基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

完成工作，制定計(jì)策完成工作，制定計(jì)策部門：電氣工程系專業(yè)名稱：2013(3)電氣自動(dòng)化技術(shù)論文標(biāo)題：機(jī)器人PLC控制學(xué)生姓名：地圖老師：評(píng)委：實(shí)現(xiàn)成果：2016年月列表設(shè)計(jì)任業(yè)書(shū).目錄.序言.1、PLC簡(jiǎn)介.1.1 PLC開(kāi)發(fā).1.2 PLC基本結(jié)構(gòu).1.3 PLC工作原理.2、氣動(dòng)機(jī)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(diǎn)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(dòng)單步操作過(guò)程.2.7自動(dòng)操作程序.2.8機(jī)器人輸送機(jī)系統(tǒng)梯形圖.2.9指令表.8、設(shè)計(jì)摘要.參考文獻(xiàn).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(dòng)化控制設(shè)備，是基于中繼序列控制開(kāi)發(fā)的。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的功能也變得越來(lái)越強(qiáng)大，具有更多計(jì)算機(jī)的功能，因此簡(jiǎn)稱為可編程控制器(PC)，但為了不與個(gè)人計(jì)算機(jī)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(chǎng)了，是PLC的無(wú)限發(fā)展前景。本文主要通過(guò)氣動(dòng)機(jī)械手的PLC控制介紹了PLC的具體應(yīng)用，進(jìn)一步熟悉PLC，為以后的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。1 PLC簡(jiǎn)介PLC (programming controller):數(shù)位運(yùn)算運(yùn)算的電子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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(chǔ)程序、邏輯計(jì)算、順序控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算，并通過(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程。1.1 PLC發(fā)展史20世紀(jì)60年代末，美國(guó)汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，為了滿足生產(chǎn)過(guò)程不斷更新的要求，1968年美國(guó)通用汽車(GM)首先公開(kāi)投標(biāo)，對(duì)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(jì)周期短，易于更改，布線簡(jiǎn)單，成本低。b .可以將計(jì)算機(jī)的功能與繼電器控制系統(tǒng)相結(jié)合。但是編程比計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單，操作也容易。c .系統(tǒng)通用性強(qiáng)。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)按照上述要求開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)PLC，并在GM公司的汽車生產(chǎn)線上首次試運(yùn)行成功，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化。隨后，隨著日本、德國(guó)等的相繼引進(jìn)，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(yùn)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(jì)的數(shù)字計(jì)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(chǔ)程序、邏輯計(jì)算、順序控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算，并通過(guò)數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)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(kuò)展功能的原則設(shè)計(jì)的。1.2基本結(jié)構(gòu)PLC可編程序列控制器實(shí)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(shí)現(xiàn)了此轉(zhuǎn)換和物理實(shí)現(xiàn)。I/o轉(zhuǎn)換、物理實(shí)現(xiàn)可以說(shuō)是PLC實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要素，實(shí)際實(shí)現(xiàn)是PLC與普通計(jì)算機(jī)的區(qū)別。這意味著需要考慮實(shí)際控制，需要將干擾信號(hào)適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，將輸出擴(kuò)大到工業(yè)控制級(jí)別，便于在實(shí)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(jì)算機(jī)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(chǔ)；b .檢查電源、存儲(chǔ)、I/O和警告計(jì)時(shí)器的狀態(tài)，并診斷用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。PLC運(yùn)行時(shí)，首先在現(xiàn)場(chǎng)掃描每個(gè)輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，將其存儲(chǔ)在I/O映射寄存器中，然后從用戶程序內(nèi)存中逐個(gè)讀取用戶程序，解釋命令，按照指示執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)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(yùn)行，最后將I/O映射寄存器的每個(gè)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(yùn)行直到停止。近年來(lái)，對(duì)于大型PLC，可以使用雙CPU或3 CPU投票系統(tǒng)進(jìn)一步提高PLC的可靠性。這樣，即使一個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)也可以繼續(xù)正常運(yùn)行。1.2.2存儲(chǔ)可編程邏輯控制器的存儲(chǔ)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(chǔ)稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)。保存用戶程序(用戶程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù))的存儲(chǔ)稱為用戶程序存儲(chǔ)，分為用戶存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩部分。PLC常用的內(nèi)存類型：(1)隨機(jī)存取記憶體(RAM)是一種讀/寫(xiě)記憶體(隨機(jī)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(chǔ)，即erasable programmable read only memory(eprom)。斷電時(shí)，陣列中的所有內(nèi)容仍保持不變。(紫外線連續(xù)照射時(shí)可以擦除內(nèi)存內(nèi)容)。(3)電子可編程只讀存儲(chǔ)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(chǔ)的內(nèi)容。PLC存儲(chǔ)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(chǔ)空間通常包含以下三個(gè)區(qū)域：(1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)(2)系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)，包括I/O映射寄存器和系統(tǒng)軟設(shè)備。(3)用戶程序存儲(chǔ)庫(kù)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)庫(kù)：將與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)程序保留在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)庫(kù)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(wú)法直接訪問(wèn)。與硬件一起確定PLC的性能。系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)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(jì)時(shí)器、計(jì)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(yùn)行，因此在輸入采樣階段依次讀取每個(gè)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(chǔ)單元(RAM)來(lái)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(jī)I/O占存儲(chǔ)單元的一位，模擬I/O在存儲(chǔ)單元中使用一個(gè)詞。因此，整個(gè)I/O映射寄存器可以看作交換機(jī)I/O映射寄存器的兩個(gè)部分。模擬I/O圖像寄存器區(qū)域。(2)系統(tǒng)軟件組件存儲(chǔ)：系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)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(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器)的存儲(chǔ)。該存儲(chǔ)分為具有電源損耗維護(hù)的存儲(chǔ)和具有電源損耗維護(hù)的存儲(chǔ)，這些存儲(chǔ)在PLC斷電時(shí)由內(nèi)部鋰電池供電，并且不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。后者在PLC電源關(guān)閉時(shí)將數(shù)據(jù)整理為零。(3)用戶程序存儲(chǔ)：用戶程序存儲(chǔ)包含用戶創(chuàng)建的用戶程序。存儲(chǔ)容量取決于PLC類型。1.2.3輸入接口電路I/o信號(hào)有開(kāi)關(guān)、模擬、數(shù)字三種，在我們實(shí)驗(yàn)室處理的信號(hào)中，開(kāi)關(guān)容量最常見(jiàn)，也是實(shí)驗(yàn)條件的限制。接下來(lái)主要介紹開(kāi)關(guān)接口電路?？删幊踢壿嬁刂破鞯膬?yōu)點(diǎn)之一是抗干擾能力強(qiáng)。這也是I/O設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)電氣隔離后，信號(hào)才會(huì)傳送到CPU，防止現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)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(kāi)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(shí)間響應(yīng)時(shí)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(shí)間。繼電器輸出響應(yīng)時(shí)間平均約10毫秒；是。晶閘管輸出響應(yīng)時(shí)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(dòng)純電阻負(fù)載2A/1點(diǎn)、感應(yīng)負(fù)載80VA以下(AC100V或AC200V)以及燈泡負(fù)載100W以下(AC100V或200V)的負(fù)載。除Y0，Y1以外，每個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電流為0.5A，但是由于溫度上升，每個(gè)輸出4的電流總計(jì)為0.8A，輸出晶體管的ON電壓約為1.5V，因此驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體組件時(shí)，請(qǐng)注意組件的輸入電壓特性。Y0，Y1輸出每一點(diǎn)的輸出電流為0.3A，但使用Y0，Y1的定位命令時(shí)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(méi)有晶閘管輸出類型。C.開(kāi)路泄漏電流開(kāi)路泄漏電流表示輸出處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)輸出電路的電流。繼電器輸出觸點(diǎn)關(guān)閉沒(méi)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(jì)中需要注意。輸出公共端點(diǎn)(COM)形成公共端點(diǎn)和輸出組之間的回路以驅(qū)動(dòng)載荷。FX1S在1:00或4:00具有通用輸出類型，因此每個(gè)通用終端單元可以驅(qū)動(dòng)不同電源電壓系統(tǒng)的負(fù)載。1.2.5電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。如果沒(méi)有一個(gè)運(yùn)行正常的可靠電源系統(tǒng)，PLC制造商還將重點(diǎn)放在電源的設(shè)計(jì)和制造上。典型的交流電壓波動(dòng)可以在10%(15%)的范圍內(nèi)將PLC直接連接到交流電網(wǎng)，無(wú)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(chǎng)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(huì)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(qiáng)大的自我保護(hù)功能。1.3 PLC工作原理PLC以微處理器為核心，具有計(jì)算機(jī)的許多特征，但工作方式與計(jì)算機(jī)大不相同。計(jì)算機(jī)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(méi)有，則繼續(xù)掃描。PLC使用循環(huán)掃描工作。對(duì)于每個(gè)程序，CPU從第一個(gè)指令開(kāi)始運(yùn)行，按命令步驟序列執(zhí)行周期性程序循環(huán)掃描，如果沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令，則從第一個(gè)指令開(kāi)始，在終止符發(fā)生后返回到第一個(gè)指令，繼續(xù)循環(huán)，每個(gè)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(gè)是執(zhí)行每個(gè)命令所需的時(shí)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(gè)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(xiě)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(yùn)行步驟。在程序執(zhí)行過(guò)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(huì)發(fā)生變化，這些更改必須讀入到下一個(gè)工作周期的輸入刷新階段。1.3.2流程運(yùn)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(gè)開(kāi)始逐步執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)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(yùn)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(dòng)外部相應(yīng)的執(zhí)行組件操作，從而形成PLC的實(shí)際輸出。因此，輸入更新、程序運(yùn)行和輸出更新三個(gè)階段構(gòu)成了PLC的一個(gè)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(huì)在重新整理輸出步驟之后立即執(zhí)行，因此這兩個(gè)步驟統(tǒng)稱為重新整理I/O步驟。實(shí)際上，PLC除了執(zhí)行