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机械手自动上下料的plc控制设计【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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关键词：: 机械手自动上下 plc 控制节制设计全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过气缸控制机械手吸盘，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的机械手可在空间吸取放开物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。

本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用驱动和PLC控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用驱动，控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。

通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。

关键词: 机械手，交流电机,可编程控制器（PLC），自动化控制，。

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Abstract

Manipulator industrial robot systems traditional mandate, The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters.

In this paper, by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulator's moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance.

Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design.

Key words: manipulator ；AC motor ； programmable logic controller (PLC)； automatic control；sorting material

摘要II

AbstractIII

目录IV

第一章绪论1

1.1 研究的目的及意义1

1.2 机械手在国内外现状和发展趋势1

1.3 主要研究的内容2

1.4 解决的关键问题3

第二章可编程控制PLC4

2.1 PLC 简介4

2.2 PLC的基本组成及各部分作用5

2.2.1中央处理单元(CPU)5

2.2.2存储器6

2.2.3 I/0单元6

2.2.4电源部分6

2.2.5扩展接口6

2.2.6通信接口6

2.2.7编程器7

2.3 PLC的应用领域7

2.4 PLC 的工作原理8

2.5 PLC 机型的选择方法9

第三章驱动系统的分析与选择13

3.1 驱动系统的分析与选择13

3.2 机械手驱动系统的控制设计14

3.3 元件选取及工作原理15

3.3.1 气源装置15

3.3.2 执行元件16

3.3.3 控制元件17

3.3.4 辅助元件18

3.3.5 真空发生器18

3.3.6 吸盘19

3.4 回路的工作原理19

第四章 PLC控制系统的分析设计23

4.1 控制系统的组成结构23

4.2 控制系统的性能要求23

4.3 传感器的选择24

4.3.1 位置检测装置24

4.3.2 吸盘传感器24

4.4 控制系统PLC的选型及控制原理25

4.4.1 PLC控制系统设计的基本原则25

4.4.2 PLC种类及型号选择26

4.4.3 I/O点数分配27

4.4.4 PLC外部接线图28

4.4.5 机械手控制原理28

4.5 PLC程序设计31

总结与展望34

参考文献35

致谢36

附录梯形图37

第一章绪论

1.1 研究的目的及意义

机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以实现生产的机械化和自动化可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。

本课题试图开发PLC对机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，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，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。

PLC梯形图.gif

电器原理图.gif

接线图.gif

全部图纸.gif

内容简介：: 大学本科毕业论文（设计） I 宁XX 大学毕业设计 (论文 ) 机械手自动上下料的 plc 控制设计分院：专业：班级：姓名：学号：指导教师：年月 nts 大学本科毕业论文（设计） II 摘要机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件之一。本文介绍的机械手是由 PLC 输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给 PLC 主机；位置信号由接近开关反馈给 PLC主机，通过气缸控制机械手吸盘，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的机械手可在空间吸取放开物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了用驱动和 PLC 控制的设计方案。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。在其驱动系统中采用驱动，控制系统中选择PLC 的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动、故障报警等功能。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型机械手的设计方案，对其他经济型 PLC 控制系统的设计也有一定的借鉴价值。关键词 : 机械手，交流电机 ,可编程控制器（ PLC），自动化控制，。 nts 大学本科毕业论文（设计） III Abstract Manipulator industrial robot systems traditional mandate, The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a manipulator by three PLC output pulse, driving horizontal, the vertical axis transducer, control manipulator axis horizontal and vertical positioning precision, micro-switches position signal transmission will host PLC; location close to the switching signal from the feedback from the mainframe to the PLC, through the exchange of Motor reversion to control the manipulator gripper Zhang, thus achieving accurate manipulator movement functions. The topics to be developed by the Manipulator grasping be up in space objects, movements flexible, diverse, can replace the artificial heat and dangerous operation conducted operations, According to the workpiece can change the campaign process and the requirements of any changes to the relevant parameters. In this paper, by reviewing the developmental status of the manipulator in recent years, combining the design of manipulator and systematic analyzing technology of the manipulator, We proposed the design scheme that the manipulator was driven by the pneumatic and the system was controlled by PLC. Integrative idea was adopted in this design to fully consider the characteristics of the software and hardware and complementary optimization. We analyzed and designed the overall structure, the implementation of structural, driving system and control system of the manipulator. We used pneumatic-driven in the driving system, PLC control unit in the control system to complete initialization of the system, manipulators moving, failure alarm and so on. Finally we put forward a control strategy which is simple, easy to realize, and clear theoretical significance. Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. Key words: manipulator ； AC motor ； programmable logic controller (PLC)； automatic control； sorting material nts 大学本科毕业论文（设计） IV 目录摘要 . II Abstract . III 目录 . IV 第一章绪论 . 1 1.1 研究的目的及意义 . 1 1.2 机械手在国内外现状和发展趋势 . 1 1.3 主要研究的内容 . 2 1.4 解决的关键问题 . 3 第二章可编程控制 PLC . 4 2.1 PLC 简介 . 4 2.2 PLC 的基本组成及各部分作用 . 5 2.2.1 中央处理单元 (CPU) . 5 2.2.2 存储器 . 6 2.2.3 I/0 单元 . 6 2.2.4 电源部分 . 6 2.2.5 扩展接口 . 6 2.2.6 通信接口 . 6 2.2.7 编程器 . 7 2.3 PLC 的应用领域 . 7 2.4 PLC 的工作原理 . 8 2.5 PLC 机型的选择方法 . 9 第三章驱动系统的分析与选择 . 13 3.1 驱动系统的分析与选择 . 13 3.2 机械手驱动系统的控制设计 . 14 3.3 元件选取及工作原理 . 15 3.3.1 气源装置 . 15 3.3.2 执行元件 . 16 3.3.3 控制元件 . 17 nts 大学本科毕业论文（设计） V 3.3.4 辅助元件 . 18 3.3.5 真空发生器 . 18 3.3.6 吸盘 . 19 3.4 回路的工作原理 . 19 第四章 PLC 控制系统的分析设计 . 23 4.1 控制系统的组成结构 . 23 4.2 控制系统的性能要求 . 23 4.3 传感器的选择 . 24 4.3.1 位置检测装置 . 24 4.3.2 吸盘传感器 . 24 4.4 控制系统 PLC 的选型及控制原理 . 25 4.4.1 PLC 控制系统设计的基本原则 . 25 4.4.2 PLC 种类及型号选择 . 26 4.4.3 I/O 点数分配 . 27 4.4.4 PLC 外部接线图 . 28 4.4.5 机械手控制原理 . 28 4.5 PLC 程序设计 . 31 总结与展望 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 36 附录梯形图 . 37 nts 大学本科毕业论文（设计） 1 第一章绪论 1.1 研究的目的及意义机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以实现生产的机械化和自动化可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物，并以成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合，应用得更为广泛。在我国，近几年来也有较快的发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题试图开发 PLC对机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，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，广泛应用于柔性生产线。采用 PLC控制，是一种预先设定的程序进行的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。 1.2 机械手在国内外现状和发展趋势目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、 oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的 KUKA、 CLOOS、瑞典的ABB、意大利的 C0毗 U及奥地利的工 GM公司。机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作；代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保nts 大学本科毕业论文（设计） 2 证产品质量。机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统 (FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 1.3 主要研究的内容随着机械手技术的飞速发展和机械手应用领域的不断深化，不仅要求其控制可靠性强、使用灵活性高和操作灵活性好，还要其成本低、可开发经济性强。本论文主要研究机械手以下几个方面的内容：夹紧装置固定在数控工作台上，夹紧装置是用橡胶软盘做的模型，如上图下面是气缸推动倒 U 型夹子上松下紧椭圆球面镜。当加工完后，数控工作台退到固定位置 A，不接触型行程开关动作，夹紧装置向上松开，碰到开关后气动吸盘机械手从 D 伸长到 A 处位镜子上方，再下降，然后吸取镜片；然后转到放成品的 B 处，下降松开镜片；再上升然后缩短到毛胚 C 处，下降吸取毛胚镜，上升后转到 D 处，再伸长到夹紧 A 处，再下降后松开，再上升后退到 D 处，最后夹紧装置夹紧毛胚镜片。要求独立完成工业机械手 PLC 控制系统设计。连续运行，在原点位置按起动按钮时，机械手按图连续工作一个周期，一个周期的工作过程如下： nts 大学本科毕业论文（设计） 3 D伸长到 A工位处，下降吸取成品上升 - 转动到成品 B工位，下降放松上升，缩短到原料 C工位，下降吸取原料上升，转到 D工位 D伸长到 A,下降再退回放松上升，回到 D位，再重复此循环。位置可用不接触式或接触式行程开关，机械手与夹紧都用气缸传力，气阀可以选中间位停止的，虽然较贵， PLC选用三菱）这样改后旋转气缸就只有一个角度 A,B处装有挡板使定位精确。位置可用不接触式或接触式行程开关，机械手与夹紧都用气缸传力，气阀可以选中间位停止的，虽然较贵， PLC选用三菱）这样改后旋转气缸就只有一个角度 A,B处装有挡板使定位精确。任务要求： PLC外部接线图，以及其它相关设备的电气图； PLC编程元件明细表，应包含定时器、计数器等元件的设定值；完整的程序资料，应包括 PLC工序图、梯形图程序及注解。 1.4 解决的关键问题 1 机械手的控制系统，包括控制系统的电路和控制程序，并解决工件和控制系统的协调问题。 2 元件的匹配规则和知识的获取及其表达形式。 3 传感器的类型选择。 nts 大学本科毕业论文（设计） 4 第二章可编程控制 PLC 2.1 PLC 简介 PLC（ Programmable Logic Controller），是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。世界上公认的第一台 PLC 时 1969 年美国数字设备公司（ DEC）研制的。限于当时的元件条件及计算机发展水平，早期的 PLC 主要分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数等功能。 20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。因而人们称可编程控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、 PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得了广泛的应用。例如，在世界第一台可编程控制器的诞生地美国， 1982 年的统计数字显示，大量应用可编程控制器的工业厂家占美国重点工业行业厂家总数的 82%，可编程控制器的应用数量已位于众多的工业自控设备之首。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的生产厂家已闻名于全世界。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都的到了长足的发展。 . nts 大学本科毕业论文（设计） 5 2.2 PLC 的基本组成及各部分作用 PLC 是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同， PLC 可分为整体式和组合式两类。整体式 PLC 是将中央处理单元 (CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的 1/0 扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU 是 PLC 的核心， 1/0 单元是连接 CPU 与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC 与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式 PLC 将 CPU 单元、输入单元、输出单元、智能 1/0 单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有 CPU 单元的底板称为 CPU 底板，其它称为扩展底板。 CPU 底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过 10m.无论哪种结构类型的 PLC，都可以根据需要进行配置与组合。 2.2.1 中央处理单元 (CPU) CPU 在 PLC 中的作用类似于人体的神经中枢，它是 PLC 的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务 : (1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； (2) 诊断电源、 PLC 内部电路的工作状态和编程的语法错误 ; (3) 用扫描的方式接收输入信号，送入 PLC 的数据寄存器保存起来 ; (4) PLC 进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作 ; (5) 将用户程序的执行结果送至输出端。 nts 大学本科毕业论文（设计） 6 2.2.2 存储器根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下 3 种 :系统程序存储器 :和各种计算机一样， PLC 也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了 PLC 的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器 ROM 或 EPROM.用户程序存储器 :用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的 RAM。 2.2.3 I/0 单元 I/0 单元也称为 I/0 模块。 PLC 通过 I/0 单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时 CPU 从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件 . 2.2.4 电源部分 PLC 一般使用 220V 的交流电源，内部的开关电源为 PLC 的中央处理器、存储器等电路提供 5V, +12V, +24V 的直流电源，使 PLC 能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的 CPU，通常电源封装到机壳内部 ;对于模块式 PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与 CPU 封装到一个模块中。 2.2.5 扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使 PLC 的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。 2.2.6 通信接口为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话， PLC 配有多种通信接口。 PLC 通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的 PLC 或计算机相连。当 PLC 与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印 ;当与监视器相连时 .可将过程图像显示出来 ;当与其他 PLC 相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制 ;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。 nts 大学本科毕业论文（设计） 7 2.2.7 编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有 LCD 或 CRL 图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用 PC 作为编程器， PLC 生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到 PLC，也可以将 PLC 中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在很多 PLC 已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。 2.3 PLC 的应用领域 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前， PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类 : (1)开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 (2)工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量 )， PLC 采用相应的 A/D 和 D/A 转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 (3)运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、nts 大学本科毕业论文（设计） 8 电梯等场合。 (4)数据处理 PLC 具有数学运算 (含矩阵运算、函数运算、逻辑运算 )、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 (5)通信及联网 PLC 通信包括 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 2.4 PLC 的工作原理可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（ RUN）状态与停止（ STOP）状态。在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到 STOP 工作状态。（ 1）输入采样阶段在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们存入 I/O 映象区的相应单元内。输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入数据和状态发生变化 I/O 映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。所以输入如果是脉冲信号，它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 的 CPU 总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态。或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。例如：算术运算、数据处理、数据传达等。（ 3）输出刷新阶段在输出刷新阶段， CPU 按照 I/O 映象区内对应的数据和状态刷新所有的数据锁存电nts 大学本科毕业论文（设计） 9 路，再经输出电路驱动响应的外设。这时才是 PLC 真正的输出。 (4)输入 /输出滞后时间输入 /输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号 ,发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。输入模块的 CPU 滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作是产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为 10ms 左右。输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在 10ms 左右；双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为 1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为 10ms；晶体管型输出电路的滞后时间约为 1ms。由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个多扫描周期。可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十 ms，对于一般的系统是无关紧要的。要求输入输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。 2.5 PLC 机型的选择方法 2.5.1 PLC 的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型 PLC 的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 2输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程 I/O 机架等。 nts 大学本科毕业论文（设计） 10 3.电源的选择 PLC 的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC 应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 4.存储器的选择由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求 PLC 的存储器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 5.冗余功能的选择 a控制单元的冗余（ 1）重要的过程单元： CPU（包括存储器）及电源均应 1B1 冗余。（ 2）在需要时也可选用 PLC 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、 2 重化或 3 重化冗余容错系统等。 b I/O 接口单元的冗余（ 1）控制回路的多点 I/O 卡应冗余配置。（ 2）重要检测点的多点 I/O 卡可冗余配置。 3）根据需要对重要的 I/O 信号，可选用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口单元。 6.经济性的考虑选择 PLC 时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，估因此，点数的增加对 CPU 选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 2.6 机械手 PLC选择及参数综合上述原则机械手控制系统主机为三菱的 FX2N-48MR。 nts 大学本科毕业论文（设计） 11 1.主要技术数据如下： 2.工作电源： 24VDC 输入点数： 24 输出点数： 24 输入信号类型：直流或开关量输入电流： 24VDC 5mA 模拟输入： -10V 10V（ -20mA +20mA）输出晶体管允许电流 0.3A/点（ 1.2A/COM）输出电压规格： 30VDC 最大负载： 9W 输出反应时间： Off On 20 s On Off 30 s 基本指令执行时间：数个 s 程序语言：指令 +梯形图 +SFC 程序容量： 3792STEPS 基本顺序指令： 32 个（含步进梯形指令）应用指令： 100 种初始步进点： S0 S9 一般步进点： 118 点， S10 S127 辅助继电器：一般用 512+232 点（ M000 M511+M768 M999）停电保持用 256 点（ M512 M767）特殊用 280 点（ M1000 M1279）定时器： 100ms 时基 64 点（ T0 T63） 10ms 时基 63 点（ T64 T126， M1028 为 ON 时） 1ms 时基 1 点（ T127）计数器：一般用 112 点（ C000 C111， 16 位计数器）停电保持用 16 点（ C112 C127， 16 位计数器）高速用 13 点 1 相 5kHz， 2 相 2kHz（ C235 C254，全部为停电保持 32 位计数器）数据寄存器：一般用 408 点（ D000 D407）停电保持用 192 点（ D408 D599）特殊用 144 nts 大学本科毕业论文（设计） 12 点（ D1000 D1143）指针 /中断： P64 点； I4 点（ P0 P63/I001、 I101、 I201、 I301）串联通信口：程序写入 /读出通讯口： RS232 一般功能通讯口： RS485 主机电源 220V AC 2.PLC 主机的组成 1、输入单元输入单元由 8 个按扭、 8 个开关和 16 个接插件组成，它们分别与 PLC 的 16 个输入点相接。改变这些开关或按扭的通断状态，即可对主机输入所需要的开关量。 16 个接插件可外接其它直流或开关量输入信号。 2、输出单元输出单元由 24 个二极管和 24 个接插件组成，它们分别与 PLC 的 24 个输出点相连。发光二极管是否发光，即可表示输出点的状态，使用者可得到主机的输出信息。 24 个输出接插件可外接其它需要控制的设备。输出单元的 4 个地端，

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