基于PLC的机械手控制系统设计

完成工作，制定计策完成工作，制定计策部门：电气工程系专业名称：2013(3)电气自动化技术论文标题：机器人PLC控制学生姓名：地图老师：评委：实现成果：2016年月列表设计任业书.目录.序言.1、PLC简介.1.1 PLC开发.1.2 PLC基本结构.1.3 PLC工作原理.2、气动机械手的PLC控制.2.1控制功能.2.2系统控制图.2.3输入和输出点分配表和原理接线图.2.4操作系统.2.5重新就位程序.2.6手动单步操作过程.2.7自动操作程序.2.8机器人输送机系统梯形图.2.9指令表.8、设计摘要.参考文献.全言可编程序控制器(称为PLC)是基于微处理器的通用工业自动化控制设备，是基于中继序列控制开发的。随着电子技术和计算机技术的快速发展，PLC的功能也变得越来越强大，具有更多计算机的功能，因此简称为可编程控制器(PC)，但为了不与个人计算机混淆，它仍然被称为PLC。现在，PLC在智能和网络方面发展得很好，现在SOFTPLC登场了，是PLC的无限发展前景。本文主要通过气动机械手的PLC控制介绍了PLC的具体应用，进一步熟悉PLC，为以后的学习奠定了基础。1 PLC简介PLC (programming controller):数位运算运算的电子系统，设计用于产业环境。可编程内存类，执行面向用户的命令，如内部存储程序、逻辑计算、顺序控制、计时、计数和算术运算，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机器或生产过程。1.1 PLC发展史20世纪60年代末，美国汽车制造业竞争激烈，为了满足生产过程不断更新的要求，1968年美国通用汽车(GM)首先公开投标，对控制系统的具体要求基本上是a。继电器控制系统设计周期短，易于更改，布线简单，成本低。b .可以将计算机的功能与继电器控制系统相结合。但是编程比计算机简单，操作也容易。c .系统通用性强。1969年，美国数字设备公司(DEC)按照上述要求开发了世界上第一个PLC，并在GM公司的汽车生产线上首次试运行成功，实现了生产自动化。随后，随着日本、德国等的相继引进，可编程顺序控制器得到了快速发展，但主要用于顺序控制，只能执行逻辑运算，因此被称为可编程逻辑控制器(PLC)。定义：可编程控制器是为在工业环境中使用而设计的数字计算电子系统。可编程内存类，执行面向用户的命令，如内部存储程序、逻辑计算、顺序控制、计时、计数和算术运算，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机器或生产过程。可编程控制器和相关外部设备是根据易于与工业控制系统集成和轻松扩展功能的原则设计的。1.2基本结构PLC可编程序列控制器实现了控制功能，该控制功能根据一定的算法执行输入和输出转换，并实现了此转换和物理实现。I/o转换、物理实现可以说是PLC实现控制的两个基本要素，实际实现是PLC与普通计算机的区别。这意味着需要考虑实际控制，需要将干扰信号适应工业现场，将输出扩大到工业控制级别，便于在实际控制系统中使用，因此PLC主要使用由微处理器(CPU)、内存(RAM/ROM)、I/O接口(I/O)电路、通信接口和电源组成的典型计算机结构。PLC的基本结构如下图所示。1.2.1中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)是PLC的控制核心。遵循PLC系统程序提供的功能。a .从用户程序和数据接收和存储；b .检查电源、存储、I/O和警告计时器的状态，并诊断用户程序的语法错误。PLC运行时，首先在现场扫描每个输入设备的状态和数据，将其存储在I/O映射寄存器中，然后从用户程序内存中逐个读取用户程序，解释命令，按照指示执行逻辑或算术运算，并将结果发送到I/O映射寄存器或数据寄存器。等待所有用户程序运行，最后将I/O映射寄存器的每个输出状态或输出寄存器的数据发送到相应的输出设备，循环运行直到停止。近年来，对于大型PLC，可以使用双CPU或3 CPU投票系统进一步提高PLC的可靠性。这样，即使一个CPU出现故障，整个系统也可以继续正常运行。1.2.2存储可编程逻辑控制器的存储分为系统程序内存和用户程序内存。拥有包括显示器、模块化应用程序功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序和各种管理程序的系统软件的存储称为系统程序存储。保存用户程序(用户程序存储和数据)的存储称为用户程序存储，分为用户存储和数据存储两部分。PLC常用的内存类型：(1)随机存取记忆体(RAM)是一种读/写记忆体(随机记忆体)，提供锂电池支援的最快存取速度。(2)可擦除的只读存储，即erasable programmable read only memory(eprom)。断电时，阵列中的所有内容仍保持不变。(紫外线连续照射时可以擦除内存内容)。(3)电子可编程只读存储器(EEPROM)是可电气擦除的只读内存。程序员可以方便地修改存储的内容。PLC存储空间分配：各种PLC CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作方式，存储空间通常包含以下三个区域：(1)系统程序存储(2)系统RAM存储，包括I/O映射寄存器和系统软设备。(3)用户程序存储库系统程序存储库：将与计算机操作系统相对应的系统程序保留在系统程序存储库中。包括监视器、管理程序、命令解释程序、功能子例程、系统诊断子例程等。制造商嵌入到EPROM中，用户无法直接访问。与硬件一起确定PLC的性能。系统RAM存储：系统RAM存储包括I/O映射寄存器和各种软组件，如逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、地址寄存器、累加器。(1)I/o图像寄存器区域：由于PLC正在运行，因此在输入采样阶段依次读取每个输入状态和数据，在更新输出阶段将输出状态和数据发送到相应的外围设备。因此，需要一定量的存储单元(RAM)来保存称为I/O映像寄存器的I/O状态和数据。交换机I/O占存储单元的一位，模拟I/O在存储单元中使用一个词。因此，整个I/O映射寄存器可以看作交换机I/O映射寄存器的两个部分。模拟I/O图像寄存器区域。(2)系统软件组件存储：系统RAM存储不仅包括I/o映射寄存器，还包括PLC中所有类型软件组件(例如逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器)的存储。该存储分为具有电源损耗维护的存储和具有电源损耗维护的存储，这些存储在PLC断电时由内部锂电池供电，并且不会丢失数据。后者在PLC电源关闭时将数据整理为零。(3)用户程序存储：用户程序存储包含用户创建的用户程序。存储容量取决于PLC类型。1.2.3输入接口电路I/o信号有开关、模拟、数字三种，在我们实验室处理的信号中，开关容量最常见，也是实验条件的限制。接下来主要介绍开关接口电路。可编程逻辑控制器的优点之一是抗干扰能力强。这也是I/O设计的优点，通过电气隔离后，信号才会传送到CPU，防止现场强烈的电气干扰流入。下图显示了使用光电耦合器(通常由反射二极管和光电极管组成)的开关输入接口电路。1.2.4输出接口电路可编程逻辑控制器的输出有三种输出形式：继电器输出(m)、晶体管输出(t)和晶闸管输出(SSR)。(1)隔离输出接口电路(2)输出接口电路的主要技术参数A.响应时间响应时间是PLC从ON状态转换到OFF状态或从OFF状态转换到ON状态所需的时间。继电器输出响应时间平均约10毫秒；是。晶闸管输出响应时间小于1毫秒。晶体管输出速度在0.2毫秒以下。B.输出电流继电器输出类型具有较大的输出电流，AC250V以下的电路电压可以驱动纯电阻负载2A/1点、感应负载80VA以下(AC100V或AC200V)以及灯泡负载100W以下(AC100V或200V)的负载。除Y0，Y1以外，每个输出点的输出电流为0.5A，但是由于温度上升，每个输出4的电流总计为0.8A，输出晶体管的ON电压约为1.5V，因此驱动半导体组件时，请注意组件的输入电压特性。Y0，Y1输出每一点的输出电流为0.3A，但使用Y0，Y1的定位命令时需要快速响应，因此使用10-100ma的输出电流。晶闸管输出电流也比较小。FX1S没有晶闸管输出类型。C.开路泄漏电流开路泄漏电流表示输出处于关闭状态时输出电路的电流。继电器输出触点关闭没有泄漏电流。晶体管输出泄漏电流小于0.1毫安。晶闸管是由内部RC电路引起的大泄漏电流，在系统设计中需要注意。输出公共端点(COM)形成公共端点和输出组之间的回路以驱动载荷。FX1S在1:00或4:00具有通用输出类型，因此每个通用终端单元可以驱动不同电源电压系统的负载。1.2.5电源PLC的电源在整个系统中扮演着非常重要的角色。如果没有一个运行正常的可靠电源系统，PLC制造商还将重点放在电源的设计和制造上。典型的交流电压波动可以在10%(15%)的范围内将PLC直接连接到交流电网，无需采取任何措施。与FX1S额定电压a c100v-240v一样，电压允许范围在AC85V-264v之间。允许瞬间停电小于10毫秒，以便继续工作。典型小型PLC的电源输出分为两部分。部分工作在PLC内部电路上。部分是外部提供的操作电源，如现场传感器。因此，PLC的电源基本要求：能有效地控制、消除电网引起的各种干扰；电源故障不会导致其他部分失败。允许宽电压范围。电力本身的耗电量低，热量低。内部电源与外部电源完全隔离。具有强大的自我保护功能。1.3 PLC工作原理PLC以微处理器为核心，具有计算机的许多特征，但工作方式与计算机大不相同。计算机通常以等待命令的方式工作，如普通键盘扫描或I/O扫描仪，如果有I/O更改，则转到相应的子程序，如果没有，则继续扫描。PLC使用循环扫描工作。对于每个程序，CPU从第一个指令开始运行，按命令步骤序列执行周期性程序循环扫描，如果没有跳转指令，则从第一个指令开始，在终止符发生后返回到第一个指令，继续循环，每个周期称为扫描周期。扫描周期大小主要取决于CPU执行命令的速度。第二个是执行每个命令所需的时间。第三，程序中的命令条带数。扫描周期主要可以分为三个阶段。输入1.3.1刷新步骤在输入刷新阶段，CPU扫描所有输入端口，读取其状态，然后将其写入输入状态寄存器。输入端刷新操作完成后，输入端口关闭，然后转至程序运行步骤。在程序执行过程中，即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会发生变化，这些更改必须读入到下一个工作周期的输入刷新阶段。1.3.2流程运行步骤在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一个开始逐步执行相应的逻辑运算结果，并将相应的逻辑运算结果放入相应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器中。上次控制程序运行完成后，转到刷新输入步骤。1.3.3刷新输出步骤所有命令执行后，输出状态寄存器的内容依次发送到输出锁定电路(输出图像寄存器)，以恒定的输出方式输出，驱动外部相应的执行组件操作，从而形成PLC的实际输出。因此，输入更新、程序运行和输出更新三个阶段构成了PLC的一个作业周期。循环此周期，因此称为循环扫描工作方式。重新整理输入步骤会在重新整理输出步骤之后立即执行，因此这两个步骤统称为重新整理I/O步骤。实际上，PLC除了执行