三菱PLC控制的機械手系統(tǒng)設計

1、三菱plc控制的機械手系統(tǒng)設計作者：洪玉紅 自動化系自0101班【摘 要】：本文介紹了如何利用plc（可編程控制器）的自動控制和邏輯運算的優(yōu)點改變plc的程序及參數(shù)，達到靈活控制設備運行的目的,從而使設備操作變得更方便，更富有人性化。它充分體現(xiàn)了工控自動化在實際生產(chǎn)中的重要作用。通過對物料搬運機械手裝置結(jié)構(gòu)與功能的介紹，給出了fx2n-48mt型plc在機械手控制中的應用實例，重點分析了基于plc的機械手控制系統(tǒng)組成，并詳細論述了以plc為核心對步進電機和直流電機進行綜合控制的軟、硬件實現(xiàn)方法。各種類型機械手是自動化生產(chǎn)中必不可少的重要設備,尤其是在危險場合，在嚴重威脅人們安全和健康的環(huán)境下，

2、采用機械手代替人，具有十分重要的意義。本文針對機械手系統(tǒng)的控制方法充分利用了plc 和其他控制裝置的特性，結(jié)構(gòu)緊湊，擴展可靠，目前，在現(xiàn)場運行良好。在本系統(tǒng)中，plc作為現(xiàn)場控制設備，能夠可靠、準確地完成控制操作，并且可以通過與上級工控機通信，組成分布式系統(tǒng)共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測、控制要求，是現(xiàn)代工業(yè)控制中比較先進的控制方案，作為一個相對獨立的plc控制系統(tǒng)，它還可以通過rs-485總線或cc-link總線與生產(chǎn)線上的其他plc及控制器組成工業(yè)控制網(wǎng)絡，實現(xiàn)更進一步的自動化生產(chǎn)控制應用前景廣泛?！娟P鍵詞】：可編程控制器（plc） 機械手 步進電機 直流電機the design of mecha

3、nical hand system based on mitsubishi bank plcabstract: this paper introduces how to utilize plc programma by making use of its automatic control and logic operation to change the procedure and parameter of plc, in order to control the equipment to make it operate flexibly , and more convenient, and

4、 more rich in humanizationer . it has fully reflected the important function of automation in actual production . according to the introduces of the structure and function of equips, this paper provides the application instance of fx2n-48mt plc on the mechanical hand control. the control system stru

5、cture based on plc is analyzed , and the software and hardware control method of step motor and dc-electrical motor that regards plc as the core is discussed. we understand that various types of the mechanical hand are important equipments in automated production .particularly in the dangerous situa

6、tion , under the serious circumstance that the peoples safety and health are threated ，the adoption of machine hand replacing the person has the very important meaning. this text aiming at the characteristic of the control method of the mechanical hand system , which makes use of plc and other contr

7、olses ,is well equipped , and its structure is tightly packed, the credibility expanded. currently, circulate on the spot is good .in this system, the plc is the control equipments on the spot , which can dependably, accurately complete thecontrol operation, and can pass to control the machine corre

8、spondence with upper grade work, constitute the distribute type system to monitor the coal system and attain the request, so it is a modern industry control in the control project . as an independent plc control system, it can also pass the total line of rs-485 or total line of cc- link and produce

9、on-line other plc and controllers to constitute the industry control network, carrying out the further automation production control application foreground extensively.keywords: plc mechanical hand step-motor dc-motor引言 plc是可編程控制器（programmable logic controller）的簡稱，它是一種新型的通用自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和

10、通信技術融為一體，專門為工業(yè)控制而設計，具有功能強、通用靈活，可靠性高、環(huán)境適宜性好、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕等一系列優(yōu)點。plc在設計和制造過程中采取多層抗干擾和精選元件措施,非常適用于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用，現(xiàn)以廣泛應用于機械制造、冶金、化工、環(huán)保、輕工等各個領域，成為一種最普及、應用場合最廣泛的傳統(tǒng)繼電接觸器的替代物新一代的工業(yè)控制器，廣泛的應用在模擬量控制、位置控制、監(jiān)控、調(diào)速、數(shù)據(jù)管理、通訊等方面。近年來，隨著我國自動化技術的提高，工廠自動化也上了一個新臺階，plc作為一個新興的工業(yè)控制器，在多個方面具有獨特的優(yōu)點，在各個領域獲得了廣泛應用。它是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控

11、制的現(xiàn)場設備，它是以微處理器為核心, 并綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。它的最大特點就是體積小、功能強、響應速度快、可靠性高、控制過程均通過以梯形圖的方式編程，隨時可依生產(chǎn)工藝的不同要求而隨機修改，還具有可擴展性?，F(xiàn)在由于plc均由世界上有名的電氣控制設備制造商專業(yè)化研究開發(fā)和批量生產(chǎn)，故生產(chǎn)成本低，價格便宜。隨著全球經(jīng)濟一體化進程的加快，市場競爭導致其價格有進一步下調(diào)的空間，為各行業(yè)上廣泛采用此種控制系統(tǒng)提供了有利條件。隨著微電子技術和計算機技術的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進的發(fā)展，其功能已遠遠超過了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計算機有效結(jié)

12、合，可進行模擬量控制，具有遠程的通信功能等，有人稱其為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(plc、機器人、cad/cam)之一。目前plc已廣泛應用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工業(yè)等領域，為工業(yè)自動化提供了有力的工具，如：plc控制的機械手系統(tǒng)可在空間抓放物體,動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種中的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于柔性自動線，可代替人工進行單調(diào)、持久的作業(yè)。一、plc概述（一）plc的產(chǎn)生、特點和發(fā)展1.plc的產(chǎn)生可編程控制器（programmable controller）簡寫成 plc，其中 l為邏輯（logic）的意思，第一臺可編程控制器是1969年在美國面世的。經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在

13、可編程控制器已經(jīng)成為重要、可靠、應用場合廣泛的工業(yè)控制微型計算機?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計，它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、記數(shù)和算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。2.plc的特點可編程控制器及其有關外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。可編程控制器具有諸多優(yōu)點：a） plc的生產(chǎn)廠家都著力于提高可靠性的指標；b）plc還具有編程方便、易于使用的優(yōu)點；c）plc控制功能極強，除基本的邏輯控制、定時、計數(shù)、算術運算等功能外，配

14、合特殊功能模塊還可實現(xiàn)點位控制、pid運算、過程控制、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機通信，通過遠程模塊可以控制遠方設備；d）plc的擴展以及與外部聯(lián)接極為方便。3.plc的發(fā)展狀況plc誕生不久就顯示了其在工業(yè)控制領域的重要作用。如日本、德國和法國等國家相繼研制成各自的plc，plc技術隨著計算機和微電子技術的發(fā)展而發(fā)展，由1位機發(fā)展成8位機，隨著微處理器cpu和微型計算機技術在plc中的應用，形成了現(xiàn)代意義的plc。現(xiàn)在plc產(chǎn)品已經(jīng)使用了16位、32位高性能微處理器，而且實現(xiàn)了多處理器的多信道處理，通信技術使plc的應用得到進一步的發(fā)展。目前，plc技術已經(jīng)比較成熟。（二）p

15、lc的基本結(jié)構(gòu)1.plc的硬件系統(tǒng)用可編程控制器實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)。入出變換 、物理實現(xiàn)可以說是plc實施控制的兩個基本點。而入出變換實際上就是信息處理，信息處理當今最常用的是微處理機技術，plc也是用它，并使其專用化，應用與工業(yè)現(xiàn)場。至于物理實現(xiàn)，正是它與普通微機相區(qū)別之點，普通微機多只考慮信息本身，別的不多考慮，而plc要考慮實際的控制需要。物理實現(xiàn)要求plc的輸入，應當排除干擾信號適應于工業(yè)現(xiàn)場。輸出應放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用。這就要求i/o電路專門設計。根據(jù)plc實施控制的基本點的分析，plc采用了典型的計算結(jié)構(gòu)

16、。主要是由cpu、ram、rom和專門設計的輸入輸出接口電路組成，如圖1-1和圖1-2。a中央處理器 中央處理器（cpu）一般由控制電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一個芯片上。cpu通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出（i/o）接口電路相連接。cpu按掃描方式工作，從0000首址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個地址，不停的周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。cpu的主要功能為：圖1-1 plc的典型結(jié)構(gòu)圖1-2 plc的輸入輸出接口電路從存儲器中讀取指令。cpu從地址總線上給出存儲地址，從控制總線上給出讀指令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的命令，并存

17、入cpu內(nèi)的指令寄存器中。執(zhí)行指令。對存放在指令寄存器中的指令操作碼進行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，如讀取輸入信號，取操作數(shù)，進行邏輯運算和算術運算，將結(jié)果輸出給有關部分。準備取下一個指令。cpu執(zhí)行完一條指令后，能根據(jù)條件產(chǎn)生下一條指令的地址，以便取出和執(zhí)行下一條指令，在cpu的控制下，程序的指令既可以順序執(zhí)行，也可以分支或跳轉(zhuǎn)。處理中斷。cpu除順序執(zhí)行程序外，還能接收輸入輸出接口發(fā)來的中斷請求，并進行中斷處理，中斷處理完后，再返回原址，繼續(xù)順序執(zhí)行。b存儲器用于存放系統(tǒng)程序，一般系統(tǒng)程序是由plc廠家編寫的，不能由用戶直接存取。系統(tǒng)程序存儲器用來存放有關系統(tǒng)管理解釋指令、標準程序系統(tǒng)調(diào)用等

18、程序。一般用prom或eprom構(gòu)成。由用戶編寫的程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中，用戶程序存儲器的容量不大，一般只有幾k 的容量，常用rom構(gòu)成。c輸入/輸出部分這是plc與被控設備相連接的接口電路。用戶設備輸入plc的各種控制信號，如限位開關、操作按扭、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量（要通過模數(shù)變換進機內(nèi)）等，通過輸入輸出電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機等被控設備的執(zhí)行元件。a）輸入接口電路現(xiàn)場輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦

19、輸入接口電路成。光電耦合電路：采用光電耦合電路與現(xiàn)場輸入信號相連是為防止現(xiàn)場的強電干擾進入plc。光電耦合電路的關鍵器件是光電耦合器，一般由發(fā)光二極管和光電三極管組成。光電耦合器的抗干擾性能：由于輸入和輸出段是靠光信號耦合的，在電器上是完全隔離的，因此輸出端的信號不會反饋到輸入端，也不會產(chǎn)生地線干擾和其他串擾。微電腦的輸入接口電路：它一般由數(shù)據(jù)輸入寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路構(gòu)成，這些電路集成在一個芯片上?，F(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合送到輸入數(shù)據(jù)寄存器，然后通過數(shù)據(jù)總線送給cpu。b）輸出接口電路一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。微電腦輸出接口電路：一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路

20、和中斷電路集成而成。cpu通過數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號放到輸出數(shù)據(jù)寄存器中。功率放大電路：是為了適應工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號加以放大。plc一般采用繼電器輸出。d電源部件將交流電源轉(zhuǎn)換成供plc所需的直流電源。目前大部分plc采用開關式穩(wěn)壓電源供電。2.plc的軟件系統(tǒng)a系統(tǒng)程序它由plc的制造企業(yè)編制，固化在prom或eprom中，按裝在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)用的標準程序模塊等。系統(tǒng)管理程序：其主要功能為：a）：時間分配的運行管理，即實現(xiàn)plc輸入、輸出運算，自檢及提供通信時序；b）：存儲空間的額分配管理，即生成用戶環(huán)境，規(guī)定

21、各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存儲地址轉(zhuǎn)化為實際的數(shù)據(jù)格式及物理存儲地址；c）：系統(tǒng)的自檢程序，即對系統(tǒng)進行出錯檢驗、用戶程序語法檢驗、句法檢驗、警戒時鐘運行等。在系統(tǒng)管理程序的控制下，整個plc能正確、有效地工作。用戶指令解釋程序：它可將用戶用各種編程語言（梯形圖、語句表等）編制的應用程序翻譯成cpu能執(zhí)行的機器指令。供系統(tǒng)調(diào)用的標準程序模塊：它由許多獨立的程序組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運算等不同的功能。plc的各種具體工作都由這部分來完成。b. 用戶程序它是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語言自行編制的應用程序。用戶程序包括開關量邏輯控制程序、模擬

22、量運算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應用程序等。開關量邏輯控制程序：它是plc用戶程序中最重要的一部分，一般采用梯形圖、助記符或功能塊圖等編程語言編制，不同的plc制造企業(yè)提供的編程語言有不同的形式，至今沒有一種能全部兼容的編程語言。模擬量運算程序及閉環(huán)控制程序：通常，它是在大中型plc上實施的程序，由用戶根據(jù)需要按plc提供的軟件和硬件功能進行編制。編程語言一般采用高級語言或匯編語言。一些制造企業(yè)為了方便用戶編程，也提供相應編程軟件供用戶編制模擬量和pid控制等的程序。操作站系統(tǒng)程：它是大型plc系統(tǒng)經(jīng)過通信聯(lián)網(wǎng)后，由用戶進行信息交換和管理而編制的程序。它包括各類畫面的操作顯示程序，一般采用

23、高級語言實現(xiàn)，一些制造企業(yè)也提供了人機界面的有關軟件，用戶可以根據(jù)制造企業(yè)提供的外交使用說明進行操作站的系統(tǒng)畫面組態(tài)和編制相應的應用程序。（三）plc的工作過程及原理1.工作過程plc大多采用成批輸入/輸出的周期掃描方式工作，按用戶程序的先后次序逐條運行，一個完整的周期可分為三個階段：a）輸入刷新階段：程序開始時，監(jiān)控程序使機器以掃描方式逐個輸入所有輸入端口上的信號，并依次存入對應的輸入映象寄存器。b）程序處理階段： 所有的輸入端口采樣結(jié)束后，即開始進行邏輯運算處理，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始，逐條加以執(zhí)行，并將相應的邏輯運行結(jié)果，存入對應的中間元件和輸出元件映象寄存器，當最后一條控

24、制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新處理。入對應的中間元件和輸出元件映象寄存器，當最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新處理。c）輸出刷新階段： 將輸出元件映象寄存器的內(nèi)容，從第一個輸出端口開始，到最后一個結(jié)束，依次讀入對應的輸出鎖存器，從而驅(qū)動輸出器件形成可編程的實際輸出。一般地，plc的一個掃描周期約10ms，另外，可編程序控制器的輸入/輸出還有響應滯后（輸入濾波約10ms），繼電器機械滯后約10ms，所以，一個信號從輸入到實際輸出，大約有20-30ms的滯后。2.plc的工作原理plc雖然以微處理器為核心，并具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大不同。微機一般采用等待命令和中斷

25、的工作方式，而plc則是采用順序掃描、不斷循環(huán)的方式進行工作的，包括輸入采樣、系統(tǒng)處理、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新四個階段。完成上述四個階段稱為一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行這四個階段。a) 輸入采樣階段：順序訪問plc的所有輸入單元的信號狀態(tài)，將其放入輸入緩沖區(qū)內(nèi)。b) 系統(tǒng)處理階段：對系統(tǒng)工作狀態(tài)進行檢查，對連接的i/o單元及外部設備進行定期服務。c) 用戶程序執(zhí)行階段：執(zhí)行預先設定的用戶程序，將處理結(jié)果分別放入動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和輸出緩沖區(qū)。d) 輸出刷新階段：將輸出緩沖區(qū)的所有信號送到輸出單元，刷新輸出單元鎖存器的原有狀態(tài)。（四）plc的編程語言的基本指令系統(tǒng)

26、和編程方法附件：1.語言的形式 最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。采用梯形圖編程，因為它直觀易懂，但需要一臺個人計算機及相應的編程軟件；采用助記符形式便于實驗，因為它只需要一臺簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計算機來編程。 雖然一些高檔的plc還具有與計算機兼容的c語言、basic語言、專用的高級語言（如西門子公司的graph5、三菱公司的melsap），還有用布爾邏輯語言、通用計算機兼容的匯編語言等。不管怎么樣，各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產(chǎn)品。2.編程指令指令是plc被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進制代碼，這點plc與普通

27、的計算機是完全相同的。同時plc也有編譯系統(tǒng)，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機器碼，所以用戶看到的plc指令一般不是機器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語句用英文文字（可用多國文字）的縮寫及數(shù)字代表各相應指令。常用的圖形符號即梯形圖，它類似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。a）指令系統(tǒng)：一個plc所具有的指令的全體稱為該plc的指令系統(tǒng)。它包含著指令的多少，各指令都能干什么事，代表著plc的功能和性能。一般講，功能強、性能好的plc，其指令系統(tǒng)必然豐富，所能干的事也就多。在編程之前必須弄清plc的指令系統(tǒng)。b ）程序：plc指令的有序集合，plc運行它，可進行相應的工作

28、，當然，這里的程序是指plc的用戶程序。用戶程序一般由用戶設計，plc的廠家或代銷商不提供。用語句表達的程序不大直觀，可讀性差，特別是較復雜的程序，更難讀，所以多數(shù)程序用梯形圖表達。c）梯形圖：梯形圖是通過連線把plc指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的plc指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（ld）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含ld指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控制，或為數(shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進行相應

29、的工作。母線是用來連接指令組的。下圖是三菱公司的fx2n系列產(chǎn)品的最簡單的梯形圖例：它有兩組，第一組用以實現(xiàn)啟動、停止控制；第二組僅一個end指令，用以結(jié)束程序。 a）梯形圖與助記符的對應關系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序為：先輸入，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序為： 地址 指令 變量 0000 ld x000 0001 or x010 0002 and not x001 0003 out y000 0004 end 反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應的梯形圖。

30、b） 梯形圖與電氣原理圖的關系：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應關系。如梯形圖的輸出（out）指令，對應于繼電器的線圈，而輸入指令（如ld，and，or）對應于接點，互鎖指令（il、ilc）可看成總開關，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進一步轉(zhuǎn)換，即可變成語句表程序。有了這個對應關系，用plc程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是plc技術對傳統(tǒng)繼電控制技術的繼承。3.基本指令系統(tǒng)特點 plc的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。目前，還沒有一種對各廠

31、家產(chǎn)品都能兼容的編程語言。如三菱公司的產(chǎn)品有它自己的編程語言，omron公司的產(chǎn)品也有它自己的語言。但不管什么型號的plc，其編程語言都具有以下特點：a )圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形，用戶根據(jù)自己的需要把這些圖形進行組合，并填入適當?shù)膮?shù)。在邏輯運算部分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來表示，它沿用二進制邏輯元件圖形符號來表達控制關系，很直觀易懂。較復雜的算術運算、定時計數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖

32、然象征性不如邏輯運算部分，也受用戶歡迎；b )明確的變量常數(shù)：圖形符相當于操作碼，規(guī)定了運算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：k400，t120等。plc中的變量和常數(shù)以及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊；c )簡化的程序結(jié)構(gòu)：plc的程序結(jié)構(gòu)通常很簡單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程序的調(diào)試者對整個程序的控制功能和控制順序有清晰的概念；d )簡化應用軟件生成過程：使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個過程，而使用編程語言，只需要編輯一個過程，其余由系統(tǒng)軟件自動完成，整個編輯過程都在人機對話下進行的，不要求用戶有高深的軟件設計能力；e )強化

33、調(diào)試手段：無論是匯編程序，還是高級語言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而plc的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用plc和編程器上的按鍵、顯示和內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操作都很簡單?？傊琾lc的編程語言是面向用戶的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要長時間的專門訓練。4.高級指令（可調(diào)脈沖輸出指令）：該指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)范圍和程序步如下表2-1，可調(diào)脈沖輸出指令應用如圖2-1表1-1 可調(diào)脈沖輸出指令要素指令名稱助記符指令代碼位數(shù)操作數(shù)程序步s1s2s3d可調(diào)脈沖輸出plsrfnc59(16/32)k、h、knx、kny、knm、kns、t、

34、c、d、v、zy0或y1plsr9步dplsr9步圖1-3 可調(diào)脈沖輸出指令應用帶加減速功能的定尺寸傳送的脈沖輸出指令，對所指定的最高頻率進行定加速，直到達到所指定的輸出脈沖數(shù)，進行定額減速。各操作數(shù)設定范圍如下：s1：最高頻率 可設定為1020000hz，頻率以10的倍數(shù)指定，最高頻率中指定值的1/10為可減速的一次變速量，因此，設定時在步進馬達不失調(diào)的范圍。s2：總輸出脈沖數(shù) 可設定范圍16位指令132767個脈沖32位指令1214783647個脈沖設定值不滿110時，脈沖不能正常工作，使用dplsr時，此比例按（d1、d2）作為32位設定值。s3：加減速度時間，可設定范圍：500ms以下

35、，加速時間和減速時間以相同值動作。d： 脈沖輸出號碼，只能指定為y0或y1，輸出一定為晶體管。二、fx2n系列（一）fx2n系列的plc模型式中,1部分用兩位數(shù)表示輸入/輸出的總點數(shù),有16、24、32、48、64和80六種；2部分用字符表示輸出類型：r表示繼電器觸點輸出，t表示晶體管輸出，s表示雙向晶閘管輸出。備有可自由選擇，豐富的品種 可選用16/32/48/64/80/128/點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。 可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。高速運算 1個指令運行時間，只需0.08us 基本指令/1指令0.08us 應用指令/1指令1.52us數(shù)100us 在指令以外，實現(xiàn)

36、高速化 高速計數(shù)器 1相60khz：2點10khz：4點或 2相30khz：1點5khz：1點 脈沖讀取 可讀取最大50us的短脈沖輸入適用于多種特殊用途 還可應用在模擬控制、定位控制等特殊用途。 fx2n系列中，1臺基本單元最多可連接8臺擴展模塊或特殊功能模塊 模擬輸入輸出 fx2n4ad模擬輸入（4ch） fx2n4da模擬輸出（4ch） fx2n4adptpt100溫度感應器用（4ch） fx2naadtc電熱偶溫度感應器用（4ch） fxon3a模擬輸入出模塊（2ch入，1ch出） 高速脈沖輸入 fx2n1hc高速計數(shù)器（2相50khz） 定位 fx2n1pg脈沖輸出（1軸100kpp

37、s） rs232c機器通訊 fx2n232ifrs232通訊用（1ch）可共同的外部設備 可以共用fx系列的外部設備 便攜式簡易編程器fx10pe、fx20pe需使用fx20pcab0作連接線 個人電腦軟件 windows 3.1/95）用（fxpcs/win）(需使用sc09作連接線)（二）fx2n系列主要技術性能應用指令中有多個可使用的簡單指令 高速處理指令 輸入過濾器常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸入等。 便利指令 數(shù)字開關的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)排列，三角子函數(shù)運算，平方根，浮點小數(shù)運算等。 特殊用途 脈沖輸出（20khz/

38、dc5v,10khz/dc12v24v）脈寬調(diào)制，pid控制指令等。 外部設備相互通信 串行數(shù)據(jù)傳送，accii code印刷，hexascii變換，校驗碼等。 時計控制 內(nèi)置時鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法，讀出、寫入等指令種類指令數(shù)目基本指令27種步進梯形指令2種應用指令128種:298個表2-1 指令種類表表2-2 交流電源、24v直流輸入類型模型 i/o總數(shù)輸入輸出尺寸mm(英寸）（寬）x（厚）x（高） 數(shù)目類型數(shù)目類型fx2n-32mr-d3216漏型16繼電器 150x87x90(5.9x3.4x3.5)fx2n-32mt-d晶體管fx2n-48mr-d4824漏型24繼電器 182x8

39、7x90(7.2x3.4x3.5) fx2n-48mt-d晶體管fx2n-64mr-d6432漏型32繼電器 220x87x90(8.7x3.4x3.5) fx2n-64mt-d晶體管fx2n-80mr-d8040漏型40繼電器 285x87x90(11.2x3.4x3.5) fx2n-80mt-d 晶體管表2-3 24v直流電源、24v直流輸入類型模型i/o總數(shù)輸入輸出尺寸(mm)寬厚高數(shù)目類型數(shù)目類型fx2n-16mr-001168漏型8繼電器130x87x90(5.12x3.4x3.5) fx2n-16mt晶體管fx2n-32mr-0013216漏型16繼電器150x87x90(5.9x

40、3.4x3.5) fx2n-32mt晶體管fx2n-48mr-0014824漏型24繼電器182x87x90(7.2x3.4x3.5)fx2n-48mt晶體管fx2n-64mr-0016432漏型32繼電器220x87x90(8.7x3.4x3.5) fx2n-64mt晶體管fx2n-80mr-0018040漏型40繼電器285x87x90(11.2x3.4x3.5)fx2n-80mt晶體管fx2n-128mr-00112864漏型64繼電器350x87x90(13.8x3.4x3.5)fx2n-128mt晶體管三、機械手系統(tǒng)（一）機械手系統(tǒng)的設計思想機械手是一種模仿人手動作，并按設定程序、軌

41、跡和要求代替人手抓、吸、搬運工件或工具進行操作的自動化裝置。本系統(tǒng)的機械手部分由底盤、立桿、手臂、手組成。機械手移動到傳送帶b工件處夾緊工件，然后將工件移動到指定位置傳送帶a，接著放下工件，最后機械手回到初始位置（機械手的立桿最高，手臂最短，手最松）。其中底盤由一個直流電機驅(qū)動，該電機的正/反旋轉(zhuǎn)控制底盤的順時針/逆時針旋轉(zhuǎn)；立桿由一個步進電機驅(qū)動，通過改變cp脈沖的頻率來改變步進電機的速度，從而改變立桿的上升/下降的速度；手臂由另一個步進電機驅(qū)動，通過改變cp脈沖的頻率來改變步進電機的速度，從而改變手臂的伸/縮速度；手由一個直流電機控制，該電機的順時針/逆時針旋轉(zhuǎn)控制手的抓緊/放松。在機械手

42、的各個相應位置都有行程開關用于定位。圖3-1 機械手的簡易模型圖3-2 機械手的操作面板1.機械手的單個工作流程機械手移動到傳送帶b工件處夾緊工件將工件移動到指定位置傳送帶a放下工件機械手回到初始位置五個過程完成，機械手通過plc來控制，可實現(xiàn)這五個過程全自動依次運行：a）械手移動到工件b處：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到工件（傳送帶b）處，移動的最大位置通過相應的限位開關來控制；b） 工件移動到指定位置：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到工件（傳送帶a）處，移動的最大位置通過相應的限位開關來控制；c） 夾放工件：通過夾緊/放下直流電機的正轉(zhuǎn)來控制，

43、夾緊工件通過定時器來控制，即憑經(jīng)驗設定一個時間（本系統(tǒng)設為5s），在這個時間內(nèi)機械手能完全夾緊工件；d） 放下工件：通過夾緊/放下直流電機的反轉(zhuǎn)來控制，通過松限開關來控制；e） 機械手回到初始位置：機械手分別通過步進電機及直流電機來控制，使得機械手移到初始位置處，移動的最大位置通過相應的限位開關來控制。2.機械手的操作方式機械手的操作方式可分為手動操作方式和自動操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。1）手動：用按鈕操作對機械手的每一步運動單獨進行控制，如：當選擇上/下運動時，按下起動按鈕，機械手上升，按下停止按鈕，機械手下降；當選擇左/右運動時，按下起動按鈕，機械手左移，按下

44、停止按鈕，機械手右移；當選擇夾緊/放松按鈕時，按下起動按鈕，機械手夾緊，按下停止按鈕，機械手放松，該方式用于機械手系統(tǒng)的“回原位”操作本系統(tǒng)中，可用手動方式用于機械手的初始狀態(tài)定位，用操作面板（圖3-2）上的按鈕（sb5，sb6，sb7，sb8，sb9，sb10）來點動執(zhí)行相應的各動作；2）單步：每按一次起動按鈕sb3，機械手完成一步動作后，自動停止；3）單周期操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕sb3，機械手自動完成一個周期的動作后，返回原位（如果在動作過程中，按下停止按鈕sb4，機械手停在該工序上，再按下起動按鈕sb3，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位），本系統(tǒng)采用單周期方式進行機械手

45、的工藝過程（機械手移動到傳送帶b工件處夾緊工件將工件移動到指定位置傳送帶a放下工件機械手回到初始位置）；4）連續(xù)操作：機械手從原點開始，按一下起動按鈕sb3，機械手的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)，在工作中，若按一下停止按鈕sb4，則機械手將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到原點自動停止。3.對直流電機的正/反轉(zhuǎn)的控制直流電機的控制電路較為簡單，一般只要考慮plc的輸入、輸出的接線就可以了。這樣的電路單獨沒有什么意義，但是卻是生產(chǎn)線上不可缺少的部分，一般應用電路如下圖 圖3-3 直流電機基本應用電路直流電機的正、反轉(zhuǎn)控制也是生產(chǎn)線上常見的控制要求，實現(xiàn)起來也是比較簡單的，只是在應用中要注意以下

46、一些方面：a.在某些應用電路中，是不允許正、反轉(zhuǎn)控制繼電器同時得電閉合的，在這種控制方式中，單純的依靠軟件戶所來保證正、反轉(zhuǎn)控制繼電器不要同時得電是不可靠的，這是因為plc執(zhí)行指令的速度很快，而外部的實際繼電器由線圈得電到觸電閉合，以及由線圈失電到觸點斷開均需要延遲一段時間。在這種情況下，電路中不僅要有軟件互鎖，而且要由硬件互鎖。具體的如圖所示圖3-4 直流電機正/反轉(zhuǎn)硬件互鎖控制電路b. 在實際應用中，可以采用h橋驅(qū)動直流電機，實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)控制。常用的h橋驅(qū)動電路有兩種，如圖所示，各有利弊。（a） （b）圖3-5 h橋驅(qū)動電路（a）圖所是得電路結(jié)構(gòu)十分簡單，廣泛應用于小型低轉(zhuǎn)動慣量直流電動機

47、控制電路中。因為這種電路km1或km2單獨閉合時，直流電動機可以正向旋轉(zhuǎn)或者反向旋轉(zhuǎn)；當km1和km2均閉合或者均不閉合，這時候直流電動機相當于電樞短接，可以將直流電動機很快的制動停止，此時制動電流與直流電動機的容量以及轉(zhuǎn)動慣量有直接的關系，所以不適合大容量的直流電動機和大轉(zhuǎn)動慣量的控制應用中。（b）圖所時的電路結(jié)構(gòu)相對來說較為復雜，這種電路當km1或km2單獨閉合時，直流電動機也可以正向旋轉(zhuǎn)或者反向旋轉(zhuǎn);當km1和km2均不閉合時，這時候直流電動機，相當于電樞串電阻短接制動，電阻限定了制動電流；當km和km2銅時閉合，此時驅(qū)動直流電動機的直流電源將會被短路，因而發(fā)生危險，所以這種電路時嚴禁k

48、m1和km2同時閉合的，一定要由硬件連鎖措施。在直流電動機的正、反轉(zhuǎn)應用中，還應當注意當直流電動機由一個旋轉(zhuǎn)方向變換為另一個旋轉(zhuǎn)方向的瞬間，此時直流電動機的直流電源和直流電動機的電樞反電動勢是同鄉(xiāng)串連的，因而此時直流電動機將承受很大的電樞電流，如果這個電流比較大，就可能造成直流電動機燒毀，解決的方法是等待直流電動機的轉(zhuǎn)速降低到一定程度(可以通過時間延時來是實現(xiàn)，也可以通過速度繼電器來檢測)后，再改變直流電動機的旋轉(zhuǎn)方向。4.對步進電機的控制步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的控制微電機，其位移量嚴格正比于輸入脈沖數(shù)，平均轉(zhuǎn)速正比于輸入脈沖的頻率，同時，在其工作頻率內(nèi)，可以從一種運

49、動狀態(tài)穩(wěn)定轉(zhuǎn)換到一種運動狀態(tài)。它是一種性能很良好的數(shù)字化執(zhí)行元件，在數(shù)控系統(tǒng)的點、位控制中，可利用步進電機作為驅(qū)動電機，在開環(huán)控制中，步進電機由一定頻率的脈沖控制，由plc直接產(chǎn)生脈沖來控制步進電機，可以有效地簡化系統(tǒng)的硬件電路，進一步提高可靠性，由于plc是以循環(huán)掃描方式工作，其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間，因此受到plc工作方式的限制以及掃描周期的影響，步進電機不能在高頻下工作，而應該在低頻下工作，脈沖信號頻率選為十至幾十hz左右。步進電機的轉(zhuǎn)速與其控制脈沖的頻率成正比，當步進電機在極低頻下運行時，其轉(zhuǎn)速必然很低，而為了保證系統(tǒng)的定位精度，脈沖當量即步進電機轉(zhuǎn)一個步距角時，工作臺移動

50、的距離又不能太大，這兩個因素合在一起，帶來可一個突出的問題：定位時間太長，為了保證定位精度，脈沖信號當量不能太大，但卻影響了定位速度。因此要解決好既能提高定位速度，同時又能保證定位精度的矛盾。步進電機和生產(chǎn)機械的連接有很多種，常見的一種時步進電機和絲杠桿連接，將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成工作臺面的直線運動。在這種應用中，關系運動直接后果的參數(shù)有以下幾個：n ：plc發(fā)出的控制脈沖的個數(shù)：步進電機驅(qū)動器的脈沖細分數(shù)（如果步進電機驅(qū)動器有脈沖細分驅(qū)動）：步進電機的步距角，即步進電機每受到一個脈沖變化所轉(zhuǎn)過的角度：絲杠的螺紋距，他決定了絲杠每轉(zhuǎn)過一圈，工作臺面前進的距離根據(jù)以上的參數(shù)，我們可以得到以下的結(jié)果：plc發(fā)出的脈沖個數(shù)到達步進電機上，脈沖實際有效數(shù)應為n/n步進電機每轉(zhuǎn)過一周，需要的脈沖個數(shù)為360/則plc發(fā)出n個脈沖，工作臺面移動的距離為：l=nd/360nplc要和步進電機配合實現(xiàn)運動控制，還要在plc內(nèi)部進行一系列的設定，或者是編制一定的程序設計。不同的plc類型索要編制的程序不同，控制字也