機(jī)械手的PLC控制

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書〔論文〕中文摘要摘要機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是電氣自動(dòng)化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；位置信號(hào)由接近開關(guān)反應(yīng)給PLC主機(jī)，通過交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。關(guān)鍵詞：PLC機(jī)械手可編程控制器材料目錄1、引言…..……………………12、第一章機(jī)械手簡介……………………22.1第一節(jié)概述………………………32.2第二節(jié)機(jī)械手的組成.……………42.3第三節(jié)機(jī)械手的分類….…………52.4第四節(jié)機(jī)械手的應(yīng)用….…………53、第二章機(jī)械手的控制方案與選擇.……………………63.1第一節(jié)控制要求…….……………73.2第二節(jié)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比擬….…………………84、第三章PLC的簡介……..…………………............................................94.1第一節(jié)PLC的產(chǎn)生……….………94.2第二節(jié)PLC定義與特點(diǎn)….………94.3可編程控制器的主要性能指標(biāo)……………………104.4可編程控制器的分類.……………114.5PLC系統(tǒng)的組成….………………124.6PLC的硬件結(jié)構(gòu)….………………134.7PLC的軟件……….………………134.8可編程控制器的工.作方式…………144.9第七節(jié)PLC的編程語言……………….................145.0第八節(jié)PLC的應(yīng)用領(lǐng)域…………155、第四章PLC對機(jī)械手的控制………………….......................................155.1第一節(jié)PLC的選型………...……………………165.2第二節(jié)機(jī)械手的工藝控制過程…...……………165.3第三節(jié)PLC的接線布置圖……….……………175.4第四節(jié)PLC控制機(jī)械手的操作程序.…………185.5第五節(jié)相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)….…………..195.6第六節(jié)材料清單……….……..............................195.7第七節(jié)缺乏和改良….………..............................21結(jié)論…………………………..22致謝詞……………...…………23參考文獻(xiàn)………...……………24引言在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程的機(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)一步開展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。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)重要組成局部。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(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。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的開展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械局部有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。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，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評指正并予以解決。機(jī)械手簡介第一節(jié)概述機(jī)械手首先是由美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出了第一臺(tái)機(jī)械手。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)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(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身平安，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。第二節(jié)機(jī)械手的組成機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大局部組成。手部是用來抓持工件〔或工具〕的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)〔擺動(dòng)〕、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)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2～3個(gè)自由度。第三節(jié)機(jī)械手的分類機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)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(dòng)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。第四節(jié)機(jī)械手的應(yīng)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(dòng)機(jī)床或自動(dòng)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)一步開展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，而且還能改善熱、累等勞動(dòng)條件。機(jī)械手的控制方案與選擇第一節(jié)控制要求如下列圖所示為某生產(chǎn)車間中自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)械手，用于將左工作臺(tái)上的工件搬運(yùn)到右工作臺(tái)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由液壓驅(qū)動(dòng)。液壓泵由電磁閥控制，其上升/下降、左移/右移運(yùn)動(dòng)由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥得電時(shí)機(jī)械手上升，下降電磁閥得電時(shí)機(jī)械手下降。夾緊/放松運(yùn)動(dòng)由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時(shí)機(jī)械手夾緊，斷電時(shí)機(jī)械手放松。圖2.1機(jī)械手的動(dòng)作示意圖為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，本控制系統(tǒng)應(yīng)有手動(dòng)功能和顯示功能。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動(dòng)”位置時(shí)，按下相應(yīng)的手動(dòng)按鈕，就可實(shí)現(xiàn)上升、下降、左移、右移、夾緊、放松的手動(dòng)控制。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動(dòng)”位置時(shí)，進(jìn)入自開工作狀態(tài)，手動(dòng)按鈕無效。第二節(jié)機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比擬在工業(yè)自動(dòng)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)和微機(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)，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(dòng)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?jiǎng)幼魇巧仙?、下降、左移、右移、夾緊、放松和工序延時(shí)控制等，控制動(dòng)作根本上是以簡單的順序邏輯動(dòng)作為主。是屬典型的繼電邏輯順序動(dòng)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PLC的簡介第一節(jié)PLC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;本錢低于繼電器控制柜;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(chǔ)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(tái)PLC〔PDP-14〕，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功。第二節(jié)PLC的定義和特點(diǎn)PLC的定義美國電氣協(xié)會(huì)制造商協(xié)會(huì)NEMA和國際電工委員會(huì)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(dòng)控制裝置。它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)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)不斷開展，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。PLC的特點(diǎn)可編程控制器之所以能夠得到迅速開展和廣泛應(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、平安；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)?！?〕功能完善，靈活方便隨著PLC技術(shù)的不斷開展，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)修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能?！?〕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)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)?！?〕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?！?〕存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)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?！?〕功能擴(kuò)展能力可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(tái)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)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?！?〕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(chǔ)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)立模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊等，然后進(jìn)行組合?！?〕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(chǔ)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)控等根本功能。2〕中型PLC。中型PLC的開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)通常在256~2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為2~8KB，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)傳送與比擬、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(chǔ)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)PLC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(dòng)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)兩大局部組成。PLC的硬件結(jié)構(gòu)一套PLC系統(tǒng)在硬件上由以下幾局部組成：中央處理器(CPU)與計(jì)算機(jī)一樣，是PLC的核心部件。存儲(chǔ)器PLC配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。輸入/輸出〔I/O〕接口電路。電源。擴(kuò)展單元。外部設(shè)備。PLC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。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。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)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(chǔ)的地址號(hào)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)PLC的編程語言PLC的編程語言有梯形圖語言、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。梯形圖語言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。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。梯形圖中的觸點(diǎn)有兩種，即動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)。梯形圖的最右端必須連接輸出元素。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)。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形符號(hào)，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(hào)的PLC，其助記符語言也不同，但其根本原理是相近的。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。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假設(shè)干個(gè)階段(狀態(tài))，各階段具有不同的動(dòng)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(dòng)作結(jié)束，下一動(dòng)作開始。PLC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最根本、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(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)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(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)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(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比擬，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)控制的開展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)開展得很快，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。第四章PLC對機(jī)械手的控制PLC的選型由于市場的需求和西門子PLC的廣泛應(yīng)用所以我選取的是S7-200.我們對其進(jìn)行簡要說明：S7-200系列是一類可編程邏輯控制器〔MicroPLC〕。這一系列產(chǎn)品可以滿足多種多樣的自動(dòng)化控制需要，下列圖展示一臺(tái)S7-200MicroPLC的CPU22*系列PLC的CPU外型圖如圖2，具有緊湊的設(shè)計(jì)、良好的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格以及強(qiáng)大的指令，使得S7-200可以近乎完美地滿足小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。第二節(jié)機(jī)械手的工藝控制過程下面設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的機(jī)械手移開工件控制系統(tǒng)。圖a所示為一簡易機(jī)械手的工藝過程。該機(jī)械手是一個(gè)水平/垂直位移的機(jī)械設(shè)備，其操作是將工件從左工作臺(tái)搬運(yùn)到右工作。如圖是機(jī)械手的控制示意圖，其過程并不復(fù)雜，一共有6個(gè)動(dòng)作，分為3組，即上升/下降，左轉(zhuǎn)/右轉(zhuǎn)和放松/夾緊。圖1機(jī)械手控制示意圖機(jī)械手的全部動(dòng)作由汽缸驅(qū)動(dòng)，而汽缸又由相應(yīng)的電磁閥控制。其中，上升/下降和左移/右移分別由雙線圈的兩位電磁閥控制。例如，當(dāng)下降電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手下降，當(dāng)下降電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手下降停止。只有當(dāng)上升電磁閥通電時(shí)，機(jī)械手才上升，當(dāng)上升電磁閥斷電時(shí)，機(jī)械手停止上升。同樣，左移/右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制。機(jī)械手的放松/夾緊動(dòng)作由一個(gè)單線圈的兩位電磁閥控制。當(dāng)該線圈通電時(shí)，機(jī)械手夾緊；當(dāng)該線圈斷電時(shí)，機(jī)械手放松。當(dāng)機(jī)械手右移到位并準(zhǔn)備下降時(shí)，為了確保平安，必須在右工作臺(tái)上無工件時(shí)才允許機(jī)械手下降。也就是說，假設(shè)上一次搬運(yùn)到右工作臺(tái)上的工件尚未搬走，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)停止下降，用光電開關(guān)進(jìn)行有無工件的檢測。機(jī)械手的動(dòng)作過程圖①從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止。②同時(shí)接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。③夾緊后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升，上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，上升停止。④同時(shí)接通右移電磁閥，機(jī)械手右移。右移到位后碰到右限位開關(guān)，右移電磁閥斷電，右移停止。⑤假設(shè)此時(shí)右工作臺(tái)上無工件，那么光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降，下降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，下降停止。⑥同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。⑦放松后，上升電磁閥通電，機(jī)械手上升。上升到頂后，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷電，機(jī)械手停止上升。⑧同時(shí)接通左移電磁閥，機(jī)械手左移。左移到原點(diǎn)時(shí)，碰到左限位開關(guān)后，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機(jī)械手經(jīng)過8步動(dòng)作完成了一個(gè)周期的工作。機(jī)械手的每次循環(huán)動(dòng)作均由原位開始。機(jī)械手的操作方式分為手動(dòng)操作方式和自動(dòng)操作方式。自動(dòng)操作方式又分為單步，單周期和連續(xù)操作。手動(dòng)操作：利用按鈕操作對機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)控制。例如，中選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手下降；按下停止按鈕，機(jī)械手上升。中選擇左/右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊；按下停止按鈕，機(jī)械手放松；單步操作：每按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后自動(dòng)停止。單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停止。連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一次啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作將自動(dòng)地，連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中假設(shè)按一下停止按鈕，機(jī)械手將繼續(xù)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。第三節(jié)PLC的接線布置圖PLC的操作面板布置圖2.I/O分配表輸入點(diǎn)：輸出點(diǎn)：啟動(dòng)按鈕I0.0電磁閥下降Q0.0停止按鈕I0.6電磁閥上升Q0.1下限位開關(guān)I0.1電磁閥夾緊Q0.2上限位開關(guān)I0.2電磁閥右行Q0.3右限位開關(guān)I0.3電磁閥左行Q0.4左限位開關(guān)I0.4原點(diǎn)指示Q0.5無件檢測I0.5手動(dòng)操作I0.7單步操作I1.0單周期操作I1.1連續(xù)操作I1.2手動(dòng)左右I1.3手動(dòng)上下I1.4手動(dòng)夾緊I1.53.PLC的I/O接線圖該機(jī)械手控制系統(tǒng)所采用的PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的S7-200CPU224，下列圖是S7-200CPU224輸入/輸出端子地址分配圖。該機(jī)械手控制系統(tǒng)共使用了14個(gè)輸入點(diǎn)，6個(gè)輸出點(diǎn)。PLC的外圍端子接線圖第四節(jié)PLC控制機(jī)械手的操作程序1．手動(dòng)操作程序?qū)崿F(xiàn)手開工作的梯形圖程序。為防止發(fā)生誤動(dòng)作，插入了一些連鎖電路。例如，將單操作開關(guān)扳到“左右”檔時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手右行；按下停止按鈕，機(jī)械手向左行。這兩個(gè)動(dòng)作只有當(dāng)機(jī)械手處在上限時(shí)才能執(zhí)行。將加載開關(guān)扳到“夾/松”檔，按下啟動(dòng)按鈕，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；按下停止按鈕，松開。將加載開關(guān)扳到“上/下”檔，按下啟動(dòng)按鈕，下降；按停止按鈕，上升。2．自動(dòng)操作程序機(jī)械手自動(dòng)操作順序功能圖。PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN時(shí)，初始脈沖SM0.1對狀態(tài)進(jìn)行初始復(fù)位。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時(shí)，將M0.1置1，這是第一步。按下啟動(dòng)按鈕后，置位M0.2，同時(shí)將M0.1清零，輸出繼電器Q0.0得電，Q0.5復(fù)位，原點(diǎn)指示燈熄滅，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，I0.1接通，將M0.3置1，同時(shí)將M0.2清零，Q0.2置1，于是機(jī)械手停止下降，執(zhí)行夾緊動(dòng)作；定時(shí)器T37開始計(jì)時(shí)，延時(shí)1.7s后，接通T37動(dòng)合觸點(diǎn)將M0.4置1，同時(shí)將M0.3清零，而輸出繼電器Q0.1得電，執(zhí)行上升動(dòng)作。由于Q0.2已經(jīng)被置1，夾緊動(dòng)作繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)上升到上限位時(shí)，I0.2接通，將M0.5置1，同時(shí)將M0.4清零，Q0.1失電，不再上升，而Q0.3得電，執(zhí)行右行動(dòng)作。當(dāng)右行至右限位時(shí)，I0.3接通，Q0.3失電，機(jī)械手右行停止，假設(shè)此時(shí)I0.5接通，那么將M0.6置1，同時(shí)將M0.4清零，而Q0.0再次得電，執(zhí)行下降動(dòng)作。當(dāng)下降到底碰到下限位開關(guān)時(shí)，I0.1接通，將M0.7置1，同時(shí)將M0.6清零，輸出繼電器Q0.0復(fù)位，Q0.2復(fù)位，于是機(jī)械手停止下降，執(zhí)行松開動(dòng)作；定時(shí)器T38開始計(jì)時(shí)，延時(shí)1.5s后，接通T38動(dòng)合觸點(diǎn)M1.0置1，同時(shí)將M0.7清零，而輸出繼電器Q0.1再次得電，執(zhí)行上升動(dòng)作。行至上限位置，I0.2接通，將M1.1置1，同時(shí)將M1.0清零，Q0.1失電，停止上升而Q0.4得電，執(zhí)行左行動(dòng)作。到達(dá)左限位，I0.4接通，如果此工作狀態(tài)為連續(xù)工作狀態(tài)，M0.2置1，M1.1清零，重復(fù)執(zhí)行自動(dòng)程序。假設(shè)為單周期操作方式，M0.1置1，那么機(jī)械手停在原點(diǎn)。在運(yùn)行中，如按停止按鈕，機(jī)械手的動(dòng)作執(zhí)行完當(dāng)前一個(gè)周期后，回到原點(diǎn)自動(dòng)停止。在運(yùn)行中，PLC掉電，機(jī)械手動(dòng)作停止。重新啟動(dòng)時(shí)，先用手動(dòng)操作將機(jī)械手移回原點(diǎn)，再按啟動(dòng)按鈕，便可重新開始自動(dòng)操作。單步操作是指按下啟動(dòng)按鈕動(dòng)作1次。單步操作功能圖與自動(dòng)操作的功能圖相似，只是每步動(dòng)作都需按1次啟動(dòng)按鈕。單步操作所用的輸出繼電器，定時(shí)器與其他操作所用的輸出繼電器，定時(shí)器相同。第五節(jié)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)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件局部的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制局部的可靠性。軟件局部的模擬調(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(hào)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)和傳感器的狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤那么修改程序后反復(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(tái)，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(hào)的接入常常會(huì)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。4.5.2a．將梯形圖程序輸入計(jì)算機(jī)。b．對程序進(jìn)行試運(yùn)行?！?〕將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至“手動(dòng)”檔，按相應(yīng)的動(dòng)作按鈕，觀察機(jī)械手動(dòng)作情況。〔2〕將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至“單步”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否向前執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作?！?〕將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至“單周期”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否運(yùn)行一個(gè)周期就停下來?！?〕將轉(zhuǎn)換開關(guān)旋至“連續(xù)”檔，按下啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否連續(xù)運(yùn)行。c．記錄調(diào)試程序結(jié)果并對缺乏之處進(jìn)行修改。d．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。第六節(jié)材料清單西門子S7-200PLC一臺(tái)，雙線圈電磁閥2個(gè)，單線圈電磁閥1個(gè)，按鈕2個(gè)，限位開關(guān)4個(gè)，轉(zhuǎn)換開關(guān)2個(gè)，導(dǎo)線假設(shè)干。第七節(jié)缺乏和改良本次畢業(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缺乏與需要改