PLC設(shè)計機械臂分揀裝置控制

PAGEPAGE40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的工作方式與運行框圖……………61.2.3PLC工作過程的中心內(nèi)容………………71.2.4PLC對輸入/輸出的處理原則…………...9第二章機械臂分揀裝置控制要求與分析……..92.1機械臂分揀裝置控制要求……………92.2機械臂分揀裝置控制分析……………10第三章機械臂分揀裝置程序設(shè)計……………..123.1接線圖…………………123.2程序設(shè)計………………....13第四章PLC程序上機調(diào)試及運行…………….294.1PLC程序上機調(diào)試……….294.2調(diào)試出現(xiàn)的問題及整改方法…………….294.3PLC程序上機運行……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60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司（GM）公開招標，對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)可直接送入管理計算機；（6）成本可與繼電器控制盤競爭；（7）輸入可以是交流市電（115V）（美國電壓標準）(8）輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器、電磁閥等；（9）擴展時原系統(tǒng)改變?。唬?0）用戶程序存儲器至少能擴展到4KB。這就是著名的“GM十條”。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）中標后，制造出世界上第一臺可編程序控制器。（ProgrammableLogicController,簡稱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，很長時間后才有了一個比較明確的定義。1987年，國際電工委員會（IEC）對PLC作出的定義如下：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，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)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?！倍x強調(diào)了PLC直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境。定義強調(diào)了PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，即計算機。定義強調(diào)了PLC是用軟件方式來實現(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、存儲器和專門設(shè)計的輸入/輸出接口電路等組成。如下圖所示：1.中央處理單元（CPU）2.存儲器PLC的存儲器包括系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器兩部分。系統(tǒng)存儲器用來存放由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準程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用。用戶存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和數(shù)據(jù)存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。用戶程序存儲器用來存放用戶針對具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語言編寫的各種用戶程序。用戶數(shù)據(jù)存儲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使用的存儲器類型有三種：（1）隨機存取存儲器（RAM）（2）只讀存儲器（ROM）（3）可電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM）3.輸入/輸出單元PLC的輸入/輸出信號類型可以是開關(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、存儲器等電路提供5V、±12V、24V等直流電源，使PLC能正常工作。5.擴展接口6.通信接口7.編程器編程器的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。分簡易型和智能型。8.其他部件1.2.2PLC的工作方式與運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)控制計算機系統(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)掃描的方式進行工作的。每一次掃描所用的時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）出錯處理1.2.3PLC工作過程的中心內(nèi)容當PLC正常工作時，它將不斷重復(fù)上圖中的掃描過程。如果暫不考慮對遠程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，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號怎樣變化，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)的狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對應(yīng)元件（“軟繼電器”）的當前狀態(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。因此，每一個元件（不包括輸入繼電器）的狀態(tài)會隨著程序執(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)動外部負載,實現(xiàn)控制命令的輸出.1.2.4PLC對輸入/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.第二章機械臂分揀裝置控制要求與分析2.1機械臂分揀裝置控制要求圖6-11為一臺分檢大小球的機械臂裝置。它的工作過程是：當機械臂處于原始位置時，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)。這時按動啟動按鈕SB1后，機械臂下行，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，則大小球檢測開關(guān)為SQ為ON；如果吸住的是大球，則SQ為OFF。1秒鐘后，機械臂上行，碰到上限位開關(guān)LS1后右行，它會根據(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，則機械臂一直工作下去。如果按了停止按鈕，則不管何時按，機械臂最終都要停止在原始位置。再次按動啟動按鈕后，系統(tǒng)可以再次從頭開始循環(huán)工作。2.2機械臂分揀裝置控制分析（1）輸入輸出地址分配輸入點：輸出點：啟動按鈕SB1I0.0原始位置指示燈HLQ0.0停止按鈕SB2I0.1抓球電磁鐵KQO.1上限位開關(guān)LS1I0.2下行接觸器KM1Q0.2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小球右限位開關(guān)LS4I0.5左行接觸器KM4Q0.5大球右限位開關(guān)LS5I0.6大小球檢測開關(guān)SQI0.7（2）根據(jù)項目的要求，得出系統(tǒng)的功能圖如圖所示：第三章機械臂分揀裝置程序設(shè)計3.1根據(jù)機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：3.2程序設(shè)計根據(jù)輸入輸出端子的接線要求，所設(shè)計的程序如下:第四章PLC程序上機調(diào)試及運行4.1PLC程序上機調(diào)試機械臂分揀裝置PLC程序編好后上機運行，基本上顯示正常。按下啟動按鈕SB1后，機械臂下行，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，則大小球檢測開關(guān)為SQ為ON；如果吸住的是大球，則SQ為OFF。1秒鐘后，機械臂上行，碰到上限位開關(guān)LS1后右行，它會根據(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，則機械臂一直工作下去。如果按了停止按鈕，則不管何時按，機械臂最終都要停止在原始位置。再次按動啟動按鈕后，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，使機械臂能夠在右行后向不同的位置下行，把大小球分別放進各自的箱子里去。（2）在機械臂上.下.左.右行走的控制中，使用了一個軟件聯(lián)鎖觸點，替代了SM0.0。（3）功能圖中的M0.0是一個選擇邏輯，其功能如梯形圖中的網(wǎng)絡(luò)1所示，它相當于一個開關(guān)，控制著系統(tǒng)是進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永遠不會有效。這是S7-200PLC順控指令設(shè)計方面的缺陷，給用戶的使用帶來了極大的不便。所以，在使用S7-200PLC的順控指令時一定不要有雙線圈輸出。位解決這個問題，可采用本例的辦法，用中間繼電器邏輯過渡一下，如本例中的機械臂進行上行.下行和右行的控制邏輯設(shè)計，凡是有重復(fù)使用的相同輸出驅(qū)動，在SCR段中先用中間繼電器表示其分段的輸出邏輯，在程序的最后再進行合并輸出處理。這是解決這一缺陷的最佳方法。左行時只有在狀態(tài)S1.3中用到了Q0.5，所以就不用中間過渡處理了。4.3PLC程序上機運行總結(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，我深刻了解到PLC在現(xiàn)代工業(yè)自動化領(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)計決定著PLC在生產(chǎn)生活中運行的穩(wěn)定性，讓我掌握了如何設(shè)計PLC程序的方法及其如何操作運行；深刻的懂得要設(shè)計出好的PLC程序，必須理論與實踐相結(jié)合；要常常動腦筋去想，并且要勤動手去實踐程序的正常穩(wěn)定的運行，要在實踐中去理解強化這門技術(shù)。在現(xiàn)在的激烈的競爭中，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)習機會，以后會進一步努力學(xué)習PLC。致謝在學(xué)習PLC程序編程設(shè)計的日子里，讓我結(jié)識了許多良師益友。他們給予我莫大的影響和幫助，確立我的今后學(xué)習向上的發(fā)展方向，有了更加美