機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC機(jī)械手設(shè)計(jì)

1、揚(yáng)揚(yáng) 州州 市市 職職 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué)畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計(jì)（論計(jì)（論 文）文）設(shè)計(jì)（論文）題目：工業(yè)運(yùn)輸?shù)墓I(yè)運(yùn)輸?shù)?plc 控制控制 系 別：汽車與電氣工程系汽車與電氣工程系 專 業(yè)：機(jī)電一體化機(jī)電一體化 班 級：08 機(jī)電（機(jī)電（4）班）班 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間：二零一一年六月二零一一年六月 摘 要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自

2、動線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。可編程控制器是繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。本文

3、應(yīng)用三菱公司生產(chǎn)的可編程控制器 fx 系列 plc，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（plc）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時(shí)期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。目目 錄錄引引 言言.第一章第一章 機(jī)械手簡介機(jī)械手簡介第一節(jié) 概述第二節(jié) 機(jī)械手的組成第三節(jié) 機(jī)械手的分類第四節(jié) 機(jī)械手的應(yīng)用第二章第二章 機(jī)械手的控制方案與選擇機(jī)械手的控制方案與選擇第一節(jié) 控制要求第二節(jié) 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較第三章第三章 plc 的簡介的簡介.第一節(jié) plc 的產(chǎn)生第二節(jié) plc 定義與特點(diǎn)3.2.1 plc 定義.3.2.2 plc 特點(diǎn).第三節(jié) 可編程控制器的主要性能指標(biāo).第四節(jié) 可編程控制器

4、的分類.第五節(jié) plc 系統(tǒng)的組成.3.5.1 plc 的硬件結(jié)構(gòu).3.5.2 plc 的軟件.第六節(jié) 可編程控制器的工作方式.第七節(jié) plc 的編程語言.第八節(jié) fx2n 系列 plc.3.8.1 fx2n 系列 plc 的內(nèi)部資源.3.8.2 fx2n 系列 plc 的基本順控指令.第九節(jié) plc 的應(yīng)用領(lǐng)域.第四章第四章 plc 對機(jī)械手的控制對機(jī)械手的控制.第一節(jié) plc 的選型.第二節(jié) plc 的梯形圖.第三節(jié) 指令程序.第四節(jié) i/o 接線圖.第五節(jié) 相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn).第六節(jié) 材料清單.第七節(jié) 不足和改進(jìn).第五章第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)第六章第六章 致謝詞致謝詞參考文

5、獻(xiàn)參考文獻(xiàn)引引 言言大學(xué)三年的學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用plc 的技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用?？删幊绦蚩刂破鳎╬rogrammable logic controller），簡稱 plc，是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用的工業(yè)自動化控制裝置。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，plc 的功能也越來越強(qiáng)大，更多地具有計(jì)算機(jī)的功能，所以又簡稱 pc（programmable controller），但是為了不和 personal computer 混淆，仍習(xí)慣稱為 plc。目前 plc

6、已經(jīng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面取得了很好的發(fā)展，并且現(xiàn)今已出現(xiàn) softplc，更是plc 領(lǐng)域無限的發(fā)展前景。本文主要通過氣動機(jī)械臂的 plc 控制來介紹 plc的具體應(yīng)用，讓我們更熟悉 plc，為今后學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。機(jī)械手采用 plc 控制，具有可靠性高，改變程序靈活等優(yōu)點(diǎn)。無論進(jìn)行時(shí)間控制還是控制或混合控制，都可以通過設(shè)置 plc 的程序?qū)崿F(xiàn)?？梢愿鶕?jù)機(jī)械手的動作順序改變程序，是機(jī)械手通用性更好 。采用氣壓傳動，動作迅速，反應(yīng)靈敏，能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，便于自動控制。工作環(huán)境適應(yīng)性好。阻力損失和泄露減少。不會污染環(huán)境，造價(jià)低。由于時(shí)間倉促和個(gè)人水平限制，我的設(shè)計(jì)存在著許多還沒來得及解決的問題，希望廣大

7、老師、同學(xué)能夠給予批評指正并予以解決。第一章第一章機(jī)械手簡介機(jī)械手簡介第一節(jié)第一節(jié) 概述概述m mechanical hand 也被稱為自動手，auto hand能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，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。機(jī)械手首先是從美國開始研制的。1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出了第一臺機(jī)械手。第第二二節(jié)節(jié) 機(jī)機(jī)械械手手的的組組成成機(jī)械手簡述機(jī)械手簡述: :機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是

8、相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1 1執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動作。支柱用來支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動。2 2傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作要由傳動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。傳動系統(tǒng)使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式，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

9、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23 個(gè)自由度。3.3.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動作，簡單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動傳動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動作動作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。第第三三節(jié)節(jié) 機(jī)機(jī)械械手手的的分分類類機(jī)械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動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。第第四四節(jié)節(jié) 機(jī)機(jī)械械

10、手手的的應(yīng)應(yīng)用用機(jī)械手通常用作 機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動機(jī)床或 自動生產(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、累等勞動條件。 第二章第二章機(jī)械手的控制方案與選擇機(jī)械手的控制方案與選擇第一節(jié)第一節(jié) 控制要求控制要求操作要求操作要求氣動機(jī)械手的動作示意圖如圖 1 所示，氣動機(jī)械手的功能是將工件從 a 處移送到 b 處。控制要求為：1、氣動機(jī)械手的升降和左右移行分別由不同的雙線圈電磁閥

11、來實(shí)現(xiàn)，電磁閥線圈失電時(shí)能保持原來的狀態(tài)，必須驅(qū)動反向的線圈才能反向運(yùn)動；2、上升、下降的電磁閥線圈分別為 yv2、yv1；右行、左行的電磁閥線圈為 yv3、yv4；3、機(jī)械手的夾鉗由單線圈電磁閥 yv5 來實(shí)現(xiàn)，線圈通電時(shí)夾緊工件，線圈斷電時(shí)松開工件；4、機(jī)械手的夾鉗的松開、夾緊通過延時(shí) 1.7s 實(shí)現(xiàn)；5、機(jī)械手的下降、上升、右行、左行的限位由行程開關(guān)sq1、sq2、sq3、sq4 來實(shí)現(xiàn)；操作功能操作功能機(jī)械手的操作面板如圖 2 所示。機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)手動、回原位、單步、單周期和連續(xù)等五種工作方式。1、手動工作方式時(shí)，用各按鈕的點(diǎn)動實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的動作；2、回原位工作方式時(shí)，按下“回原位”按鈕，則

12、機(jī)械手自動返回原位；3、單步工作方式時(shí)，每按下一次啟動安鈕，機(jī)械手向前執(zhí)行一步；4、單周期工作方式時(shí)，每按下一次啟動安鈕，機(jī)械手只運(yùn)行一個(gè)周期；5、連續(xù)工作方式時(shí)，機(jī)械手在原位，只要按下啟動安鈕，機(jī)械手就會連續(xù)循環(huán)工作，直到按下停止安鈕；6、傳送工件時(shí)，機(jī)械手必須升到最高點(diǎn)才能左右移動，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)碰到其他工件；7、出現(xiàn)緊急情況，按下緊急停車按鈕時(shí)，機(jī)械手停止所有的操作。第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較機(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)和單片機(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)，

13、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作分析來看，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，主要動作是上升、下降、左移、右移、夾緊、放松和工序延時(shí)控制等，控制動作基本上是以簡單的順序邏輯動作為主。是屬典型的繼電邏輯順序動作控制系統(tǒng)，這是 plc 最擅長的功能，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。第三章第三章 plc 的簡介的簡介第一節(jié)第一節(jié) plc 的產(chǎn)生的產(chǎn)生 1968 年美國通用汽車公司（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

14、;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 dec 公司研制出世界上第一臺 plc（pdp-14），并在 gm 公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功 。第二節(jié)第二節(jié) plc 的定義和特點(diǎn)的定義和特點(diǎn)3.2.1 plc 的定義的定義美國電氣協(xié)會制造商協(xié)會 nema 和國際電工委員會 iec 對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、以開關(guān)量邏輯控制為主的自動控制裝置。它具有存

15、儲控制程序的存儲器，能夠按照控制程序，將輸入的開關(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)過程。早期的可編程控制器，主要用于開關(guān)量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱 plc，后來隨著計(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稱。3.2.2 plc 的特點(diǎn)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)大量的開關(guān)量邏輯運(yùn)算，克

16、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)行過程中，可隨時(shí)修

17、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。第三節(jié)第三節(jié) 可編程控制器的主要性能指標(biāo)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)開關(guān)按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。（2）存儲容量 存儲容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲容量。（3）掃描速度 一般以執(zhí)行 1000 步指令所需的時(shí)間來衡量，單位為 ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來計(jì)算，單位 us/步。（4）功能擴(kuò)展能力 可

18、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)。第四節(jié)第四節(jié) 可編程控制器的分類可編程控制器的分類通常 plc 產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類。（1）按結(jié)構(gòu)形式分類 按結(jié)構(gòu)形式不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式的 plc 是將電源、cpu、存儲器、輸入/輸出單元等各個(gè)功能部件集成在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，從而具有結(jié)構(gòu)經(jīng)湊、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，許多小型 plc 多采用這種機(jī)構(gòu)。模塊式的 plc 將各個(gè)功能部件做成獨(dú)立

19、模塊，如電源模塊、cpu 模塊、i/o 模塊等，然后進(jìn)行組合。（2）按控制規(guī)模分類 按控制規(guī)模大小，可分為小型、中型和大型 plc三種類型。 1）小型 plc。 型 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)在 256 點(diǎn)以下，存儲容量在 2k 步以內(nèi)，其中輸入輸出點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn)的 plc 又稱為超小型或微型 plc，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能。 2）中型 plc。 中型 plc 的開關(guān)量 i/o 點(diǎn)數(shù)通常在 2562048 點(diǎn)之間，用戶程序存儲器的容量為 28kb，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

20、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。 3）大型 plc。 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。第五節(jié)第五節(jié) plc 系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成plc 是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)上與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似，也是有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。3.5.1 plc 的硬件結(jié)構(gòu)的硬

21、件結(jié)構(gòu)一套 plc 系統(tǒng)在硬件上由以下幾部分組成：（1） 中央處理器(cpu) 與計(jì)算機(jī)一樣，是 plc 的核心部件。（2） 存儲器 plc 配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。（3） 輸入/輸出（i/o）接口電路。（4） 電源。（5） 擴(kuò)展單元。（6） 外部設(shè)備。3.5.2 plc 的軟件的軟件 plc 的軟件是指 plc 所使用的各種程序的集合。它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（用戶軟件）組成。（1） 系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序，輸入譯碼程序及診斷程序等。（2） 用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用 plc 的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。第六節(jié)第六節(jié) 可編程控制器的工

22、作方式可編程控制器的工作方式可編程控制器在進(jìn)入 run 狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲的地址號遞增的循序逐條執(zhí)行程序，即按循序逐條執(zhí)行程序直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，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 完成一次掃描過程所需的時(shí)間成為掃描周期。掃描周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。第七節(jié)第七節(jié) plc 的編程語言的編程語言plc 的編程語

23、言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用的較多，流程圖語言也在許多場合被采用。1. 梯形圖語言（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，即動合觸點(diǎn)和動斷觸點(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)。2. 助記符語言助記符語言是 plc 命令的語言表達(dá)式。用梯形圖編程雖然直觀、簡便，但要求 plc 配置較大的顯示器放可輸入圖

24、形符號，這在有些小型機(jī)上常難以滿足，所以助記符語言也是一種較常用的一種編程方式。不同型號的 plc，其助記符語言也不同，但其基本原理是相近的。編程時(shí)，一般先跟據(jù)要求編制梯形圖語言，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言。3. 順序功能圖語言順序功能圖 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)動作結(jié)束，下一動作開始。第八節(jié)第八節(jié) fx2n 系列系列 plc3.8.1 fx2n系列系列 plc 的內(nèi)部資源的內(nèi)部資源各種不同型號

25、和檔次的 plc 具有不同數(shù)量和功能的內(nèi)部資源，但構(gòu)成 plc基本特征的內(nèi)部軟元件是類似。下例為 fx2n系列小型 plc 的內(nèi)部資源。（1） 輸入觸點(diǎn) x（2） 輸出繼電器 y（3） 內(nèi)部繼電器 m（4） 定時(shí)器 t（5） 計(jì)算器 c（6） 數(shù)據(jù)寄存器 d、v、z（7） 常數(shù)指針3.8.2 fx2n系列系列 plc 的基本順控指令的基本順控指令1. fx2n系列可編程控制器的基本順序控制指令的助記符、功能、對應(yīng)梯形圖及可用軟元件如下表所示：第九節(jié)第九節(jié)plc 的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc 在國內(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)保及文化娛樂等各

26、個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1、開關(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，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。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。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(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。 3、運(yùn)動控

27、制 plc 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(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)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(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)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 4、過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(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

28、pid 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 5、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)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，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)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6、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，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展

29、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。第三章第三章plc 對機(jī)械手的控制對機(jī)械手的控制第一節(jié)第一節(jié) plc 的選型的選型考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，采用 plc 作為核心控制器，各控制對象都必須在 plc 的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作，同時(shí)考慮到工作流程和造價(jià)。所以我們采用日本三菱公司的 fx2n-32mr 型 plc(16 點(diǎn)輸入、16 點(diǎn)輸出)。三菱 fx2n 系列可編程控制器是小型化，高速度，高性能的產(chǎn)品，是 fx 系列中最高檔次的超小型程序裝置。性能規(guī)格：fx

30、2n 性能規(guī)格運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法 通過儲存的程序周期運(yùn)轉(zhuǎn) i/o 控制方法 批次處理方法（當(dāng)執(zhí)行 end 指令時(shí)） i/o 指令可以刷新運(yùn)轉(zhuǎn)處理時(shí)間 基本指令：0.08s 應(yīng)用指令：1.52 至幾百微秒 ，指令編程語言 邏輯梯形圖和指令清單 使用步進(jìn)梯形圖能生成 sfc 類型程序程式容量 8000 步內(nèi)置 。第二節(jié)第二節(jié) plc 的梯形圖的梯形圖操作方式操作方式 設(shè)備的操作方式一般可分為手動和自動兩大類，手動操作方式主要用于設(shè)備的調(diào)整，自動操作方式用于設(shè)備的自動運(yùn)行。 手動操作方式-手動操作：用單個(gè)按鈕接通或斷開各自對應(yīng)的負(fù)載。 -回原點(diǎn)：按下回原點(diǎn)按鈕，使設(shè)備自動回歸到原點(diǎn)位置。 自動操作方式-單

31、步運(yùn)行：每按一次啟動按鈕，設(shè)備前進(jìn)一個(gè)工步。 -單周期運(yùn)行：在原點(diǎn)位置時(shí)，按下啟動按鈕設(shè)備自動運(yùn)行一個(gè)周期后停止原位；途中按下停止按鈕，設(shè)備停止運(yùn)行；再按下啟動按鈕時(shí)，設(shè)備從斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行，直到原位停止。 -連續(xù)運(yùn)行：在原點(diǎn)位置按下啟動按鈕，設(shè)備按既定工序連續(xù)反復(fù)運(yùn)行。中途按下停止按鈕，設(shè)備運(yùn)行到原位停止。機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序機(jī)械手的操作系統(tǒng)程序 操作系統(tǒng)包括回原點(diǎn)程序，手動單步操作程序和自動連續(xù)操作程序，如圖 3所示。其原理是：把旋鈕置于回原點(diǎn)，x16 接通，系統(tǒng)自動回原點(diǎn)，y5 驅(qū)動指示燈亮。再把旋鈕置于手動，則 x6 接通，其常閉觸頭打開，程序不跳轉(zhuǎn)（cj 為一跳轉(zhuǎn)指令，如果 cj 驅(qū)動

32、，則跳到指針 p 所指 p0 處） ，執(zhí)行手動程序。之后，由于 x7 常閉觸點(diǎn)，當(dāng)執(zhí)行 cj 指令時(shí)，跳轉(zhuǎn)到 p1 所指的結(jié)束位置。如果旋鈕置于自動位置，（既 x6 常閉閉合、x7 常閉打開）則程序執(zhí)行時(shí)跳過手動程序，直接執(zhí)行自動程序。5.25.2 回原位程序回原位程序回原位程序如圖 4 所示。用 s10s12 作回零操作元件。應(yīng)注意，當(dāng)用s10s19 作回零操作時(shí)，在最后狀態(tài)中在自我復(fù)位前應(yīng)使特殊繼電器 m8043 置1。5.35.3 手動單步操作程序手動單步操作程序如圖 5 所示。圖中上升/下降，左移/右移都有聯(lián)鎖和限位保護(hù)。5.45.4 自動操作程序自動操作程序自動操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移見圖 6

33、所示。當(dāng)機(jī)械臂處于原位時(shí)，按啟動 x0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 s20，驅(qū)動下降 y0，當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位使行程開關(guān) x1 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 s21，而 s20 自動復(fù)位。s21 驅(qū)動 y1 置位，延時(shí) 1 秒，以使電磁力達(dá)到最大夾緊力。當(dāng) t0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 s22，驅(qū)動 y2 上升，當(dāng)上升到達(dá)最高位，x2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s23。s23 驅(qū)動 y3 右移。移到最右位，x3 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 s24 下降。下降到最低位，x1 接通，電磁鐵放松。為了使電磁力完全失掉，延時(shí) 1 秒。延時(shí)時(shí)間到，t1 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 s26 上升。上升到最高位，x2 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 s27 左移。左移到最左位，使 x

34、4 接通，返回初始狀態(tài)，再開始第二次循環(huán)動作。在編寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖時(shí)注意各狀態(tài)元件只能使用一次，但它驅(qū)動的線圈，卻可以使用多次，但兩者不能出現(xiàn)在連續(xù)位置上。因此步進(jìn)順控的編程，比起用基本指令編程較為容易，可讀性較強(qiáng)。第三節(jié)第三節(jié) 指令程序指令程序第四節(jié)第四節(jié)i/oi/o 接線圖接線圖機(jī)械手控制系統(tǒng)采用的 plc 型號或規(guī)格是 fx2n-32mr，表 1 是輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表。表 1 機(jī)械臂傳送系統(tǒng)輸入和輸出點(diǎn)分配表名 稱代號輸入名 稱代號輸入名 稱代號輸出啟動sb1x0左限位sq1x8單周期sb13x16停止sb2x1右限位sq3x9回原點(diǎn)啟動sb14x17上升sb3x2上限位sq2x10電磁

35、閥下降yv1y0下降sb4x3下限位sq4x11電磁閥上升yv2y1左移sb5x4手動sb9x12電磁閥左行yv3y2右移sb6x5自動sb10x13電磁閥右行yv4y3放松sb7x6回原點(diǎn)sb11x14電磁閥夾緊yv5y4夾緊sb8x7單步sb12x15第五節(jié)第五節(jié)相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試系統(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)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動控制部分的可靠性。軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開關(guān)和 plc 輸出端的指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號 i/o 時(shí)，可用電位器和萬用表進(jìn)行。調(diào)試時(shí)，可利用上述外部設(shè)備模擬各種現(xiàn)場開關(guān)和傳感器的

36、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。現(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)場的 plc 中。有時(shí) plc 也許只有一臺，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，只對控制電路進(jìn)行連機(jī)調(diào)試。通過現(xiàn)場連機(jī)調(diào)試信號的接入常常會發(fā)現(xiàn)軟硬件中的問題，有時(shí)廠家對某些控制功能進(jìn)行改造，反復(fù)調(diào)試后，控制系統(tǒng)才能交付使用。程序的運(yùn)行與調(diào)試程序的運(yùn)行與調(diào)試機(jī)械手 plc 控制系統(tǒng)程序編寫完成后，通過手編程器或在 pc 計(jì)算機(jī)編好程序后寫入到 plc 存儲器中。編好程序首

37、先要對照步進(jìn)流程圖進(jìn)行校對、修改、補(bǔ)充后，然后再進(jìn)行室內(nèi)模擬調(diào)試。把機(jī)械手的各限位開關(guān)、氣動電磁閥負(fù)載，在模擬板上用信號燈代替。運(yùn)行程序時(shí)，要觀察是否符合預(yù)計(jì)的動作要求，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤立即修改和調(diào)整程序，直到滿足工藝流程要求。室內(nèi)模擬調(diào)試完成后，把程序固化在 plc 中，可以進(jìn)入現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行調(diào)試階段。這時(shí)先不帶負(fù)載，只帶上驅(qū)動電磁閥的線圈，而與之連接的機(jī)械負(fù)載則脫開，再連上必要的指示信號燈，即空載運(yùn)行調(diào)試。在空載運(yùn)行調(diào)試階段時(shí)，可以按運(yùn)行方式如回原點(diǎn)、點(diǎn)動、手動操作、單周期運(yùn)行等逐步進(jìn)行，最后進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試。在調(diào)試運(yùn)行中，可借助于步進(jìn)流程圖，判斷故障原因與部位，隨時(shí)查清原因，及時(shí)采取修改程序或接線

38、等措施予以排除。如果運(yùn)行正常了，則可以進(jìn)入帶負(fù)載運(yùn)行調(diào)試階段。將各電磁閥連接上機(jī)械負(fù)載，并通過操作按鈕按機(jī)械手工藝順序，手動運(yùn)行各機(jī)械部份看動作是否正常，如上升、下降、左移、右移、夾緊動作順序，有無機(jī)械位置干涉等現(xiàn)象。如有機(jī)械干涉可通過調(diào)整各個(gè)接近開關(guān)的安裝位置等措施解決，還可以通過調(diào)節(jié)其距離來控制機(jī)械手動作的范圍。經(jīng)仔細(xì)調(diào)整一切正常后，就可以啟動 plc 進(jìn)行自動運(yùn)轉(zhuǎn)。但在自動運(yùn)轉(zhuǎn)階段時(shí)，必須密切注意觀察機(jī)械手各部件動作，如有異常立即按緊急停止按鈕停車檢查。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，如遇干擾一般要采取以下措施來解決如：檢查 plc 控

39、制柜、氣動電磁閥等接地是否良好（一定要分別接地） ；清查接線看強(qiáng)弱電信號線有無分開敷設(shè)；在 plc 輸入通道加接硬件濾波（如阻容濾波）或改變軟件數(shù)字濾波時(shí)間常數(shù)；在感性負(fù)載兩端加阻容吸收回路或加接防浪涌反向二極管電路等。通過對機(jī)械手 plc 控制系統(tǒng)的室內(nèi)模擬調(diào)試和現(xiàn)場帶負(fù)載運(yùn)行調(diào)試工作，我深切體會到以上調(diào)試原則和步驟的重要性，往往遇到問題按學(xué)過的知識和方法去處理就能順利解決了。第六節(jié)第六節(jié) 材料清單材料清單表 4.7 系統(tǒng)所需設(shè)備、工具、材料明細(xì)表名 稱型 號 或 規(guī) 格數(shù) 量可編程控制器fx2n-32mr1 臺雙線圈電磁閥vf32302 只單線圈電磁閥vf31301 只按鈕la10h-1h

40、9 個(gè)限位開關(guān)lx19-1114 個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)lw6-51 個(gè)熔斷器rc1a-30/151 只連接導(dǎo)線若干第七節(jié)第七節(jié) 不足和改進(jìn)不足和改進(jìn)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然參考了大量的書籍，也經(jīng)過輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)，但我仍然深知有許多不足與需要改進(jìn)的地方。比如說在設(shè)計(jì)機(jī)械手操作面板時(shí)沒有考慮到設(shè)計(jì)相應(yīng)動作完成的指示燈，有了指示燈操作會變得很直觀，操作會變得很方便。還有，在機(jī)械手的放松位置，最好應(yīng)安裝一個(gè)光電開關(guān)，用來檢測工件是否已脫離機(jī)械手。雖然夾鉗它是通過延時(shí) 1.7s 來表示夾緊、松開的動作完成的。但不排除會遇到特殊情況，很有可能 1.7s 后工件會因某特殊情況未能與機(jī)械手脫離，但機(jī)械手會依舊自動執(zhí)行下一個(gè)動作

41、，造成不可估量的后果。有了光電開關(guān)就不會出現(xiàn)這種情況，整個(gè)工作流程會更加的保險(xiǎn)、安全。諸如此類不足之處應(yīng)該還有好多，希望各位指導(dǎo)老師能當(dāng)面指出為我改善本次設(shè)計(jì)。學(xué)生不勝感激第五章第五章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)通過機(jī)械手 plc 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，讓我體會到設(shè)計(jì)需要技術(shù)經(jīng)驗(yàn)更需要孜孜不倦的工作態(tài)度，從選擇控制系統(tǒng)到選擇 plc 編程語言的選擇，從元?dú)饧睦碚撨x擇到具體元?dú)饧馁徶?，都要求設(shè)計(jì)人員工作要更加細(xì)致，要考慮設(shè)計(jì)的可行性，經(jīng)濟(jì)性。通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認(rèn)識了將來電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我作為一名學(xué)生即將