基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

完成工作，制定計策完成工作，制定計策部門：電氣工程系專業(yè)名稱：2013(3)電氣自動化技術(shù)論文標題：機器人PLC控制學生姓名：地圖老師：評委：實現(xiàn)成果：2016年月列表設(shè)計任業(yè)書.目錄.序言.1、PLC簡介.1.1 PLC開發(fā).1.2 PLC基本結(jié)構(gòu).1.3 PLC工作原理.2、氣動機械手的PLC控制.2.1控制功能.2.2系統(tǒng)控制圖.2.3輸入和輸出點分配表和原理接線圖.2.4操作系統(tǒng).2.5重新就位程序.2.6手動單步操作過程.2.7自動操作程序.2.8機器人輸送機系統(tǒng)梯形圖.2.9指令表.8、設(shè)計摘要.參考文獻.全言可編程序控制器(稱為PLC)是基于微處理器的通用工業(yè)自動化控制設(shè)備，是基于中繼序列控制開發(fā)的。隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的功能也變得越來越強大，具有更多計算機的功能，因此簡稱為可編程控制器(PC)，但為了不與個人計算機混淆，它仍然被稱為PLC?，F(xiàn)在，PLC在智能和網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)展得很好，現(xiàn)在SOFTPLC登場了，是PLC的無限發(fā)展前景。本文主要通過氣動機械手的PLC控制介紹了PLC的具體應(yīng)用，進一步熟悉PLC，為以后的學習奠定了基礎(chǔ)。1 PLC簡介PLC (programming controller):數(shù)位運算運算的電子系統(tǒng)，設(shè)計用于產(chǎn)業(yè)環(huán)境?？删幊虄?nèi)存類，執(zhí)行面向用戶的命令，如內(nèi)部存儲程序、邏輯計算、順序控制、計時、計數(shù)和算術(shù)運算，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機器或生產(chǎn)過程。1.1 PLC發(fā)展史20世紀60年代末，美國汽車制造業(yè)競爭激烈，為了滿足生產(chǎn)過程不斷更新的要求，1968年美國通用汽車(GM)首先公開投標，對控制系統(tǒng)的具體要求基本上是a。繼電器控制系統(tǒng)設(shè)計周期短，易于更改，布線簡單，成本低。b .可以將計算機的功能與繼電器控制系統(tǒng)相結(jié)合。但是編程比計算機簡單，操作也容易。c .系統(tǒng)通用性強。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)按照上述要求開發(fā)了世界上第一個PLC，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次試運行成功，實現(xiàn)了生產(chǎn)自動化。隨后，隨著日本、德國等的相繼引進，可編程順序控制器得到了快速發(fā)展，但主要用于順序控制，只能執(zhí)行邏輯運算，因此被稱為可編程邏輯控制器(PLC)。定義：可編程控制器是為在工業(yè)環(huán)境中使用而設(shè)計的數(shù)字計算電子系統(tǒng)?？删幊虄?nèi)存類，執(zhí)行面向用戶的命令，如內(nèi)部存儲程序、邏輯計算、順序控制、計時、計數(shù)和算術(shù)運算，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機器或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骱拖嚓P(guān)外部設(shè)備是根據(jù)易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成和輕松擴展功能的原則設(shè)計的。1.2基本結(jié)構(gòu)PLC可編程序列控制器實現(xiàn)了控制功能，該控制功能根據(jù)一定的算法執(zhí)行輸入和輸出轉(zhuǎn)換，并實現(xiàn)了此轉(zhuǎn)換和物理實現(xiàn)。I/o轉(zhuǎn)換、物理實現(xiàn)可以說是PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要素，實際實現(xiàn)是PLC與普通計算機的區(qū)別。這意味著需要考慮實際控制，需要將干擾信號適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場，將輸出擴大到工業(yè)控制級別，便于在實際控制系統(tǒng)中使用，因此PLC主要使用由微處理器(CPU)、內(nèi)存(RAM/ROM)、I/O接口(I/O)電路、通信接口和電源組成的典型計算機結(jié)構(gòu)。PLC的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。1.2.1中央處理器(CPU)中央處理器(CPU)是PLC的控制核心。遵循PLC系統(tǒng)程序提供的功能。a .從用戶程序和數(shù)據(jù)接收和存儲；b .檢查電源、存儲、I/O和警告計時器的狀態(tài)，并診斷用戶程序的語法錯誤。PLC運行時，首先在現(xiàn)場掃描每個輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，將其存儲在I/O映射寄存器中，然后從用戶程序內(nèi)存中逐個讀取用戶程序，解釋命令，按照指示執(zhí)行邏輯或算術(shù)運算，并將結(jié)果發(fā)送到I/O映射寄存器或數(shù)據(jù)寄存器。等待所有用戶程序運行，最后將I/O映射寄存器的每個輸出狀態(tài)或輸出寄存器的數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的輸出設(shè)備，循環(huán)運行直到停止。近年來，對于大型PLC，可以使用雙CPU或3 CPU投票系統(tǒng)進一步提高PLC的可靠性。這樣，即使一個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)也可以繼續(xù)正常運行。1.2.2存儲可編程邏輯控制器的存儲分為系統(tǒng)程序內(nèi)存和用戶程序內(nèi)存。擁有包括顯示器、模塊化應(yīng)用程序功能子程序、命令解釋程序、故障診斷程序和各種管理程序的系統(tǒng)軟件的存儲稱為系統(tǒng)程序存儲。保存用戶程序(用戶程序存儲和數(shù)據(jù))的存儲稱為用戶程序存儲，分為用戶存儲和數(shù)據(jù)存儲兩部分。PLC常用的內(nèi)存類型：(1)隨機存取記憶體(RAM)是一種讀/寫記憶體(隨機記憶體)，提供鋰電池支援的最快存取速度。(2)可擦除的只讀存儲，即erasable programmable read only memory(eprom)。斷電時，陣列中的所有內(nèi)容仍保持不變。(紫外線連續(xù)照射時可以擦除內(nèi)存內(nèi)容)。(3)電子可編程只讀存儲器(EEPROM)是可電氣擦除的只讀內(nèi)存。程序員可以方便地修改存儲的內(nèi)容。PLC存儲空間分配：各種PLC CPU的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作方式，存儲空間通常包含以下三個區(qū)域：(1)系統(tǒng)程序存儲(2)系統(tǒng)RAM存儲，包括I/O映射寄存器和系統(tǒng)軟設(shè)備。(3)用戶程序存儲庫系統(tǒng)程序存儲庫：將與計算機操作系統(tǒng)相對應(yīng)的系統(tǒng)程序保留在系統(tǒng)程序存儲庫中。包括監(jiān)視器、管理程序、命令解釋程序、功能子例程、系統(tǒng)診斷子例程等。制造商嵌入到EPROM中，用戶無法直接訪問。與硬件一起確定PLC的性能。系統(tǒng)RAM存儲：系統(tǒng)RAM存儲包括I/O映射寄存器和各種軟組件，如邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、地址寄存器、累加器。(1)I/o圖像寄存器區(qū)域：由于PLC正在運行，因此在輸入采樣階段依次讀取每個輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在更新輸出階段將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的外圍設(shè)備。因此，需要一定量的存儲單元(RAM)來保存稱為I/O映像寄存器的I/O狀態(tài)和數(shù)據(jù)。交換機I/O占存儲單元的一位，模擬I/O在存儲單元中使用一個詞。因此，整個I/O映射寄存器可以看作交換機I/O映射寄存器的兩個部分。模擬I/O圖像寄存器區(qū)域。(2)系統(tǒng)軟件組件存儲：系統(tǒng)RAM存儲不僅包括I/o映射寄存器，還包括PLC中所有類型軟件組件(例如邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器)的存儲。該存儲分為具有電源損耗維護的存儲和具有電源損耗維護的存儲，這些存儲在PLC斷電時由內(nèi)部鋰電池供電，并且不會丟失數(shù)據(jù)。后者在PLC電源關(guān)閉時將數(shù)據(jù)整理為零。(3)用戶程序存儲：用戶程序存儲包含用戶創(chuàng)建的用戶程序。存儲容量取決于PLC類型。1.2.3輸入接口電路I/o信號有開關(guān)、模擬、數(shù)字三種，在我們實驗室處理的信號中，開關(guān)容量最常見，也是實驗條件的限制。接下來主要介紹開關(guān)接口電路?？删幊踢壿嬁刂破鞯膬?yōu)點之一是抗干擾能力強。這也是I/O設(shè)計的優(yōu)點，通過電氣隔離后，信號才會傳送到CPU，防止現(xiàn)場強烈的電氣干擾流入。下圖顯示了使用光電耦合器(通常由反射二極管和光電極管組成)的開關(guān)輸入接口電路。1.2.4輸出接口電路可編程邏輯控制器的輸出有三種輸出形式：繼電器輸出(m)、晶體管輸出(t)和晶閘管輸出(SSR)。(1)隔離輸出接口電路(2)輸出接口電路的主要技術(shù)參數(shù)A.響應(yīng)時間響應(yīng)時間是PLC從ON狀態(tài)轉(zhuǎn)換到OFF狀態(tài)或從OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)換到ON狀態(tài)所需的時間。繼電器輸出響應(yīng)時間平均約10毫秒；是。晶閘管輸出響應(yīng)時間小于1毫秒。晶體管輸出速度在0.2毫秒以下。B.輸出電流繼電器輸出類型具有較大的輸出電流，AC250V以下的電路電壓可以驅(qū)動純電阻負載2A/1點、感應(yīng)負載80VA以下(AC100V或AC200V)以及燈泡負載100W以下(AC100V或200V)的負載。除Y0，Y1以外，每個輸出點的輸出電流為0.5A，但是由于溫度上升，每個輸出4的電流總計為0.8A，輸出晶體管的ON電壓約為1.5V，因此驅(qū)動半導(dǎo)體組件時，請注意組件的輸入電壓特性。Y0，Y1輸出每一點的輸出電流為0.3A，但使用Y0，Y1的定位命令時需要快速響應(yīng)，因此使用10-100ma的輸出電流。晶閘管輸出電流也比較小。FX1S沒有晶閘管輸出類型。C.開路泄漏電流開路泄漏電流表示輸出處于關(guān)閉狀態(tài)時輸出電路的電流。繼電器輸出觸點關(guān)閉沒有泄漏電流。晶體管輸出泄漏電流小于0.1毫安。晶閘管是由內(nèi)部RC電路引起的大泄漏電流，在系統(tǒng)設(shè)計中需要注意。輸出公共端點(COM)形成公共端點和輸出組之間的回路以驅(qū)動載荷。FX1S在1:00或4:00具有通用輸出類型，因此每個通用終端單元可以驅(qū)動不同電源電壓系統(tǒng)的負載。1.2.5電源PLC的電源在整個系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。如果沒有一個運行正常的可靠電源系統(tǒng)，PLC制造商還將重點放在電源的設(shè)計和制造上。典型的交流電壓波動可以在10%(15%)的范圍內(nèi)將PLC直接連接到交流電網(wǎng)，無需采取任何措施。與FX1S額定電壓a c100v-240v一樣，電壓允許范圍在AC85V-264v之間。允許瞬間停電小于10毫秒，以便繼續(xù)工作。典型小型PLC的電源輸出分為兩部分。部分工作在PLC內(nèi)部電路上。部分是外部提供的操作電源，如現(xiàn)場傳感器。因此，PLC的電源基本要求：能有效地控制、消除電網(wǎng)引起的各種干擾；電源故障不會導(dǎo)致其他部分失敗。允許寬電壓范圍。電力本身的耗電量低，熱量低。內(nèi)部電源與外部電源完全隔離。具有強大的自我保護功能。1.3 PLC工作原理PLC以微處理器為核心，具有計算機的許多特征，但工作方式與計算機大不相同。計算機通常以等待命令的方式工作，如普通鍵盤掃描或I/O掃描儀，如果有I/O更改，則轉(zhuǎn)到相應(yīng)的子程序，如果沒有，則繼續(xù)掃描。PLC使用循環(huán)掃描工作。對于每個程序，CPU從第一個指令開始運行，按命令步驟序列執(zhí)行周期性程序循環(huán)掃描，如果沒有跳轉(zhuǎn)指令，則從第一個指令開始，在終止符發(fā)生后返回到第一個指令，繼續(xù)循環(huán)，每個周期稱為掃描周期。掃描周期大小主要取決于CPU執(zhí)行命令的速度。第二個是執(zhí)行每個命令所需的時間。第三，程序中的命令條帶數(shù)。掃描周期主要可以分為三個階段。輸入1.3.1刷新步驟在輸入刷新階段，CPU掃描所有輸入端口，讀取其狀態(tài)，然后將其寫入輸入狀態(tài)寄存器。輸入端刷新操作完成后，輸入端口關(guān)閉，然后轉(zhuǎn)至程序運行步驟。在程序執(zhí)行過程中，即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會發(fā)生變化，這些更改必須讀入到下一個工作周期的輸入刷新階段。1.3.2流程運行步驟在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一個開始逐步執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果，并將相應(yīng)的邏輯運算結(jié)果放入相應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器中。上次控制程序運行完成后，轉(zhuǎn)到刷新輸入步驟。1.3.3刷新輸出步驟所有命令執(zhí)行后，輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容依次發(fā)送到輸出鎖定電路(輸出圖像寄存器)，以恒定的輸出方式輸出，驅(qū)動外部相應(yīng)的執(zhí)行組件操作，從而形成PLC的實際輸出。因此，輸入更新、程序運行和輸出更新三個階段構(gòu)成了PLC的一個作業(yè)周期。循環(huán)此周期，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。重新整理輸入步驟會在重新整理輸出步驟之后立即執(zhí)行，因此這兩個步驟統(tǒng)稱為重新整理I/O步驟。實際上，PLC除了執(zhí)行