畢業(yè)設(shè)計(jì)29機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 1 目 錄 前言 2 摘 要 2 第一章 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 任 務(wù) 分 析 及 選 型 3 第一節(jié) 系 統(tǒng) 任 務(wù) 分 析 3 第二節(jié) 幾 種 常 見 的 控 制 系 統(tǒng) 5 第三節(jié) 控 制 系 統(tǒng) 確 定 6 第二章 FXon 40MT 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 及 工 作 原 理 7 第一節(jié) FXon 40MT 的 基 本 結(jié) 構(gòu) 7 第二 節(jié) FXon 40MT 的 基 本 工 作 原 理 8 第三節(jié) FXon 40MT 的 性 能 指 標(biāo) 9 第 三 章 PLC 控制自動(dòng)送料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 第一節(jié) 控制要求 10 第二節(jié) 輸入輸出接線圖 11 第三節(jié) 流程圖 12 第四節(jié) 梯形圖 13 第五節(jié) 系統(tǒng)編程 15 第 四 章 PLC 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 調(diào) 試 運(yùn) 行 16 第 五 章 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望 17 參 考 文 獻(xiàn) 18 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 2 前 言 PLC 設(shè)計(jì)是學(xué)生在大學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是在教師指導(dǎo)下，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)來分析和解決具有一定復(fù)雜程度的實(shí)際問題的一個(gè)實(shí)踐過程 ;是提高學(xué)生觀察事物 ,獲取信息 ,理解和表述事物能力及分析 ,解決實(shí)際問題能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié) ;是培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力 ,獨(dú)立工作能力 ,與人合作能力 ,創(chuàng)新能力及養(yǎng)成理論聯(lián)系 實(shí)際的工作作風(fēng)和提高工程實(shí)踐能力的重要途徑 ;是學(xué)生走向社會(huì)之前對(duì)其本身綜合素質(zhì)與能力的全面檢驗(yàn) ,也是全面衡量學(xué)校教育教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要依據(jù) . 在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，每個(gè)學(xué)生要全面地運(yùn)用、鞏固和深化所學(xué)理論知識(shí)，獨(dú)立的完成調(diào)查研究，查閱并收集有關(guān)的參考文獻(xiàn)和資料；獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的選定，進(jìn)行各種設(shè)計(jì)和計(jì)算，創(chuàng)造性的完成設(shè)計(jì)規(guī)定的全部任務(wù)。還要求每個(gè)學(xué)生都要認(rèn)真地、嚴(yán)肅地對(duì)待設(shè)計(jì)課題，要有科學(xué)的敢于創(chuàng)新，要善于獨(dú)立思考，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，反對(duì)粗心大意，草率從事和不負(fù)責(zé)任的態(tài)度：在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，注意學(xué)習(xí)和吸收國內(nèi)外 的先進(jìn)技術(shù)和前人的經(jīng)驗(yàn)，研究成果，但不要一成不變的照抄照搬，要大膽的提出創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)方案，要認(rèn)真貫徹國家和有關(guān)部門的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定；設(shè)計(jì)中遇到自己解決不了的問題要主動(dòng)向指導(dǎo)教師提問，共同探討解決方法；并能對(duì)自己做出的全部技術(shù)決定及取得的結(jié)果負(fù)責(zé)。 機(jī)械手的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。 可編程控制器發(fā)出兩路脈沖到步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；直流電機(jī)拖動(dòng)底座和手爪的旋轉(zhuǎn)；接近開關(guān)、微動(dòng)開關(guān)、旋轉(zhuǎn)碼盤將位置信號(hào)反饋給主機(jī)，由主機(jī)發(fā)出指令來實(shí)現(xiàn)對(duì)手臂的伸縮、上下、轉(zhuǎn)動(dòng)位置的控制；主機(jī)發(fā)信號(hào)到氣動(dòng)電磁閥，以控制手爪的張合來抓放物體。本設(shè)計(jì)可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)，具有很大的靈活性和可操作性。 關(guān)鍵詞：可編程控制器；機(jī)械手； 傳感器 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 3 第一章 設(shè)計(jì)系統(tǒng)任務(wù)分析及選型 第一節(jié) 系統(tǒng)任務(wù)分析 系統(tǒng)要求機(jī)械手能把工件從 A 點(diǎn)移到 B 點(diǎn)。該機(jī)械手的上升、下降和左移、右移是由雙線圈兩位電磁閥推動(dòng)汽 缸來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)某一線圈得電，機(jī)構(gòu)便單方向移動(dòng)，直至線圈斷電才停止在當(dāng)前位置。夾緊和放松是由單線圈兩位電磁閥各驅(qū)動(dòng)汽缸來實(shí)現(xiàn)的。線圈通電則夾緊，失電則為放松。設(shè)備上裝有上、下限位和左、右限位開關(guān)。機(jī)械手工作循環(huán)共有 8 個(gè)動(dòng)作：原位 下降 夾緊 上升 右移 下降 放松 上升 左移 原位。結(jié)束，左行回到左限位處，機(jī)械手開始裝料。如此循環(huán)。如圖所示系統(tǒng)工作循環(huán)過程： 起動(dòng) 左限 X404（ SQ4） 左行 Y434 X400 （ SQ2） 右行 Y433 （ SQ3） 上限 X402 上限 X402 右限 X403 下降 Y430 上升 Y432 （ SQ1） 下限 X401 下限 X401 夾緊 放松 Y431 接通 Y431 斷開 圖 1-1 系統(tǒng)工作循環(huán)過程圖 從 圖 1-1 所示 ：送料工作循環(huán)過程主要有 8 個(gè)動(dòng)作，即： 原位 下降 夾緊 上升 右移 左移 上升 放松 下降 圖 1.1 機(jī)械手工作循環(huán)過程 工作過程 梯形圖主要由點(diǎn)動(dòng)操作和自動(dòng)控制組成 ,即總程序主要 由點(diǎn)動(dòng)操作和自動(dòng)控制兩個(gè)程序段組成。 原點(diǎn) 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 4 1.點(diǎn)動(dòng)操作 點(diǎn)動(dòng)操作梯形圖中的第一邏輯行至 EJP700 邏輯行。當(dāng)工作方式選擇開關(guān)置于 ” 點(diǎn)動(dòng) ” 位置時(shí) ,X406 常閉接點(diǎn)斷開 ,執(zhí)行點(diǎn)動(dòng)程序段。為安全起見 ,右移和左移只能在上限位置前提下進(jìn)行 ,所以在梯形圖相關(guān)邏輯行中串有上限開關(guān)X402 常開接點(diǎn)。夾緊或放松 采 用 S 或 R 指令。右移和左移、上升和下降動(dòng)作均有限位保護(hù)和互鎖。為減少按扭數(shù)量 ,著三種點(diǎn)動(dòng)操作均用 ” 起動(dòng) ” 和 ” 停止 ” 按扭 ,用轉(zhuǎn)換開關(guān)選定點(diǎn)動(dòng)操作方式 ,見輸入輸出分配圖 .由于點(diǎn)操作和自動(dòng)控制工作不會(huì)同時(shí)進(jìn)行 ,所以 在點(diǎn)操作和自動(dòng)控制兩段梯形圖中 ,都使用 Y430-Y434 的線圈是允許的。 2.自動(dòng)控制 機(jī)械手自動(dòng)控制兩段流程圖如圖 11-22 所示 .相應(yīng)的梯形圖見圖 11-23 中 CJP701 至 EJP701 程序段 .當(dāng)工作方式選擇開關(guān)置于自動(dòng)控制誒制時(shí) ,X407 常閉接點(diǎn)斷開 ,執(zhí)行自動(dòng)控制程序段。自動(dòng)控制工作過程說明如下 : 在原點(diǎn) ,機(jī)械手處于原點(diǎn) ,上限位開關(guān) 、 左限位開關(guān) SQ4、 液壓 ,X402 X404 接通位寄存器數(shù)據(jù)輸入端 ,使 M100 置 ” 1” (接通 ),Y435 線圈接通 ,原點(diǎn)指示燈。 （ 1） 下降 按 下起動(dòng)按扭 SB1,X400 與 M100 接點(diǎn)接同位移寄存器唯一信號(hào)輸入端 ,產(chǎn)生位移信號(hào) ,M100的 ” 1” 態(tài)移至 M101,M101接通 Y430線圈 ,機(jī)械手執(zhí)行下降動(dòng)作 .同時(shí) X402接點(diǎn)斷開 ,.使 M100置 ” 0” (斷開 ),Y435斷開 ,原點(diǎn)指示燈熄滅。 （ 2） 夾緊 當(dāng)機(jī)械手下降至壓倒下限位開關(guān)時(shí) ,X401 與 M101 閉合 ,產(chǎn)生移位信號(hào) ,M102為 ” 1” ,M100-M101為 ” 0” ,M1001接點(diǎn)斷開 Y430線圈通路 ,停止下降； M102 的接點(diǎn)接通 M200 線圈 ,M200 接點(diǎn)接通 Y431 線圈 ,工作鉗夾緊工件 ,同時(shí)定時(shí)器 T450 開始計(jì)時(shí)。 （ 3） 上升 當(dāng) T450 延時(shí)到 1.7s， T450 與 M102 的接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生移位信號(hào)， M103為“ 1”， M100-M102 均為“ 0”， M103 接點(diǎn)接通 Y432 線圈，機(jī)械手把夾緊的工件提升。因?yàn)槭褂?s 指令，所以 M200 線圈保持接通， Y431 也保持接通，使機(jī)械手繼續(xù)把工件夾緊。 （ 4） 右移 當(dāng)機(jī)械手上升至撞到上限位開關(guān) SQ2 時(shí)， X402X403 接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生移位信號(hào)， M104 為“ 1”， M100M103 都置“ 0”。 M103 接點(diǎn)斷開 Y432 線圈通路，停止上升，同時(shí) M104 接點(diǎn)接通 Y433 線圈 通路，執(zhí)行右移動(dòng)作。 （ 5） 下降 機(jī)械右移撞到右限位開關(guān) SQ3， X403 和 M104 接點(diǎn)接通移位信號(hào)， M105為“ 1”，停止右移，同時(shí)， M105 接點(diǎn)接通 Y430 線圈，機(jī)械手下降。 （ 6） 松開 機(jī)械手下降撞到 SQ1 時(shí)， X401 與 M105 接點(diǎn)接通移位信號(hào)， M106 置“ 1”， M100M105 置“ 0”。 M105 接點(diǎn)斷開 Y430 線圈回路，停止下降，同時(shí)M106 接點(diǎn)接通 2M200 線圈， R 指令使 M200 復(fù)位， M200 接點(diǎn)斷開 Y431 線圈回路，機(jī)械手松開工件并放于 B 點(diǎn)。同時(shí) T451 開始計(jì)時(shí)。 （ 7） 上升 T451 延時(shí) 1.5s， T451 與 M106 接點(diǎn)接通移位信號(hào)， M107”為“ 1”，M100M106 置“ 0”。 Y432 線圈被接通，機(jī)械手又上升。 （ 8） 左移 機(jī)械手上升至上限位時(shí)， X402 與 M107 接點(diǎn)閉合，移位后， M110 置“ 1”，M100 M107 置“ 0”， Y432 線圈回路斷開，停止上升，同時(shí) Y434 線圈閉合，陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 5 左移。 （ 9） 機(jī)械手回到原位 當(dāng)左移撞到 SQ4 時(shí)， X404 與 M107 接點(diǎn)閉合，移位后，M100 為“ 0”， Y434 線圈回路斷開，停止左移，同時(shí) M111 置“ 1”， M111 與X404 接點(diǎn)接通移圍寄存器復(fù)位輸 入端，寄存器全部復(fù)位。此時(shí)機(jī)械手已經(jīng)返回到原點(diǎn)， X402 和 X404 又閉合， M100 又被置“ 1”，完成了一個(gè)工作周期。這樣，只要再次按起動(dòng)按鈕，機(jī)械手將重復(fù)上述動(dòng)作過程。 當(dāng)按下停止按鈕 SB2 時(shí) X405 接點(diǎn)閉合，是移位寄存器復(fù)位。機(jī)械手停止動(dòng)作。 第二節(jié) 幾種常見的控制系統(tǒng) 一 、 可編程序控制器（ PLC）、 分散控制系統(tǒng)（ DCS） 、 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（ FCS） 上世紀(jì)九十年代走向?qū)嵱没默F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，正以迅猛的勢(shì)頭快速發(fā)展，是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是目前自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)，正受到國內(nèi) 外自動(dòng)化設(shè)備制造商與用戶越來越強(qiáng)烈的關(guān)注?，F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，將給自動(dòng)化領(lǐng)域帶來又一次革命，其深度和廣度將超過歷史的任何一次，從而開創(chuàng)自動(dòng)化的新紀(jì)元。 在有些行業(yè)， FCS 是由 PLC 發(fā)展而來的；而在另一些行業(yè)， FCS 又是由 DCS 發(fā)展而來的，所以 FCS 與 PLC 及 DCS 之間有著千絲萬縷的聯(lián)系，又存在著本質(zhì)的差異。 二 、 PLC、 DCS、 FCS 三大控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn) 目前，在連續(xù)型流程生產(chǎn)自動(dòng)控制（ PA）或習(xí)慣稱之謂工業(yè)過程控制中，有三大控制系統(tǒng)，即 PLC、 DCS 和 FCS。它們各自的基本特點(diǎn)如下： （一） PLC 的基本特點(diǎn) 1.從開關(guān)量控制發(fā)展到順序控制、運(yùn)送處理，是從下往上的。 2.連續(xù) PID 控制等多功能， PID 在中斷站中。 3.可用一臺(tái) PC 機(jī)為主站，多臺(tái)同型 PLC 為從站。 4.也可一臺(tái) PLC 為主站，多臺(tái)同型 PLC 為從站，構(gòu)成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。這 比用 PC 機(jī) 作主站方便 之處是：有用戶編程時(shí)，不必知道通信協(xié)議，只要按說明書格式寫就行。 5.PLC 網(wǎng)格既可作為獨(dú)立 DCS/TDCS，也可作為 DCS/TDCS 的子系統(tǒng)。 6.大系統(tǒng)同 DCS/TDCS，如 TDC3000、 CENTUMCS、 WDPFI、 MOD300。 7.PLC 網(wǎng)絡(luò)如 Siemens 公司的 SINEC L1、 SINEC H1、 S4、 S5、 S6、 S7 等，GE 公司的 GENET、三菱公司的 MELSEC NET、 MELSEC NET/MINI。 8.主要用于工業(yè)過程中的順序控制，新型 PLC 也兼有閉環(huán)控制功能。 （二） DCS 或 TDCS 的基本特點(diǎn) 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 6 1.分散控制系統(tǒng) DCS 與集散控制系統(tǒng) TDCS 是集 4C（ Communication，Computer， Control、 CRT）技術(shù)于一身的監(jiān)控技術(shù)。 2.從上到下的樹狀拓?fù)浯笙到y(tǒng)，其中通信（ Communication） 是關(guān)鍵。 3.PID 在中斷站中，中斷站聯(lián)接計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表與控制裝置。 4.是樹狀拓?fù)浜筒⑿羞B續(xù)的鏈路結(jié)構(gòu)，也有大量電纜從中繼站并行到現(xiàn)場(chǎng)儀器儀表。 5.模擬信號(hào)， A/D D/A、帶微處理器的混合。 6.一臺(tái)儀表一對(duì)線接到 I/O，由控制站掛到局域網(wǎng) LAN。 7.DCS 是控制（工程師站）、操作（操作員站）、現(xiàn)場(chǎng)儀表（現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控站）的 3 級(jí)結(jié)構(gòu)。 8.缺點(diǎn)是成本高，各公司產(chǎn)品不能互換，不能互操作，大 DCS 系統(tǒng)是各家不同的。 9.用于大規(guī)模的連續(xù)過程控制，如石化等。 （三） FCS 的基本特點(diǎn) 1.基本任務(wù)是：本質(zhì)（ 本征）安全、危險(xiǎn)區(qū)域、易變過程、難于對(duì)付的非常環(huán)境。 2.全數(shù)字化、智能、多功能取代模擬式單功能儀器、儀表、控制裝置。 3.用兩根線聯(lián)接分散的現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制裝置、 PID 與控制中心，取代每臺(tái)儀器兩根線。 4.在總線上 PID 與儀器、儀表、控制裝置都是平等的。 5.多變量、多節(jié)點(diǎn)、串行、數(shù)字通信系統(tǒng)取代單變量、單點(diǎn)、并行、模擬系統(tǒng)。 6.是互聯(lián)的、雙向的、開放的取代單向的、封閉的。 7.用分散的虛擬控制站取代集中的控制站。 8.由現(xiàn)場(chǎng)電腦操縱，還可掛到上位機(jī)，接同一總線的上一級(jí)計(jì)算機(jī)。 9.局域網(wǎng)，再可與 internet 相通。 10.改變傳統(tǒng)的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)入企業(yè)管理網(wǎng)。 第三節(jié) 控制系統(tǒng)確定 有以上的分析選用 FXox 系列可編程控制器比較合理， FXox 是在 F1/F2 之后推出的超小型 PLC，是一種將眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的微型 PLC，體積較小，并在控制器內(nèi)部裝有模擬電位器與 RUN/STOP 開關(guān)等方便功能。通過擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊與基本單元的鏈接，可自由地選擇輸入輸出點(diǎn)數(shù)。具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu) FX 系列 PLC 型號(hào)的含義如下： 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 7 FX 系列名稱 輸入輸出總點(diǎn)數(shù) 特殊品種 單元類型 輸出方式 其中系列名稱：如 0、 2、 0S、 1S、 ON、 1N、 2N、 2NC 等 單元類型： M 基本單元 E 輸入輸出混合擴(kuò)展單元 Ex 擴(kuò)展輸入模塊 EY 擴(kuò)展輸出模塊 輸出方式： R 繼電器輸出 S 晶閘管輸出 T 晶體管輸出 特殊品種： D DC 電源， DC 輸出 A1 AC 電源， AC（ AC100120V）輸入或 AC 輸出模塊 H 大電流輸出擴(kuò)展模塊 V 立式端子排的擴(kuò)展模塊 C 接插口輸入輸出方式 F 輸入濾波時(shí)間常數(shù)為 1ms 的擴(kuò)展模塊 如果特殊品種一項(xiàng)無符號(hào)，為 AC 電源、 DC 輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。 計(jì)算所的機(jī)械手輸入點(diǎn)數(shù)為 12，輸出點(diǎn)數(shù)為 6， I/O 點(diǎn)總點(diǎn)數(shù)為 18，小車輸入點(diǎn)數(shù)為 7，輸出點(diǎn)數(shù)為 6， I/O 點(diǎn)總點(diǎn)數(shù)為 13 由以上 型號(hào)的含義結(jié)合 plc 自動(dòng)控制的需要，選擇以下型號(hào)： FXon 40MT 表示 FX0N 系列， 40 個(gè) I/O 點(diǎn)基本單位（主機(jī)個(gè) 12 輸入點(diǎn) 6 個(gè)輸出點(diǎn)），晶體管輸出，使用直流電源， 24V 直流輸出型。 第二章 FXon 40MT 的基本結(jié)構(gòu)及工作原理 第一節(jié) FXon 40MT 的基本結(jié) 構(gòu) 傳統(tǒng)的繼電接觸系統(tǒng)通常由輸入設(shè)備、控制線路和輸出設(shè)備三大部分組成。 一、 輸入與輸出部件 這是 PLC 與輸出控制信號(hào)和被控制設(shè)備連接起來的部件，輸入部件接收從開關(guān)、按鈕、繼電器觸電和傳感器等輸入的現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出部件接受經(jīng)過中央處理器處理過的輸出數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成被控制設(shè)備或顯示裝置所能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥和指示器件等。 二 、 中央處理單元 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 8 中央處理單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。微處理器是PLC 的核心部件 ，整個(gè) PLC 的工作過程都是在中央處理器的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，它的主要任務(wù)是按一定的規(guī)律和要求讀入被控對(duì)象的各種工作狀態(tài)，然后根據(jù)用戶所編制的應(yīng)用程序的要求去處理有關(guān)數(shù)據(jù)，最后再向被控對(duì)象送出相應(yīng)的控制信號(hào)。 存儲(chǔ)器是保存系統(tǒng)程序和用戶程序的期間。系統(tǒng)存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)正常工作所必須的程序。用戶存儲(chǔ)器主要用于存放用戶按照要求所編制的程序，可經(jīng)過編程器進(jìn)行必要的修改。 三 、 電源部件 電源部件是把交流轉(zhuǎn)換成直流電源的裝置，它向 PLC 提供所需要的高質(zhì)量直流電源。 四、 編程器 編程器是 PLC 必不可少的重要外圍設(shè)備。它主要對(duì)用戶程序進(jìn)行輸入、檢查、調(diào)節(jié)和修改，并用來監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)見圖 2.1 圖 2-1 plc 的基本結(jié)構(gòu) 第二節(jié) FXon 40MT 的基本工作原理 編程器 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 9 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 一 、 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入 。 二 、 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先 左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏 輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 三 、 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是 PLC 的真正輸出。 第三節(jié) FXon 40MT 的性能指標(biāo) 一 、 編程語言 PLC 常用的編程語言由梯形圖語言、助記符語言、流程圖語言及某些高級(jí)語言等，目前常用最多的是前兩種。 二 、 指令種類數(shù)和條數(shù)以及 I/O 總點(diǎn)數(shù) 指令種類數(shù)和條數(shù)以及 I/O 總點(diǎn)數(shù)見表 2.1： 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 10 表 2.1 型號(hào) I/0 點(diǎn)數(shù) 基本指令執(zhí)行時(shí)間 功能指令 模擬模塊量 通信 FX0N 24 128 1.6 3.6 s 55 有 較強(qiáng) 三 、 PLC 內(nèi)部繼電器的種類和點(diǎn)數(shù) PLC 內(nèi)部繼電器（普通）的種類和點(diǎn)數(shù)見表 2.2： 表 2.2 型號(hào) 輸入繼電器 輸出繼電器 輔助繼電器 狀態(tài)寄存器 定時(shí)器 FX0N X0 X43 Y0 Y27 M0 M383 S10 S127 T32 T62 續(xù)表 2.2 型號(hào) 數(shù)據(jù)寄存器 指針 N.P.I 記數(shù)器 FX0N D0 D127 P0 P63 C0 C15 四 、 用戶程序存 儲(chǔ)量 用戶程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)通過編程器輸入的程序，其存儲(chǔ)容量通常是以字為單位來計(jì)算的。 FX0N 的存儲(chǔ)量為 6K。 五 、 掃描速度 其掃描速度以 ms/K 字為單位表示。 而 FX0N 的基本指令執(zhí)行時(shí)間 1.6 3.6 s。 六 、 工作環(huán)境 一般情況再以下環(huán)境條件下工作：使用溫度 0 550C，儲(chǔ)存溫度 -20 700C；環(huán)境濕度，使用時(shí) 35% 85%RH（無凝露）；抗沖擊性能 。 第 三 章 PLC 控制自動(dòng)送料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 11 圖 4-1 機(jī)械手 結(jié)構(gòu)圖 第一節(jié) 控制要求 全部為 PLC 自動(dòng)控制，按下起動(dòng)按鈕后，機(jī)構(gòu)從“原點(diǎn)”開始，自 動(dòng)完成一個(gè)工作循環(huán)過程。即機(jī)械手從原點(diǎn)開始下降到 A 點(diǎn)夾緊工件，帶工件上升后右移下降松開工件，然后按原路返回“原點(diǎn)”。再次按下按鈕，完成下一次動(dòng)作。 第二節(jié) 輸入輸出接線圖 電磁閥起動(dòng)下下降夾緊限位開關(guān)右上 左 停止自動(dòng)原位指示上升右行左行圖 4-2 輸入輸出接線圖 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 12 第三節(jié) 流程圖 機(jī)械手自動(dòng)控制流程圖 原位停止按鈕下降夾緊上升右移下降松開上升左移復(fù)位起 動(dòng)下限檢測(cè)上限檢測(cè)右限檢測(cè)下限檢測(cè)上限檢測(cè)左限檢測(cè)陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 13 第四節(jié) 梯形圖 機(jī)械手梯形圖 原位指示下降夾緊上升右移左移陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 14 第 五 節(jié) 系統(tǒng)編程 機(jī)械手部分 LDI X407 CJP 701 LD X402 AND X404 ANI M101 ANI M102 ANI M103 ANI M104 ANI M105 ANI M106 ANI M107 ANI M110 ANI M111 OUT M100 LD X404 AND M111 OR X405 RST M100 LD M100 AND X400 LD M101 AND X401 ORB LD M102 AND T450 ORB LD M103 AND X402 ORB LD M104 AND X403 ORB LD M105 AND X401 ORB LD M106 AND T451 ORB LD M107 AND X402 ORB LD M110 AND X404 ORB SFT M100 LD M100 OUT Y435 LD M101 OR M105 OUT Y430 LD M102 S M200 OUT T450 K 2 LD M200 OUT Y431 LD M103 OR M107 OUT Y432 LD M104 OUT Y433 LD M110 OUT Y434 LD M106 R M200 OUT T451 K 1.5 EJP 701 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 15 第 四 章 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行 對(duì)一個(gè)新的 PLC 系統(tǒng)在正式投入使用前，應(yīng)進(jìn)行檢查與調(diào)試運(yùn)行；對(duì)一個(gè)已投入使用的 PLC 系統(tǒng)，必須注意維護(hù)保養(yǎng)和檢修。 一、 PLC 系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行 在使用現(xiàn)場(chǎng)對(duì)新的 PLC 系統(tǒng)試運(yùn)行，這既是使用 PLC 的系統(tǒng)開始，也是維保養(yǎng)PLC 系統(tǒng)的開始，如果不經(jīng)仔細(xì)檢查和調(diào)試運(yùn)行，就冒然使用 PLC 系統(tǒng)，很可能出問題。因此 PLC 系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行必不可少。 （一） 通電前的檢查 通電調(diào)試運(yùn)行之前應(yīng)進(jìn)行全面的仔細(xì)的檢查。檢查內(nèi)容主要有： 1） 市電輸入線，各輸入輸出線，各連接電纜等配線是否正確，連接是否正確，連接是否正確和牢固。 2） 端子排上或其他位置的螺釘是否擰緊，各種開關(guān)、插頭座、器件等安裝是否正確和牢固。 3） 各功能單元的裝配是否正確和牢固。 4） PLC 上工作方式選擇開關(guān)的位置、各有關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)置是否符合要求。 5） 其他方面的檢查。 （二） 調(diào)試主要運(yùn)行過程 檢查確認(rèn)無誤后，可通電試運(yùn)行，起主要步驟過程如下： 1） 合上電源開關(guān)， PLC 面板上的電源指示等亮。 2） 一般情況下， 在現(xiàn)場(chǎng)第一次通電應(yīng)首先考慮在“監(jiān)控”狀態(tài)下，用強(qiáng)制接通與斷開某些器件的手段，堅(jiān)持輸出配線是否正確，這可利用 PLC 面板上輸出指示燈進(jìn)行監(jiān)視，也可利用輸入指示燈檢查輸入配線是否正確。 3） 將編程器工作方式置于“監(jiān)控”位置，基本單元置于 RUN 狀態(tài)。如果程序中沒有語法、線路等方面的錯(cuò)誤，則此時(shí)運(yùn)行（ RUN）指示燈亮，若有錯(cuò)誤時(shí)則RUN 指示燈不亮，而程序出錯(cuò)指示燈（ PROG E）閃亮。 4） 若 RUN 指示燈亮，則應(yīng)按設(shè)計(jì)時(shí)的工作順序，檢查和校核 PLC 系統(tǒng)工作是否正常和是否符合設(shè)計(jì)要求。如發(fā)現(xiàn)所編程序有錯(cuò)誤或不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行記錄、分析、修改、直至系統(tǒng)完全符合設(shè)計(jì)要求，滿足生產(chǎn)要求為止。 5） 做“模擬運(yùn)行”或“空運(yùn)行”最后做負(fù)載考驗(yàn)運(yùn)行。 6） 為了便于以后查閱、修改和完善程序，最好將運(yùn)行成功的程序用磁帶、軟盤或 EEP、 ROM 長(zhǎng)期保存起來，或把程序單抄寫打印保存起來。 （三） plc 系統(tǒng)的維護(hù) 對(duì) plc 系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)主要包括下列各項(xiàng)工作： 1） 對(duì)于大中型 plc 系統(tǒng)，應(yīng)制訂維護(hù)保養(yǎng)的規(guī)章制度，做好運(yùn)行、維護(hù)和保養(yǎng)記錄 。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 16 2） 定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查保養(yǎng)，兩次保養(yǎng)時(shí)間間隔通常是半年，最長(zhǎng)不要超過一年，對(duì)待特殊情況還應(yīng)縮短其時(shí)間間隔。 3） 檢查設(shè)備安裝、連接線等有無 松動(dòng)現(xiàn)象及接點(diǎn)焊點(diǎn)不要無松動(dòng)或脫落。 4） 除塵去污，清除雜物。 5） 效驗(yàn)輸入信號(hào)是否正常，有無出現(xiàn)偏差、減弱等異常情況。 6） 檢查市電輸入電壓是否在允許范圍之內(nèi)。一般 plc 供電電源電壓應(yīng)在標(biāo)稱電壓 10%以內(nèi)波動(dòng)。 7） 對(duì)重要的器件或模板，應(yīng)有備件。 8） 機(jī)內(nèi)電池應(yīng)定期更換。 Plc 中配有鋰電池，以保證短期停電時(shí)可保存一些必要的信息（即有電池向 CMOS 存儲(chǔ)器供電）。鋰電池壽命通常為 35 年。當(dāng)電池電壓降低到一定值時(shí)，電池電壓指示燈（ BATT V）亮。 要提高對(duì) plc 系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量，關(guān)鍵是提高使用和維護(hù) plv 系統(tǒng)的有關(guān)人員的 思想和業(yè)務(wù)素質(zhì) 第 五 章 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望 可編程控制器以體積小功能強(qiáng)大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來，擴(kuò)展了 PLC 的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。 一 、順序控制 順序控制是 PLC 最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。所謂的順序控制，就是按照工藝流程的順序，在控制信號(hào)的作用 下，使得生產(chǎn)過程的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按照順序動(dòng)作。由于它還具有編程設(shè)計(jì)靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。它主要是根據(jù)操作按扭、限位開關(guān)及其它現(xiàn)場(chǎng)給來的指令信號(hào)和傳感器信號(hào)，控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到了自動(dòng)化生產(chǎn)線控制。比較典型應(yīng)用在自動(dòng)電梯的控制、管道上電磁伐的自動(dòng)開啟和關(guān)閉、皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序啟動(dòng)等。例如我分廠的原料混料系統(tǒng)就是利用了 PLC 的順序控制功能。 二 、閉環(huán)過程控制 以往對(duì)于過程控制的模 擬量均采用硬件電路構(gòu)成的 PID 模擬調(diào)節(jié)器來實(shí)現(xiàn)開、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可以采用 PLC 控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法，可以同時(shí)控制多個(gè)控制回路和多個(gè)控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速度等。 、 三 、運(yùn)動(dòng)位置控制 PLC 可以支持?jǐn)?shù)控機(jī)床的控制和管理，在機(jī)械加工行業(yè)，可編程控制器與計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）集成在一起，用以完成機(jī)床的運(yùn)動(dòng)位置控制，它的功能是接受輸入裝置輸入的加工信息，經(jīng)處理與計(jì)算，發(fā)出相應(yīng) 的脈沖給驅(qū)動(dòng)裝置，通過步進(jìn)電機(jī)或陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 PLC 設(shè)計(jì)說明書 17 伺服電機(jī)，使機(jī)床按預(yù)定的軌道運(yùn)動(dòng)，以完成多軸伺服電機(jī)的自控。目前以用于控制無心磨削、沖壓、復(fù)雜零件分段沖裁、滾削摸削等應(yīng)用中。 四 、生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理 PLC 可以通過通迅接口與顯示終端和打印機(jī)等外設(shè)相連。顯示器作為人機(jī)界面（ HMI）是一種內(nèi)含微處理芯片的智能化設(shè)備，它與 PLC 相結(jié)合可取代電控柜上眾多的控制按鈕、選擇開關(guān)、信號(hào)指示燈，及生產(chǎn)流程模擬屏和電控柜內(nèi)大量的中間繼電器和端子排。所有操作都可以在顯示屏上的操作元件上進(jìn)行。 PLC 可以方便、快捷地對(duì)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采 集、處理，并可對(duì)要顯示的參數(shù)以二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制、 ASCII 字符等方式進(jìn)行顯示。在顯示畫面上，通過圖標(biāo)的顏色變化反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如閥門的開與關(guān)，電機(jī)的啟動(dòng)與停止，位置開關(guān)的狀態(tài)等。 PID 回路控制用數(shù)據(jù)、棒圖等綜合方法反映生產(chǎn)過程中量的變化，操作人員通過參數(shù)設(shè)定可進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過數(shù)據(jù)查詢可查找任一時(shí)刻的數(shù)據(jù)記錄，通過打印可保存相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為今后的生產(chǎn)管理和工藝參數(shù)的分析帶來便利。 五 、網(wǎng)絡(luò)特性 PLC 可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái) PLC 之間或多臺(tái) PLC 與一臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通訊聯(lián)網(wǎng)要求，從而組成多級(jí)分布式控制 系統(tǒng)，構(gòu)成工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 (1) 通過通訊模塊、上位機(jī)以及相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控。 (2) 通過調(diào)制解調(diào)器和公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程客戶端計(jì)算機(jī)相連，從而使管理者可通過電話線對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控。 六 、 PLC 最新發(fā)展?fàn)顟B(tài)及趨勢(shì) 現(xiàn)代 PLC 的發(fā)展有兩個(gè)主要趨勢(shì)：其一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低的微小型方面發(fā)展