毕业设计（论文）-机械手的PLC控制系统设计.doc

装 订 线 目录目录 第 1 章 前 言1 1.1 设计的优点 1 1.2 设计的一般步骤 1 第 2 章 机械手设计简介2 2.1 设备的控制要求 2 2.2 装置简介 3 第 3 章 PLC 选型及资源配 4 3.1 PLC 原理及应用.5 3.1.1 可编程控制器.5 3.1.2 PLC 的发展趋势 .5 3.1.3 与单片机相比较 PLC 的特点 .6 3.1.4 PLC 的基本组成及工作原理 .6 3.1.5 PLC 各组成部分的作用 10 3.2 控制系统构成图 .12 3.2.1 控制系统如图12 3.2.2 输入/输出分析.12 3.2.3 用户程序容量估计 13 3.3 PLC 选型13 3.3.1 PLC 机型选择 13 3.3.2 FX2N 系统的基本单元 .13 3.3.3 FX 系列的部分特殊功能模块 .13 3.4 FX 系列 PLC 的编程器及其它外部设备.16 3.4.1 FX 系列编程器 .16 3.4.2 其它外部设备17 3.5 FX 系列 PLC 各单元模块连接.17 3.6 FX 系列 PLC 的性能指标.17 3.6.1 FX 系列 PLC 性能比较 .17 3.6.2 FX 系列 PLC 的环境指标.18 3.6.3 FX 系列 PLC 的输入技术指标 .18 3.6.4 FX 系列 PLC 的输出技术指标 .19 3.7 FX 系列 PLC 的编程器元件.20 3.7.1 输入继电器（X）.22 3.7.2 输出继电器（Y）.23 3.7.3 辅助继电器（M）.23 3.7.4 状态器（S）.24 3.7.5 定时器（T）.25 3.7.6 常数（K、H）25 3.8 FX 系列 PLC 的基本指令.25 3.8.1 FX2N 系列 PLC 的基本逻辑指令 .26 3.8.2 FX 系列 PLC 功能指令介绍 .28 3.9 PLC 系统资源分配30 第 4 章 控制系统程序设计和调试.31 装 订 线 4.1 可编程序控制器的控制设计方法 .31 4.1.1 梯形图的编程规则31 4.1.2 程序的顺序控制设计法33 4.1.3 程序的逻辑设计方法33 4.2 PLC 程序及调试说明33 4.2.1 复杂程序的设计方法33 4.2.2 PLC 程序内容和质量 34 4.2.3 PLC 程序的调试 34 第 5 章 机械手 PLC 程序.35 5.1 I/O 和所用内部单元地址分配35 5.2 机械手软件系统结构 .36 5.3 机械手自动操作系统流程图 .37 5.4 总程序结构框图 .38 5.5 源程序 .39 5.5.1 机械手手动程序39 5.5.2 机械手自动程序40 5.6 程序清 .42 总结与展望.43 致 谢.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献.43 附 录 一.43 附 录 二.46 附录表 A FX 系列 PLC 部分功能指令一览表.46 共 52 页 第 1 页 装 订 线 第第 1 章章 前前 言言 机械手是工业生产中常用的机械设备, 是现代企业和建筑工地不可缺少的运输 工具, 它的动作由相应的控制系统控制，如采用传统的继电接触控制,由于机械触点 多, 接线复杂, 因而控制装置体积很大,并且故障率高, 可靠性差, 动作精确度低。 而可编程控制器是以中央处理器为核心, 综合了计算机和自动控制等先进技术, 具 有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在机械 手控制系统中使用最多的控制方式。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。它的使用大大降低了工人的劳动强度， 提高了工作效率。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位非常重要！ 本设计主要研究内容： 要求有两种工作方式：点动和自动操作；点动操作时， 用按钮单独操作机械上升或下降，右移或左移，夹紧或放松；自动操作时，按下起 动按钮，机械从“原点”开始工作，自动完成一个工作循环过程，即将工件夹紧后， 从 A 点移动到 B 点放下工件，然后返回“原点”等待下一次操作。 1.1 设计的优点设计的优点 用可编程控制器，具有投资省、见效快的特点。因为使用 PLC 控制机床电气系 统后，可去掉了机械手的中间继电器、时间继电器、顺序控制二极管及电阻，使线 路简化。同时，由于 PLC 的高可靠性，输入输出部分还具有信号指示，这不仅使 电气故障次数大大减少，而且还能给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方 便。 论文从 plc 选型开始介绍，并按照设计的全过程逐次的介绍了系统资源配置、 控制系统程序设计集调试的方法、自动操作系统流程图、总程序结构框图、源程序、 程序清单、梯形图、电气原理图。 1.2 设计的一般步骤设计的一般步骤 （1）先要全面的了解被控对象的机构、运行过程等，并明确动作逻辑关系； 根据系统的功能要求选择 PLC 的型号及各种附加的配置，并有规则，有目的分 配输入输出点； （2）根据控制及流程要求，对应输入输出开发相应的应用程序；同时连接 PLC 与外部设备的连线； （3）将编制完成的程序写入 PLC 中，模拟工况运行，进行调试及修改；在模 拟成功后，接入现场实际控制系统中进行再次调试，直至完全通过为止。 共 52 页 第 2 页 装 订 线 第第 2 章章 机械手设计简介机械手设计简介 每设计都要分析被控对象并提出控制要求： 1.详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的 配合，提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。 确定输入输出设备 2.根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、 转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它 执行器等），从而确定与 PLC 有关的输入/输出设备，以确定 PLC 的 I/O 点数。 2.1 设备的控制要求设备的控制要求 设备应具有“正常运转”和“强制停止” 。控制系统设有手动、单周期、单 步和连续 4 种工作方式，机械手在最上面和左边且放松时，成为系统处于原点状态 或初始状态。机械手自动控制顺序功能图见图 1，机械手的运动过程主要有八个动 作即为： 图 1 机械手的自动控制顺序功能 手动操作时由按钮操作对机械手的每一种运动单独进行控制，在单步操作 方式下，从初始步开始，按下启动按钮 X0 后，系统转换到下一步，完成该步的任务 后，自动停止工作并在该步，再按一下启动按钮，又往前走一步。如选择单周期工 作方式，按下启动按钮后，从初始步开始，机械手按顺序功能图（见图 2）的规定 完成一个周期的工作后，返回并停留在初始步。 图 2 机械手的单周期控制顺序功能 原点下降夹紧上升右移 左移上升放松下降 原点下降夹紧上升右移 左移上升放松下降 共 52 页 第 3 页 装 订 线 选择连续工作方式时，在初始状态按下启动按钮后机械手从初始步开始一个周 期一个周期地反复连续工作，按下停止按钮，并不马上停止工作，完成最后一个周 期的工作后，系统才返回并停留在初始步。在选择单周期、连续和单步工作方式之 前，系统应处于原点状态。如不满足这一条件，可选择原点工作方式，然后按回原 点启动按钮，使系统自动返回原点状态。 在连续工作方式下设置两种停车状态： 正常停车：在正常工作状态下的停车。按下停车按钮，机械手完成最后一个周 期的工作后，返回原点自动停车。 紧急停车：在发生故障或紧急状态时的停车。按下紧急停车按钮，机械手停止 在当前执行状态。当故障排除后，需手动回原点。 2.2 装置简介装置简介 参照图 1 机械手结构图，机械手在连续工作方式下，机械手按下述顺序周 而复始地搬物：（如图 3） 1）原位状态下（机械手在左、上限位置） ，按启动按钮，机械手开始下降。 2）下降到下限位行程开关动作，下降结束，机械手开始夹紧。 3）机械手夹紧工件，直到计时器计时时间到，上升运动开始。 4）上升到上限行程开关受压动作，上升运动结束，机械手开始右移。 5）右移到右限行程开关受压动作，右移运动结束，等待工件检测信号。 6）待无工件信号到来，机械手开始下降。 7）下降到下限行程开关受压动作，下降运动结束，机械手开始放松。 8）机械手放松工件，直到计时器计时时间到，上升运动开始。 9）上升到上限行程开关受压动作，上升运动结束，机械手开始左移。左移到左 限行程开关受压动作，左限运动结束，机械手回到原始状态，一个工作循环完毕。 上上 上上上 上8上上上 上4上上上 上上上 上上上 上 上7上上5上 上上上 B上A上 上6上上上上2上上上 上 上1上 上3上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 上 共 52 页 第 4 页 装 订 线 图 3 机械手工作循环过程图 机械手的上升和下降、左行和右行由不同继电器来控制不同电机的正反转来实 现，夹紧和放松由二位四通的电磁阀控制的。气缸采用 QGBQ 系列，属自保持式双 电控阀气缸，工作压力为 0.150.8Mpa，其电磁换向阀有记忆功能，当切断电信号 时，阀位不变，气缸活塞位置保持不变，系统不受突然断电的干扰。图 4 为机械手 示意图，机械手的任务是将 A 工作台上的工件搬到 B 工作台。 图 4 机械手结构图 A上B上 上上上上 上上 上上上上 上上 上上 上上 上上 共 52 页 第 5 页 装 订 线 第第 3 章章 PLC 选型及资源配选型及资源配置置 3.1 PLC 原理及应用原理及应用 3.1.1 可编程控制器 国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：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。 3.1.2 PLC 的发展趋势 1.小型化方向发展 目前的小型 PLC 大都局限在开关量输入输出，而且 CPU 和 I/O 组装在一个箱体， 今后的小型 CPU 也将增加模拟量处理功能。而且将有灵活的组态特性，并且能与其 的机型连用。 、 小型的 PLC 的基本特点是价格低廉，经济可靠，适用回路或设备简单的单机控 制，便于“机电仪一体化” 。 2.大型化发展方向 （1）功能不能加强，不仅具有逻辑运算，计数定时等基本功能，还具有数值运 算。模拟调节、监控、记录、显示等功能。 网络功能是 PLC 的发展一个重要特征。各种个人计算机，图形工作站，小型机 等都可作为 PLC 的控制主机或工作站，这些装置的结合能后给屏幕显示、数据采集。 记录保存、回路面版等功能提示。大量的 PLC 联网及不同厂家生产的 PLC 兼容性强， 使用较易的进行分散或集中控制管理。 （2）应用范围不断扩大：不仅可进行一般的逻辑控制，还能进行中断控制，智 能控制、过程控制及远程控制。 （3）性能不断的提高，采用高性能的微处理器提高处理速度，加快 PLC 的响应 时间，为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存贮器或硬盘，采用多处理技术， 以提高性能，提高 PLC 的可靠性。 （4）编程软件的多样化和高级化。多种编程语言，有面向顺序控制的步进顺序 共 52 页 第 6 页 装 订 线 语言和面向过程控制系统的流程图语言，后者为一种面向功能快的语言，如基本， C 及汇编语言，另外还头专用的高级语言。PC 也将具有数据库，并可实现整个网络 的数据共享，还将不断发展适用控制和专家系统。 （5）构成形式的分散和集中化，PLC 与 I/O 接口分散，分散的每个 I/O 口输入 输出点可少到十几点，分散的单元可以几十个或上百个。PLC 的本身也可分散，分 散的 PLC 可以连接，这样可将集中控制中存在的“危险集中”化为“危险分散” 。分 散的 PLC 与上位机结合构成集散系统，分散得进行控制，这就便于构成多层控制， 以实现整个工厂或企业的自动化控制和管理。 3.1.3 与单片机相比较 PLC 的特点 单片机具有结构简单，使用方便，价格比较便宜等特点，一般用于数字采集和 工业控制，但由于单片机不是专门针对工业现场的自动化控制而设计的，与 PLC 相 比有以下缺点： （1）不如 PLC 容易掌握：单片机一般要用机器指令或其助记符编程，这就要求 设计人员具有一定的计算机硬件和软件知识，对于只熟悉机电控制的技术人员来说， 需要相当一般时间的学习才能掌握。 PLC 本身是微机系统，提供给用户使用是电控人员所熟悉的梯形图语言，使用 的术语仍然是“继电器”一类的术语，大部分指令与继电器触点的串联、并联、串 联与并联。并串联等相对应，这就使熟悉机电控制的工程技术人员一目了然。对于 使用者来说，不必去关心文集的一些技术问题，而只要用较短的时间去熟悉 PLC 的 指令系统及操作方法，就能应用到工业现场。 （2）不如 PLC 使用简单：用单片机来使用自动控制，一般要在输入输出接口上 大量的工作。例如要考虑现场与单片机的连接，接口的扩展，输入输出信号的处理。 接口工作方式等问题，除要设计控制程序，还要在单片机的外围做很多软件和硬件 方面的工作，调试也比较麻烦，而 PLC 的 I/0 口已经做好，输入接口可以输入信号 直接连接，非常方便；输出接口具有一定的驱动能力，例如继电器输出，其输出触 点容量可达 2200V，2A。且 I/O 口均有光电耦合环节，抗干扰能力强。 （3）不如 PC 可靠：用单片机做工业控制，突出问题是抗干扰性能差，而 PC 是 专门用于工程现场的自动控制装置，在系统硬件和软件上都采用了抗干扰措施。 当然 PLC 在数据采集、数据处理等方面不如单片机。总之，PLC 用于控制，稳 定可靠，抗干扰能力强，使用方便，但单片机的通用性和适应性强。 3.1.4 PLC 的基本组成及工作原理 PLC 的基本组成： 广义上来讲，PLC 也算是计算机控制系统，只不过它比一般的计算机更强的与 共 52 页 第 7 页 装 订 线 工业过程相连接的接口和更直接适应于控制要求的编程语言，所以 PLC 的基本组成 也包含着中央处理器（CPU）存贮器输入输出（I/O）接口、电源等，如图 5 所示： 图 5 PLC 的基本组成框图 由于 PLC 的中央处理器都是由微处理器，单片机或位片试计算机组，存贮器及 I/O 不见的形式也多种多样，因此，也可将 PLC 的组成以微型计算机控制系统常用 的总线结构形似表示。 输 入 部 件 中央处理器 储存器 输 出 部 件 编程器 来自用户设备至用户设备至用户设备 微处理 器 CPU 系统程 序 ROM 用户数 据 用户程 序 ROM 编程器 功能开 关指示 器 输入滤 波电平 旋转 输入锁 存电平 转换 光电耦 合 光电耦合 继电器 可控硅 智能 I/O 储存器 概括 来自现场 去现场 共 52 页 第 8 页 装 订 线 图 6 总线结构示意图 PLC 的工作原理： 最初研制生产的 PLC 主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置， 但这两者的运行方式是不相同的： 继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或 断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位 置上都会立即同时动作。 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈 或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即 动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各 类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样 在对于 I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么 区别了。 第（n-1）个 扫描周期 第 n 个扫描周期 第（n+1）个 扫描周期 输出刷新 输入采样 用户程序执行 输出刷新输入采样 PLC 执行过程 1扫描技术 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执 行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间， PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 （1） 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们 共 52 页 第 9 页 装 订 线 存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷 新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单 元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必 须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 （2） 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯 形图）。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制 线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然 后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者 刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规 定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状 态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内 的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排 在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其 被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起 作用。 （3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外 设。这时，才是 PLC 的真正输出。 2PLC 的 I/O 响应时间 为了增强 PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC 的每个开关量输入端都采 用光电隔离等技术。 为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC 采用了不同于一般微型 计算机的运行方式（扫描技术）。 以上两个主要原因，使得 PLC 得 I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制 系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更 长。 所谓 I/O 响应时间指从 PLC 的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改 变 所需的时间。其最短的 I/O 响应时间与最长的 I/O 响应时间如图所示： 第（n-1）个 扫描周期 第 n 个扫描周期 第（n+1）个 扫描周期 输出刷新 输入采样 用户程序执行 输出刷新输入采样 最短 I/O 响应时 共 52 页 第 10 页 装 订 线 最短 I/O 响应时间： 最短响应时间 最长 I/O 响应时间： 第 N 个扫描周期第 N+1 个扫描周期 输入采样输入采样用户执行程序用户执行程序输出刷新 输出刷新 最长 I/O 响应时 最长响应时间 3.1.5 PLC 各组成部分的作用 1.输入部件 输入部件是 PLC 与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进号入 PLC 的桥梁。该部件接受由主令元件，检测元件的信号。 主令元件是由用户在控制键盘（或控制台）上操作的一切功能键、如开机、开 机、调试或紧急停车等按键。主令元件给出的信号称为主令信号。检测件的功能是 检测一些物理量在设备工作进程中的状态，并通过输入部件送入 PLC 以控制工件程 序的转换等。常见的检测元件有行程开关、限位开关、光点检测开关、继电器触点 及其它各类传感器等。 输入方式有两种，一种是数字量输入，另一种是模拟量输入。后者要经过模拟/ 数字变换部件进入 PLC，输入部件均带头交点耦合电路，其目的是 PLC 与外部电路 隔离开关，以提高 PLC 部件上设有输入接线端子排。为了滤除信号的噪声和便于 PLC 内部对信号的处理，输入部件上没有输入的滤波，电平转换。信号锁存电路。 各 PLC 生产厂家都提供了多种形式的 I/O 部件或模块，供用户选用。 2.输出部件 它也是 PLC 与现场设备之间的连接部件，其功能是控制设备进行工作（如电机 的启动、停、正转、反转、闸门的开和关。设备的转动，移动、升降） 。对于 PC， 共 52 页 第 11 页 装 订 线 能直接驱动执行元件，如电磁闸、微电机、接触器、灯和音响等。因此，输出部件 中的继电器，无触点的交流开关（如双向可控硅）及直流开关（如晶体三极管）等。 与输入部件类似，输出部件上也存有输出状态锁存、显示。电平转换和输出接 线端子排。输出的部件或模块也有多种类型存在供选用。 3.中央处理器（CPU） 与一般的计算机控制系统一样。CPU 是整个 PLC 系统的核心，他按 PLC 中系统 程序赋予的功能，指挥 PLC 有条不紊地进行工作。其主要任务有控制从编程器键入 的用户程序和数据的接受与存贮，用扫描方式通过 I/O 部件接受现场的状态或数据。 并存入输入状态表或数据存贮器中，诊断电路、PLC 内部电路的工作和编程中的语 法错误等，PLC 进入运算状态后，从存贮逐条读取用户指令，经过命令解释后按指 令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等，根据运算结果，更新有关的状态 和输出寄存器表的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通讯功能。 与能用微型机不同的，PLC 具有面向电气技术人员的开发语言。通常以虚拟的 输入继电器输出继电器、中间辅助继电器、时间继电器、计数器等交给用户使用， 这些虚拟的继电器也称“软经常性电器”或“软元件” ，理论上具有无限的常开。常 闭触点在且只能在 PLC 上编程时使用，至于具体结构，对用户透明。 目前，小型 PLC 为单 CPU 单系统，而中型及大型 PLC 则为从 CPU 甚至多 CPU 系 统。对于双 CPU 来说，一般具有一个位处理器和一字处理器，字处理器 CPU 这个核 心之核心，常由通用的 8 位、16 位和 32 位微处理器担任，如 Z80、8050、MCS51 等。字处理器执行所有的编程器接口功能，监视内部定时位处理在有的系统中也称 布尔处理机，位处理器采用半用户专用的芯片来实现，不仅使 PLC 增加了功能，提 高了速度，也提高了 PLC 的保密功能。PLC 中位处理器的主要作用有两个，一个是 直接处理一些指令，从而提高了位指令的处理速度，减少了位指令对字处理器的压 力。二是将 PLC 的面向工程技术人员的语言（梯形图，控制流程图等）转换机器语 言。 4存贮器及存贮器的扩展 与普通微机系统中的存贮器功能相似，用来存贮系统程序和用户的程序与数据。 系统程序存贮器是指用来存放系统管理。用户指令解释及标准程序模块，系统调用 等程序的存贮器常用 EPROM 构成。用户存贮器用来存贮用户编制的梯形图程序或用 户数据。存贮用户程序的叫用户存贮器，常用 EPROM 构成。存储用户数据的叫用户 数据存贮器，为了防止掉电时信息的丢失，有后备电池作保护来维持。 由于 PLC 系统程序关系到 PLC 的性能，不能由用户直接存取，因同，PLC 产品 样本或使用中大部分所列的存贮器形式及其容量系指用户器而言。 共 52 页 第 12 页 装 订 线 PLC 中已提供一定的容量的存贮器供用户使用，但对有些用户还不够用。因此 大部分 PLC 都提供了存贮器扩展功能，用户可以将新增加的存贮扩展模板直接插入 CPU 模板中，也有的插入中央基板中。 5.通讯接口 为了实现“人-机”或“机-人”之间的对话，PLC 配有多种通讯接口，PLC 通过 这些通讯接口可以与监视器，打印机，其他的 PLC 或计算机相连接在一起。 与 PLC 与打印机相连接时，可将过程信息。系统参数等输出打印机的打印，当 与监视器（CRT）相连时，可将过程图象显示出来，当与其它的 PLC 现更大规模的控 制。当与计算机相连时，可以组成多级化控制系统，实现系统与管理结合的综合系 统。 6.只能 I/O 接口 为了满足更多复杂的控制功能需要，PLC 配有多种的只能 I/O 接口。例如，满 足位置调节需要的位置闲环控制摸板，对高速脉冲进行计数和处理的高速计数模板 等等。这类只能模板有其自身处理系统。 7I/O 扩展接口 一个 PL 中心单元的 I/O 点数不够用时要对系统进行扩展，扩展接口用于中心基 本单元和扩展单元。 8功能开关与指示灯 开关是用来控制 PLC 工作状态的，如变成，调试，监视，运行开关等。指示灯 有 PLC 工作状况指示，电源指示，电压过低指示。 9编程器 它的作用是供用户进行系统的编制、编辑、调试和监视。有时的编程器还可与 打印机或磁带相连，以将用户程序和有关信息打印出来存放在磁带上，磁带上的信 息可以重新装入到 PLC。 10其它部件 PLC 还可以配有盒式磁带机，EPROM 写入器等其它外部设备。 3.2 控控制系统制系统 构成图构成图 3.2.1 控制系统如 图 上上 上上 上上 上上 上上上上 上上上上 PLC 上上/上上 上上/上上 上上/上上 上上上上 共 52 页 第 13 页 装 订 线 图 7 机械手控制系统图 3.2.2 输入/输出分析 分析系统信号输入/输出要求，系统 I/O 信号全部为开关量，其中： （1）输入信号为十八个开关量信号，它们分别为：启动、停止、紧急停车、手 动/单步/单周期/连续、上限、下限、左限、右限、工作检测、上升、下降、左移、 右移、夹紧和放松。 （2）输出信号为七个开关量控制信号，它们分别为：上升、下降、左移、右移、 夹紧和原点指示。 3.2.3 用户程序容量估计 分析系统控制要求，一个工作循环分成 10 个工步，每一工步完成一些简单的工 作。因此，控制用的程序估计较短，约在两百步之内。 3.3 PLC 选型选型 3.3.1 PLC 机型选择 综合分析要求，考虑系统的经济性和技术指标，三菱公司微型 PC，机型 FX- 48MR。 3.3.2 FX2N 系统的基本单元 FX2N 系列是 FX 家族中最先进的 PLC 系列。 FX2N 基本单位有 16/32/48/65/80/128 点，六个基本 FX2N 单元中的每一个单元 都可以通过 I/O 扩展单元扩充 256I/O 点，其基本单元如表 1 所示。 表 1 FX2N 系列的基本单元 共 52 页 第 14 页 装 订 线 型号 继电器输出可控硅输出晶体管输出 输入点数输出点数扩展模块 可用点 FX2n-16MR-001FX2n-16MSFX2n-16MT882432 FX2n-32MR-001FX2n-32MSFX2n-32MT16162432 FX2n-48MR-001FX2n-48MSFX2n-48MT24244864 FX2n-64MR-001FX2n-64MSFX2n-64MT32324864 FX2n-80MR-001FX2n-80MSFX2n-80MT40404864 FX2n-128MR-001FX2n-128MT64644864 FX2N 具有丰富的元件资源，有 3072 点辅助继电器。提供了多种特殊功能模块， 可实现过程控制位置控制。有多种 RS-232/RS-422/RS-465 串行通信模块或功能扩展 板支持网络通信。FX2N 具有较强的数学指令集，使用 32 位处理浮点数。具有方根 和三角几何指令满足数学功能要求很高数据处理。 3.3.3 FX 系列的部分特殊功能模块 1.模拟量输入输出模块 （1）模拟量输入模块 FX2N-2AD，该模块为 2 路电压输入（010VDC，05VDC） 或电流输入（420mA DC）,12 位高精度分辨率，转换的速度为 2.5ms/通道。这个模 块占用 8 个 I/0 点，适用 FXIN、FX2N、FX2NC 子系列 （2）模拟量输出模块 FX2N-2AD，该模块用于将 12 位的数字量转换成 2 点模拟 输出。输出的形式可为电压，也可为电流。其选择取决于接线不同。电压为输出时， 两个模拟输出通道输出信号为 010VDC，05VDC；电流输出时为 420mA DC。分辨率 为 2.5mV（010VDC）和 4A（420mA DC） 。数字到模拟的转换特性可进行调整。转 换速度为 4ms/通道。本模块需占用 8 个 I/0 点。适用于 FXIN、FX2N、FX2NC 子系列。 2. PID 过程控制模块 FX2N-2LC 温度调节模块是用在温度控制系统中。该模块配有 2 通道的温度输入 和 2 通道晶体管输出，即一块能组成两个温度调节系统。该模块提供了自调节的 PID 控制和 PI 控制，控制的运行周期为 500ms，占用 8 个 I/O 点数。可用于 FX1N、FX2N、FX2NC 子系列。 3. 定位控制模块 在机械手工作运行过程中工作的速度与精度往往存在矛盾，为提高机械效率而 提高速度时，停车控制上便出现了问题。所以进行定位控制是十分必要的。举一个 简单的例子，电机带动的机械有启动位置返回原位，如以最快的速度返回。由于高 共 52 页 第 15 页 装 订 线 速停车惯性大，则在返回原位时偏差必然较大。 在位置控制系统中常会采用伺服电机和步进电机作为驱动装置。即可采用开环 控制，也可采用闭环控制。对于步进电机，我们可以采用调节发送脉冲的速度改变 机械的工作速度。使用 FX 系列 PLC，通过脉冲输出形式的定位单位或模块，即可实 现一点或多点的定位。下面介绍 FX2N 系列的脉冲输出模块和定位控制模块。 （1）脉冲输出模块 FX2N-1PG，FX2N-1PG 为脉冲发生器单元可以完成一个对独 立轴的定位，这是通过向伺服或步进电机的驱动放大器提供指定数量的脉冲来实现 的。FX2N-1PG 只用于 FX2N 子系列，用 FROM/TO 指令设定各中参数，读出定位值和 运算速度。该模块占用 8 个 I/O 点。输出最高为 100KHz 的脉冲串。 （2）定位控制器 FX2N-10GM，FX2N-10GM 为脉冲序列输出单元，它是单轴定位 单元，不仅能处理单速定位和中断定位，而且能处理复杂的控制。如多速操作。 FX2N-10GM 最多可有 8 个连接在 FX2N 系列 PLC 上。最大输出脉冲为 200KHz。 （3）定位控制器 FX2N-20GM，一个 FX2N-20GM 控制两个轴。可执行直线插补、 圆弧插补或独立的两轴定位控制，最大输出脉冲串为 200KHz(在插补期间，最大为 100KHz)。FX2N-10GM、FX2N-20GM 均具用流程图的编程软件可使程序的开发具有可 视性。 （4）可编程凸轮开关 FX2N-1RM-E-SET，在机械传动中经常要对角位置检测。 在不同的角度位置时发出不同的导通、关断信号。过去采用凸轮开关，机械式开关 虽然精度高但易磨损。FX2N-1RM-SET 可编程凸轮开关可用来取代机械凸轮开关实现 高精度角度位置检测。配套的转角传感器电缆长度最长可达 100m。应用时与其它可 编程凸轮开关主题、无刷分解器等一起可进行高精度的动作角度设定和监控，其内 部有 EEPROM，无需电池。可储存 8 种不同的程序。FX2N-1RM-SET 可接在 FX2N 上， 也可单独使用。FX2N 最多可接 3 块。它在程序中占用 PLC8 个 I/O 点。 4. 数据通信模块 PLC 的通信模块是用来完成与别的 PLC，其他智能控制设备或计算机之间的通信。 以下简单介绍 FX 系列通信用功能扩展板、适配器及通信模块。 （1）通信扩展板 FX2N-232-BD,FX2N-232-BD 是以 RS-232C 传输标准连接 PLC 与 其他设备的接口板。诸如个人计算机、条码阅读器或打印机等。可安装在 FX2N 内部。 其最大传输距离 15 米，最高波特率 19200bit/s，利用专用软件可实现对 PLC 运行 状态监控，也可方便的由个人计算机向 PLC 传送程序。 （2）通信借口模块 FX2N-232IF：FX2N-232IF 连接到 FX2N 系列 PLC 上，可实现 与其它配有 RS232C 接口的设备进行全双工串行通信。例如个人计算机，打印机，条 码读出器等。在 FX2N 系列上最多可连接 8 块 FX2N-232IF 模块。用 FROM/TO 指令收 发数据。最大传输距离为 15 米，最高波特率 19200bit/s，占用 8 个 I/O 点。数据 长度、串行通信波特率等都可由特殊数据寄存器设置。 共 52 页 第 16 页 装 订 线 （3）通信扩展板 FX2N-485-BD：FX2N-485-BD 用于 RS-485 通信。它可以应用于 无协议的数据传送。FX2N-485-BD 在原协议通信方式时，利用 RS 指令在个人计算机、 条码阅读器、打印机之间进行数据传送。传送的最大传输距离为 50 米，最高波特率 19200bit/s，每一台 FX2N 系列 PLC 可安装一块 FX2N-485-BD 通信板。除利用此通信 板实现与计算机的通信外，还可以用它实现两台 FX2N 系列 PLC 之间的并联。 （4）通信扩展板 FX2N-422-BD：FX2N-422-BD 应用于 RS-422 通信。可连接 FX2N 系列的 PLC 上，并作为编程或控制工具的一个端口。可用此接口在 PLC 上连接 PLC 的外部设备、数据存储单元和人机界面。利用 FX2N-422-BD 可连接两个数据存 储单元（DU）或一个 DU 系列单元和一个编程工具，但一次只能连接一个编程工具。 每个基本单元只能连接一个 FX2N-422-BD，且不能与 FX2N-485-BD 或 FX2N-232-BD 一起使用。 （5）接口模块 MSLSECNET/MINI 采用 MSLSECNET/MINI 接口模块，FX 系列 PLC 可用作为 A 系列 PLC 的就地控制 站，构成集散控制系统。 5. 高速计数模块 PLC 中普通的计时器由于受到扫描周期的限制，其最高的工作效率不高，一般 仅有几十 KHz，而在工业应用中有时超过这个工作频率。高速计数器模块就是为了 满足这一要求，它可达到对几十 K 以上，甚至 MHz 的脉冲计数。FX2N 内部设有高速 计数器，系统还配有 FX2N-1HC 高速计时器模块，可作为 2 相 50KHz 一通道的高速计 数，通过 PLC 的指令或外部输入可进行计时器的复位或启动，其技术指标如表 2 所 示。 共 52 页 第 17 页 装 订 线 3.4 FX 系列系列 PLC 的编程器及其它外部设备的编程器及其它外部设备 3.4.1 FX 系列编程器 编程器是 PLC 的一个重要外围设备，用它将用户程序写入 PLC 用户程序存储器。 它一方面对 PLC 进行编程，另一方面由能对 PLC 的工作状态进行监控。随着 PLC 技 术的发展，编程语言的多样化，编程器的功能也不断增加。 1. 简易编程器：FX 型 PLC 的简易编程也较多，最常用的是 FX-10P-E 和 FX-20- E 手持简易编程器。它们具有体积小、重量轻、价格便宜、功能强的特点。有在线 编程和离线编程两种方式。显示采用液晶显示屏，分别显示 2 行和 4 行字符，配有 项目描述 信号等级5V12V 和 24V 依赖于连接端子。线气动器输出型连接到 5V 端子 上 频率单相单输入：不超过 50KHz 单相双输入：每个不超过 50KHz 双相双输入：不超过 50KHz（1 倍数） ；不超过 50KHz（2 倍数） ； 不超过 50KHz（4 倍数） 32 位二进制计数器：-2147463648 至2147483647计时器范围 16 位二进制计数器：0 至 65535 计数方式自动时向上/向下（单相双输入或双相双输入） ；当工作在单相 单输入方式时，向上/向下由一个 PLC 或外部输入端子确定 比较类型YH：直接输出，通过硬件比较器处理 YS：软件比较器处理后输出，最大延时时间 300ms 输出类型NPN 开路输出点 2 点 5 到 24V 直流每点 0.5A 辅助功能可以通过 PLC 的参数来设置模式和比较结果； 可以监测当前值、比较结果和误差 占用的 I/O 点数这个块占用 8 输入或输出点（输入或输出均可） 基本单元提供的电 源 5V、90mA 直流（主单元提供的内部电源或电源扩展单元） 适用的控制器FX1N/FX2N/FX2NC（需要 FX2NC-CNV-IF） 尺寸(宽)(厚) (高) 558790mm(2.713.433.54 英寸) 质量0.3Kg（0.66Ibs） 共 52 页 第 18 页 装 订 线 ROM 写入器接口、存储器卡盒接口。编程器可用指令表的形式读出、写入、插入和 删除指令，进行用户程序的输入和编辑。可监视位编程元件的 ON/OFF 状态和字编程 元件中的数据。如计数器、定时器的当前值及设定值、内部数据寄存器的值以及 PLC 内部的其他信息。有关编程器的使用参考相对应的编程器手册。 2. PC 机+编程开发软件：FX 系列还有一些编程开发软件，如 GX 开发器。它可 以用于生成涵盖所有三菱 PLC 设备软件包，使用该软件可以为 FX、A 等系列 PLC 生 成程序。它在 Windows 操作平台上运行，便于操作和维护，可以用梯形图、语句表 等进行编程，程序兼容性强。FX-PCS/WIN-E-C 编程软件包也是一个专门用来开发 FX 系列 PLC 程序的软件包。可用梯形图、指令表和顺序功能图来写入和编辑程序，并 能进行各种编程方式的互换。它运用于 Windows 操作系统，这对于调试操作和维护 操作来说可以提高工作效率，并且有较强的兼容性。 3.4.2 其它外部设备 在一个 PLC 控制系统中，人机界面也是非常重要。还有一些辅助设备，如：打 印机、EPROM 写入器外存模块等。 3.5 FX 系列系列 PLC 各单元模块连接各单元模块连接 KX 系列 PLC 吸收了整体式和模块式 PLC 的优点，各单元间采用叠装式连接，即 PLC 的基本单元、扩展单元和扩展模块深度及高度均相同，连接时不用基板，仅用 扁平电缆连接，构成一个整齐的长方体。使用 FRON/TO 指令的特殊功能模块，如模 拟量输入和输出模块、高速计数器模块，可直接连接到 FX 系列的基本单元，或连到 其它扩展单元、扩展模块的右边。根据它们与基本单元的距离，对每个模块按 07 的顺序编号，最多可连接 8 个特殊功能模块。 3.6 FX 系列系列 PLC 的性能指标的性能指标 在使用 FX 系列 PLC 之前，需对其的主要性能指标进行认真查阅，只有选择了符 合要求的产品才能达到既可靠又经济的要求。 3.6.1 FX 系列 PLC 性能比较 以上我们已对 FX 系列 PLC 的基本单元、扩充单元及特殊功能模块等做了简介， 尽管 FX 系列中 FXOS、FX1S、FX2N 等在外外行尺寸上相差不多，但在性能上有教大 的差别，其中 FX2N 和 FX2NC 子系列，在 FX 系列 PLC 中功能最强、性能最好。FX 系 列 PLC 主要产品的性能比较如表 3 所示。 共 52 页 第 19 页 装 订 线