机械手自动化控制系统的PLC实现方法研究软件部分

1、仅供个人参考 泸 州 职 业 技 术 学 院 毕 业 设 计 机械手自动化控制系统的PLC实现方法研究软件部分 学生姓名 王 川 机械工程系 所在 系 2班2011 班 级 级机制 业机械制造与自动化 专 指导教师 李刚讲师 日201405月06年 不得用于商业用途仅供个人参考 指导教师评阅书 指导教师评价： 一、撰写（设计）过程 1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格 2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格 3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格 4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计

2、方案的合理性 优 良 中 及格 不及格 5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩： 优 良 中 及格 不及格 （在所选等级前的内画“”） 指导教师： （

3、签名） 单位： （盖章） 年 月 日 不得用于商业用途仅供个人参考 评阅教师评阅书 评阅教师评价： 一、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 建议成绩： 优 良 中 及格 不及格 （在所选等级前的内画“”） 评阅教师： （签名）

4、 单位： （盖章） 年 月 日 不得用于商业用途仅供个人参考 教研室（或答辩小组）及教学系意见 教研室（或答辩小组）评价： 一、答辩过程 1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格 2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格 3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格 二、论文（设计）质量 1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格 2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格 三、论文（设计）水平 1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格

5、 不及格 2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格 3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格 序号 电气设备、元件 输入点数 输出点数 使用数量3 1 0 2 步进电机驱动器2 1 0 1 脉冲信号源 行程开关6 0 1 3 11 0 4 1 指示灯1 5 0 1 报警嗡鸣器12 0 6 1 按钮1 0 1 7 电磁继电器1 8 5 0 5位旋钮X020 X004 方向位移+ 手动YX021 X005 Y方向位移- 原点X022 X006 + 单步进运动旋转位移X023 X007 - 旋转位移单周期运动X024 X010 超程保护编码输入口

6、自动X025 X011 回原点启动 超程保护编码输入口X026 X012 超程保护编码输入口 自动运行启动X027 X013 停止 1 LS3(I3) 0 1 0 1 0 LS4(I4) 1 1 LS5(I5) 0 0 1 LS6(I6) 1 1 (I7) 1 1 无定义评定成绩： 优 良 中 及格 不及格 （在所选等级前的内画“”） 教研室主任（或答辩小组组长）： （签名） 年 月 日 教学系意见： 系主任： （签名） 年 月 日 不得用于商业用途仅供个人参考 摘 要 随着可编程控制器应用技术的不断发展，PLC的应用范围日益扩大，使得当今工程技术人员在设计电气控制系统时，考虑选用PLC控制取

7、代接触器控制。本文重点分析了基于PLC的机械手控制系统的组成，并详细叙述了在以PLC为核心的基础上，对步进电动机进行综合控制的软、硬件的实现方法。该系统利用步进电动机单位脉冲所具有的步进距离不变的特点，对其采用开环点位控制。因此可将整个运动视为折线运动，每一个动作可视为运动程序相同、特征参数各异的点位相对运动。其以起点作为参考点，通过脉冲计数得到目的点的位置，手动操作机械手从参考点运动到目的点后，保存目的点位的特征参数，并统一进行列表管理。从而实现手动模式下运用关键点位输入及自动模式查表方式的“仿形”动作。 关键字：可编程控制器 机械手 定位控制 不得用于商业用途仅供个人参考 目 录 第1章前

8、 言 . 0 研究的目的和意义 1.1. 0 1.1.1传统机械手 . 0 1.1.2现代机械手 . 0 1.2研究的国内外现状和发展趋势： . 1 1.2.1国内外现状 . 1 1.2.2发展趋势 . 2 第2章软件设计 . 3 工作流程图 . 42.1 PLC选择及I/O2.2口分配 . 4 2.2.1PLC控制系统设计的基本原则 . 4 2.2.2PLC控制系统设计步骤 . 5 2.2.3CPU的速度 . 5 2.2.4PLC模块的选择 . 6 2.2.5PLC品牌选择 . 6 2.2.6PLC系列选择 . 7 2.2.7输出方式 . 9 2.2.8I/O点数 . 10 2.2.9I/O

9、口分配原则 . 10 2.2.10I/O口分配论证 . 11 2.3程序设计 . 17 2.3.1存储区域分配 . 17 2.3.2程序指令 . 17 2.3.3初始化及报警程序 . 19 2.3.4回原点程序 . 27 不得用于商业用途仅供个人参考 2.3.5手动程序 . 31 2.3.6自动程序 . 35 第3章后 记 . 39 研究价值 3.1. 39 特色3.2 . 39 续改进方向 3.3. 39 参考文献. 40 致 谢. 41 文献综述. 42 不得用于商业用途仅供个人参考 第1章 前 言 1.1 研究的目的和意义 1.1.1 传统机械手 伴随着工业自动化发展的脚步，机械手凭借其

10、定位精度高、工作性能稳定、结构灵活多样、可精确复现等特点，被广泛应用于轻、重工业、医疗卫生、军事、科研等高新技术领域。它的运用标志着制造业向自动化、无人化、节拍化、智能化的迈进。 就传统继电控制的机械手而言，因其控制装置落后、接线复杂、易受干扰、可靠性差、维修困难等劣势，逐步退出了历史舞台。 1.1.2 For personal use only in study and research; not for commercial use 1.1.3 1.1.4 现代机械手 可编程控制器因其诸多特点被广泛应用于现代机械手控制系统中。 可编程控制器简称PLC（Programmable logic

11、Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置，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。它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和生产过程。 For personal use only in study and research; not for commercial use 其特点特点如下： 1） 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技

12、术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。就PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 不得用于商业用途仅供个人参考 2） 配套齐全，功能完善，适用性强 For personal use only in study and res

13、earch; not for commercial use PLC 发展至今，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加之PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当

14、接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4） For personal use only in study and research; not for commercial use 5） 6） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 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改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 7） 体积小，重量轻，能耗低

15、For personal use only in study and research; not for commercial use 以超小型PLC 为例，其底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。配套齐全，功能完善，适用性强。 1.2 研究的国内外现状和发展趋势 1.2.1 国内外现状 1） For personal use only in study and research; not for commercial use 2） 不得用于商业用途仅供个人参考 3） 应用广泛性。机械手作为一种按人类意识进行简单替代

16、人手操作的工具，被广泛应用于轻、重工业、医疗卫生、军事、科研等高新技术领域，从事目标搬移（如：搬移机械手、选择夹持机械手、运输机械手、挖掘机等）、精确定位（医疗机械手辅助手术、电子元器件机插设备、打印设备、数控加工中心等）、模拟（残疾人假肢）等工作。 4） 结构多样性。机械手因其模拟人类手部的工作模式而命名，并非其形状像手。在应用的各领域、各工作层面中，机械手的形状各异，不受到任何标准形状的制约，实用、抽象的结构体，发挥着其独有的高效作用。 5） 智能性。借助传感器反馈系统，将机械手工作时的动态信息，及时的反馈回中央处理单元，进行动作的实时控制。即使被操作目标的表面形状和位置存在差异，机械手都

17、能借助检测反馈信息，自动的判断夹持位置（定位位置），智能的把目标送入下一工作环节。生产车间中，运用该机械手，可实现无人化生产，构建无人车间。 1.2.2 For personal use only in study and research; not for commercial use 1.2.3 1.2.4 发展趋势 1） 各种多用途机械手。适用于抓取各种物件，适合于各种不同用途，具有各种新功能。如汽车工业中的上下料、装配、喷涂以及各种功能的实现。 2） 具有熟练技术工人的机能。如开发双臂多关节机械手，像熟练技术工人那样进行各种装配、检修、焊接、喷涂等工作，能搬运液晶玻璃、半导体器件，并能

18、和计算机连接，通过仿真软件进行各种熟练技术工人的工作。完美的人机界面，完备的通信功能更好适应各种工业的控制场合。 3） 实现智能化，能进行多品种少数量的柔性生产，组成各种形式的制造系统。开发各种带视觉、听觉、触觉的新型传感器，能够分析、判断、遥控的智能化机器手，为未来低成本、高精度、高效率、高自动化的制造系统做准备。 4） 提高机器手工作定位精度。通过安装视觉传感器，实时控制系统等措施，使机械手运动环节能实现实时位置反馈，提高机械手工作定位精度。 不得用于商业用途仅供个人参考 第2章 软件设计 2.1 工作流程图 图3.1 工作流程图 本机械手采用点位控制，我们可将整个运动看作折线运动，每一步

19、动作归纳为 参数不同的点位之间动作。以起点作为参考点，通过脉动计数，得到目的点的位置。手动操作机械手从参考的到达目的点后，保存目的点的相对特征参数，并对每一步保存的参数进行列表管理。实现手动模式下关键点位输入，自动模式查表“仿形”运动。手动设置好以后就可以按预先设置自动运行。 不得用于商业用途仅供个人参考 核心思想：记录关键点，构造工作路径和状态。现就四工位作以下说明。 用户在手动原点状态下，控制机械手至 A点位（到A点的路径可制定中间点实现绕行），按下保存，记录该点重要参数。之后控制机械手到B点位夹取工件，同时记录机械手张开位置及夹紧位置，为简化过程，可在A点设置机械手张开，B点设置夹紧。

20、控制机械手移动，同前所述记录关键点位，到D点放下工件。再用同样的方法到下一工位进行操作。 2.2 PLC选择及I/O口分配 2.2.1 PLC控制系统设计的基本原则 5） 满足被控对象的控制要求考虑将来发展的需要， PLC选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。 6） 系统安全、可靠。 7） 尽可能简单、经济、使用与维修方便。 8） 具有高的性能价格比。 2.2.2 PLC控制系统设计步骤 9） 分析被控对象，提出控制要求。 10） 确定输入、输出设备。 11） 确定PLC的I/O点数，选择PLC机型。 12） 分配I/O点数，绘制PLC控制系统输入、输出端子接线图。 13） 程序设计，绘制工

21、作循环图或状态转移图。 14） 程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试， 再进行整体、系统调试。 15） 调试过程结束，整理技术资料，投入使用。 不得用于商业用途仅供个人参考 控制系统设计步骤流程图 PLC图3. 2 的速度2.2.3 CPU对于以开关量为主的控制系CPU的运行速度是指执行每一步用户程序的时间。 机型都可使用。对于以模拟量为主的控制系统，统，不用考虑扫描速度，一般的PLC PLC机型。则需考虑扫描速度，必须选择合适CPU种类的 模块的选择2.2.4 PLC 模块：输入、输出装置比较分散，工作现场远离控制站。 远程I/O可选 内部的高速计数器的最高计数

22、频率不能满足要求时，当PLC高速计数器模块： 择使用。 定位模块：在机械设备中，保证加工精度进行定位。 与计算机之间的通信与联网。PLC与之间，或 PLC通信联网模块：PLC模拟输入模块、输出模块：把流量、速度、压力、风力、张力等变换成数字量，及 把数字量变换成模拟量，进行输入、输出。 2.2.5 PLC品牌选择其代欧洲和日本三大技术阵营，的厂商有数百家，世界上生产 PLC构成美国、 不得用于商业用途仅供个人参考 表机型有美国罗克韦尔（Rockwell）自动化公司所属的A-B(Allen-Bradley)公司生产的PLC-5系列PLC、GE-Fanuc公司生产的90TM-30系列和90TM-7

23、0系列的PLC，德国西门子（Siemens）公司生产的S5系列PLC和S7系列PLC，日本三菱公司生产的FX系列、A系列、Q系列PLC、欧姆龙公司生产的CS系列、C200系列、CPM系列PLC。 三大技术阵营的 PLC在程序表达形式、功能及用法上有很大的差异。熟悉西门子S5系列PLC的人都知道，他是采用结构化编程的方法，尽管他也设有梯形图、逻辑图等多种其他编程语言，单少许复杂一点的问题就必须采用语句表，通过STEP5语言，调用各种功能来实现。然而美国A-B公司的PLC-5系列可编程控制器则与西门子S5系列PLC相去甚远，A-B的PLC-5根本就没有语句表，他所有的程序都要依靠梯形图编制，因而A

24、-B的梯形图与西门子的梯形图在形式、功能及用法上相差很大。 日本的微型小型PLC产品是非常有特色的，他对梯形图、语句表并重，而且配置了包括功能指令在内的功能很强的指令系统。用户常常会发现，同一个应用问题，选用日本的小型PLC产品就能解决，而用欧美产品常要选用中型乃至大型PLC才行。这主要是欧美小型PLC产品指令系统太弱所制。 日本的PLC技术是由美国引进的，因此日本的产品对美国的产品有一定的继承性。单日本把自己主推产品定位在小型PLC上，因面临的主要市场在亚洲，因此他对美国的PLC技术既有继承，更多的是发展。在小型PLC方面，他已是青出于蓝而胜于蓝，日本产品在世界小型PLC市场上占70%的份额

25、。 据不完全统计，我国每年引进的PLC产品价值，其中美国产品约占36.3%，欧洲产品约占45.5%，日本产品约占18.2%。欧美产品以大中型PLC为主基本上是德国西门子公司与美国A-B公司平分秋色。小型PLC主要是日本产品。 在国内，日本三菱公司生产的FX系列小型PLC以其良好的性能得到了广泛的应用，同时各大高校、职业技术学校，也为其提供了专业技术人才的支持。 简单机械手运动小型PLC足以满足需求，选用日本三菱公司FX系列作为本文中搬移机械手的核心控制系统，可以减少企业对操作人员培训，降低使用成本，减少消费者对产品使用的顾虑。 2.2.6 PLC系列选择 PLC机型选择的基本原则是，在功能满足

26、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的最优化机型。三菱FX系列PLC包括FX、FX、FX、FX。2NC2N1S1N 不得用于商业用途仅供个人参考 各型号的 PLC在性能上都有所区别。 1） FX1S系列PLC 将优良的特点融合进一个很小的控制器中。FX1S适用于最小的封装，它是希望低成本的用户在有限的I/0范围内寻求功能强大的控制的首选目标。FX1S提供多达30个I/O，并且能通过串行通信传输数据，所以它能用在常用的紧凑型PLC不能应用的地方。 FX1S体积虽小，但功能强大： ? 主机点数10/14/20/30，分为晶体管输出/继电器输出，交流电源/直流电源。 ? 结构紧凑、

27、性价比高。显示模块和扩展板使系统升级变得容易。 ? 高速运算。基本指令是0.55s/指令0.7s/指令；应用指令是3.7s/指令至几百s/指令。 ? 2000步存储容量，是以前的FX0S的2.5倍 。 ? 丰富的器件资源。辅助继电器512点、定时继电器64点、计数器32点、数据寄存器256点。 ? 具有实时时钟功能。使用标准型号的 实时时钟满足对时间的应用要求。 ? 联网能力。串行扩展板通过RS-232、RS-422使联网更容易。 ? 电源适用范围很宽。世界任何地方的标准电压都适合，也可以使用直流电源。 ? 基于Windows软件。 ? 模拟电位器。 ? 密码保护。 ? 远程维护。 ? 脉冲输

28、出和定位功能。一个PLC单元中每相能同时输出2点100KHz脉冲，PLC配备7条特殊定位指令，包括零返回、绝对位置读出、绝对或相对地址表达方式以及特殊脉冲输出控制。 2） FX1N系列PLC 增加了特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块和能源控制等重要的应用方面非常完美。是一种普遍选择方案。 与FX1S相比较，在以下方面得到了很好的提升： ? 更多的控制点数14点128点。 不得用于商业用途仅供个人参考 ? EEPROM寄存器更大，达8000步。 ? 更为丰富的器件资源。辅助继电器1536点、定时器256点、计数器235点、数据寄存器8000点。 ?

29、 增加过程控制。在系统要求精确控制时适用PID指令。 3） FX2N系列PLC 作为FX系列最高级的模块，他拥有无以匹敌的速度、高级功能、逻辑组件以及定位控制等特点。 与前者PLC相比较，在以下方面得到了很好的提升： ? 更多的控制点数。16点256点。 ? 灵活的配置。具有满足特殊要求的大量特殊模块，6个基本FX2N单元中的每一个单元可扩充到256点的I/O。 ? 更高速运算。基本指令0.08s/指令；应用指令是1.52s/指令至几百s/指令。 ? 寄存器容量扩展。 ? 更为丰富的器件资源。辅助继电器3072点、定时器256点、计数器235点、数据寄存器8000点。 ? 特殊功能模块。主单元

30、可配置8个特殊功能模块。 ? 数学指令集。使用32位处理器、浮点数、方根和三角几何指令满足数学功能。 4） 位置控制模块扩展 位置控制是对工位的控制，可由位置控制模块实现.PLC系统可作为整个位置控制系统中的一个控制环节，配上伺服放大器或驱动放大器，就可以将位置控制功能和逻辑控制、顺序控制等一揽子解决。 利用PLC模块实现位置控制的优点： ? 在实现位置控制的时候，可充分利用PLC系统的硬件和软件资源。更便于在柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）或工厂自动化（FA）系统中大量应用位置控制。 ? 用户可根据自身要求灵活配置系统，既降低成本，又能因地制宜。 ? 可靠性高，维护方便

31、。 FX-1PG脉冲输出模块是一种根据FROM/TO指令进行与FX2、FX2C系列PLC数据交换的特殊功能模块。用一台FX-1PG独立进行一轴定位控制，而一台PLC则最多 不得用于商业用途仅供个人参考 可连8台FX-1PG。 5） PLC系列选择 FX1N系列以其信价比独占鳌头。但程序结构较为复杂。 就功能而言，FX2N系列是不错之选，选配3个FX2N-1PG-E脉冲输出模块给步进电机驱动设备提供稳定信号，同时模块程序简化了PLC程序的结构。但其制造总价较高，就核心控制系统PLC及其模块而言，其成本将是FX1N系列的4倍以上。由于本文中机械手不必联动，分时复用即可，适用范围内不必选用FX2N-

32、1PG-E脉冲输出模块，其功能通过软件实现。 2.2.7 输出方式 PLC包括继电器输出和晶体管输出两种输出方式。其适输出区别如下： 6） 负载电压、电流类型不同 负载类型：晶体管只能带直流负载，而继电器带交、直流负载均可。 电流：晶体管电流0.2A-0.3A，继电器2A 。 电压：晶体管可接直流24V（继电器可以接直流 24V或交流220V）。 7） 负载能力不同 晶体管带负载的能力小于继电器带负载的能力，用晶体管时，有时候要加其他东西来带动大负载（如继电器，固态继电器等）。 8） 晶体管过载能力小于继电器过载的能力 一般来说，存在冲击电流较大的情况时，晶体管过载能力较小，需要降额更多。 9

33、） 晶体管响应速度快于继电器 继电器输出型原理是CPU驱动继电器线圈，令触点吸合，使外部电源通过闭合的触点驱动外部负载，其开路漏电流为零，响应时间慢（约10ms），主要控制开关量。 晶体管输出型原理是CPU通过光耦合使晶体管通断，以控制外部直流负载，响应时间快（约0.2ms甚至更小）。晶体管输出一般用于高速输出，如伺服步进等，用于动作频率高的输出。 10） 额定工作情况下，继电器有动作次数寿命，晶体管只有老化没有使用次数限制。 继电器是机械元件所以有动作寿命，晶体管是电子元件，只有老化，没有使用次数限制。继电器的每分钟开关次数也是有限制的，而晶体管则没有。 本文中使用步进电机作为动力源，故采用

34、晶体管输出，直流D24V电源。 不得用于商业用途仅供个人参考 2.2.8 I/O点数 I/O点数是衡量可编程控制器规模大小的依据。 确定依据：将与PLC 相连的全部输入、输出器件根据所需的电压、电流的大小和种类分别统计，考虑将来发展的需要再相应增加 1015的余量。如表3.1所示。 表3.1 I/O点数估算统计 22 输入点数20 合计 输出点数 44 总点数 2.2.9 I/O口分配原则 11） 特殊、特定I/O点优先分配。如高速脉冲输出口Y000或Y001；方便指令中初始状态指令等。 12） 普通无指定I/O点的归类分配。 13） 适当的方法节省I/O点数。如编码等。 2.2.10 I/O

35、口分配论证 方案一： 表3.2 方案一I/O分配输入端一览表 输入 功能(设备) 输入 功能(设备) X000 X014 机械手夹紧 X001 X015 机械手放松 不得用于商业用途仅供个人参考 X016 X002 + X方向位移X017 X003 保存X方向位移- I/O分配输出端一览表表3.3 方案一 ) 设备功能(输出 功能输出 (设备) Y010 Y000 L0 启动指示灯步进电机脉冲信号 Y011 Y001 L1 步进电机驱动器XENA 停止指示灯Y012 Y002 L2 /故障指示灯 X步进电机转向急停Y013 Y003 步进电机驱动器ENA 故障报警YY014 Y004 位移指示

36、灯编码输出口Y步进电机转向 Y015 Y005 ENA 旋转步进电机驱动器位移指示灯编码输出口Y016 Y006 位移指示灯编码输出口旋转步进电机转向 Y007 Y017 机械手夹紧/放松 进行软解码对超程保护行PLC 此方案应用应用三位二进制编码器进行硬编码， 点以内，的备用量）在40I/O口总点数（包括10%20%点数节省，使程开关进行I/O PLC费用。具体编码如下：以节约 编码表表3.4 输出(PLC I/O口) 输入 X011 X010 X012 行程开关报警 0 0 无报警(I0) 0 不得用于商业用途 仅供个人参考 1 0 LS1(I1) 0 0 LS2(I2) 0 1 由编码表

37、写出逻辑式： I?I?III?I?I?IX010?I?II?I? 764754475566 II?I?I?I?I?II?I?X011?III 727373223666 I?I?II?III?I?I?I012X?II 717353315715 。逻辑图见图3.3 不得用于商业用途仅供个人参考 编码器原理图图3.3 74LS147扩展芯片可以实现编码，具体接线方式在此不予详述。选用 ：优点 点数压I/O点数的节省，将I/OPLC总 通过对超程保护行程开关的 编码实现 的成本。，从而降低PLCFX1N-40MT-D缩在40点以内，选用 缺点： 程序复杂，只能实现单线程工作。需保证有且仅有一个行程开关

38、（指示灯）动） 1 PLC将出现识别错误。作，要对信号进行前置处理，若同时触发两点 容易受到外界信号干扰，稳定性受到一定影响。2） 运动指示灯解码采用软编码，硬件解码方式，同样存在以上问题，在此不予熬 诉。点数措施为以后的稳定运作埋下了很多安全隐患，生产成本并I/O 综上所述，节省 没有得到很好的降低，仅仅是制造成本的转移。此方案不予以采纳。 不得用于商业用途仅供个人参考 方案二： 表3.4 方案二I/O分配输入端一览表 输入 功能(设备) 输入 功能(设备) X014 X000 超程保护(行程开关LS3) X015 X001 旋转原点(行程开关+SB4 LS4) X016 X002 超程保护

39、-SB5 (行程开关LS5) X017 X003 位置保存+SB6 SB3 X020 X004 手动-SB7 X021 X005 +SB8 X022 X006 -SB9 X023 X007 SB10 X024 X010 SB11 X011 XX012 LS1) 超程保护X013 Y方向位移XX方向位移Y方向位移Y方向位移旋转位移旋转位移机械手夹紧机械手放松原点(行程开关行程开关(行程开关(原点LS0) LS2) 回原点 单步运动 单周期运动 全自动运行 回原点启动SB0 自动启动SB1 停止SB2 X025 X026 X027 表3.4 方案二I/O分配输入端一览表 输出 功能(设备) 放松、

40、/指示灯+指示灯-D208 D207 D214 D220 D315 D321 M557 Y ENA ENA L0 L1 运动方向输出Y014 Y015 Y016 Y017 Y020 Y021 ENA Y022 Y023 L8 Y024 Y025 Y026 L2 Y027 L3 D209 Y方向脉冲信息储存区D215 Y方向脉冲信息储存区D221 Y方向脉冲信息储存区 D316 方向脉冲信息Y储存区D323 M558 旋转运动方向 其他存储区 D210 D216 D222 D317 D324 功能(设备) Y方向位移+指示灯Y方向位移-指示灯旋转位移+指示灯旋转位移-指示灯机械手指示灯L9 故障

41、指示灯L10 故障报警嗡鸣器 D211 D212 旋转脉冲信息D217 D218 旋转脉冲信息 D223 D224 旋转脉冲信息D318 D319 旋转脉冲信息D325 D326 M579 M559 手爪状态 L4 L5 L6 L7 Y000 步进电机脉冲信号1 X方向脉冲信息20 X运动方向Y001 X步进电机驱动器Y002 X步进电机转向Y003 Y步进电机驱动器Y004 步进电机转向YY005 旋转步进电机驱动器Y006 旋转步进电机转向Y007 机械手夹紧Y010 回原点指示灯Y011 自动启动指示灯Y012 X方向位移Y013 方向位移XD213 2 X方向脉冲信息D219 3 X方

42、向脉冲信息D314 19 X方向脉冲信息20 D320 不得用于商业用途仅供个人参考 此方案对超程保护所使用的行程开关合运动方向指示灯，独立分配I/O。 优点： 1） 独立控制，互不干扰。 2） 程序简单，无需添置编码、解码张芯片及其抗干扰设施。 3） 良好的稳定性。 4） 预留足够的I/O点数，大于1020%。方便以后的扩展升级。 缺点： 价格略高于前者。 综上优点，优先选用 FX2N-48MT-D型PLC方案二作为最终选定方案。 PLC硬件接线图见图3.4 。 不得用于商业用途仅供个人参考 图3.4 三菱FX2N-48MT-D PLC接线图 1.三菱FX2N-48MT-D型PLC 2. ST-2HB02X型步进电机动驱动器 3. 42HS003两相混合式步进电机 不得用于商业用途仅供个人参考 2.3 程序设计 2.3.1 存储区域分配 脉冲计数存储区域分为统计区、暂存区和存储区三个部分。 统计区：对保存数据的组数进行统计，确定有效区域范围，配备16位断电保持数 据寄存器D200和D327。 暂存区：临时存储脉冲信息，进行数据的基本处理，执行数据计算功能。由于脉冲数据值较大采用32位断电保持数据寄存器D201D206。 存储区：又分为脉冲数据存储区和其他存储区。长期存储自动程序数据值。 脉冲数据存储区：存储暂存区经处理后的有效脉冲数。采