氣動(dòng)機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（200*屆）*摘要機(jī)械手是在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中使用的一種具有抓取和移動(dòng)工件功能的自動(dòng)化裝置，它是在機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置，在生產(chǎn)過(guò)程中起著非常重要的作用。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問(wèn)世以來(lái)，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手能代替人類(lèi)完成危險(xiǎn)、重復(fù)、枯燥的工作，減輕人類(lèi)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)力，因此機(jī)械手得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可在各個(gè)不同環(huán)境中用來(lái)搬運(yùn)物體。本課題要完成

2、的主要內(nèi)容。設(shè)計(jì)工業(yè)通用機(jī)械手模型，是一個(gè)水平/垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，用來(lái)將工件從左工作臺(tái)搬到右工作臺(tái)。機(jī)械手能完成左右移動(dòng)、上下升降和手部的放松夾緊，可在空間按固定動(dòng)作夾放單個(gè)物體。 關(guān)鍵詞：可編程控制器;機(jī)械手;自動(dòng)化目錄1 問(wèn)題的提出11.1 課題背景及研究意義11.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀11.3 課題設(shè)計(jì)的目的21.4 課題的主要內(nèi)容22 機(jī)械手32.1 機(jī)械手介紹32.1.1 機(jī)械手的分類(lèi)32.1.2機(jī)械手的構(gòu)成32.2 機(jī)械手控制方式的選擇42.2.1 控制方式的分類(lèi)42.2.2 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和集散控制系統(tǒng)的比較及選型53 可編程序控制器73.1 PLC簡(jiǎn)介73.1.1 PLC的基

3、本結(jié)構(gòu)73.1.2 PLC的工作原理103.1.3 PLC機(jī)型的選擇134 機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)154.1 氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求154.2硬件結(jié)構(gòu)164.3氣動(dòng)機(jī)械手的工作方式164.4根據(jù)設(shè)計(jì)要求、分析I/O情況、畫(huà)出分配表174.5 CPU選擇175.1主程序機(jī)構(gòu)圖195.2設(shè)計(jì)程序205.2.1公用程序205.2.2手動(dòng)程序205.2.3自動(dòng)程序205.2.4自動(dòng)回原點(diǎn)程序246 軟件仿真調(diào)試情況256.1環(huán)境要求256.2調(diào)試情況25致 謝28參考文獻(xiàn)29附錄A I/O分配表30附錄B 梯形圖31附錄C 程序指令表39 畢業(yè)設(shè)計(jì)1 問(wèn)題的提出1.1 課題背景及研究意義 機(jī)械手是工業(yè)自

4、動(dòng)化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。近年來(lái)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門(mén)新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動(dòng)環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊瑱C(jī)械手是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一個(gè)重要手段。國(guó)內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。可編程序控制器(PLC)是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)工業(yè)控制裝置。隨著微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC在硬件配置、軟件編程、通訊聯(lián)網(wǎng)功能以及模擬量控制

5、等方面均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。由于自動(dòng)化可以節(jié)省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊優(yōu)越性，如通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)，因此工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用PLC。機(jī)械手在美國(guó)、加拿大等國(guó)家應(yīng)用較多，如用果實(shí)采摘機(jī)械手來(lái)摘果實(shí)、裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用智能機(jī)器人等。我國(guó)自動(dòng)化水平本身比較低，因此用PLC來(lái)控制的機(jī)械手還比較少。本次課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手就是通過(guò)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的。通過(guò)此次設(shè)計(jì)可以更進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC的相關(guān)知識(shí)，了解世界先進(jìn)水平，盡可能多的應(yīng)用于實(shí)踐。1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 機(jī)械手自二十世紀(jì)六十年代初問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展

6、，現(xiàn)在已經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒(méi)有感覺(jué)外界環(huán)境信息的感覺(jué)器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺(jué)器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對(duì)控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類(lèi)的簡(jiǎn)單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第一、第二代機(jī)械手的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展起來(lái)，它是能感知外界環(huán)境與對(duì)象物，并具有對(duì)復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對(duì)自己行為做出自主決策能力的智能化機(jī)械手。它能識(shí)別景物，具有觸覺(jué)、視覺(jué)、力覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)等多種感覺(jué)，能實(shí)現(xiàn)搜索、

7、追蹤、辨色識(shí)圖等多種仿生動(dòng)作，具有專(zhuān)家知識(shí)、語(yǔ)音功能和自學(xué)能力等人工智能。目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)（如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)、微型飛行器等）、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手。機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域正在向非制造業(yè)和服務(wù)業(yè)方向擴(kuò)展，并且蓬勃發(fā)展的軍用機(jī)械手也將越來(lái)越多地裝備部隊(duì)。國(guó)外，近幾年國(guó)外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)械手性能不斷提高，而單機(jī)價(jià)格不斷下降；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展；傳感器作用日益重要；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過(guò)程控制。國(guó)內(nèi)，目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)

8、械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手（水下、爬壁、遙控等機(jī)械手）基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動(dòng)化噴漆線、弧焊自動(dòng)線及其周邊配套設(shè)備的全套自動(dòng)通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動(dòng)跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國(guó)機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。1.3 課題設(shè)計(jì)的目的 本課題主要研究的是基于PLC的機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)編制PLC程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手模型控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制。1.4 課題的主要內(nèi)容 1. 正

9、確選用機(jī)械手和PLC類(lèi)型。2. 繪制I/O分配表，畫(huà)出PLC的外部接線圖。3. 設(shè)計(jì)梯形圖。4. 指令表。5. 軟件仿真。2 機(jī)械手2.1 機(jī)械手介紹 Mechanical hand也被稱(chēng)為自動(dòng)手，Auto hand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)人身安全，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(mén)。 2.1.1 機(jī)械手的分類(lèi)機(jī)械手主要由手部和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。手部是用來(lái)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

10、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(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。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(chēng)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(zhuān)用機(jī)械手有23個(gè)自由度。機(jī)械手的種類(lèi)，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(zhuān)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。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

11、遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒(méi)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(mén)操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱(chēng)為機(jī)械手。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 2.1.2機(jī)械手的構(gòu)成機(jī)械手簡(jiǎn)述：機(jī)械手的形式是多種多樣的，有的較為簡(jiǎn)單，有的較為復(fù)雜，但基本的組成形式是相同的，一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。1. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由手、手腕、

12、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來(lái)夾緊和松開(kāi)工件，與人的手指相仿，能完成人手的類(lèi)似動(dòng)作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)行上下、左右和回轉(zhuǎn)動(dòng)作。簡(jiǎn)單的機(jī)械手可以沒(méi)有手腕。支柱用來(lái)支撐手臂，也可以根據(jù)需要做成移動(dòng)。2. 傳動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要由傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用機(jī)械手傳動(dòng)系統(tǒng)分機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)等幾種形式。3. 控制系統(tǒng)機(jī)械手控制系統(tǒng)的主要作用是控制機(jī)械手按一定的程序、方向、位置、速度進(jìn)行動(dòng)作，簡(jiǎn)單的機(jī)械手一般不設(shè)置專(zhuān)用的控制系統(tǒng)，只采用行程開(kāi)關(guān)、繼電器、控制閥及電路便可實(shí)現(xiàn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求進(jìn)行動(dòng)作。動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則要采用可編程控制器、微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行

13、控制。2.2 機(jī)械手控制方式的選擇 2.2.1 控制方式的分類(lèi)傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動(dòng)控制主要由繼電器或分立的電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對(duì)少一些，目前僅在一些舊式的、簡(jiǎn)單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場(chǎng)，但該控制方式卻有以下致命缺陷：(1) 僅適合于簡(jiǎn)單的邏輯控制；(2) 僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒(méi)有通用性；(3) 沒(méi)有改動(dòng)和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)控制方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1) 硬件上至少有一個(gè)微處理器；(2) 通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。目前，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域比較典型的控制方式有：(1) 可編程序邏輯控制器（

14、PLC）(2) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IPC）(3) 集散控制系統(tǒng)（DCS）2.2.2 PLC與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和集散控制系統(tǒng)的比較及選型1. 各自技術(shù)發(fā)展的起源計(jì)算機(jī)是為了滿(mǎn)足快速大量數(shù)據(jù)處理要求的設(shè)備。硬件結(jié)構(gòu)方面，總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜和計(jì)算工作量大的工業(yè)對(duì)象的控制占有優(yōu)勢(shì)。集散系統(tǒng)從工業(yè)自動(dòng)化儀表控制系統(tǒng)發(fā)展到以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心的集散系統(tǒng)，所以其在模擬量處理、回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要用在連續(xù)過(guò)程控制，側(cè)重回路調(diào)節(jié)功能。PLC是由繼電器邏輯系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，主要應(yīng)用在工序控制上，初期主要是代替繼電器控制系統(tǒng)

15、，側(cè)重于開(kāi)關(guān)量順序控制方面。近年來(lái)隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等的發(fā)展，PLC在技術(shù)和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊；運(yùn)算速度提高，CPU的能力趕上了工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；通信能力的提高發(fā)展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)(LAN)，因而也可構(gòu)成為一個(gè)集散系統(tǒng)。特別是個(gè)人計(jì)算機(jī)也被吸收到PLC系統(tǒng)中。PLC在過(guò)程控制的發(fā)展將是一智能變送器和現(xiàn)場(chǎng)總線，暨向下拓展功能，開(kāi)放總線。2. 相同點(diǎn)在微電子技術(shù)發(fā)展的背景下，從硬件的角度來(lái)看，PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)、集散系統(tǒng)(DCS)之間的差別正在縮小，都將由類(lèi)似的一些微電

16、子元件、微處理器、大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和I/O模件組成。編程方面也有很多相同點(diǎn)。3. 不同點(diǎn)由于PLC和計(jì)算機(jī)屬于兩類(lèi)產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展都形成了自身的裝置特點(diǎn)和軟件工具，實(shí)際上它們的區(qū)別仍然存在。PLC用編程器或計(jì)算機(jī)編程，編程語(yǔ)言是梯形圖、功能塊圖、順序功能表圖和指令表等。集散系統(tǒng)自身或用計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)形成組態(tài)構(gòu)成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)環(huán)境。特別需要提出的是，PLC與STD總線工控機(jī)的區(qū)別，無(wú)論從維修、安裝和模件功能都很相似。PLC更適用于黑模式下運(yùn)行，但在線運(yùn)行時(shí)若要進(jìn)行較大的程序修改，其能力略遜于STD工控機(jī)，但是從開(kāi)關(guān)量控制而言，PLC的性能優(yōu)于STD工控機(jī)?？偟膩?lái)說(shuō)，在選擇控制器時(shí)，首先要從工程要求

17、、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮。沒(méi)有哪種控制器是絕對(duì)完善的，也沒(méi)有哪種產(chǎn)品絕對(duì)差，只能說(shuō)根據(jù)不同的環(huán)境選擇更適用的產(chǎn)品。綜上所述，考慮各種情況，本課題選擇PLC編程。3 可編程序控制器3.1 PLC簡(jiǎn)介 可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng) PC（Programmable Controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC（Programmable Matrix Controller）、可編程序順序控制器 PSC（Programmable Sequence Controller）、可編程序邏輯控制器 PLC（Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PLC幾個(gè)不同時(shí)期。PLC

18、 是在繼電器控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。由于 PLC 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。PLC 是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 3.1.1 PLC

19、的基本結(jié)構(gòu)PLC和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。PLC的硬件系統(tǒng)由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(EPROM，ROM)、輸入輸出(I/O)部件、電源部件、編程器、I/O擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過(guò)總線(電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線)連接而成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：圖3-1 PLC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(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶(hù)程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受

20、現(xiàn)場(chǎng)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(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)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(hù)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(chǔ)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(tái)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(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的

21、工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)。(1) 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)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(hù)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。(2) 系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類(lèi)軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）存儲(chǔ)區(qū)。 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

22、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(chǔ)單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱(chēng)作I/O映象區(qū)。一個(gè)開(kāi)關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit)。因此，整個(gè)I/O映象區(qū)可看作由開(kāi)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。 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類(lèi)軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存

23、儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。(3) 用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)用戶(hù)程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶(hù)編制的用戶(hù)程序。不同類(lèi)型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來(lái)說(shuō)，隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過(guò)對(duì)于新型的PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶(hù)的需要而改變。(4) 常用的I/O分類(lèi)常用的I/O分類(lèi)如下：開(kāi)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(hào)類(lèi)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。

24、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(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無(wú)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(duì)PLC內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)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?？删幊绦蚩刂破饕话闶褂?20V交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?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

25、的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開(kāi)關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶(hù)提供。可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)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(chēng)，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。3.1.2 PLC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(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶(hù)程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重

26、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(hù)程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，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(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱(chēng)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(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理階段?？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(shí)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(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂?/p>

27、起處于（RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱(chēng)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(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱(chēng)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(kāi)（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(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部

28、輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩?hù)程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶(hù)程序，直到用戶(hù)程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，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(lái)，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(xiě)入到對(duì)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。梯型圖

29、某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)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(duì)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(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱(chēng)該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，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(shí)，執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶(hù)程序的長(zhǎng)短、

30、指令的種類(lèi)和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶(hù)程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖所示： 圖3-2 PLC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(hù)程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)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(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀2. 用戶(hù)程序執(zhí)行階段在用戶(hù)程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右

31、的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)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(chǔ)區(qū)中對(duì)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(duì)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(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。4. 輸入/輸出滯后時(shí)間輸入/輸出滯后時(shí)間又稱(chēng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入

32、模塊的CPU濾波電路用來(lái)濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類(lèi)型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無(wú)關(guān)緊要的。要求輸入輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)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

33、取其他措施。 3.1.3 PLC機(jī)型的選擇1. PLC的分類(lèi)PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類(lèi)，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類(lèi)；按CPU字長(zhǎng)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(hù)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(hù)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)。2. 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(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸

34、出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類(lèi)型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)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。可根據(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。3. 電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)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(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)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

35、可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿(mǎn)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(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。4. 存儲(chǔ)器的選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)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(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。5. 冗余功能的選擇 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(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。(3) 根據(jù)需要對(duì)重要的I/O信號(hào)，可選用2重化或3重化的I/O接口

36、單元。4 機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)4.1 氣動(dòng)機(jī)械手的控制要求1、機(jī)械手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)，氣缸由相應(yīng)的電磁閥控制，電磁閥由PLC（可編程控制器）控制。其中，上升/下降和左/右移分別由雙線圈兩位電磁閥控制；機(jī)械手的放松/夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。工件臺(tái)A、B上工件的傳送不用PLC控制;機(jī)械手要求按一定的順序動(dòng)作,啟動(dòng)時(shí),機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始按順序動(dòng)作.停止時(shí),機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上,重新起動(dòng)時(shí),機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行。左行SQ3SQ4 右行下降夾緊上升SQ2松開(kāi)SQ1 圖4-1 氣動(dòng)機(jī)械手示意圖 為滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式兩種，而自動(dòng)工作方式又分為單步、單周

37、和連續(xù)工作方式。（1）手動(dòng)工作方式。利用按鈕對(duì)機(jī)械手的每一步動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制，例如按“上升”按鈕，機(jī)械手上升，按“下降”按鈕，機(jī)械手下降。此種工作方式可使機(jī)械手置原位。（2）單步工作方式，從原點(diǎn)開(kāi)始,按自動(dòng)工作循環(huán)的工序,每按一下起動(dòng)按鈕,機(jī)械手完成一步的動(dòng)作后自動(dòng)停止。（3）單周期工作方式，按下起動(dòng)按鈕，從原點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)械手按工序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后停在原位。 （4）連續(xù)工作方式。機(jī)構(gòu)在原位時(shí)，按下起動(dòng)按鈕，機(jī)構(gòu)自動(dòng)連續(xù)的執(zhí)行周期動(dòng)作。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手保持當(dāng)前狀態(tài)。重新恢復(fù)后機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行工作。4.2硬件結(jié)構(gòu)機(jī)械手用來(lái)將工件從A點(diǎn)搬運(yùn)到B點(diǎn)（如圖4-2），輸出Q0.1

38、為1時(shí)工件被夾緊，為0時(shí)背松開(kāi)。工作方式選擇開(kāi)關(guān)的5個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)于5種工作方式，操作面板左下部的6個(gè)按鈕式手動(dòng)按鈕。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時(shí)）能可靠地切斷負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通，給外部負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況時(shí)用“緊急停車(chē)”按鈕斷開(kāi)負(fù)載電源。 單步回原位單周期連續(xù)手動(dòng) 夾緊SB7右行SB5 下降SB3啟動(dòng)SB1負(fù)載電源松開(kāi)SB8左行SB6 上升SB4 停止SB2緊急停車(chē)SB9圖4-2氣動(dòng)機(jī)械手的控制面板4.3氣動(dòng)機(jī)械手的工作方式 系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、單周期、連續(xù)、單步和回原點(diǎn)五種工作方式。

39、在手動(dòng)工作方式下，用I0.5I1.2對(duì)應(yīng)的6個(gè)按鈕分別獨(dú)立控制機(jī)械手的升、降、左右行和夾緊松開(kāi)。機(jī)械手在最上面和最左邊，且?jiàn)A緊裝置松開(kāi)是，稱(chēng)為系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)。在進(jìn)入單周期、連續(xù)喝單步工作方式之前，系統(tǒng)處于原點(diǎn)狀態(tài)；如果不滿(mǎn)足這一條件，可以選擇回原點(diǎn)工作方式，然后按啟動(dòng)按鈕I2.6，使系統(tǒng)自動(dòng)返回原點(diǎn)狀態(tài)。在原點(diǎn)狀態(tài)，順序功能圖中的初始步M0.0為ON，為進(jìn)入單周期、連續(xù)喝單步工作方式做好了準(zhǔn)備。機(jī)械手從初始狀態(tài)開(kāi)始，將工件從A點(diǎn)搬到B點(diǎn)，最后返回初始狀態(tài)的過(guò)程，稱(chēng)為一個(gè)工作周期。 在單周期的工作方式下，按下啟動(dòng)按鈕I2.6后，從初始步M0.0開(kāi)始，機(jī)械手按順序功能圖的規(guī)定完成一個(gè)周期的工作后

40、，返回并停留在初始步。在單步工作方式下，從初始步開(kāi)始，按一下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一步，完成該步的任務(wù)后，自動(dòng)停止工作并停留在該步，再按一下啟動(dòng)按鈕，又往前走一步。單步工作方式常用于系統(tǒng)的調(diào)試。4.4根據(jù)設(shè)計(jì)要求、分析I/O情況、畫(huà)出分配表信號(hào)名稱(chēng) 原件符號(hào) 地址編碼 下降停止 SQ1 I0.1上升停止 SQ2 I0.2右行停止 SQ3 I0.3左行停止 SQ4 I0.4上升 SB4 I0.5左行 SB6 I0.6松開(kāi) SB8 I0.7下降 SB3 I1.0右行 SB5 I1.1夾緊 SB7 I1.2見(jiàn)附錄A4.5 CPU選擇根據(jù)上圖的I/O分配表通過(guò)查閱手冊(cè)選擇S7-200 CPU226基本

41、單元（24入/16出）1臺(tái)，該控制系統(tǒng)核心部分是以CPU226為主，CPU模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的體積小、價(jià)格低，CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇開(kāi)關(guān)、模擬量電位器和擴(kuò)展模塊連接器。PLC的輸入輸出端子均接到相應(yīng)的接線端子排，輸入輸出信號(hào)通過(guò)這些接線端子排可由其它地方直接引入，這些接線端子排的布置與 PLC的輸入輸出端子以及電源端、接地端和公共端的實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)。I/O模塊接口將輸入輸出信號(hào)引入到控制臺(tái)上。PC/PPI編程電纜上標(biāo)有 PC的 RS一232端連接電腦的RS一232通信接口，標(biāo)有 PPI的 RS一485端連接到CPU模塊的通信口，并擰緊兩邊接口的

42、螺絲。PC/PPI編程電纜通常在試驗(yàn)中下載梯形圖程序時(shí)使用。這是一個(gè)單體控制的小系統(tǒng)，沒(méi)有特殊的控制要求，開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)有6個(gè)（起動(dòng)、停止和SL1、SL2、SL3、SL4），開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)有5個(gè)（YV1、YV2、YV3、YV4與M），輸入輸出點(diǎn)數(shù)共為11個(gè)。粗估內(nèi)存容量約為110個(gè)地址單元(11×10=110)即可。據(jù)此，可以選用一般中小型控制器（S7-200CPU221CPU226），在此選用S7-200的CPU226。 該控制系統(tǒng)核心部分是以CPU226為主，CPU模塊采用整體式結(jié)構(gòu)，它的體積小、價(jià)格低，CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個(gè)箱形機(jī)殼內(nèi)，前蓋下面有模式選擇開(kāi)關(guān)、模擬量電

43、位器和擴(kuò)展模塊連接器。PLC的輸入輸出端子均接到相應(yīng)的接線端子排，輸入輸出信號(hào)通過(guò)這些接線端子排可由其它地方直接引入，這些接線端子排的布置與 PLC的輸入輸出端子以及電源端、接地端和公共端的實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)。I/O模塊接口將輸入輸出信號(hào)引入到控制臺(tái)上。PC/PPI編程電纜上標(biāo)有 PC的 RS一232端連接電腦的RS一232通信接口，標(biāo)有 PPI的 RS一485端連接到CPU模塊的通信口，并擰緊兩邊接口的螺絲。PC/PPI編程電纜通常在試驗(yàn)中下載梯形圖程序時(shí)使用。這是一個(gè)單體控制的小系統(tǒng)，沒(méi)有特殊的控制要求，開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)有6個(gè)（起動(dòng)、停止和SL1、SL2、SL3、SL4），開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)有5個(gè)（Y

44、V1、YV2、YV3、YV4與M），輸入輸出點(diǎn)數(shù)共為11個(gè)。粗估內(nèi)存容量約為110個(gè)地址單元(11×10=110)即可。據(jù)此，可以選用一般中小型控制器（S7-200CPU221CPU226），在此選用S7-200的CPU226。4.6 PLC的外部接線圖電源開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān) 圖4-3 機(jī)械手PLC外部接線圖5 機(jī)械手程序設(shè)計(jì)5.1主程序機(jī)構(gòu)圖下圖5-1是主程序機(jī)構(gòu)圖，SM0.0的常開(kāi)觸點(diǎn)一直閉合，公用程序是無(wú)條件執(zhí)行的。在手動(dòng)工作方式下，I2.0為ON，執(zhí)行手動(dòng)子程序。在自動(dòng)回原點(diǎn)方式下，I2.1為ON，執(zhí)行回原點(diǎn)子程序，在其他3種工作方式下執(zhí)行自動(dòng)子程序。 公用ENSM0.0 手動(dòng)EN

45、I0.2I2.1 回原點(diǎn)ENI2.4 自動(dòng)ENI2.3I2.2 圖5-1主程序結(jié)構(gòu)圖5.2設(shè)計(jì)程序 5.2.1公用程序 公用程序用于處理各種工作方式都要執(zhí)行的任務(wù)，以及處理不同工作方式之間的轉(zhuǎn)換。左限位開(kāi)關(guān)I0.4、上限位開(kāi)關(guān)I0.2的常開(kāi)觸點(diǎn)和表示機(jī)械手松開(kāi)的M4.5的常閉觸點(diǎn)的串聯(lián)電路接通時(shí)，原點(diǎn)條件M0.5變?yōu)镺N。當(dāng)機(jī)械手處于原點(diǎn)位置狀態(tài)，在開(kāi)始執(zhí)行用戶(hù)程序、系統(tǒng)處于手動(dòng)或者自動(dòng)回原點(diǎn)狀態(tài)，初始步對(duì)應(yīng)的M0.0將被置位，進(jìn)入單步、單周期和連續(xù)工作方式做好準(zhǔn)備。如果此時(shí)M0.5為OFF狀態(tài)，M0.0將被復(fù)位，初始步為不活動(dòng)步，按下啟動(dòng)按鈕也不能進(jìn)入步M2.0，系統(tǒng)不能再單步，單周期，和連

46、續(xù)工作方式下工作。 當(dāng)系統(tǒng)處于手動(dòng)工作方式時(shí)，必須將初始步以外的各部隊(duì)贏得存儲(chǔ)器位（M2.0-M2.7）復(fù)位，否則系統(tǒng)從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式，然后返回自動(dòng)工作方式時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)同時(shí)有兩個(gè)活動(dòng)步的情況，一起錯(cuò)誤的動(dòng)作。在非連續(xù)方式下，I2.4的常閉出點(diǎn)閉合，將表示連續(xù)工作狀態(tài)的標(biāo)志M0.7復(fù)位。梯形圖見(jiàn)附錄B 5.2.2手動(dòng)程序 下圖是手動(dòng)程序，為了保證安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的連鎖。設(shè)置上升與下降之間,左行與右行之間的互鎖,以防止功能相反的兩個(gè)輸出同時(shí)為ON.有限位開(kāi)關(guān)限制機(jī)械手移動(dòng)的范圍。用限位開(kāi)關(guān)I0.1-I0.4限制機(jī)械手移動(dòng)的范圍。用上限位開(kāi)關(guān)I0.2的常開(kāi)觸點(diǎn)與

47、控制左，右行的M3.6和左行的M4.4的繼電器串聯(lián)，機(jī)械手升到最高位置才能左右移動(dòng)，以防止機(jī)械手在較低位置運(yùn)行時(shí)與別的物體碰撞。梯形圖見(jiàn)附錄B 5.2.3自動(dòng)程序程序流程圖如下啟系統(tǒng)動(dòng) 手動(dòng)操作手動(dòng)YYN回原點(diǎn)回原點(diǎn)操作YN是否在原點(diǎn)單步Y(jié)單步操作YY檢測(cè)等待NN是否在原點(diǎn)單周期單周期操作YYYNN檢測(cè)等待連續(xù)操作是否在原點(diǎn)連續(xù)YYYY是否停止NN檢測(cè)等待Y圖5-2機(jī)械手控制流程圖單周期、連續(xù)和單步工作方式的順序功能圖如下圖 圖5-3 順序功能圖單周期、連續(xù)和單步這三種工作方式主要是“連續(xù)”標(biāo)志M0.7和“轉(zhuǎn)換允許”標(biāo)志M0.6來(lái)區(qū)分的。 （1）單步與非單步的區(qū)別M0.6的常開(kāi)觸點(diǎn)接在每一個(gè)控

48、制代表步的存儲(chǔ)器位的啟動(dòng)電路中，他們斷開(kāi)時(shí)禁止步的活動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如果系統(tǒng)處于單步工作方式，I2.2為1狀態(tài)，他的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，“轉(zhuǎn)換允許”存儲(chǔ)器位M0.6在一般情況下為0狀態(tài)，不允許步與步之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)某一步的工作結(jié)束后，轉(zhuǎn)換條件滿(mǎn)足，如果沒(méi)有按啟動(dòng)按鈕I2.6，M0.6處于處于0狀態(tài)，起保停電路的啟動(dòng)電路處于斷開(kāi)狀態(tài)，不會(huì)轉(zhuǎn)換到下一步。一直要等到按下啟動(dòng)按鈕I2.6，M0.6在I2.6的上升沿ON一個(gè)掃描周期，M0.6的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，系統(tǒng)才會(huì)轉(zhuǎn)換到下一步。系統(tǒng)工作在連續(xù)，單周期工作方式下，I2.2的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，是M0.6為1狀態(tài)，串聯(lián)在各起保停電路的啟動(dòng)電路中的M0.6的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，允

49、許步與步之間的正常轉(zhuǎn)換。(2)單周期與連續(xù)的區(qū)分在連續(xù)工作方式下，I2.4為1狀態(tài)。初始步為活動(dòng)步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕I2.6，M2.0變?yōu)?狀態(tài)，機(jī)械手下降。于此同時(shí)，控制連續(xù)工作的M0.7的線圈通電并自保持。當(dāng)機(jī)械手在步,M2.7返回最左邊時(shí)，I0.4為1狀態(tài)，因?yàn)檫B續(xù)標(biāo)志位M0.7為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件M0.7-I0.4滿(mǎn)足，系統(tǒng)將返回步M2.0，反復(fù)連續(xù)的工作下去。按下停止按鈕I2.7后，M0.7變?yōu)?狀態(tài)，但是機(jī)械手不會(huì)立即停止工作，在完成當(dāng)前工作周期的全部操作后，機(jī)械手返回最左邊，左限位開(kāi)關(guān)I0.4為1狀態(tài)，裝換條件滿(mǎn)足系統(tǒng)才從步M2.7返回并停留在初始步。在單周期工作方式，M0.7一直處于

50、0狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械手在最后一步,M2.7返回最左邊時(shí)，左限位開(kāi)關(guān)I0.4為1狀態(tài)，轉(zhuǎn)換條件滿(mǎn)足，系統(tǒng)返回并停留在初始步，按一次啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)只工作一個(gè)周期。(3)單周期工作過(guò)程 在單周期工作方式下，I2.2的常閉觸點(diǎn)閉合，M0.6的線圈通電，允許轉(zhuǎn)換。在初始步時(shí)按下啟動(dòng)按鈕I2.6，在M2.0的啟動(dòng)電路中，M0.0,I2.6,M0.5和M0.6的常開(kāi)觸點(diǎn)均接通，使M2.0的線圈通電，系統(tǒng)進(jìn)入下降步，Q0.0的線圈通電，機(jī)械手下降。碰到下限位開(kāi)關(guān)I0.1時(shí)，轉(zhuǎn)換到夾緊不M2.1，Q0.1被置位，夾緊電磁閥的線圈通電，并保持。同時(shí)接通延時(shí)定時(shí)器T37開(kāi)始定時(shí)，1.7s后定時(shí)時(shí)間到，工件被夾緊，轉(zhuǎn)換條件

51、T37滿(mǎn)足，轉(zhuǎn)換到步M2.2。以后系統(tǒng)將這樣一步一步的工作下去。在左行步M2.7，當(dāng)機(jī)械手左行返回到原點(diǎn)位置，左限位開(kāi)關(guān)I0.4變?yōu)?狀態(tài)，為連續(xù)工作標(biāo)志M0.7為0狀態(tài)，將返回初始步M0.0，機(jī)械手停止運(yùn)動(dòng)。 梯形圖見(jiàn)附錄B5.2.4自動(dòng)回原點(diǎn)程序自動(dòng)回原點(diǎn)程序的順序功能圖如下圖4-4，在自動(dòng)回原點(diǎn)工作方式下，I2.1為ON。按下啟動(dòng)按鈕I2.6，M1.0變?yōu)镺N,機(jī)械手上升，上升到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)I0.2為ON，機(jī)械手左行，到左限位開(kāi)關(guān)時(shí)，I0.4變?yōu)镺N，將步M1.1復(fù)位，同時(shí)將M4.2復(fù)位，機(jī)械手松開(kāi)。這時(shí)原點(diǎn)條件滿(mǎn)足，M0.5為ON，在公用程序中，初始步M0.0是步M0.1的后續(xù)步。圖5

52、-4自動(dòng)回原點(diǎn)程序的順序功能圖梯形圖見(jiàn)附錄B6 軟件仿真調(diào)試情況6.1環(huán)境要求 由于PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。但環(huán)境過(guò)于惡劣、電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都將不能保證PLC正常、安全、可靠的運(yùn)行。因此，討論P(yáng)LC設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。1. PLC控制的安裝與布線 1、 輸入接線 （1）輸入接線一般不要超過(guò)30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長(zhǎng)些。 （2）輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開(kāi)。2. 電源接線 電源是PLC引入干擾的主要途徑之一，PLC應(yīng)盡可能取用電壓波動(dòng)較小、波形畸變較小的電源，這對(duì)提高PLC的可靠性有很大幫助3.接地 正確