2883基于PLC機械手控制系統(tǒng)設(shè)計

1、目錄翻abstract第一章緒論1.1本課題的意義31.2本文的主要工作31.3選擇設(shè)計方案 3第二章plc的概述42.1 plc的基本知識42.2 plc的應(yīng)用與前景5第三章plc的編程語言73.1梯形圖編程語言73.2功能塊閣編程語言83.3西門子s7-200的編程語言第四章plc控制機械手的設(shè)計94.1各電器設(shè)備的制方式及控制要求104.2電器元件設(shè)備的選擇124.3控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計13第五章設(shè)計小結(jié)33第六章謝辭34參考文獻35摘要在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需耍，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毐氣體等因素的危害， 增加了工人的勞動強度，s至于危機生命。機械手就在這樣誕生了，機

2、械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng) 的任務(wù)執(zhí)行機構(gòu)，是機器人的關(guān)鍵部件之一。機械手的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、猾桿、氣缸等機械 器件組成；電氣方im冇少進電機、驅(qū)動模塊、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥、等電了器件組成。該裝 置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機電一體化的典型代表儀器 之一。本文介紹的機械手是由plc輸出兩路脈沖，分別驅(qū)動橫軸、豎軸步進電機驅(qū)動器，控制機械 手橫軸和豎軸的精確定位，微動開關(guān)將位置信號傳給plc主機；直流電機拖動手爪和底盤旋轉(zhuǎn)，位 置信號由旋轉(zhuǎn)碼盤和接近丌關(guān)反饋給plci機；電磁閥控制氣開閥的丌關(guān)來控制機械手手爪的張合， 從而實現(xiàn)機械手精確運動的功能。本課

3、題擬幵發(fā)的物料搬運機械手4在空間抓放物體，動作靈活多 樣，可代替人丁在高溫和危險的作業(yè)區(qū)進行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運動流程的要求隨時更改 相關(guān)參數(shù)。本文以日本三菱系列plc為基礎(chǔ)，介紹plc在機械手步進控制中應(yīng)用，并給出了詳細的 程序設(shè)計過程。該程序已在工業(yè)機械手中獲得了應(yīng)用，具冇穩(wěn)定、可靠的性能，可供同類設(shè)計參考。 關(guān)鍵詞：可編程控制器plc;機械手；脈沖；步進電機馳動器；步進電機；直流電機；傳感器、限位開關(guān)。in terms of industrial production and other fields，as a result of the needs, it has often

4、been the heat, corrosive and toxic gas hazards and other factors, the increase in labor intensity，and even life crisis. manipulator in the birth of such a manipulator，industrial robot systems traditional mandate，robot is one of the key components. manipulator using the mechanical structure of screw-

5、ball，slider，and other mechanical devices cylinder components; electrical connection is stepping motor，driver module, sensors， switching power supply，solenoids，electronic devices and other components. the device covers a programmable control technology, position control technology，pneumatic technolog

6、y, detection technology, mechatronics is a typical representative of one of the machines. this paper describes the manipulator by the plc two pulse output were driving horizontal, vertical-axis stepper motor actuators, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-swi

7、tch position signal will pass plc mainframes; dc motor drive and chassis gripper rotating position signal from the rotary encoder and nearly plc switch back to the main machine; solenoid valve control of the gas valve opening switches to control the manipulator gripper zhang，thus achieving accurate

8、manipulator movement functions. the topics to be developed by the manipulator grasping be up in space objects, movements flexible，diverse，in place of artificial heat and dangerous operation conducted operations，according to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any ch

9、anges to the relevant parameters. based on japan's mitsubishi plc，based on the manipulator plc stepper control applications, and gives a detailed program design process. the procedure has been in the hands of industrial machinery access to the application，with stable，reliable performance for a s

10、imilar design. keywords : plc manipulator; pulse; stepper motor actuator; stepper motor motor; sensors will，limit switch第一章緒論1.1本課題的意義機械手是近代a動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代科技的一個重耍組 成部分。汽車業(yè)的快速發(fā)展，車外型愈求美觀流線，并由于汽車外板件要求完美無塵的 沖壓生產(chǎn)線也向高速化、高品質(zhì)、a動化、柔性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)過程中的手 工操作、人工送料的生產(chǎn)方式已無法滿足該行業(yè)的需耍。 機械手的積極作用正日益 為人們所認識，其一，它能部

11、分地代替人的勞動并能達到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的 程序、時間和位置來完成工件的傳送。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實 現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和u動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力 物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我 詞，近代幾年來也宥較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。1.2 本文主要做的工作1. 問題提出：plc控制的機械手最主要是應(yīng)用于自動化生產(chǎn)中，如何綜合地運用前面學過知識點, 根據(jù)實際工程要求合理組合成控制系統(tǒng)，在此介紹組成可編程控制器控制系統(tǒng)的一般 方法。2. 系統(tǒng)設(shè)計的主要閃容（1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)

12、計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務(wù)書的形式來確定，它 是整個設(shè)計的依據(jù)；（2 ）選擇電氣傳動形式和電動機、電磁閥等執(zhí)行機構(gòu)；（3 ）選定plc的型號；（4 ）編制plc的輸入/輸出分配表或繪制輸入/輸出端子接線圖；（5 ）根據(jù) 系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書，然后再用相應(yīng)的編程語言（常用梯形圖）進行程 序設(shè)計；1.3選擇設(shè)計方案西門子的優(yōu)點simatic s7-200系列plc是西門子公司生產(chǎn)的具宥高性價比的小型可編程序控制 器，由于它具有結(jié)構(gòu)小巧、可靠性高、運行速度快等特點，在許多行業(yè)中得到了廣泛的 應(yīng)用。s7-200已有兩代產(chǎn)品：第一代cpu模塊為cpu21x,配有4種類型主機，它們的

13、 cpu是cpu212、214、215、216；第二代cpu模塊為cpu22x，也有4種類型主機，它們 的cpu是cpu221、222、224、226,不同類型的cpu具有不同的技術(shù)特征。s7-200 plc 的最大優(yōu)點在于其靈活性及多功能性。靈活性是指其結(jié)構(gòu)配置靈活，可根據(jù)控制任務(wù)配 置人小、功能不同的擴展系統(tǒng)，使其使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜 的屮小控制系統(tǒng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛；多功能性一方面指它使用step7micro/win32,提供 不同的編程語言和豐富的指令集，可以充分利用這些指令編寫解決復(fù)雜任務(wù)的程序，另 一方而它具冇豐富的通信功能，使用戶很容易地進行組網(wǎng)，其通信和實時

14、性方而的優(yōu)點, 使它成為解決復(fù)雜u動化方案的理想控制設(shè)備。西門子公司的simatic s7-200系列屬于小型可編程序控制器，可用于代替繼電器 的簡申.控制場合，也可以用于復(fù)雜的自動化控制系統(tǒng)。s7-200系列plc共奮5種基木 型號的 cpu 模塊，即 cpu221、cpu222、cpu224、cpu226、cpu226xm,控制點數(shù) 可以從10點擴展到248點。其中，cpu221無擴展功能，適于用做小點數(shù)的微型控制 器，cpu222宥擴展功能，cpu224是具有較強控制功能的控制器，cpu226和cpu226 xm適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。所冇型號的cpu在內(nèi)部都集成了 1個（cpu22

15、1、 cpu222、cpu224）或 2 個（cpu226, cpu226xm）通訊口，該通訊u為標準的 rs485 口，可在三種方式下工作，即ppi方式、mpi方式和自由通訊口方式。另外，s7-200 可通過增加em277模塊接入profibus-dp網(wǎng)絡(luò)，通過cp243-1通訊模塊連入工業(yè)以太 網(wǎng)，通過cp243-2模塊使其成為as-i主站。第二章plc的概述2.1 plc基本知識在自動化控制領(lǐng)域，plc是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)30 0多品種plc產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加丄（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金 屬/礦山（11.5%）、紙漿/選紙

16、（11.3%）等行業(yè)。為了使各位初學者更方便地了解plc, 本文對plc的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識作一簡介，以期對各位網(wǎng)友有 所幫助。一、plc的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按 照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是 通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國gm （通用汽車）公司提出取代繼電 氣控制裝置的要求，第二年，美w數(shù)字公句研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝 置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱pmgr ammable controller （p

17、c）。個人計算機（簡稱pc）發(fā)展起來后，為丫方便，也為丫反映可編程控制器的功能 特、6:，可編程序控制器定名為programmable logic controller （plc），現(xiàn)在，仍常常將 plc簡稱pc。plc的定義宥許多種。w際電工委員會（ffic）對plc的定義是：可編程控制器 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存 貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定吋、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指 令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸岀，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控 制器及其冇關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按笏于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的

18、原則 設(shè)計。plc于60年代末期在美國首先出現(xiàn)，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計 吋、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性程序控制系統(tǒng)。1976年正式命名，并給予定義： plc是一種數(shù)字控制專用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如 邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件，控制各 種機械或工作程序。經(jīng)過30多年的發(fā)展，plc已十分成熟與完善，并開發(fā)了模擬量閉 環(huán)控制功能。plc在fcs系統(tǒng)中的地位似乎已被確定并無多少爭論。plc作為一個站 掛在高速總線上。充分發(fā)揮plc在處理開關(guān)量方面的優(yōu)勢。另外，火力發(fā)電廠輔助車 間，例如補給水處理車問、循環(huán)水車問、除灰

19、除濟車問、輸煤車問等，在這些車間的工 藝過程多以順序控制為主。plc對于順序控制冇其獨特的優(yōu)勢。編者以為，輔助車間 的控制系統(tǒng)/、v:以遵循現(xiàn)場總線通訊協(xié)議的plc或能與fcs進行通訊交換信息的plc為 優(yōu)選對象上世紀80年代至90年代屮期，是plc發(fā)展最快的吋期，年增訟率一直保持為 3040%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng) 域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。plc具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單 等特點。plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，

20、在可預(yù)見的將來，是無法 取代的。二、plc的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、 i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc 包拈cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī) 則組合配置。三、cpu的構(gòu)成cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少冇一個cpu,它按plc 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置 送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作 狀態(tài)和編程過程屮的語法錯誤等。進入運行后，從

21、用戶程序存貯器屮逐條讀取指令，經(jīng) 分析石再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮宥關(guān)的控制電路。cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總 線構(gòu)成，cpu單元還包括外芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及 數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析cpu的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng) 宥足夠的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。 但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 寄存器參與運算，并存儲運算的屮間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。cpu速度和內(nèi)存容量

22、是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，10數(shù)量 及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。四、i/o模塊plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o模塊集成了 plc 的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊 將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸岀模塊相反。i/o分為開關(guān)量輸入（di）, 開關(guān)量輸出（do）,模擬量輸入（ai），換擬量輸出（ao）等模塊。開關(guān)量是指只冇開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。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

23、 器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，宥電流型（4-20ma，0-20ma）、電壓型（0-10v，0-5v，-10-10v） 等，按精度分，冇12bit，14bit，16bit等。除了上述通用10外，還有特殊10模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按i/o點數(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架槽數(shù)限制。五、電源模塊plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同吋，有的還為輸入電路 提供24v的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac或110vac）,直流電源 （常用的為24vac）。六、底板或機架大多

24、數(shù)模塊式plc使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系， 使cpu能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個 整體。七、plc系統(tǒng)的其它設(shè)備1、編程設(shè)備：編程器是plc丌發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用 于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接 參與現(xiàn)場控制運行。小編程器plc -般冇手持型編程器，目前一般由計算機（運行編 程軟件）充當編程器。2、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的 一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界而非常普及。3、輸入輸出設(shè)

25、備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如eprom、eeprom寫入器、 條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。八、plc的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在a動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至宥人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點 說法。plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc之間、plc與上位計算機以及其他 智能設(shè)備之問能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具 冇rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信i辦議的接口。plc的通信，還未實現(xiàn)互操作性，me規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，plc各廠家均 冇采用。對于一個自動化工

26、程（特別是屮大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)）來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先， 網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng) 絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標準的協(xié)議、 機制的前提卜*進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成木、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等其體問 題，確定不向?qū)哟嗡褂玫木W(wǎng)絡(luò)標準2.2 plc的應(yīng)用與前景口前，在國內(nèi)外plc已廣泛應(yīng)用治金，石油，化工，剪彩，機械制造，電力，汽 車，輕工，環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著plc性能價格的不斷提高，器應(yīng)用領(lǐng)域 不斷擴大，從應(yīng)用類型看大致可歸納為以下幾個方而：2.2.1強量邏輯運算利用plc最基本的邏輯

27、運算，定時，計收等功能實現(xiàn)邏輯運算，科取代傳統(tǒng)的繼 電器控制用于單片機控制，多機群控制，生產(chǎn)自動線控制等。例：機床，注塑機印刷機 械，裝配生產(chǎn)線，電鍍流水線及電梯的控制等。這是plc最基本的應(yīng)用，也是plc最 廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。2. 運動控制大多數(shù)plc都冇拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，這-功能 廣泛用于各種機械設(shè)備。例如：各種機床，裝配機械。機器人等進行運動控制。3. 過程控制大，屮型plc都具冇多路模擬量i/o模塊和pid控制功能。冇的小型plc也具冇 模擬量輸入輸出，所以plc可實現(xiàn)模擬量控制而且具宥pid控制功能的plc可構(gòu)成閉 環(huán)控制，用于過程控制。這一功能已廣泛用于

28、鋁爐，反應(yīng)堆，水處理，釀酒及閉環(huán)位置 控制和速度控制等方面。4. 數(shù)椐處理現(xiàn)代的plc都具冇數(shù)學運算數(shù)據(jù)傳遞，轉(zhuǎn)換，排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的 采集，分析和處理，同吋的通過通信接ui將這些數(shù)據(jù)傳送給其電智能裝置。例如：cnc 設(shè)備進行處理。5. 通信聯(lián)網(wǎng)plc的通信包括plc與plc, plc與計算機，plc與其它智能設(shè)備之間的通信， plc系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理中.元，通信轉(zhuǎn)換中.元相連構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，已 實現(xiàn)信息的交換和構(gòu)成。集屮管理分散控制的多級分布式控制系統(tǒng)。滿足工廠自動化(fa)系統(tǒng)發(fā)展的需要。2.2.2 w外plc發(fā)展概況plc在問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展。在美、德岡

29、等工業(yè)發(fā)達岡家已成為重耍的 產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅 度上升而價格則不斷下降?？谇埃澜缟嫌?00多個廠家生產(chǎn)plc。較多的有美網(wǎng)： ab通用電氣、莫迪康公司；日本：松下、三菱、富士、歐姆龍等；德國：兩門子公司； 法國：te施耐徳公司。韓國：三星、lg公司等plc的發(fā)展前景(1) 產(chǎn)品規(guī)模向大小兩個方向發(fā)展大:i/o點數(shù)達14336點，32位微處理器，多cpu并行工作，大容量存儲器，掃 描速度快高速；?。赫w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本；(2) plc在閉環(huán)過程中應(yīng)用口益廣泛；(3) 不斷加強通訊功能；(4) 新器

30、件和模塊不斷推出目前，pic在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。利用pic最基本的邏輯運算.定時。計 數(shù)等動能進行邏輯控制?？梢匀〈鷤鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛用于機床，印刷機。裝 配生產(chǎn)線，電動流水線及電梯等的控制。較高檔次的pic具冇位置控制模塊，得別適用于機床控制。大。中型pk具冇多路 模擬量輸出和pic控制，可構(gòu)成模擬量輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于過程控制。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，國外近兒年興起自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，pic與pic之問，pic與上位機之間連成網(wǎng)絡(luò)，通過光纜傳送信息，構(gòu)成大型的多級分布式控制系統(tǒng)(集散 控制系統(tǒng))我國使用較多的pic產(chǎn)品德岡丙門子的s7系列，日木omron公司的c系列， 三

31、菱公司的fx系列，美國ge公司的ge系列等。各大公司生產(chǎn)的的可編程序控制器 都形成由小型到大型的系列產(chǎn)品，血且隨著技術(shù)不斷進步，產(chǎn)品更新?lián)Q代很快。通過技 術(shù)引進，合資生產(chǎn)，近年來，我岡的pic產(chǎn)品宥了一定的發(fā)展，生產(chǎn)廠家也達30多家, 為可編程序控制器國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。從可便程序控制器的發(fā)展來看，有小型化和大型化兩個趨勢。小型pic有兩個發(fā) 展方向，即小(微)型化和專業(yè)化。隨著數(shù)字電路集成度的提高，元器件體積減小。質(zhì) 量提高，可編程序控制器結(jié)構(gòu)更加緊湊，設(shè)計制造水平的功能在不斷進步。微型化的 pic不僅體積小，功能也大宥提高。過去一些大中型pic才宥的的功能，如模擬量的處 理，通信，pid調(diào)節(jié)

32、運算等，均可以被移植到小型機上，同時pic的價格不斷下降，將 真正成為繼電-接觸器控制系統(tǒng)的替代產(chǎn)品。大型化指的是大型pic向著大容量，智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，使之能與計算機組成 集成控制，對大規(guī)模，復(fù)雜系統(tǒng)進行綜合性的內(nèi)動控制。第三章plc的編程語言可編程控制器的編程語言按iec61131-3國際標準來分主要包拈圖形化編程語言和 文本化編程語言。閣形化編程語言包括:梯形閣(ld-ladder diagram)、功能塊閣 (fbd-function block diagram)、順序功能圖(sfc-sequential function chart)。文木化編 程語言包柄:指令表(il-instr

33、uction list)和結(jié)構(gòu)化文本(st-structured text)。這些語言是基 于windows操作系統(tǒng)的編程語言.而sfc編程語言則在兩類編程語言屮均可使用。下 面分別來介紹這兒種編程度語言。3.1梯形圖編程語言(ld-ladder diagram)梯形圖來源于繼電器邏輯控制系統(tǒng)的描述，是plc編程中被最廣泛使用的一種圖形 化語言，由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解，因此許多編程人員和 維護人員都選擇了這一編程方式。而且其圖形結(jié)構(gòu)類似于登高用的梯子，故名梯形圖。 梯形圖程序的左右w側(cè)有w垂直的電力軌線，左側(cè)的電力軌線名義上為功率流從左向右 沿著水平梯級通過各個觸點、

34、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點是右側(cè)的電力軌線。每一個觸點代表了一個布爾變量的狀態(tài)，每一個線圈代表了一個實際設(shè)備的 狀態(tài)，一個簡單的梯形圖程序如圖3.1所示10.1i0.0q0.0iih/i()q0.0圖3.1梯形圖表示的plc程序?qū)嵗菪螆D的每個梯級表示一個因果關(guān)系，事件發(fā)生的條件表示在梯形的左面，事件發(fā)生的 結(jié)果表示在梯級的厶面。梯形圖編程語言具有如下特點：(1) 與電氣操作原理閣相對應(yīng)，具冇直觀性和對應(yīng)性；(2) 與原宥繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，易于掌握和學習；(3) 對于復(fù)雜控制系統(tǒng)描述,仍不夠清晰；(4) 可讀性仍不夠好。兒乎所有plc廠商提供的plc都支持梯形圖編程語言

35、，而且都比較容易理解，只是 在梯形閣結(jié)構(gòu)上可能稍冇變化。比如西門子的s7系列梯形閣就沒冇右邊的電力軌線。 宥時在宥此參考書中右邊的電力軌線也常常被省略。3.2 功能塊圖編程語言(fbd-function block diagram)功能塊圖編程語言采用功能模塊表示所具奮的功能，不同的功能模塊具有不同的功 能。功能模塊用矩形來表示，每一個功能模塊的左側(cè)有不少于一個的輸入端，右側(cè)有不 少于一個的輸出端。功能模塊的類型名稱通常寫在塊內(nèi)，其輸入輸出名稱寫在塊內(nèi)的輸 入輸出點對極的地方。功能模塊基本上分為兩類:基本功能模塊和特殊功能模塊。基本功能模塊如and,or xor等等.特殊功能模塊如on延吋，脈

36、沖輸出，計數(shù)器等等。功能塊編程語言具宥以卜*特點：(1) 以功能模塊為單位，從控制功能入手，使控制方案的分析和理解變的容易；(2) 功能模塊用圖形化的方式描述功能，較直觀易掌握，方便組態(tài)，易操作。是有發(fā)展 前途的一種編程語言；(3) 對較復(fù)雜系統(tǒng)，由于控制功能關(guān)系能夠比較清晰的描述，因此縮短了編程和調(diào)試時 間；(4) 因為每一個功能模塊要占用一定程序存儲空間，對功能塊的執(zhí)行需要一定的執(zhí)行吋 間，岡此，這種語言在大屮型可編程控制器和分散控制系統(tǒng)屮應(yīng)用較廣泛3.3西門子s7-200的編程語言不同的商家的plc冇不同的編程語言，但就某個商家而言，plc的編程語言也就那么 幾種。卜*面，以西門子plc

37、的編程語言為例，說明一卜，各種編程語言的異同。1、順序功能圖(sfc seauential fuction chart)這是位于其它編程語言之上的圖形語言，用來編程順序控制的程序(如：機械手控 制程序)。編寫時，工藝過程被劃分為若干個順序出現(xiàn)的步，每步中包拈控制輸出的動 作，從一步到另一步的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換條件來控制，特別適合于生產(chǎn)制造過程。西門子step7中的該編程語言是s7 graph。2、梯形圖(lad ladder diagram)這是使用使用最多的plc編程語言。因與繼電器電路很相似，具奮直觀易懂的特 點，很容易被熟悉繼電器控制的電氣人員所掌握，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形閣由觸點、線圈

38、和用方框表示的指令構(gòu)成。觸點代表邏輯輸入條件，線圈代 表邏輯運算結(jié)果，常用來控制的指示燈，幵關(guān)和內(nèi)部的標志位等。指令框用來表示定時 器、計數(shù)器或數(shù)學運算等附加指令。在程序屮，最左邊是主信號流，信號流總是從左向么流動的。不適合于編寫大型控制程序。3、語句表(stlstatementlist)是一種類似于微機匯編語言的一種文本編程語言，由多條語句組成一個程序段。語 言表適合于經(jīng)驗豐富的程序員使用，可以實現(xiàn)某些梯形圖不能實現(xiàn)的功能。如表3.3-3 所示ld 10.1o q0.0an 10.0= qo.o表3.3-3用語表表示的plc程序?qū)嵗?、功能塊圖（fbdfunction block diagr

39、am）功能塊閣使用類似于布爾代數(shù)的閣形邏輯符號來表示控制邏輯，一些復(fù)雜的功能用 指令框表示，適合于宥數(shù)字電路基礎(chǔ)的編程人員使用。功能塊圖用類似于與門、或門的 框圖來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，和側(cè)為輸出變量，輸入、 輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框用“導(dǎo)線”連在一起，信號自左向右。圖3.3-4用功能圖表示的plc程序?qū)嵗谒恼聀lc控制機械手的設(shè)計4.1各電器設(shè)備的控制方式及控制要求1機械手的技能和特性根據(jù)古典力學觀點，物體在三維空間的靜止位置是由三個坐標和繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度 來決定的。因此，抓握物體的位置和方向（即關(guān)節(jié)間的角度）能從理論上求得。據(jù)資料 介紹，如果采用的機

40、械手，其機能要接近人的上肢，則需要具冇27個自由度，而每一 個自由度至少要有一根“人造肌肉”。這樣就需要安裝27根重量輕、小型和高輸出力的 “人造肌肉”。就目前的技術(shù)狀況而言，上述功能還很難辦到。而且把機械手的功能搞 得那么復(fù)雜，動作彼此嚴重重疊也是完全不必耍的。退一步，如果機械手耍求具冇完全 通用的程度，那么它的整機、本體、手臂和手指都得宥三個直線運動和三個旋轉(zhuǎn)運動， 總共就要冇24個自由度。這在實際上也是不必要的，這樣會使機械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費用 增多。岡此，不應(yīng)盲模仿人手的動作，增加過渡的自由度，而應(yīng)根據(jù)實際需要的動作, 設(shè)計出最少的自由度就能完成作業(yè)所要求的動作。所以一般專用的機械手（不包

41、拈握緊 動作）通常具冇二到三個內(nèi)由度。而通用機械手一般取四到五個內(nèi)由度。本設(shè)計中設(shè)計的機械手，它共有五個cl由度。即：手臂伸縮、手臂上卜擺動、手臂 左農(nóng)擺動、手腕回轉(zhuǎn)、手指抓握。2 .軀干和傳動系統(tǒng)機械手的傳動分為液壓、氣壓、電氣和機械四種，木設(shè)計采用綜合傳動方式，即手 臂采用電氣傳動，而手爪則采用氣壓傳動。(1)夾緊機構(gòu)機械手手爪使用來抓取工件的部件。手爪抓取工件是要滿足迅速、靈活、準確和可 靠的要求。設(shè)計制造夾緊機構(gòu)手爪時，首先耍從機械手的坐標形式、運行速度和加 速度的情況來考慮。其加緊力的大小則根據(jù)夾持物體的重量、慣性和沖擊力的大小來計 算。同吋考慮冇足夠的開口尺寸，以適應(yīng)被抓物體的尺寸

42、變化，為擴大機械乎的應(yīng)用范 m,還需備有多種抓取機構(gòu)，以根據(jù)需要來更換手爪。為防止損壞被夾的物體，夾緊力 應(yīng)限制一定的范圍內(nèi)，并鑲有軟質(zhì)墊片、彈性襯蟄或自動定心結(jié)構(gòu)。為防止突然停電被 抓物體落丁，還可以冇自鎖結(jié)構(gòu)。夾緊機構(gòu)本身則應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、動作 靈活和動作可靠。夾緊機構(gòu)形式多樣，有機械式、吸盤式和電磁式等。冇的夾緊機構(gòu)還帶冇傳感裝置 和攜帶工具進行操作的裝置。木設(shè)計采用機械式的夾緊機構(gòu)。機械式夾緊機構(gòu)是最基本的一種，應(yīng)用廣泛，種類繁多。如按手指運動的方式和模 仿人手的動作，可分為回轉(zhuǎn)型、直進型；按夾持方式可分為a撐式、外撐式和內(nèi)鎖式; 按手指數(shù)目可分為二指式、三指式、四指式；按

43、動力來源可分為彈簧式、氣動式、液壓 式等。本設(shè)計采用二指式氣動手爪。屮可編程控制器控制電磁閥動作，從而控制手爪的 張閉。手爪的回轉(zhuǎn)則用一個直流電動機完成，同吋通過兩個限位磁頭完成回轉(zhuǎn)角度的限 位，一般呵設(shè)置在180度。軀干軀干由底盤和手臂兩大部分組成。底盤是支撐機械手全部重量并能帶動手臂旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。底盤采用一個直流電動機驅(qū) 動，底盤旋轉(zhuǎn)吋帶動一個旋轉(zhuǎn)碼盤旋轉(zhuǎn)，機械手每旋轉(zhuǎn)3度發(fā)出一個脈沖，由傳感器檢 測并送入可編程控制器，從而計算底盤旋轉(zhuǎn)的角度。同時，在底盤上裝有限位磁頭，最 大旋轉(zhuǎn)角度可達270度。手臂是機械手的主要部分，它是支撐手爪、工件并使它們運動的機構(gòu)。本設(shè)計中手 臂由橫軸和豎軸組成，

44、可完成仲縮、升降的運動。手臂采用步進電動機帶動絲杠、螺母 來實現(xiàn)伸縮和升降運動。由可編程控制器發(fā)出脈沖信號，經(jīng)步進電動機驅(qū)動器驅(qū)動步進 電動機旋轉(zhuǎn)，帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，完成手臂的運動。改變發(fā)出脈沖的個數(shù)，可控制手臂的兩個軸運動的距離。同時在兩軸的兩端分別加限位開關(guān)限位。采用絲杠、螺母結(jié)構(gòu)傳動的特點是易于自鎖，位置精度較高，傳動效率較高。4.2電器元件、設(shè)備的選擇1 plc機型的選擇根據(jù)被控對象對plc控制系統(tǒng)的功能要求，可進行plc型號的選定。進行plc選型時，基本原則是滿足控制系統(tǒng)的功能需要，同時要兼顧維修、備件 的通用性。對丌關(guān)量控制的系統(tǒng)，當控制速度要求不高時，一般的plc都可以滿足要 求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的0動控制等。當控制速度耍求較高、輸出宥高 速脈沖信號等情況時，要考慮輸入/輸出點的形式，最好采用晶體管形式輸出。對帶冇 部分模擬量控制的w裝置等。2輸入/輸出的點數(shù)：i/o點數(shù)可以衡量pl