工业机械手模型基于plc的控制系统软硬件设计-毕业论文

本科毕业设计（论文）工业机械手模型基于PLC的控制系统软硬件设计学生姓名学生学号院（系）机电工程学院年级专业机械设计制造及其自动化指导教师助理指导教师摘要在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。工业机械手就这样诞生了,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。电气方面有电机、开关电源、电磁阀、等电子器件组成。该装置涵盖了可编程控制技术，位置控制技术、气动技术等，是机电一体化的典型代表仪器之一。本文介绍的机械手是由PLC输出四路来分别驱动横轴、竖轴、底盘转动、手转动电机，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；电机拖动手爪和底盘旋转；电磁阀控制气阀的开关来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的工业机械手模型可在空间抓放物体，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。关键字可编程控制器PLC,机械手,电机,任意位置ABSTRACTININDUSTRIALPRODUCTIONANDOTHERDOMAINS,BECAUSEWORKSNEED,THEPEOPLEFREQUENTLYRECEIVEFACTORTHEANDSOONHIGHTEMPERATURE,CORROSIONANDVIRULENTGASHARM,INCREASEDWORKERSLABORINTENSITY,EVENENDANGERSLIFETHEINDUSTRYMANIPULATORLIKETHISWASBORN,THEMANIPULATORISINTHEINDUSTRYROBOTASSEMBLYSYSTEMTHETRADITIONALDUTYIMPLEMENTINGAGENCY,ISONEOFROBOTKEYCOMPONENTSTHEELECTRICALASPECTHASTHEELECTRICALMACHINERY,THESWITCHINGPOWERSUPPLY,THESOLENOIDVALVE,ANDSOONTHEELECTRONICDEVICECOMPOSITIONTHISEQUIPMENTHASCOVEREDTHEPROGRAMMABLECONTROLTECHNOLOGY,THEPOSITIONCONTROLTECHNOLOGY,THEAIROPERATEDTECHNOLOGYANDSOON,ISTHEINTEGRATIONOFMACHINERYMODELREPRESENTSONEOFINSTRUMENTSTHISARTICLEINTRODUCEDTHEMANIPULATORISOUTPUTSFOURGROUPSBYPLCSEPARATELYTOACTUATETHEABSCISSAAXIS,THEZAXIS,THECHASSISROTATION,HANDTURNSANELECTRICMOTOR,CONTROLSTHEMANIPULATORABSCISSAAXISANDTHEZAXISPINTPOINTING,THEMICROSWITCHBEQUEATHSTHEPOSITIONSIGNALTHEPLCMAINENGINETHEELECTRICALMACHINERYDRIVESTHEHANDFINGERNAILANDTHECHASSISREVOLVESTHESOLENOIDVALVECONTROLSTHEAIRVALVETHESWITCHTOCONTROLTHEMANIPULATORHANDFINGERNAILTOGATHER,THUSREALIZESTHEMANIPULATORPROPERMOTIONFUNCTIONTHISTOPICPLANSTHEINDUSTRYMANIPULATORMODELWHICHDEVELOPSTOBEPOSSIBLEINTHESPACETOGRASPPUTSTHEOBJECTNIMBLY,THEMOVEMENTISDIVERSE,MAYREPLACEARTIFICIALLYCARRIESONTHEWORKINHIGHTEMPERATUREANDTHEDANGEROUSOPERATIONAREA,ANDMAYCHANGESTHERELATEDPARAMETERASNECESSARYACCORDINGTOTHEWORKPIECECHANGEANDTHEMOVEMENTFLOWREQUESTKEYWORDSPROGRAMMABLECONTROLLERPLC,MANIPULATOR,ELECTRICALMACHINERY,FREEPOSITION目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题背景1111设计的目的和意义212设计要求3121控制要求313PLC的发展概况4131可编程控制器的产生4132PLC的定义4133PLC的特点52机械手概述621机械手的定义与分类622机械手发展情况723机械手的发展趋势83控制系统硬件设计931PLC的选型9311常用PLC介绍9312确定型号FX1N60MR13313FX1N所具有优越性能13314FX系列PLC型号的说明1632三菱FX系列的结构功能16321PLC内部功能17322PLC输入输出接口的安全保护1833手持编程器FX20PE的使用18331HPP的组成与操作面板19332HPP的操作过程214各功能实现形式与控制方式2541本机械手模型的机能和特性2542夹紧机构2543躯干2544旋转编码盘265软件设计2751编程软件的使用2752FX1NPLC梯形图中的编程元件2853程序的总体结构29531各部分程序如下3054PLC程序的上载和下载40541PLC程序的上载40542PLC程序的下载40设计小结41参考文献42附录43附录APLC接线图43附录B指令表44致谢461绪论11课题背景随着我国社会经济的迅猛发展，人民物质文化生活水平日益提高，随着工业自动化的普及和发展,控制器的需求量逐年增大。为了改变落后的生产状态,缓解日趋紧张的供求关系,我们研究就得开发多工步搬运机械手。新中国成立特别是改革开放以来，我国社会主义现代化建设取得了举世瞩目的伟大成就。同时，必须清醒地看到，我国正处于并将长期处于社会主义初级阶段。全面建设小康社会，既面临难得的历史机遇，又面临一系列严峻的挑战。经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重；经济结构不合理，农业基础薄弱，高技术产业和现代服务业发展滞后；自主创新能力较弱，企业核心竞争力不强，经济效益有待提高。在扩大劳动就业、理顺分配关系、提供健康保障和确保国家安全等方面，有诸多困难和问题亟待解决。从国际上看，我国也将长期面临发达国家在经济、科技等方面占有优势的巨大压力。为了抓住机遇、迎接挑战，我们需要进行多方面的努力，包括统筹全局发展，深化体制改革，健全民主法制，加强社会管理等。与此同时，我们比以往任何时候都更加需要紧紧依靠科技进步和创新，带动生产力质的飞跃，推动经济社会的全面、协调、可持续发展。进入21世纪，我国作为一个发展中大国，加快科学技术发展、缩小与发达国家的差距，还需要较长时期的艰苦努力，同时也有着诸多有利条件。中华民族拥有5000年的文明史，中华文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成独特的创新文化。只要我们增强民族自信心，贯彻落实科学发展观，深入实施科教兴国战略和人才强国战略，奋起直追、迎头赶上，经过15年乃至更长时间坚韧不拔的艰苦奋斗，就一定能够创造出无愧于时代的辉煌科技成就。科技工作的指导方针是自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展，就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。要把提高自主创新能力摆在全部科技工作的突出位置。在对外开放条件下推进社会主义现代化建设，必须认真学习和充分借鉴人类一切优秀文明成果。改革开放20多年来，我国引进了大量技术和装备，对提高产业技术水平、促进经济发展起到了重要作用。但是，必须清醒地看到，只引进而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱自主研究开发的能力，拉大与世界先进水平的差距。总之，必须把提高自主创新能力作为国家战略，贯彻到现代化建设的各个方面，贯彻到各个产业、行业和地区，大幅度提高国家竞争力。我国科学技术发展的总体目标是自主创新能力显著增强，科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强，为全面建设小康社会提供强有力的支撑；基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果，进入创新型国家行列，为在本世纪中叶成为世界科技强国奠定基础，形成比较完善的中国特色国家创新体系。111设计的目的和意义科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国计民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展，就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支撑经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个多世纪科技发展实践经验的概括总结，是面向未来、实现中华民族伟大复兴的重要抉择。科技人才是提高自主创新能力的关键所在。要把创造良好环境和条件，培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才，充分调动广大科技人员的积极性和创造性，作为科技工作的首要任务，努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用的良好局面，努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适应的规模宏大、结构合理的高素质科技人才队伍，为我国科学技术发展提供充分的人才支撑和智力保证。12设计要求采用PLC构成机械手的自动控制系统，可通过修改PLC控制程序，改变对机械手模型的控制要求。机械手横轴水平面内作前后方向运动，竖轴能在垂直面内作上下两方向运动，底座能作正反两方向旋转，手能正反两方向旋转，并且底座能在任意位置停止的功能。机械手抓取最多15KG的重物；机械手前后最大行程500MM；上下最大行程800MM。模型如图11；图11模型图121控制要求1、接通电源后，机械机构自动复位；2、横轴前伸；3、机械手旋转到位；4、电磁阀动作，机械手张开；5、竖轴下降；6、电磁阀复位，机械手夹紧重物；7、竖轴上升；8、横轴缩回；9、底盘旋转到位；10、横轴前伸；11、机械手旋转；12、竖轴下降；13、电磁阀动作，机械手张开，放下货物；14、竖轴上升复位。13PLC的发展概况可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。131可编程控制器的产生PLC是在激烈的市场竞争中产生的，20世纪60年代末，美国汽车制造业竞争激烈。为适应生产工艺不断更新的需要，美国通用汽车公司（GM）对控制系统提出要求为（1）能替代各种继电器、定时器、接触器及其主令电器等按一定的逻辑关系用导线连接起来的控制系统，既传统的继电接触器控制，它简单易懂，价格低廉，能够满足生产工艺改动频繁的需要；（2）编程简单；（3）模块式结构；输入、输出电压是交流115V（美国标准），输出能直接驱动继电器和电磁阀；（5）抗电磁干扰强；（6）具有数据通信功能。就是把继电接触器控制的优点与计算机的功能齐全、灵活性、通用性强的特点结合起来，用计算机的编程软件逻辑易于修改来代替继电接触器控制的硬接线逻辑不易修改。美国数字设备公司（DEC）在1969年根据上述要求，研制出世界上首台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的汽车装配线上应用成功，实现装配线的自动控制。132PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NATIONALELECTRICALMANUFACTORYASSOCIATION）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（PROGRAMMABLECONTROLLER），并给PC作了如下定义“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会IEC又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但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。133PLC的特点高可靠性【4】1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。2）各输入端均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020MS。3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。4）采用性能优良的开关电源。5）对采用的器件进行严格的筛选。6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。丰富的I/O接口模块【4】PLC针对不同的工业现场信号，如交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。2机械手概述工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。21机械手的定义与分类机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生产工艺要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，并投入了大量的物力和财力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪音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，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。第三类是专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用于解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外称为“MECHANICALHAND”，它是为主机服务的，由主机驱动，除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。本项目要求设计的机械手模型可归为第一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用机械手。通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业控制常用的技术。22机械手发展情况目前工业机械手主要用于流水线传送、焊接、装配、机床加工、铸造、热处理等方面，无论数量、品种和性能方面都能满足工业生产发展的需要。在国内主要是发展各方面的机械手，逐步扩大应用范围，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专用机械手的同时，相应地发展通用机械手，用条件还要研制示教机械手、组合机械手等。将机械手各运动构件，如伸缩、摆动、升降、横移、俯仰等机构，以及用于不同类型的夹紧机构，设计成典型的通用机构，以便根据不同的作业要求，选用不同的典型部件，即可组成不同用途的机械手，即便于设计制造，又便于改换工作，扩大了应用的范围。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以更好地发挥机械手的作用。在机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。如果机械手发生某些偏离时，会引起零部件甚至机械本身的损坏，但若有了传感反馈自动，机械手就可以根据反馈自行调整。机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统构成。执行机构包括手部、手臂和躯干。手部装在手臂前端，可以转动、开闭手指。机械手手部的构造系统模仿人的手指，分为无关节、固定关节和自由关节三种。手指的数量又可以分为二指、三指、四指等，其中以二指用得最多。可根据夾持对象的形状和大小配备多种形状和尺寸的夹头，以适应操作的需要。本设计采用二指的构造。手臂的作用是引导手指准确地抓住工件，并运送到所需要的位置上。为了使机械手能够正确地工作，手臂的三个自由度都需要精确地定位。总之，机械手的运动离不开直线移动和转动二种，因此它采用的执行机构主要是直线液压缸、摆动液压缸、电液脉冲马达、伺服液压马达、交流伺服电动机、直流伺服电动机和步进电动机等。躯干是安装手臂、动力源和各种执行机构的机架。驱动机构主要有四种液压驱动、气压驱动、电气驱动和机械驱动。其中以电气、气动用得最多，占90以上，液压、机械驱动用得较少。液压驱动主要是通过液压缸、阀、油箱等实现传动。它利用液压缸、液压马达加齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动液压马达、液压缸与齿条、齿轮与链条、链轮等实现回转运动。液压驱动的优点是压力高、体积小，出力大，动作平缓，可无级变速，自锁方便，并能在中间位置。缺点是需配备压力源，系统复杂，成本较高。气压驱动所采用的元件为气压缸、气马达、气阀等。一般采用46个大气压，个别达到810个大气压。它的优点是气源方便，维护方便，成本低。缺点是出力小，体积大，由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。本设计的手爪部分采用气压驱动。电气驱动时，直线运动可以采用电动机带动丝杠、螺母机构。通用机械手则考虑采用步进电动机、直流或交流的伺服电动机、变速箱等。电气驱动的优点是动力源简单，维护、使用方便。驱动机构和控制系统可以采用同一形式的动力，出力比较大。本设计采用步进电动机驱动手臂运动，直流电动机驱动手爪和机械手的底盘旋转运动。机械驱动只适用于动作固定的场合。一般用凸轮连杆机构实现规定的动作。它的优点是动作确实可靠，工作速度高，成本低；缺点是不易调整。机械手控制的要素包括工作顺序、到达位置、动作时间、运动速度和加减速度等。机械手的控制分为点位控制和连续轨迹控制两种，目前以点位控制为主，占90以上。控制系统可以根据动作的要求，设计采用数字顺序控制，它首先要编制程序加以储存，然后再根据规定的程序，控制机械手工作。对动作复杂的机械手则采用数字控制系统、小型计算机或微处理机控制的系统。本设计的控制系统采用小型可编程控制器实现，具有编程简单、修改容易、可靠性高等。23机械手的发展趋势随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。代表当今最先进的技术在日本，他的自动化，人性化令人叹为观止，这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合各种尖端技术的现代机器。我国也陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛，但我国的自动化水平有待提高。随着工业现代化的发展，机械手技术也随之提高，发展的趋势是工作强度高，灵活性强，准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能，使人只作平时的简单的维护，这也是现代工厂的发展趋势。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机联用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。3控制系统硬件设计对于机械手的控制系统可以采用多种方式，如继电器控制、单片机控制、PLC控制等。但由于此明确指定采用PLC可编程控制器控制实现，所以，不用我们去考虑控制硬件方案，只是要对PLC进行比较选择。31PLC的选型对于PLC的选择，我们必须考虑多方面的因素。例如输入、输出的最多点数；扫描速度；内存容量；指令条数；功能模块等。同时还要考虑其经济实用性以及工作环境对其的影响。311常用PLC介绍PLC发展这么多年，技术成熟，各种型号的也很多，各个厂家生产的也有一定区别，各个重点发展方向也不同，所以我们必须根据自己设计需要，考虑如何选择。西门子S7200系列可编程控制器介绍SIMATICS7200系列PLC是德国西门子（SIEMENS）公司生产的具有很高性能价格比的微型可编程控制器。西门子是世界上最大的电气和电子公司之一。西门子的中国业务是其亚太地区业务的主要支柱，活跃在中国的信息与通讯、自动化与控制、电力、交通、医疗、照明以及家用电器等各个行业中，其核心业务领域是基础设施建设和工业解决方案。S7200作为西门子SIMATICPLC家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能，多年来一直广泛服务于国内的各行各业。由于它具有结构小巧，运行速度快，价格低廉及多功能多用途等特点，因此在工业企业中得到了广泛的应用。它适用于各行各业，各种场合的检测、监测及控制的自动化。强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。在以下几方面均有出色的表现极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等S7200系列PLC在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。S7200产品凭借其先进性、成熟性和广泛的适用性在自动化产品中受到广泛的重视，相信此次发布的新产品一定能够满足部分用户的需求，同时在自动化领域中获得更广泛的应用。突出的特点可靠性高、操作简便；丰富的内置集成功能；强劲通讯能力；丰富的扩展模块；简单、易用的MICRO/WIN编程软件。S7200丰富的种类【4】CPU221内置10个数字量I/O点，不可扩充；CPU222内置14个数字量I/O点，可扩充到78路数字量I/O或10路模拟量I/O；CPU224内置24个数字量I/O点，可扩充到168路数字量I/O或35路模拟量I/O；CPU226内置40个数字量I/O点，可扩充到248路数字量I/O或35路模拟量I/O；16种扩展模块数字量扩展模块，模拟量扩展模块、PROFIBUSDP扩展模块、ASI接口模块。强大的通讯能力点到点通讯方式（PPI）；多点接口通讯方式（MPI）；自由通讯口方式（FREEPORT）；PROFIBUSDP网络通讯方式。OMRONC200H可编程控制器介绍图31欧姆龙PLC欧姆龙株式会社是全球知名的自动化控制及电子设备制造厂商，掌握着世界领先的传感与控制核心技术。自1933年创业至今的七十余年中，通过不断创造新的社会需求，公司全球业务遍及35个国家和地区，拥有超过27，000名员工；产品品种达几十万种，涉及工业自动化控制系统、电子元器件、社会公共系统以及健康医疗设备等广泛领域，在业内建立了响亮的品牌，占据着不可替代的地位。欧姆龙与中国的渊源可以追溯到30年前。公司创始人立石一真先生曾担任国贸促京都总局副会长，七十年代初作为经济界代表开始了与中国各界的交流与合作。公司从1980年继电器的委托加工贸易开始不断发展，1991年在大连设立了第一家生产健康医疗设备的工厂欧姆龙（大连）有限公司；1994年，作为第一家日本电子制造企业，被国家有关部门批准成立投资性公司欧姆龙（中国）有限公司；经过30年的不懈努力，欧姆龙以高质量的产品和优质的服务，赢得了中国用户的信赖与好评。先进的、小型化的可编程序控制器OMRON的可编程序控制器更加小型化。SYSMACCPM1A的大小仅相当于一个PC卡对于10点的机型来说，从而使安装体积大幅度减小，同时也进一步节省了控制柜的空间。它不仅具备了以往小型PLC所具备的功能，而且还可连接可编程序终端，为生产现场创造了新的环境。可连接可编程终端，选用通讯适配器以相应的上位LINK或高速NTLINK与PT之间进行高速通讯。有10点至40点多种CPU单元。CPU单元与扩展I/O并用，可完成10点到100点的输入输出要求。并有AC和DC两种电源型号可选择。汇集了各种先进的功能，如高速响应功能、高速计数功能、中断功能，还备有2个模拟量设定。充足的程序容量，具有2048字的用户程序存储器和1024字的数据存储器。编程环境与CQM1及SYSMACA等机种相同。由于原有SYSMAC支持软件及编程器都可继续使用，故而系统的扩展及维护都可简单进行。松下可编程控制器介绍【9】包括FPO，FP1，FP2，FP3，FPE，FPX等系列图32松下PLCFPX特点超高速处理，浮点数PID运算只有32S，基本指令只需032S，可快速扫描充裕的程序容量达到32K步，注释区域也可以保证；I/O最多300点；通过8位密码和禁止上传功能，有效保护程序配备USB端口，可与计算机实现简单连接。FPE（晶体管输出，继电器输出）特点面板式安装型控制器，电源电压24VDC，程序容量27K步，运算速度09S。FP2、FP3、FP10SH系列（输出类型同上）最多可控制2048点（使用远程I/O），程序容量大16K，30K步，可扩展到120K步，CUP运行世界最快（1MS/20步，快速起运01MS以下）。FPO系列（输出同上）世界产品体积最小，扫描周期1MS，选择点从10到128点。三菱FX系列可编程控制器介绍【10】FX系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。日本三菱电机公司研发的。在FX中，除基本的指令表编程方式外，还可以采用梯形土编程及对应机械动作流程进行顺序设计的SFC顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。在FX系列PLC中设置了高数计数器，对来自特定的输入继电器的高频脉冲进行中断处理，扩大了PLC的应用领域。其FX2NPLC还可以采用作为扩展设备的硬件计数器，可获取最高50KHZ的高速脉冲。FX系列PLC基于“基本功能、高速处理、便于使用”的研发理念，使其具有数据传送与比较，四则运算与逻辑运算、数据循环与移动等应用指令系统。除此之外，还具有输入输出刷新、中断、高速计数器比较指令、高速脉冲输出等告诉处理指令，以及在SFS控制方面，将机械控制的标准动作封装化的状态初始化指令等，使功能大大增加。FX系列PLC在特殊控制方面不但具备模拟量输入输出控制，而且具有定位控制几PID系统控制。在通信方面，能够方便地与PC计算机链接实现数据交换与管理。312确定型号FX1N60MR综上，对于被控对象，采用PLC系统与采用其它形式的控制系统相比较，力求具有较好的性价比，使用和维修方便；选用的PLC主机和配置、控制功能等必须能满足被控对象的各种控制要求；选用的PLC主机及配置必须是功能较强的新一代PLC机型，一般最好不要选用旧机型（若采用三菱公司的PLC，则选FX系列，不选F1系列）。同时还应当考虑将来工艺的变化和扩展，在满足确定的要求外，留有一定的余量；确保整个控制系统可靠。还要考虑大家对产品的熟悉程度，以及编程指令的易懂性。在此，我选用三菱FX1N来做控制核心。FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是近年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，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，如图34。313FX1N所具有优越性能【基本性能】【3】CPU处理速度达到了0065US/基本指令。内置了高达64K步的大容量RAM存储器。大幅增加了内部软元件的数量。强化了指令的功能，提供了多达209条应用FX2NPLC图图33PLC三菱FX系列图34PLC三菱FX1N指令，包括像与三菱变频器通讯的指令，CRC计算指令，产生随机数指令等等。【集成业界领先的功能】【3】晶体管输出型的基本单元内置了3轴独立最高100KHZ的定位功能，并且增加了新的定位指令带DOG搜索的原点回归（DSZR），中断单速定位（DVIT）和表格设定定位（TBL），从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。内置6点同时100KHZ的高速计数功能，双相计数时可以进行4倍频计数。【强大的扩展性】【3】增强了通信的功能，其内置的编程口可以达到1152KBPS的高速通信，而且最多可以同时使用3个通信口（包括编程口在内）。新增了高速输入输出适配器，模拟量输入输出适配器和温度输入适配器，这些适配器不占用系统点数，使用方便，在FX3U的左侧最多可以连接10台特殊适配器其中通过使用高速输入适配器可以实现最多8路、最高200KHZ的高速计数。通过使用高速输出适配器可以实现最多4轴、最高200KHZ的定位控制，继电器输出型的基本单元上也可以通过连接该适配器进行定位控制。通过CCLINK网络的扩展可以实现最多达384点（包括远程I/O在内）的控制。可以选装高性能的显示模块（FX3U7DM）可以显示用户自定义的英文、数字和日文汉字信息，最多能够显示半角16个字符全角8个字符4行。在该模块上可以进行软元件的监控、测试，时钟的设定，存储器卡盒与内置RAM间程序的传送、比较等操作。另外，还可以将该显示模块安装在控制柜的面板上。表31FX1N性能规格【3】FX1N性能规格项目规格备注运转控制方法通过储存的程序周期运转I/O控制方法批次处理方法（当执行END指令时）I/O指令可以刷新运转处理时间基本指令055至07S应用指令37至几百S编程语言逻辑梯形图和指令清单使用步进梯形图能生成SFC类型程序程式容量内置8K步EEPROM存储盒（FX1NEEPROM8L）可选指令数目基本顺序指令27步进梯形指令2应用指令85最大可用177条应用指令，包括所有的变化I/O配置最大硬体I/O配置128，依赖于用户的选择（最大软件可设定地址输入128、输出128）辅助继电器一般384点M0到M383锁定1152点（子系统）M384至M1535（M线圈）特殊256点M8000至8255一般1000点S0至S999状态继电器（S线圈）初始10点（子系统）S0至S9100毫秒范围0至32767秒200T0至T19910毫秒范围0至32767秒46点T200至T2451毫秒范围0001至32767秒4点T246至T249定时器（T）100毫秒积算范围0至32767秒6点T250至T255一般范围0至32767数16点C0至C15类型16位上计数器锁定184点（子系统）C16至C199类型16位上计数器一般范围1至32767数20点C200至C219类型32位双向计数器计数器（C）锁定15点（子系统）C220至C234类型32位双向计数器单相C235至C2384点单相C/W起始，停止输入C241、C242和C2443点双相C246、C247和C2493点高速计数器（C）A/B相范围21474836482147483648数；选择多达4个单相计数器，组合计数频率不；大于5KHZ或选择一个比相或A/B相计数器,组合；计数频率不大于2KHZ注意所有的计数器都锁定。C251、C252和C2543点一般128点D0至D127类型32位元件的16位数据存储寄存器锁定7872点D128至D7999类型32位元件的16位数据存储寄存器文件7000点D100至D7999通过3块500程式步的参数设置类型16位数据寄存器数据寄存器（D）外部调节范围0至2552点数据从外部设置电位器移到寄存器；D8030和D8031特殊256点（包含D8013、D8030T和D8031）从D8000至D8255类型16位数据存储寄存器变址16点V和Z类型16位数据寄存器用于CALL128点N0至P127指标（P）用于中断6点100至130（上升触发1，下降触发0）嵌套层次用于MC和MRC时8点N0至N7十进位K16位32768至3276832位2147483648至2147483647常数十六进位H16位0000至FFFF32位00000000至FFFFFFFF314FX系列PLC型号的说明FX系列PLC型号的含义如下【4】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DDC电源，DC输出A1AC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。例如FX2N32MTD表示FX2N系列，32个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。32三菱FX系列的结构功能可编程控制器是一种工业控制微型计算机，它的的结构原理与微型计算机相似。硬件构成有微处理器、存储器和各种输入、输出接口。系统程序和接口器件又与微机不同，这使它的操作使用方法、编程语言、工作方式等与微型机有所不同。PLC是用微处理器实现继电器、定时器和计数器以及A/D、D/A模拟转换器件的组合体的功能，采用软件编程进行它们之间的联系。本设计采用FX系列PLC作为控制核心，所以现在就以它来讲述PLC的应用知识、操作技能。FX系列PLC硬件组成与其它类型PLC基本相同，主体由三部分组成，其PLC的基本结构如图35系统电源有些在CPU模块内，也有单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC的外设。PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。图35PLC的组成框图外部开关信号、模拟信号以及各种传感器检测信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信号和数据；经PLC内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。PLC的各个部分协调一致地实现对现场设备的控制。321PLC内部功能中央处理器CPUCPU的主要作用是解释并执行用户及系统程序，通过运行用户及系统程序完成所有控制、处理、通信以及所赋予的其它功能，控制整个系统协调一致工作。常用的CPU主要有通用微处理器、单片机和双极型位片机。存储器模块随机存储器RAM用于存储PLC内部的输入、输出信息，并存储内部继电器（软继电器）、移位寄存器、数据寄存器、定时器/计数器以及累加器等的工作状态，还可以存储用户正在调试和修改的程序以及各种暂存的数据、中间变量等。只读存储器ROM用于存储系统程序。可紫外线擦除电编程的只读存储EPROM，它主要用来存放PLC的操作系统和监控程序，如果用户程序已完全调试好，也可将程序固化在EPROM中。可电擦除可电改写的只读存储EEPROM，它主要用来存放用户程序。输入输出模块N可编程控制器是一种工业控制计算机系统，它的控制对象是工业生产过程，与DCS相似，它与工业生产过程的联系也是通过输入输出接口模块（I/O）实现的。I/O模块是可编程序与生产过程相联系的桥梁。PLC连接的过程变量按信号类型划分可分为开关量（即数字量）、模拟量和脉冲量等，相应输入输出模块可分为开关量输入模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、脉冲量输出模块等。编程器编程器是PLC必不可少的重要外部设备。编程器将用户所希望的功能通过编程语言送到PLC的用户程序存储器中。编程器不仅能对程序进行写入、读出、修改，还能对PLC的工作状态进行监控，同时也是用户与PLC之间进行人机对话的界面。随着PLC的功能不断增强，编程语言多样化，编程已经可以在计算机上完成。322PLC输入输出接口的安全保护当输出口连接电感类设备时，为了防止电路关断时刻产生高压对输入、输出口造成破坏，应在感性元件两端加保护元件。对于直流电源，应并接续流二极管，对于交流电路应并接阻容电路。阻容电路中电阻可取51120，电容取01047F，电容的额定电压应大于电源的峰值电压。续流二极管可选1A的管子，其额定电压应大于电源电压的3倍。图36为输入输出口的保护环节示意图。图36输入输出口的保护33手持编程器FX20PE的使用FX20PE简易编程器（HANDYPROGRAMMINGPANEL，简称HPP）适用于FX系列PLC，也可以通过转换器FX20PEFKIT用于F系列PLC【17】。FX20PE编程器有联机（ONLINE）和脱机（OFFLINE）两种操作方式（1）联机方式编程器对PLC的用户程序存储器进行直接操作、存取的方法。在写入程序时，若PLC内未装EEPROM存储器，程序写入PLC内部RAM，若PLC内装有EEPROM存储器，程序写入该存储器。（2）脱机方式脱机方式是对HPP内部存储器的存取方式。编制的程序先写入HPP内部的RAM，再成批地传送到PLC的存储器中，也可以在HPP和ROM写入器之间进行程序传送。331HPP的组成与操作面板HPP的组成HPP由液晶显示屏（16字符4行，带后照明）、ROM写入器等模块接口、安装存储器卡盒的接口，以及专用的键盘（功能键、指令键、软元件符号键、数字键）。HPP配有FX20PCAB电缆（适用于FX2系列PLC）或FX20PCABO电缆（适用于FX0系列PLC），用来与PLC连接；还有系统的存储卡，用来存放系统软件（在系统软件修改版本时更换）；其它如ROM写入器模块、PLC存储器卡盒等均为选用件。HPP的操作面板HPP的操作面板如图38所示，键盘上各键的作用如下图38HPP操作面板（1）功能键功能键有三个RD/WR（读出/写入）、INS/DEL（插入/删除）、MNT/TEST（监视/测试）。每个功能键均有两个功能并交替起作用按一次时选择第1功能；再按一次，则选择第2功能。（2）其它键其它键OTHER，在任何状态下按该键，将显示方式项目单（菜单）选择画面。安装ROM写入器模块时，在脱机方式项目单上进行项目选择。（3）清除键CLEAR如果在按GO键以前（确认前）按此键，则清除键入的数据。此键也可以用于清除错误信息，恢复原来的画面。（4）帮助键HELP显示功能指令一览表；在监视时，进行十进制数和十六进制数的转换，起到键输入时的辅助功能。（5）空格键SP在输入时，用该键指定软元件的编号和常数。（6）步序键STEP设定步序号时。（7）光标键、用此键来移动光标和提示符，指定当前元件的前一个或后一个地址号元件，作行滚动。（8）执行键GO此键用于指令的确认、执行，显示后面的画面（滚动）以及再检索。（9）指令、元件符号及数字键共24个，都是双功能（指令/元件符号及数字）复用键，用于程序的输入、读出或监视。两种功能是根据当前所执行的操作自动进行切换，其中元件符号Z/V、K/H、P/I交替起作用（反复按键时互相交替切换）。332HPP的操作过程HPP的操作过程主要包括操作准备、方式选择、编程、监视与测试等。1操作准备打开PLC上部的插座盖板，将HPP所带的FX20PCAB型电缆（对FX2系列PLC）接到PLC的连接HPP专用插座上，并将左右两边的螺钉拧紧，然后接通PLC电源。HPP本身不带电源，只能通过电缆由PLC供电。2方式选择在方式选择时，用HPP的键操作进行联机/脱机方式的选择及功能选择。接通PLC电源后，HPP显示屏上将显示如图39上部所示的画面，2秒钟后将自动转入下一个画面。画面初始状态时，光标显示联机方式，按GO键，则确认为联机方式。如选择脱机方式，将光标移到