PLC控制的材料搬運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)

...wd...PLC控制的材料搬運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)摘要在工業(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)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣的環(huán)境，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成局部，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備?？删幊炭刂破魇抢^電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸開展成以微器處理為核心把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。本文應(yīng)用三菱公司生產(chǎn)的可編程控制器FX系列PLC，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器〔PLC〕控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時(shí)期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：材料搬運(yùn)、可編程控制器PLC、機(jī)械手、限位開關(guān)目錄第1章前言11.1選題背景11.2設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容11.2.1設(shè)計(jì)目的11.2.2主要內(nèi)容1第2章PLC及機(jī)械手的介紹及選擇32.1.可編程控制器PLC32.1.1PLC慨況32.1.2PLC的構(gòu)造及基本配置42.1.3PLC的選型72.1.3PLC的選型72.1.4PLC的工作過(guò)程72.2機(jī)械手72.2.1機(jī)械手簡(jiǎn)介102.2.2機(jī)械手的選擇12第3章設(shè)計(jì)主體局部133.1控制要求133.2控制流程圖133.3I/O分配143.4梯形圖143.5指令表173.6PLC連線圖203.7模擬調(diào)試21第1章前言1.1選題背景大學(xué)三年的專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)生涯即將完畢，畢業(yè)設(shè)計(jì)是其中最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用和檢驗(yàn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速開展，采用PLC的工作原理來(lái)控制材料搬運(yùn)裝置的技術(shù)基本已經(jīng)成熟，其中得到愈來(lái)愈廣泛的就是采用PLC控制搬運(yùn)機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)材料的裝置。在完成大學(xué)三年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等專業(yè)根基課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，到達(dá)了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于PLC對(duì)機(jī)械手搬運(yùn)材料的控制設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我進(jìn)展了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過(guò)在幾家單位的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于PLC對(duì)搬運(yùn)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富了許多PLC方面的知識(shí)，而對(duì)于PLC方面的制造工藝更是實(shí)現(xiàn)了零的突破。在指導(dǎo)教師的協(xié)助下，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)查閱了很多相關(guān)資料，明確了PLC的一般工作原理、制造、工藝過(guò)程。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊(cè)和書籍，設(shè)計(jì)中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)展充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會(huì)完滿的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)歷，設(shè)計(jì)中不妥之處在所難免，肯請(qǐng)各位教師指正。1.2設(shè)計(jì)目的及主要內(nèi)容1.2.1設(shè)計(jì)目的1、培養(yǎng)機(jī)械設(shè)計(jì)能力；2、擴(kuò)展知識(shí)構(gòu)造；3、培養(yǎng)綜合運(yùn)用能力；4、是課堂教學(xué)的有益補(bǔ)充。通過(guò)本次論文，進(jìn)一步加強(qiáng)自己對(duì)機(jī)械手和PLC的認(rèn)識(shí)，以及它們?cè)谏钪袕V泛應(yīng)用。1.2.2主要內(nèi)容A正確選用機(jī)械手和PLC類B繪制I/O分配C設(shè)計(jì)梯形圖D指令表E模擬調(diào)試第2章PLC及機(jī)械手的介紹及選擇2.1.可編程控制器PLC2.1.1PLC慨況可編程控制器〔PROGRAMMABLECONTROLLER，簡(jiǎn)稱PC〕。與個(gè)人計(jì)算機(jī)的PC相區(qū)別，用PLC表示。自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController，PLC〕取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC得到了快速開展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷開展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的根基上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。PLC是由摸仿原繼電器控制原理開展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步〔步序號(hào)為零〕起依次執(zhí)行到最終步〔通常為END指令〕，然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來(lái)處理，16位〔也有32位的〕為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。一樣I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些〔大約能省40%左右〕。PLC沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)〔最多可達(dá)8000多個(gè)I/O〕。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為適宜。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。

近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開場(chǎng)采用PLC進(jìn)展控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速開展和根基自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的根基上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建設(shè)柔性的程控系統(tǒng)。國(guó)際電工委員會(huì)〔IEC〕公布了對(duì)PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(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)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)大其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)?？梢灶A(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應(yīng)用程序，系統(tǒng)程序提供運(yùn)行平臺(tái)，同時(shí)，還為PLC程序可靠運(yùn)行及信息與信息轉(zhuǎn)換進(jìn)展必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計(jì)。2.1.2PLC的構(gòu)造及基本配置和繼電器控制系統(tǒng)類似，PLC控制系統(tǒng)也是由輸入局部、邏輯局部和輸出局部組成。一般講，PLC分為箱體式和模塊式兩種。但它們的組成是一樣的，對(duì)箱體式PLC，有一塊CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按CPU性能分成假設(shè)干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)又有假設(shè)干規(guī)格。對(duì)模塊式PLC，有CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。無(wú)任哪種構(gòu)造類型的PLC，都屬于總線式開放型構(gòu)造，其I/O能力可按用戶需要進(jìn)展擴(kuò)展與組合。CPU的構(gòu)成：PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái)PLC至少有一個(gè)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(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的存放器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU功能：用掃描方式〔后面介紹〕接收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象存放器或數(shù)據(jù)存放器；〔2〕接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；〔3〕診斷電源和PC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤；〔4〕在PC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后：執(zhí)行用戶程序——產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)〔從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟閉有關(guān)的控制電路〕進(jìn)展數(shù)據(jù)處理——分時(shí)、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、對(duì)比、變換等動(dòng)作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)更新輸出狀態(tài)——輸出實(shí)施控制〔根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象存放器的內(nèi)容，再由輸入映象存放器或數(shù)據(jù)存放器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等〕存儲(chǔ)器系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器——存放系統(tǒng)工作程序〔監(jiān)控程序〕、模塊化應(yīng)用功能子程序、命令解釋、功能子程序的調(diào)用管理程序和系統(tǒng)參數(shù)*不能由用戶直接存取用戶存儲(chǔ)器用戶程序存儲(chǔ)器——存放用戶程序。即用戶通過(guò)編程器輸入的用戶程序。功能存儲(chǔ)器〔數(shù)據(jù)區(qū)〕——存放用戶數(shù)據(jù)PC的用戶存儲(chǔ)器通常以字〔16位/字〕為單位來(lái)表示存儲(chǔ)容量。注意：系統(tǒng)程序直接關(guān)系到PC的性能，不能由用戶直接存取，所以，通常PC產(chǎn)品資料中所指的存儲(chǔ)器形式或存儲(chǔ)方式及容量，是指用戶程序存儲(chǔ)器而言。與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、存放器及實(shí)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，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)展控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。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(hào)控制。CPU的運(yùn)算器用于進(jìn)展數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。CPU的存放器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個(gè)局部，但PLC中的CPU芯片實(shí)際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對(duì)CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無(wú)必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一般講，CPU模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)展通訊。CPU模塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對(duì)PLC作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。I/O模塊：PLC的對(duì)外功能，主要是通過(guò)各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，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。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(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。底板或機(jī)架：大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問(wèn)底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。PLC的外部設(shè)備：外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一局部，它有四大類1.編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)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。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。2.監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過(guò)畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。3.存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不喪失，如EPROM、EEPROM寫入器等。4.輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)：PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC之間、PLC與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有RS-232接口，通過(guò)雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)展通訊與聯(lián)網(wǎng)。了解了PLC的基本構(gòu)造，我們?cè)谫?gòu)置程控器時(shí)就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最正確功能。2.1.3PLC的選型考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，采用PLC作為核心控制器，各控制對(duì)象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作，所以PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出)。三菱FX2N系列可編程控制器是小型化，高速度，高性能的產(chǎn)品，是FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。性能規(guī)格：FX2N性能規(guī)格運(yùn)轉(zhuǎn)控制方法通過(guò)儲(chǔ)存的程序周期運(yùn)轉(zhuǎn)I/O控制方法批次處理方法〔當(dāng)執(zhí)行END指令時(shí)〕I/O指令可以刷新運(yùn)轉(zhuǎn)處理時(shí)間基本指令：0.08μs應(yīng)用指令：1.52至幾百微秒，指令編程語(yǔ)言邏輯梯形圖和指令清單使用步進(jìn)梯形圖能生成SFC類型程序程式容量8000步內(nèi)置。2.1.4PLC的工作過(guò)程1.初始操作〔上電處理〕PLC未進(jìn)入正式運(yùn)行前，首先應(yīng)確定自身的完好性。這就是接通電源后的初始操作〔見圖〕。通電后，消除各元件的隨機(jī)狀態(tài)，進(jìn)展清零或復(fù)位處理，檢查I/O單元的連接是否正確〔I/O總線〕。再做一道題，使它涉及各種指令和內(nèi)存單元，假設(shè)解題時(shí)間在to以內(nèi)，則自身完好〔否則，系統(tǒng)關(guān)閉〕，解題完畢，將監(jiān)控定時(shí)器to復(fù)位，才開場(chǎng)正式運(yùn)行。運(yùn)行·PLC的工作方式——〔順序〕周期循環(huán)掃描掃描——按分時(shí)操作的原理，每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作，順序進(jìn)展，這種分時(shí)操作的過(guò)程稱“CPU對(duì)程序的掃描〞·工作特點(diǎn)——集中輸入，集中輸出〔小型PLC〕二、PLC運(yùn)行過(guò)程1.四大類操作〔1〕公共操作——故障診斷及處理〔自檢〕，一般故障，只報(bào)警，不停機(jī)〔2〕I/O操作——聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)輸入及控制信號(hào)的輸出〔3〕執(zhí)行用戶程序——順序循環(huán)掃描〔4〕服務(wù)外設(shè)2.I/O處理過(guò)程——〔教材P63Fig3-6〕輸入采樣三個(gè)階段執(zhí)行用戶程序輸出刷新·工作過(guò)程框圖：·I/O處理過(guò)程：〔1〕數(shù)據(jù)輸入/輸出——I/O狀態(tài)刷新采樣輸入信號(hào)送出處理結(jié)果輸入映像存儲(chǔ)器及其刷新——對(duì)應(yīng)于輸入端子狀態(tài)的數(shù)據(jù)區(qū)PLC中的CPU是不能直接從與外部接線端子打交道的。在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，經(jīng)過(guò)輸入調(diào)理電路〔光電隔離、電平轉(zhuǎn)換、濾波處理等〕后進(jìn)入輸入緩沖器等待采樣。沒(méi)有CPU的采樣“允許〞，外界的輸入信號(hào)是不能進(jìn)入內(nèi)存的。當(dāng)CPU采樣時(shí)，輸入信號(hào)便進(jìn)入輸入映像存儲(chǔ)器——刷新。接著進(jìn)入程序的執(zhí)行階段，直至信號(hào)的輸出。在此期間，輸入映像存儲(chǔ)器將現(xiàn)場(chǎng)與CPU隔離，無(wú)論輸入信號(hào)若何變化，輸入映像存儲(chǔ)器中的內(nèi)容保持到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新采樣新的信號(hào)，即：輸入映像存儲(chǔ)器每周期刷新一次。這樣，是否會(huì)影響對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信息的反響速度由于，PLC掃描周期一般僅幾十mS，兩次采樣之間的間隔時(shí)間很短，對(duì)一般的開關(guān)量而言，可以認(rèn)為采樣是連續(xù)的。b.輸出映像存儲(chǔ)器及其刷新——CPU數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果和最終結(jié)果的存放區(qū)域同理，CPU不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，處理的結(jié)果存放在輸出映像存儲(chǔ)器中，直至所有程序執(zhí)行完畢，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容經(jīng)輸出鎖存器〔稱為輸出狀態(tài)刷新〕送到輸出端子上驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。即：輸出映像存儲(chǔ)器——隨時(shí)刷新輸出鎖存器——每周期刷新一次〔刷新后的輸出狀態(tài)一直保持到下一次刷新〕同樣，兩次刷新的間隔僅幾十mS，即使考慮電路的電氣慣性〔延遲〕時(shí)間，仍可認(rèn)為輸出是及時(shí)的。c.輸入/輸出狀態(tài)表——狀態(tài)RAM表I/O映像存儲(chǔ)器的內(nèi)容，在CPU中構(gòu)成I/O狀態(tài)表，其內(nèi)容是CPU處理用戶程序及數(shù)據(jù)的依據(jù)。注意：輸入狀態(tài)表——采樣時(shí)刷新輸出狀態(tài)表——隨時(shí)刷新〔中間值和最終結(jié)果〕輸出端子的接通或開斷——輸出鎖存器決定〔2〕執(zhí)行用戶程序執(zhí)行監(jiān)視a.監(jiān)控定時(shí)器WDT〔WATCHDOGTIMER〕——即監(jiān)控定時(shí)器t1·正常：執(zhí)行完用戶程序所需的時(shí)間應(yīng)不超過(guò)t1。執(zhí)行程序前，復(fù)位t1，執(zhí)行程序開場(chǎng)t1計(jì)時(shí)，完畢后立即復(fù)位t1，表示程序執(zhí)行正常?！ぎ惓＃阂蚰承┰?，程序進(jìn)入死循環(huán)，執(zhí)行程序時(shí)間超出t1值，WDT發(fā)出警告，程序重新開場(chǎng)執(zhí)行，同時(shí)復(fù)位t1。假設(shè)因偶然因素，則重新執(zhí)行程序?qū)⒄?，否則，系統(tǒng)自動(dòng)停頓執(zhí)行用戶程序，切斷外部負(fù)載，并發(fā)出故障信號(hào)等待處理。b.執(zhí)行用戶程序〔3〕執(zhí)行外設(shè)命令每次執(zhí)行完用戶程序，輸出后，就進(jìn)入服務(wù)外設(shè)命令的操作，如沒(méi)有外設(shè)命令，自動(dòng)循環(huán)掃描。2.2機(jī)械手2.2.1機(jī)械手簡(jiǎn)介mechanicalhand也被稱為自動(dòng)手，autohand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。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)要求而有多種構(gòu)造形式，如夾持型、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，其構(gòu)造也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。機(jī)械手的種類，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，如用于原子能部門操持不安全物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手是在機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中開展起來(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)迅速開展起來(lái)的一門新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的開展，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。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕不安全、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，例如：(1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。(2)在裝配作業(yè)中應(yīng)用廣泛，在電子行業(yè)中它可以用來(lái)裝配印制電路板，在機(jī)械行業(yè)中它可以用來(lái)組裝零部件。(3)可在勞動(dòng)條件差，單調(diào)重復(fù)易子疲勞的工作環(huán)境工作，以代替人的勞動(dòng)。(4)可在不安全場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、不安全品及有害物的搬運(yùn)等。(5〕宇宙及海洋的開發(fā)。(6)軍事工程及生物醫(yī)學(xué)方面的研究和試驗(yàn)。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一樣的，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、手臂、支柱組成。手是抓取機(jī)構(gòu)，用來(lái)夾緊和松開工件，與人的手指相仿，能完成人手的類似動(dòng)作。手腕是連接手指與手臂的元件，可以進(jìn)展上下、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)展動(dòng)作，簡(jiǎn)單的機(jī)械手一般不設(shè)置專用的控制系統(tǒng)，只采用行程開關(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)展動(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)展控制。2.2.2機(jī)械手的選擇由于機(jī)械手是在搬運(yùn)中的應(yīng)用，所以采用傳送帶加旋轉(zhuǎn)的機(jī)械手類型。此機(jī)械手易于操作，性能可靠。第3章設(shè)