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三菱PLC控制的機(jī)械手系統(tǒng) 作者：洪玉紅 自動(dòng)化系自0101班摘 要:本文介紹了如何利用PLC（可編程控制器）的自動(dòng)控制和邏輯運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn)改變PLC的程序及參數(shù)，達(dá)到靈活控制設(shè)備運(yùn)行的目的,從而使設(shè)備操作變得更方便，更富有人性化。它充分體現(xiàn)了工控自動(dòng)化在實(shí)際生產(chǎn)中的重要作用。通過對物料搬運(yùn)機(jī)械手裝置結(jié)構(gòu)與功能的介紹，給出了FX2N-48MT型PLC在機(jī)械手控制中的應(yīng)用實(shí)例，重點(diǎn)分析了基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)組成，并詳細(xì)論述了以PLC為核心對步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行綜合控制的軟、硬件實(shí)現(xiàn)方法。我們了解到各種類型機(jī)械手是自動(dòng)化生產(chǎn)中必不可少的重要設(shè)備。尤其是在危險(xiǎn)場合，在嚴(yán)重威脅人們安全和健康的環(huán)境下，采用機(jī)械手代替人，具有十分重要的意義。本文針對機(jī)械手系統(tǒng)的控制方法充分利用了PLC 和其他控制裝置的特性，結(jié)構(gòu)緊湊，擴(kuò)展可靠，目前，在現(xiàn)場運(yùn)行良好。在本系統(tǒng)中，PLC作為現(xiàn)場控制設(shè)備，能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作，并且可以通過與上級工控機(jī)通信，組成分布式系統(tǒng)共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測、控制要求，是現(xiàn)代工業(yè)控制中比較先進(jìn)的控制方案，作為一個(gè)相對獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，它還可以通過RS-485總線或CC-Link總線與生產(chǎn)線上的其他PLC及控制器組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的自動(dòng)化生產(chǎn)控制應(yīng)用前景廣泛。Abstract: This text introduces how to utilize PLC programma by making use of its automatic control and logic operation to change the procedure and parameter of PLC, in order to control the equipment to make it operate flexibly , and more convenient, and more rich in humanizationer . It has fully reflected the important function of automation in actual production . According to the introduces of the structure and function of equips, this paper provides the application instance of FX2N-48MT PLC on the mechanical hand control. The control system structure based on PLC is analyzed , and the software and hardware control method of step motor and DC-electrical motor that regards PLC as the core is discussed. We understand that various types of the mechanical hand are important equipments in automated production .Particularly in the dangerous situation , under the serious circumstance that the peoples safety and health are threated ，the adoption of machine hand replacing the person has the very important meaning. This text aiming at the characteristic of the control method of the mechanical hand system , which makes use of PLC and other controlses ,is well equipped , and its structure is tightly packed, the credibility expanded. Currently, circulate on the spot is good .In this system, the PLC is the control equipments on the spot , which can dependably, accurately complete the control operation, and can pass to control the machine correspondence with upper grade work, constitute the distribute type system to monitor the coal system and attain the request, so it is a modern industry control in the control project . As an independent PLC control system, it can also pass the total line of RS-485 or total line of CC- Link and produce on-line other PLC ses and controllers to constitute the industry control network, carrying out the further automation production control application foreground extensively.Mechanical hand system based on Mitsubishi Bank PLC關(guān)鍵詞: （PLC）可編程控制器 機(jī)械手 步進(jìn)電機(jī) 直流電機(jī)Keywords: PLC Mechanical hand step motor DC-motor一 引言 PLC是可編程控制器（Programmable Logic Controller）的簡稱，它是一種新型的通用自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)、通用靈活，可靠性高、環(huán)境適宜性好、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)。PLC在設(shè)計(jì)和制造過程中采取多層抗干擾和精選元件措施,非常適用于在惡劣的工業(yè)環(huán)境下使用，現(xiàn)以廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、環(huán)保、輕工等各個(gè)領(lǐng)域，成為一種最普及、應(yīng)用場合最廣泛的傳統(tǒng)繼電接觸器的替代物新一代的工業(yè)控制器，廣泛的應(yīng)用在模擬量控制、位置控制、監(jiān)控、調(diào)速、數(shù)據(jù)管理、通訊等方面。近年來，隨著我國自動(dòng)化技術(shù)的提高，工廠自動(dòng)化也上了一個(gè)新臺階，PLC作為一個(gè)新興的工業(yè)控制器，以七個(gè)方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。它是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設(shè)備，它是以微處理器為核心, 并綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它的最大特點(diǎn)就是體積小、功能強(qiáng)、響應(yīng)速度快、可靠性高、控制過程均通過以梯形圖的方式編程。隨時(shí)可依生產(chǎn)工藝的不同要求而隨機(jī)修改，還具有可擴(kuò)展性?，F(xiàn)在由于PLC均由世界上有名的電氣控制設(shè)備制造商專業(yè)化研究開發(fā)和批量生產(chǎn)，故由于生產(chǎn)成本低而導(dǎo)致價(jià)格便宜。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加快，市場競爭導(dǎo)致其價(jià)格有進(jìn)一步下調(diào)的空間，為各行業(yè)上廣泛采用此種控制系統(tǒng)提供了有利條件。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可編程序控制器有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，其功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了邏輯控制、順序控制的范圍，它與計(jì)算機(jī)有效結(jié)合，可進(jìn)行模擬量控制，具有遠(yuǎn)程的通信功能等，有人稱其為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱(PLC、機(jī)器人、CAD/CAM)之一。目前PLC，已廣泛應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工業(yè)等領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具如：PLC控制的機(jī)械手系統(tǒng)可在空間抓放物體,動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種中的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線，可代替人工進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)。二 PLC概述(一) PLC的硬件系統(tǒng)用可編程控制器實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入輸出變換，并將這個(gè)變換予以物理實(shí)現(xiàn)。入出變換 、物理實(shí)現(xiàn)可以說是PLC實(shí)施控制的兩個(gè)基本點(diǎn)。而入出變換實(shí)際上就是信息處理，信息處理當(dāng)今最常用的是微處理機(jī)技術(shù)，PLC也是用它，并使其專用化，應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場。至于物理實(shí)現(xiàn)，正是它與普通微機(jī)相區(qū)別之點(diǎn)，普通微機(jī)多只考慮信息本身，別的不多考慮，而PLC要考慮實(shí)際的控制需要。物理實(shí)現(xiàn)要求PLC的輸入，應(yīng)當(dāng)排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場。輸出應(yīng)放大到工業(yè)控制的水平，能為實(shí)際控制系統(tǒng)方便使用。這就要求I/O電路專門設(shè)計(jì)。根據(jù)PLC實(shí)施控制的基本點(diǎn)的分析，PLC采用了典型的計(jì)算結(jié)構(gòu)。主要是由CPU、RAM、ROM和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路組成，如圖1-1和圖1-21. 中央處理機(jī)：PLC的核心，它是由中央處理器（CPU）和存儲器等組成。中央處理器（CPU）一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一個(gè)芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出（I/O）接口電路相連接。CPU按掃描方式工作，從0000首址存放的第一條用戶程序開始，到用戶程序的最后一個(gè)地址，不停的周期性掃描，每掃描一次，用戶程序就執(zhí)行一次。CPU的主要功能為：圖1-1圖1-2從存儲器中讀取指令。CPU從地址總線上給出存儲地址從控制總線上給出讀指令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的命令，并存入CPU內(nèi)的指令寄存器中執(zhí)行指令。對存放在指令寄存器中的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作，如讀取輸入信號，取操作數(shù)，進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，將結(jié)果輸出給有關(guān)部分。準(zhǔn)備取下一個(gè)指令。CPU執(zhí)行完一條指令后，能根據(jù)條件產(chǎn)生下一條指令的地址，以便取出和執(zhí)行下一條指令，在CPU的控制下，程序的指令既可以順序執(zhí)行，也可以分支或跳轉(zhuǎn)。處理中斷。CPU除順序執(zhí)行程序外，還能接收輸入輸出接口發(fā)來的中斷請求，并進(jìn)行中斷處理，中斷處理完后，再返回原址，繼續(xù)順序執(zhí)行2. 存儲器：用于存放系統(tǒng)程序：一般系統(tǒng)程序是由PLC廠家編寫的，不能由用戶直接存取。系統(tǒng)程序存儲器用來存放有關(guān)系統(tǒng)管理解釋指令、標(biāo)準(zhǔn)程序系統(tǒng)調(diào)用等程序。一般用PROM或EPROM構(gòu)成。由用戶編寫的程序稱為用戶程序。用戶程序存放在用戶程序存儲器中。用戶程序存儲器的容量不大，一般只有幾K 的容量，常用ROM構(gòu)成。3. 輸入/輸出部分：這是PLC與被控設(shè)備相連接的接口電路。用戶設(shè)備輸入PLC的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按扭、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量（要通過模數(shù)變換進(jìn)機(jī)內(nèi)）等，通過輸入輸出電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、電機(jī)等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。1） 輸入接口電路：現(xiàn)場輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦輸入接口電路成。光電耦合電路：采用光電耦合點(diǎn)；路與現(xiàn)場輸入信號相連是為防止現(xiàn)場的強(qiáng)電干擾進(jìn)入PLC。光電耦合電路的關(guān)鍵器件市光電耦合器，一般由發(fā)光二極管和光電三極管組成。光電耦合器的抗干擾性能：由于輸入和輸出段是靠光信號偶合的，在電器上是完全隔離的，因此輸出端的信號不會反饋到輸入端，也不會產(chǎn)生地線干擾和其他串?dāng)_。微電腦的輸入接口電路：它一般由數(shù)據(jù)輸入寄存器、選通電路和中斷請求邏輯電路構(gòu)成，這些電路集成在一個(gè)芯片上?，F(xiàn)場的輸入信號通過光電耦合送到輸入數(shù)據(jù)寄存器，然后通過數(shù)據(jù)總線送給CPU。2）輸出接口電路：一般由微電腦輸出接口電路和功率放大電路組成。微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷電路集成而成。CPU通過數(shù)據(jù)總線將要輸出的信號放到輸出數(shù)據(jù)寄存器中。功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制的要求，將微電腦輸出的信號加以放大。PLC一般采用繼電器輸出。（4）電源部件：將交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC所需的直流電源。目前大部分PLC采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源供電。(二) PLC的軟件系統(tǒng)1. 系統(tǒng)程序：它由PLC的制造企業(yè)編制，固化在PROM或EPROM中，按裝在PLC上，隨產(chǎn)品提供給用戶。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序和供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊等。系統(tǒng)管理程序的主要功能A：時(shí)間分配的運(yùn)行管理，即實(shí)現(xiàn)PL C輸入、輸出運(yùn)算，自檢及提供通信時(shí)序B：存儲空間的額分配管理，即生成用戶環(huán)境，規(guī)定各種參數(shù)、程序的存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)參數(shù)存儲地址轉(zhuǎn)化為實(shí)際的數(shù)據(jù)格式及物理存儲地址C：系統(tǒng)的自檢程序，即對系統(tǒng)進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、警戒時(shí)鐘運(yùn)行等。在系統(tǒng)管理程序的控制下，整個(gè)PLC能正確、有效地工作。用戶指令解釋程序。它可將用戶用各種編程語言（梯形圖、語句表等）編制的應(yīng)用程序翻譯成CPU能執(zhí)行的機(jī)器指令供系統(tǒng)調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)程序模塊。它由許多獨(dú)立的程序組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運(yùn)算等不同的功能。PLC的各種具體工作都由這部分來完成。2. 用戶程序:它是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造企業(yè)提供的編程語言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量運(yùn)算程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。開關(guān)量邏輯控制程序。它是PLC用戶程序中最重要的一部分，一般采用梯形圖、助記符或功能塊圖等編程語言編制，不同的PLC制造企業(yè)提供的編程語言有不同的形式，至今沒有一種能全部兼容的編程語言。模擬量運(yùn)算程序及閉環(huán)控制程序。通常，它是在大中型PLC上實(shí)施的程序，由用戶根據(jù)需要按PLC提供的軟件和硬件功能進(jìn)行編制。編程語言一般采用高級語言或匯編語言。一些制造企業(yè)為了方便用戶編程，也提供相應(yīng)編程軟件供用戶編制模擬量和PID控制等的程序。操作站系統(tǒng)程。它是大型PLC系統(tǒng)經(jīng)過通信聯(lián)網(wǎng)后，由用戶進(jìn)行信息交換和管理而編制的程序。它包括各類畫面的操作顯示程序。一般采用高級語言實(shí)現(xiàn)。一些制造企業(yè)也提供了人機(jī)界面的有關(guān)軟件，用戶可以根據(jù)制造企業(yè)提供的外交使用說明進(jìn)行操作站的系統(tǒng)畫面組態(tài)和編制相應(yīng)的應(yīng)用程序。(三) PLC的工作過程PLC大多采用成批輸入/輸出的周期掃描方式工作，按用戶程序的先后次序逐條運(yùn)行。一個(gè)完整的周期可分為三個(gè)階段：1. 輸入刷新階段：程序開始時(shí)，監(jiān)控程序使機(jī)器以掃描方式逐個(gè)輸入所有輸入端口上的信號，并依次存入對應(yīng)的輸入映象寄存器。2. 程序處理階段：所有的輸入端口采樣結(jié)束后，即開始進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始，逐條加以執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)行結(jié)果，存入對應(yīng)的中間元件和輸出元件映象寄存器，當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新處理。入對應(yīng)的中間元件和輸出元件映象寄存器，當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸出刷新處理。3. 輸出刷新階段：將輸出元件映象寄存器的內(nèi)容，從第一個(gè)輸出端口開始，到最后一個(gè)結(jié)束，依次讀入對應(yīng)的輸出鎖存器，從而驅(qū)動(dòng)輸出器件形成可編程的實(shí)際輸出。一般地，PLC的一個(gè)掃描周期約10ms，另外，可編程序控制器的輸入/輸出還有響應(yīng)滯后（輸入濾波約10ms），繼電器機(jī)械滯后約10ms，所以，一個(gè)信號從輸入到實(shí)際輸出，大約有20-30ms的滯后。(四) PLC的工作原理PLC雖然以微處理器為核心，并具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令和中斷的工作方式，而PLC則是采用順序掃描、不斷循環(huán)的方式進(jìn)行工作的，包括輸入采樣、系統(tǒng)處理、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新四個(gè)階段。完成上述四個(gè)階段稱為一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行這四個(gè)階段。1. 輸入采樣階段：順序訪問PLC的所有輸入單元的信號狀態(tài)，將其放入輸入緩沖區(qū)內(nèi)。2. 系統(tǒng)處理階段：對系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，對連接的I/O單元及外部設(shè)備進(jìn)行定期服務(wù)。3. 用戶程序執(zhí)行階段：執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的用戶程序，將處理結(jié)果分別放入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)和輸出緩沖區(qū)。4. 輸出刷新階段：將輸出緩沖區(qū)的所有信號送到輸出單元，刷新輸出單元鎖存器的原有狀態(tài)。(五) PLC的編程語言的基本指令系統(tǒng)和編程方法附件: 1. 編程語言的形式最常用的兩種編程語言，一是梯形圖，二是助記符語言表。采用梯形圖編程，因?yàn)樗庇^易懂，但需要一臺個(gè)人計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的編程軟件；采用助記符形式便于實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樗恍枰慌_簡易編程器，而不必用昂貴的圖形編程器或計(jì)算機(jī)來編程。雖然一些高檔的PLC還具有與計(jì)算機(jī)兼容的C語言、BASIC語言、專用的高級語言（如西門子公司的GRAPH5、三菱公司的MELSAP），還有用布爾邏輯語言、通用計(jì)算機(jī)兼容的匯編語言等。不管怎么樣，各廠家的編程語言都只能適用于本廠的產(chǎn)品。2. 編程指令：指令是PLC被告知要做什么，以及怎樣去做的代碼或符號。從本質(zhì)上講，指令只是一些二進(jìn)制代碼，這點(diǎn)PLC與普通的計(jì)算機(jī)是完全相同的。同時(shí)PLC也有編譯系統(tǒng)，它可以把一些文字符號或圖形符號編譯成機(jī)器碼，所以用戶看到的PLC指令一般不是機(jī)器碼而是文字代碼，或圖形符號。常用的助記符語句用英文文字（可用多國文字）的縮寫及數(shù)字代表各相應(yīng)指令。常用的圖形符號即梯形圖，它類似于電氣原理圖是符號，易為電氣工作人員所接受。A）指令系統(tǒng)：一個(gè)PLC所具有的指令的全體稱為該P(yáng)LC的指令系統(tǒng)。它包含著指令的多少，各指令都能干什么事，代表著PLC的功能和性能。一般講，功能強(qiáng)、性能好的PLC，其指令系統(tǒng)必然豐富，所能干的事也就多。我們在編程之前必須弄清PLC的指令系統(tǒng)B ）程序：PLC指令的有序集合，PLC運(yùn)行它，可進(jìn)行相應(yīng)的工作，當(dāng)然，這里的程序是指PLC的用戶程序。用戶程序一般由用戶設(shè)計(jì)，PLC的廠家或代銷商不提供。用語句表達(dá)的程序不大直觀，可讀性差，特別是較復(fù)雜的程序，更難讀，所以多數(shù)程序用梯形圖表達(dá)。C）梯形圖：梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達(dá)所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個(gè)個(gè)梯形圖符號指令連成一個(gè)指令組，這個(gè)指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時(shí)再繼以若干個(gè)輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實(shí)現(xiàn)輸出控制，或?yàn)閿?shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進(jìn)行相應(yīng)的工作。母線是用來連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的最簡單的梯形圖例：它有兩組，第一組用以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止控制。第二組僅一個(gè)END指令，用以結(jié)束程序。 A）梯形圖與助記符的對應(yīng)關(guān)系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎?，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序?yàn)椋?地址 指令 變量 0000 LD X000 0001 OR X010 0002 AND NOT X001 0003 OUT Y0000004 END 反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應(yīng)的梯形圖。B） 梯形圖與電氣原理圖的關(guān)系：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應(yīng)關(guān)系。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應(yīng)于繼電器的線圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應(yīng)于接點(diǎn)，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開關(guān)，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉(zhuǎn)換即可變成梯形圖，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，即可變成語句表程序。 有了這個(gè)對應(yīng)關(guān)系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術(shù)對傳統(tǒng)繼電控制技術(shù)的繼承。3. 基本指令系統(tǒng)特點(diǎn) PLC的編程語言與一般計(jì)算機(jī)語言相比，具有明顯的特點(diǎn)，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，它既要滿足易于編寫，又要滿足易于調(diào)試的要求。目前，還沒有一種對各廠家產(chǎn)品都能兼容的編程語言。如三菱公司的產(chǎn)品有它自己的編程語言，OMRON公司的產(chǎn)品也有它自己的語言。但不管什么型號的PLC，其編程語言都具有以下特點(diǎn)：(1)圖形式指令結(jié)構(gòu)：程序由圖形方式表達(dá)，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統(tǒng)的軟件開發(fā)者已把工業(yè)控制中所需的獨(dú)立運(yùn)算功能編制成象征性圖形，用戶根據(jù)自己的需要把這些圖形進(jìn)行組合，并填入適當(dāng)?shù)膮?shù)。在邏輯運(yùn)算部分，幾乎所有的廠家都采用類似于繼電器控制電路的梯形圖，很容易接受。如西門子公司還采用控制系統(tǒng)流程圖來表示，它沿用二進(jìn)制邏輯元件圖形符號來表達(dá)控制關(guān)系，很直觀易懂。較復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算、定時(shí)計(jì)數(shù)等，一般也參照梯形圖或邏輯元件圖給予表示，雖然象征性不如邏輯運(yùn)算部分，也受用戶歡迎(2)明確的變量常數(shù)：圖形符相當(dāng)于操作碼，規(guī)定了運(yùn)算功能，操作數(shù)由用戶填人，如：K400，T120等。PLC中的變量和常數(shù)以及其取值范圍有明確規(guī)定，由產(chǎn)品型號決定，可查閱產(chǎn)品目錄手冊。(3)簡化的程序結(jié)構(gòu)：PLC的程序結(jié)構(gòu)通常很簡單，典型的為塊式結(jié)構(gòu)，不同塊完成不同的功能，使程序的調(diào)試者對整個(gè)程序的控制功能和控制順序有清晰的概念。(4)簡化應(yīng)用軟件生成過程：使用匯編語言和高級語言編寫程序，要完成編輯、編譯和連接三個(gè)過程，而使用編程語言，只需要編輯一個(gè)過程，其余由系統(tǒng)軟件自動(dòng)完成，整個(gè)編輯過程都在人機(jī)對話下進(jìn)行的，不要求用戶有高深的軟件設(shè)計(jì)能力。(5)強(qiáng)化調(diào)試手段：無論是匯編程序，還是高級語言程序調(diào)試，都是令編輯人員頭疼的事，而PLC的程序調(diào)試提供了完備的條件，使用編程器，利用PLC和編程器上的按鍵、顯示和內(nèi)部編輯、調(diào)試、監(jiān)控等，并在軟件支持下，診斷和調(diào)試操作都很簡單?？傊?，PLC的編程語言是面向用戶的，對使用者不要求具備高深的知識、不需要長時(shí)間的專門訓(xùn)練。(4) 高級指令（可調(diào)脈沖輸出指令）該指令的助記符、指令代碼、操作數(shù)范圍和程序步如下表2-1，可調(diào)脈沖輸出指令應(yīng)用如圖2-1表2-1 可調(diào)脈沖輸出指令要素指令名稱助記符指令代碼位數(shù)操作數(shù)程序步S1S2S3D可調(diào)脈沖輸出PLSRFNC59(16/32)K、H、KnX、KnY、KnM、KnS、T、C、D、V、ZY0或Y1PLSR9步DPLSR9步FNC59 PLSRK500D0K3600Y0 S1 S2 S3 D最高頻率 總輸出脈沖 加減速時(shí)間 輸出號碼圖2-1 可調(diào)脈沖輸出指令應(yīng)用帶加減速功能的定尺寸傳送的脈沖輸出指令，對所指定的最高頻率進(jìn)行定加速，直到達(dá)到所指定的輸出脈沖數(shù)，進(jìn)行定額減速。各操作數(shù)設(shè)定范圍如下：S1：最高頻率 可設(shè)定為1020000HZ，頻率以10的倍數(shù)指定，最高頻率中指定值得1/10為可減速的一次變速量，因此，設(shè)定時(shí)在步進(jìn)馬達(dá)不時(shí)調(diào)的范圍S2：總輸出脈沖數(shù) 可設(shè)定范圍16位指令132767個(gè)脈沖32位指令1214783647個(gè)脈沖設(shè)定值不滿110時(shí)，脈沖不能正常工作，使用DPLSR時(shí)，此比例按（D1、D2）作為32位設(shè)定值S3：加減速度時(shí)間，可設(shè)定范圍：500ms以下，加速時(shí)間和減速時(shí)間以相同值動(dòng)作D： 脈沖輸出號碼，只能指定為Y0或Y1，輸出一定為晶體管(六) PLC的優(yōu)勢可編程控制器（Programmable Controller）簡寫成 PLC，其中 L為邏輯（Logic）的意思，第一臺可編程控制器是1969年在美國面世的。經(jīng)過30多年的發(fā)展，現(xiàn)在可編程控制器已經(jīng)成為最重要、最可靠、應(yīng)用場合最廣泛的工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令；并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破骶哂兄T多優(yōu)點(diǎn)：A）LC的生產(chǎn)廠家都著力于提高可靠性的指標(biāo)。B）LC還具有編程方便、易于使用的優(yōu)點(diǎn)。C）PLC控制功能極強(qiáng)，除基本的邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算等功能外，配合特殊功能模塊還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制、PID運(yùn)算、過程控制、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機(jī)通信，通過遠(yuǎn)程模塊可以控制遠(yuǎn)方設(shè)備。D）PLC的擴(kuò)展以及與外部聯(lián)接極為方便。所以可編程控制器應(yīng)用于廣播發(fā)射機(jī)可實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)射機(jī)的自動(dòng)開關(guān)機(jī)，及采集并監(jiān)控發(fā)射機(jī)的各個(gè)參數(shù)，出現(xiàn)異態(tài)時(shí)報(bào)警，有備用還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)倒備份。這樣便能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的異常，及時(shí)處理，降低停播率，能很好的保證節(jié)目的安全、優(yōu)質(zhì)播出，并能大大減輕發(fā)射機(jī)的值班任務(wù)。(七) FX2N系列1. FX2N系列的PLC模型F X 2 N- M 1 2式中,1部分用兩位數(shù)表示輸入/輸出的總點(diǎn)數(shù),有16、24、32、48、64和80六種；2部分用字符表示輸出類型：R表示繼電器觸點(diǎn)輸出。T表示晶體管輸出，S表示雙向晶閘管輸出。備有可自由選擇，豐富的品種 可選用16/32/48/64/80/128/點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。 可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。高速運(yùn)算 1個(gè)指令運(yùn)行時(shí)間，只需0.08us 基本指令/1指令0.08us 應(yīng)用指令/1指令1.52us數(shù)100us 在指令以外，實(shí)現(xiàn)高速化 高速計(jì)數(shù)器 1相60KHZ：2點(diǎn)10KHZ：4點(diǎn)或 2相30KHZ：1點(diǎn)5KHZ：1點(diǎn) 脈沖讀取 可讀取最大50us的短脈沖輸入適用于多種特殊用途 還可應(yīng)用在模擬控制、定位控制等特殊用途。 FX2N系列中，1臺基本單元最多可連接8臺擴(kuò)展模塊或特殊功能模塊 模擬輸入輸出 FX2N4AD模擬輸入（4CH） FX2N4DA模擬輸出（4CH） FX2N4ADPTPT100溫度感應(yīng)器用（4CH） FX2NAADTC電熱偶溫度感應(yīng)器用（4CH） FXON3A模擬輸入出模塊（2CH入，1CH出） 高速脈沖輸入 FX2N1HC高速計(jì)數(shù)器（2相50KHZ） 定位 FX2N1PG脈沖輸出（1軸100KPPS） RS232C機(jī)器通訊 FX2N232IFRS232通訊用（1CH可共同的外部設(shè)備 可以共用FX系列的外部設(shè)備 便攜式簡易編程器FX10PE、FX20PE需使用FX20PCAB0作連接線 個(gè)人電腦軟件 Windows 3.1/95）用（FXPCS/WIN）(需使用SC09作連接線2. FX2N系列主要技術(shù)性能應(yīng)用指令中有多個(gè)可使用的簡單指令 高速處理指令 輸入過濾器常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸入等。 便利指令 數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)排列，三角子函數(shù)運(yùn)算，平方根，浮點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算等。 特殊用途 脈沖輸出（20KHZ/DC5V,10KHZ/DC12V24V）脈寬調(diào)制，PID控制指令等。 外部設(shè)備相互通信 串行數(shù)據(jù)傳送，ACCII code印刷，HEXASCII變換，校驗(yàn)碼等。 時(shí)計(jì)控制 內(nèi)置時(shí)鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法，讀出、寫入等指令種類指令數(shù)目基本指令27種步進(jìn)梯形指令2種應(yīng)用指令128種:298個(gè)表2-1交流電源、24V直流輸入類型表2-2模型 I/O總數(shù)輸入輸出尺寸mm(英寸）（寬）x（厚）x（高） 數(shù)目類型數(shù)目類型FX2N-32MR-D3216漏型16繼電器 150x87x90(5.9x3.4x3.5)FX2N-32MT-D晶體管FX2N-48MR-D4824漏型24繼電器 182x87x90(7.2x3.4x3.5) FX2N-48MT-D晶體管FX2N-64MR-D6432漏型32繼電器 220x87x90(8.7x3.4x3.5) FX2N-64MT-D晶體管FX2N-80MR-D8040漏型40繼電器 285x87x90(11.2x3.4x3.5) FX2N-80MT-D 晶體管24V直流電源、24V直流輸入類型表2-3模型I/O總數(shù)輸入輸出尺寸(mm)寬厚高數(shù)目類型數(shù)目類型FX2N-16MR-001168漏型8繼電器130x87x90(5.12x3.4x3.5) FX2N-16MT晶體管FX2N-32MR-0013216漏型16繼電器150x87x90(5.9x3.4x3.5) FX2N-32MT晶體管FX2N-48MR-0014824漏型24繼電器182x87x90(7.2x3.4x3.5)FX2N-48MT晶體管FX2N-64MR-0016432漏型32繼電器220x87x90(8.7x3.4x3.5) FX2N-64MT晶體管FX2N-80MR-0018040漏型40繼電器285x87x90(11.2x3.4x3.5)FX2N-80MT晶體管FX2N-128MR-00112864漏型64繼電器350x87x90(13.8x3.4x3.5)FX2N-128MT晶體管三 機(jī)械手系統(tǒng)的工作過程機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定程序、軌跡和要求代替人手抓、吸、搬運(yùn)工件或工具進(jìn)行操作的自動(dòng)化裝置。本系統(tǒng)的機(jī)械手部分由底盤、立桿、手臂、手組成。機(jī)械手移動(dòng)到傳送帶B工件處夾緊工件，然后將工件移動(dòng)到指定位置傳送帶A，接著放下工件，最后機(jī)械手回到初始位置（機(jī)械手的立桿最高，手臂最短，手最松）。其中底盤由一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該電機(jī)的順時(shí)針/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制底盤的左/右旋轉(zhuǎn)；立桿由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過改變CP脈沖的頻率來改變步進(jìn)電機(jī)的速度，從而改變立桿的上升/下降的速度；手臂由另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過改變CP脈沖的頻率來改變步進(jìn)電機(jī)的速度，從而改變手臂的伸/縮速度；手由一個(gè)直流電機(jī)控制，該電機(jī)的順時(shí)針/逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)控制手的抓緊/放松。在機(jī)械手的各個(gè)相應(yīng)位置都有行程開關(guān)用于定位。傳 手 傳送 手臂 送帶 立桿 帶 A B 工件 底盤圖3-1 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)圖SB1SB3SB5SB7SB9SB1SB8SB6SB4SB2 手動(dòng) 單周期自動(dòng) 松X21 伸X17 上升X16 啟動(dòng)X0 電源 10 順時(shí)針X14 縮X20 下降X15 停止X1 急停X2 圖3-2 機(jī)械手操作面板四 機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想(一) 機(jī)械手的單個(gè)工作流程機(jī)械手移動(dòng)到傳送帶B工件處夾緊工件將工件移動(dòng)到指定位置傳送帶A放下工件機(jī)械手回到初始位置五個(gè)過程完成，機(jī)械手通過PLC來控制，可實(shí)現(xiàn)這五個(gè)過程全自動(dòng)依次運(yùn)行：1. 械手移動(dòng)到工件B處：機(jī)械手分別通過步進(jìn)電機(jī)及直流電機(jī)來控制，使得機(jī)械手移到工件（傳送帶B）處，移動(dòng)的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；2. 工件移動(dòng)到指定位置：機(jī)械手分別通過步進(jìn)電機(jī)及直流電機(jī)來控制，使得機(jī)械手移到工件（傳送帶A）處，移動(dòng)的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；3. 夾放工件：通過夾緊/放下直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)來控制，夾緊工件通過定時(shí)器來控制，即憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定一個(gè)時(shí)間（本系統(tǒng)設(shè)為5S），在這個(gè)時(shí)間內(nèi)機(jī)械手能完全夾緊工件；4. 放下工件：通過夾緊/放下直流電機(jī)的反轉(zhuǎn)來控制，通過松限開關(guān)來控制5. 機(jī)械手回到初始位置：機(jī)械手分別通過步進(jìn)電機(jī)及直流電機(jī)來控制，使得機(jī)械手移到初始位置處，移動(dòng)的最大位置通過相應(yīng)的限位開關(guān)來控制；(二) 機(jī)械手的操作方式機(jī)械手的操作方式可分為手動(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)操作方式。1. 手動(dòng)：用按鈕操作對機(jī)械手的每一步運(yùn)動(dòng)單獨(dú)進(jìn)行控制，如：當(dāng)選擇上/下運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手上升，按下停止按鈕，機(jī)械手下降；當(dāng)選擇左/右運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手左移，按下停止按鈕，機(jī)械手右移；當(dāng)選擇夾緊/放松按鈕時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)械手夾緊，按下停止按鈕，機(jī)械手放松，該方式用于機(jī)械手系統(tǒng)的“回原位”操作本系統(tǒng)中，可用手動(dòng)方式用于機(jī)械手的初始狀態(tài)定位，用操作面板按鈕的（SB5，SB6，SB7，SB8，SB9，SB10）來點(diǎn)動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的各動(dòng)作；2. 單步：每按一次起動(dòng)按鈕SB3，機(jī)械手完成一步動(dòng)作后，自動(dòng)停止；3. 單周期操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕SB3，機(jī)械手自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，返回原位（如果在動(dòng)作過程中，按下停止按鈕SB4，機(jī)械手停在該工序上，再按下起動(dòng)按鈕SB3，則又從該工序繼續(xù)工作，最后停在原位），本系統(tǒng)采用單周期方式進(jìn)行機(jī)械手的工藝過程（機(jī)械手移動(dòng)到傳送帶B工件處夾緊工件將工件移動(dòng)到指定位置傳送帶A放下工件機(jī)械手回到初始位置）；4. 連續(xù)操作：機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按一下起動(dòng)按鈕SB3，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，若按一下停止按鈕SB4，則機(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)停止五 機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析被控對象工藝過程提出系統(tǒng)控制要求確定外部輸入/輸出設(shè)備選擇PLC分配I/O點(diǎn)軟件滿足要求設(shè)計(jì)梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查模擬調(diào)試滿足要求聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件滿足要求設(shè)計(jì)控制臺（柜）及安裝接線圖現(xiàn)場施工接線編制技術(shù)文件圖5-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一) 硬件設(shè)計(jì) PLC系統(tǒng)一般由PLC、輸入輸出設(shè)備、控制柜等設(shè)備組成。在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮如下原則。 可靠性?？煽啃允强刂葡到y(tǒng)的生命，系統(tǒng)不可*，即使功能再完善，經(jīng)濟(jì)性再好也沒有用，可*性不好的設(shè)備是沒有市場的。在設(shè)計(jì)中，盡可能選擇可*的元件和產(chǎn)品，雖然，初始投資可能多一點(diǎn)，但是，考慮到因?yàn)榭?性不好造成的生產(chǎn)和維修費(fèi)用，還是值得的。 b、功能完善。在保證控制功能的基礎(chǔ)上，盡可能地將自檢、報(bào)警等功能納入設(shè)計(jì)方案。 c、經(jīng)濟(jì)性。在保證控制功能和可*性的基礎(chǔ)上，盡可能地降低成本。 d、在保證前三條的基礎(chǔ)之上，考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性和可擴(kuò)展性。(二) 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)就是編寫滿足生產(chǎn)要求的梯形圖或助記符程序，設(shè)計(jì)時(shí)的原則和要求如下： a、建立PLC輸入和輸出量的接線表和接線圖； b、建立PLC存儲器的分配表； c、推導(dǎo)每一個(gè)輸出、中間量和指令的動(dòng)作和停止條件； d、盡量減少掃描時(shí)間，方法是減少指令和內(nèi)存的使用； e、對每一個(gè)梯形圖梯級給予注釋； f、要求邏輯關(guān)系明確，輸出、中間量和指令的名字易懂好記。 修改程序開始制定運(yùn)行方案畫控制流程圖制定抗干擾措施編制I/O口分配表程序元件編號編寫程序程序輸入PLC測試正常試運(yùn)行正常固化程序結(jié)束流程正常方案正確圖5-2 軟件設(shè)計(jì)六 機(jī)械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(一) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成圖 PLC起動(dòng)按鈕 夾緊/放松電機(jī)停止按鈕 底盤旋轉(zhuǎn)電機(jī)急停按鈕 桿上升/下降電機(jī)限位開關(guān) 手臂伸/縮電機(jī)圖6-1 機(jī)械手控制系統(tǒng)圖(二) I/O地址分配 由于該CPU模塊有24點(diǎn)數(shù)字量輸入，24點(diǎn)數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入模塊，采用自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子對應(yīng)的輸入地址是X000-X027，輸出端子對應(yīng)的輸出地址是Y000-Y027。下圖（圖5-5）為PLC的I/O接線圖，選用FX2N-48MT的PLC，系統(tǒng)共有15個(gè)輸入設(shè)備和6個(gè)輸出設(shè)備，分別占用PLC的15個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，為了保證系統(tǒng)在緊急情況下(包括PLC發(fā)生故障時(shí))能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流繼電器KM。在PLC開始運(yùn)行時(shí)，按下“電源”按鈕SB1，S使KM線圈得電后并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給輸出設(shè)備提供電源，出現(xiàn)緊急情況，按下“急停”按鈕SB2，KM觸點(diǎn)斷開。 圖6-2七 編程