項目6氣動機械手控制

1、項目項目6 6 氣動機械手控制氣動機械手控制任務6.1 數(shù)據(jù)運算與處理工作內容工作內容用牛頓迭代法求解方程xex-1=0，在x=0.5附近的根，要求精度x=10-5 。牛頓迭代公式為：要求： 以子程序形式編寫迭代處理程序。 在主程序中調用子程序完成調用求解，并進行根的比較，指導滿足條件為止。 在系統(tǒng)調試驗證程序的正確性。技術理論技術理論 數(shù)學函數(shù)子程序數(shù)學函數(shù)子程序1數(shù)學函數(shù)數(shù)學函數(shù)變換指令如表6-1-1所示。2.子程序子程序用于為 程序分段和分塊，使其成為較小的、更易于管理的塊。在程序中使用子程序，必須執(zhí)行下列三項任務：建立子程序；在子程序局部變量表中定義參數(shù)（如果有）；從適當?shù)腜OU（從主

2、程序或另一個子程序）調用子程序。1 1建立子程序建立子程序可采用下列一種方法建立子程序： 從“編輯”菜單，選擇插入（Insert）/ 子程序（Subroutine） 從“指令樹”，用鼠標右鍵單擊“程序塊”圖標，并從彈出菜單選擇插入（Insert）子程序（Subroutine） 從“程序編輯器”窗口，用鼠標右鍵單擊，并從彈出菜單選擇插入（Insert） 子程序（Subroutine）。2 2在子程序局部變量表中定義參數(shù)在子程序局部變量表中定義參數(shù)可以使用子程序的局部變量表為子程序定義參數(shù)。注意：程序中每個POU都有一個獨立的局部變量表，必須在選擇該子程序標簽后出現(xiàn)的局部變量表中為該子程序定義局部

3、變量。每個子程序最多可以定義16個輸入輸出參數(shù)。3 3子程序調用及子程序返回指令的指令格式子程序調用及子程序返回指令的指令格式子程序有子程序調用和子程序返回兩大類指令 ，子程序返回又分為條件返回和無條件返回。指令格式如表6-1-2所示： 4 4帶參數(shù)的子程序調用指令帶參數(shù)的子程序調用指令（1）帶參數(shù)的子程序的概念及用途子程序可能有要傳遞的參數(shù)（變量和數(shù)據(jù)），這時可以在子程序調用指令中包含相應參數(shù)，它可以在子程序與調用程序之間傳送。子程序最多可傳遞16 個參數(shù)。傳遞的參數(shù)在子程序局部變量表中定義。如圖6-1-2所示。（2）變量的類型局部變量表中的變量有IN、OUT、IN/OUT和TEMP等4種類

4、型。IN（輸入）型：將指定位置的參數(shù)傳入子程序。IN_OUT（輸入-輸出）型：將指定參數(shù)位置的數(shù)值被傳入子程序，并將子程序的執(zhí)行結果的數(shù)值返回至相同的位置。OUT（輸出）型：將子程序的結果數(shù)值返回至指定的參數(shù)位置。TEMP型：是局部存儲變量，只能用于子程序內部暫時存儲中間運算結果，不能用來傳遞參數(shù)。（3）數(shù)據(jù)類型局部變量表中的數(shù)據(jù)類型包括：能流、布爾(位)、字節(jié)、字、雙字、整數(shù)、雙整數(shù)和實數(shù)型。（4）建立帶參數(shù)子程序的局部變量表局部變量表隱藏在程序顯示區(qū)，將梯形圖顯示區(qū)向下拖動，可以露出局部變量表，在局部變量表輸入變量名稱、變量類型、數(shù)據(jù)類型等參數(shù)以后，雙擊指令樹中子程序，在梯形圖顯示區(qū)顯示出

5、帶參數(shù)的子程序調用指令盒。局部變量表變量類型的修改方法：用光標選中變量類型區(qū)，點擊鼠標右鍵得到一個下拉菜單，點擊選中的類型，在變量類型區(qū)光標所在處可以得到選中的類型。（5）帶參數(shù)子程序調用指令格式對于梯形圖程序，在子程序局部變量表中為該子程序定義參數(shù)后（如圖6-1-1），將生成客戶化的調用指令塊（如圖6-1-3），指令塊中自動包含子程序的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)。工作任務實施工作任務實施1分析分析牛頓法是求解方程f(x)=0的一種重要的迭代法。它的基本思想是把非線性的方程轉化為某種線性方程f(x)=0來求解。其基本思想是：設已知方程f(x)=0的一個近似根x0，則f(x)函數(shù)在點x0附近可以用一階泰

6、勒多項式來近似，因此方程f(x)=0在點x0附近可以近似地表示為2 2設計設計本例采用帶參數(shù)的子程序編寫。參考程序如圖6-1-4所示。3 3上機調試上機調試 PLC聯(lián)機，在斷電狀態(tài)下，連接好PC/PPI電纜。 打開PLC的前蓋，將運行模式開關拔到STOP位置，或者在開關位于TERM位置時單擊工具欄中的“STOP”按鈕，此時PLC處于停止狀態(tài)，可以進行程序編寫。 在操作編程器的PC上，運行STEP7 Micro/WIN32編程軟件。 選擇合適的PLC的型號，設置通信參數(shù)后，輸入編寫的程序，并編譯、下載到PLC中。 將運行模式轉為運行方式。 起動程序監(jiān)控狀態(tài)或符號監(jiān)控表，觀察程序的運行結果是否正確

7、。 判斷程序邏輯的正確性，并予以修正，重新試驗，指導得到滿意的結果位置。 收起所有設備后，整理好實訓報告等資料。任務6.2 百秒秒表設計技術理論技術理論 中斷功能及其應用中斷功能及其應用1 1中斷事件中斷事件（1）中斷事件的類型中斷事件即發(fā)出中斷請求的事件，又叫中斷源。S7-200系列可編程控制器最多有34個中斷源，分為三大類：通信中斷、輸入/輸出中斷和時基中斷。通信中斷S7-200系列PLC有6種通信口中斷事件，其中斷名稱、事件號碼及優(yōu)先級如表6-2-1所示。I/O中斷包括外部輸入上升/下降沿中斷、高速計數(shù)器中斷和高速脈沖輸出中斷3大類，其中斷名稱、事件號碼及優(yōu)先級如表6-2-1所示。時基中

8、斷包括內部定時中斷和外部定時中斷兩類，其中斷名稱、事件號碼及優(yōu)先級如表6-2-1所示。（2）中斷事件優(yōu)先級和排對等候中斷優(yōu)先級是事先規(guī)定好的，優(yōu)先級是指多個中斷事件同時發(fā)出中斷請求時，CPU對中斷事件響應的優(yōu)先次序。S7-200規(guī)定的中斷優(yōu)先由高到低依次是：通信中斷、I/O中斷和定時中斷。中斷程序執(zhí)行中，新的中斷請求按優(yōu)先級排隊等候處理。中斷隊列能保存的中斷個數(shù)有限，若超出，則會產(chǎn)生溢出。2 2中斷指令中斷指令S7-200系列PLC的中斷指令包含中斷允許、中斷禁止、中斷連接、中斷分離、中斷服務程序標號和中斷返回指令，可用于實時控制、在線通信或網(wǎng)絡當中，根據(jù)中斷時間的出現(xiàn)情況，及時發(fā)出控制命令。

9、（1）中斷允許和中斷禁止指令中斷允許（ENI）指令全局性允許所有中斷事件。中斷禁止（DISI）指令全局性禁止所有中斷事件。指令格式如表6-2-3所示。（2）中斷連接和中斷分離指令指令格式如表6-2-3所示。中斷連接（ATCH）指令將中斷事件（EVNT）與中斷程序號碼（INT）相連接，并允許該中斷事件。中斷分離（DTCH）指令取消某中斷事件（EVNT）與所有中斷程序之間的連接，并禁用該中斷事件。注意：一個中斷事件只能連接一個中斷程序，但多個中斷事件可以調用一個中斷程序。（3）中斷服務程序標號是表明中斷服務程序的唯一標識，在程序代碼中由“INT n”指定，在STEP7-Mmcro/WIN編程軟件中

10、自動設定，無需明確寫出指令。同理中斷返回指令“RETI”也由STEP7-Mmcro/WIN編程軟件自動填寫，無需用戶明確寫出。注意：從中斷程序中有條件返回主程序的指令“CRETI”需要用戶在中斷程序中明確寫出，在條件滿足是執(zhí)行“CRETI”指令返回主程序。3 3中斷程序中斷程序（1）中斷程序的概念中斷程序是為處理中斷事件而事先編好的程序。（2）建立中斷程序的方法方法一：從“編輯”菜單選擇插入（Insert） 中斷（Interrupt）。方法二：從指令樹，用鼠標右鍵單擊“程序塊”圖標并從彈出菜單選擇插入（Insert） 中斷（Interrupt）。方法三：從“程序編輯器”窗口，從彈出菜單用鼠標右

11、鍵單擊插入（Insert） 中斷（Interrupt）。4 4程序舉例程序舉例【例6-2-1】編寫由I0.1的上升沿產(chǎn)生的中斷事件的初始化程序。分析：查表6-2-1可知，I0.1上升沿產(chǎn)生的中斷事件號為2。所以在主程序中用ATCH指令將事件號2和中斷程序0連接起來，并全局開中斷。主程序如圖6-2-1所示。工作任務實施工作任務實施1 1分析分析七段數(shù)碼管的abcdefg段分別對應于字節(jié)的第0位第6位，字節(jié)的某位為1時，其對應的段亮；輸出字節(jié)的某位為0時，其對應的段暗。選擇共陰極的七段數(shù)碼管兩只，分別連接在PLC的QB0和QB1的端子上，其中陰極與PLC輸出端子中的M端子連接，七段數(shù)碼管的abcd

12、efg分別連接在PLC的QB0.0QB0.6和QB1.0QB1.7上，并接入合適電源。這種接法恰好與七段數(shù)碼管譯碼指令對應，所以SEG指令的輸出可直接驅動數(shù)碼管。子程序的主要功能是完成秒表計時并譯碼后輸出，主要工作是完成兩位BCD碼數(shù)字的加1和超過十的判斷工作。2 2設計設計（1）輸入輸出地址分配PLC I/O地址分配如表6-2-5所示。（2）電路接線圖（略）（3）參考控制程序（如圖6-2-7）3 3施工施工根據(jù)控制原理適時按下列按鈕檢測觸電工作邏輯是否符合控制要求。任務6.3 自動裝車上料控制系統(tǒng)設計工作內容工作內容利用順序控制設計法中的單序列順序功能流程圖，設計編寫自動裝車上料控制系統(tǒng)的梯

13、形圖程序，控制要求如下：圖6-3-1所示是自動裝車上料控制的示意圖。當小車處于后端時，按下啟動按鈕，小車向前運行。行進至前端下前限位開關，翻斗門打開裝貨，7s后關閉翻斗門，小車向后運行。行進至后端壓下后限位開關，打開小車底門卸貨，5s后底門關閉，完成一次動作。按下連續(xù)按鈕，小車自動連續(xù)往復運行。技術理論技術理論 功能流程圖和順控指令的應用功能流程圖和順控指令的應用1 1功能流程圖簡介功能流程圖簡介順序控制功能流程圖是按照順序控制的思想根據(jù)工藝過程，根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化，將一個工作周期劃分為若干順序相連的步，在任何一步內，各輸出量ON/OFF狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量的狀態(tài)是不同的。順序功能流

14、程圖主要由步、有向連線、轉換、轉換條件和動作（命令）組成。一個三步循環(huán)步進的功能流程圖如圖6-3-2所示。轉換實現(xiàn)的基本規(guī)則：（1）轉換實現(xiàn)的條件。在順序功能流程圖中步的活動狀態(tài)的進展是由轉換的實現(xiàn)來完成的。轉換必須同時滿足一下兩個條件：該轉換所有的前級步都是活動的。相應的轉換條件得到滿足。（2）轉換實現(xiàn)應完成的操作。轉換的實現(xiàn)應完成以下兩項操作：使所有的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬?。使所有的前級步都變?yōu)椴换顒硬健?. 2. 順序控制指令順序控制指令順序控制用3條指令描述程序的順序控制步進狀態(tài)，指令格式如表6-3-1所示。3. 3. 順序控制程序設計步驟順序控制程序設計步驟（1）順序控制設計法的設計步驟

15、步的劃分。狀態(tài)條件的確定。順序功能流程圖的繪制。梯形圖的編制。（2）繪制順序功能流程圖應注意的問題兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉換將它們隔開。兩個轉換也不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。順序功能流程圖中起始步是必不可少的，它一般對應于系統(tǒng)等待啟動的初始狀態(tài)，這一步可能沒有什么動作執(zhí)行，因此很容易遺漏。只有當某一步所有的前級步都是活動步時，該步才有可能變?yōu)榛顒硬健?. 4. 順序控制設計法順序控制設計法（1）單流程及編程方法功能流程圖的單流程結構形式簡單，如圖6-3-3所示，其特點是：每一步后面只有一個轉換，每個轉換后面只有一步。各個工步按順序執(zhí)行，上一工步執(zhí)行結束，轉換條件成立，立即

16、開通下一工步，同時關斷上一工步。本文主要介紹用順序控制指令來實現(xiàn)功能流程圖的編程方法。 （2 2）選擇分支及編程方法）選擇分支及編程方法選擇分支分為兩種，如圖6-3-6為選擇分支開始，6-3-7為選擇分支結束。（3 3）并行分支及編程方法）并行分支及編程方法并行分支也分兩種，圖6-3-10a為并行分支的開始，圖6-3-10b為并行分支的結束，也稱為合并。工作任務實施工作任務實施1 1分析分析利用順序控制設計法中的單序列順序功能流程圖，設計編寫自動裝車上料控制系統(tǒng)的梯形圖程序，控制要求如下：如圖6-3-1所示自動裝車上料控制的示意圖。當小車處于卸料端時，按下啟動按鈕，小車向前運行。行進至裝料端下

17、前限位開關，翻斗門打開裝貨，7s后關閉翻斗門，小車向后運行。行進至卸料端壓下限位開關，打開小車底門卸貨，5s后底門關閉，完成一次動作。按下連續(xù)按鈕，小車自動連續(xù)往復運行。2 2設計設計（1）I/O分配根據(jù)電路要求，輸入/輸出地址分配如表6-3-3所示。（2）硬件接線圖PLC外部接線如圖6-3-14所示。（3）順序控制功能流程圖順序控制功能流程圖如圖6-3-15所示。（4）參考程序（梯形圖）將圖6-3-16所示的功能流程圖轉化梯形圖。任務6.4 氣動機械手控制系統(tǒng)設計工作內容工作內容綜合利用子程序、中斷程序和功能流程圖，設計編寫氣動機械手的PLC順序控制程序。在圖6-4-1所示是某氣動機械手的工

18、作示意圖，該機械手的任務是將工件從工作臺A搬往工作臺B。技術理論技術理論PLCPLC應用系統(tǒng)設計應用系統(tǒng)設計PLC的設計包括硬件設計和軟件設計兩部分，PLC設計的基本原則是：充分發(fā)揮PLC的控制功能，最大限度地滿足被控制的生產(chǎn)機械或生產(chǎn)過程的控制要求。在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)經(jīng)濟、簡單，維修方便。保證控制系統(tǒng)安全可靠?？紤]到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，在選用PLC時，在I/O點數(shù)和內存容量上適當留有余地。軟件設計主要是指編寫程序，要求程序結構清楚，可讀性強，程序簡短，占用內存少，掃描周期短。1 1PLCPLC控制系統(tǒng)設計的內容和方法控制系統(tǒng)設計的內容和方法（1）PLC控制系統(tǒng)設計的基本

19、原則最大限度地滿足被控對象的控制要求。在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、實用、維修方便。保證控制系統(tǒng)的安全、可靠?？紤]到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，選擇PLC容量時，應適當留有裕量。 （2）PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容根據(jù)設計任務書，進行工藝分析，并確定控制方案，它是設計的依據(jù)。選擇用戶輸入設備、輸出設備、以及由輸出設備驅動的控制對象。PLC的選擇。分配I/O點，編寫輸入/輸出分配表或畫出輸入/輸出端子的接線圖設計控制程序?？刂乒窕虿僮髋_的設計和現(xiàn)場施工。 應用系統(tǒng)整體調試。編制系統(tǒng)的技術文件，技術文件應包括可編程控制器的外部接線圖等電氣圖紙，電器布置圖，電器元件明細表，順序功能圖，

20、帶注釋的梯形圖和說明等。2 2PLCPLC的硬件設計和軟件設計及調試的硬件設計和軟件設計及調試（1）PLC的硬件設計PLC硬件設計包括：PLC及外圍線路的設計、電氣線路的設計和抗干擾措施的設計等。（2）PLC的軟件設計 軟件設計包括系統(tǒng)初始化程序、主程序、子程序、中斷程序、故障應急措施和輔助程序的設計，小型開關量控制一般只有主程序。（3）軟件硬件的調試調試分模擬調試和聯(lián)機調試。軟件設計好后首先進行模擬調試，可以通過仿真軟件來代替PLC硬件在計算機上調試程序。3 3PLCPLC程序設計常用的方法程序設計常用的方法（1）經(jīng)驗設計法經(jīng)驗設計法即在一些典型的控制電路程序的基礎上，根據(jù)被控 制對象的具體

21、要求，進行選擇組合，并多次反復調試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點和中間編程環(huán)節(jié)，才能達到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設計 所用的時間和設計質量與設計者的經(jīng)驗有很大的關系，所以稱為經(jīng)驗設計法。經(jīng)驗設計法用于較簡單的梯形圖設計。（2）繼電器控制電路轉換為梯形圖法主要步驟如下：熟悉現(xiàn)有的繼電器控制線路。對照PLC的I/O端子接線圖，將繼電器電路圖上的被控器件將繼電器電路圖中的中間繼電器、定時器，用PLC的輔助繼電器、定時器來代替。畫出全部梯形圖，并予以簡化和修改。（3）I/O分配 （3）梯形圖程序轉換后的梯形圖程序如圖6-4-3所示。按照梯形圖語言中的語法規(guī)定簡化和修改梯形圖。為了簡化電

22、路，當多個線圈都受某一串并聯(lián)電路控制時，可在梯形圖中設置該電路控制的存儲器的位，如M0.0。簡化后的程序如圖6-4-4所示。（3）邏輯設計法邏輯設計法是以布爾代數(shù)為理論基礎，根據(jù)生產(chǎn)過程中各工步之間的各個檢測元件（如行程開關、傳感器等）狀態(tài)的變化，列出檢測元件的狀態(tài)表，確定所需的中間記憶元件，再列出各執(zhí)行元件的工序表，然后寫出檢測元件、中間記憶元件和執(zhí)行元件的邏輯表達式，再轉換成梯形圖。該方法在單一的條件控制系統(tǒng)中，非常好用， 相當于組合邏輯電路，但和時間有關的控制系統(tǒng)中，就很復雜。（4）順序控制設計法根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步地設計下去，直至完成。此法的關鍵是畫出功能流

23、程圖。單流程編程方法【例6-4-3】根據(jù)圖6-4-8所示的功能流程圖，設計出梯形圖程序。a) 使用起保停電路模式的編程方法b) 使用置位、復位指令的編程方法S7-200系列PLC有置位和復位指令，且對同一個線圈置位和復位指令可分開編程，所以可以實現(xiàn)以轉換條件為中心的編程。當前步為活動步且轉換條件成立時，用S將代表后續(xù)步的中間繼電器置位（激活），同時用R將本步復位，如圖6-4-10。c) 使用移位寄存器指令編程的方法 單流程的功能流程圖各步總是順序通斷，并且同時只有一步接通，因此很容易采用移位寄存器指令實現(xiàn)這種控制。對應的梯形圖程序如圖6-4-11所示。4 4PLCPLC程序設計步驟程序設計步驟PLC程序設計一般分為以下幾個步驟：(1)程序設計前的準備工作 程序設計前的準備工作就是要了解控制系統(tǒng)的全部功能、規(guī)模、控制方式、輸入/輸出信號的種類和數(shù)量、是否有特殊功能的接口、與其它設備的關系、通信的內容與方式等。(2)設計程序框圖(3)編寫程序(4)程序調試(5)編寫技術文件5 5PLCPLC的安裝與配線的安裝與配線（1）PLC安裝安裝方式S7-200的安裝方法有兩種：底板安裝和DIN導軌安裝。安裝環(huán)境PLC