基于PLC的機(jī)械手

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：基于PLC的機(jī)械手自動(dòng)分揀裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓 名： 胡 治 國(guó) 學(xué) 號(hào)： 0904010108 指 導(dǎo) 教 師： 王 丹 丹 (講師) 專 業(yè)： 測(cè) 控 技 術(shù) 與 儀 器 班 級(jí)： 01 班 所 在 學(xué) 院： 電 氣 信 息 學(xué) 院 2013 年 5 月目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 課題背景11.2 設(shè)計(jì)目的和意義11.3 研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)11.4 研究的主要內(nèi)容2第二章 可編程控制器32.1 PLC的簡(jiǎn)介32.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)32.3 PLC 的工作原理52.4 PLC的選擇方法6第三章 系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)93.1系統(tǒng)的控制要求

2、93.2 系統(tǒng)的總體方案103.3 PLC選型及I/O地址分配113.4 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)12第四章 系統(tǒng)的MCGS組態(tài)設(shè)計(jì)194.1 MCGS組態(tài)的概述194.2 系統(tǒng)的MCGS組態(tài)設(shè)計(jì)22第五章 MCGS與模擬設(shè)備的連接27結(jié) 論29致 謝31參考文獻(xiàn)33附 錄35摘 要機(jī)械手自動(dòng)分揀裝置是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置。該裝置主要由物料的送料過(guò)程、機(jī)械手的自動(dòng)控制過(guò)程和物料的傳送和分揀過(guò)程組成。送料過(guò)程是將物料送到指定位置；機(jī)械手的自動(dòng)控制過(guò)程是將物料從指定位置搬運(yùn)到相應(yīng)的位置；傳送和分揀過(guò)程是根據(jù)物料性質(zhì)的不同，通過(guò)電容傳感器和電感傳感器的檢測(cè)分揀金

3、屬和非金屬，并通過(guò)了推桿推到相應(yīng)的地方。這三個(gè)過(guò)程均采用的是PLC控制，主要內(nèi)容是完成對(duì)機(jī)械手控制過(guò)程的設(shè)計(jì)，能完成手動(dòng)、單周期、單步和連續(xù)工作四種工作方式。同時(shí)，通過(guò)MCGS組態(tài)軟件對(duì)機(jī)械手自動(dòng)分揀系統(tǒng)完成人際界面的設(shè)計(jì)，能夠在與模擬設(shè)備連接下運(yùn)行，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制。此次設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：機(jī)械手；PLC；MCGSIAbstractManipulator automatic sorting device a kind of automatic device, which is used in the automatic production pr

4、ocess with grabbing and moving the workpiece . The device is mainly composed of material feeding process, automatic control of the manipulator and the material delivery and sorting process. Feeding process will sent material to the specified location; Manipulator of the automatic control process is

5、to move the materials from the specified location to the corresponding position; According to the properties of materials, delivery and sorting process will sort metallic and non-metallic by capacitance sensor and inductive sensor detection, and through the push rod to the appropriate place. These t

6、hree process are all under PLC control. And the main content is to complete the design of manipulator control process, which can be done in four ways of working, namely manual operation, single cycle, single step and continuous work. At the same time, the MCGS configuration software can complete the

7、 human interface design for the manipulator automatic sorting system. And it can be connected to the analog devices, to monitor and control system by users. This design mainly realized the configuration design of the manipulator automatic control system.Keywords: manipulator；PLC；MCGSII武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章

8、 緒論1.1 課題背景 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。尤其在需要進(jìn)行物料分揀的企業(yè)，以往一直采用人

9、工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力差，用工業(yè)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)物料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的最佳選擇1。1.2 設(shè)計(jì)目的和意義機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種裝置，是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器的各種優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能性和適應(yīng)性。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。雖然相比于人類來(lái)說(shuō)機(jī)械手的靈活性較差，但由于人工操作進(jìn)行簡(jiǎn)單操作的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低，不僅生產(chǎn)成本較高，而且容易受其他各方面因素影響。而機(jī)械手可以解決這些方面的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)機(jī)械手的控制來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，不僅能提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，還能降低

10、成本，生產(chǎn)情況也比較穩(wěn)定且能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，更重要的是機(jī)械手能代替人們從事危險(xiǎn)性較高的工作，通過(guò)對(duì)機(jī)械手進(jìn)行遠(yuǎn)程控制來(lái)完成一些難以完成的工作，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中抓取和移動(dòng)工件的自動(dòng)化和高效化。1.3 研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)械于主要用于機(jī)床加工、鑄鍛、熱處理等方面，數(shù)量、品種、性能方面都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，國(guó)內(nèi)主要是逐步擴(kuò)大機(jī)械手應(yīng)用范圍，重點(diǎn)發(fā)展鑄鍛、熱處理方面的機(jī)械手，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，有條件的還要研制示教式機(jī)械手、計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手和組合式

11、機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及適于不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不同的作業(yè)要求，選用不用的典型部件，即可組成各種不同用途的機(jī)械手。既便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高精度，減少?zèng)_擊，定位精確，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺(jué)、視覺(jué)等性能地機(jī)械手，并考慮于計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。在國(guó)外機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料，以及點(diǎn)焊、噴漆等作業(yè)中，它可按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，但是還不具

12、備任何傳感反饋能力，不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時(shí)，就將引起零部件甚至機(jī)械手本身的損壞。為此，國(guó)外機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)是大力研制具有某些智能的機(jī)械手，使其擁有一定的傳感能力，能反饋外界條件的變化，做出相應(yīng)的變更。如位置稍有偏差時(shí)，即能更正，并自行檢測(cè)?？傊S著傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手的裝配作業(yè)的能力將進(jìn)一步提高?，F(xiàn)今機(jī)械手的發(fā)展更主要的是將機(jī)械手和柔性制造系統(tǒng)以及柔性制造單元相結(jié)合，從而根本改變目前機(jī)械制造系的人工操作狀態(tài)。1.4 研究的主要內(nèi)容 本文在對(duì)機(jī)械手自動(dòng)分揀裝置系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，著重剖析PLC在該系統(tǒng)中的軟件編程控制，這關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的成敗。并通過(guò)MCGS組態(tài)軟件來(lái)完成對(duì)機(jī)械

13、手的整個(gè)過(guò)程的設(shè)計(jì)。最后，將MCGS與PLC設(shè)備連接進(jìn)行人機(jī)界面的監(jiān)測(cè)和控制。主要的工作有以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）送料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括執(zhí)行送料過(guò)程中的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及PLC控制程序。（2）傳送和分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括傳送和分揀過(guò)程中的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及PLC控制程序。（3）機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括機(jī)械手搬運(yùn)過(guò)程中的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及PLC控制程序。控制系統(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它按規(guī)定的要求和時(shí)序進(jìn)行工作。本機(jī)械手采用可編程控制器，PLC對(duì)機(jī)械手進(jìn)行控制，主要包括對(duì)PLC的型號(hào)選擇、I/O口的選擇、對(duì)控制系統(tǒng)原理圖、自動(dòng)程序梯形圖的繪制等內(nèi)容。（4）機(jī)械手控制系統(tǒng)的MCGS組態(tài)設(shè)計(jì)；主要是實(shí)現(xiàn)良好

14、的人機(jī)界面，方便用戶較好的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（5）MCGS與模擬設(shè)備的連接。- 44 -第二章 可編程控制器2.1 PLC的簡(jiǎn)介可編程序控制器（programmable controller），現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為PLC（programmable logic controller），它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置2。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。PLC是由模仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首

15、先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。對(duì)于相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，

16、在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。2.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的。如圖2.

17、1所示為PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖 3。（1）中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映像區(qū), 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)，并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將I/O映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，

18、如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。編程器中央處理單元（CPU）輸 入 電 路輸 出 電 路路系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)用戶程序存儲(chǔ)區(qū)電源2.1 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖（2）存儲(chǔ)器圖PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映像區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序

19、等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映像區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。（A）I/O映像區(qū)由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作I/O映像區(qū)。一個(gè)開關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit)。因此，整個(gè)I/O映像區(qū)可看作由開關(guān)量的

20、I/O映像區(qū)和模擬量的I/O映像區(qū)兩部分組成。（B）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)除了I/O映像區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來(lái)說(shuō)，隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過(guò)對(duì)于新型的PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。（3）常用的I/O

21、常用的I/O分類有：開關(guān)量，按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離；模擬量，按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。（4）PLC電源PLC電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無(wú)論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是

22、一樣的，均能對(duì)PLC內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去?？删幊绦蚩刂破饕话闶褂玫氖?20V交流電源。其內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供?？删幊绦蚩刂破魇菑睦^電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。2

23、.3 PLC 的工作原理在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)，或切換到STOP工作狀態(tài)?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。掃描周期可編程序控制器在運(yùn)行工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖2.2所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1100ms4。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、

24、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。掃描周期還包括自診斷、通信等。每次掃描過(guò)程可分為三個(gè)主要階段。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)行圖2.2 PLC的掃描運(yùn)行方式（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段在

25、用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。（3）輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU按照I/O映像區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。2.4 PLC的選擇方法1PLC機(jī)型的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，從應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，

26、通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流

27、輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。3.電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。4.存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技

28、術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。5.經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能

29、價(jià)格比。第三章 系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的控制要求機(jī)械手自動(dòng)分揀裝置是一種高速自動(dòng)化生產(chǎn)線上的金屬與非金屬自動(dòng)分揀設(shè)備，其方法是物料盤負(fù)責(zé)輸送物料，一旦有物料進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，則啟動(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)機(jī)構(gòu)；然后機(jī)械手快速定位到物料的正上方，下降抓取物料、提升并釋放至指定位置；待物料被釋放后，傳送裝置聯(lián)動(dòng)，并根據(jù)金屬與非金屬的特點(diǎn)進(jìn)行分揀；機(jī)械手則迅速返回，等待下一輪分揀抓取。整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如圖3.1所示，工藝流程如下所示。（1）按啟動(dòng)按扭后，啟動(dòng)送料電機(jī)驅(qū)動(dòng)放料盤旋轉(zhuǎn)，物料由送料槽滑到物料提升位置，物料檢測(cè)光電傳感器開始檢測(cè)； （2）如果送料電機(jī)運(yùn)行一定時(shí)間后，并且物料檢測(cè)光電傳感器仍未檢測(cè)到物料，

30、則說(shuō)明送料機(jī)構(gòu)已經(jīng)無(wú)物料，這時(shí)要停機(jī)并報(bào)警； （3）當(dāng)物料檢測(cè)光電傳感器檢測(cè)到有物料，將發(fā)出信號(hào)，上料單向電磁閥驅(qū)動(dòng)上料，機(jī)械手臂下降，手爪抓緊物體，然后手臂手爪上升到上限位，手臂向右旋轉(zhuǎn)到右限位，手臂下降至下限位，手爪放松物體，將物料放到傳送帶上； （4）傳送帶輸送物料，傳感器則根據(jù)物料性質(zhì)（金屬和非金屬），分別控制相應(yīng)電磁閥使氣缸動(dòng)作，對(duì)物料進(jìn)行分揀； （5）最后機(jī)械手返回原位重新開始下一個(gè)流程。圖3.1 機(jī)械手自動(dòng)分揀裝置工作流程為了滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手需要設(shè)置手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。（1）手動(dòng)工作方式利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一步動(dòng)作進(jìn)行控制

31、。例如，按下“下降”按鈕，機(jī)械手下降；按下“上升”按鈕，機(jī)械手上升。手動(dòng)操作可用于調(diào)整工作位置和緊急停車后機(jī)械手返回原點(diǎn)。（2）單步工作方式每按一次操作按鈕，機(jī)械手就完成一個(gè)工作步。例如，按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手就開始下降，下到左工位壓動(dòng)下限位開關(guān)自停，欲使之運(yùn)行下一個(gè)工作步，必須再按一次啟動(dòng)按鈕等。（3）單周期工作方式 機(jī)械手在原位壓左限位開關(guān)和上限位開關(guān)。按一次啟動(dòng)按鈕機(jī)械手開始下降，下降到左工位壓動(dòng)下限位開關(guān)后自停；接著機(jī)械手夾緊物料后開始上升，上升到原位壓動(dòng)上限位開關(guān)后自停；接著機(jī)械手開始右行直至壓動(dòng)右限位開關(guān)后自停；接著機(jī)械手下降，下降到右工位壓動(dòng)下限位開關(guān)（兩個(gè)工位用一個(gè)下限位開關(guān)）后

32、自停；接著機(jī)械手放松物料后開始上升直至壓動(dòng)上限位開關(guān)后自停（兩個(gè)工位用一個(gè)下限位開關(guān)）；接著機(jī)械手開始左行直至壓動(dòng)左限位開關(guān)后自停。至此一個(gè)周期的結(jié)束，再按一次啟動(dòng)按鈕則開始下一個(gè)周期的運(yùn)行。（4）連續(xù)工作方式啟動(dòng)后機(jī)械手反復(fù)運(yùn)行單周期方式中的動(dòng)作過(guò)程，即周期性連續(xù)運(yùn)行。3.2 系統(tǒng)的總體方案 電機(jī)驅(qū)動(dòng)線圈根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，該P(yáng)LC系統(tǒng)的硬件部分主要是輸入接口端與輸出接口端的信號(hào)地址選擇。其輸入接口端有運(yùn)行方式選擇開關(guān)信號(hào)、限位開關(guān)信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)和內(nèi)指令信號(hào)，這些信號(hào)將通過(guò)輸入接口電路在掃描周期存入映像寄存器，以供PLC內(nèi)部的程序執(zhí)行，執(zhí)行后的輸出信號(hào)存在另一映像寄存器，將通過(guò)輸出接口輸出，

33、在輸出接口端主要是電機(jī)驅(qū)動(dòng)線圈、指示燈信號(hào)、推桿驅(qū)動(dòng)線圈和電磁閥線圈。其基本結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示。運(yùn)行方式選擇開關(guān)信號(hào)檢測(cè)信號(hào)內(nèi)指令信號(hào)限位開關(guān)信號(hào)輸入接口PLC推桿驅(qū)動(dòng)線圈指示燈信號(hào)電磁閥線圈輸出接口圖3.2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)可以采用不同的PLC型號(hào)，例如西門子，三菱，歐姆龍等，綜合考慮價(jià)格以及系統(tǒng)規(guī)模因素，選用歐姆龍系列的PLC更加合理一些。根據(jù)系統(tǒng)的工作流程，可以將系統(tǒng)的軟件部分采用順序控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，順序控制方式既可以采用步控制指令，也可以采用移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果采用步控制指令實(shí)現(xiàn)功能，程序清晰明了，分布明顯，但程序較長(zhǎng)；如果采用移位寄存器實(shí)現(xiàn)功能，程序較為復(fù)雜，但程序比較簡(jiǎn)明

34、，而且系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程更好一些。綜合上述兩種情況，本次設(shè)計(jì)選擇移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制過(guò)程。3.3 PLC選型及I/O地址分配（1）輸入信號(hào)啟動(dòng)按鈕和停止按鈕需要兩個(gè)輸入端子；物料盤和傳送帶物料檢測(cè)信號(hào)：用光電開關(guān)作檢測(cè)元件，需要兩個(gè)輸入端子；手指抓緊檢測(cè)信號(hào)：同樣用光電開關(guān)檢測(cè)元件，需要一個(gè)輸入端子；物料臺(tái)限位開關(guān)：上升和下降，需要兩個(gè)輸入端子；機(jī)械手臂限位開關(guān)：上升，下降，左旋和右旋，需要四個(gè)輸入端子；機(jī)械手工作方式選擇開關(guān)：有手動(dòng)、單步、單周期和連續(xù)四種工作方式，需要四個(gè)輸入端子；機(jī)械手手動(dòng)方式動(dòng)作選擇開關(guān)：有上升/下降，左旋/右旋，抓緊和放松三個(gè)，需要三個(gè)輸入端子；金屬和非金屬檢測(cè)信號(hào)：

35、用電感傳感器和電容傳感器分別作檢測(cè)元件，需要兩個(gè)輸入端子。以上共需要20個(gè)輸入信號(hào)。（2）輸出信號(hào) PLC的輸出用于控制機(jī)械手的下降、上升、右旋、左旋、抓/放，共需要5個(gè)輸出點(diǎn)；物料盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)、上料單向電磁驅(qū)動(dòng)和傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)，共需要三個(gè)輸出點(diǎn)；送料指示、機(jī)械手指抓緊和放松指示，共需要三個(gè)輸出點(diǎn)；分揀金屬和非金屬的推桿驅(qū)動(dòng)，需要兩個(gè)輸出點(diǎn)。以上共需要有13個(gè)輸出點(diǎn)。由于該系統(tǒng)的控制屬于開關(guān)量控制，在功能上未提出特殊要求，因此任何型號(hào)的小型PLC均可滿足要求。根據(jù)所需的I/O總點(diǎn)數(shù)并留有一定的備用量，可選用歐姆龍系列的40點(diǎn)型CPM1A型，其輸入有24點(diǎn)，輸出有16點(diǎn)。PLC的輸入輸出端子分配表

36、，如表3-1所示。其外部接線圖見(jiàn)附錄一。表3-1 PLC輸入輸出分配表輸 入輸 出啟動(dòng)按鈕SB000000物料盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)接觸器KM120000停止按鈕SB100001上料單向電磁閥驅(qū)動(dòng)線圈KM320002手指抓緊檢測(cè)開關(guān)LS100002送料指示燈L20003手臂左旋限位開關(guān)LS200003手臂左旋電磁閥線圈YV101000手臂右旋限位開關(guān)LS300004手臂右旋電磁閥線圈YV201001手臂上升限位開關(guān)LS400005手臂上升電磁閥線圈YV301002手臂下降限位開關(guān)LS500006手臂下降電磁閥線圈YV401003物料盤光電開關(guān)PS100007手指抓/放電磁閥線圈YV501004傳送帶光電開

37、關(guān)PS200008傳送帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)接觸器KM220001物料臺(tái)上升限位開關(guān)LS600100推桿1（金屬）驅(qū)動(dòng)線圈KM420004物料臺(tái)下降限位開關(guān)LS700101推桿2（非金屬）驅(qū)動(dòng)線圈KM520005電感傳感器LS800102夾緊指示燈01005電容傳感器LS900103放松指示燈01006單步方式00104單周期方式00105連續(xù)方式00106手動(dòng)方式00107上升/下降選擇00009左旋/右旋選擇00010抓緊/放松選擇000113.4 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.4.1 送料機(jī)構(gòu)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械手自動(dòng)分揀裝置的第一部分是送料機(jī)構(gòu)，它是負(fù)責(zé)所有將所有的物料在放料轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)下，逐個(gè)通過(guò)物

38、料滑槽，等待提升氣缸從提升臺(tái)向上運(yùn)送。送料機(jī)構(gòu)主要由放料轉(zhuǎn)盤，物料滑槽和提升臺(tái)三部分組成。在物料下滑到指定位置處用光電漫反射型傳感器進(jìn)行物料檢測(cè)，主要是為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)。如果有物料在提升臺(tái)上，就會(huì)驅(qū)動(dòng)提升氣缸提升物料；如果運(yùn)行中，光電傳感器沒(méi)有檢測(cè)到物料并保持一定的時(shí)間后，讓系統(tǒng)停機(jī)然后報(bào)警。提升臺(tái)采用的是上料氣缸進(jìn)行動(dòng)作，而上料氣缸使用的是單向電控氣閥。當(dāng)電控氣閥得電，物料提升臺(tái)上升，當(dāng)電控氣閥斷電，則物料提升臺(tái)下降。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)之前，先畫出送料的控制流程圖，如圖3.3所示。送料機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單程序梯形圖見(jiàn)附錄二。其功能分析如下。（1）按下啟動(dòng)按鈕SB0，保持繼電器保持信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)線圈

39、200.00通電，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，開始送料；（2）當(dāng)物料檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到有物料下滑到指定位置時(shí)，上料單向電磁閥驅(qū)動(dòng)線圈200.02通電，氣缸動(dòng)作；（3）當(dāng)物料檢測(cè)開關(guān)沒(méi)有檢測(cè)到有物料下滑到指定位置15s后，轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)，并將保持繼電器復(fù)位，系統(tǒng)停止運(yùn)行；（4）用一個(gè)送料指示燈來(lái)顯示送料過(guò)程的運(yùn)行，在正常運(yùn)行時(shí)指示燈亮，正常停止時(shí)指示燈滅，故障運(yùn)行時(shí)指示燈閃爍。圖3.3 送料的控制流程圖3.4.2 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī)械手分揀裝置的搬運(yùn)機(jī)構(gòu)能完成三個(gè)自由度動(dòng)作，手臂上升下降、手臂左右旋轉(zhuǎn)、手爪緊松。主要由兩個(gè)雙向電控氣閥和一個(gè)單向電控氣閥來(lái)控制手臂手指的動(dòng)作。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)之前，先畫出機(jī)械手的控

40、制流程圖，如圖3.4所示。在流程圖中，能清楚地看到機(jī)械手每一步的動(dòng)作內(nèi)容及步間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。根據(jù)流程圖，設(shè)計(jì)出應(yīng)用程序的總體方案如圖3.5所示。把整個(gè)程序分成兩大塊，即手動(dòng)和自動(dòng)兩部分。當(dāng)開關(guān)撥到手動(dòng)方式時(shí)，輸入點(diǎn)1.07位ON，其常開觸點(diǎn)接通，開始執(zhí)行手動(dòng)程序；當(dāng)選擇開關(guān)撥到單步、單周期或連續(xù)方式時(shí)，輸入點(diǎn)1.07斷開，其常閉觸點(diǎn)閉合，開始執(zhí)行自動(dòng)程序。至于執(zhí)行自動(dòng)方式的哪一種，則取決于方式選擇開關(guān)是在單步、單周期還是連續(xù)的位置上。圖3.4 機(jī)械手的自動(dòng)運(yùn)行控制流程圖手動(dòng)程序自動(dòng)程序圖3.5 程序的總體方案根據(jù)要求設(shè)計(jì)的手動(dòng)控制程序的梯形圖見(jiàn)附錄三，此時(shí)工作方式選擇開關(guān)是撥在手動(dòng)位置上的，對(duì)其

41、功能有如下分析。（1）上升/下降的控制（工作方式選擇開關(guān)撥在手動(dòng)位）手動(dòng)控制機(jī)械手的升/降、左/右旋、物料的夾緊/放松操作，是通過(guò)方式開關(guān)、啟動(dòng)和停止按鈕的配合來(lái)完成的。欲進(jìn)行機(jī)械手上升/下降操作時(shí)，要把動(dòng)作選擇開關(guān)撥在升/降位。使0.09接通。下降操作：按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，輸入點(diǎn)0.00接通，則10.03（下降電磁閥線圈）接通使機(jī)械手下將，松開按鈕則機(jī)械手停。當(dāng)按住啟動(dòng)按鈕不放時(shí)，機(jī)械手下降到位壓動(dòng)下限位開關(guān)0.06時(shí)自停。上升操作：按下停止按鈕時(shí)輸入點(diǎn)0.01接通，則10.02（上升電磁閥線圈）接通使機(jī)械手上升，松開按鈕時(shí)機(jī)械手停。當(dāng)按住停止按鈕不放時(shí)，機(jī)械手上升到位壓動(dòng)上限位開關(guān)0.05后自

42、停。（2）夾緊/放松控制（工作方式選擇開關(guān)撥在手動(dòng)位）只有機(jī)械手停在左或右工作位且下限位開關(guān)0.06受壓（其常開觸點(diǎn)接通）時(shí)，夾緊/放松操作才能進(jìn)行。要把動(dòng)作選擇開關(guān)撥在夾緊/放松位，使其輸入點(diǎn)0.11接通。若機(jī)械手停在左工作位且此時(shí)有物料時(shí)，當(dāng)按住啟動(dòng)按鈕時(shí)有如下動(dòng)作：其一，10.04被置位，機(jī)械手開始夾緊物料；其二，10.05位ON，夾緊動(dòng)作指示燈亮，表示正在進(jìn)行夾緊的動(dòng)作；其三，TIM003開始夾緊定時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到且?jiàn)A緊動(dòng)作指示燈滅時(shí)，方可松開按鈕。此時(shí)10.04仍保持接通狀態(tài)，TIM003被復(fù)位。若機(jī)械手停在右工作位且?jiàn)A有物料時(shí)，當(dāng)按住停止按鈕時(shí)有如下動(dòng)作：其一，10.04被復(fù)位，機(jī)

43、械手開始放松物料；其二，10.06位ON使放松動(dòng)作指示燈亮，表示正在進(jìn)行放松的動(dòng)作；其三，TIM004開始放松定時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到且放松動(dòng)作指示燈滅時(shí)，方可松開按鈕。此時(shí)10.04仍保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，TIM004被復(fù)位。（3）左旋/右旋控制（工作方式選擇開關(guān)撥在手動(dòng)位）把動(dòng)作選擇開關(guān)撥到左旋/右旋位，使輸入點(diǎn)0.10接通。右旋的操作：按住啟動(dòng)按鈕0.00,10.01（右旋電磁閥線圈）得電使機(jī)械手右旋，松開按鈕則機(jī)械手停。當(dāng)按住啟動(dòng)按鈕不動(dòng)時(shí)，機(jī)械手右旋，右旋到位壓動(dòng)右限位開關(guān)0.04時(shí)自停。左旋的操作：按住停止按鈕0.01,10.00（左旋電磁閥線圈）得電使機(jī)械手左旋，松開按鈕則機(jī)械手停。當(dāng)按住停止

44、按鈕不動(dòng)時(shí)，機(jī)械手左旋，左旋到位壓動(dòng)左限位開關(guān)0.03時(shí)自停。根據(jù)要求設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制程序的梯形圖見(jiàn)附錄四，對(duì)其功能有如下分析。（1）連續(xù)運(yùn)行方式的控制（工作方式選擇開關(guān)撥到連續(xù)位上）連續(xù)運(yùn)行方式的啟動(dòng)須從原位開始。如果機(jī)械手沒(méi)在原位，要用手動(dòng)操作讓機(jī)械手返回原位才可以運(yùn)行。 方式選擇開關(guān)撥在連續(xù)位且輸入點(diǎn)1.06接通，使KEEP2.00置位，且使SFT得移位脈沖輸入端接通。移位寄存通道201是由停止按鈕0.01進(jìn)行復(fù)位的。由于機(jī)械手在原位，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)受壓，常開觸點(diǎn)0.05和0.03都閉合，因此按一下啟動(dòng)按鈕，則向移位寄存器發(fā)出第一個(gè)移位脈沖。第一次移位使201.00位“1”，當(dāng)物料

45、光電傳感器檢測(cè)到有物料時(shí)，即0.07變?yōu)镺N，從而使10.03為ON，自此機(jī)械手開始下降，且0.05和0.03均變?yōu)镺FF。當(dāng)機(jī)械手下降至左工位并壓動(dòng)下限開關(guān)時(shí)，0.06的常開觸點(diǎn)閉合，于是移位寄存器移位一次。由于機(jī)械手離開了原位，且串聯(lián)在移位輸入端的常開觸點(diǎn)0.00、0.05和0.03都是斷開的，所以這次移位使201.00變?yōu)椤?”，而201.01變?yōu)椤?”。201.01為“1”的作用是：使HR0.00置位，10.04為ON，物料夾緊動(dòng)作開始；使加緊指示燈亮；使夾緊定時(shí)器TIM000開始定時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到（即夾緊到位）時(shí)，加緊指示燈滅，而移位寄存器又移位一次，使201.01變?yōu)椤?”。而20

46、1.02變?yōu)椤?”。201.02為“1”使10.02為ON，自此機(jī)械手開始上升。當(dāng)機(jī)械手上升到原位時(shí)壓動(dòng)上限位開關(guān)0.05，使10.02斷電，上升動(dòng)作停止，同時(shí)移位寄存器又移位一次，使201.02變?yōu)椤?”，而201.03變?yōu)椤?”。201.03為“1”使10.01為ON，自此機(jī)械手開始右旋。當(dāng)機(jī)械手向右旋至壓動(dòng)右限位開關(guān)0.04時(shí)，使10.01斷電，右旋停止，同時(shí)移位寄存器又移位一次，使201.03變?yōu)椤?”，而201.04變?yōu)椤?”。201.04為“1”時(shí)，若檢測(cè)到右工位沒(méi)有物料，且傳送帶上的光電開關(guān)常閉觸點(diǎn)0.08接通時(shí)，使10.03再次為ON，自此機(jī)械手開始下降。當(dāng)機(jī)械手下降到右工位壓

47、動(dòng)下限位開關(guān)0.06時(shí)，10.03斷電，下降動(dòng)作停止，同時(shí)移位寄存器又移位一次，使201.04變?yōu)椤?”，而201.05變?yōu)椤?”。若檢測(cè)到右工位有工件，使常閉觸點(diǎn)0.08斷開時(shí)，則機(jī)械手停在右上方不動(dòng)。只有拿掉右工位的物料，機(jī)械手才開始下降。201.05為“1”的作用是：使HR0.00和10.04復(fù)位，物料放松動(dòng)作開始；使放松動(dòng)作指示燈亮；放松定時(shí)器TIM001開始定時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到（即放松到位）時(shí)，放松指示燈滅，而移位寄存器又移位一次，使201.05變?yōu)椤?”，201.06變?yōu)椤?”。201.06為“1”使10.02再次為ON，自此機(jī)械手開始上升。當(dāng)機(jī)械手上升至壓動(dòng)上限位開關(guān)0.05時(shí)，1

48、0.02斷電，上升動(dòng)作停止，同時(shí)移位寄存器又移位一次，使201.06變?yōu)椤?”，而201.07變?yōu)椤?”。201.07為“1”使10.00為ON，自此機(jī)械手開始左旋。當(dāng)機(jī)械手左旋到位時(shí)，壓動(dòng)左限位開關(guān)0.03,10.00斷電。左旋停止，移位寄存器又移位一次。由于201.07和KEEP2.00一直為ON，所以SFT的數(shù)據(jù)輸入端為“1”。這樣，本次移位使201.00又變?yōu)椤?”，隨之開始了下一個(gè)周期的運(yùn)行。（2）單周期運(yùn)行方式的控制（方式選擇開關(guān)撥在單周期位）方式選擇開關(guān)撥在單周期位時(shí)使1.05接通，其常開觸點(diǎn)閉合使KEEP2.00被復(fù)位，所以當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到一個(gè)循環(huán)的最后一步結(jié)束，且201.07和

49、左限位0.03為ON，因KEEP2.00已斷開而使SFT得數(shù)據(jù)輸入為“0”，不能使201.00再置位，因此只能在一個(gè)周期結(jié)束時(shí)停止運(yùn)行，要想進(jìn)入下一個(gè)周期的運(yùn)行，必須再按一次啟動(dòng)按鈕。（3）單步運(yùn)行方式的控制（方式選擇開關(guān)撥在單步位）單步方式時(shí)，SFT的移位輸入端是常開觸點(diǎn)0.00和1.04的串聯(lián)，所以按一次啟動(dòng)按鈕發(fā)出一個(gè)移位脈沖，機(jī)械手只完成一步的動(dòng)作就停止。例如，當(dāng)201.00接通機(jī)械手下降到位時(shí)，0.06被接通，但此時(shí)若不再按一下啟動(dòng)按鈕，則移位信號(hào)不能送到SFT的移位輸入端，因此機(jī)械手只能在一步結(jié)束時(shí)停止運(yùn)行。方式選擇開關(guān)撥在單步位，1.04接通，其常開觸點(diǎn)閉合，使KEEP2.00被

50、置位。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行到一個(gè)循環(huán)的最后一步結(jié)束（即201.07和0.03為ON）時(shí)，由于移位輸入端的201.07和KEEP2.00接通，因此若再按一次啟動(dòng)按鈕能使201.00再置位，即進(jìn)入下一個(gè)周期的第一步。（4）自動(dòng)方式下誤操作的禁止連續(xù)、單周期、單步都屬于自動(dòng)方式的運(yùn)行。為了防止誤操作，本設(shè)計(jì)編寫了相應(yīng)的程序段，其原理是：在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，由于10.0010.06及0.08中總有一個(gè)為ON，使210.00總為ON。常開觸點(diǎn)0.00和常閉觸點(diǎn)210.00串聯(lián)在移位寄存器的移位脈沖輸入端，在自動(dòng)方式第一次按啟動(dòng)按鈕后，10.03即為ON，且使210.00為ON，其常開觸點(diǎn)210.00即斷開，此后再

51、按啟動(dòng)按鈕，移位脈沖也不會(huì)送達(dá)SFT的CP端。同理，其他各步也能保證210.00為ON，所以啟動(dòng)后，誤按操作啟動(dòng)按鈕不會(huì)造成誤動(dòng)作。在使用移位寄存器時(shí)，如果移位脈沖是通過(guò)啟動(dòng)按鈕輸入的，就要考慮誤操作的問(wèn)題。因?yàn)檎`按啟動(dòng)按鈕是難免的，這個(gè)問(wèn)題沒(méi)處理好，容易發(fā)生失控現(xiàn)象。（5）手動(dòng)和自動(dòng)方式轉(zhuǎn)換時(shí)的復(fù)位問(wèn)題由于手動(dòng)和自動(dòng)的切換是由JMP/JME指令實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)JMP的執(zhí)行條件由ON變?yōu)镺FF時(shí)，JMP與JME之間的各輸出狀態(tài)保持不變。所以在手動(dòng)方式與自動(dòng)方式切換時(shí)，一般要進(jìn)行復(fù)位操作，以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作。因?yàn)樽詣?dòng)運(yùn)行方式必須是機(jī)械手停在原位時(shí)才能啟動(dòng)，所以經(jīng)過(guò)手動(dòng)復(fù)位后，使10.0010.06都被

52、復(fù)位。在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中欲停機(jī)，應(yīng)按一次停止按鈕0.01對(duì)201通道進(jìn)行復(fù)位，也間接地對(duì)10通道復(fù)位。在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，若未按停止按鈕直接將方式開關(guān)撥到手動(dòng)位201通道中的狀態(tài)將保持。當(dāng)手動(dòng)操作完畢再轉(zhuǎn)到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，201通道的原狀態(tài)就會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作。為了防止這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在手動(dòng)控制程序中采取了復(fù)位措施。由于201通道被復(fù)位，因此切換時(shí)不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。3.4.3 傳送和分揀機(jī)構(gòu)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在機(jī)械手分揀裝置中，物料從送料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)之后，就進(jìn)入了傳送和分揀機(jī)構(gòu)。其主要組成部分如下：傳送帶光電傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器和推桿組成。光電傳感器用于檢測(cè)是否有物料到傳送帶上，并給PLC

53、一個(gè)輸入信號(hào)；電感式傳感器用于檢測(cè)金屬材料；電容式傳感器：用于檢測(cè)非金屬材料；推桿則是將物料推入料槽，由雙向電控氣閥控制。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)之前，先畫出傳動(dòng)和分揀的控制流程圖，如圖3.6所示。對(duì)傳送和分揀機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單程序梯形圖編制見(jiàn)附錄五。其功能分析如下。圖3.6 傳動(dòng)和分揀的控制流程圖當(dāng)傳送帶上的光電傳感器PS2檢測(cè)到有物料后，即常開觸點(diǎn)0.08為ON，使線圈200.01為“1”，則馬上啟動(dòng)輸送電動(dòng)機(jī)，傳送帶運(yùn)行；當(dāng)物料經(jīng)過(guò)推料1的位置，如果電感式傳感器動(dòng)作即常開觸點(diǎn)1.02閉合，使線圈200.04為“1”，氣缸動(dòng)作將物料推入到金屬料槽中，說(shuō)明該物料為金屬。當(dāng)物料未被電感式傳感器識(shí)別時(shí)，而被輸送到

54、推料2的位置，此時(shí)如果電容式傳感器動(dòng)作即常開觸點(diǎn)1.03閉合，使線圈200.05為“1”，氣缸動(dòng)作將其推入到塑料料槽中，則說(shuō)明必定為非金屬物料。第四章 系統(tǒng)的MCGS組態(tài)設(shè)計(jì)4.1 MCGS組態(tài)的概述MCGS(Monitor and Generated System)是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000 等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)

55、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS 具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。4.1.1 MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)組成（1）MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。 組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應(yīng)用系統(tǒng) 運(yùn)行環(huán)境：解釋執(zhí)行組態(tài)結(jié)果組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)圖4.1 MCGS的整體結(jié)構(gòu)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。如圖4.2所示。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序 McgsSet.exe支持，其存放于MCGS錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動(dòng)畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作后，生成擴(kuò)展名為.mcg 的工程文件 ， 又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù) ， 其與MCGS運(yùn)行環(huán)境一起，構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為 “ 工程 ” 。MCGS運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境