PLC 設(shè)計(jì)機(jī)械臂分揀裝置控制

目錄第一章緒論……..21.1PLC的產(chǎn)生與定義……….21.1.1PLC的產(chǎn)生……………....21.1.2PLC的定義………………31.2PLC的工作…………….....31.2.1PLC的系統(tǒng)組成………....31.2.2PLC的工作方式與運(yùn)行框圖……………61.2.3PLC工作過程的中心內(nèi)容………………7.4PLC對(duì)輸入/輸出的處理原則…………...9第二章機(jī)械臂分揀裝置控制要求與分析……..92.1機(jī)械臂分揀裝置控制要求……………......92.2機(jī)械臂分揀裝置控制分析…………….....10第三章機(jī)械臂分揀裝置程序設(shè)計(jì)……………..123.1接線圖………………….....12程序設(shè)計(jì)………………....13第四章PLC程序上機(jī)調(diào)試及運(yùn)行…………….294.1PLC程序上機(jī)調(diào)試……….294.2調(diào)試出現(xiàn)的問題及整改方法…………….294.3PLC程序上機(jī)運(yùn)行…….....30總結(jié)………………39緒論1.1PLC的產(chǎn)生與定義1.1.1PLC的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，為了適應(yīng)白熱化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求，1968年美國(guó)通用汽車公司（GM）公開招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：（1）編程方便，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序；（2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制盤；（5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；（6）成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng)；（7）輸入可以是交流市電（115V）（美國(guó)電壓標(biāo)準(zhǔn)）(8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥等；（9）擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變小；（10）用戶程序存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)展到4KB。這就是著名的“GM十條”。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標(biāo)后，制造出世界上第一臺(tái)可編程序控制器。（ProgrammableLogicController,簡(jiǎn)稱PLC）。16位和32位微處理器的應(yīng)用，使PLC得到了驚人的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為自動(dòng)化技術(shù)的三大支柱之一。1.1.2PLC的定義PLC一直在飛速發(fā)展中，很長(zhǎng)時(shí)間后才有了一個(gè)比較明確的定義。1987年，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)PLC作出的定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)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，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種機(jī)械和生產(chǎn)過程。而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！倍x強(qiáng)調(diào)了PLC直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境。定義強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，即計(jì)算機(jī)。定義強(qiáng)調(diào)了PLC是用軟件方式來實(shí)現(xiàn)“可編程”的。1.2PLC的工作1.2.1PLC的系統(tǒng)組成主要由CPU、電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成。如下圖所示：1.中央處理單元（CPU）2.存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放由PLC廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能更改。系統(tǒng)程序包括三部分：系統(tǒng)管理程序、用戶指令解釋程序以及標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語(yǔ)言編寫的各種用戶程序。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來存放用戶程序中所使用器件的ON/OFF狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。PLC使用的存儲(chǔ)器類型有三種：（1）隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）（2）只讀存儲(chǔ)器（ROM）（3）可電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）3.輸入/輸出單元PLC的輸入/輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入/輸出單元包括兩部分：一是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的映像寄存器。（1）輸入接口電路通常PLC的輸入接口電路的類型可以是直流、交流和交直流。輸入電路的電源（+24V）可由外部供給，有的也可以由PLC內(nèi)部提供。（2）輸出接口電路輸出接口電路通常有三種類型：繼電器輸出型、晶體管輸出型和晶閘管輸出型。電源由外部提供，輸出電流一般為0.5~2A，輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)。4.電源部分PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V、±12V、24V等直流電源，使PLC能正常工作。5.擴(kuò)展接口6.通信接口7.編程器編程器的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。分簡(jiǎn)易型和智能型。8.其他部件1.2.2PLC的工作方式與運(yùn)行框圖繼電器控制系統(tǒng)是“硬連線邏輯系統(tǒng)”，采用的是并行工作方式；而PLC是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用的是串行工作方式PLC的工作原理概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。PLC工作的全過程可分為三部分：（1）上電處理（上電初始化）（2）掃描過程（3）出錯(cuò)處理1.2.3PLC工作過程的中心內(nèi)容當(dāng)PLC正常工作時(shí)，它將不斷重復(fù)上圖中的掃描過程。如果暫不考慮對(duì)遠(yuǎn)程I/O特殊模塊和通信服務(wù)，掃描過程就只剩下“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”和“輸出刷新”了。這三個(gè)階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容。（1）輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號(hào)怎樣變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。（2）程序執(zhí)行階段根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，PLC按從左到右、從上到下的順序執(zhí)行用戶程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。因此，每一個(gè)元件（不包括輸入繼電器）的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化的。(3)輸出刷新階段在所有用戶程序的指令執(zhí)行完畢后,元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)(接通/斷開)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中,最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載,實(shí)現(xiàn)控制命令的輸出.1.2.4PLC對(duì)輸入/輸出的處理原則(1)輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)在上一掃描周期的輸入刷新期間的接通和斷開狀態(tài).(2)程序執(zhí)行結(jié)果取決于用戶所編程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及其他個(gè)各元件映像寄存器的內(nèi)容.(3)輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果.(4)輸出鎖存器中的數(shù)據(jù),由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定.(5)輸出端子的接通和斷開狀態(tài),由輸出鎖存器決定.第二章機(jī)械臂分揀裝置控制要求與分析2.1機(jī)械臂分揀裝置控制要求圖6-11為一臺(tái)分檢大小球的機(jī)械臂裝置。它的工作過程是：當(dāng)機(jī)械臂處于原始位置時(shí)，即上限開關(guān)LS1和左限位開關(guān)LS3壓下，抓球電磁鐵處于失電狀態(tài)。這時(shí)按動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械臂下行，碰到下限位開關(guān)LS2后停止下行，且電磁鐵得電吸球。如果吸住的是小球，則大小球檢測(cè)開關(guān)為SQ為ON；如果吸住的是大球，則SQ為OFF。1秒鐘后，機(jī)械臂上行，碰到上限位開關(guān)LS1后右行，它會(huì)根據(jù)大小球的不同，分別分別在LS4（小球）和LS5（大球）處停止右行，然后下行至下限位停止，電磁鐵失電，機(jī)械臂把球放在小球箱里或大球箱里，1秒鐘后返回。如果不按停止按鈕，則機(jī)械臂一直工作下去。如果按了停止按鈕，則不管何時(shí)按，機(jī)械臂最終都要停止在原始位置。再次按動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)可以再次從頭開始循環(huán)工作。2.2機(jī)械臂分揀裝置控制分析（1）輸入輸出地址分配輸入點(diǎn)：輸出點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕SB1I0.0原始位置指示燈HLQ0.0下限位開關(guān)LS2I0.3上行接觸器KM2Q0.3左限位開關(guān)LS3I0.4右行接觸器KM3Q0.4左行接觸器KM4Q0.5（2）根據(jù)項(xiàng)目的要求，得出系統(tǒng)的功能圖如圖所示：第三章機(jī)械臂分揀裝置程序設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)械臂分揀裝置控制的分析，具體的輸入輸出接線端子接線如下圖：程序設(shè)計(jì)根據(jù)輸入輸出端子的接線要求，所設(shè)計(jì)的程序如下:第四章PLC程序上機(jī)調(diào)試及運(yùn)行4.1PLC程序上機(jī)調(diào)試機(jī)械臂分揀裝置PLC程序編好后上機(jī)運(yùn)行，基本上顯示正常。按下啟動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械臂下行，碰到下限位開關(guān)LS2后停止下行，且電磁鐵得電吸球。如果吸住的是小球，則大小球檢測(cè)開關(guān)為SQ為ON；如果吸住的是大球，則SQ為OFF。1秒鐘后，機(jī)械臂上行，碰到上限位開關(guān)LS1后右行，它會(huì)根據(jù)大小球的不同，分別分別在LS4（小球）和LS5（大球）處停止右行，然后下行至下限位停止，電磁鐵失電，機(jī)械臂把球放在小球箱里或大球箱里，1秒鐘后返回。如果不按停止按鈕，則機(jī)械臂一直工作下去。如果按了停止按鈕，則不管何時(shí)按，機(jī)械臂最終都要停止在原始位置。再次按動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)可以再次從頭開始循環(huán)工作。4.2調(diào)試出現(xiàn)的問題及整改方法（1）由于大小球的不同，所以，使用了分支選擇電路，使機(jī)械臂能夠在右行后向不同的位置下行，把大小球分別放進(jìn)各自的箱子里去。（2）在機(jī)械臂上.下.左.右行走的控制中，使用了一個(gè)軟件聯(lián)鎖觸點(diǎn)，替代了SM0.0。（3）功能圖中的M0.0是一個(gè)選擇邏輯，其功能如梯形圖中的網(wǎng)絡(luò)1所示，它相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，控制著系統(tǒng)是進(jìn)行單周期操作還是循環(huán)操作。（4）S7-200PLC的順控指令不支持直接輸出（=）的雙線圈操作。如果在功能圖中的狀態(tài)S0.1的SCR段有Q0.2（下行）輸出，在狀態(tài)S1.0的SCR段也有Q0.2輸出，則不管在什么情況下，在前面的Q0.2永遠(yuǎn)不會(huì)有效。這是S7-200PLC順控指令設(shè)計(jì)方面的缺陷，給用戶的使用帶來了極大的不便。所以，在使用S7-200PLC的順控指令時(shí)一定不要有雙線圈輸出。位解決這個(gè)問題，可采用本例的辦法，用中間繼電器邏輯過渡一下，如本例中的機(jī)械臂進(jìn)行上行.下行和右行的控制邏輯設(shè)計(jì)，凡是有重復(fù)使用的相同輸出驅(qū)動(dòng)，在SCR段中先用中間繼電器表示其分段的輸出邏輯，在程序的最后再進(jìn)行合并輸出處理。這是解決這一缺陷的最佳方法。左行時(shí)只有在狀態(tài)S1.3中用到了Q0.5，所以就不用中間過渡處理了。4.3PLC程序上機(jī)運(yùn)行總結(jié)通過在徐州師范大學(xué)現(xiàn)代人教育培訓(xùn)中心的學(xué)習(xí)，我深刻了解到PLC在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域以及在我們的各式生產(chǎn)生活中的應(yīng)用的重要地位；PLC程序的設(shè)計(jì)決定著PLC在生產(chǎn)生活中運(yùn)行的穩(wěn)定性，讓我掌握了如何設(shè)計(jì)PLC程序的方法及其如何操作運(yùn)行；深刻的懂得要設(shè)計(jì)出好的PLC程序，必須理論與實(shí)踐相結(jié)合；要常常動(dòng)腦筋去想，并且要勤動(dòng)手去實(shí)踐程序的正常穩(wěn)定的運(yùn)行，要在實(shí)踐中去理解強(qiáng)化這門技術(shù)。在現(xiàn)在的激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，多一門技術(shù)等于離成功更近一步。更何況現(xiàn)在的工業(yè)自動(dòng)化中，PLC已經(jīng)無處不在，離開它工業(yè)必將陷入癱瘓。很慶幸我能有這樣的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，以后會(huì)進(jìn)一步努力學(xué)習(xí)PLC。致謝在學(xué)習(xí)PLC程序編程設(shè)計(jì)的日子里，讓我