《工业机器人与智能制造》课件38-4.6 PLC控制系统

《先进制造技术》单元4

智能制造延时符单元4智能制造4.1智能制造概述4.2现场总线4.3Profibus总线4.4工业以太网PROFINET4.5工业机器人通信基础4.6PLC控制系统4.7任务-工业机器人输入输出（I/O）的接线PLC控制系统1.可编程控制器工作原理可编程控制器（ProgrammbleController）简称PC或PLC，是智能制造中的核心控制单元。它主要完成开关量的控制工作，用于接收外部开关量控制命令，例如，控制工业机器人的启动与停止，控制各个关节轴抱闸的抱紧与释放、手指关节对物体的抓持与松开等。目前，在世界范围内（包括国内市场），松下、西门子、欧姆龙、三菱的产品占有率较高、普及应用较广，典型PLC实物外形如图所示。典型PLC实物PLC控制系统在组成工业控制智能制造系统的过程中，需要PLC与外部设备进行通信，使工业机器人与外部设备协调工作。PLC的工作原理如下：将产生输入信号的设备（如按钮、开关等）与PLC的输入端子连接，将接收输出信号的被控设备（如接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接。当用户编写的程序存入后，CPU会向存储器发出控制指令，从系统程序存储器中调用解释程序将用户编写的程序进行进一步的编译，使之成为PLC认可的编译程序。PLC控制系统PLC工作原理PLC控制系统2.可编程控制器的硬件结构PLC属于精密的电子设备，从功能电路上讲，主要是由输入电路、运算控制电路、输出电路等构成的。PLC控制系统输入电路的作用是将被控对象的各种控制信息及操作命令转换成PLC输入信号，然后送给运算控制电路；运算控制电路以内部的CPU为核心，按照用户设定的程序对输入信息进行处理，然后由输出电路输出控制信号，这个过程实现算术运算和逻辑运算等多种处理功能；输出电路由PLC输出接口和外部被控负载构成，CPU完成的运算结果由PLC输出接口提供给被控负载。PLC控制系统可编程控制器(PLC)的硬件结构主要由CPU、存储器、输入输出接口(I/O模块)、通信接口、电源、编程接口等组成。PLC控制系统(1)中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，是PLC的核心。(2)存储器PLC存储器包括系统储器和用户存储器。PLC控制系统(3)输入输出接口（I/O模块）PLC与电气回路的接口是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入寄存器反映输入信号状态，输出点反映输出寄存器状态。PLC控制系统输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、模拟量输入（AI）、模拟量输出（AO）等模块。PLC控制系统(4)通信接口PLC具有通信联网功能。通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间的数据交换（通信），可以与远程I/O、与其他PLC之间、与计算机之间、与智能设备（如变频器、数控装置等）之间进行通信。PLC控制系统(5)电源PLC的电源为PLC电路提供工作电源，在整个系统中起着十分重要的作用。一个良好的、可靠的电源系统是PLC的最基本保障。PLC控制系统(6)编程接口编程接口通过编程电缆与编程设备（计算机）连接，电脑通过编程电缆对PLC进行编程、调试、监视、试验和记录。PLC控制系统3.可编程控制器的循环扫描的工作方式PLC的工作方式采用不断循环的顺序扫描工作方式。CPU从第一条指令开始执行程序，按顺序逐条地执行用户程序直到用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。如此周而复始不断循环。PLC控制系统整个过程可以大体分为以下几个阶段。（1）初始化PLC接通电源后，系统首先执行自身的初始化操作，包括硬件、软件的初始化和其他设置的初始化处理。PLC控制系统（2）自诊断处理自诊断处理的检查对象包括CPU、电池电压、程序存储器、I/O和通信等，若发现异常，马上传递出错代码，特别是出现致命错误时，CPU立刻进入“STOP"（停止）方式，所有的扫描停止。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查。PLC控制系统（3）通信处理PLC自诊断处理完成后，先检查有无通信任务，如有则调用相应进程，完成PLC之间、或PLC与其他设备的通信处理，并对通信数据作相应处理。PLC控制系统（4）输入信息处理将输入端子导入的外部输入信息存入映像寄存器中。PLC每扫描一次，执行一次输入信息处理。PLC控制系统（5）用户程序执行用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按照序号顺序排列。从首地址开始按自上而下、从左到右的顺序逐条扫描执行，并从输入映像寄存器中“读入”输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（软继电器）的当前状态，然后，根据指令要求执行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。PLC控制系统（6）输出信息处理所有指令执行完毕后，进入输出信息处理阶段。将运算处理完毕的结果信息存入输出映像寄存器中，并进一步传输至外部被控设备。PLC每扫描一次，执行一次输出信息处理。至此，一个扫描过程完毕，这整个工作周期称为扫描周期。为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期的作业时间必须被控制在一定范围内。通常用PLC执行1KB指令所需时间来说明其扫描速度，一般为零点几毫秒到上百毫秒。PLC控制系统4.PLC技术在工业机器人中的应用PLC技术在工业机器人当中的应用，具体表现在：（1）开关量控制。将PLC技术应用于开关量控制的目的在于，根据现存与历史开关量的输入状况从而决定系统所需的开关量输出，让系统能够依指定顺序开始工作。PLC控制系统（2）模拟量控制。一般地，过程控制都需要利用到模拟量，包括电流、电压、压力、温度等。若要利用PLC对模拟量进行处理，首先要将模拟量进行数字化与离散化转换，并将其进行锁存后再进行模拟输出。PLC控制系统因此，进行模拟量控制还需安装A/D模块，以实现模拟量的数字化与离散化；然后再利用D/A模块将其进行锁存并进行模拟输出。PLC控制系统（3）脉冲量控制。脉冲量是指工作对象的位置、速度、加速度等，脉冲量控制可使工作对象作直线运动或是角度变换运动，并且还可对多个对象进行同时控制，而实现此功能的前提是协调各对象