毕业设计67阳泉职业技术学院机械手的PLC控制系统设计及程序编制

目 录 任务书 1 前言 2 一、工艺 过程描述 3 二、控制要求 3 三、控制方案制定 5 四、 PLC 硬件选型 6 （一） PLC 的基本特点 6 （二）控制系统确定 7 （三） FXon 40MT 的基本结构及工作原理 7 1、 FXon 40MT 的基本结构 8 2、 FXon 40MT 的基本工作原理 8 3、 FXon 40MT 的性能指标 9 4、 FXon 40MT 可编程控制器指令及编程 10 5、可编程控制器型号的选择 12 五、系统编程 17 六、课程设计总结 20 参考文献 21 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 1 - PLC 课程设计任务书 题目： 机械手 的 PLC 控制系统设计及程序编制 内容： 1.设计说明书 1 份 2.梯形图及端口配置图 1 张 3. 流程 图 1 张 4. 工艺流程 图 1 张 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 2 - 前 言 PLC 设计是学生在大学学习的一个重要教学环节，是在教师指导下，学生综合运用所学理论知识来分析和解决具有一定复杂程度的实际问题的一个实践过程 ;是提高学生观察事物 ,获取信息 ,理解和表述事物能力及分析 ,解决实际问题能力的重要教学环节 ;是培养学生技术经济分析能力 ,独立工作能力 ,与人合作能力 ,创新能力及养成理论联系实际的工作作风和提高工程实践能力的重要途径 ;是学生走向社会之前对其本身综合素质与能力的全面检验 ,也是全面衡量学校教育教学质量的一个重要依据 . 在进行设计过程中，每个学生要全面地运用、巩固和深化所学理论知识，独立的完成调查研究，查阅并收集有关的参考文献和资料；独立地进行设计方案的选定，进行各种设计和计算，创造性的完成设计规定的全部任务。还要求每个学生都要认真地、严肃地对待设计课题，要有科学的敢于创新，要善于独立思考，发挥主观能动性，反对粗心大意，草率从事和不负责任的态度：在毕业设计过程中，注意学习和吸收国内外的先进技术和前人的经验，研究成果，但不要一成不变的照抄照搬，要大胆的提出创造性的设计方案，要认真 贯彻国家和有关部门的标准和规定；设计中遇到自己解决不了的问题要主动向指导教师提问，共同探讨解决方法；并能对自己做出的全部技术决定及取得的结果负责。 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 3 - 一 、 工艺 过程描述 系统要求机械手能把工件从 A 点移到 B 点。该机械手的上升、下降和左移、右移是由双线圈两位电磁阀推动汽缸来实现的。当某一线圈得电，机构便单方向移动，直至线圈断电才停止在当前位置。夹紧和放松是由单线圈两位电磁阀各驱动汽缸来实现的。线圈通电则夹紧，失电则为放松。设备上装有上、下限位和左、右限位开关。机械手工 作循环共有 8 个动作：原位 下降 夹紧 上升 右移 下降 放松 上升 左移 原位。结束，左行回到左限位处，机械手开始装料。如此循环。如图所示系统工作循环过程 ： 具体说明如下： 原位 下降 夹紧 上升 右移 左移 上升 放松 下降 图 1.1 机械手工作循环过程 二、控制要求 全部为 PLC 自动控 制，按下起动按钮后，机构从“原点”开始，自动完成一个工作循环过程。即机械手从原点开始下降到 A 点夹紧工件，带工件上升后右移下降松开工件，然后按原路返回“原点”。再次按下按钮，完成下一次动作。 其端口配置图如下： 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 4 - 电磁阀起动下下降夹紧限位开关右上 左 停止自动原位指示上升右行左行图 4-2 输入输出接线图 原点X400左 行 Y 4 3 4左 限 X 4 0 4 （ S Q 4 ）起动下降上限上升下限夹紧接通放松断开下限下降右限上升上限右 行 Y 4 3 3阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 5 - 三、控制方案制定 原位停止按钮下降夹紧上升右移下降松开上升左移复位起 动下限检测上限检测右限检测下限检测上限检测左限检测根据工艺和控制要求编制的梯形图，应包括点动操作和自动控制两段程序。 1.点动操作 点动操作梯形图中的第一逻辑行至 EJP700 逻辑行。当工作方式选择开关置于 ” 点动 ” 位置时 ,X406 常闭接点断开 ,执行点动程序段。为安全起见 ,右移和左移只能在上限位置前提下进行 ,所以在梯形图相关逻辑行中串有上限开关 X402常开接点。夹紧或放松 采 用 S 或 R 指令。右移和左移、上升和下降动作均有限位保护和互锁。为减少按扭数量 ,着三种点动操作均用 ” 起动 ” 和 ” 停止 ” 按扭 ,用转换开关选定点动操作方式 ,见输入输出分配图 .由于点操作和自动控制工作不会同时进行 ,所以在点操作和自动控制两段梯形图中 ,都使用 Y430-Y434 的线圈是允许的。 2.自动控制 机械手自动控制两段流程图如图 11-22 所示 .相应的梯形图见图 11-23 中 CJP701 至 EJP701 程序段 .当工作方式选择开关置于自动控制诶制时 ,X407 常闭接点断开 ,执行自动控制程序段。自动控制工作过程说明如下 : 在原点 ,机械手处于原点 ,上限位开关 、 左限位开关 SQ4、 液压 ,X402 X404 接阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 6 - 通位寄存器数据输入端 ,使 M100 置 ” 1” (接通 ),Y435 线圈接通 ,原点指示灯。 （ 1） 下降 按下起动按扭 SB1,X400与 M100接点接同位移寄存器唯一信号输入端 ,产生位移信号 ,M100 的 ” 1” 态移至 M101,M101 接通 Y430 线圈 ,机械手执行下降动作 .同时 X402 接点断开 ,.使 M100 置 ” 0” (断开 ),Y435 断开 ,原点指示灯熄灭。 （ 2） 夹紧 当机械手下降至压倒下限位开关时 ,X401 与 M101 闭合 ,产生移位信号 ,M102 为 ” 1” ,M100-M101 为 ” 0” ,M1001 接点断开 Y430 线圈通路 ,停止下降； M102 的接点接通 M200 线圈 ,M200 接点接 通 Y431 线圈 ,工作钳夹紧工件 ,同时定时器 T450 开始计时。 （ 3）上升 当 T450 延时到 1.7s， T450 与 M102 的接点闭合，产生移位信号， M103为“ 1”， M100-M102 均为“ 0”， M103 接点接通 Y432 线圈，机械手把夹紧的工件提升。因为使用 s 指令，所以 M200 线圈保持接通， Y431 也保持接通，使机械手继续把工件夹紧。 （ 4）右移 当机械手上升至撞到上限位开关 SQ2时， X402X403 接点闭合，产生移位信号， M104 为“ 1”， M100M103 都置“ 0”。 M103 接点断开 Y432 线圈通路，停止上升，同时 M104 接点接通 Y433 线圈通路，执行右移动作。 （ 5）下降 机械右移撞到右限位开关 SQ3， X403 和 M104 接点接通移位信号， M105为“ 1”，停止右移，同时， M105 接点接通 Y430 线圈，机械手下降。 （ 6）松开 机械手下降撞到 SQ1 时， X401 与 M105 接点接通移位信号， M106置“ 1”， M100M105 置“ 0”。 M105 接点断开 Y430 线圈回路，停止下降，同时 M106 接点接通 2M200 线圈， R 指令使 M200 复位， M200 接点断开 Y431线圈回路，机械手松开工件并放于 B 点。同时 T451 开始计时。 （ 7）上升 T451 延时 1.5s， T451 与 M106 接点接通移位信号， M107”为“ 1”，M100M106 置“ 0”。 Y432 线圈被接通，机械手又上升。 （ 8）左移 机械手上升至上限位时， X402 与 M107 接点闭合，移位后， M110 置“ 1”， M100 M107 置“ 0”， Y432 线圈回路断开，停止上升，同时 Y434 线圈闭合，左移。 （ 9）机械手回到原位 当左移撞到 SQ4 时， X404 与 M107 接点闭合，移位后，M100 为“ 0”， Y434 线圈回路断开，停止左移，同时 M111 置“ 1”， M111 与X404 接点接通移围寄存器复位输入端，寄存器全部复位。此时机械手已经返回到原点， X402 和 X404 又闭合， M100 又被置“ 1”，完成了一个工作周期。这样，只要再次按起动按钮，机械手将重复上述动作过程。 当按下停止按钮 SB2 时 X405 接点闭合，是移位寄存器复位。机械手停止动作。 四、 PLC 硬件选型 （一） PLC 的基本特点 1）、 从开关量控制发展到顺序控制、运送处理，是从下往上的。 2）、 连续 PID 控制等多功能， PID 在中断站中。 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 7 - 3）、 可用一台 PC 机为主站，多台同型 PLC 为从站。 4）、 也可一 台 PLC 为主站，多台同型 PLC 为从站，构成 PLC 网络。这比用PC 机 作主站方便 之处是：有用户编程时，不必知道通信协议，只要按说明书格式写就行。 5）、 主要用于工业过程中的顺序控制，新型 PLC 也兼有闭环控制功能。 （二） 控制系统确定 由 以上的分析选用 FXox 系列可编程控制器比较合理， FXox 是在 F1/F2 之后推出的超小型 PLC，是一种将众多功能凝集在超小型机壳内的微型 PLC，体积较小，并在控制器内部装有模拟电位器与 RUN/STOP 开关等方便功能。通过扩展单元、扩展模块与基本单元的链接，可自由地选择输入输出点数。 具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。 FX 系列 PLC 型号的含义如下： FX 系列名称 输入输出总点数 特殊品种 单 元类型 输出方式 其中系列名称：如 0、 2、 0S、 1S、 ON、 1N、 2N、 2NC 等 单元类型： M 基本单元 E 输入输出混合扩展单元 Ex 扩展输入模块 EY 扩展输出模块 输出方式： R 继电器输出 S 晶闸管输出 T 晶体管输出 特殊品种： D DC 电源， DC 输出 A1 AC 电源， AC（ AC100120V）输入或 AC 输出模块 H 大电流输出扩展模块 V 立式端子排的扩展模块 C 接插口输入输出方式 F 输入滤波时间常数为 1ms 的扩展模块 如果特殊品种一项无符号，为 AC 电源、 DC 输入、横式端子排、标准输出。 计算所的机械手输入点数为 12，输出点数为 6， I/O 点总点数为 18，小车输入点数为 7，输出点数为 6， I/O 点总点数为 13 由以上型号的含义结合 plc 自动控制的需要，选择以下型号： FXon 40MT 表示 FX0N 系列， 40 个 I/O 点基本单位（主机个 12 输入点 6 个输出点），晶体 管输出，使用直流电源， 24V 直流输出型。 （三） FXon 40MT 的基本结构及工作原理 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 8 - 1、 FXon 40MT 的基本结构 1）、 输入与输出部件 这是 PLC 与输出控制信号和被控制设备连接起来的部件，输入部件接收从开关、按钮、继电器触电和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成中央处理器能够接受和处理的数字信号。输出部件接受经过中央处理器处理过的输出数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接受的电压或电流信号，以驱动接触器、电磁阀和指示器件等。 2）、 中央处理单元 中央处理单元包括微处理器、系统程 序存储器和用户程序存储器。微处理器是PLC 的核心部件，整个 PLC 的工作过程都是在中央处理器的统一指挥和协调下进行的，它的主要任务是按一定的规律和要求读入被控对象的各种工作状态，然后根据用户所编制的应用程序的要求去处理有关数据，最后再向被控对象送出相应的控制信号。存储器是保存系统程序和用户程序的期间。系统存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序。用户存储器主要用于存放用户按照要求所编制的程序，可经过编程器进行必要的修改。 3）、 电源部件 电源部件是把交流转换成直流电源的装置，它向 PLC 提供所需要的高质量直流 电源。 4）、 编程器 编程器是 PLC 必不可少的重要外围设备。它主要对用户程序进行输入、检查、调节和修改，并用来监视 PLC 的工作状态。 2、 FXon 40MT 的基本工作原理 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；或者刷阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 9 - 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。 3、 FXon 40MT 的性能指标 1）、 编程语言 PLC 常用的编程语言由梯形图语言、助记符语言、流程图语言及某些高级语言等，目前常用最多的是前两种。 2）、 指令种类数和条数以及 I/O 总点数 指令种类数和条数以及 I/O 总点数见 下表： 型号 I/0 点数 基本指令执行时间 功能指令 模拟模块量 通信 FX0N 24 128 1.6 3.6 s 55 有 较强 3）、 PLC 内部继电器的种类和点数 PLC 内部继电器（普通）的种类和点数见 下表 ： 型号 输入继电器 输出继电器 辅助继电器 状态寄存器 FX0N X0 X43 Y0 Y27 M0 M383 S10 S127 型号 定时器 数据寄存器 指针 N.P.I 记数器 FX0N T32 T62 D0 D127 P0 P63 C0 C15 4）、 用户程序存储量 用户程序存储器用于存储通过编程器输入的程序，其存储容量通常是以字为单位来计算的。 FX0N 的存储量为 6K。 5）、 扫描速度 其扫描速度 以 ms/K 字为单位表示。 而 FX0N的基本指令执行时间 1.6 3.6 s。 6）、 工作环境 一般情况再以下环境条件下工作：使用温度 0 550C，储存温度 -20 700C；环境湿度，使用时 35% 85%RH（无凝露）；抗冲击性能。 4、 FXon 40MT 可编程控制器指令及编程 1）、 PLC 常用编程语言 常用的程序设计语言是：梯形图程序设计语言；助记符程序设计语言； 逻辑 功能 图程序设计语言 和某些高级语言。 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 10 - 2）、 FXon 40MT 的基本指令 FX0N 的共有 27 条基本逻辑指令，其中包含了有些子系列 PLC 的 20 条基本 逻辑指令。 取指令与输出指令（ LD/LDI/LDP/LDF/OUT） （ 1） LD（取指令） 一个常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。 （ 2） LDI（取反指令） 一个常闭触点与左母线连接指令，每一个以常闭触点开始的逻辑行都用此指令。 （ 3） LDP（取上升沿指令） 与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在指定位元件的上升沿（由 OFF ON）时接通一个扫描周期。 （ 4） LDF（取下降沿指令） 与左母线连接的常闭触点的下降沿检测指令。 （ 5） OUT（输出指令） 对线圈进行驱动 的指令，也称为输出指令。 触点串联指令（ AND/ANI/ANDP/ANDF） （ 1） AND（与指令） 一个常开触点串联连接指令，完成逻辑“与”运算。 （ 2） ANI（与反指令） 一个常闭触点串联连接指令，完成逻辑“与非”运算。 （ 3） ANDP 上升沿检测串联连接指令。 （ 4） ANDF 下降沿检测串联连接指令。 触点并联指令（ OR/ORI/ORP/ORF） （ 1） OR（或指令） 用于单个常开触点的并联，实现逻辑“或”运算。 （ 2） ORI（或非指令） 用于单个常闭触点的并联，实现逻辑“或非”运算。 （ 3） ORP 上升沿检测并联连接指令。 （ 4） ORF 下降沿检测并联连接指令。 块操作指令（ ORB / ANB） （ 1） ORB（块或指令） 用于两个或两个以上的触点串联连接的电路之间的并 （ 2） ANB（块与指令） 用于两个或两个以上触点并联连接的电路之间的串 置位与复位指令（ SET/RST） （ 1） SET（置位指令） 它的作用是使被操作的目标元件置位并保持。 （ 2） RST（复位指令） 使被操作的目标元件复位并保持清零状态。 微分指令（ PLS/PLF） （ 1） PLS（上升沿微分指令） 在输入信号上升沿产生 一个扫描周期的脉冲输出。 （ 2） PLF（下降沿微分指令） 在输入信号下降沿产生一个扫描周期的脉冲输出。 主控指令（ MC/MCR） （ 1） MC（主控指令） 用于公共串联触点的连接。执行 MC 后，左母线移到 MC 触点的后面。 （ 2） MCR（主控复位指令） 它是 MC 指令的复位指令，即利用 MCR 指令恢复原左母线的位置。 堆栈指令（ MPS/MRD/MPP） 堆栈指令是 FX 系列中新增的基本指令，用于多重输出电路，为编程带来便利。阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 11 - 在 FX 系列 PLC 中有 11 个存储单元，它们专门用来存储程序运算的中间结果，被称为栈存储器。 （ 1） MPS（进栈指令） 将运算结果送入栈存储器的第一段，同时将先前送入的数据依次移到栈的下一段。 （ 2） MRD（读栈指令） 将栈存储器的第一段数据（最后进栈的数据）读出且该数据继续保存在栈存储器的第一段，栈内的数据不发生移动。 （ 3） MPP（出栈指令） 将栈存储器的第一段数据（最后进栈的数据）读出且该数据从栈中消失，同时将栈中其它数据依次上移。 逻辑反、空操作与结束指令（ INV/NOP/END） （ 1） INV（反指令） 执行该指令后将原来的运算结果取反。如果 X0 断开，则 Y0为 ON，否则 Y0 为 OFF。使用时应注意 INV 不能象指令表的 LD、 LDI、 LDP、LDF 那样与母线连接，也不能象指令表中的 OR、 ORI、 ORP、 ORF 指令那样单独使用。 （ 2） NOP（空操作指令） 不执行操作，但占一个程序步。执行 NOP 时并不做任何事，有时可用 NOP 指令短接某些触点或用 NOP 指令将不要的指令覆盖。当 PLC执行了清除用户存储器操作后，用户存储器的内容全部变为空操作指令。 （ 3） END（结束指令） 表示程序结束。若程序的最后不写 END 指令，则 PLC 不管实际用户程序多长，都从用户程序存储器的第一步执行到最后一步；若有 END指令，当扫描到 END 时，则结束执行程序，这样可以缩短扫描周期。在程序调试时，可在程序中插入若干 END 指令，将程序划分若干段，在确定前面程序段无误后，依次删除 END 指令，直至调试结束。 3）、 FXon 40MT 的内部继电器编号及功能 输入继电器 X： (按 8 进制编号 ) X000 X007， X010 X017， X020 X027， X030X037(可扩展 )。用接受 PLC 外部开关信号的元件。 PLC 通过输入接口将外部输入信号状态（接通时为“ 1”，断开时为“ 0”）读入并存储在输入映象寄存器。 输出继电器 Y： (按 8 进制编号 ) Y000 Y007， Y010 Y017， Y020 Y027 (可扩展 ) 。将 PLC 内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。输出继电器线圈是由 PLC 内部程序的指令驱动，其线圈状态传送给输出单元，再由输出单元对应的硬触点来驱动外部负载。 辅助继电器 M：普通用， M0 M383；保持用， M384 M511，特殊用， M8000M8254。 一般的辅助继电器与继电器控制系统中的中间继电器相似。辅助继电器不能直接驱动外部负载，负载只能由输出继电器的外部触点驱动。辅助继电器的常开与常闭触点在 PLC 内部编程时可无限次使用。 状态 寄存器 S：状态器用来纪录系统运行中的状态。是编制顺序控制程序的重要编程元件，它与后述的步进顺控指令 STL 配合应用。状态器与辅助继电器一样有无数的常开和常闭触点；状态器不与步进顺控指令 STL 配合使用时，可作为辅助继电器 M 使用； 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 12 - 定时器 T ： PLC 中的定时器（ T）相当于继电器控制系统中的通电型时间（延时）继电器。 计数器 C：计数器为递加计数，应用前先对其设置一设定值，当输入信号（上升沿）个数累加到设定值时，计数器动作，其常开触点闭合、常闭触点断开。 数据寄存器 D： PLC 在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。数据寄存器为 16 位，最高位为符号位。作用是用来数据传送、比较和算术运算等操作使用。 5、 可编程控制器型号的选择 1）、 PLC 机型 的 选择 PLC 机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。 通常做法是 ：性能于任务相适应。对于开关量控制的应用系统，当对控制速度要求不高时，可选用小型控制系统就能满足要求；对于以开关量为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度 、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有 A/D 转换的模拟量输入模块和带有 D/A转换的模拟量输出模块、且运算功能较强的小型控制系统。配接相应的传感器及变送器和驱动装置。对于安装尺寸受到限制的设计需要超小安装面积时，应选用超小型控制系统；对于比较复杂，控制系统功能要求较高的，如PID 调节，闭环调节，通信网等，可选用中大型控制系统，当系统的各个部分分布在不同低于时，应根据各部分的要求来选择控制系统，以组成一个分布式的控制系统。 PLC 的响应时间应满足实时控制的要求。系统响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输 出信号状态发生变化时刻的时间间隔。 PLC 工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，即输出量的变化，一般要在 1 2 扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般的工业控制时允许的，但滞后时间不宜过长。 PLC 结构应合理，机型尽量统一。 PLC 的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构是把 PLC 的 I/O 和 CPU 放在一块印刷电路板上，省去插接环节，体积小。模块式 PLC 的功能扩展， I/O 点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式的灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适于工艺过程变化较多，控制要求复杂的系统。 总之 ， 在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的 PLC；其他情况则最好选用模块式结构的 PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D 转换、 D/A 转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机（其中高档机主要用于大规模过程控制、全 PLC 的分布式控阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 13 - 制系统以及整个工厂的自动化等）。 PLC 在 20 世纪 90 年代已经形成微、小、中、大、巨型多种 PLC。按 I/O点数分，可分为微型 PLC（ 32I/O）、小型 PLC（ 256I/O）、中型 PLC（ 1024I/O）、大型 PLC（ 4.69I/O）、巨型 PLC（ 8195I/O）五种。 通过 I/O 接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过 I/O 接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC 从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正 确无误， PLC的 I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下， PLC 与工业生产过程的联系是通过 I/O 接口模块来实现的。 PLC 有许多 I/O 接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。 2）、 I/O 点数 的估算 由电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用 PLC 控制时需要 2 个输出及 1个输入 ;一个双线圈电磁阀需要 3 个输出及 2 个输入；一个比例式电磁阀需要 3 个输出及 5 个输入；一个按钮需要 1 个输出；一个光电开关要占用 1 个或 2 个输入点；一个信号灯占用 1 个输出点；而波段开关由几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用 2个输入点。根据控制系统的要求确定所需要的 I/O点数时，应再增加 10% 20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同， I/O 点数也应有所不同。 3）、 开关量 I/O 模块的选择 开关量 I/O 接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型 的交流输入 /输出信号为 24240V，直流输入 /输出信号为 5 240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的，如用于消除错误信号的抖动电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。 开关量输入模块是用来接收现场输入设 备的开关信号 ，将信号转换为PLC 内部接受的低电压信号，并实现 PLC 内、外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： （ 1） .输入信号的类型及电压等级 开关量输入 模块的输入信号的 点数 有 ： 8 点 、 12 点 、 16 点 、 24 点 、 32点 、 40 点 、 60 点等。 开关量输入模块的输入信号的电压等级有：直流 5、 12、 24、 48、 60等；交流 110、 220等。选择时主要根据现场输入设备与输入阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 14 - 模块之间的距离来考虑。一般 5、 12、 24用于传输距离较近场合，如5输入模块最远不得超过米。距离较远的应选用输入电压等级较高的模块。 （ 2） .输入接线方式 开关量输入模块主要有汇点式和分组式两种接线方式 ： 汇点式输入 和 分组式输入 。 汇点式的开关量输入模块所有输入点共用一个公共端（ COM）；而分组式的开关量输入模块是将输入点分成若干组，每一组（几个输入点）有一个公共端，各组之间是分隔的。分组式的开关量输入模块价格较汇点式的高，如果输入信号之间不需要分隔，一般选用汇点式的。 （ 3） .注意同时接通的输入点数量 对于选用高密度的输入模块 (如 32 点、 48 点等 )，应考虑该模块同时接通的点数一般不要超过输入点数的 60。 （ 4） .输入门槛电平 为了提高系统的可靠性，必须考虑输入门槛电平的大小。门槛电平越高，抗干扰能力越强，传输距离也越远，具体可参阅 PLC 说明书。 开关量输出模块是将 PLC 内部低电压 信号转换成驱动外部输出设备的开关信号，并实现 PLC 内外信号的电气隔离。选择时主要应考虑以下几个方面： （ 1） .输出方式 开关量输出模块有继电器输出、 双相可控硅 和晶体管输出三种方式。 继电器输出的价格便宜，既可以用于驱动交流负载，又可用于直流负载，而且适用的电压大小范围较宽、导通压降小，同时承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但其属于有触点元件，动作速度较慢（驱动感性负载时，触点动作频率不得超过1HZ）、寿命较短、可靠性较差，只能适用于不频繁通断的场合。 对于频繁通断的负载，应该选用 双相可控硅 输出或晶体管输出， 它们属于无触点元件。但晶闸管输出只能用于交流负载，而晶体管输出只能用于直流负载。 继电器的动作频率一般不能超过 20 次 /秒，接点电流一般可达到 25A；电压交流 220V 或直流都可以用 ， 晶体管动作频率一般可达数 10K 次 /秒 ,只能接直流负载，容量较小，每点不超过 0.3A;可控硅一般可达数 K 次 /秒 ,可接交流及直流负载，容量不大 。 （ 2） .输出接线方式 开关量输出模块主要有分组式和分隔式两种接线方式 ： 分组式输出 和 分隔式输出 。 分组式输出是几个输出点为一组，一组有一个公共端，各组之间是分隔的，可分别用于驱动不同电源的外 部输出设备；分隔式输出是每一个输出点就有一个公共端，各输出点之间相互隔离。选择时主要根据 PLC 输出设备的电源类型和电压等级的多少而定。一般整体式 PLC 既有分组式输出，也有分隔式输出。 （ 3） .驱动能力 阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 15 - 开关量输出模块的输出电流 (驱动能力 )必须大于 PLC 外接输出设备的额定电流。用户应根据实际输出设备的电流大小来选择输出模块的输出电流。如果实际输出设备的电流较大，输出模块无法直接驱动，可增加中间放大环节。 （ 4） .注意同时接通的输出点数量 选择开关量输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时接通输出设备的 累计电流值必须小于公共端所允许通过的电流值，如一个 220V 2A 的点输出模块，每个输出点可承受 2A 的电流，但输出公共端允许通过的电流并不是16A(82A) ，通常要比此值小得多。一般来讲，同时接通的点数不要超出同一公共端输出点数的 60。 （ 5） .输出的最大电流与负载类型、环境温度等因素有关 开关量输出模块的技术指标，它与不同的负载类型密切相关，特别是输出的最大电流。另外，晶闸管的最大输出电流随环境温度升高会降低，在使用中也应注意。 4）、 模拟量 I O 模块的选择 模拟量 I O 模块的主要功能是数据转换，并与 PLC 内部总线相连，同时为了安全也有电气隔离功能。模拟量输入（ A D）模块是将现场由传感器检测而产生的连续的模拟量信号转换成 PLC 内部可接受的数字量；模拟量输出 (D A)模块是将PLC 内部的数字量转换为模拟量信号输出。 典型模拟量 I O 模块的量程为 -10V+10V、 0+10V、 420mA 等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。 一些 PLC 制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如 RTD、热电偶等信号）。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶 或 RTD 混合信号。 5）、 特殊功能 I O 模块的选择 （ 1） .电源模块的选择 电源模块选择仅对于模块式结构的 PLC 而言，对于整体式 PLC 不存在电源的选择。 电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压。电源模块的输出额定电流必须大于 CPU 模块、 I O 模块和其它特殊模块等消耗电流的总和，同时还应考虑今后 I O 模块的扩展等因素；电源输入电压一般根据现场的实际需要而定。 （ 2） .特殊功能 I/O 在选择一台 PLC 时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准 I/O实现的 I/O 限定（如定位、快速输入、频率等）。此 时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使 CPU 从繁重的任务处理中解脱出来。 6） 、 存储器类型及容量选择 PLC 系统所用的存储器基本上由 PROM、 EPROM 及 RAM 三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的最大存储能力低于 8kB，中型机的最大存储能力可达 64kB，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 16 - 以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。 PLC 的存储器容量选择和计算的第 一种方法是：根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照公式来估算。为了使用方便，一般应留有 25% 30%的裕量，获取存储容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字知 道每条指令所用的字数， 用户便可确定准确的存储容量 。 PLC 的容量包括 I O 点数和用户存储容量两个方面 ： （ 1） .I O 点数的选择 ： PLC 平均的 I O 点的价格还比较高，因此应该合理选用 PLC 的 I O点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的 I O 点最少，但必须留有一定的裕量。通常I O 点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上 10 15的裕量来确定。 （ 2） .存储容量的选择 用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差 25之多，所以应该在存储容量估算时多留裕量。 PLC 的 I O 点数的多少，在很大程序上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可在 I O 点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加 20 30的裕量。 存储容量（字节）开关量 I O 点数 10 模拟量 I O 通道数 100 另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。 7）、 编程器和外部设备的选择 在系统的实现过程中， PLC 的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择 PLC 产品的软件功能及编程器有所了解。通常情况下，小型控制系统一般选用价格便宜的简易编程器，如果系统较大或多台 PLC 共用，可以选用功能强、编程方便的图形编程器。如果有个人计算机，可以选用能在个人计算机上运行的编程软件包。同时，为了防止因干扰、锂电池电压下降等原因破坏RAM 中的用户程序，可以选用 EEP-ROM 模块作为外部设 备。 对于小型控制系统或不需要在线编程的系统，一般选用价格便宜的简易编程器。对于由中、高档 PLC 构成的复杂系统或需要在线编程的 PLC 系统，可以选配功能强、编程方便的智能编程器，但智能编程器价格较贵。如果有现成的个人计算机，也可以选用 PLC 的编程软件，在个人计算机上实现编程器的功能。 FX 型 PLC 的简易编程器也较多，最常用的是 FX-10P-E 和 FX-20P-E 手持型简易编程器。他们具有体积小、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 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 内部的阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 17 - 其他信息 为了防止由于干扰或锂电池电压不足等原因破坏 RAM 中的用户程序，可选用EPROM 写入器，通过它将用户程序固化在 EPROM 中。有些 PLC 或其编程器本身就具有 EPROM 写入的功能。 五、 系统编程 放松夹紧上升下降左行右行Y431Y432Y430Y434Y433M205X405X400X412Y430X402X405Y432X401X400X411Y433X404X405Y434X403X400X402X410X406CJP 701EJP 700M205SM205RO U T701CJPR S TS F TM 1 0 0 M 1 1 7Y 4 3 5S M200K = 2 SY 4 3 4Y 4 3 0T 4 5 0Y 4 3 1Y 4 3 2Y 4 3 3T 4 5 1R M200K = 1 . 5 S原位指示下降夹紧上升右移左移M102X 4 0 7M100M 1 1 1M 1 0 1M 1 0 2M 1 0 0M 1 0 3M 1 0 4M 1 0 5M 1 0 6M 1 0 7M 1 1 0X 4 0 4X 4 0 5M 1 0 0M 1 0 2M 1 0 1M 1 0 3M 2 0 0M 1 0 7M 1 0 4M 1 1 0M 1 0 5701M 1 0 6EJPX 4 0 0X 4 0 1T 4 5 0X 4 0 2X 4 0 3X 4 0 1T 4 5 1X 4 0 2X 4 0 4阳泉职业技术学院 课程 设计说明书 - 18 - 机械手部分的程序 1 LDI X407 2 CJP 701 3 LD X402 4 AND X404 5 ANI M101 6 ANI M102 7 ANI M103 8 ANI M104 9 ANI M105 10 ANI M106 11 ANI M107 12 ANI M110 13 ANI M111 14 OUT M100 15 LD X404 16 AND M111 17 OR X405 18 RST M100 19 LD M100 20 AND X400 21 LD M101 22 AND X401 23 ORB 24 LD M102 25 AND T450 26 ORB 27 LD M103 28 AND X402 29 ORB 30 LD M104 31 AND X403 32 ORB 33 LD M105 34 AND X401 35 ORB 36 LD M106 37 AND T451 38 ORB 39 LD M107 40 AND X402 41 ORB 42 LD M110 43 AND X404 44 ORB 45 SFT M100 46 LD M100 47 OUT Y435 48 LD M101 49 OR M105 50 OUT Y430 51 LD M102 52 S