毕业论文-基于PLC的自动化车间物料搬运装置的控制设计-文档精品

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 分 类 号 密 级 宁 毕业设计(论文) 基于 PLC 的自动化车间物料 搬运装置的控制设计 所 在 学 院 专 业 班 级 姓 名 娄斌 学 号 指 导 老 师 年 月 日 诚诚 信信 承承 诺诺 2 我谨在此承诺：本人所写的毕业论文基于 PLC 的自动化车间物 料搬运装置的控制设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及 其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名） ：承诺人（签名） ： 年年 月月 日日 摘 要 在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体 等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从自动化控制装置问世以 来，相应的各种难题迎刃而解。自动化控制装置可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活 多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。自动 化控制装置一般由耐高温，抗腐蚀的材料制成，以适应现场恶劣的环境，大大降低了工 人的劳动强度，提高了工作效率。自动化控制装置是工业机器人的重要组成部分，在很 多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感 器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。可编程控制器 是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技 术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用三菱公司生产 的可编程控制器 FX 系列 PLC， 实现自动化控制装置搬运控制系统， 该系统充分利用了可 编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。 关键词：物料搬运，可编程控制器，自动化，限位开关 IV VI Abstract In the industrial production and other fields, as a result of the need, people are often subjected to high temperature, corrosive and toxic gases and other factors, an increase of labor intensity, and even life-threatening. Since the mechanical hand inception, corresponding to the various problems be smoothly done or easily solved. In space manipulator can be caught, put, carry objects, flexible, applicable to the production varieties can be switched, in small batch production, widely used in flexible automatic production line. Mechanical hands by high temperature resistant, corrosion resistant material, in order to adapt to the harsh environment, greatly reducing the labor intensity of workers, improves the work efficiency. The manipulator is an important component of industrial robots, in many cases it can be called VIII industrial robot. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. The programmable controller is a relay control and computer control on development of products, and gradually developed into a microfluidic device processing as the core of the automation technology, computer technology, communication technology com. New industrial automatic control device. In this paper the application of Mitsubishi company production of programmable controller FX series PLC, realize the manipulator transportation control system, the system makes full use of the programmable logic controller ( PLC ) control function. So that the system is reliable and stable, time functional scope obtains the widespread application. Key Words:Key Words: Material handling, programmable controller, automation, limit switch 目 录 摘 要 . III Abstract . VII 目 录 VIII 第 1 章 绪论 1 1.1 课题的背景和意义 1 1.2 课题国内外发展现状 2 第二章 总体方案确定 . 3 2.1 总体方案论证 3 2.1.1 自动化控制装置手臂结构方案设计 4 2.1.2 自动化控制装置驱动方案设计 4 2.1.3 自动化控制装置控制方案设计 4 2.2 PLC 慨况 5 2.2.1 PLC 的结构及基本配置 . 6 2.2.2 PLC 的选型 . 9 2.2.3 PLC 的工作过程 . 9 2.3 自动化控制装置 . 12 2.3.1 自动化控制装置简介 12 第 3 章 气动部分设计 14 第 4 章 PLC 控制部分设计 . 15 4.1 电磁铁动作顺序 . 15 4.2 I/O 分配 16 4.3 PLC 控制梯形图 . 17 4.3 PLC 控制程序指令 . 18 总 结 23 参考文献 24 致 谢 25 宁波大红鹰学院本科毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 课题的背景和意义 自从自动化控制装置问世以来，相应的各种难题迎刃而解。能模仿人手和臂的某 些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可 代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人 身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。通用自动 化控制装置因具有独立的控制系统、程序可变、可在空间抓、放、搬运物体，动作灵活 多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。近年 来随着气动技术的迅速发展，气动元件及气动自动化技术已越来越多地应用于自动化控 制装置中，构成气动自动化控制装置。 气动自动化控制装置的全部动作由电磁阀控制的气缸驱动。其中,上升、下降和左 移、右移分别由双线圈两位电磁阀控制,自动化控制装置的放松、夹紧也由双线圈两位 电磁阀(夹紧电磁阀)控制。自动化控制装置一般由执行系统、驱动系统、控制系统和人 工智能系统组成,主要完成移动、转动、抓取等动作。 本课题用气动驱动，PLC 控制。包括总体设计，各执行机构设计，气动系统设计、 计算，控制系统设计。技术要求有以下几点： a.装卸、调整方便； b.结构简单，工作安全可靠； c.设计合理，尽量使用标准件，以降低制造成本； d.用 PLC 对自动化控制装置进行控制。 总体设计思路： a.确定总体结构的组成、框架及各部分的功能与工作目标。 b.根据设计任务书的要求，初步计算各工艺参数和结构参数。 c.设计机体分级部分的结构及主要零件结构。 d.主要分级结构部分的主要零件强度和刚度，检查其加工工艺性和装配工艺性。 e.保证与其它部分的接口合理。 f.根据设计结果，修正设计参数。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 2 1.2 课题国内外发展现状 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势: a.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单 机价格不断下降，平均单机价格从91年的10.3万美元降至97年的65万美元。 b.机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测 系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装 配机器人产品问市。 c.工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展， 便于标准化、 网络化; 器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构:大大提高了系统的可靠性、易 操作性和可维修性。 d.机器人中的传感器作用日益重要， 除采用传统的位置、 速度、 加速度等传感器外， 装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力 觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制;多传感器融合配置技术在 产品化系统中已有成熟应用。 e.虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制，如使遥控 机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 f.当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机器 人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器 人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成 功应用的最著名实例。 g.机器人化机械开始兴起。从 94 年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新 型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。我国的工 业机器人从 80 年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五” 、 “八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统 硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件， 开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有 130 多台套喷漆机器人在 二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用 在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的 水平和国外比还有一定的距离，如:可靠性低于国外产品:机器人应用工程起步较 宁波大红鹰学院本科毕业设计 3 晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距;在应用规模上，我国己安装的 国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没 有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求， “一客户，一次重 新设计” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低， 而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进 行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化进程.我国的智 能机器人和特种机器人在“863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突 出的是水下机器人，6000m 水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接 遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种:在机器人视 觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发 展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、 智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平 差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可 供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。 第二章 总体方案确定 2.1 总体方案论证 自动化控制装置主要由执行机构、 驱动系统、 控制系统以及位置检测装置等所组成。 对气动自动化控制装置的基本要求是能快速、准确地拾一放和搬运物件，这就要求 它们具有高精度、快速反应、一定的承载能力、足够的工作空间和灵活的自由度及在任 意位置都能自动定位等特性。设计气动自动化控制装置的原则是:充分分析作业对象(工 件)的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件; 明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质 量参数等， 从而进一步确定对自动化控制装置结构及运行控制的要求;尽量选用定型的标 准件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制.本次设 计的自动化控制装置是通用气动自动化控制装置，是一种适合于小批生产的、可以变动 作程序的自动搬运或操作设备生产场合。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 4 2.1.1 自动化控制装置手臂结构方案设计 按照抓取工件的要求，本自动化控制装置的手臂有四个自由度，即手臂的夹紧、左 右回转、左右伸缩和升降运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横 向移动即为手臂的手臂的左右伸缩，手臂的各种运动由气缸来实现 2.1.2 自动化控制装置驱动方案设计 气压传动的优点： 1.对于传动形式而言，气缸作为线性驱动器可在空间的任意位置组建它所需的运动 轨迹，安装维护简单； 2工作介质是取之不尽、用之不竭的空气，空气本身不花钱。排气处理简单，不 污染环境，成本低。压力等级低，使用安全； 3.气缸动作速度一般为 50500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快，其间，通 过单向节流阀，可使气缸速度无级调节； 4.可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作数约为数百万次，而进口的一般电 磁阀的寿命大于 3000 万次，小型阀超过一亿次； 5利用空气的可压缩性，可储存能量，实现集中供气； 6.全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温 场合使用； 7.由于空气损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。 根据以上优点可知道气压传动系统的动作迅速，反应灵敏，阻力损失和泄漏较小， 成本低廉因此本自动化控制装置采用气压传动方式。 2.1.3 自动化控制装置控制方案设计 综合分析自动化控制装置的动作要求， PLC 在自动化控制装置中需要完成的控制功 能较多，控制精度较高，运算速度较快且具有数据处理能力，并考虑整个系统的经济和 技术指标，由于 PLC 的输出电流较小，需要用功率模块来控制比例液压阀，选用西门 子公司的 S7-200 系 CPU226 型 PLC，其 IO 功能和指令系统都能满足对该自动化控制 装置的控制要求。控制按钮、各处的行程开关及压力继电器等开关量信号直接与 PLC 的输入端子相连， PLC 的开关量输出端子直接与各个电磁阀相连， 用 PLC 上所带的 24V 宁波大红鹰学院本科毕业设计 5 电源或外接 24V 电源驱动，采用编程软件(STEP 7-MicroWIN V44 版)进行编程和运 行监控。 2.2 PLC 慨况 可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称 PC） 。与个人计算机的 PC 相区别，用 PLC 表示。 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller， PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC 得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应 用。同时，PLC 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技 术的不断发展和用户需求的不断提高， PLC 在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和 运动控制等功能。今天的 PLC 不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也 发挥着十分重要的作用。 PLC 是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 PLC 只有开关 量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、 计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。 用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 PLC 的用户程序存储器 中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC 的 CPU 内 有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加 1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 END 指令） ，然后再返 回起始步循环运算。PLC 每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号 的 PLC， 循环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间。 PLC 用梯形图编程， 在解算逻辑方面， 表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有的输入都当 成开关量来处理，16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型 PLC 使用另外一个 CPU 来完成模拟量的运算。把计算结果送给 PLC 的控制器。 相同 I/O 点数的系统，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大约能省 40%左右） 。 PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 DCS 要低很多。 一个 PLC 的控制器，可以接收几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个 I/O） 。如果被控对象 主要是设备连锁、回路很少，采用 PLC 较为合适。PLC 由于采用通用监控软件，在设 计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 6 近 10 年来，随着 PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开 始采用 PLC 进行控制，PLC 在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和 基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内 PLC 在我国仍将保持高速增长势头。 通用 PLC 应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但 PLC 相对一般 嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来 采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用 PLC 或定制 PLC 取代嵌入式控制器 PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技 术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记 时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对 PLC 的规定： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境下应用而设计。 它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和 算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生 产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易 于扩充其功能的原则设计。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等 特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流 PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供 运行平台，同时，还为 PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用 户程序由用户按控制要求设计。 2.2.1 PLC 的结构及基本配置 和继电器控制系统类似， PLC 控制系统也是由输入部分、 逻辑部分和输出部分组成。 一般讲，PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式 PLC， 有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号， 并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、 底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用 户需要进行扩展与组合。 CPU 的构成：PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每台 PLC 至少 有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的 宁波大红鹰学院本科毕业设计 7 方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源 和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存 贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关 的控制电路。 CPU 功能： （1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄 存器或数据寄存器； （2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； （3）诊断电源和 PC 内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误； （4）在 PC 进入运行状态后： a） 执行用户程序产生相应的控制信号（从用户程序存储器中逐条读取指 令，经命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的 控制电路） b） 进行数据处理分时、分渠道地执行数据存取、传送、组合、比较、变换 等动作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算任务 c） 更新输出状态输出实施控制（根据运算结果，更新有关标志位的状态和 输出映象寄存器的内容，再由输入映象寄存器或数据寄存器的内容，实现输 出控制、制表、打印、数据通讯等） 存储器 系统程序存储器存放系统工作程序（监控程序） 、模块化应用功能子程序、 命令 解释、功能子程序的调用管理程序和系统参数 *不能由用户直接存取 用户存储器 用户程序存储器存放用户程序。即用户通过编程器输入的用 户程序。 功能存储器（数据区）存放用户数据 PC 的用户存储器通常以字（16 位/字）为单位来表示存储容量。 注意：系统程序直接关系到 PC 的性能，不能由用户直接存取，所以，通常 PC 产品资 料中所指的存储器形式或存储方式及容量，是指用户程序存储器而言。 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 8 与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、 控制及状态总线构成， 还有外围芯片、 总线接口及有关电路。 它确定了进行控制的规模、 工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏 由震荡信号控制。 CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU 虽然划分为以上几个部分，但 PLC 中的 CPU 芯片实际上就是微处理器，由于 电路的高度集成，对 CPU 内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在 PLC 中的功能 与性能，能正确地使用它就够了。 CPU 模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。 一般讲，CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱 体式 PLC 的主箱体也有这些显示。 它的总线接口， 用于接 I/O 模板或底板， 有内存接口， 用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU 模 块上还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定起始工作方式、内存区等。 I/O 模块：PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块与外界联系的，按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置 的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂 存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 电源模块：有些 PLC 中的电源，是与 CPU 模块合二为一的，有些是分开的，其主 要用途是为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流 220VAC 或 110VAC，直流 电源，加的为直流电压，常用的为 24V。 底板或机架：大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模 块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各 模块构成一个整体。 PLC 的外部设备：外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分，它有四大类 1. 编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监 控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况。编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维 护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 宁波大红鹰学院本科毕业设计 9 2. 监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 3. 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户 数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、EEPROM 写入器等。 4. 输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电 位器， 打印机等。 PLC 的通信联网：PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、 PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分 散集中控制。现在几乎所有的 PLC 新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有 RS-232 接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交 换信息。 当然，PLC 之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC 与计算机之间的通讯，一些生产 厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的 PLC 之间、PLC 与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 了解了 PLC 的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到 既经济又合理，尽可能发挥 PLC 所提供的最佳功能。 2.2.2 PLC 的选型 考虑到自动化控制装置工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和 方便性，采用 PLC 作为核心控制器，各控制对象都必须在 PLC 的统一控制下协同工作， 所以 PLC 采用日本三菱公司的 FX2N-32MR 型 PLC(16 点输入、16 点输出)。三菱 FX2N 系 列可编程控制器是小型化，高速度，高性能的产品，是 FX 系列中最高档次的超小型程 序装置。性能规格：FX2N 性能规格运转控制方法 通过储存的程序周期运转 I/O 控制方 法 批次处理方法（当执行 END 指令时） I/O 指令可以刷新运转处理时间 基本指令： 0.08 s 应用指令：1.52 至几百微秒 ，指令编程语言 逻辑梯形图和指令清单 使用步 进梯形图能生成 SFC 类型程序程式容量 8000 步内置 。 2.2.3 PLC 的工作过程 1. 初始操作（上电处理） PLC 未进入正式运行前，首先应确定自身的完好性。这就是接通电源后的初始操作 （见图） 。通电后，消除各元件的随机状态，进行清零或复位处理，检查 I/O 单元的连 接是否正确（I/O 总线） 。再做一道题，使它涉及各种指令和内存单元，若解题时间在 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 10 to 以内，则自身完好（否则，系统关闭） ，解题结束，将监控定时器 to 复位，才开始正 式运行。 运行 PLC 的工作方式（顺序）周期循环扫描 扫描按分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，顺序进行，这种分时操作的 过程称“CPU 对程序的扫描” 工作特点集中输入，集中输出（小型 PLC） 二、PLC 运行过程 1. 四大类操作 （1）公共操作故障诊断及处理（自检） ，一般故障，只报警， 不停机 （2）I/O 操作联系现场的数据输入及控制信号的输出 （3）执行用户程序顺序循环扫描 （4）服务外设 2. I/O 处理过程（教材 P63 Fig3-6） 输入采样 三个阶段 执行用户程序 输出刷新 工作过程框图： 合合上上电电源源启启动动 I I/ /O O和和内内部部继继电电器器清清 零零所所有有定定时时器器复复位位 检检查查I I/ /O O单单元元的的连连接接 监监控控定定时时器器复复位位t to o 检检查查硬硬件件和和用用户户 程程序序存存储储器器 检检查查合合格格？ 否否 采采样样输输入入信信号号 刷刷新新输输入入映映像像存存储储器器 监监控控定定时时器器t t1 1复复位位 逐逐条条执执行行用用户户 程程序序指指令令 程程序序结结束束？ 监监控控定定时时器器复复位位t t1 1 服服务务于于外外设设命命令令 错错误误标标志志置置位位 出出错错灯灯点点亮亮 报报警警 故故障障性性质质？ 故故 障障 错错 误误 P P C C 的的 扫扫 描描 周周 期期 上上 电电 后后 的的 初初 始始 操操 作作 公公 共共 操操 作作 数数 据据 输输 入入 执执 行行 用用 户户 程程 序序 服服 务务 外外 设设 命命 令令 图图3 3- -5 5 P PC C的的工工作作过过程程 是是 输输出出映映像像存存储储器器的的内内容容输输出出 至至相相应应输输出出口口 数数 据据 输输 出出 是是 否否 宁波大红鹰学院本科毕业设计 11 I/O 处理过程： （1）数据输入/输出I/O 状态刷新 采样输入信号 送出处理结果 a. 输入映像存储器及其刷新对应于输入端子状态的数据区 PLC 中的 CPU 是不能直接从与外部接线端子打交道的。在输入采样阶段，首先扫描 所有输入端子，经过输入调理电路（光电隔离、电平转换、滤波处理等）后进入输入缓 冲器等待采样。没有 CPU 的采样“允许” ，外界的输入信号是不能进入内存的。 当 CPU 采样时，输入信号便进入输入映像存储器刷新。接着进入程序的执行阶 段，直至信号的输出。在此期间，输入映像存储器将现场与 CPU 隔离，无论输入信号如 何变化，输入映像存储器中的内容保持到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新采样 新的信号，即：输入映像存储器每周期刷新一次。 这样，是否会影响对现场信息的反应速度？由于，PLC 扫描周期一般仅几十 mS，两 次采样之间的间隔时间很短，对一般的开关量而言，可以认为采样是连续的。 b. 输出映像存储器及其刷新CPU 数据处理的中间结果和最终结果的存放区域 同理，CPU 不能直接驱动负载，处理的结果存放在输出映像存储器中，直至所有程 序执行完毕，才将输出映像区的内容经输出锁存器（称为输出状态刷新）送到输出端子 上驱动外部负载。即：输出映像存储器随时刷新 输出锁存器每周期刷新一次（刷新后的输出状态一直保持到下一次刷新） 同样，两次刷新的间隔仅几十 mS，即使考虑电路的电气惯性（延迟）时间，仍可认 执执 行行 用用 户户 程程 序序 输输 入入 端端 子子 输输 入入 调调 理理 电电 路路 输输 入入 缓缓 冲冲 器器 输输 入入 映映 像像 存存 储储 器器 输输 出出 映映 像像 存存 储储 器器 输输 出出 锁锁 存存 器器 输输 出出 驱驱 动动 电电 路路 输输 出出 端端 子子 生生产产现现场场 输输入入信信号号 受受控控 元元件件 允允许许 （输输入入刷刷新新） 允允许许 （输输出出刷刷新新） 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 12 为输出是及时的。 c. 输入/输出状态表状态 RAM 表 I/O 映像存储器的内容，在 CPU 中构成 I/O 状态表，其内容是 CPU 处理用户程序及 数据的依据。 注意注意：输入状态表采样时刷新 输出状态表随时刷新（中间值和最终结果） 输出端子的接通或开断输出锁存器决定 （2） 执行用户程序 执行 监视 a. 监控定时器 WDT（WATCH DOG TIMER）即监控定时器 t1 正常：执行完用户程序所需的时间应不超过 t1。执行程序前，复位 t1，执行程序 开始 t1 计时，完毕后立即复位 t1，表示程序执行正常。 异常：因某些原因，程序进入死循环，执行程序时间超出 t1 值，WDT 发出警告，程 序重新开始执行， 同时复位 t1。 若因偶然因素， 则重新执行程序将正常， 否则， 系统自动停止执行用户程序，切断外部负载，并发出故障信号等待处理。 b. 执行用户程序 （3） 执行外设命令 每次执行完用户程序，输出后，就进入服务外设命令的操作，如没有外设命令， 自动循环扫描。 2.3 自动化控制装置 2.3.1 自动化控制装置简介 自动化控制装置主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部 件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持 型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动） 、移动或复合运动来 实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立 运动方式，称为自动化控制装置的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体， 需有 6 个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，自动化控制装置 的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用自动化控制装置有 23 个自 宁波大红鹰学院本科毕业设计 13 由度。 自动化控制装置的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式自动 化控制装置；按适用范围可分为专用自动化控制装置和通用自动化控制装置两种；按运 动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制自动化控制装置等。 自动化控制装置通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线 上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装 置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为自动化 控制装置。 自动化控制装置是在机械化、 自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。 近年来， 随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内 迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了自动化控制装置的发展，使得自动化控制 装置能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 自动化控制装置虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、 不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，自动化控制装置已受到 许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如： (1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行 业中 它可以用来组装零部件。 (3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4)可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5）宇宙及海洋的开发。 (6)军事工程及生物医学方面的研究和试验。 自动化控制装置简述:自动化控制装置的形式是多种多样的，有的较为简单，有的 较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助 装置组成。 1执行机构 自动化控制装置的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来 夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 14 元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的自动化控制装置可以没有手腕。支柱用 来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。 2传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用自动化控制装置传动系统分机械传动、 液压传动、气压传动和电力传动等几种形式。 3.控制系统 自动化控制装置控制系统的主要作用是控制自动化控制装置按一定的程序、方向、 位置、速度进行动作，简单的自动化控制装置一般不设置专用的控制系统，只采用行程 开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动 作动作复杂的自动化控制装置则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。 第 3 章 气动部分设计 由设计要求可知,自动搬运装置有四个移动自由度,其工作程序为:机构下降夹具 夹紧机构上升手臂右摆手臂右移机构下降夹具松开机构上升手臂左移 手臂左摆退至原位。 气动原理图如图 3-1 所示。整个气动系统就是要对摆动气缸、夹紧气缸、伸缩气缸 和升降气缸的动作进行控制。 宁波大红鹰学院本科毕业设计 15 图 3-1 气动原理图 气路元件表如图 3-1 所示： 图 3-1 气路元件表 序号 型号规格 名称 数量 1 L1-25 单向节流阀 6 2 24D2H-10-S1 三位四通电磁滑阀 3 3 QF-44 手动截止阀 1 4 QSL-26S1QTY-20-S1 压力组件 1 5 YJ-1 压力继电器 1 6 Q24DH-10-S1 两位三通电磁滑阀 1 各执行机构的调速，凡是能采用排气口节流方式的，都在电磁阀的排气口安装节流 阻尼螺钉进行调速，这种方法的特点是结构简单，效果尚好。如手臂伸缩气缸在接近气 缸处安装两个快速排气阀，可加快起动速度，也可调节全程上的速度。升降气缸采用进 气节流的单向节流阀以调节手臂的上升速度，由于手臂靠自重下降，其度调节仍采用在 电磁阀排气口安装节流阻尼螺钉来完成。气液传送器气缸侧的排气节流，可用来调整回 转液压缓冲器的背压大小。为简化气路，减少电磁阀的数量，各工作气缸的缓冲均采用 液压缓冲器，这样可以省去电磁阀和切换节流阀或行程节流阀的气路阻尼元件。电磁阀 的通径，是根据各工作气缸的尺寸、行程、速度计算出所需压缩空气流量，与所选用电 磁阀在压力状态下的公称使用流量相适应来确定的。 第 4 章 PLC 控制部分设计 4.1 电磁铁动作顺序 由图 4-1 可知,自动搬运装置的上升、下降分别由电磁铁 1YA、2YA 控制,自动 搬运装置的夹紧和松开由电磁铁 3YA、4YA 控制,自动搬运装置的左摆、右摆由电磁 铁 5YA、6YA 控制，自动搬运装置的左伸、右伸由电磁铁 7YA、8YA 控制。当工件已 宁波大红鹰学院毕业设计（论文） 16 搬到工作台 B 返回时,为安全起见,用光电开关发出有无工件信号，电磁铁动作顺序 如表 4-1。 表 4-1 电磁铁动作顺序 工 位 号 动作 名称 电磁铁 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 原位 - - +- - - - 下降 + - +- - - - 夹紧 - + - - - - - 上升 - + - - - - - 右摆动 - + - + - - - 右伸 - + - - - +- 下降 + + - - - - - 放松 - - +- - - - 上升 - - +- - - - 左伸 - - +- - - + 左摆动 - - +- + - - 该系统除了开关量的输入、输出外,没有其他方面的要求。确定输入点数为 22 个,其中行程开关 6 个,光电开关 1 个,操作按钮 11 个,工作方式选择开关 2 个;输出 点数为 12,其中电磁铁 8 个,指示灯 4 个。 4.2 I/O 分配 根据以上分析，要选择输人点的个数大于 14、输出点个数大于 10 的 PLC。对 PLC 的扫描速度及其它方面无特殊要求。选用 S7- 200(CPU226)型号的 PLC。它共有 24 个输人、16 个输出点、随机存储器