PLC課程設(shè)計機械手PLC控制系統(tǒng)

1、電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 plc 課程設(shè)計 專專 業(yè)業(yè)： 自動化 設(shè)計題目設(shè)計題目： 機械手 plc 控制系統(tǒng) 班級班級： 自 0841 學(xué)生姓名學(xué)生姓名： 學(xué)號學(xué)號： 22 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師： 分院院長分院院長： 教研室主任教研室主任： 一、課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計任務(wù)書 1.課課程程題題目目 機械手plc控制系統(tǒng)設(shè)計 2.設(shè)計設(shè)計內(nèi)容內(nèi)容 圖圖1 機機械械手手動動作作示示意意圖圖 設(shè)計一個用 plc 控制的將工件從 a 點移到 b 點的機械手控 制系統(tǒng)。其控制要求如下： 1手動操作，每個動作均能單獨操作，用于將機械手復(fù)歸至 原點位置； 2連續(xù)運行，在原點位置按起動按鈕或當(dāng)光電探測器探測到

2、 有工件時，機械手按圖 1 連續(xù)工作一個周期，一個周期的工作過 程如下：原點下降夾夾緊(t)上上升右移下降放松(t) 上升左移到原點，時間 t 由教師現(xiàn)場規(guī)定。 3. 課課程程設(shè)計報設(shè)計報告要求告要求 （1）畫工藝流程圖，分析 i/o 性質(zhì)，計算 i/o 點數(shù)、存儲容量，plc 選型； （2）編寫程序（在 pc 機上編程并下載到 plc 中）； （3）運行并調(diào)試程序，運行調(diào)試記錄，在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題， 解決辦法等； （4）畫 plc 控制系統(tǒng)外部接線圖（含主電路及供電圖）； （5）課程設(shè)計總結(jié)。包括本次課程設(shè)計過程中的收獲、體會，以及 對該課程設(shè)計的意見、建議等； （6）參考文獻列表； （

3、7）報告使用 b5 紙打印，全文不少于 2000 字。 4. 參考參考資資料料 1 史國生主編. 電氣控制與可編程控制器技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出 版社.2004 2 王永華.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù). 北京:北京航空航天大學(xué) 出版社.2002 3 徐世許.可編程序控制器原理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò).合肥:中國科學(xué)技術(shù)大 學(xué)出版社.2001 5. 設(shè)計進設(shè)計進度（度（2011 年年 11 月月 14 日至日至 11 月月 25 日）日） 時 間設(shè)計內(nèi)容 11 月 14 日布置設(shè)計任務(wù)、查閱資料 11 月 15 日-11 月 18 日 方案論證及總體設(shè)計 11 月 20 日-11 月 24 日 系統(tǒng)調(diào)試及整理課程設(shè)

4、計報告 11 月 25 日課程設(shè)計答辯 7. 課課程程設(shè)計時間設(shè)計時間及地點及地點 2010 年 11 月 14 日2010 年 11 月 25 日 上午 8：0011：00；下午 13：0016：00 綜合自動化實驗室（新實驗樓 308） 二、評語及成績二、評語及成績 考核項目考核內(nèi)容評估標(biāo)準(zhǔn)等級 優(yōu) 良 中 及 不及 方案設(shè)計 （15） 優(yōu)：設(shè)計方案合理，內(nèi)容正確，有獨立見解或創(chuàng)造 性； 良：方案正確，有一定見解； 中：設(shè)計方案及內(nèi)容基本正確，分析問題基本正確， 無原則性錯誤； 及：設(shè)計方案及內(nèi)容基本合理，分析問題能力較差， 但無原則性錯誤； 不及：設(shè)計方案不合理，有嚴(yán)重的原則性錯誤； 優(yōu)

5、 良 中 及 不及 技術(shù)指標(biāo) （20） 優(yōu)：各項指標(biāo)均完全達(dá)到 良：各項指標(biāo)基本達(dá)到，只有一項指標(biāo)有微小差距 中：有一項指標(biāo)沒有達(dá)到 及：有兩項指標(biāo)沒有達(dá)到 不及：有三項指標(biāo)以上沒有達(dá)到 優(yōu) 良 中 及 不及 完成情況 （50） 設(shè)計報告 （15） 優(yōu)：設(shè)計報告內(nèi)容正確，完整，規(guī)范，圖面質(zhì)量好， 且符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)； 良：設(shè)計報告內(nèi)容正確，較完整，規(guī)范，圖面質(zhì)量 較好，且符合國家制圖標(biāo)準(zhǔn)； 中：設(shè)計報告內(nèi)容有個別錯誤，較完整，較規(guī)范， 圖面質(zhì)量一般； 及：設(shè)計報告內(nèi)容基本正確完整，較規(guī)范，有多個 錯誤； 不及：設(shè)計報告內(nèi)容中不加消化，照搬照抄； 綜合能力 （30） 設(shè)計實施 能力 （15） 優(yōu)

6、：能夠自行利用現(xiàn)有設(shè)備，對設(shè)計方案進行合理 檢驗，接線正確規(guī)范，程序設(shè)計合理，工具軟件使 用熟練； 良：在教師指導(dǎo)下能夠利用現(xiàn)有設(shè)備，對設(shè)計方案 進行合理檢驗，接線正確規(guī)范，程序設(shè)計合理，工 具軟件使用熟練； 中：在教師指導(dǎo)下能夠利用現(xiàn)有設(shè)備，對設(shè)計方案 進行檢驗，接線較正確規(guī)范，程序設(shè)計較合理，工 具軟件使用較熟練； 優(yōu) 良 中 及 不及 及：教師指導(dǎo)參與過多，才能夠利用現(xiàn)有設(shè)備，對 設(shè) 考核項目考核內(nèi)容評估標(biāo)準(zhǔn)等級 設(shè)計實施 能力 （15） 計方案進行檢驗，接線較正確規(guī)范，程序設(shè)計較合 理，工具軟件使用較熟練； 不及：不能在教師指導(dǎo)下完成規(guī)定的設(shè)計方案檢驗。 優(yōu) 良 中 及 不及 綜合能力

7、 （30） 故障處理 能力 （15） 優(yōu)：能夠自行對硬件和程序出現(xiàn)的問題，進行合理、 高效的解決； 良：在教師指導(dǎo)下能夠較好處理硬件和程序出現(xiàn)的 問題，并能夠消化吸收； 中：在教師指導(dǎo)下能夠基本處理硬件和程序出現(xiàn)的 問題，有一定的分析能力； 及：教師指導(dǎo)參與過多，才能夠完成硬件和程序出 現(xiàn)的問題； 不及：不能在教師指導(dǎo)下完成故障的處理。 優(yōu) 良 中 及 不及 安全文明 操作 （10） 優(yōu)：沒有發(fā)生任何安全事故和設(shè)備、元器件損壞， 使用材料無浪費，設(shè)計現(xiàn)場整齊規(guī)范； 良：沒有發(fā)生任何安全事故和設(shè)備、元器件損壞， 設(shè)計現(xiàn)場較整齊規(guī)范； 中：沒有發(fā)生任何安全事故和設(shè)備、元器件損壞， 設(shè)計現(xiàn)場欠整齊；

8、 及：沒有發(fā)生安全事故，或有元器件損壞，現(xiàn)場長 期臟、亂差，或造成材料浪費； 不及：發(fā)生安全事故，或有元器件損壞，或現(xiàn)場長 期臟、亂差，或造成材料浪費。 優(yōu) 良 中 及 不及 基本素質(zhì) （20） 勞動紀(jì)律 （10） 優(yōu)：能完全遵守課程設(shè)計管理制度和作息制度，無 違紀(jì)行為； 良：能遵守課程設(shè)計管理制度和無曠工行為，遲到/ 早退 1 次； 中：能遵守課程設(shè)計管理制度和無曠工行為，遲到/ 早退 2 次； 及：違反守課程設(shè)計管理制度，或有 1 次曠工、或 遲到/早退 3 次； 不及：勞動紀(jì)律出現(xiàn)重大問題，取消成績。 總成績： 指導(dǎo)教師: 等級評分標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)=90 上，良=8980,中=7970,及=69

9、60，不及=60 下 plc 課程設(shè)計報告 班 級：自動化 0841 姓 名：楊明影 學(xué) 號： 22 號 指導(dǎo)教師：葉天遲 撰寫日期： 2011.11.28 目錄 第一章第一章 plcplc 概述概述 .8 8 1.1 plc 的定義.8 1.2 plc 的由來及發(fā)展.9 1.3 plc 的特點及用途.10 1.4 plc 的主要技術(shù)指標(biāo).13 第二章第二章 根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動作 .1515 2.1 控制要求分析 .15 第三章第三章 分配輸入輸出設(shè)備分配輸入輸出設(shè)備 .1818 第四章第四章 確定確定 plcplc 的輸入、輸出電路的輸入、輸出

10、電路 .1919 第五章第五章 設(shè)計設(shè)計 plcplc 程序畫出梯形圖程序畫出梯形圖 .2121 總總 結(jié)結(jié) .2626 參考文獻參考文獻 .2727 第一章第一章 plcplc 概述概述 1.11.1 plcplc 的定義的定義 可編程控制器（programmable logic controller）簡稱 plc，它具備了模擬量控制、過程控制以及遠(yuǎn)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 （programmable controller）,簡稱 pc。但是個人計算機 （personal computer）也簡稱 pc，為了避免混淆，將用于邏輯 控制的可編程控制叫

11、做 plc（programmable logic controller）. 可編程控制器有近 30 年的歷史，發(fā)展極為迅速。為確定它 的性質(zhì)國際電工委員會（international electrical committee）多次發(fā)布以及修訂有關(guān) plc 的文件。在 1987 年頒布 的 plc 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 plc 做了如下定義： plc 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)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

12、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。 可編程控制器從內(nèi)部構(gòu)造、功能及工作原理上看是一臺計 算機。是數(shù)字運算操作的電子裝置，它帶有可以編制程序的存儲 器，能進行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算工作。 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(yīng)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，這些都是個人計算機 無法比擬的。 可編程控制器是一種通用的

13、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(yīng)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。自其誕生以來，電氣工程技術(shù)人員 感受最強的也是可編程控制器二次開發(fā)十分容易。它在很大程度

14、 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(yīng)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(yīng)用。 1.21.2 plcplc 的由來及發(fā)展的由來及發(fā)展 世界上公認(rèn)的第一臺 plc 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司 （dec）研制的。限于當(dāng)時的元件條件及計算機發(fā)展水平，早期 的 plc 主要分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的 邏輯控制及定時、計數(shù)等功能。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理

15、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(jì) 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

16、位。20 世紀(jì) 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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(biāo)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(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代 工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來說，這

17、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(yīng)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(yīng) 用都的到了長足的發(fā)展。 1.31.3 plcplc 的特點及用途的特點及用途 （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(yán)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

18、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(dá) 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(yīng)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?？梢?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(wù)。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

19、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(xué)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(dāng) plc 聯(lián)網(wǎng)后，可以在網(wǎng)絡(luò)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?，F(xiàn)代集成電路技術(shù)的廣泛應(yīng)用

20、，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）可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 plc 在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、 輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣 泛，主要可以歸納為以下幾類： 1）開關(guān)量的邏輯控制 可編程控制器可實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺 設(shè)備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，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

21、量。為了使可編程控制器處理模擬 量，必須實現(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。 3）運動控制 plc 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配 置來說，早期直接用開關(guān)量 i/o 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)， 現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電 機的單軸或多軸位置控制模塊。 4）過程控制 過程控制是指對連續(xù)變化的量進行控制。如對溫度、壓力、 流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，plc 能編制各 種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、 化工、熱處理、鍋爐控制等場合。 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 p

22、lc 具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運 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、監(jiān)測、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與參考值比 較，完成一定的控制操作。也可以利用通訊功能傳送到其他的智 能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型過程控制系 統(tǒng)，如冶金、造紙、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6）通信及聯(lián)網(wǎng) plc 通信含 plc 間的通信及 plc 與其他智能設(shè)備間的通信。 隨著現(xiàn)代社會計算機技術(shù)的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，它 也將和其他的工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)，在工業(yè) 及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 1.41.4 plcp

23、lc 的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo) plc 的性能指標(biāo)較多，主要介紹與組成 plc 控制系統(tǒng)關(guān)系較 直接的幾個。 （1）編程語言及指令功能 梯形圖語言、助記符語言在 plc 中較為常見，梯形圖語言 一般在計算機屏幕上編輯，使用起來簡單方便。助記符語言與計 算機編程序相似，如果對有編制程序基礎(chǔ)的工程技術(shù)人員來說， 學(xué)習(xí)助記符會容易一些，只要理解各個指令的含義，就可以像做 計算機程序一樣寫 plc 的控制程序。如果兩種語言都會使用更好， 因為它們之間可以相互轉(zhuǎn)換。plc 實際上只認(rèn)識助記符語言，梯 形圖語言是需要轉(zhuǎn)換成助記符語言后，存入 plc 的存儲器中。 現(xiàn)在功能圖語言的使用有上升趨勢。編程語

24、言中還有一個 內(nèi)容是指令功能。衡量指令功能強弱可看兩個方面：一是指令條 數(shù)多少；二是指令中有多少綜合性指令。一條綜合性指令一般就 能完成一項專門操作。用戶編制的程序完成的控制任務(wù)，取決于 plc 指令的多少，指令功能越多，編程越簡單和方便，完成一定 的控制任務(wù)越容易。 （2）輸入輸出點數(shù) 輸入輸出點數(shù)是 plc 可以接受的輸入開關(guān)信號和輸出開關(guān) 信號的最大數(shù)量，值得注意的是輸入點數(shù)往往的大于輸出點數(shù)的， 且二者不能相互替代。 （3）掃描速度數(shù)是指 plc 掃描 1k（1k=1024）字用戶程序 所需的時間，通常以 ms/k 字為單位，掃描速度越快越好。 （4）存儲容量 存儲容量是存放用戶程序的

25、存儲器的容量。通常用 k 來表 示。也有的 plc 直接用所能存放的程序量表示。在編制 plc 程序 時，需要用到大量的寄存器來存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、 定時計數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。這些寄存器的多少， 直接關(guān)系到程序的編制，該存儲器的容量越大，就可以編制出更 復(fù)雜的程序。 （5）可擴展性 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 plc 的可擴展性也顯的非常重要。主要 包括： 1）輸入輸出點數(shù)的擴展； 2）存儲容量的擴展； 3）聯(lián)網(wǎng)功能的擴展； 4）可擴展的模塊數(shù)； 另外，可編程序控制器的可靠性、易操作性及經(jīng)濟性等功 能指示也受用戶的關(guān)注。 第二章第二章 根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的根據(jù)要求確定被控

26、系統(tǒng)必須完成的 動作動作 2.12.1 控制要求分析控制要求分析 （1）機械結(jié)構(gòu) 圖 2-1 是某機械手的工作示意圖，該機械手的任務(wù)是將工 件從傳送帶 a 搬往傳送帶 b。 在圖 2-1 中，機械手的所有動作均采用電液控制、液壓驅(qū)動。 它的上升/下降和左移/右移均采用雙線圈三位電磁閥推動液壓缸 完成。當(dāng)某個電磁閥線圈通電，就一直保持當(dāng)前的機械動作，直 到相反動作的線圈通電為止。例如，當(dāng)下降電磁閥線圈通電后， 機械手下降，即使線圈再斷電，仍保持當(dāng)前的下降動作狀態(tài)，直 到上升電磁閥線圈通電為止。機械手的夾緊/放松采用單線圈二 位電磁閥推動液壓缸完成，線圈通電時執(zhí)行夾緊工件，斷電時執(zhí) 行放松動作。

27、為了使動作準(zhǔn)確，機械手上安裝了限位開關(guān) sq1、sq2、sq3、sq4，分別對機械手進行下降、上升、右行、左 行等動作的限位，并給出了動作到位的信號。另外，還安裝了光 電開關(guān) sp1 和 sp2 負(fù)責(zé) sp1 檢測傳送帶 a 上的工件是否到位，如 果有光電開關(guān) sp1 監(jiān)測到有工件出現(xiàn)，傳送帶 a 就停止運動。 sp2 檢測傳送帶 b 上的工件是否移走，從而產(chǎn)生無工件信號，為 下一個工件的下放做好準(zhǔn)備。 （2）工藝過程 機械手的動作順序、檢測元件和執(zhí)行元件的布置如圖 2-2 所示。機械手的初始位置在原位，按下啟動按鈕后，機械手依次 完成：下降夾緊上升右移下降放松上升左移傳 送帶 a 運動（檢測

28、到有工件停）九個動作，實現(xiàn)機械手一個周期 的動作。機械手的下降、上升、左移、右移的動作轉(zhuǎn)換靠限位開 關(guān)來控制，而夾緊、放松動作的轉(zhuǎn)換是由時間繼電器來控制的。 為了保證安全和提高效率，機械手右移到位后，必須在傳 送 b 上無工件時才能下降。若上一次搬到傳送帶 b 上的工件尚未 移走，則機械手應(yīng)自動暫停等待。同時還檢測了，b 傳送帶的運 動情況。在機械手回到原位后，傳送帶 a 運動，直到檢測到工件 為止?？梢越档湍芎暮透訙?zhǔn)確、更加智能。為此設(shè)置了兩只光 電開關(guān)，以檢測“有無工件”信號。 在此同時介紹一下，光電開關(guān) sp1 和 sp2 的工作原理，以 方便理解和應(yīng)用。 首先這兩個光電開關(guān)的發(fā)射光的

29、元件均采用半導(dǎo)體激光發(fā) 射器，因為半導(dǎo)體激光器是所有激器中效率最高，體積最小的一 種。而且采用激光發(fā)射器抗干擾，非接觸式動態(tài)響應(yīng)好。 在信號接受方面兩者各不相同，首先介紹 sp 光電接收器， 由于其任務(wù)是在檢測到有工作時，傳動帶 a 才停止運動。機械手 才下降。 （3）控制要求： 傳送帶 b 上工件的傳送不用 plc 控制，讓傳送帶 b 由一臺 獨立的電動機一直的帶動。 為滿足生產(chǎn)要求，機械手設(shè)置手動 方式和自動方式，而自動方式又分為單步、單周和連續(xù)工作方式。 手動工作方式：利用按鈕對機械手每一步動作單獨進行控制， 例如，按“上升”按鈕，機械手上升，按“下降”按鈕，機械手 下降。此種工作方式可

30、使機械手置原位。 單步工作方式：從原點開始，按自動工作循環(huán)的工序，每按 一下啟動按鈕，機械手完成一步的動作后自動停止。 單周期工作方式：按下啟動按鈕，從原點開始，機械手按工 序自動完成一個周期的動作后，停在原位。 連續(xù)工作方式：機構(gòu)在原位時，按下啟動按鈕，機構(gòu)自動連 續(xù)地執(zhí)行周期動作。當(dāng)按下停止按鈕時，機械手保持當(dāng)前狀態(tài)。 重新恢復(fù)后機械手按停止前的動作繼續(xù)進行. 第三章第三章 分配輸入輸出設(shè)備分配輸入輸出設(shè)備 plc i/o 地址，內(nèi)部輔助繼電器的分配表 根據(jù)控制系統(tǒng)外部 i/o 地址，內(nèi)部輔助繼電器的分配表 根據(jù)控制系統(tǒng)外部 i/o 接線圖，plc i/o 地址分配見表 3-1 所示。 序

31、號符號功能描述序號符號功能描 述 1i0.0啟動15i2.0上升 2i0.1下限16i2.1右移 3i0.2上限17i2.2左移 4i0.3右限18i2.3夾緊 5i0.4左限19i2.4放松 6i0.5有工件檢測（常開）20i2.5復(fù)位 7i0.6無工件檢測21q0.0傳動帶 a 運轉(zhuǎn) 8i0.7手動22q0.1下降 9i1.0單步23q0.2夾緊 10i1.1單周期24q0.3上升 11i1.2連續(xù)25q0.4右移 12i1.3傳送帶 a 運動26q0.5左移 13i1.4停止27q0.6原位顯 示 14i1.5下降28 表 3-1 外部 i/o 繼電器分配表 第四章第四章 確定確定 pl

32、cplc 的輸入、輸出電路的輸入、輸出電路 首先應(yīng)分析一下所選 cpu 型號。cpu224 集成 14 個輸入和 10 個輸出共 24 個數(shù)字量 i/o 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴 展至 168 路數(shù)字量 i/o 或 35 路模擬 i/o 點，13kb 字節(jié)程序和數(shù) 據(jù)存儲空間。 s7-200 系列的 cpu224 主機有 i0.0i0.7、i1.0i1.5 共計 14 個輸入點和 q0.0q0.7、q10q1.1 共計 10 個輸出點。 cpu224 輸入電路采用了雙向光電耦合器，24vdc 極性可任意選擇， 系統(tǒng)設(shè)置 1mb 為 i0.x 字節(jié)輸入端子的公共端，2mb 為 i1.x

33、 字節(jié) 輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采用了 mosfet 功率驅(qū) 動器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個獨立公共端，共 有 1l、2l 兩個公共端，可接入不同的負(fù)載電源。 cpu224plc 有 6 個高速計數(shù)脈沖輸入端（i0.0i0.5） ， 最快的響應(yīng)速度為 30khz，用于捕捉經(jīng) cpu 掃描周期更快的脈沖 信號。另外，還有 2 個高速脈沖輸出端（q0.0、q0.1） ，輸出脈 沖頻率可達(dá) 20khz.用于 pto（高速脈沖束）和 pwm（寬度可變脈 沖輸出）高速脈沖輸出。 輸入接口中有濾波電路及耦合隔離電路。濾波有抗干 擾的作用，耦合有抗干擾及產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號的作用。隔離有保護

34、 plc 內(nèi)部的作用。 開關(guān)量輸出接口是把 plc 的內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行 機構(gòu)，如接觸器線圈、電磁閥線圈指示燈等的各種驅(qū)動開關(guān)信號。 晶體管輸出只能接直流負(fù)載。若需接交流負(fù)載就把開關(guān)量轉(zhuǎn)換成 模擬量。 它的作用是將可編程控制器運算處理后的若干位數(shù)字量信 號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號輸出，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)控制 信號求。 還有，傳送帶 a 的運動也由 plc 控制，由于其工作特點就 是向一個方向運動，plc 控制的電動機就不需反轉(zhuǎn)?？捎脙山M電 動機。如果，要傳送帶上負(fù)載大，就用三相電動機。 電容運轉(zhuǎn)型，電動機不論是啟動還是運轉(zhuǎn)，電容器均接在 電路中而不斷開，特點：效率高，過載能力強。 第五章

35、第五章 設(shè)計設(shè)計 plcplc 程序畫出梯形圖程序畫出梯形圖 （1）整體設(shè)計 為編程結(jié)構(gòu)簡潔、明了，把手動程序和自動程序分別編成 相對獨立于程序模塊，通過調(diào)用指令進行功能選擇。當(dāng)工作方式 選擇手動工作方式時，i0.7 接通，執(zhí)行手動工作程序；當(dāng)工作 方式選擇開關(guān)選擇自動方式（單步、單周、連續(xù)）時， i1.0、i1.1、i11.2 分別接通，執(zhí)行自動控制程序，整體設(shè)計的 梯形圖（主程序）如圖 5-1 所示: 圖 5-1 （2）手動控制程序 手動操作不需要按工序順序動作，可以按普通繼電接觸器 控制系統(tǒng)來設(shè)計。手動控制的梯形圖見圖 5-2 所示子程序 0，手 動按鈕 i2.0、i2.1、i2.2、i

36、2.3、i2.4、i2.5、分別控制下降 上升、右移、左移、夾緊、放松各個動作。為了保持系統(tǒng)的安全 運行，設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖保護，基中在左右移動的控制環(huán)節(jié) 中加入了 i0.2 作為上限連鎖。因為機械手只有處于上限位置 （i0.2=1）時，才允許左右移動。 由于夾緊，放松動作選用單線圈雙位電磁閥控制，因此在 梯形圖中用“置位” 、 “復(fù)位”指令來控制，該指令具有保持功能， 并且也設(shè)了機械聯(lián)鎖。只有當(dāng)機械手處于下限（i0.1=1）時，才 能進行夾緊和放松動作。 （3）自動操作程序。 由于自動操作的動作較復(fù)雜，不容易直接設(shè)計出梯形圖， 因此先畫出自動操作流程圖，用以表明動作的順序和轉(zhuǎn)換的條件， 然

37、后根據(jù)所采用的控制方法，設(shè)計梯形圖。 機械手的自動操作流程圖如圖 25 所示。圖中矩形方框 表示其自動工作循環(huán)過程中的一個“工步” ，方框中用文字表示 該步的編號，方框的右邊畫出該步動作的執(zhí)行元件，相鄰兩工步 之間用有向線段連接，表明轉(zhuǎn)換方向，有向線段上的小橫線表示 轉(zhuǎn)換的條件，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件得到滿足時，便從上一工步轉(zhuǎn)到下一工 步。 對于順序控制可用多種方法進行編程，用移位寄存器也很 容易實現(xiàn)這種控制功能，轉(zhuǎn)換的條件有各行程開關(guān)，光電開關(guān)及 定時器的狀態(tài)來決定。 為了保證運行的可靠性，在執(zhí)行夾緊和放松動作時，分別 用定時器 t37 和定時 t38 作為轉(zhuǎn)換的條件，并采用具有保持功能 的繼電器（mo.x）為夾緊電磁閥線圈供電，其工作過程分析如下： 機構(gòu)處于原位，上限位和左限位行程開關(guān)閉合， i0.2、i0.4 接通，移位寄存器首位 m1.0 置“1” ，q0.6 輸出原位 顯示，機構(gòu)當(dāng)前處于原位。 按下啟動按鈕，i0.0 接通，產(chǎn)生位移信號，使移位寄 存器右移一位，m1.1 置“1” （同時 m1.0 恢復(fù)為 0） ，m1.1 得電， q0.1 輸出下降信號。 下降至下限位，下限位開關(guān)受壓，i0.1 接通，移位寄 存器右移一位，使 m1.2 置“1” （其