基于PLC的礦井提升機控制系統(tǒng)(完整資料)

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摘要基于PLC的礦井提升機控制系統(tǒng)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）礦井被稱作地下礦井系統(tǒng)的咽喉,是井下與地面最重要的通道.礦井提升機承擔(dān)著礦井與井下人員、礦料、設(shè)備等物資運輸?shù)闹厝?，是整個礦井系統(tǒng)中的核心部分，礦井提升機的安全可靠運行至關(guān)重要.所以設(shè)計一套安全可靠的礦井提升機控制系統(tǒng)具有極大的意義。PLC出現(xiàn)后以其顯著優(yōu)點迅速成為工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向,其可靠性高，抗干擾能力強；編程簡單，使用方便；控制程序可變,具有很好的柔性功能完善；擴充方便,組合靈活，極大減少控制系統(tǒng)設(shè)計及施工工作量；體積小,重量輕；非常適用“機電一體化”設(shè)備.基于PLC設(shè)計礦井提升機控制系統(tǒng)，極大滿足對大型機械控制安全與可靠性的要求，且節(jié)能環(huán)保,便于操作與維護。關(guān)鍵詞：礦井提升機;PLC；控制系統(tǒng).AbｓｔｒaｃtThemineiｓcａlleｄthetｈroatｏftheunｄｅrｇｒounｄmine,whichisｔｈemostiｍｐｏrtanｔcｈannelｏfｔｈeunｄergroundmiｎe.Ｔheminehoｉsｔbearsthｅｈｅavyreｓpｏnsiｂｉｌiｔｙｏfthemineaｎdtｈeｕnｄerｇrｏundperｓoｎnel，theｏｒemａt(yī)eriａl,ｅqｕipmeｎtaｎdsｏon.Itisthecoreｐartofthｅｅntｉremiｎesｙｓtem,anｄtｈesafeandｒeliabｌeoperatｉonofｔhｅmineｈｏiｓtisｖeryiｍporｔant.Thereｆｏre，iｔiｓofgｒｅatsｉgｎificancetodeｓignａｓafeandｒelｉablecontrolsystemofmineｈｏiｓt．PLCａppearswitｈitsremａrkａbleａｄvanｔaｇesｑuicklｙｂｅcoｍｅinduｓtrialproduｃｔiｏnｃonｔｒoｌsｙsteｍofthｅmａｉｎstｒeamofthｅdevelopmeｎtｄireｃｔiｏnof，ｔhehiｇｈｒeliabｉlity，strｏｎｇantｉ-interferenceaｂｉlitｙ;ｐｒｏgrammｉngisｓｉmpｌｅ，easyｔousｅ；variabｌecontrolｐrocedurｅs,withｐｅｒfectgoｏdfｌexiｂlefｕnｃｔｉon;tofａｃiliｔａt(yī)ｅtheeｘｐansｉon，fｌexｉｂlecoｍbinaｔion,greａt(yī)lｙredｕｃｉngｔｈecontｒolｓｙstｅｍdesｉｇnandｃｏnstrucｔionwｏrk；hasｔhｅaｄvaｎtａgesofsmａllvolｕmｅ,lightweight；veryapｐｌicableeleｃtroｍechanicaｌintegratｉoｎeｑuipｍent．DeｓｉgnofminehｏistcontrolsystembaｓedoｎPＬＣ，whicｈｇｒeａt(yī)lymｅｅtstｈereｑｕiremｅnｔsｏfsaｆetｙaｎdrｅliabilｉtyoflargeｍｅｃhanｉcａlｃｏntrol，andeｎergyｓaｖinganｄｅnvｉronmentalpｒotection,ｅaｓytoｏpeｒatｅａｎdmaｉｎtａiｎ。Kｅywords:minehｏisｔ;PLＣ；cｏntｒｏlsysｔem。目錄中文摘要.。．。。。．．。.。。。．．。。。.．．。.。..．．。．。.．。．。。.。。。..。.。．.。.．．。.Ⅲ英文摘要．..．。。。．.。.．.。...．..．。.。.．.．。..。。．.。.．...．..。．。．.。．．。．．．.。Ⅲ目錄..。。.。．。．．。.。.。。。．．.。.。．。.。.。．。．．．.．.。...．。.。.。。。.。。。．．。.。.。．。.Ⅴ1緒論.．.．．．．...．.。。.。．.。．．.．.．．。.．。.．。。.．。。。。．。.。..。。.．。。.．。.11.１課題研究的背景。．.。.．.。..。。。.．．。。.．。。...．．。．。.．．..。。..．。.。．.21.２提升機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。。.．。.．.。.．。.。。..。..。.．。．.．。。。。.。．.。。.。.．.．2１。3課題主要研究內(nèi)容。。．．.．。.。。．。。。...．.。。．．。．...。..。.。．。。。.．。。。32礦井提升機概述2.1礦井提升機的簡介。.。.。。。.。．。.。.。..．.。。．..．。。。．...．．．...３2.1.１礦井提升機的分類。。.．。.．。..。．．.。．。。。。．．．..．。。。。.。.。.．。．。。４2。1.2礦井提升機的主要組成部分及工作原理。..。．．。。..。.．．.．.。。.。．。。.。６2.2礦井提升機的運行。。...。.．。．。。.。。..。．.。.。.。．.。．。。.。。.．．。。..。。72。３提升機故障及保護.．．。..。...．.。..．。.．。。。。。．．．...．．。。．．。。.。。．。。．。．8３礦井提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計3。1礦井提升機控制要求.．.。．．．．。．.。...。。．．．。．.．。．．.．..。...．.。．．..．.．9３。２硬件的選擇及其電氣連接。。。.。。。。。。．。.。..．。．．.。.。。。。..．。。.。..103。３控制系統(tǒng)的參數(shù)推導(dǎo)及設(shè)置..．..。。...。。．．.。。。。。。。.。。．..．．.．.。。.。.1４３.3。1提升過程參數(shù)推導(dǎo)．..。。...。。.。..．。...。．..。。。.．．．。。.。。.。..．.。。。１４3．３.2變頻器參數(shù)設(shè)置.．。．。.．。..．。。。。.．。.。...．．..。。。.．．.。．.。．。.。。...173.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計.．．。.．．．．。．..。。..．。。。.。．。。。。。。。。．。..。．。。.．..1８４礦井提升機的保護設(shè)計4．１安全報警與監(jiān)控板的設(shè)計。．。.。.．．..。.。.．。。。。.。。．.。．．194。2抗干擾措施.．..。。.。。。.．..。。．.．.。．。。。.。。。．...。...。。..。。.。．．．20５總結(jié)。．.。.。.．．。...．.。．。..．。。.．．.。.．。。...。.．。。．。.。。．．。。.．。。.．．。。。.216參考文獻...．．．．.。.。．.．．。。。。。。.．...．..．．．。。..。．.．。。．。．.。。．。。。．．..。2２7致謝.。.。.。...。。。。..。。..．..。。。。。..。。。．。。.。。。。．。。。。。．．．．。。２48附錄..。。.．..。。.．．。。．.。..．..。.。.。..。.．。.。．。..。。.。．.．．．.。.。..．..。..２5控制流程圖.。．。..。．..．.．。．.。。..。。．．．。．.。．..．．．。.。。．。25MＭ440說明書（部分).．。。.．。。。.．.。．...．．。..．.。．。..。..。.．。．。。。。．．．.2６軟件設(shè)計指令表。。。．。．．...。.。。.．.。.。。．.．。..．．。.。。．.．。。。．．．。．.。26程序梯形圖.。。．.。.。．．.．．。。。。.。。.。。。.。．。。.。.。。.。...。..。.。。。．。。.．..30仿真結(jié)果圖。。..。．。.。。。..。．.．。。。。。...．。..。..。.．.。。.。．。。．。．。．...．．.３31緒論采礦業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分，采礦業(yè)的健康發(fā)展對社會主義建設(shè)具有重大的意義。我國幅員遼闊，礦產(chǎn)資源豐富,但是開采難度大，露天礦山屈指可數(shù),眾多的礦產(chǎn)資源都埋在深土里.我國的采礦大都是地下做業(yè),對礦井提升機這種礦山的核心設(shè)備需求極大。美國通用汽車制造公司(ＧM）最先于1９68年提出研制一種新的控制器,并且在用戶角度給出了設(shè)計要求。第二年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了第一臺可編程控制器(ProgramｍaｂleＬogｉcContｒoller)PDP-14，用于通用汽車生產(chǎn)線。隨后日本西歐等國也引進ＰLＣ制造技術(shù)，反展自己的PLC技術(shù)。隨著計算機技術(shù)與PLC技術(shù)的融合,PLC的功能得到了巨大的飛躍,其超高的運算速度，可靠的抗干擾設(shè)計能力，數(shù)字模擬量處理功能,強大的PIＤ功能，極小的體積，極高的性價比,讓它在眾多工業(yè)化國家中得到大量使用。通過對PLC的大量實踐應(yīng)用國外的ＰLC廠家積累了大量的開發(fā)設(shè)計經(jīng)驗,憑借技術(shù)優(yōu)勢,發(fā)達國家生產(chǎn)PLC的公司在ＰLＣ的全球份額占到了８0％，幾家大型PＬC制造公司主導(dǎo)了全球的PLＣ行業(yè),這幾家公司是德國的西門子(ＳＩＥMＥNS）公司、AＥG公司、法國的TE公司。日本的三菱、歐姆龍、松下、富士，韓國的三星（SAMＳUＮＧ）、LＧ.PＬC技術(shù)是現(xiàn)代控制技術(shù)的主流技術(shù)，代表了高度發(fā)達的自動化，智能化水平,PLC技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的蓬勃發(fā)展，得益于其優(yōu)良的可靠性，抗干擾能力;簡單的編程要求，方便的使用方法；可變的控制程序，良好的柔性且功能完善；擴充方便，組合靈活，極大減少控制系統(tǒng)設(shè)計及施工工作量；體積小,重量輕。發(fā)展PLC理論,應(yīng)用PＬＣ控制,能極大的解放生產(chǎn)力，極大的緩解中國“老齡化”所帶來的生產(chǎn)力不足和國家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的政策要求。采礦業(yè)中的地下做業(yè)是及其危險的，礦井下環(huán)境復(fù)雜，塌方沁水等問題層出不窮,礦石采掘及其繁重。作為礦山生產(chǎn)中的核心設(shè)備—礦井提升機，它的安全可靠運行就幾乎決定了整個礦井的安全。我國對于礦井提升機的研發(fā)較晚,一直以來,國有大型廠礦都使用國外設(shè)備，這即推高了企業(yè)的運行成本，也不方便維護，若發(fā)生意外事故,還拖延救援的黃金時間。所以，將PＬC技術(shù)應(yīng)用于礦井提升機的研發(fā)中來，具有極大的經(jīng)濟價值,科研價值和社會價值.1.1課題研究的背景礦井是礦山的咽喉，是井下與地面溝通最重要的通道;礦井提升機是礦井工作系統(tǒng)中的核心部分,承擔(dān)著礦料、設(shè)備、人員的進出,礦井提升機的安全可靠至關(guān)重要.傳統(tǒng)礦井提升機控制系統(tǒng)，需要數(shù)量眾多的繼電器設(shè)備,布線復(fù)雜，體積龐大，耗能多,啟動，停車，制動，邏輯控制等方面難盡人意。工作過程中整車下行，體積大,重量高，維護困難，產(chǎn)生大量的熱,有電火花，給安全生產(chǎn)帶來巨大隱患。采礦業(yè)作為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分，伴隨著控制技術(shù)的進步，由人工控制,半自動控制，逐步向自動化,智能化發(fā)展。PLC代表了現(xiàn)代工業(yè)控制的先進水平,相對于傳統(tǒng)控制,其可靠性高，抗干擾能力強；編程簡單，使用方便；控制程序可變,具有很好的柔性功能完善；擴充方便,組合靈活,極大減少控制系統(tǒng)設(shè)計及施工工作量;體積小，重量輕，是“機電一體化”的理想設(shè)備?；赑LC設(shè)計的礦井提升機控制系統(tǒng),能極大改善提升機的控制，提升整個礦井生產(chǎn)的安全性,可靠性與自動化水平，符合社會生產(chǎn)力反展與國家的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級政策。1．2提升機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)革命刺激了對礦料的需求,第一次工業(yè)革命時國外就開始研制礦井提升機控制系統(tǒng),20世紀60年代國外開始研制礦井提升機監(jiān)控系統(tǒng)，長時間的技術(shù)積累使國外在提升機狀態(tài)監(jiān)控方面水平較高。特別是對閘控和速度監(jiān)控等一些重要保護環(huán)節(jié)，設(shè)計更加合理，有些環(huán)節(jié)設(shè)置雙重保護，如過速保護,過卷保護等。這些監(jiān)控保護措施，對提升機的運行安全都是可靠的保證，如瑞典ＡBB公司的礦井提升機速度保護功能齊全，系統(tǒng)可靠,能實現(xiàn)全自動開車；德國西門子公司全數(shù)字式提升機實現(xiàn)了數(shù)字驅(qū)動,具有緊急制動時恒減速，提升鋼絲繩張力動態(tài)監(jiān)視，提升系統(tǒng)及設(shè)備動態(tài)顯示和故障自診斷功能。國內(nèi)有關(guān)提升機控制系統(tǒng)的研究起步較晚，相對于國外設(shè)備性價比不高。國內(nèi)大型礦井一般引進國外提升機設(shè)備，但是國外企業(yè)實行嚴格的技術(shù)保密措施,其核心技術(shù)（如程序等)無法掌握，在使用、維修和零部件的供應(yīng)上都受到限制，且價格昂貴,推高了礦井的生產(chǎn)成本,中小礦井更是難以承擔(dān),只好使用質(zhì)量較差的設(shè)備，給安全生產(chǎn)帶來隱患。改革開放后國內(nèi)積極開展了提升機的研制工作，取得了長足進步，但是與國外同類產(chǎn)品比較，還是存在著巨大差距。以交流電控系統(tǒng)主要以TＫＤ交流拖動為代表,主令操作及故障監(jiān)控仍采用傳統(tǒng)的繼電器控制線路,每臺提升機需要數(shù)百個甚至上千個觸點的繼電器，系統(tǒng)可靠性差,故障率高，且不易維修，數(shù)目眾多的控制線要和各種動力電纜通過狹小的井筒空間并行下井,安全性差，電磁干擾大。隨著技術(shù)進步，當(dāng)代的礦井提升機控制走向自動化,小型化,節(jié)能化。以ＰLC為代表的控制理論技術(shù)是礦井提升機控制未來的發(fā)展方向。1。3課題主要研究內(nèi)容本文闡述部分闡述現(xiàn)代主流礦井提升機的主要機型,運行、保護方式，控制系統(tǒng)主要性能指標.設(shè)計部分基于PLC設(shè)計出一套滿足實際生產(chǎn)的礦井提升機控制系統(tǒng)。包括硬件選擇,參數(shù)推導(dǎo),PLＣ外部接線示意圖,控制流程圖，主電路圖，I/O分配表,控制版面,安全保護。２礦井提升機概述2．１礦井提升機的簡介礦井提升機又稱“提升絞車”，是一種大型提升機械電氣設(shè)備.主要用于地下采礦作業(yè)，通過電機帶動鋼絲繩連接的容器在井筒中升降，完成輸送任務(wù).現(xiàn)代礦井提升機的控制由繼電器控制，分離元件控制，模擬電路控制到微電子(PC，PLC）的全自動化控制，不過，出于安全考慮，提升機的自動化控制還是相對的，需要人工監(jiān)測，設(shè)計中都會給人工控制留出較高的控制等級.目前使用較廣泛的型號有：JTP型、JK型、ＪTK型。２。1.1礦井提升機的分類礦井提升機以電機驅(qū)動方式分類有交流式與直流式。交流電機結(jié)構(gòu)簡單,組合緊湊,質(zhì)量堅固，價格便宜,容量大,維護簡單，可直接三相電源使用，使用場合廣,長時間應(yīng)用于井下采礦作業(yè)等復(fù)雜環(huán)境場合;但是,交流電機調(diào)速性能差,在礦井內(nèi)調(diào)速停車一般是機械硬停，對機械零部件照成沖擊，降低了其使用壽命，且沖擊過程容易出現(xiàn)火花，增加了安全隱患。2０世紀70年代，得益于大功率可控硅與電子控制技術(shù)發(fā)展,直流電機憑借其良好的調(diào)速性能,優(yōu)良的啟動停車，大范圍的平滑調(diào)速能力，主導(dǎo)了一段時間大中型礦的提升機種類。隨著電力電子器件,交流控制理論,PC、ＰLC控制技術(shù)的發(fā)展，對于交流電機獲得了同直流電機一樣的調(diào)速性能，尤其是大功率的電機,交流電機有明顯優(yōu)勢。當(dāng)前國內(nèi)井下采礦系統(tǒng)中，提升機大多采用交流繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速方案。礦井提升機按鋼纜繞行分為兩類:纏繞式與摩擦式.兩種方式均可用于主副井,提拉阡石、設(shè)備、礦料、人員等，布線簡單，操作效果好,機械沖擊小,最大的節(jié)省材料。下井方式可垂直也可斜入，均能有效利用地形,較好的滿足采礦作業(yè)需求，國內(nèi)年產(chǎn)120萬噸以下，井深小于400米的礦井大多用纏繞式。摩擦式提升機分作單繩摩擦式和多繩摩擦式,后者摩擦輪和鋼絲都較小，故機組尺寸小，制造簡單，速度高。多用于年產(chǎn)120萬噸以上，井深2１00米以下的豎井。經(jīng)過多年的實際生產(chǎn)經(jīng)驗積累，目前國際上的大中型礦井都使用這兩中提升模式,還有其它特殊環(huán)境的提升方式，本文就不多做介紹。單繩摩擦塔式摩擦式多繩摩擦落地式礦井提升機可分離式單卷筒單繩纏繞式纏繞式單卷筒多繩纏繞式（布雷爾／Blaiｒ式)114325圖２.1.1單繩纏繞式提升機原理示意圖卷筒；2;鋼絲繩；3、天輪;4、容器；５、平衡輪單繩纏繞式提升機布線簡單，所用鋼繩少，大量減輕其質(zhì)量與體積，節(jié)約鋼材,由于質(zhì)量小,工作過程中對電機的額外負載較少,反應(yīng)迅速,不易出現(xiàn)卷筒打滑現(xiàn)象。不過同樣的,由于鋼繩少，在電機急停過程中，鋼繩出現(xiàn)斷裂可能性增大。現(xiàn)代材料幾歲的發(fā)展有效的解決了這個問題,應(yīng)用新的復(fù)合材料，鋼繩的強度得到極大的提升。4321513454321513452圖2.1.2多繩摩擦式提升機機原理示意１、卷筒；２；鋼絲繩；3、天輪；４、容器；5、平衡繩2.1．2礦井提升機的主要組成部分及工作礦井提升機主要由六部分組成，分別為工作機構(gòu)：包括主軸裝置和離合器;制動系統(tǒng):包括制動閘和傳動裝置；機械傳動系統(tǒng)：包括減速器和連軸器；潤滑系統(tǒng)：包括油泵和油管;觀測和操作系統(tǒng)：包括操作臺、深度指示器與測速裝置；拖動、控制和安全保護系統(tǒng)：包括主動機、拖動裝置、電氣控制系統(tǒng)和安全保護系統(tǒng)。圖２。１.3礦井提升機組成示意圖2。2礦井提升機的運行礦井提升機的運行分為啟動、勻加速、勻速、勻減速、停車幾個階段,每個階段對速度要求不相同,且為提升提升機的工作效率，加速度要盡可能大，為減小機械沖擊，增加提升機使用壽命，啟動、停車、變速過程要平順。礦井提升機在理論速度要求與實際工作中不完全相同,理論中速度要求是到點變化,在實際生產(chǎn)中呈“S”曲線變化，平順的速度改變能減少機械沖擊，同時減少對回路的電變化干擾，原來使用繼電器做控制時,一般串多級電阻，以實現(xiàn)對電機的平滑調(diào)速，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中對三相交流電機實現(xiàn)平滑調(diào)一般是用變頻器。通過變頻器進行平滑調(diào)速,以達到生產(chǎn)工藝的要求。通常情況下,生產(chǎn)過程中電機輸出功率一定時，當(dāng)速度達到最大值，運轉(zhuǎn)速度一定，扭力最小。利用電機的這個功能,有時可以不用特意調(diào)節(jié)速度，讓其直接運行即可.2。1提升機運行情況示意圖圖2。2.2五階段速度示意圖根據(jù)國內(nèi)眾多礦井實地生產(chǎn)經(jīng)驗,得到礦井提升機在一個提升循環(huán)里的運動規(guī)律:1）加速階段容器離開井底后經(jīng)過ｔ1時間段，以加速度a1運行至最大速度。對于提升機，加速度一般不大于。2)勻速階段容器以最大速度運行t2完時間段，直至接近井口。3)減速階段容器接近井口后以加速度a3運行完t３時間段,實現(xiàn)減速至爬行速度,對于提升機加速度a3一般不大于.４）爬行階段容器以爬行速度勻速行駛完t４時間段,以便準確停車。５)預(yù)備停車階段容器在t5時間段內(nèi)速度由至0,施閘停車。２．3提升機故障及保護礦井提升機工作環(huán)境復(fù)雜，高溫、潮濕、重粉塵等多重因素影響著提升機的正常運行提升機工作過程中不可避免各種故障，大致分為三類。第一類是造成礦井提升機緊急停車的故障，此事故是最嚴重的故障，故障原因有主回路過壓；主回路過流；卷筒兩端過卷;提升機錯向運行；主電動機失去勵磁；終端超速運行；制動系統(tǒng)液壓站電動機故障；運行過程中各水平穩(wěn)定器動作等。第二類是造成提升機事故停車的故障，故障原因有提升機制動輪變形;尾繩故障；緊急停車后未調(diào)零;操作限位開關(guān)失靈；開車時安全門打開；提升機調(diào)零電機故障;終端之間超速等。第三類是造成提升機信號預(yù)報的故障，故障原因有直流操作電流接地;主電機軸承過熱；制動閘瓦磨損;潤滑油壓異常;提升機通風(fēng)故障等。為保障礦井從業(yè)人員的生命安全，保護整個礦井系統(tǒng)的設(shè)備使用，保證完成安全生產(chǎn)的要求，礦井提升機的故障提示，系統(tǒng)保護設(shè)計必不可少。開機后,系統(tǒng)預(yù)先進行自檢后運行，當(dāng)?shù)V井提升機發(fā)生故障時，系統(tǒng)能夠迅速識別故障類型，做出反應(yīng)，反饋故障部位，以便及時維修。同時應(yīng)該加載外部保護電路。3礦井提升機控制系統(tǒng)的設(shè)計3．1礦井提升機控制要求礦井提升機是礦井生產(chǎn)設(shè)備的核心，關(guān)乎人員安全和高效生產(chǎn)。礦井內(nèi)部情況復(fù)雜，礦井提升機在工作時要克服礦井內(nèi)部高溫、潮濕、高粉塵等復(fù)雜的外界環(huán)境,還需要處理高低壓、電流過載、電熱效應(yīng)、閘瓦磨損、液壓不足等自身設(shè)備問題。所以,礦井提升機的控制要求極高,其控制需要有極高的可靠性，礦井提升機的監(jiān)測要有及時準確，故障處理要迅速精確。用PＬC設(shè)計礦井提升機控制系統(tǒng)，需要處理眾多的模擬信號，傳感器選擇很重要，所以需要質(zhì)量好的傳感器.同時,礦井是非常特殊的生產(chǎn)場合，除了系統(tǒng)設(shè)計上通過計算設(shè)定參數(shù)值意外，還需要通過安裝的電氣設(shè)備來監(jiān)測礦井提升機的實時運行情況.當(dāng)兩者完全都失靈時，還需要有應(yīng)急保護措施,以保護整個礦井的人員財產(chǎn)安全。當(dāng)發(fā)生不可控的災(zāi)害，如地震、塌方、戰(zhàn)爭等破壞時，整個礦井系統(tǒng)要完全關(guān)斷電源,避免礦井提升機系統(tǒng)對人員進行二次傷害.通過對礦井提升機盡可能完善的設(shè)計，保護整個礦區(qū)生產(chǎn)的安全，同時帶來良好的社會效應(yīng)，減少采礦人員的恐慌心理，避免因恐慌而造成的人為操作失誤，降低采礦生產(chǎn)行業(yè)的事故發(fā)生率。圖3。１控制系統(tǒng)示意圖控制過程如下：開機啟動，系統(tǒng)自檢，自檢無故障選擇是否開車，開車后進行自動控制,ＰLC控制變頻器調(diào)節(jié)電動機速度，通過其帶動滾筒按照五階段速度示意圖旋轉(zhuǎn)，完成循環(huán)。２)開車后自動控制過程中,實時顯示運行參數(shù),監(jiān)測是否出現(xiàn)故障,出現(xiàn)故障迅速判斷故障等級,做出緊急停車或者聲音燈光警報，顯示故障區(qū)域。3）出現(xiàn)緊急停車故障后,系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)到手動操作，進行點動控制。４)運行過程中,出現(xiàn)超速、過卷、松繩等輕故障，系統(tǒng)進行安全回路動作，自動調(diào)整運行狀態(tài)。5)井口下行與井底上行前檢測是否過載,若過載預(yù)先進行警報。3。２硬件的選擇及其電氣連接PLC控制是當(dāng)代主流的工業(yè)控制技術(shù)，邏輯控制、順序控制、計數(shù)、定時、數(shù)據(jù)運算、多點通信功能強，能自診斷、中斷控制、加載模塊，適合復(fù)雜的控制設(shè)計,模塊結(jié)構(gòu)簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計,方便維護,可靠性高。本次設(shè)計使用Siｅmｅns（西門子）公司ＰLC的S7-20０-ＣPU226,其共有２4點輸入，１6點輸出，內(nèi)置時鐘，有７個擴展模塊，高速計數(shù)器功能強大,工作環(huán)境要求較低，系統(tǒng)配置方便，內(nèi)置存儲器，體積小,價格低廉,適用于眾多特殊工作場合，能滿足本次設(shè)計的要求。下面是Ｓ7-2０0的內(nèi)部基本結(jié)構(gòu).圖３.２.１S7－2００基本結(jié)構(gòu)圖三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速相對于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)子繞組與磁場間存在著相對運動，從而產(chǎn)生感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,通過電磁感應(yīng)現(xiàn)象實現(xiàn)能量變換。與單相異步電動機相比,三相異步電動機運行性能好,并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種?，F(xiàn)代以變頻技術(shù)為主的新技術(shù)的發(fā)展使交流電機擁有了良好的調(diào)速性能，克服了傳統(tǒng)三相交流啟動轉(zhuǎn)矩不大,啟動電流大，能量轉(zhuǎn)換率低等問題，為得到良好的調(diào)速性能和控制效果，本次設(shè)計電機采用三相異步電機。使用YR—800－１２／12３0繞線型異步電機。傳感器使用溫度、壓力、電壓和電流傳感器。為了有效的監(jiān)控提升容器的位置，二次監(jiān)測采用磁接近開關(guān),形成對提升容器的雙效監(jiān)控。為能完成控制要求，發(fā)揮外接電氣設(shè)備的最大功能,需要充分考慮PＬＣ的輸入輸出點分配，外接模塊信號的處理,充分發(fā)掘PＬC的運算能力。根據(jù)S7-200的輸入輸出點分配位置,得到其的Ｉ／O分配表。并由此的到PＬC電氣連接示意圖.表一控制系統(tǒng)I/O分配表S7-2００PＬＣI/O分配表輸入輸出I0。0啟動Ｑ０．0變頻器通電I0。1停止Ｑ0。１變頻上升I0。2變頻Q０。2變頻下降I0．3工頻Q0。3工頻上升I0。４上升Q０.4工頻下降Ｉ0．5下降Ｑ０。5系統(tǒng)復(fù)位IO．6緊急停車Ｑ0.6變頻器故障報警Ｉ0。7系統(tǒng)復(fù)位Ｑ0。7變頻器停止I1。０自動Ｑ1。0緊急停車Ｉ１．1點動Q1。1速度1I1.２旋轉(zhuǎn)編碼器Q１。２速度２I1.３過載Ｑ1.3速度3I1。４松繩Q1。4輕事故Ｉ１。5過卷Q1.5重事故I1．6過流Q１.6降溫設(shè)備Ｉ1。7過壓Q１.7液壓泵I2.0超速I2。１液溫過高I２。2電機溫度過高I2。3液壓過低I2。４液壓過高I2．５閘瓦過熱I2。６運行方向錯誤I2。7液壓泵故障圖3．2。2ＰＬC外部連接示意圖ＰLC的電氣連接應(yīng)能完成指定任務(wù),同時要節(jié)約電氣設(shè)備，即自動化程度要高,節(jié)約輸入觸點與輸出觸點.在設(shè)計途中,考慮觸點的使用頻率，盡量提高其使用壽命，通常是能自動控制最好自動控制，將控制過程交由內(nèi)部處理。通過內(nèi)部處理，充分發(fā)揮PＬC的快速運算的功能，同時考慮長時間運行產(chǎn)生的高溫對CＰU性能影響，需要有降溫措施。PLC外部接線圖如。旋轉(zhuǎn)編碼器采用Omron（歐姆龍)公司生產(chǎn)的E6C2—CWZ６CＺ，將其置于滾筒主軸上，信號進入PLＣ對比計算后得到相應(yīng)控制.計數(shù)器通過累計正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的脈沖個數(shù),通過計算可得到提升容器的確切位置。圖3。2。3旋轉(zhuǎn)編碼器與ＰLＣ連接圖變頻器采用西門子公司生產(chǎn)的MＭ440，其能將輸入工頻電能轉(zhuǎn)換成變頻可控電能，以實現(xiàn)對交流電機轉(zhuǎn)速的控制。變頻器容量一般取電動機容量的1.4倍。其外部加設(shè)聲光報警回路和制動回路,以保護變頻器和維護生產(chǎn)安全。接線圖如下。圖3.2．4變頻器接線示意圖電氣接線應(yīng)在達到控制要求前提下，盡量減少繼電器數(shù)量,避免過多繼電器工作而產(chǎn)生大量的熱量影響系統(tǒng)的正常運行，同時節(jié)約能源，節(jié)省材料，減小系統(tǒng)體積，方便系統(tǒng)設(shè)備的維護。主電路圖如下.圖３.2．5主電路示意圖３。３控制系統(tǒng)的參數(shù)推導(dǎo)及設(shè)置為符合實際的生產(chǎn)要求,此次設(shè)計參數(shù)以《煤礦安全規(guī)程》垂直井標準為依據(jù)。則升降人員主加減加速度不得超過，最大速度低于，升降物料時,主加減加速度不得超過.最大速度不得超過，則過卷行程不得大于。且根據(jù)國內(nèi)一般常設(shè)速度,檢修運行速度,應(yīng)急運行速度。3.3。1提升過程參數(shù)推導(dǎo)本次設(shè)計行程給定時間和速度.設(shè)定礦井提升機的有效行程為，主加速度a１=a３=,最大速度，爬升速度,井口加速度。則根據(jù)運動學(xué)公式(公式3—1)（公式3—2）可得主加速時間ｔ1＝t1通過距離s１＝第一次減速時間ｔ３=t3通過距離s３=爬升結(jié)束至停止時間ｔ5=同理,ｔ5通過距離s5=擇根據(jù)通過以上計上計算數(shù)據(jù)，經(jīng)理論推出礦井提升機在井下勻速通過的距離為s2+S４=為了提高工作效率,兼顧生產(chǎn)安全，以運行s2＝,以運行s4=則可得t２=，t4=。一個提升周期時間t=圖３。３。1行程參數(shù)示意圖取卷筒直徑為，卷筒由周長公式(公式３-3)得L=則一個提升周期卷筒旋轉(zhuǎn)次數(shù)N=我們通過卷筒轉(zhuǎn)一周旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出脈沖２000個，則可以算出一個提升周期脈為個，該系統(tǒng)平均每米脈沖。YR-800－6/１２３0繞線型異步電機參數(shù)如下:額定功率額定電壓額定轉(zhuǎn)速機械效率過載系數(shù)由三相異步電機轉(zhuǎn)速公式(公式３－３）推出頻率公式（公式3-4)n為電機轉(zhuǎn)速,單位f為電機頻率，單位p為電機磁極對數(shù),以上述電機為參考，s為電機轉(zhuǎn)差率，以上述電機為參考,由頻率公式（３—４）推得由線速度與轉(zhuǎn)速換算公式（公式3—5）得卷筒以速度運行時轉(zhuǎn)速卷筒以速度運行時轉(zhuǎn)速設(shè)電機與卷筒的減速比為16:１.則電機相對應(yīng)轉(zhuǎn)速由公式(3-4)得最高運行速度電機頻率爬升運行速度電機頻率3．3.2變頻器參數(shù)設(shè)置根據(jù)MM440說明書（詳見附錄）與上述參數(shù)可得變頻器參數(shù)設(shè)置表,參數(shù)設(shè)置前先復(fù)位為工廠缺省設(shè)定值；電機參數(shù)設(shè)定快速調(diào)試P０010=1,設(shè)置完成后準備P0０10;P0003＝2允許訪問擴展參數(shù)。表二變頻器參數(shù)設(shè)置數(shù)字量輸入?yún)?shù)功能P0003=１允許訪問使用最多參數(shù)P001０=1快速調(diào)速P０100=0頻率缺省值50ＨZP0300=１選擇電動機為異步電機P0304=38０Ｖ電動機額定電壓P03０5＝292A電動機額定電流P0307=22ＫW電動機額定功率P03０8＝0。95電動機額定功率因數(shù)P03１０=50電動機額定頻率P06０１=1電動機溫度傳感器P07０1=１O(jiān)N/OFF正向運行P0702＝1OＮ/OＦF反向運行P0970=1復(fù)位Ｐ10０2=5速度2頻率P１005＝20速度3頻率Ｐ1０1１=5０速度１頻率P１120=7２．7正轉(zhuǎn)時間P1121=７2。7反轉(zhuǎn)時間P１０58=３0正向點動頻率P1０59=20反向點動頻率3.4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件設(shè)計梯形圖詳見附錄。4礦井提升機的保護設(shè)計4。１安全報警與監(jiān)控板的設(shè)計礦井提升機在工作過程中難免出現(xiàn)故障，安全回路一般在停車故障發(fā)生時工作,用以保護礦井提升記得安全，避免造成更大的事故。一般采用電氣設(shè)計。此時礦井提升機需要報警回路的及時響應(yīng)，使之防患于未然,并指示出故障等級與故障位置，為工作人員做決策做依據(jù)。。圖4。1安全報警回路示意圖同時，為了較準確的定位容器位置,需要設(shè)計一個電氣的電路,用于監(jiān)測容器位置.使用磁性接近開關(guān)TCＫ-1T。在容器上安裝一個永磁體,當(dāng)其接近磁性開關(guān)時，磁性開關(guān)閉合,連接該開關(guān)的指示燈亮，兩秒后其自動復(fù)位。用這種方法輔助觀察，幫助操作員做出合理判斷,以便操作.由于礦井提升機的安全要求較高，磁接近開關(guān)在接近井口與井底的兩個開關(guān)還需要連接聲光提升。通過聲光提醒,警示提升容器旁的工作人員回避，以免發(fā)生事故。同時,由于井下布線復(fù)雜，有時電回路產(chǎn)生強磁現(xiàn)象，提升容器自身磁化都會干擾磁接近接近開關(guān)的正常工作。為了避免出現(xiàn)這種狀況。對磁接近開關(guān)的的抗干擾保護要做好，避免發(fā)生磁擾動等電磁干擾現(xiàn)象。圖4.2磁性接近開關(guān)示意圖為方便監(jiān)控提升機的運行狀態(tài),需要一個便于操控的面板.監(jiān)控面板示意圖如下.圖4．3控制面板示意圖4.2抗干擾措施礦井生產(chǎn)場合干擾量大，對系統(tǒng)正常運行影響極大,所以抗干擾措施是必不可少的.一般抗干擾的主要措施有：1）保持良好的通風(fēng)環(huán)境，盡量不要將PLC柜安裝在潮濕、多塵、有腐蝕性氣體、熱源、油煙重或強電磁的環(huán)境中.2)對數(shù)字與模擬信號，必須分開電纜傳輸.模擬量信號采用雙芯屏蔽線作為信號線,并盡量縮短其長度。３）合理布線.電力電纜、輸入輸出電纜、信號回路匯接線均要分開鋪設(shè)，不能合成一捆包扎，且信號電纜線接線端子都需要安裝在柜體下側(cè).4)采集數(shù)據(jù)最好用屏蔽電纜，為擴大屏蔽作用且抑制芯線間干擾,所有屏蔽電纜層匯線接地,多芯電纜中的備用芯線也需一端接地.５總結(jié)本次基于PＬC對礦井提升機系統(tǒng)的設(shè)計，我通過指導(dǎo)老師的細心指導(dǎo)，自己學(xué)習(xí)PＬC的硬件工作原理與語言編程教程，上網(wǎng)查閱資料，加上同學(xué)之間的探討，基本完成了此次設(shè)計任務(wù)的要求。了解了礦井提升機在礦井生產(chǎn)中的重要作用，深刻感受到未來PＬC在自動化領(lǐng)域中的重要作用.此次設(shè)計我獨立完成了控制流程,ＰLC輸入輸出點的分配,PLC外部電器接線，ＰLＣ控制程序的編程,操作界面的設(shè)計,保護電路設(shè)計,變頻器理論調(diào)試.不過由于自己的知識儲備不夠充分，設(shè)計經(jīng)驗過少,動手能力差，該次設(shè)計在實際生產(chǎn)還有一些欠缺.但基本功能夠完成基本的生產(chǎn)任務(wù)的要求。此次設(shè)計作為我大學(xué)最重要的一次設(shè)計，即興奮，有傷感。興奮的是大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識第一次能用在重要的場合;傷感的是之前浪費了許多時間，沒有好好鉆研ＰLC知識,以至于很多要點不能好好把握。通過這次設(shè)計,我感觸良多,重壓之下犯了許多低等錯誤,本來以為自己承壓能力很強，看來還很欠佳，今后要更加努力,完善自己的性格,增強自己的能力，才能回饋社會，做一個有用新時代的大學(xué)畢業(yè)生。本次設(shè)計經(jīng)歷了很多困難，難點在于提升機速度的控制與故障保護的及時處理。通過與傳統(tǒng)繼電器控制比較,在理解PLC的編程語言與模塊功能后,采用變頻器與外接模塊，比較理想的解決了這一問題。同時,切身感受PLC在自動控制領(lǐng)域中的廣闊未來，其智能化,自動化水平相對于傳統(tǒng)繼電器控制,高了好多個層級,給予我在科技快速反展的今天，不與時俱進就要被社會所淘汰的警示.畢業(yè)設(shè)計讓我檢驗自己是否有所進步，審視自己還有那些不足,給我未來的方向有所指引。設(shè)計中解決問題的過程中讓我受益良多，硬件的搭載讓我復(fù)習(xí)了一遍控制理論與繼電保護知識，軟件的設(shè)計要求我靜下心來，不可浮躁.這為畢業(yè)后到工作崗位創(chuàng)造價值，為脫離了學(xué)校生活后融入社會，為完成社會與自我的價值積累了豐富的經(jīng)驗。感謝母校的細心栽培,指導(dǎo)老師的關(guān)心指導(dǎo),同學(xué)的熱心幫助，今后的時間我會到以后的時間里加倍努力做有意義的事，做有意義的人.６參考文獻［1]程麗，郭?。甈LC控制系統(tǒng)編程與實現(xiàn)（第三版)［M］.北京：中國鐵道出版社，2010[2]廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)（第四版)［M]。重慶：重慶大學(xué)出版社,200２［3］俞國亮。PLC原理及應(yīng)用[Ｍ]。北京：清華大學(xué)出版社,2005［4］閆綱．可編程控制器原理及應(yīng)用［M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2012［5］張運剛,宋小春,郭武強.從入門到精通—西門子S７300/400PLＣ技術(shù)與應(yīng)用[M]。北京：人民郵電出版社，2０07。[６]廖常初。S7-３０0/４０0應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，200５.[7］索楠,馬春燕，李永剛?；冢校藽的礦井提升控制系統(tǒng)設(shè)計［Ｊ]．機械工程與自動化，２０12（６)：140。［８]裴志強.基于ＰＬC的礦井提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計［Ｊ］.自動化應(yīng)用，2014(5):4９-6０。［9]朱志勇．基于PLC的礦井提升機控制系統(tǒng)[Ｊ]。自動化應(yīng)用，２014（6):32—41．[10］羅宇航。流行PLＣ實用程序及設(shè)計［M］.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，20０6［1１]許振.交流電動機變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展［J].微特電機，2005,(４)：３９－43.[12]何曉群．礦井提升機調(diào)速和控制系統(tǒng)的發(fā)展［Ｊ].工礦自動化,200９，35(７)：22－25。［13]鄧小盾．基于西門子變頻PＬＣ的礦井提升機控制系統(tǒng)［J]．煤炭技術(shù),20１２,(１0)：34—3５．［14]原艷紅．基于PLＣ的礦井提升控制系統(tǒng)設(shè)計[J］。煤礦機械,20１４，35（11）:258-25９．［15］鄧利紅.基于變頻器與PLC的載貨節(jié)能環(huán)保電梯設(shè)計[Ｊ］．煤炭技術(shù)，2012，(1）:5７-59．[1６］譚國俊，羅金盛，陶永正，等?；赟７—３00PLＣ的提升機變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計[Ｊ］．電氣傳動，2007,37（3）:53—57．[1７]何鳳有，馬志勛,現(xiàn)代交流提升機拖動系統(tǒng)比較［J]．工礦自動化，2009，３5（10):８0-８3.［18］宋爽,陳軍霞.基于西門子變頻ＰLC的礦井提升機控制系統(tǒng)［J］.煤礦機械,２0０８,29（6）：13１－13４．［19］聶國倫,白生威．基于PLC技術(shù)的礦井提升機位置與速度控制系統(tǒng)設(shè)計［Ｊ]．煤礦機械,2011,32（4）：１５7-160。［２０]田玉麗，郭宗躍．ＰＬＣ在礦井提升信號系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．內(nèi)江科技，２008，(８）：108—10９［２１］王玉中,郝文玲．ＰLＣ技術(shù)在提升機交流電控改造中的應(yīng)用［J］,礦山機械，20０6，３4（６）：80-84.［22］牟曙光，楊文志.淺談PLC控制器在礦井提升機上的應(yīng)用［J］.有色金屬，20０8，２４(2)：４９－51.［23］劉雨剛,劉蘭蘭，付貴祥，等。PＬC在礦用提升機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］。煤炭工程，2007（7）：5７－５9．［24］和穎歌.基于PＬC的滿盤提升機控制系統(tǒng)[J］。制造自動化，２０06，28（9)：5３-54．[2５]譚波.變頻調(diào)速礦井提升機閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D］.長沙：中南大學(xué)，2０0６。［２6]喬磊明。礦井交流提升機電控系統(tǒng)研究［D]。阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué),200７［2７］李偉．礦井提升機控制系統(tǒng)設(shè)計［D].太原理工大學(xué),２010,21(9）:2３－25．7致謝感謝華東交通大學(xué)理工學(xué)院電信分院在這四年間的細心栽培,給了我能做好這次畢業(yè)設(shè)計的機會。感謝我的指導(dǎo)老師趙老師這段時間不辭勞苦的指導(dǎo),老師認真細致的講解總能讓我醍醐灌頂,老師嚴謹?shù)慕虒W(xué)態(tài)度,端正嚴苛的學(xué)術(shù)要求讓我們得到了極大的鍛煉,更讓我們欽佩。感謝我的同學(xué)們積極的探討交流，讓我認識自己的不足,激發(fā)我向前的動力.最后，感謝我所引用材料的先驅(qū)們,正是你們的肩膀，幫助我看到了一個更廣闊的世界。大學(xué)的四年時光里，我經(jīng)歷了許多困難事，這使我成長，也收獲了許多感動,讓我明白在這世界里,不是只能我獨自艱難前行.漫漫長路在遠方，我有好友伴同行.四年的時間里我接到了許多人的幫助,每每想到在困苦之時他們的友愛之手,內(nèi)心倍感溫暖.大學(xué)生涯即將結(jié)束，滿含不舍與內(nèi)疚,不舍青春時光指間溜走,不舍老師的敦敦教導(dǎo)，不舍學(xué)校的錯落美景，更不舍一群志同道合的同學(xué)。內(nèi)疚青春以遠，自己無所建樹；內(nèi)疚心在美景，錯過老師的良苦用心;內(nèi)疚受人恩惠，卻難以為報。在多的感激都難以表達對在我大學(xué)四年里經(jīng)歷的人的感激。在此，我僅能祝福大學(xué)里的老師、同學(xué)們,闔家安康，前程似錦。（2０1１屆)畢業(yè)設(shè)計(論文)基于ＭCＧＳ和PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院（部)：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：機電一體化技術(shù)學(xué)生姓名：劉祖光班級：機電0821學(xué)號：指導(dǎo)老師:郭艷杰職稱：講師最終評定成績：2０11年6月摘要當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人類活動給世界帶來了巨大的改變。在科技進步的同時，以各種控制器控制的不同類型的機械手以其突出的性能越來越多的被人們所應(yīng)用。機械手在不同的作業(yè)場合,尤其是在特殊的環(huán)境背景下，為人類活動的順利快速進行帶來了極大的方便和益處，尤為明顯的是在工業(yè)及軍事領(lǐng)域內(nèi).工業(yè)中大量的生產(chǎn)活動,存在著很多不便于人類操縱的環(huán)節(jié),特別是在工作環(huán)境較危險的情況下，如果使用具有遠程控制功能的機械手，則可以增加系統(tǒng)的安全性,大大的節(jié)約損耗,提高效率?？梢?在自動化、工業(yè)化進程中，在特殊背景環(huán)境中使用機械手已成為一種必然的趨勢。在本設(shè)計中介紹了國內(nèi)外機械手研究現(xiàn)狀及PLC的研究發(fā)展趨勢,描述了機械手控制系統(tǒng)的工作原理和動作實現(xiàn)過程。研究了基于PＬC的機械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計，還研究了MＣGＳ在機械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。利用組態(tài)軟件MCGＳ設(shè)計了機械手模型控制系統(tǒng)監(jiān)控界面,提供了較為直觀、清晰、準確的機械手運行狀態(tài),進而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。關(guān)鍵詞：機械手，ＰLC,MCGSAＢＳTＲACTIntoday'ssocieｔy，sｃiｅnｃeandｔｅｃhnoｌogyrapiddｅｖeloｐmeｎt，hｕmａnactivitiescrｅａｔｅworldahugｅchａnge。Iｎthemeａnwhiｌｅ，ｔｅcｈnｏlogiｃａgreｓsｉnｖariousｃontrolｌeｒsdｉffｅrenｔｔyｐｅｓｏfｍanipulatorwithitsouｔstaｎdingｐerｆｏｒmancemorｅａndｍｏreuｓedｂyｐeｏplｅ．Thehomｅwoｒkｉndiffeｒentoｃcasiｏｎｓmanipulatｏr,especｉallyinｔｈeｓpｅcｉalenviｒonｍentconｔeｘtforthehumanａctivitｙｑｕｉcklｙsmoｏthlycausedgreａｔconｖenienceandｂenｅfit，pａｒｔiｃularlyｏｂviouｓinｔｈｅｉnｄｕstrｉalandmiｌitarｙfielｄ.IndｕstriaｌlargeNuｍberｓofｐｒoductionactivｉty,ｔhereareｍａnｙｎotｉtiｓeａsyｆｏrｈumaｎstomanipulatethelｉnk，especiallyinaｂuｓiｎessenvｉｒonｍenｔisdanｇeroussitｕation，ｉfusehaｓremｏteｃｏntｒｏｌfｕｎcｔioｎsmaybｅｉncreaｓedmanipulａt(yī)ｏr,ｔhｅsecurityoｆtheｓyｓtｅm，bｉgsavｅlｏss，ｉｍprｏvｅefficｉenｃy。Visible，ｉｎautｏmａt(yī)ion，thｅｐrｏceｓｓofiｎdｕｓｔriaｌiｚatioｎ，inｓpeｃiaｌbaｃkｇroｕndenｖirｏnmeｎtusｉnｇｍanipulaｔorｈaｓｂecoｍeaninevitablｅtrend.。InｔhisdesigｎthｅpreｓentcｏnｄitｉonofｒｅsearcｈabｏutｄomesticａｎdinｔeｒnatioｎａｌmanipｕlatｏrａndｄeｖeｌoｐmentｔrｅndofresｅarcｈcoｎｃｅrｎｉngPLＣwereintroduced.Thｅprｉnｃｉpleofｗｏrkaｎｄtheｐrocessofａｃtion’ｓrｅaliｚatｉonｏfｍanipulａｔｏrｃontrｏlsyｓtｅmwerｅdｅscribｅｄ。ThedesｉgnofｍanｉpｕlatorｍodｅlｃonｔrolsyｓtｅmｂａsedoｎPLCwasreｓｅａrchedaｎdMＣGS’sapplicａt(yī)ioｎintｈemanｉｐｕｌatｏｒmodelcoｎtｒolsｙstｅmwaｓｒeseａｒchｅd.ＴerｆacｅｏfsupeｒvｉsｉｏnforｔhemanipuｌatorｍodｅlcontrolsystemwasdesｉgnedbｙＭCＧS。Aｎｉntｕitive，ｃlｅarandacｃｕratｅmaｎｉｐｕlatｏroｐｅratingstatｅwaspｒovｉｄed。Andtｈｅnvariｏuspossibiｌiｔiesｆｏｒmａiｎtainａndｂreaｋdoｗn’ｓdｉａgｎｏｓiｓwerepｒoviｄed，tｈｅwｏrk’ｓefficiencyofsystｅｍwasfｕｌｌyeleｖatｅd．Ｋeywｏrdｓ:maｎｉpuｌatoｒ,PLＣ，MCＧS目錄TOC＼o"１-3＂\ｈ\z\u第一章緒論９4870０9０＼h1ＨYPERLINK\l”_Ｔoc2９４870０91＂1。1課題背景ＰAGEＲEF_Toc2９４87０091＼h1ＨＹPＥRLＩNＫ\l＂_Ｔoｃ294870０9２＂１。2設(shè)計目的和意義PAＧＥＲEF_Tｏc２9４8７009２\h1HYPERLＩNK\l＂_Toc29４8７009３”1。3本文主要工作PAGEREＦ_Toｃ294870０93＼h2HＹPERＬIＮK\l”_Ｔoｃ２9４870094”第2章可編程序邏輯控制器(PLＣ)和機械手概述PAGＥRＥＦ_Toc2948７0094\h32.1可編程序邏輯控制器（PLC)ＰＡGEREF＿Toc294８７00９5\h32．１．1ＰＬC的結(jié)構(gòu)PＡGEREF＿Ｔｏc2９48700９6\h32．１．2PLC的發(fā)展歷程ＰAGＥREF_Ｔoc294870097\h4HYＰＥRLIＮＫ\l＂＿Ｔoc２9４870098＂２．１。3PLC的硬件ＰAＧEREF_Toc2９4８７0098\h52。1。4ＰＬＣ的主要特點PAGEＲEF＿Toc294870０９9\h62.1．5FX２N系列PＬC介紹PＡＧERＥF_Ｔoc29487０100\h7HYＰＥRLINＫ\l”_Toc2948701０1"２。２機械手PAGEＲEＦ_Toc29487０101\h９2。2。1機械手概述PAGERＥF＿Toｃ2９4870102＼ｈ92.２。２機械手的工作原理PAGEREF_Ｔｏc2９4８7０1０3\h９2．２。3機械手的發(fā)展趨勢PAGEREF＿Ｔoｃ294870104\h10HYPERLINK\l＂＿Tｏｃ２94870105”第三章系統(tǒng)設(shè)計ＰAGEREF_Toc２９4870１0５\h113.1系統(tǒng)方案分析設(shè)計PAＧERＥF_Toc29４870１06\ｈ113。1。1控制要求PAGEREＦ＿Tｏc29487０10７\h１13。１.2方案設(shè)計ＰAGERＥＦ＿Toc2948701０8\h113.2硬件設(shè)計ＰAGEREＦ＿Toｃ２９4８70109\h13３。２。１輸入/輸出端子地址分配PAＧＥＲＥF＿Toc２9４870１10\h1３3.2。２PLC接線圖PAGEREＦ_Toc2９4870111\ｈ1３3.3系統(tǒng)程序設(shè)計PAGEREF＿Ｔoc29４８70１12\h1４HＹＰERLIＮK3.3．1常用編程方法介紹PＡGEREF_Ｔｏc294８70１13\ｈ１４HYPEＲLＩNK\l＂_Ｔoc294８70114"3。3.2流程圖PAGERＥF_Tｏc2948７0１14\h16３。3．3梯形圖PAGEＲEF＿Toｃ２9４８7011５\h１73。3．4語句表PＡＧEREF_Toc2948７011６\h2０３。4MCGS組態(tài)軟件ＰAＧＥＲEF＿Ｔoc２94870１17\ｈ2１ＨYPＥRLＩＮK４．1系統(tǒng)調(diào)試ＰAＧEREＦ＿Toc２94８7０123\h３５結(jié)論PAGERＥF_Toｃ２948701２4\h36參考文獻PAGＥREF＿Toｃ294870125\h37HＹPERＬINK\l”＿Toｃ2９４8７01２6”致謝PAＧEＲEF＿Toc29487０126\h3８HYPＥRＬINK\l＂＿Ｔoc２9４870127＂附錄1FＸ2N基本指令ＰAGＥREF_Tｏc2９４８70127＼h3９第一章緒論1。1課題背景隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC(即可編程邏輯編程器的簡稱)已經(jīng)進入日常生產(chǎn)、生活的各個方面，PＬＣ的應(yīng)用在各行各業(yè)已成為必不可少的內(nèi)容。ＰLＣ作為通用的工業(yè)計算機,其功能日益強大，已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備。PLC從誕生至今，僅有30年的歷史，但是得到了異常迅猛的發(fā)展，并與ＣＡD／ＣAM、機器人技術(shù)一起被譽為當(dāng)代工業(yè)自動化的三大支柱。在現(xiàn)代工業(yè)中生產(chǎn)過程的機械化、自動化已成為突出的主題。隨著工業(yè)化的進一步發(fā)展，自動化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱，無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等,已經(jīng)隨處可見。同時,現(xiàn)在生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等,這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進行操作。工業(yè)機械手是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動化實踐相結(jié)合的產(chǎn)物,并以現(xiàn)代機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分.工業(yè)機械手是提高生產(chǎn)過程自動化、改善勞動條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射和污染的場合，應(yīng)用更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快發(fā)展，并取得一定效果,受到機械工業(yè)和鐵路部門的重視。本次課題主要是應(yīng)用三菱公司FX２N系列PＬC，對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。該裝置機械部分有滾珠絲杠、滑軌、機械抓手等；電氣方面由交流電機、變頻器、操作臺等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機械手完成各種動作.1.2設(shè)計目的和意義科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,產(chǎn)品功能要求的日益增多,復(fù)雜性增加，壽命期的縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設(shè)計手段,則顯得力不從心，跟不上時代發(fā)展的需要。目前，計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效,而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠遠不能滿足設(shè)計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進行方案設(shè)計時采用的方法,并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的的發(fā)展趨勢。自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新,就是從增強國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新。重點跨越，就是堅持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國際民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點突破,實現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展就是從現(xiàn)實的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù),支持經(jīng)濟社會的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展.引領(lǐng)未來，就是著眼長遠，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求,培育新興產(chǎn)業(yè),引領(lǐng)未來經(jīng)濟社會的發(fā)展。這一方針是我國半個世紀科技發(fā)展實踐經(jīng)驗的概括總結(jié)，是面想未來，實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇。科技人才是提高自主創(chuàng)新能力的關(guān)鍵所在。要把創(chuàng)造良好環(huán)境和條件,培養(yǎng)和凝聚各類科技人才特別是優(yōu)秀拔尖人才，充分調(diào)動廣大科技人員的積極性和創(chuàng)造性，作為科技工作的首要任務(wù)，努力開創(chuàng)人才輩出、人盡其才、才盡其用的良好局面，努力建設(shè)一支與經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)相適用的規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)科技人才隊伍，為我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供充分的人才支撐和智力保證。１.3本文主要工作第一章：緒論介紹該課題背景，對該系統(tǒng)的設(shè)計目的和意義做簡單介紹第二章：系統(tǒng)介紹可編程邏輯控制器ＭCＧS組態(tài)軟件和機械手第三章：系統(tǒng)方案的分析設(shè)計及程序的設(shè)計第四章：系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計總結(jié)第２章可編程序邏輯控制器(ＰLC）和機械手概述２。1可編程序邏輯控制器（ＰＬC)2。１。1PLC的結(jié)構(gòu)PLC和一般的微型計算機基本相同，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)、存儲器(ＥＰROM，RＯM）、輸入輸出(I/O）部件、電源部件、編程器、Ｉ/O擴展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過總線（電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線）連接而成[9］。其結(jié)構(gòu)簡圖如下：外設(shè)I/O接口外設(shè)I/O接口輸出部件存儲器EPROM微處理器運算器控制器電源輸入部件I/O擴展接口I/O擴展單元受控元件輸入信號外部設(shè)備圖2-1PLＣ硬件結(jié)構(gòu)圖PＬC的軟件系統(tǒng)是指ＰLC所使用的各種程序的集合,通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。系統(tǒng)程序是每一個PＬC成品必須包括的部分，由PＬＣ廠家提供，用于控制ＰLC本身的運行，系統(tǒng)程序固化在EPＲOM中。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序.硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了一個完整的PLC系統(tǒng)，他們是相輔相成，缺一不可的可編程序邏輯控制器（ＰrogramｍａｂｌｅLogiｃCｏntｒoｌｌeｒ）,簡稱PLC。它是一種以微機處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信控制技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。（本次課題主要應(yīng)用三菱FＸ2N系列ＰLC進行設(shè)計）２。1。２PLC的發(fā)展歷程在可編程控制器出現(xiàn)前,在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位,應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。１968年美國通用汽車公司(G.Ｍ）為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新,生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn),希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。于是就設(shè)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置,而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言"進行編程,使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。19６9年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEＣ）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用,取得很好的效果.從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制，通常稱為可編程邏輯控制器（ＰrogrａmmaｂleLoｇicContｒoｌｌｅr）。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，20世紀７0年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLＣ中，使PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。2０世紀80年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應(yīng)用于ＰLＣ中，使PＬC得到迅速發(fā)展。PＬC不僅控制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低,編程和故障檢測更加靈活方便,而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能,使PＬC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器.PＬC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個階段：１9７0—19８０年：PＬC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段，由于PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、１位機型、通用計算機型、單板機型等）,但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有ＰLＣ結(jié)構(gòu)形成，取得了市場的認可，得以迅速發(fā)展。推廣。ＰLＣ的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機床、生產(chǎn)線擴展.１980-1990年：ＰLC的普及階段.在這一階段,PLＣ的生產(chǎn)規(guī)模日益擴大,價格不斷下降,PLC被迅速普及。各ＰＬC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格。品種開始系列化,并且形成了固定Ｉ／O點型、基本單元加擴展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴展.比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有F。Ｆ1.Ｆ2小型PＬC系列產(chǎn)品,K/A系列中、大型ＰLC產(chǎn)品等。1990—２00０年，PLC的高性能與小型化階段。在這一階段,隨著微電子技術(shù)的進步，PLＣ的功能日益增強，PＬC的ＣＰU運算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加,使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)，PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。此外,ＰＬＣ的體積大幅度縮小,出現(xiàn)了各類微型化PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有ＦX小型PＬC系列產(chǎn)品，AIＳ/A２US/Q2A系列中,大型PＬC系列產(chǎn)品等。2０00年至今：PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動化的需要，ＰLC的各種功能不斷進步。一方面,PＬC在繼續(xù)提高ＣＰU運算速度，位數(shù)的同時,開發(fā)了適用于過程控制,運動控制的特殊功能與模塊,使PＬC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。與此同時，PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展，ＰＬC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),為工廠自動化奠定了基礎(chǔ)。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PＬC系列產(chǎn)品（包括最新的FＸ3ｕ系列產(chǎn)品)，Qn,ＱnPH系列中，大型PLC系列產(chǎn)品等。2．１．３PＬC的硬件一、PLC的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。１。整體式PLC整體式又叫做單元式或機箱式,它的體積小、價格低,對箱體式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性能分成若干型號，并按I/O點數(shù)又有若干規(guī)格.對模塊式ＰLC,有CＰU模塊、Ｉ/Ｏ模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架.無任哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其I/Ｏ能力可按用戶需要進行擴展與組合.2。模塊式ＰLC大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它由機架和模塊組成，模塊插在模塊插座上，后者焊接在機架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機架供用戶選用,如果一個機架容納不下選用的模塊,可以增設(shè)一個或數(shù)個擴展機架，各機架之間用接口模塊和電纜相連。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I／O模塊和特殊功能塊，對硬件配置的選擇余地較大,維修時更換模塊也很方便.3．CPU模塊中的存儲器存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，系統(tǒng)程序相當(dāng)于個人計算機中的操作系統(tǒng)，它使PLＣ具有基本的智能，能完成PLC設(shè)計者的規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC的生廠家設(shè)計并固定化在ROM(只讀存儲器)中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計，它使PLC能完成用戶要球的特定功能，用戶程序存儲器的容量以字節(jié)（B)為單位。(1)．隨機存取存儲器（ＲAM）用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RＡＭ又叫讀/寫存儲器.RAＭ的工作速度高、價格便宜、改寫方便。（2)。只讀存儲器（ＲOM)ROM的內(nèi)容只能讀出,不能寫入。(3）.可以電檫出可編程的只讀存儲器（EEＰROM)S７－200用EEPRＯM來存儲用戶程序和長期保存的重要數(shù)據(jù)。4。I/Ｏ模塊各I/O點的通／斷狀態(tài)用發(fā)光二極管(LED）顯示,PLC與外部接線的連接一般用接線端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開端子板上的連接線，就可以迅速的更換模塊。輸入模塊：PLＣ通過輸入模塊來接收和采集輸入信號，通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，PＬC控制的另一類外部負載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報警裝置等。輸入電路中設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號。輸出模塊:輸出模塊的率放大元件有大功率晶體管和場效應(yīng)管（驅(qū)動直流負載）、雙向可控硅（驅(qū)動交流負載)和小型繼電器,繼電器可以驅(qū)動交流負載或直流負載。輸出電流的典型值為０。5—2Ａ，負載電源由外部現(xiàn)場提供。２．1.4PＬＣ的主要特點一、抗干擾能力強,可靠性高PLＣ專門為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計，具有很高的可靠性。它的主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路,Ｉ/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信息調(diào)理電路；在機構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮;在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等干擾和故障診斷措施。所有這些使PＬＣ具有較高的抗干擾能力,因此穩(wěn)定、可靠,抗干擾能力強。與繼電器接觸裝置和通用計算機相比，PLＣ更能試用工業(yè)現(xiàn)場較為惡劣的生產(chǎn)環(huán)境。二、控制系統(tǒng)機構(gòu)簡單，通用性強PＬC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng).在PLC夠成的控制系統(tǒng)中，只需要在PLＣ的端子上接入相應(yīng)的輸入/輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量且繁雜的硬接線線路。當(dāng)控制要求改變,需要變更控制系統(tǒng)的功能時,可以用編程器在線或離線修改程序,同一個PＬC裝置用于不同的控制對象，只是輸入/輸出組件和應(yīng)用軟件的不同.PLC的輸入／輸出可以直接與交流220V、直流24V等強電相連,并有較強的帶負載能力。三、編程簡單，易于使用PLＣ是面向用戶的設(shè)備,ＰLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識就可在短時間內(nèi)學(xué)會。四、功能完善現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、步進控制功能，還能完成A/D轉(zhuǎn)換、D/Ａ轉(zhuǎn)換、模擬量處理、高速計算、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，可以通過上位計算進行顯示、報警、記錄,進行人機對話，使控制水平大為提高。因此，PLC具有極強的適用性,能夠很好地滿足各類型控制的需要，是目前工廠中應(yīng)用最廣的自動化設(shè)備。五、體積小、維護操作方便ＰＬC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入／輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地控制系統(tǒng)的運行狀態(tài),如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示,非常有利于運行和維護人員對系統(tǒng)進行監(jiān)控。2。１．5FX２N系列ＰLC介紹FX2N型PLC的主要種類ＦX2N型PLC按品種可以分為基本單元、擴展單元、擴展模塊和特殊擴展設(shè)備?；締卧蓛?nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出、內(nèi)部CPＵ和內(nèi)部存儲器組成，只有基本單元可以單獨使用,當(dāng)輸入輸出點數(shù)不足時可以進行擴展.擴展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出組成、需要和基本單元一起使用.擴展模塊由內(nèi)部輸入輸出組成，,自身不帶電源，由基本單元、擴展單元供電,需要和基本單元一起使用.特殊擴展設(shè)備可以分為3類：特殊功能板、特殊模塊和特殊單元，是一些特殊用途的裝置。特殊功能板用于通信、連接和模擬量設(shè)定等，特殊模塊主要有模擬量輸入輸出、高速計數(shù)、脈沖輸出、接口等模塊，特殊單元用于定位脈沖輸出。FＸ2N型PＬC的初步認識如圖所示為FX2N型PＬC基本單元外形,其主要是通過輸入端子和輸出端子與外部控制電器聯(lián)系的。輸入端子連接外部的輸入元件，如按鈕、控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、熱繼電器接點、壓力繼電器接點、數(shù)字開關(guān)等.輸出端子連接外部的輸出元件，如接觸器、繼電器線圈、信號燈、報警器、電磁鐵、電磁閥、電動機等.圖2-2（三菱FX２N系列PLC實物圖）工作過程（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)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中.此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進入程序執(zhí)行階段,在此階段和輸入刷新階段,輸入映像寄存器與外界隔離,無論輸入端信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個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)程序處理階段根據(jù)PLＣ梯形圖程序掃描原則，ＰLC按從左至右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時，PＬC就從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件(軟繼電器）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說,每個元件（軟繼電器）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。（3)輸出刷新結(jié)果階段在所有指令執(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,通過一定方式輸出,最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負載。２。２機械手2。２．1機械手概述工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù),在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性.機器手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在我國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。機器手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動化控制技術(shù)、傳感技術(shù)和計算機技術(shù)的科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合性技術(shù)。２.2。２機械手的工作原理機械手是一種能自動化定位控制并可重新匯編程序以變動的多功能機器。它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中的工作。工業(yè)機械手是近似自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分.機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（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,如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動)、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式,稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體,需有6個自由度。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多,機械手的靈活性越大,通用性越廣,其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有2~3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息,形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構(gòu)成,通過對其編程實現(xiàn)所要功能。機械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認識。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸;其三，它能操作必要的機具進行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而,受到各先進工業(yè)國家的重視，并投入了大量的物力和財力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染場合，應(yīng)用得更為廣泛.在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展,并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。本項目要求設(shè)計的機械手模型可以歸為一類，即通用機械手.在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中,自動化程度較高,大量應(yīng)用機械手。通過本次設(shè)計,可以增強對工業(yè)機械手的認識,同時并熟悉掌握ＰＬC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)等工業(yè)常用的技術(shù)2．2．3機械手的發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)越來越高，人工工作環(huán)境和工作