基于PLC自动送料控制系统的设计.doc

1 广东广东 XX 职业技术学院职业技术学院 毕业论文毕业论文 自动化控制系统的设计与实施自动化控制系统的设计与实施 基于基于 PLCPLC 自动送料控制系统的设计自动送料控制系统的设计 指导老师 指导老师 作作 者 者 学院 系 学院 系 专业及班级 专业及班级 机电一体化机电一体化 083083 学学 号 号 答辩日期 答辩日期 年年 月月 日日 年 月 2 摘摘 要要 自动送料系统是常见的工业生产环境 因为伺服电动机的各种优点所以自 动送料机的马达常选用伺服电动机 伺服电动机突出的优点是它可以在宽广的 频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速 快速起停 正反转控制及制动等 并且用其组成的开环控制系统既简单 性价比高 性能稳定可靠 伺服电机最 大的应用是在数控机床的制造中 因为伺服电机不需要 A D 转换 能够直接将 数字脉冲信号转化成为角位移 所以被认为是理想的数控机床的执行元件 随 着伺服电机技术的发展 伺服电动机已经能够单独在系统上进行使用 成为了 不可替代的执行元件 除了在数控机床上的应用 伺服电机也可以并用在其他 的机械上 比如作为通用的软盘驱动器的马达 也可以应用在打印机和绘图仪 中 伴随着不同的数字化技术的发展以及伺服电机本身技术的提高 伺服电机 将会在更多的领域得到应用 本课题采用 PLC 控制伺服电机 使伺服电机动作 的抗干扰能力强 它的工作的可靠性高 同时 由于实现了模块化结构 使系 统构成十分灵活 便于在线修改 产品的适应性强 关键字 关键字 可编程控制器 PLC 伺服电机 自动供料 控制系统 1 目录目录 引言引言 1 第一章第一章 绪论绪论 2 1 1 本课题设计的背景本课题设计的背景 2 1 2 本课题设计的内容本课题设计的内容 3 1 3 本课题设计的目的和意义本课题设计的目的和意义 4 第二章第二章 系统控制方案的确定系统控制方案的确定 5 2 1 自动送料系统伺服控制的概述自动送料系统伺服控制的概述 5 2 2 采用采用 PLC 的自动送料系统伺服控制的优点的自动送料系统伺服控制的优点 6 2 3 系统设计的基本步骤系统设计的基本步骤 6 2 4 系统控制方案系统控制方案 8 2 4 1 系统组成及任务 8 2 4 2 自动送料系统伺服马达的工作原理 9 2 5 控制要求的确定控制要求的确定 10 2 6 控制参数的确定控制参数的确定 10 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 12 3 1 系统硬件选型的原则系统硬件选型的原则 12 3 2 硬件的选型硬件的选型 12 3 2 1 伺服电机及驱动器的选型 12 3 2 2 传感器的选型 13 3 2 3 PLC 的选型 14 3 3 PLC 输入输出地址分配输入输出地址分配 15 3 4 硬件连接图的绘制硬件连接图的绘制 16 第四章第四章 系统控制软件设计系统控制软件设计 19 4 1 系统流程图设计系统流程图设计 19 4 2 梯形图的设计梯形图的设计 20 2 4 2 1 供料系统的编程思路及梯形图程序设计 20 4 2 2 输送机械手的编程思路及梯形图程序设计 23 第五章第五章 系统调试及结论系统调试及结论 35 5 1 程序运行出现的问题及修正程序运行出现的问题及修正 35 5 2 结论结论 35 展望展望 36 致谢致谢 37 参考文献参考文献 38 1 引言引言 可编程控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 它是 20 世纪 70 年代以来 在集成电路 计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备 由于它具有功能强 可靠性高 配置灵活 使用方便以及体积小 重量轻等优 点 国外已广泛应用于自动化控制的各个领域 并已成为实现工业生产自动化 的支柱产品 近年来 国内在 PLC 技术与产品开发应用方面发展很快 除有许 多从国外引进的设备 自动化生产线外 国产的机床设备已越来越多地采用 PLC 控制系统取代传统的继电器接触器控制系统 与继电器接触器系统相比系 统更加可靠 占位空间比继电器接触器控制系统小 价格上能与继电器接触器 控制系统竞争 易于在现场变更程序 便于使用 维护 维修 能直接推动电 磁阀 接触器与于之相当的执行机构 能向中央执行机构 能向中央数据处理 系统直接传输数据等 采用可编程控制器来实现自动送料机中的伺服电机的控制 对于伺服电机 动作的抗干扰能力 伺服电机的工作的可靠性 系统构成的灵活性 伺服电机 的开发周期都具有实际意义 可以在一定程度上推动伺服电机 数控机床的等 相关行业的发展 拓展 PLC 在自动化行业的应用领域 具有一定的经济和理论 意义 2 第一章第一章 绪论绪论 1 1 本课题设计的背景本课题设计的背景 自动送料系统在当今的工业生产中有广泛的应用 伺服电机应其各种特性 广泛用于各种生产系统中 伺服电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的闭环控制元件 在非超 载的情况下 电机的转速 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数 而 不受负载变化的影响 即给电机加一个脉冲信号 电机则转过一个角度 同时 电机自带的编码器反馈信号给驱动器 驱动器根据反馈值与目标值进行比较 调整转子转动的角度 这一线性关系的存在 加上伺服电机只有周期性的误差 而无累积误差等特点 使得在速度 位置等控制领域用伺服电机来控制变的非 常的简单 1969 年美国数字设备公司 DEC 研制书世界第一台可编程控制器 并成 功地应用在美国 GM 的生产线上 但当时只能进行逻辑运算 故称为可编 程逻辑控制器 简称 PLC programmable logic controller 70 年代后期 随着微电子技术和计算机的迅猛发展 使 PLC 从开关量的逻 辑控制扩展到数字控制及生产过程控制域 真正成为一种电子计算机工业控制 装置 故称为可编程控制器 简称 PC programmable controller 但由于 PC 容 易与个人计算机 programmable computer 相混淆 故人们仍习惯地用 PLC 作 为可编程器的缩写 1985 年国际电工委员会 IEC 对 PLC 的定义如下 可编程控制器是一种进行数字运算的电子系统 是专为在工业环境下的应 用而设计的工业控制器 它采用了可以编程的存储器 用来在其内部存储执行 逻辑运算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字或模 拟式的输入和输出 控制各种类型机械的生产过程 PLC 是继电器逻辑控制系统发展而来 所以它在数学处理 顺序控制方面 具有一定优势 PLC 在控制系统中主要起两种作用 1 逻辑运算 2 弱电 控制强电 3 PLC 是集自动控制技术 计算机技术和通讯技术于一体的一种新型工业控 制装置 已跃居工业自动化三大支柱 PLC ROBOT CAD CAM 的首位 它在集成电路 计算机技术的基础上发展起来的的一中新型工业控制设备 是 一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置 采用可以编 制程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序运算 计时 计数和 算术运算等操作的指令 并能通过数字式或模拟式的输入和输出 控制各种类 型的机械或生产过程 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统 形成一个整体 易于扩展其功能的原则而设计 具有 1 可靠性高 抗干扰能 力强 2 设计 安装容易 维护工作量少 4 功能强 通用性好 5 开发周期 短 成功率高 6 体积小 重量轻 功耗底等特点 由于具有功能强 可靠性 高 配置灵活 使用方便以及体积小 重量轻等优点 已经广泛应用于自动化 控制的各个领域 并已成为实现工业生产自动化的支柱产品 与继电器接触器 系统相比系统更加可靠 占位空间比继电器接触器控制系统小 价格上能与继 电器接触器控制系统竞争 易于在现场变更程序 便于使用 维护 维修 能 直接推动电磁阀 触器与于之相当的执行机构 能向中央执行机构 能向中央 数据处理系统直接传输数据等 因此 进行伺服电机的 PLC 控制系统的设计 可以推动与伺服电机相关行 业的发展 扩大 PLC 在自动控制领域的应用 具有一定的经济和理论研究的价 值 1 2 本课题设计的内容本课题设计的内容 本设计将在以下几个方面对自动送料控制系统的伺服控制进行研究和论证 1 自动送料系统伺服马达的选择 综合伺服电机应用的各种要求 在本课 题中主要研究伺服电机在自动送料系统中能满足送料位置的精确控制 2 自动送料控制系统的设计 本课题设计的自动送料系统的伺服控制要求 对其的定位控制准确度高 在 PLC 对伺服电机的控制中要接有与伺服电机型号 相适配的伺服电机驱动器和相关的传感器 PLC 通过伺服电机驱动器才能实现 对伺服电机的控制 所以本课题的具体需求在硬件系统的设计过程中主要先考 4 虑伺服电机的经济实用再根据伺服电机的相数 电流以及适配关系选择适合的 伺服电机驱动器 3 自动送料控制系统伺服控制软件的设计 在本设计中选用了目前运用最 多的 PLC 编程语言梯形图 梯形图的编程能直观明了的设计出伺服电机控制的 要求 梯形图的编写运用 GX Developer 编程软件 此软件支持全部的三菱 FX 系列的 PLC 并且具有强大的诊断功能 能更快的查找出故障的原因 并且具 有仿真调试功能 从而大大缩短了调试程序的时间 1 3 本课题设计的目的和意义本课题设计的目的和意义 自动送料系统是当今常见的工业生产设备 因伺服电机有如下各种特点 是控制系统中的执行单元 是一种利用电脉冲信号进行控制 并将电脉冲信号 转换成相应的角位移或直线位移的执行电机 其中伺服电机最大的应用是在数 控机床的制造中 因为伺服电机不需要 A D 转换 能够直接将数字脉冲信号转 化成为角位移 所以被认为是理想的数控机床的执行元件 随着伺服电动机技 术的发展 伺服电动机已经能够单独在系统上进行使用 成为了不可替代的执 行元件 由于计算机技术的发展 使得伺服电动机获得了广泛的应用和普及 除了在数控机床上的应用 计算机外围设备 钟表 数字控制系统 程序控制 系统以及许多航天工业装置中得到应用 伴随着不同的数字化技术的发展以及 伺服电机本身技术的提高 伺服电机将会在更多的领域得到应用 故自动送料 系统伺服控制有很广泛应用价值 随着微处理器 伺服电机可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现 调速 快速起停 正反 转控制及制动等 这是伺服电动机最突出的优点 伺服 电机的性能在很大程度上取决于伺服驱动器 而伺服电机控制系统由伺服电机 控制器 驱动器 系统软件等几部分组成 控制系统的每一部分对伺服电机的 运行性能息息相关 目前比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制伺服电机 但采 用单片机控制 不仅要设计复杂的控制程序和 I O 接口电路 实现比较麻烦 而 且对工业现场的恶劣环境适应性差 可靠性不高 基于 PLC 控制的伺服电机具 有设计简单 实现方便 定位精度高 参数设置灵活等优点 在工业过程 5 控制中使用可靠性高 监控方便 当下已成为当代工业自动化的主要支柱之一 因此用 PLC 来控制伺服电动机也是实际的控制系统中应用非常广泛 非常有实 际价值 6 第二章第二章 系统控制方案的确定系统控制方案的确定 2 1 自动送料系统伺服控制的概述自动送料系统伺服控制的概述 自动送料系统是常见的工业生产现场 其可使生产过程的供料 传送等程 序实现自动化生产更可以和装配 包装等程序结合以提高生产效率 在自动送 料系统的伺服控制中主要研究的对象是对于系统的马达即伺服电机的控制 伺服电机是一种将数字式电脉冲信号转换成 角位移或线位移 的机电元 件 它的机械位移与输入的数字脉冲有严格的对应关系 即一个脉冲信号可使 伺服电机前进一步 最早的伺服电机问世于 19 世纪 30 年代 早期的伺服电机由于性能较差 没有得到很好的利用 随着电子技术 精密机械加工 特别是数字计算机的高 速发展和数字控制系统的需要 使伺服电机获得了飞速的发展 目前 伺服电 机已经在数控机床 计算机外围设备 轧钢机自动控制 钟表工业等方面获得 广泛的应用 由于伺服电机构成的开环数控机床伺服机构 这种开环控制方式 结构简单 系统调试方便 工作可靠 成本较低 伺服电机的主要优点 1 直接实现数字控制 数字脉冲信号经环形分配器和功率放大后可直接控 制伺服电机 无需任何中间转换 这也使优于交直流电动机的地方 2 控制性能好 通过改变脉冲频率可在较宽的范围内实现均匀的调速 并 能快速而方便地起动 反转和制动 3 无接触式 没有电刷和换向器也式伺服电机的一个关键性的优点 4 抗干扰能力强 在不仅带你机的负载能力范围内 步距角不受电压 负 载以及周围温度变化等各种干扰的影响 保持运行的精度 5 误差不长期积累 伺服电机每运行一步所转过的角度与理论步距角之间 总有一定的误差 在一转之内从某一步到任何一步将会一定的积累误差 但每 转一圈的积累误差将为零 6 具有自锁能力 反应式 和保持转矩 永磁式 7 2 2 采用采用 PLC 的自动送料系统伺服控制的优点的自动送料系统伺服控制的优点 1 从控制方式上看 继电器控制硬件接线逻辑一旦确定 要改变逻辑或增 加功能是很困难的 而 PLC 软接线 只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增 加功能 2 从工作方式上看 电器控制并行工作 而 PLC 串行工作 不受制约 3 从控制速度上看 电器控制速度慢 触点易抖动 而 PLC 通过半导体 来控制 速度很快 无触点 顾而无抖动一说 4 从定时 记数看 电器控制定时精度不高 容易受环境温度变化影响 且无记数功能 PLC 时钟脉冲由晶振产生 精度高 定时范围宽 有记数功能 5 从可靠 维护看 电器控制触点多 会产生机械磨损和电弧烧伤 接线 也多 可靠 维护性能差 PLC 无触点 寿命长 且有自我诊断功能 对程序 执行的监控功能 现场调试和维护方便 2 3 系统设计的基本步骤系统设计的基本步骤 自动送料系统伺服控制设计与调试的主要步骤 如下图所示 在动送料系统伺服控制的设计过程中主要要考虑以下几点 1 深入了解和分析自动送料系统伺服控制的工艺条件和控制要求 2 确定 I O 设备 根据自动送料系统伺服控制的功能要求 确定系统所需 的用户输入 输出设备 常用的输入设备有按钮 选择开关等 常用的输出设 备有指示灯等 3 根据 I O 点数选择合适的 PLC 类型 4 分配 I O 点 分配 PLC 的输入输出点 编制出输入输出分配表或者输 入输出端子的接线图 5 设计自动送料系统伺服控制的梯形图程序 根据工作要求设计出周密完 整的梯形图程序 这是整个伺服电机控制系统设计的核心工作 6 将程序输入 PLC 进行软件测试 查找错误 使系统程序更加完善 7 本系统控制的整体调试 在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后 就可以进行整个系统 8 的联机调试 调试种发现的问题要逐一排除 直至调试成功 9 系统结构的设计系统结构的设计 根据控制要求根据控制要求 确定硬件配确定硬件配置 确定课题确定课题 研究课题内容研究课题内容 确定方案确定方案 查找资料查找资料 设计电气原理图设计电气原理图 图 根据控制要求根据控制要求 编写程序编写程序 错误错误 调试程序调试程序 记录运行结果并分析记录运行结果并分析 总结总结 图图 2 1 系统设计的基本步骤系统设计的基本步骤 10 2 4 系统控制方案系统控制方案 2 4 1 系统组成及任务系统组成及任务 本系统使用了 PLC 传感器 位置控制 伺服控制及气动等技术 分成自 动供料和自动送料两个子系统 自动送料子系统由机械手 伺服电动机 功率 驱动器 定位传感器和传动轮等组成 它可以将抓取供料系统提供的零件以伺 服方式自动送到所需要的固定位置 管式料仓上放置 10 个零件 并且装有缺料 和供料不足检测传感器 机械手通过供料系统反馈的信号抓去物料 然后伺服 电机驱动机械手精确定位于所需位置 供料系统和抓取机械手分别如图 2 2 和 图 2 3 所示 图图2 22 2 供料系统供料系统 图图 2 32 3 抓取机械手抓取机械手 11 伺服电动机的转速决定于其输入信号的脉冲频率 并与频率同步 改变脉冲 信号的频率 即可控制其转速 利用 FX1N 的位置控制指令 FNC158 DRVA 生成 指定脉冲数目的方波 占空比为 50 脉冲序列 脉冲数 脉冲宽度或周期装 入相应的控制寄存器 改变脉冲数量 就可改变伺服电动机旋转的角位移 改 变脉冲周期 就可改变控制频率 以改变伺服电动机的速度 脉冲信号由 Y0 的输出脉冲 方向信号由 Y2 输出 2 4 2 自动送料系统伺服马达的工作原理自动送料系统伺服马达的工作原理 自动送料系统马达即伺服电动机 其工作原理相是接受控制器或者计算机 发出的脉冲信号而动作 即给一个脉冲信号 伺服电动机就转动一个角度或前 进一步 伺服电动机其角位移与电脉冲数成正比 其转速与电脉冲频率成正比 通过改变脉冲频率可以调节电动机的转速 本设计将采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数 字交流永磁同步伺服驱动器两部分 伺服系统位置控制模式的特点 1 伺服驱动器输出到伺服电机的三相电压波形基本是正弦波 高次谐波被 绕组电感滤除 而不是象步进电机那样是三相脉冲序列 即使从位置控制器输 入的是脉冲信号 2 伺服系统用作定位控制时 位置指令输入到位置控制器 速度控制器输 入端前面的电子开关切换到位置控制器输出端 同样 电流控制器输入端前面 的电子开关切换到速度控制器输出端 因此 位置控制模式下的伺服系统是一 个三闭环控制系统 两个内环分别是电流环和速度环 由自动控制理论可知 这样的系统结构提高了系统的快速性 稳定性和抗 干扰能力 在足够高的开环增益下 系统的稳态误差接近为零 控制伺服电动机最重要的就是要产生符合要求的控制脉冲 三菱 FX1N 40MT 型 PLC 本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器 其发出的频率能够 满足伺服电动机的要求 但是伺服电动机要求把具有足够功率和一定频率的脉 冲电压 电流 按着选定的顺序加给控制绕组 而计算机和 PLC 等控制器只能 发出很微弱的脉冲信号 达不到能够直接驱动伺服电动机的功率 所以 必 12 须是 PLC 通过驱动器来控制伺服电动机 其原理图如图 2 4 所示 图图 2 42 4 伺服电动机驱动框图伺服电动机驱动框图 伺服电机能相应而不失步的最高伺服频率称为 启动频率 与此类似 停 止频率 是指系统信号突然关断 伺服电机不冲过目标位置的最高伺服频率 而电机的启动频率 停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应 有了 这些数据 就能有效地对伺服电机进行变速控制 2 5 控制要求的确定控制要求的确定 供料系统的工作原理 工件垂直叠放在料仓中 推料缸处于料仓的底层并 且其活塞杆可从料仓的底部通过 当活塞杆在退回位置时 它与最下层工件处 于同一水平位置 而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置 在需要将工 件推出到物料台上时 首先使夹紧气缸的活塞杆推出 压住次下层工件 然后 使推料气缸活塞杆推出 从而把最下层工件推到物料台上 在推料气缸返回并 从料仓底部抽出后 再使夹紧气缸返回 松开次下层工件 这样 料仓中的工 件在重力的作用下 就自动向下移动一个工件 为下一次推出工件做好准备 机械手的工作原理 当供料台上有工件时 可编程控制器通过电磁阀驱动 机械手伸出 机械手下降 夹紧工件 机械手上升 机械手缩回 然后通过伺 服电机控制机械手定位于所需位置 2 6 控制参数的确定控制参数的确定 采用 PLC 控制伺服电机 应根据下式计算系统地脉冲当量 脉冲频率上限 和最大脉冲数量 进而选择 PLC 及其相应地功能模块 根据脉冲频率可以确定 PLC 高速脉冲输出时需要的频率 根据脉冲数量可以确定 PLC 的位宽 位置控制模式下 等效的单闭环系统方框图如图 2 5 所示 伺服伺服 电机电机 伺服电伺服电 动机驱动机驱 动器动器 P L C 13 图图 2 52 5 等效的单闭环位置控制系统方框图等效的单闭环位置控制系统方框图 本设计所使用的是松下 MINAS A4 系列 AC 伺服电机 驱动器 电机编码 器反馈脉冲为 2500 pulse rev 缺省情况下 驱动器反馈脉冲电子齿轮分 倍频 值为 4 倍频 如果希望指令脉冲为 6000 pulse rev 那末就应把指令脉冲电子齿 轮的分 倍频值设置为 10000 6000 从而实现 PLC 每输出 6000 个脉冲 伺服电 机旋转一周 14 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 3 1 系统硬件选型的原则系统硬件选型的原则 1 伺服电机 伺服电机有转矩 惯量 转速三大要素组成 根据负载的控 制精度要求选择步距角大小 根据负载的大小确定静力矩 静力矩一经确定根 据电机矩频特性曲线来判断电机的电流 一旦三大要素确定 伺服电机的型号 便确定下来了 2 驱动器 在选取伺服驱动器时 其速度控制范围与速度调节的能力亦是 重要的考虑因素 速度控制范围直接影响到低速与高速运动的能力 一般的伺 服驱动器其速控比 最高 最低转速 通常大于 1000 在额定负载下的最高转速 反应时间 在设计位置回路控制器时亦为重要的参考指标 3 传感器 传感器的选型原则可以从一下六个方面来叙述 1 根据测 量对象与测量环境确定传感器的类型 2 灵敏度的选择 3 频率响应特 性 4 线性范围 5 稳定性 6 测量精度 根据具体的测量工作 从 以上六个方面综合考虑 以选择最适合的传感器 4 PLC 运行 PLC 具有高速脉冲输出功能 通过选择具有高速脉冲输出 功能或专用运动控制功能的模块来实现 3 2 硬件的选型硬件的选型 3 2 1 伺服电机及驱动器的选型伺服电机及驱动器的选型 本课题采用了松下 MHMD022P1U 永磁同步交流伺服电机 及 MADDT1207003 全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制 装置 MHMD022P1U 的含义 MHMD 表示电机类型为大惯量 02 表示电机的 额 15 定功率为 200W 2 表示电压规格为 200V P 表示编码器为增量式编码器 脉 冲数为 2500p r 分辨率 10000 输出信号线数为 5 根线 MADDT1207003 的含义 MADDT 表示松下 A4 系列 A 型驱动器 T1 表 示最大瞬时输出电流为 10A 2 表示电源电压规格为单相 200V 07 表示电流监 测器额定电流为 7 5A 003 表示脉冲控制专用 其实物如图 3 1 所示 图图 3 13 1 所选伺服电机及伺服驱动装置实物图所选伺服电机及伺服驱动装置实物图 3 2 2 传感器的选型传感器的选型 供料系统中 用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用神 视或 OMRON 公司的 CX 441 或 E3Z L61 型放大器内置型光电开关 细小光束 型 NPN 型晶体管集电极开路输出 该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮 和显示灯如图 3 2 所示 图图 3 23 2 CX 441CX 441 E3Z L61E3Z L61 光电开关的外 光电开关的外形和调节旋钮 显示灯形和调节旋钮 显示灯 16 用来检测物料台上有无物料的光电开关是一个园柱形漫射式光电接近开关 工作时向上发出光线 从而透过小孔检测是否有工件存在 该光电开关选用 SICK 公司产品 MHT15 N2317 型 其外形如图 3 3 所示 图图 3 33 3 MHT15 N2317MHT15 N2317 光电开关外形光电开关外形 3 2 3 PLC 的选型的选型 根据 PLC 控制系统的输入输出点数 机械手控制系统中我们选择三菱 FX1N 40MT 型 PLC 作为控制核心 三菱 FX1N 40MT 具有如下优点 最大范围地包容了标准特点 程序执行 更快 全面补充了通信功能 适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大 量特殊功能模块 它可以为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力 三菱 FX1N 40MT 具有突出的寄存器容量 三菱 FX2N 32M 包括 8K 步内 置 RAM 寄存器 用一个寄存器盒可扩充到 16K 步 RAM 或 EEPROM 丰富的 元件资源 3072 点辅助继电器 256 点计时器 235 点计数器和 8000 点数据寄 存器 实时时钟 使用标准型号实时时钟满足时间灵敏度应用要求 三菱 FX1N 40MT 使用 GX Developer 或 FX PCS Win 编程软件 能快速 容量地开发程序和在线程序编辑 在线改变程序不会损失工作时间或停止生产 运转 容易安装 使用 DIN 导轨或便利的安装孔直接安装表盘 并且具有密 码保护功能 能够使用一个八位数字密码保护系统的程序 供料系统中选用 FX2N 32MR 型 PLC 共 16 点输入 16 点继电器输出 三菱 FX1N 40MT 型 PLC 的一些参数及实物尺寸等如表 3 1 所示 17 表 3 1 三菱 FX1N 40MT 型 PLC 输入输出 模型I O 总数 数目类型数目类型 尺寸 mm 英寸 宽 厚 高 FX1N 40MT2424漏型16晶体管 150 87 90 5 9 3 4 3 5 3 3 PLC 输入输出地址分配输入输出地址分配 I O 分配表是编写 PLC 程序首先要做的前提条件 也是现场接线和调试的 重要依据 根据课题的控制要求 绘制 I O 分配表 供料系统和输送机械手的 I O 分配表分别如表 3 2 和表 3 3 所示 表表 3 23 2 供料单元供料单元 PLCPLC 的的 I OI O 信号表信号表 输入信号输出信号 序 号 PLC 输 入点 信号名称 信号来 源 序号 PLC 输 出点 信号名称信号来源 1X0 顶料气缸伸出到 位 1Y0 顶料电磁阀 2X1 顶料气缸缩回到 位 2Y1 推料电磁阀 装置侧 3X2 推料气缸伸出到 位 3Y2 4X3 推料气缸缩回到 位 4Y3 5X4 出料台物料检测 5Y4 6X5 供料不足检测 6Y5 7X6 缺料检测 7Y6 8X7 金属工件检测 装置侧 8 9X109Y7 正常工作指示 10X1110Y10 运行指示 按钮 指 示灯模块 11X12 停止按钮 12X13 启动按钮 13X14急停按钮 未 用 14X15 工作方式选择 按钮 指 示灯模 块 18 表表 3 33 3 输送单元输送单元 PLCPLC 的的 I OI O 信号表信号表 输入信号输出信号 序号 PLC 输 入点 信号名称 信号来 源 序号 PLC 输 出点 信号名称信号来源 1 X000原点传感器检测 1 Y000脉冲 2 X001右限位保护 2 Y001方向 3 X002左限位保护 3 Y002 4 X003机械手抬升下限检测 装置侧 4 Y003抬升台上升电磁阀 5 X004 机械手抬升上限检测 5 Y004 回转气缸左旋电磁 阀 6 X005 机械手旋转左限检测 6 Y005 回转气缸右旋电磁 阀 7 X006机械手旋转右限检测 7 Y006手爪伸出电磁阀 8 X007机械手伸出检测 8 Y007手爪夹紧电磁阀 9 X010机械手缩回检测 9 Y010手爪放松电磁阀 装置侧 10 X011机械手夹紧检测 10 Y011 11 X012伺服报警 装置侧 11 Y012 1212 Y013 1313 Y014 1414 Y015报警指示 1515 Y016运行指示 1616 Y017停止指示 按钮 指 示灯模块 17 X013 X023 未接线 21 X024启动按钮 22 X025复位按钮 23 X026急停按钮 24 X027方式选择 按钮 指 示灯模 块 3 4 硬件连接图的绘制硬件连接图的绘制 供料系统的 PLC 接线原理图和机械手的 PLC 接线原理图分别如图 3 4 和 3 5 所示 19 Y000COM1Y001 Y002 Y003COM2 Y004 Y005Y011 COM24 X001X005 Y006 Y007COM3Y010Y012COM4Y013Y014 Y015 Y016 Y017 MELSEC FX2N 32MR LNX002 X003 X004X006X007 X010 X011 X012 X013X014 X015 X016X017 AC220V VCC 0V VCC 0V 1B11B22B12B2 X000 SC1 SC2SC3 SC4 SB2SAQSSB1 1Y2Y 顶料 电磁 阀 推料 电磁 阀 0V 黄色 指示 灯 绿色 指示 灯 红色 指示 灯 0V HL3HL2HL1 顶料 到位 检测 物料 不够 检测 物料 有无 检测 物料 台物 料检 测 顶料 复位 检测 推料 到位 检测 推料 复位 检测 急停 按钮 启动 按钮 金属 传感 器检 测 停止 按钮 单机 全线 0V I2I3I4I5I6I7I8I9 o2o3 0V FU 图图 3 43 4 供料系统接线原理图供料系统接线原理图 20 图图 3 53 5 机械手接线原理图机械手接线原理图 21 第四章第四章 系统控制软件设计系统控制软件设计 4 1 系统流程图设计系统流程图设计 根据本课题的控制要求和安全要求 所设计的程序按照图 4 1 所示的流程 运行 以达到本系统的最佳设计要求和完成系统的最终设计 图图 4 14 1 系统的流程图系统的流程图 22 4 2 梯形图的设计梯形图的设计 4 2 1 供料系统的编程思路及梯形图程序设计供料系统的编程思路及梯形图程序设计 1 程序结构 程序由两部分组成 一部分是系统状态显示 另一部分是供 料控制 主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序 仅当在运行状态 已经建立才可能调用供料控制子程序 2 PLC 上电后应首先进入初始状态检查阶段 确认系统已经准备就绪后 才允许投入运行 这样可及时发现存在问题 避免出现事故 例如 若两个气 缸在上电和气源接入时不在初始位置 这是气路连接错误的缘故 显然在这种 情况下不允许系统投入运行 通常的 PLC 控制系统往往有这种常规的要求 3 供料单元运行的主要过程是供料控制 它是一个步进顺序控制过程 4 如果没有停止要求 顺控过程将周而复始地不断循环 常见的顺序控制 系统正常停止要求是 接收到停止指令后 系统在完成本工作周期任务即返回 到初始步后才停止下来 5 当料仓中最后一个工件被推出后 将发生缺料报警 推料气缸复位到位 亦即完成本工作周期任务即返回到初始步后 也应停止下来 供料系统的 PLC 梯形图控制程序如图 4 2 所示 23 24 P0 25 图图 4 24 2 供料系统的供料系统的 PLCPLC 梯形图程序梯形图程序 4 2 2 输送机械手的编程思路及梯形图程序设计输送机械手的编程思路及梯形图程序设计 输送工作是一个步进顺序控制过程 在子程序中可采用步进指令驱动实现 紧急停止处理过程 机械手抓料和放料过程都需要编写一个子程序单独处理 急停按钮动作 输送站立即停止工作 急停复位后 如果之前机械手处于运行过程中 须让机械手首先返回原点 归零完成后 重新执行急停前的指令 为了实现上面的功能 需要主控指令配合 MC MCR 输送单元程序控制的关键点是伺服电机的定位控制 本程序采用 FX1N 绝对位置控制指令 来定位 因此需要知道各工位的绝对位置脉冲数 输送机械手的 PLC 梯形图控制程序如图 4 3 所示 P1 26 27 28 29 30 31 32 P0 33 P1 34 P2 35 P4 36 P5 P6 37 图图 4 34 3 输送机械手输送机械手 PLCPLC 梯形图控制程序梯形图控制程序 38 第五章第五章 系统调试及结论系统调试及结论 5 1 程序运行出现的问题及修正程序运行出现的问题及修正 由于编程软件 GX Developer 具有在线监