最新基于PLC的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)名師資料合集最新基于PLC的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)名師資料合集最新基于PLC的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)名師資料合集57/58最新基于PLC的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)名師資料合集基于PLC的工業(yè)機(jī)械手臂控制系統(tǒng)摘要PLC是以現(xiàn)代微處理器技術(shù)為核心的控制器，作為一種通用的工業(yè)控制器，其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報(bào)信息；PLC采用光電隔離和濾波技術(shù)技術(shù)有效抑制外部干擾源對PLC的影響，此外PLC還可在強(qiáng)、通用性好；開發(fā)周期短，功耗小。本課題對現(xiàn)代工業(yè)的的發(fā)展具有很重要的意義。關(guān)鍵詞：意義，應(yīng)用，前景，編程語言，設(shè)計(jì)目錄1.引言 82機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu) 92．1傳動機(jī)構(gòu) 9螺旋機(jī)構(gòu) 9滑動螺旋機(jī)構(gòu) 9．滾動螺旋機(jī)構(gòu) 102．2機(jī)械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu) 10．機(jī)械手夾持器 10．機(jī)座 113可編程控制PLC 123．1PLC簡介 123．2PLC內(nèi)部原理 13A.系統(tǒng)程序存儲區(qū) 15B.系統(tǒng)RAM存儲區(qū) 15C．用戶程序存儲區(qū) 153．3PLC的工作原理 163．4PLC機(jī)型的選擇方法 19．PLC的類型 19．輸入輸出模塊的選擇 19電源的選擇 20存儲器的選擇 20功能的選擇 20經(jīng)濟(jì)性的考慮 203.5機(jī)械手PLC選擇及參數(shù) 21主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 21主機(jī)的組成 224機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 224．1機(jī)械手的工藝過程 224．2PLC控制系統(tǒng) 24確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇PLC型號 24分配PLC的輸入/輸出端子 25控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 255軟件設(shè)計(jì) 295.1FX1NPLC梯形圖中的編程元件 295.2程序的總體結(jié)構(gòu) 31各部分程序如下 31致謝 42參考文獻(xiàn) 431.引言隨著世界經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，人類活動的不斷擴(kuò)大，機(jī)器人應(yīng)用正迅速向社會生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域擴(kuò)展，也從制造領(lǐng)域轉(zhuǎn)向非制造領(lǐng)域，各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。像海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農(nóng)林業(yè)、服務(wù)、娛樂等行業(yè)都提出了自動化各機(jī)器人化的要求。隨著機(jī)器人的產(chǎn)生和大量應(yīng)用，很多領(lǐng)域，許多單一、重復(fù)的機(jī)械工作由機(jī)器人（也稱機(jī)械手）來完成。工業(yè)機(jī)器人是一種能進(jìn)行自動控制的、可重復(fù)編程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作機(jī)，廣泛采用工業(yè)機(jī)械人，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人生安全，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。和計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。機(jī)械手是一種模仿人手動作，并按設(shè)定的程序來抓取、搬運(yùn)工件或加持工具，機(jī)械手可在空間抓放物體，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)用于自動生產(chǎn)線、自動機(jī)的上下料、數(shù)控設(shè)備的自動換刀裝置中。機(jī)械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能組成，主要完成移動、轉(zhuǎn)動、抓取等動作?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它通過控制驅(qū)動系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作。并檢測其正確與否?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種數(shù)定運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它將邏輯運(yùn)算、順序控制、時序計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用指令形式存放在存儲器中，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。與繼電器控制線路相比，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；體積小、能耗低等特點(diǎn)。因此，機(jī)械手控制系統(tǒng)越平越多的由可編程控制器來實(shí)現(xiàn)。工業(yè)機(jī)械手是近代自動控制領(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)生自動化實(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)中的一個重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、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發(fā)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。2機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)2．1 傳動機(jī)構(gòu).螺旋機(jī)構(gòu)螺旋機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成，其主要功能是將轉(zhuǎn)動變換為直線運(yùn)動，并同時傳遞運(yùn)動和動力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機(jī)構(gòu)可以分為滑動螺旋機(jī)構(gòu)和滾動螺旋機(jī)構(gòu)兩種類型。按用途可以分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三種類型。螺旋機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，傳動平穩(wěn)，無噪聲易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)。.滑動螺旋機(jī)構(gòu)螺旋副內(nèi)為滑動摩擦的的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滑動螺旋機(jī)構(gòu)?；瑒勇菪龣C(jī)構(gòu)所用的螺紋為傳動性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋?；瑒勇菪龣C(jī)構(gòu)由螺母和螺桿組成。根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動方式，滑動螺旋機(jī)構(gòu)又分為以下兩種。（1）．由螺母和螺桿組成的滑動螺旋機(jī)構(gòu)，螺母與機(jī)架固聯(lián)，螺桿轉(zhuǎn)動并移動（如圖2-1b所示），這種螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞動力為主，故又稱傳力螺旋機(jī)構(gòu)。一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時間短，速度較低的場合。（2）．由螺母、螺桿和機(jī)架組成的滑動螺旋機(jī)構(gòu)，如圖2-1a所示，螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動，這種螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞運(yùn)動為主，故又稱為傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。本文所介紹的機(jī)械手的豎軸就是用的傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。這種傳動形式結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，傳動效率高，精度高。（a）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動(b)螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動圖2-1．滾動螺旋機(jī)構(gòu)螺旋副內(nèi)為滾動摩擦的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滾動螺旋機(jī)構(gòu)或滾珠絲杠。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是在螺桿和螺母之間設(shè)有封閉循環(huán)滾道，并在其間放如剛球，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，剛球沿螺旋滾道滾動并帶動螺母作直線運(yùn)動。按循環(huán)方式的不同，分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種形式。滾珠始終在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖2-2所示）。外循環(huán)螺母只需設(shè)置一個反向器，當(dāng)滾珠進(jìn)入反向器時，就被阻止而轉(zhuǎn)彎，從返回通道回到滾道的另一端，形成一個循環(huán)回路。機(jī)械手的橫向運(yùn)動采用的便是滾動螺旋傳動。滾動螺旋機(jī)構(gòu)摩擦阻力小，動作靈敏度高，傳動效率高，可達(dá)90%以上。用調(diào)整的方法可消除間隙，傳動精度高。圖2-22．2機(jī)械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu)．機(jī)械手夾持器機(jī)械手的機(jī)械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運(yùn)動方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型?；剞D(zhuǎn)型手抓有可分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。按驅(qū)動方式可以電動、液壓和氣動三種。回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變動時，將引起工件軸心的偏移。對平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置。但其機(jī)械機(jī)構(gòu)繁雜，體積大，制造精度要求高。所以當(dāng)設(shè)計(jì)機(jī)械手夾持器的時候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結(jié)構(gòu)比較簡單回轉(zhuǎn)型夾持器。本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用的是楔槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。如右圖所示，裝在桿上端的滾子3和楔塊之間為滾動接觸。當(dāng)電機(jī)帶動連桿前進(jìn)時，通過楔塊4的斜面和杠桿1，使兩個手抓產(chǎn)生加緊動作和加緊力。當(dāng)楔塊后移時，靠彈簧的拉力使手指松開。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為滾動接觸，摩擦力小，活動靈活，且機(jī)構(gòu)簡單。．機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的支撐部件，機(jī)座承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)械手工作時的穩(wěn)定行。圖2-3圖2-3如圖2-3所示，機(jī)械手采用普通軸承作為支撐元件的機(jī)座支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有制造簡單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。圖中電動機(jī)3經(jīng)減速器4、主動小齒輪5、中間齒輪6、大齒輪7驅(qū)動絲桿2旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動升降臺上下運(yùn)動。整個機(jī)座安裝在基座8上。3可編程控制PLC3．1PLC簡介自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。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PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個I/O）。如果被控對象主要是設(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，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，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時可以認(rèn)為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對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3．2PLC內(nèi)部原理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)是基本一的。如圖3-1所示，PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示：編程器中央處理單元（CPU）編程器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)電源圖3-1PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖（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，接受并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū),然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過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映象區(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映象區(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，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。（2）存儲器與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺完整的PLC。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)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。PLC存儲空間的分配：雖然大、中、小型PLC的CPU的最大可尋址存儲空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲區(qū)。A.系統(tǒng)程序存儲區(qū)在系統(tǒng)程序存儲區(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。B.系統(tǒng)RAM存儲區(qū)系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲區(qū)。（A）I/O映象區(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)量的存儲單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲單元稱作I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量I/O占用存儲單元中的一個位（bit）,一個模擬量I/O占用存儲單元中的一個字（16個bit)。因此，整個I/O映象區(qū)可看作由開關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。（B）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng)RAM存儲區(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)時器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC斷電時，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時，將這部分存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。C．用戶程序存儲區(qū)用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲容量各不相同，一般來說，隨著PLC機(jī)型增大其存儲容量也相應(yīng)增大。不過對于新型的PLC，其存儲容量可根據(jù)用戶的需要而改變。D．常用的I/O分類常用的I/O分類如下：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。（3）PLC電源PLC電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對PLC內(nèi)部的所有器件提供一個穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去。可編程序控制器一般使用220V交流電源。可編程序控制器內(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裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動現(xiàn)場執(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。3．3PLC的工作原理可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，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)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段。可編程序控制器的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時，還要完成另外3個階段的操作。在可編程序控制器的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。可編程序控制器梯形圖中別的編程元件也有對應(yīng)的映像存儲區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蛴扇舾蓷l指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫入到對應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點(diǎn)斷開，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時，稱該編程元件為OFF。掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時，執(zhí)行一次圖所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時，指令執(zhí)行時間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖3-2所示。第(N-1)個掃描周期輸出刷新第(N-1)個掃描周期輸出刷新第(N+1)個掃描周期輸入采樣第N個掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行圖3-2PLC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映象區(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。在這兩個階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，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存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘叽_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映象區(qū)內(nèi)對應(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)動響應(yīng)的外設(shè)。這時才是PLC真正的輸出。(4)輸入/輸出滯后時間輸入/輸出滯后時間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發(fā)生變化的時刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。輸入模塊的CPU濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動作是產(chǎn)生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數(shù)決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時的滯后時間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時的最大滯后時間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達(dá)到兩個多掃描周期。可編程序控制器總的響應(yīng)延遲時間一般只有幾十ms，對于一般的系統(tǒng)是無關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。3．4PLC機(jī)型的選擇方法．PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，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)。．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。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，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格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點(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)荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流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。電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時同時引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(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，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，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，應(yīng)核對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，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。存儲器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點(diǎn)至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。

冗余功能的選擇a．控制單元的冗余（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應(yīng)1B1冗余。（2）在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。b．I/O接口單元的冗余（1）控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。（2）重要檢測點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)同時考慮應(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)對價格有直接影響。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)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，估因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。3.5機(jī)械手PLC選擇及參數(shù)綜合上述原則機(jī)械手控制系統(tǒng)主機(jī)為三菱的FX2N-48MR。主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：工作電源：24VDC輸入點(diǎn)數(shù)：24輸出點(diǎn)數(shù)：24輸入信號類型：直流或開關(guān)量輸入電流：24VDC5mA模擬輸入：-10V～10V（-20mA～+20mA）輸出晶體管允許電流0.3A/點(diǎn)（1.2A/COM）輸出電壓規(guī)格：30VDC最大負(fù)載：9W輸出反應(yīng)時間：Off→On20μsOn→Off30μs基本指令執(zhí)行時間：數(shù)個μs程序語言：指令+梯形圖+SFC程序容量：3792STEPS基本順序指令：32個（含步進(jìn)梯形指令）應(yīng)用指令：100種初始步進(jìn)點(diǎn)：S0～S9一般步進(jìn)點(diǎn)：118點(diǎn)，S10～S127輔助繼電器：一般用512+232點(diǎn)（M000～M511+M768～M999）停電保持用256點(diǎn)（M512～M767）特殊用280點(diǎn)（M1000～M1279）定時器：100ms時基64點(diǎn)（T0～T63）10ms時基63點(diǎn)（T64～T126，M1028為ON時）1ms時基1點(diǎn)（T127）計(jì)數(shù)器：一般用112點(diǎn)（C000～C111，16位計(jì)數(shù)器）停電保持用16點(diǎn)（C112～C127，16位計(jì)數(shù)器）高速用13點(diǎn)1相5kHz，2相2kHz（C235～C254，全部為停電保持32位計(jì)數(shù)器）數(shù)據(jù)寄存器：一般用408點(diǎn)（D000～D407）停電保持用192點(diǎn)（D408～D599）特殊用144點(diǎn)（D1000～D1143）指針/中斷：P64點(diǎn)；I4點(diǎn)（P0～P63/I001、I101、I201、I301）串聯(lián)通信口：程序?qū)懭?讀出通訊口：RS232一般功能通訊口：RS485主機(jī)電源220VAC1、輸入單元輸入單元由8個按扭、8個開關(guān)和16個接插件組成，它們分別與PLC的16個輸入點(diǎn)相接。改變這些開關(guān)或按扭的通斷狀態(tài)，即可對主機(jī)輸入所需要的開關(guān)量。16個接插件可外接其它直流或開關(guān)量輸入信號。2、輸出單元輸出單元由24個二極管和24個接插件組成，它們分別與PLC的24個輸出點(diǎn)相連。發(fā)光二極管是否發(fā)光，即可表示輸出點(diǎn)的狀態(tài)，使用者可得到主機(jī)的輸出信息。24個輸出接插件可外接其它需要控制的設(shè)備。輸出單元的4個地端，分別引出到面板，其中只有C4與3V電源共地。3、電源單元PLC主機(jī)左邊有外接220V/AV的電源插座，作為PLC的工作電源。內(nèi)裝變壓器，輸出3V電源，供二極管使用。另外PLC的24VDC和24GND已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用4機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4．1機(jī)械手的工藝過程了解設(shè)備概況機(jī)械手的結(jié)構(gòu)和各部分動作示意圖，如圖下圖所示。機(jī)械手的工作均由電機(jī)驅(qū)動，它的上升、下降、左移、右移都是有電機(jī)驅(qū)動螺紋絲桿旋轉(zhuǎn)來完成的。分析工藝過程機(jī)械手的初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動后按扭后，機(jī)械手將下降——加緊工件——上升——右移——再下降——放松工件——在上升——左移八個動作，完成一個工作周期。機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動作轉(zhuǎn)換，是由相應(yīng)的限位開關(guān)來控制的，而加緊、放松動作的轉(zhuǎn)換是有時間來控制的。為了確保安全，機(jī)械手右移到位后，必須在右工作臺上無工件時才能下降，若上次搬到右工作臺上的工件尚未移走，機(jī)械手應(yīng)自動暫停，等待。為此設(shè)置了一個光電開關(guān)，以檢測“無工件”信號?？刂品矫娴囊鬄榱藵M足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動工作方式和自動工作方式，而自動工作方式又分為單步、單周期和連續(xù)工作方式。手動工作方式：利用按鈕對機(jī)械手每一步動作進(jìn)行控制。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)。單步工作方式：從原點(diǎn)開始，按照自動工作循環(huán)的步序，每按一次啟動按鈕，機(jī)械手完成一步動作后自動停止。單周期工作方式：按下啟動按鈕，機(jī)械手按工序自動自動完成一個周期的動作，返回原點(diǎn)后停止。連續(xù)工作方式：按下按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)，按步序自動反復(fù)連續(xù)工作，在連續(xù)工作方式下設(shè)置兩種停車狀態(tài)：正常停車：在正常工作狀態(tài)下停車。按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手在完成最后一個周期的工作后，返回原點(diǎn)自動停機(jī)。緊急停車：在發(fā)生事故或緊急狀態(tài)時停車。按下緊急停車按鈕，機(jī)械手停止在當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)故障排除后，需手動回到原點(diǎn)。4．2PLC控制系統(tǒng)1）輸入信號位置檢測信號：下限、上限、右限、左限共4個行程開關(guān)，需要4個輸入端子。“無工件檢測”信號：用光電開關(guān)作檢測元件，需要1個端子?！肮ぷ鞣绞健边x擇開關(guān)：有手動、單步、單周期和連續(xù)4種工作方式，需要4個輸如端子。手動操作：需要有下降、上升、右移、左移、加緊、放松6個按鈕，也需要6個輸入端子。自動工作：尚需啟動、正常停車、緊急停車3個按鈕，也需要3個輸入端子。以上共需要18個輸入信號。2）輸出信號PLC的輸出用于控制機(jī)械手的下降、上升、右移、左移、加緊、放松以三個電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制等，共需要11個輸出點(diǎn)。機(jī)械手從原點(diǎn)開始工作，需要一個原點(diǎn)指示燈，也需要1個輸出點(diǎn)。所以，至少需要6個輸出點(diǎn)。由于機(jī)械手的控制屬于開關(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FX2N-48RM，其輸入和輸出各24點(diǎn)，繼電器輸出型。FX2N-48RM的各項(xiàng)工作參數(shù)已在第二章介紹，在此不在做介紹。分配PLC的輸入/輸出端子PLC的輸入輸出端子分配接線圖，如圖4-2所示。PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)為了方便編程，可將手動和自動程序分別編出相對獨(dú)立的程序段，用跳轉(zhuǎn)指令進(jìn)行選擇，控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)框圖，如圖4-3所示。選擇手動方式時，X3接同，跳過自動程序，執(zhí)行手動程序；選擇自動工作方式時，X3斷開，執(zhí)行自動程序。（1）手動程序手動操作不需要按工序順序進(jìn)行動作，所以可按普通繼電器程序來設(shè)計(jì)。手動操作的梯形圖，如圖4-4所示，手動按鈕X20-X25分別控制下圖4-2輸入/輸出分配接線圖圖4-3總程序結(jié)構(gòu)框圖圖4-4手動程序降、上升、右移、左移、加緊和放松各個動作。為了保證系統(tǒng)的的安全與進(jìn)行，設(shè)置了一些必要的連鎖。其中在左、右移動的電路中加入X11作上限連鎖，這是因?yàn)闄C(jī)械手只有處于上限位置時，才允許左、右移動。自動程序自動程序如圖4-5所示。1）連續(xù)及單周期操作。當(dāng)機(jī)械手在原點(diǎn)時，程序處于初始狀態(tài)S0，執(zhí)行下降動作。當(dāng)下降到下限位開關(guān)時，X10接通，又接通下一個狀態(tài)S21，接著執(zhí)行下一步動作。當(dāng)執(zhí)行完最后一步動作，即左移到原點(diǎn)碰到左限位開關(guān)時，X13接通，如果是單周期操作，則M0斷開，回到初始狀態(tài)，如果連續(xù)操作，則M0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移至S20，又開始下一個周期的循環(huán)。在運(yùn)行中，如按正常停車按鈕，則X1接通，M0復(fù)位，機(jī)械手的動作繼續(xù)執(zhí)行完一個周期后，回到初始狀態(tài)。如按緊急停車按鈕，則X2接通，狀態(tài)S0~S33全部復(fù)位，機(jī)械手工作停止。重新啟動時，先用手動來將機(jī)械手移回原點(diǎn)，才能再次進(jìn)行自動操作。2）單步操作。當(dāng)自動操作程序采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)時，單步操作程序用“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”標(biāo)志器M8040來實(shí)現(xiàn)，如圖4-6所示。該繼電器線圈接通時，禁圖4-5自動程序止步進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，線圈斷電時，允許狀態(tài)轉(zhuǎn)移。在單步操作方式下，利用啟動按鈕X0作為單步操作信號，X4接通。不按啟動按鈕時，X0斷開，其常閉接點(diǎn)閉合，M8040接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移被禁止。圖4-6用“禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移”設(shè)計(jì)的單步操作梯形圖當(dāng)完成一步動作后，按下啟動按鈕，X0接通，，其常閉接點(diǎn)將M8040斷開，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一步。將如圖4-6所示的單步操作梯形圖連接在如圖4-5所示的自動程序上端，就得到了包括單步、單周期、連續(xù)操作在內(nèi)的整個自動操作的梯形圖。至此，機(jī)械手的控制程序分段設(shè)計(jì)完畢。根據(jù)圖4-3所示的總程序結(jié)構(gòu)框圖，將手動操作程序梯形圖和自動程序梯形圖嵌入，就得到整個程序的梯形圖。5軟件設(shè)計(jì)5.1FX1NPLC梯形圖中的編程元件設(shè)計(jì)選用FX1N－60MR，其輸入繼電器（X）36點(diǎn)，輸出繼電器(Y)24點(diǎn)，輔助繼電器(M)384點(diǎn)，狀態(tài)繼電器(S)1000點(diǎn)，定時器(T)256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器(C)，數(shù)據(jù)寄存器(D)等。特殊輔助繼電器【4】M8000——運(yùn)行監(jiān)控（PLC運(yùn)行時自動接通，停止時斷開）；M8002——初始脈沖（僅在PLC運(yùn)行開始時接通一個掃描周期）；M8005——PLC后備鋰電池電壓過低時接通；M8011——10ms時鐘脈沖；M8013——100ms時鐘脈沖；M8012——1s時鐘脈沖；M8014——1min時鐘脈沖。表5-1PLC輸入/輸出分配表輸入信號輸入信號手動SAX0底盤逆限位SQ6X23回原位SAX1手順限位SQ7X24連續(xù)SAX2手逆限位SQ8X25回原位SB1X3底旋轉(zhuǎn)脈沖X26啟動SB2X4前行SB12X30停止SB3X5后退SB13X31下降SB4X6輸出信號上升SB5X7上升/下降步進(jìn)電機(jī)YA0Y0夾緊SB6X10YA1Y1松開S