 型 的 工 業(yè) 設(shè) 備 及 生 產(chǎn) 過 程 。 它 的 功 能 能 夠 很 容 易 地 擴 展 ， 它 的 程 序 是 可 以 根 據(jù) 控 制 對 象 的 不 同 ， 讓 使 用 者 來 編 制 的 。 也 就 是 說 ， 可 編 程 控 制 器 較 其 以 前 的 工 業(yè) 控 制 計 算 機 ， 如 單 片 機 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) ， 具 有 更 大 的 靈 活 性 ， 它 可 以 方 便 地 應 用 在 各 種 場 合 。 通 過 以 上 定 義 還 可 以 了 解 到 ， 相 對 一 般 意 義 上 的 計 算 機 ， 可 編 程 控 制 器 不 僅 具 有 計 算 機 的 內(nèi) 核 ， 它 還 配 置 了 許 多 使 其 適 用 于 工 業(yè) 控 制 的 器 件 。 它 實 質(zhì) 上 是 經(jīng) 過 一 次 開 發(fā) 的 工 業(yè) 控 制 計 算 機 。 從 另 一 個 方 面 來 說 ， 它 是 一 種 通 用 機 ， 經(jīng) 過 二 次 開 發(fā) ， 它 可 以 在 任 何 具 體 的 工 業(yè) 設(shè) 備 上 使 用 。 它 在 很 大 程 度 上 使 的 工 業(yè) 自 動 化 設(shè) 計 從 專 業(yè) 設(shè) 計 院 走 進 工 廠 和 礦 山 ， 變 成 了 普 通 工 程 技 術(shù) 人 員 甚 至 普 通 電 氣 工 人 力 所 能 及 的 工 作 。 再 加 上 體 積 小 、 工 作 可 靠 性 高 、 抗 干 擾 能 力 強 、 控 制 功 能 完 善 ， 適 應 性 強 ， 安 裝 接 線 簡 單 等 眾 多 優(yōu) 點 ，可 編 程 控 制 器 在 短 短 的 30 年 中 獲 得 了 突 飛 猛 進 的 發(fā) 展 ， 在 工 業(yè) 控 制 領(lǐng) 域 獲 得 了 非 常 廣 泛 的 應 用 。 1.2 PLC 的 由 來 及 發(fā) 展 1969 年 ， 美 國 數(shù) 字 設(shè) 備 公 司 （ DEC ） 研 制 出 第 一 臺 可 編 程 序 控 制 器 （ ProgrammableLogicController ， 簡 稱 PLC ） ， 在 美 國 通 用 汽 車 公 司 的 自 動 裝 配 線 上 使 用 ， 取 得 了 巨 大 的 成 功 。 20 世 紀 70 年 代 初 出 現(xiàn) 了 微 處 理 器 。 人 們 很 快 將 其 引 入 可 編 程 控 制 器 ， 使 PLC 增 加 了 運 算 、 數(shù) 據(jù) 傳 送 及 處 理 等 功 能 ， 成 為 真 正 具 有 計 算 機 特 征 的 工 業(yè) 控 制 裝 置 。 為 了 方 便 熟 悉 繼 電 器 、 接 觸 器 系 統(tǒng) 的 工 程 技 術(shù) 人 員 使 用 ， 可 編 程 控 制 器 采 用 和 繼 電 器 電 路 圖 類 似 的 梯 形 圖 作 為 主 要 編 程 語 言 ， 并 將 參 加 運 算 及 處 理 的 計 算 機 存 儲 元 件 都 以 繼 電 器 命 名 。 因 而 人 們 稱 可 編 程 控 制 器 為 微 機 技 術(shù) 和 繼 電 器 常 規(guī) 控 制 概 念 相 結(jié) 合 的 產(chǎn) 物 。 20 世 紀 70 年 代 中 末 期 ， 可 編 程 控 制 器 進 入 了 實 用 化 發(fā) 展 階 段 ， 計 算 機 技 術(shù) 已 全 面 引 入 可 編 程 控 制 器 中 ， 使 其 功 能 發(fā) 生 了 飛 躍 。 更 高 的 運 算 速 度 、 超 小 型 的 體 積 、 更 可 靠 的 工 業(yè) 抗 干 擾 設(shè) 計 、 模 擬 量 運 算 、 PID 功 能 及 極 高 的 性 價 比 奠 定 了 它 在 現(xiàn) 代 工 業(yè) 中 的 地 位 。 20 世 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 紀 80 年 代 初 ，可 編 程 控 制 器 在 先 進 工 業(yè) 國 家 中 已 獲 得 了 廣 泛 的 應 用 。 例 如 ， 在 世 界 第 一 臺 可 編 程 控 制 器 的 誕 生 地 美 國 ， 1982 年 的 統(tǒng) 計 數(shù) 字 顯 示 ， 大 量 應 用 可 編 程 控 制 器 的 工 業(yè) 廠 家 占 美 國 重 點 工 業(yè) 行 業(yè) 廠 家 總 數(shù) 的 82% ， 可 編 程 控 制 器 的 應 用 數(shù) 量 已 位 于 眾 多 的 工 業(yè) 自 控 設(shè) 備 之 首 。 這 個 時 期 可 編 程 控 制 器 發(fā) 展 的 特 點 是 大 規(guī) 模 、 高 速 度 、 高 性 能 、 產(chǎn) 品 系 列 化 。 這 標 志 著 可 編 程 控 制 器 已 步 入 成 熟 階 段 。 這 個 階 段 的 另 一 個 特 點 是 世 界 上 生 產(chǎn) 可 編 程 控 制 器 的 國 家 日 益 增 多 ， 產(chǎn) 量 日 益 上 升 。 許 多 可 編 程 控 制 器 的 生 產(chǎn) 廠 家 已 聞 名 于 全 世 界 。 20 世 紀 末 期 ， 可 編 程 控 制 器 的 發(fā) 展 特 點 是 更 加 適 應 于 現(xiàn) 代 工 業(yè) 控 制 的 需 要 。 從 控 制 規(guī) 模 上 來 說 ， 這 個 時 期 發(fā) 展 了 大 型 機 及 超 小 型 機 ； 從 控 制 能 力 上 來 說 ， 誕 生 了 各 種 各 樣 的 特 殊 功 能 單 元 ， 用 于 壓 力 、 溫 度 、 轉(zhuǎn) 速 、 位 移 等 各 式 各 樣 的 控 制 場 合 ； 從 產(chǎn) 品 的 配 套 能 力 來 說 ，生 產(chǎn) 了 各 種 人 機 界 面 單 元 ，通 訊 單 元 ， 使 應 用 可 編 程 控 制 器 的 工 業(yè) 控 制 設(shè) 備 的 配 套 更 加 容 易 。 目 前 ， 可 編 程 控 制 器 在 機 械 制 造 、 石 油 化 工 、 冶 金 鋼 鐵 、 汽 車 、 輕 工 業(yè) 等 領(lǐng) 域 的 應 用 都 的 到 了 長 足 的 發(fā) 展 。 1.3 PLC 的 特 點 及 用 途 1.3.1 PLC 具 有 以 下 幾 個 主 要 特 點 （ 1） 可 靠 性 高 、 抗 干 擾 能 力 強 高 可 靠 性 是 電 氣 控 制 設(shè) 備 非 常 關(guān) 鍵 的 性 能 。 PLC 由 于 采 用 大 規(guī) 模 集 成 電 路 技 術(shù) 、 嚴 格 的 生 產(chǎn) 工 藝 ， 內(nèi) 部 電 路 采 取 了 輸 入 輸 出 信 號 的 光 電 隔 離 、 濾 波 、 電 源 的 屏 蔽 、 穩(wěn) 壓 和 保 護 、 故 障 診 斷 等 先 進 的 抗 干 擾 技 術(shù) ，具 有 很 高 的 可 靠 性 ，它 能 在 高 粉 塵 、 高 噪 音 、 強 電 磁 干 擾 和 溫 暖 變 化 劇 烈 的 環(huán) 境 下 正 常 工 作 。 PLC 的 平 均 無 故 障 時 間 可 高 達 510 萬 小 時 以 上 。從 PLC 的 機 外 電 路 來 說 ， PLC 構(gòu) 成 控 制 系 統(tǒng) ， 和 同 等 規(guī) 模 的 繼 電 接 觸 器 系 統(tǒng) 相 比 ， 電 氣 接 線 及 開 關(guān) 接 點 已 減 少 到 數(shù) 百 甚 至 數(shù) 千 分 之 一 ， 故 障 率 也 就 大 大 降 低 。 （ 2） 功 能 完 善 、 應 用 領(lǐng) 域 廣 到 現(xiàn) 在 為 止 PLC 已 經(jīng) 形 成 各 種 規(guī) 模 、 系 列 化 的 產(chǎn) 品 。 可 以 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 用 于 各 種 規(guī) 模 的 工 業(yè) 控 制 場 合 ， 并 能 完 成 決 大 多 數(shù) 的 工 業(yè) 控 制 任 務 。PLC 所 具 有 的 完 善 的 數(shù) 據(jù) 運 算 能 力 ，可 用 于 各 種 數(shù) 字 控 制 領(lǐng) 域 。近 年 來 PLC 的 功 能 單 元 大 量 涌 現(xiàn) ，PLC 通 訊 能 力 的 增 強 及 人 機 界 面 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 使 用 PLC 組 成 各 種 控 制 系 統(tǒng) 變 的 非 常 容 易 。 （ 3） 編 程 簡 單 ， 易 學 易 用 PLC 采 用 和 繼 電 器 電 路 圖 接 近 的 梯 形 圖 語 言 ， 只 用 少 量 的 開 關(guān) 量 邏 輯 控 制 指 令 就 可 以 方 便 地 實 現(xiàn) 繼 電 器 電 路 的 功 能 。 在 工 業(yè) 現(xiàn) 場 ， 可 以 使 用 手 持 編 程 器 或 筆 記 本 對 PLC 進 行 編 程 。 當 PLC 聯(lián) 網(wǎng) 后 ，可 以 在 網(wǎng) 絡 的 任 一 位 置 對 PLC 編 程 。為 不 熟 悉 電 子 電 路 、 不 懂 計 算 機 原 理 和 匯 編 語 言 的 人 使 用 計 算 機 從 事 工 業(yè) 控 制 提 供 了 方 便 。 （ 4） 系 統(tǒng) 安 裝 簡 單 、 體 積 小 、 價 格 低 PLC 在 存 儲 邏 輯 代 替 接 線 邏 輯 、 采 用 模 塊 化 的 結(jié) 構(gòu) ， 大 大 地 減 少 了 控 制 設(shè) 備 外 部 的 接 線 ， 使 控 制 系 統(tǒng) 設(shè) 計 及 建 設(shè) 的 周 期 大 大 縮 短 了 。 現(xiàn) 代 集 成 電 路 技 術(shù) 的 廣 泛 應 用 ， 功 耗 僅 數(shù) 瓦 。 由 于 PLC 體 積 小 很 容 易 裝 入 機 械 內(nèi) 部 ， 是 實 現(xiàn) 機 電 一 體 化 的 理 想 控 制 設(shè) 備 。 使 得 PLC 的 重 量 越 來 越 輕 、 功 耗 也 越 來 越 少 。 在 集 成 電 路 技 術(shù) 和 生 產(chǎn) 廠 家 越 來 越 多 的 情 況 下 ， PLC 的 價 格 也 越 來 越 低 。 2.22.2可 編 程 控 制 器可 編 程 控 制 器 PLCPLC 的 應 用 與 前 景的 應 用 與 前 景 目 前 ， 在 國 內(nèi) 外 PLC 已 廣 泛 應 用 冶 金 ， 石 油 ， 化 工 ， 剪 彩 ， 機 械 制 造 ， 電 力 ， 汽 車 ， 輕 工 ， 環(huán) 保 及 文 化 娛 樂 等 各 行 各 業(yè) ， 隨 著 PLC 性 能 價 格的 不 斷 提 高 ，器 應 用 領(lǐng) 域 不 斷 擴 大 ，從 應 用 類 型 看 大 致 可 歸 納 為 以 下 幾 個 方 面 ： 1邏 輯 運 算邏 輯 運 算 利 用 PLC 最 基 本 的 邏 輯 運 算 ，定 時 ，計 收 等 功 能 實 現(xiàn) 邏 輯 運 算 ， 可 取 代 傳 統(tǒng) 的 繼 電 器 控 制 用 于 單 片 機 控 制 ， 多 機 群 控 制 ， 生 產(chǎn) 自 動 線 控 制 等 。 例 ： 機 床 ， 注 塑 機 印 刷 機 械 ， 裝 配 生 產(chǎn) 線 ， 電 鍍 流 水 線 及 電 梯 的 控 制 等 。 這 是 PLC 最 基 本 的 應 用 ， 也 是 PLC 最 廣 泛 的 應 用 領(lǐng) 域 。 2.運 動 控 制 大 多 數(shù) PLC 都 有 拖 動 步 進 電 機 或 伺 服 電 機 的 單 軸 或 多 軸 位 置 控 制 模 塊 ， 這 一 功 能 廣 泛 用 于 各 種 機 械 設(shè) 備 。 例 如 ： 各 種 機 床 ， 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 裝 配 機 械 。 機 器 人 等 進 行 運 動 控 制 。 3.過 程 控 制 大 ， 中 型 PLC 都 具 有 多 路 模 擬 量 I/O 模 塊 和 PID 控 制 功 能 。 有 的 小 型 PLC 也 具 有 模 擬 量 輸 入 輸 出 ，所 以 PLC 可 實 現(xiàn) 模 擬 量 控 制 而 且 具 有 PID 控 制 功 能 的 PLC 可 構(gòu) 成 閉 環(huán) 控 制 ， 用 于 過 程 控 制 。 這 一 功 能 已 廣 泛 用 于 鋁 爐 ， 反 應 堆 ， 水 處 理 ， 釀 酒 及 閉 環(huán) 位 置 控 制 和 速 度 控 制 等 方 面 。 4.數(shù) 據(jù) 處 理 現(xiàn) 代 的 PLC 都 具 有 數(shù) 學 運 算 數(shù) 據(jù) 傳 遞 ， 轉(zhuǎn) 換 ， 排 序 和 查 表 等 功 能 ， 可 進 行 數(shù) 據(jù) 的 采 集 ， 分 析 和 處 理 ， 同 時 的 通 過 通 信 接 口 將 這 些 數(shù) 據(jù) 傳 送 給 其 電 智 能 裝 置 。 例 如 ： CNC 設(shè) 備 進 行 處 理 。 5.通 信 聯(lián) 網(wǎng) PLC 的 通 信 包 括 PLC 與 PLC， PLC 與 計 算 機 ， PLC 與 其 它 智 能 設(shè) 備 之 間 的 通 信 ， PLC 系 統(tǒng) 與 通 用 計 算 機 可 直 接 或 通 過 通 信 處 理 單 元 ， 通 信 轉(zhuǎn) 換 單 元 相 連 構(gòu) 成 網(wǎng) 絡 ， 已 實 現(xiàn) 信 息 的 交 換 和 構(gòu) 成 。 集 中 管 理 分 散 控 制 的 多 級 分 布 式 控 制 系 統(tǒng) 。 滿 足 工 廠 自 動 化 （ FA） 系 統(tǒng) 發(fā) 展 的 需 要 。 2.2.2國 外國 外 PLC 發(fā) 展 概 況發(fā) 展 概 況 PLC 在 問 世 以 來 ， 經(jīng) 過 40 多 年 的 發(fā) 展 。 在 美 、 德 國 等 工 業(yè) 發(fā) 達 國 家 已 成 為 重 要 的 產(chǎn) 業(yè) 之 一 ， 世 界 總 銷 售 額 不 斷 上 升 ， 生 產(chǎn) 廠 家 不 斷 涌 現(xiàn) ， 品 種 不 斷 翻 新 ， 產(chǎn) 量 產(chǎn) 值 大 幅 度 上 升 而 價 格 則 不 斷 下 降 。 目 前 ， 世 界 上 有 200 多 個 廠 家 生 產(chǎn) PLC。 較 多 的 有 美 國 ： AB 通 用 電 氣 、 莫 迪 康 公 司 ； 日 本 ： 松 下 、 三 菱 、 富 士 、 歐 姆 龍 等 ； 德 國 ： 西 門 子 公 司 ； 法 國 ： TE 施 耐 德 公 司 。 韓 國 ： 三 星 、 LG 公 司 等 PLC 的 發(fā) 展 前 景 （ 1） 產(chǎn) 品 規(guī) 模 向 大 小 兩 個 方 向 發(fā) 展 大 ： I/O 點 數(shù) 達 14336 點 ， 32 位 微 處 理 器 ， 多 CPU 并 行 工 作， 大 容 量 存 儲 器 ， 掃 描 速 度 快 高 速 ； 小 ： 整 體 結(jié) 構(gòu) 向 小 型 模 塊 化 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 展 ， 增 加 了 配 置 的 靈 活 性 ， 降 低 了 成 本 ； （ 2） PLC 在 閉 環(huán) 過 程 中 應 用 日 益 廣 泛 ； （ 3不 斷 加 強 通 訊 功 能 ； （ 4） 新 器 件 和 模 塊 不 斷 推 出 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 三 章第 三 章可 編 程 控 制 器 的 編 程 語 言可 編 程 控 制 器 的 編 程 語 言 3.13.1 可 編 程 控 制 器 的 幾 種 編 程 語 言可 編 程 控 制 器 的 幾 種 編 程 語 言 可 編 程 控 制 器 的 編 程 語 言 按 IEC61131-3 國 際 標 準 來 分 主 要 包 括 圖 形 化 編 程 語 言 和 文 本 化 編 程 語 言 。 圖 形 化 編 程 語 言 包 括 : 梯 形 圖 (LD-LadderDiagram) 、 功 能 塊 圖 (FBD-Function BlockDiagram) 、 順 序 功 能 圖( (SFC-SequentialFunction Chart)。文 本 化 編 程 語言 包 括 :指 令 表 (IL-Instruction List) 和 結(jié) 構(gòu) 化 文 本 (ST-Structured Text)。這 些 語 言 是 基 于 WINDOWS 操 作 系 統(tǒng) 的 編 程 語 言 . 而 SFC 編 程 語 言 則 在 兩 類 編 程 語 言 中 均 可 使 用 。 下 面 分 別 來 介 紹 這 幾 種 編 程 度 語 言 。 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 3.1.13.1.1 梯 形 圖 編 程 語 言梯 形 圖 編 程 語 言 (LD-Ladder(LD-LadderDiagram)Diagram) 梯 形 圖 來 源 于 繼 電 器 邏 輯 控 制 系 統(tǒng) 的 描 述 ， 是 PLC 編 程 中 被 最 廣 泛 使 用 的 一 種 圖 形 化 語 言 ， 由 于 梯 形 圖 類 似 于 繼 電 器 控 制 的 電 氣 接 線 圖 ，便 于 理 解 ,因 此 許 多 編 程 人 員 和 維 護 人 員 都 選 擇 了 這 一 編 程 方 式 。 而 且 其 圖 形 結(jié) 構(gòu) 類 似 于 登 高 用 的 梯 子 ， 故 名 梯 形 圖 。 梯 形 圖 程 序 的 左 右 兩 側(cè) 有 兩 垂 直 的 電 力 軌 線 ， 左 側(cè) 的 電 力 軌 線 名 義 上 為 功 率 流 從 左 向 右 沿 著 水 平 梯 級 通 過 各 個 觸 點 、 功 能 、 功 能 塊 、 線 圈 等 提 供 能 量 ， 功 率 流 的 終 點 是 右 側(cè) 的 電 力 軌 線 。 每 一 個 觸 點 代 表 了 一 個 布 爾 變 量 的 狀 態(tài) ， 每 一 個 線 圈 代 表 了 一 個 實 際 設(shè) 備 的 狀 態(tài) ， 一 個 簡 單 的 梯 形 圖 程 序 如 圖 1 所 示 : 圖 3.1梯 形 圖 程 序 示 例 梯 形 圖 的 每 個 梯 級 表 示 一 個 因 果 關(guān) 系 ,事 件 發(fā) 生 的 條 件 表 示 在 梯 形 的 左 面 ,事 件 發(fā) 生 的 結(jié) 果 表 示 在 梯 級 的 右 面 。 梯 形 圖 編 程 語 言 具 有 如 下 特 點 : (1)與 電 氣 操 作 原 理 圖 相 對 應 ， 具 有 直 觀 性 和 對 應 性 ; (2)與 原 有 繼 電 器 邏 輯 控 制 技 術(shù) 相 一 致 ， 易 于 掌 握 和 學 習 ; (3)對 于 復 雜 控 制 系 統(tǒng) 描 述 ,仍 不 夠 清 晰 ; (4)可 讀 性 仍 不 夠 好 。 幾 乎 所 有 PLC 廠 商 提 供 的 PLC 都 支 持 梯 形 圖 編 程 語 言 , 而 且 都 比 較 容 易 理 解 ， 只 是 在 梯 形 圖 結(jié) 構(gòu) 上 可 能 稍 有 變 化 。 比 如 西 門 子 的 S7 系 列 梯 形 圖 就 沒 有 右 邊 的 電 力 軌 線 。有 時 在 有 此 參 考 書 中 右 邊 的 電 力 軌 線 也 常 常 被 省 略 。 3.1.23.1.2功 能 塊 圖 編 程 語 言功 能 塊 圖 編 程 語 言 (FBD-Function(FBD-FunctionBlockBlockDiagram)Diagram) 功 能 塊 圖 編 程 語 言 采 用 功 能 模 塊 表 示 所 具 有 的 功 能 ， 不 同 的 功 能 模 塊 具 有 不 同 的 功 能 。 功 能 模 塊 用 矩 形 來 表 示 ， 每 一 個 功 能 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 模 塊 的 左 側(cè) 有 不 少 于 一 個 的 輸 入 端 ， 右 側(cè) 有 不 少 于 一 個 的 輸 出 端 。 功 能 模 塊 的 類 型 名 稱 通 常 寫 在 塊 內(nèi) ， 其 輸 入 輸 出 名 稱 寫 在 塊 內(nèi) 的 輸 入 輸 出 點 對 應 的 地 方 。 功 能 模 塊 基 本 上 分 為 兩 類 :基 本 功 能 模 塊 和 特 殊 功 能 模 塊 。 基 本 功 能 模 塊 如 AND， ORXOR 等 等 .特 殊 功 能 模 塊 如 ON 延 時 ， 脈 沖 輸 出 ， 計 數(shù) 器 等 等 。 功 能 塊 編 程 語 言 具 有 以 下 特 點 : (1)以 功 能 模 塊 為 單 位 ,從 控 制 功 能 入 手 ，使 控 制 方 案 的 分 析 和 理 解 變 的 容 易 ; (2)功 能 模 塊 用 圖 形 化 的 方 式 描 述 功 能 ， 較 直 觀 易 掌 握 ， 方 便 組 態(tài) ， 易 操 作 。 是 有 發(fā) 展 前 途 的 一 種 編 程 語 言 ; (3)對 較 復 雜 系 統(tǒng) ， 由 于 控 制 功 能 關(guān) 系 能 夠 比 較 清 晰 的 描 述 ， 因 此 縮 短 了 編 程 和 調(diào) 試 時 間 ; (4)因 為 每 一 個 功 能 模 塊 要 占 用 一 定 程 序 存 儲 空 間 ， 對 功 能 塊 的 執(zhí) 行 需 要 一 定 的 執(zhí) 行 時 間 ， 因 此 ， 這 種 語 言 在 大 中 型 可 編 程 控 制 器 和 分 散 控 制 系 統(tǒng) 中 應 用 較 廣 泛 。 第 四 章第 四 章PLCPLC 控 制 機 械 手 的 系 統(tǒng) 設(shè) 計控 制 機 械 手 的 系 統(tǒng) 設(shè) 計 4.14.1 各 電 器 設(shè) 備 的 控 制 方 式 及 控 制 要 求各 電 器 設(shè) 備 的 控 制 方 式 及 控 制 要 求 1機 械 手 的 技 能 和 特 性 根 據(jù) 古 典 力 學 觀 點 ， 物 體 在 三 維 空 間 的 靜 止 位 置 是 由 三 個 坐 標 和 繞 三 軸 旋 轉(zhuǎn) 的 角 度 來 決 定 的 。 因 此 ， 抓 握 物 體 的 位 置 和 方 向 （ 即 關(guān) 節(jié) 間 的 角 度 ） 能 從 理 論 上 求 得 。 據(jù) 資 料 介 紹 ， 如 果 采 用 的 機 械 手 ， 其 機 能 要 接 近 人 的 上 肢 ， 則 需 要 具 有 27 個 自 由 度 ， 而 每 一 個 自 由 度 至 少 要 有 一 根 “ 人 造 肌 肉 ” 。 這 樣 就 需 要 安 裝 27 根 重 量 輕 、小 型 和 高 輸 出 力 的“ 人 造 肌 肉 ” 。就 目 前 的 技 術(shù) 狀 況 而 言 ， 上 述 功 能 還 很 難 辦 到 。 而 且 把 機 械 手 的 功 能 搞 得 那 么 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 復 雜 ， 動 作 彼 此 嚴 重 重 疊 也 是 完 全 不 必 要 的 。 退 一 步 ， 如 果 機 械 手 要 求 具 有 完 全 通 用 的 程 度 ， 那 么 它 的 整 機 、 本 體 、 手 臂 和 手 指 都 得 有 三 個 直 線 運 動 和 三 個 旋 轉(zhuǎn) 運 動 ，總 共 就 要 有 24 個 自 由 度 。 這 在 實 際 上 也 是 不 必 要 的 ， 這 樣 會 使 機 械 手 結(jié) 構(gòu) 復 雜 ， 費 用 增 多 。 因 此 ， 不 應 盲 目 模 仿 人 手 的 動 作 ， 增 加 過 渡 的 自 由 度 ， 而 應 根 據(jù) 實 際 需 要 的 動 作 ， 設(shè) 計 出 最 少 的 自 由 度 就 能 完 成 作 業(yè) 所 要 求 的 動 作 。所 以 一 般 專 用 的 機 械 手（ 不 包 括 握 緊 動 作 ） 通 常 具 有 二 到 三 個 自 由 度 。 而 通 用 機 械 手 一 般 取 四 到 五 個 自 由 度 。 本 設(shè) 計 中 設(shè) 計 的 機 械 手 ， 它 共 有 五 個 自 由 度 。 即 ： 手 臂 伸 縮 、 手 臂 上 下 擺 動 、 手 臂 左 右 擺 動 、 手 腕 回 轉(zhuǎn) 、 手 指 抓 握 。 2.軀 干 和 傳 動 系 統(tǒng) 機 械 手 的 傳 動 分 為 液 壓 、 氣 壓 、 電 氣 和 機 械 四 種 ， 本 設(shè) 計 采 用 綜 合 傳 動 方 式 ，即 手 臂 采 用 電 氣 傳 動 ，而 手 爪 則 采 用 氣 壓 傳 動 。 (1)、 夾 緊 機 構(gòu) 機 械 手 手 爪 使 用 來 抓 取 工 件 的 部 件 。 手 爪 抓 取 工 件 是 要 滿 足 迅 速 、 靈 活 、 準 確 和 可 靠 的 要 求 。 設(shè) 計 制 造 夾 緊 機 構(gòu) 手 爪 時 ， 首 先 要 從 機 械 手 的 坐 標 形 式 、運 行 速 度 和 加 速 度 的 情 況 來 考 慮 。 其 加 緊 力 的 大 小 則 根 據(jù) 夾 持 物 體 的 重 量 、 慣 性 和 沖 擊 力 的 大 小 來 計 算 。 同 時 考 慮 有 足 夠 的 開 口 尺 寸 ， 以 適 應 被 抓 物 體 的 尺 寸 變 化 ， 為 擴 大 機 械 手 的 應 用 范 圍 ， 還 需 備 有 多 種 抓 取 機 構(gòu) ， 以 根 據(jù) 需 要 來 更 換 手 爪 。 為 防 止 損 壞 被 夾 的 物 體 ， 夾 緊 力 應 限 制 一 定 的 范 圍 內(nèi) ， 并 鑲 有 軟 質(zhì) 墊 片 、 彈 性 襯 墊 或 自 動 定 心 結(jié) 構(gòu) 。 為 防 止 突 然 停 電 被 抓 物 體 落 下 ， 還 可 以 有 自 鎖 結(jié) 構(gòu) 。 夾 緊 機 構(gòu) 本 身 則 應 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 動 作 靈 活 和 動 作 可 靠 。 夾 緊 機 構(gòu) 形 式 多 樣 ， 有 機 械 式 、 吸 盤 式 和 電 磁 式 等 。 有 的 夾 緊 機 構(gòu) 還 帶 有 傳 感 裝 置 和 攜 帶 工 具 進 行 操 作 的 裝 置 。 本 設(shè) 計 采 用 機 械 式 的 夾 緊 機 構(gòu) 。 機 械 式 夾 緊 機 構(gòu) 是 最 基 本 的 一 種 ， 應 用 廣 泛 ， 種 類 繁 多 。 如 按 手 指 運 動 的 方 式 和 模 仿 人 手 的 動 作 ， 可 分 為 回 轉(zhuǎn) 型 、 直 進 型 ； 按 夾 持 方 式 可 分 為 內(nèi) 撐 式 、 外 撐 式 和 自 鎖 式 ； 按 手 指 數(shù) 目 可 分 為 二 指 式 、 三 指 式 、 四 指 式 ； 按 動 力 來 源 可 分 為 彈 簧 式 、 氣 動 式 、 液 壓 式 等 。 本 設(shè) 計 采 用 二 指 式 氣 動 手 爪 。 由 可 編 程 控 制 器 控 制 電 磁 閥 動 作 ， 從 而 控 制 手 爪 的 張 閉 。 手 爪 的 回 轉(zhuǎn) 則 用 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 一 個 直 流 電 動 機 完 成 ， 同 時 通 過 兩 個 限 位 磁 頭 完 成 回 轉(zhuǎn) 角 度 的 限 位 ， 一 般 可 設(shè) 置 在 180 度 。 (2)軀 干 軀 干 由 底 盤 和 手 臂 兩 大 部 分 組 成 。 底 盤 是 支 撐 機 械 手 全 部 重 量 并 能 帶 動 手 臂 旋 轉(zhuǎn) 的 機 構(gòu) 。 底 盤 采 用 一 個 直 流 電 動 機 驅(qū) 動 ， 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 時 帶 動 一 個 旋 轉(zhuǎn) 碼 盤 旋 轉(zhuǎn) ， 機 械 手 每 旋 轉(zhuǎn) 3 度 發(fā) 出 一 個 脈 沖 ， 由 傳 感 器 檢 測 并 送 入 可 編 程 控 制 器 ， 從 而 計 算 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 的 角 度 。 同 時 ， 在 底 盤 上 裝 有 限 位 磁 頭 ， 最 大 旋 轉(zhuǎn) 角 度 可 達 270 度 。 手 臂 是 機 械 手 的 主 要 部 分 ， 它 是 支 撐 手 爪 、 工 件 并 使 它 們 運 動 的 機 構(gòu) 。 本 設(shè) 計 中 手 臂 由 橫 軸 和 豎 軸 組 成 ， 可 完 成 伸 縮 、 升 降 的 運 動 。 手 臂 采 用 步 進 電 動 機 帶 動 絲 杠 、 螺 母 來 實 現(xiàn) 伸 縮 和 升 降 運 動 。 由 可 編 程 控 制 器 發(fā) 出 脈 沖 信 號 ， 經(jīng) 步 進 電 動 機 驅(qū) 動 器 驅(qū) 動 步 進 電 動 機 旋 轉(zhuǎn) ， 帶 動 滾 珠 絲 杠 旋 轉(zhuǎn) ， 完 成 手 臂 的 運 動 。 改 變 發(fā) 出 脈 沖 的 個 數(shù) ， 可 控 制 手 臂 的 兩 個 軸 運 動 的 距 離 。 同 時 在 兩 軸 的 兩 端 分 別 加 限 位 開 關(guān) 限 位 。 采 用 絲 杠 、 螺 母 結(jié) 構(gòu) 傳 動 的 特 點 是 易 于 自 鎖 ， 位 置 精 度 較 高 ， 傳 動 效 率 較 高 。 4.2 電 器 元 件 、 設(shè) 備 的 選 擇電 器 元 件 、 設(shè) 備 的 選 擇 1PLC 機 型 的 選 擇 根 據(jù) 被 控 對 象 對 PLC 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 要 求 ，可 進 行 PLC 型 號 的 選 定 。 進 行 PLC 選 型 時 ， 基 本 原 則 是 滿 足 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 需 要 ， 同 時 要 兼 顧 維 修 、 備 件 的 通 用 性 。 對 開 關(guān) 量 控 制 的 系 統(tǒng) ， 當 控 制 速 度 要 求 不 高 時 ， 一 般 的 PLC 都 可 以 滿 足 要 求 ， 如 對 小 型 泵 的 順 序 控 制 、 單 臺 機 械 的 自 動 控 制 等 。 當 控 制 速 度 要 求 較 高 、 輸 出 有 高 速 脈 沖 信 號 等 情 況 時 ， 要 考 慮 輸 入 /輸 出 點 的 形 式 ， 最 好 采 用 晶 體 管 形 式 輸 出 。 對 帶 有 部 分 模 擬 量 控 制 的 裝 置 等 。 2輸 入 /輸 出 的 點 數(shù) ： I/O 點 數(shù) 可 以 衡 量 PLC 規(guī) 模 的 大 小 。 準 確 統(tǒng) 計 被 控 對 象 的 輸 入 信 號 和 輸 出 信 號 的 總 點 數(shù) 并 考 慮 今 后 系 統(tǒng) 的 調(diào) 整 和 擴 充 ， 在 實 際 統(tǒng) 計 I/O 點 數(shù) 基 礎(chǔ) 上 ， 一 般 應 加 上 10%-20%的 備 用 點 數(shù) 。 多 數(shù) 小 型 PLC 為 整 體 式 ， 具 有 體 積 小 、 價 格 便 宜 等 優(yōu) 點 ， 適 于 工 藝 過 程 比 較 穩(wěn) 定 ，控 制 要 求 比 較 簡 單 的 系 統(tǒng) 。模 塊 式 結(jié) 構(gòu) 的 PL C 蘭州交通大學博文學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 采 用 主 機 模 塊 與 輸 入 模 塊 、 功 能 模 式 塊 組 合 使 用 的 方 法 ， 比 整 體 式 方 便 靈 活 ， 維 修 更 換 模 塊 、 判 斷 與 處 理 故 障 快 速 方 便 ， 適 用 于 工 藝 變 化 較 多 、 控 制 要 求 復 雜 的 系 統(tǒng) 。 此 外 ， 還 應 考 慮 用 戶 儲 存 器 的 容 量 、 PLC 的 處 理 速 度 是 否 能 滿 足 實 時 控 制 的 要 求 、 編 程 器 與 外 圍 設(shè) 備 的 選 擇 等 。 本 設(shè) 備 控 制 的 對 象 是 一 個 開 關(guān) 量 控 制 的 系 統(tǒng) ， 同 時 利 用 脈 沖 控 制 步 進 店 動 機 的 運 轉(zhuǎn) ， 故 應 采 用 晶 體 管 形 式 的 輸 出 。 松 下 FPO 系 列 小 型 PLC 具 有 性 價 比 高 、 功 能 完 善 、 指 令 豐 富 等 優(yōu) 點 ， 能 滿 足 本 對 象 各 項 控 制 性 能 要 求 ， 因 此 ， 本 系 統(tǒng) 采 用 松 下 FPO 系 列 的 FPO C16T 作 為 基 本 模 塊 ，能 輸 出 兩 路 脈 沖 信 號 進 行 步 進 電 動 機 的 控 制 。 由 于 輸 入 輸 出 點 不 夠 ， 擴 展 一 個 FPO E16RS 模 塊 。 3電 源 模 塊 的 選 擇 ： 采 用 Dm150 系 列 開 關(guān) 電 源 。 其 特 點 是 輸 出 功 率 大 ， 體 積 小 ， 重 量 輕 ， 可 靠 性 高 ， 適 應 寬 范 圍 的 輸 入 電 壓 波 動 ， 具 有 完 備 的 過 電 壓 、 過 電 流 保 護 功 能 。 主 要 參 數(shù) ： 輸 入 交 流 電 壓 ： 110220V/50Hz、 60Hz 輸 出 直 流 電 壓 ： 24V/6.5A 最 大 功 率 ： 156W 工 作 環(huán) 境 ： -1040 度 4 .步 進 電 動 機 的 選 擇 ： 采 用 二 相 八 拍 混 合 式 步 進 電 動 機 ， 主 要 特 點 ： 體 積 小 ， 具 有 較 高 的 起 動 和 運 行 頻 率 ，有 定 位 轉(zhuǎn) 矩 等 特 點 。型 號 ：42BY