課程設(shè)計(jì)----機(jī)械手的plc設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要3</b></p><p><b>　　引 言4</b></p><p>　　1 機(jī)械手簡介5</p><p><b>　　1.1 概述5</b></p

2、><p>　　1.2 機(jī)械手的組成5</p><p>　　1.3 機(jī)械手的分類5</p><p>　　1.4 機(jī)械手的應(yīng)用5</p><p>　　2 機(jī)械手的控制方案與選擇6</p><p>　　2.1 控制要求6</p><p>　　2.2 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較7&

3、lt;/p><p>　　3 PLC的簡介7</p><p>　　3.1 PLC的產(chǎn)生7</p><p>　　3.2 PLC的定義和特點(diǎn)7</p><p>　　3.2.1 PLC的定義7</p><p>　　3.2.2 PLC的特點(diǎn)8</p><p>　　3.3 可編程控制器的主要

4、性能指標(biāo)8</p><p>　　3.4 可編程控制器的分類8</p><p>　　3.5 PLC系統(tǒng)的組成9</p><p>　　3.5.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.5.2 PLC的軟件9</p><p>　　3.6 可編程控制器的工作方式10</p><p

5、>　　3.7 PLC的編程語言10</p><p>　　3.8 FX2N系列PLC11</p><p>　　3.8.1 FX2N系列PLC的內(nèi)部資源11</p><p>　　3.8.2 FX2N系列PLC的基本順控指令11</p><p>　　3．9 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域12</p><p>　　4

6、 PLC對(duì)機(jī)械手的控制13</p><p>　　4.1 PLC的選型13</p><p>　　4.4.1 I/O總點(diǎn)數(shù)的確定13</p><p>　　4.4.2 I/O點(diǎn)信號(hào)性質(zhì)分析13</p><p>　　4.4.3 用戶存儲(chǔ)器容量的估算14</p><p>　　4.2 PLC的梯形圖14

7、</p><p>　　4.2.1程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2.2 初始化程序14</p><p>　　4.2.3 手動(dòng)程序15</p><p>　　4.2.4 回原位程序15</p><p>　　4.2.5 自動(dòng)程序16</p><p>　　4.3 指令

8、程序17</p><p>　　4.4 I/O接線圖18</p><p>　　4.5相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)20</p><p>　　4.5.1 系統(tǒng)調(diào)試20</p><p>　　4.5.2 程序的運(yùn)行與調(diào)試21</p><p>　　4.6 材料清單21</p><p>　　4.7

9、 不足和改進(jìn)22</p><p>　　5 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)23</p><p><b>　　6 致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)機(jī)

10、器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；位置信號(hào)由接近開關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制機(jī)

11、械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手 PLC 變頻器 交流電機(jī)</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中

12、，生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無人車間、無人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為

13、現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。</p><p>　　本課題擬開發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝

14、置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。</p><p>　　由于時(shí)間倉促和個(gè)人水平限制，我的設(shè)計(jì)存在著許多還沒來得及解決的問題，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評(píng)指正并予以解決。</p><p><b>　　1 機(jī)械手簡介</b></p><

15、;p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　機(jī)械手首先是由美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出了第一臺(tái)機(jī)械手。機(jī)械手能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。</p>

16、<p>　　1.2 機(jī)械手的組成</p><p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓

17、取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。</p><p>　　1.3 機(jī)械手的分類</p><p>　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制

18、機(jī)械手等。</p><p>　　1.4 機(jī)械手的應(yīng)用</p><p>　　機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。另外，機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用不僅能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，而且還能改善熱、累等勞動(dòng)條件。&

19、lt;/p><p>　　2 機(jī)械手的控制方案與選擇</p><p><b>　　2.1 控制要求</b></p><p>　　如下圖所示為某生產(chǎn)車間中自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)械手，用于將左工作臺(tái)上的工件搬運(yùn)到右工作臺(tái)上。機(jī)械手的全部動(dòng)作由液壓驅(qū)動(dòng)。液壓泵由電磁閥控制，其上升/下降、左移/右移運(yùn)動(dòng)由雙線圈兩位電磁閥控制，即上升電磁閥得電時(shí)機(jī)械手上升，下降電磁

20、閥得電時(shí)機(jī)械手下降。夾緊/放松運(yùn)動(dòng)由單線圈兩位電磁閥控制，線圈得電時(shí)機(jī)械手夾緊，斷電時(shí)機(jī)械手放松。</p><p>　　圖2.1機(jī)械手的動(dòng)作示意圖</p><p>　　為便于控制系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)，本控制系統(tǒng)應(yīng)有手動(dòng)功能和顯示功能。當(dāng)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動(dòng)”位置時(shí)，按下相應(yīng)的手動(dòng)按鈕，就可實(shí)現(xiàn)上升、下降、左移、右移、夾緊、放松的手動(dòng)控制。當(dāng)機(jī)械手處于原位時(shí)，將手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動(dòng)

21、”位置時(shí)，進(jìn)入自動(dòng)工作狀態(tài)，手動(dòng)按鈕無效。</p><p>　　2.2 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較</p><p>　　在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中常用的控制系統(tǒng)有：傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)和微機(jī)控制系統(tǒng)這三種。但從使用性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性出發(fā)，本設(shè)計(jì)選用了PLC。因?yàn)閺纳鲜鲈摍C(jī)械手所需完成的控制動(dòng)作分析來看，本機(jī)械手是用于各種傳感器在復(fù)雜的條件下工件的傳輸，主要?jiǎng)幼魇巧仙?/p>

22、下降、左移、右移、夾緊、放松和工序延時(shí)控制等，控制動(dòng)作基本上是以簡單的順序邏輯動(dòng)作為主。是屬典型的繼電邏輯順序動(dòng)作控制系統(tǒng)，這是PLC最擅長的功能，而且PLC具有體積小、重量輕、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、易于維護(hù)等特點(diǎn)，特別是替代繼電器控制系統(tǒng)，這更是它的優(yōu)勢。</p><p><b>　　3 PLC的簡介</b></p><p>　　3.1 PLC的產(chǎn)生&

23、lt;/p><p>　　1968年美國通用汽車公司（GM）招標(biāo)要求:軟連接代替硬接線;維護(hù)方便;可靠性高于繼電器控制柜;體積小于繼電器控制柜;成本低于繼電器控制柜;有數(shù)據(jù)通訊功能;輸入115V;可在惡劣環(huán)境下工作;擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)變更要少;用戶程序存儲(chǔ)容量可擴(kuò)展到4K 。核心思想：用程序代替硬接線，輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯(lián)，結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展 ，這是PLC的雛形。 </p><p>　　19

24、69年美國DEC公司研制出世界上第一臺(tái)PLC（PDP-14），并在GM公司汽車生產(chǎn)線上應(yīng)用成功 。</p><p>　　3.2 PLC的定義和特點(diǎn)</p><p>　　3.2.1 PLC的定義</p><p>　　美國電氣協(xié)會(huì)制造商協(xié)會(huì)NEMA和國際電工委員會(huì)IEC對(duì)可編程控制器分別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境的、以開關(guān)量邏輯控制為主的自動(dòng)控制裝

25、置。它具有存儲(chǔ)控制程序的存儲(chǔ)器，能夠按照控制程序，將輸入的開關(guān)量（或模擬量）進(jìn)行邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等處理后，以開關(guān)量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　早期的可編程控制器，主要用于開關(guān)量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC，后來隨著計(jì)算機(jī)計(jì)術(shù)不斷發(fā)展，其功能已不僅限于開關(guān)邏輯控制，所以被稱之為可編程控制器PC，但這很容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)PC相混淆，因此，一

26、般仍把PLC作為可編程控制器的簡稱。</p><p>　　3.2.2 PLC的特點(diǎn)</p><p>　　可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 用軟件實(shí)現(xiàn)大量的開關(guān)量邏輯運(yùn)算，克服了因繼電器觸點(diǎn)接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，采取了濾

27、波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　(2) 編程簡單，易于掌握 PLC采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏輯的設(shè)計(jì)相似，具有直觀、簡單、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?） 功能完善，靈活方便 隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能更加完善，不僅具有開關(guān)量邏輯控制功能和步進(jìn)、計(jì)算功能

28、，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。既可以單機(jī)使用、也可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運(yùn)行過程中，可隨時(shí)修改控制邏輯，增減系統(tǒng)的功能。</p><p>　?。?） 體積小、質(zhì)量輕、功耗低 由于采用了單片機(jī)等集成芯片，體積小、質(zhì)量輕、機(jī)構(gòu)經(jīng)湊、功耗低。</p><p>　　3.3 可編程控制器的主要性能指標(biāo)</p><

29、;p>　　可編程控制器的性能指標(biāo)有很多，主要有以下幾項(xiàng)指標(biāo)。</p><p>　?。?）輸入/輸出點(diǎn)數(shù)(I/O) I/O點(diǎn)數(shù)是指可編程控制器外部輸入、輸出端子數(shù)的總和。它標(biāo)志著可以接多少個(gè)開關(guān)按鈕和可以控制多少個(gè)負(fù)載。</p><p>　?。?）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是指可編程控制器內(nèi)部用于存放用戶程序的存儲(chǔ)容量。</p><p>　?。?）掃描速度 一般

30、以執(zhí)行1000步指令所需的時(shí)間來衡量，單位為ms/千步，也有以執(zhí)行一步指令所需來計(jì)算，單位us/步。</p><p>　?。?）功能擴(kuò)展能力 可編程控制器除了主模板塊之外，通常都可配備一些可擴(kuò)展模塊，以適應(yīng)各種特殊功能應(yīng)用的需要。如A/D模塊、D/A模塊、位置控制模塊等。</p><p>　?。?）指令系統(tǒng) 指令系統(tǒng)是指一臺(tái)可編程控制器指令的總和，它是衡量可編程控制器功能強(qiáng)弱的主要指標(biāo)

31、。</p><p>　　3.4 可編程控制器的分類</p><p>　　通常PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類。</p><p>　?。?）按結(jié)構(gòu)形式分類 按結(jié)構(gòu)形式不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式的PLC是將電源、CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元等各個(gè)功能部件集成在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，從而具有結(jié)構(gòu)經(jīng)湊、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，許多小型PLC多采用這種機(jī)構(gòu)。模

32、塊式的PLC將各個(gè)功能部件做成獨(dú)立模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊等，然后進(jìn)行組合。</p><p>　?。?）按控制規(guī)模分類 按控制規(guī)模大小，可分為小型、中型和大型PLC三種類型。</p><p>　　1）小型PLC。 型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，存儲(chǔ)容量在2K步以內(nèi)，其中輸入輸出點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的PLC又稱為超小型或微型PLC，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)

33、控等基本功能。</p><p>　　2）中型PLC。 中型PLC的開關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)通常在256~2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為2~8KB，除具有小型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量I/O、數(shù)字計(jì)算、過程參數(shù)調(diào)節(jié)，如比例、積分、微分（PID）調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)傳送與比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、中斷控制、遠(yuǎn)程I/O及通信聯(lián)網(wǎng)功能。</p><p>　　3）大型PLC。 大型PLC也稱為高檔PLC，I/O點(diǎn)數(shù)

34、在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)容量在8K以上，其中I/O點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱為超大型PLC，除具有中型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)視、記錄、打印等功能，以及強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)、中斷控制、智能控制和遠(yuǎn)程控制等功能。</p><p>　　3.5 PLC系統(tǒng)的組成</p><p>　　PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)上與微型計(jì)算

35、機(jī)控制系統(tǒng)相似，也是有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。</p><p>　　3.5.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　一套PLC系統(tǒng)在硬件上由以下幾部分組成：</p><p>　　中央處理器(CPU) 與計(jì)算機(jī)一樣，是PLC的核心部件。</p><p>　　存儲(chǔ)器 PLC配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。</p>

36、;<p>　　輸入/輸出（I/O）接口電路。</p><p><b>　　電源。</b></p><p><b>　　擴(kuò)展單元。</b></p><p><b>　　外部設(shè)備。</b></p><p>　　3.5.2 PLC的軟件</p><

37、p>　　PLC的軟件是指PLC所使用的各種程序的集合。它由系統(tǒng)程序（系統(tǒng)軟件）和用戶程序（用戶軟件）組成。</p><p>　　系統(tǒng)程序 系統(tǒng)程序包括監(jiān)控程序，輸入譯碼程序及診斷程序等。</p><p>　　用戶程序 用戶程序是用戶根據(jù)控制要求，用PLC的編程語言（如梯形圖）編制的應(yīng)用程序。</p><p>　　3.6 可編程控制器的工作方式</p

38、><p>　　可編程控制器在進(jìn)入RUN狀態(tài)之后，采用循環(huán)掃描方式工作。從第一條指令開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)的地址號(hào)遞增的循序逐條執(zhí)行程序，即按循序逐條執(zhí)行程序直到程序結(jié)束。然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始地重復(fù)進(jìn)行。</p><p>　　可編程控制器工作的掃描過程包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、程序執(zhí)行、輸出處理。PLC完成一次掃描過程所需的時(shí)間成為掃描周期。掃描

39、周期的長短與用戶程序的長度和掃描速度有關(guān)。</p><p>　　3.7 PLC的編程語言</p><p>　　PLC的編程語言有梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖語言等。其中前兩種語言用的較多，流程圖語言也在許多場合被采用。</p><p><b>　　梯形圖語言</b></p><p>　　梯形圖從上至下編寫，每一行

40、從左至右順序編寫。PLC程序執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致。</p><p>　　圖左、右邊垂直線稱為起始母線、終止母線。每一邏輯行必須從起始母線開始畫起，終止母線可以省略。</p><p>　　梯形圖中的觸點(diǎn)有兩種，即動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)。</p><p>　　梯形圖的最右端必須連接輸出元素。</p><p>　　梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意串、并

41、聯(lián)，而輸出線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。</p><p><b>　　助記符語言</b></p><p>　　助記符語言是PLC命令的語言表達(dá)式。用梯形圖編程雖然直觀、簡便，但要求PLC配置較大的顯示器放可輸入圖形符號(hào)，這在有些小型機(jī)上常難以滿足，所以助記符語言也是一種較常用的一種編程方式。不同型號(hào)的PLC，其助記符語言也不同，但其基本原理是相近的。編程時(shí)，一般先跟據(jù)要求編

42、制梯形圖語言，然后再根據(jù)梯形圖轉(zhuǎn)換成助記符語言。</p><p><b>　　順序功能圖語言</b></p><p>　　順序功能圖SFC是一種描述順序控制系統(tǒng)功能的圖解表示法，主要由“步”、“轉(zhuǎn)移”及“有限線段”等元素組成，它將一個(gè)完整的控制工程分為若干個(gè)階段(狀態(tài))，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，條件滿足就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，上一狀態(tài)動(dòng)作結(jié)束，下一動(dòng)作開

43、始。</p><p>　　3.8 FX2N系列PLC</p><p>　　3.8.1 FX2N系列PLC的內(nèi)部資源</p><p>　　各種不同型號(hào)和檔次的PLC具有不同數(shù)量和功能的內(nèi)部資源，但構(gòu)成PLC基本特征的內(nèi)部軟元件是類似。下例為FX2N系列小型PLC的內(nèi)部資源。</p><p><b>　　輸入觸點(diǎn) X</b&g

44、t;</p><p><b>　　輸出繼電器 Y</b></p><p><b>　　內(nèi)部繼電器 M</b></p><p><b>　　定時(shí)器 T</b></p><p><b>　　計(jì)算器 C</b></p><p>　　數(shù)據(jù)寄

45、存器 D、V、Z</p><p><b>　　常數(shù)指針</b></p><p>　　3.8.2 FX2N系列PLC的基本順控指令</p><p>　　1. FX2N系列可編程控制器的基本順序控制指令的助記符、功能、對(duì)應(yīng)梯形圖及可用軟元件如下表所示：</p><p>　　3．9 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域</p>&

46、lt;p>　　目前， PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 </p><p>　　1、開關(guān)量的邏輯控制 </p><p>　　這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印

47、刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 </p><p><b>　　2、模擬量控制 </b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/

48、A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 </p><p><b>　　3、運(yùn)動(dòng)控制 </b></p><p>　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛

49、用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 </p><p><b>　　4、過程控制 </b></p><p>　　過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行

50、專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　5、數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信

51、功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 </p><p><b>　　6、通信及聯(lián)網(wǎng) </b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視

52、PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　4 PLC對(duì)機(jī)械手的控制</p><p>　　4.1 PLC的選型</p><p>　　4.4.1 I/O總點(diǎn)數(shù)的確定</p><p>　　由I/O分配表知，輸入共18個(gè)點(diǎn),輸出共6個(gè)點(diǎn),I/O實(shí)際需24點(diǎn)。為留有今后工藝改進(jìn)與

53、功能擴(kuò)充余地，在實(shí)際統(tǒng)計(jì)I/O點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上，一般加10-20％余量，再考慮PLC產(chǎn)品本身規(guī)格，可取PLC的I/O總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)。</p><p>　　4.4.2 I/O點(diǎn)信號(hào)性質(zhì)分析</p><p>　　從機(jī)械手控制信號(hào)分析可知,機(jī)械手輸入是位置開關(guān)信號(hào),上/下限位開關(guān)、左/右限位開關(guān)等它們都是開關(guān)量,而輸出主要是5個(gè)電磁閥線圈,以控制機(jī)械手的左移、右移、上移、下移、夾緊、放松的氣路的通

54、斷。</p><p>　　4.4.3 用戶存儲(chǔ)器容量的估算</p><p>　　(1) I/O口總點(diǎn)數(shù)為48點(diǎn)且均為開關(guān)量，以每個(gè)I/O點(diǎn)需1O個(gè)字節(jié)估算則所需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：48*10=480B</p><p>　　(2) 定時(shí)器有兩個(gè):一個(gè)夾緊延時(shí)、一個(gè)放松延時(shí)，以每個(gè)定時(shí)器需2個(gè)字節(jié)估算則所需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量*2=2*2=4B</p

55、><p>　　共需存儲(chǔ)器字節(jié)數(shù)為：480+4=484B</p><p>　　經(jīng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)成本方面因素綜合考慮，本設(shè)計(jì)選取日本三菱公司FX2N-48MR型PLC產(chǎn)品。FX2N-48MR型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)如下：</p><p>　　表4.4 FX2N-48MR型產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)表</p><p>　　由上表可見，F(xiàn)X2N-48MR型PLC產(chǎn)品能滿足設(shè)

56、計(jì)要求。</p><p>　　4.2 PLC的梯形圖</p><p>　　4.2.1程序的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本機(jī)械手系統(tǒng)的程序是采用基本指令、初始狀態(tài)指令和步進(jìn)指令相配合的方法進(jìn)行編寫的。程序可分四大塊，分別是初始化程序、手動(dòng)程序、回原位程序和自動(dòng)程序。</p><p>　　4.2.2 初始化程序</p>&

57、lt;p>　　如圖4.8.2所示，為初始化程序。他保證了機(jī)械手必須在原位才能進(jìn)入自動(dòng)工作方式。</p><p>　　圖4.2.2 初始化程序</p><p>　　4.2.3 手動(dòng)程序</p><p>　　手動(dòng)程序如圖4.8.3所示。X10~X15對(duì)應(yīng)機(jī)械手的上下左右移動(dòng)和夾緊的的按鈕。按下不同的按鈕，機(jī)械手執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。在左、右移動(dòng)的程序中串聯(lián)上限位置開

58、關(guān)的動(dòng)合觸點(diǎn)是為了避免機(jī)械手在較低位置移動(dòng)時(shí)碰撞到其他工件。為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，程序之間還進(jìn)行了必要的連鎖。</p><p>　　圖4.2.3 手動(dòng)程序</p><p>　　4.2.4 回原位程序</p><p>　　如圖4.8.4所示為回原位程序，在系統(tǒng)處于回原位工作狀態(tài)時(shí)，只需按下回原位按鈕機(jī)械手即可自動(dòng)回到原位。圖中除初始狀態(tài)繼電器外，其他狀態(tài)繼電器應(yīng)使用

59、回零狀態(tài)繼電器S10~S19 。</p><p>　　圖4.2.4 回原位程序</p><p>　　4.2.5 自動(dòng)程序</p><p>　　自動(dòng)程序如圖4.8.5所示，其中M8041和M8044都是在初始化程序中設(shè)定的，在程序運(yùn)行中不再更改。</p><p><b>　　4.3 指令程序</b></p>

60、;<p>　　4.4 I/O接線圖</p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)采用的PLC型號(hào)或規(guī)格是FX2N-48MR，表4-4是輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表。</p><p>　　表4-5 PLC輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的分配表</p><p>　　圖4.4 機(jī)械手控制系統(tǒng)PLC的I/O接線圖</p><p>　　4.5相關(guān)電氣設(shè)備選擇和校驗(yàn)&

61、lt;/p><p>　　4.5.1 系統(tǒng)調(diào)試</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試</p><p>　　硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分的可靠性。</p><p>　　軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開關(guān)和PLC輸出端的指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號(hào)I/O時(shí)，可用電位器和萬用表進(jìn)行。調(diào)試時(shí)，可利用上述外部設(shè)

62、備模擬各種現(xiàn)場開關(guān)和傳感器的狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改程序后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在PLC的主流產(chǎn)品都可在PC上編程，并可在PC上進(jìn)行模擬調(diào)試。</p><p>　　連機(jī)調(diào)試時(shí)，可把編制好的程序下載到現(xiàn)場的PLC中。有時(shí)PLC也許只有一臺(tái)，這時(shí)就要把PLC安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷開，只對(duì)控制電路進(jìn)行連機(jī)調(diào)試。通過現(xiàn)場連機(jī)調(diào)試信號(hào)的接入常常會(huì)發(fā)現(xiàn)軟硬件中的問題，有時(shí)廠家

63、對(duì)某些控制功能進(jìn)行改造，反復(fù)調(diào)試后，控制系統(tǒng)才能交付使用。</p><p>　　4.5.2 程序的運(yùn)行與調(diào)試</p><p>　　a．將梯形圖程序輸入計(jì)算機(jī)。</p><p>　　b．對(duì)程序進(jìn)行試運(yùn)行。</p><p>　　（1）將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋至“手動(dòng)”檔，按相應(yīng)的動(dòng)作按鈕，觀察機(jī)械手動(dòng)作情況。</p><p>　

64、?。?）將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋至“回原位”檔，按回原位按鈕，觀察機(jī)械手是否回原位。</p><p>　?。?）將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋至“單步”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否向前執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作。</p><p>　?。?）將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋至“單周期”檔，每按一次啟動(dòng)按鈕，觀察機(jī)械手是否運(yùn)行一個(gè)周期就停下來。</p><p>　?。?）將轉(zhuǎn)換開關(guān)SA旋至“連續(xù)”檔，按下啟動(dòng)按

65、鈕，觀察機(jī)械手是否連續(xù)運(yùn)行。</p><p>　　C．記錄調(diào)試程序結(jié)果并對(duì)不足之處進(jìn)行修改。</p><p>　　d．最后再進(jìn)行考機(jī)運(yùn)行，一般連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)以上，以考核電氣及機(jī)械運(yùn)行是否穩(wěn)定可靠。</p><p><b>　　4.6 材料清單</b></p><p>　　表4.7 系統(tǒng)所需設(shè)備、工具、材料明細(xì)表&l

66、t;/p><p>　　4.7 不足和改進(jìn)</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然參考了大量的書籍，也經(jīng)過輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)，但我仍然深知有許多不足與需要改進(jìn)的地方。比如說在設(shè)計(jì)機(jī)械手操作面板時(shí)沒有考慮到設(shè)計(jì)相應(yīng)動(dòng)作完成的指示燈，有了指示燈操作會(huì)變得很直觀，操作會(huì)變得很方便。還有，在機(jī)械手的放松位置，最好應(yīng)安裝一個(gè)光電開關(guān)，用來檢測工件是否已脫離機(jī)械手。雖然夾鉗它是通過延時(shí)1.7s來表示夾緊、松開的

67、動(dòng)作完成的。但不排除會(huì)遇到特殊情況，很有可能1.7s后工件會(huì)因某特殊情況未能與機(jī)械手脫離，但機(jī)械手會(huì)依舊自動(dòng)執(zhí)行下一個(gè)動(dòng)作，造成不可估量的后果。有了光電開關(guān)就不會(huì)出現(xiàn)這種情況，整個(gè)工作流程會(huì)更加的保險(xiǎn)、安全。</p><p>　　諸如此類不足之處應(yīng)該還有好多，希望各位指導(dǎo)老師能當(dāng)面指出為我改善本次設(shè)計(jì)。學(xué)生不勝感激。</p><p>　　5 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)</p><

68、p>　　經(jīng)過兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)，機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)的程序，已成功地通過了模擬手動(dòng)、單步、單周期、連續(xù)等運(yùn)行的調(diào)試，證明本設(shè)計(jì)的硬件、軟件部分基本都能達(dá)到預(yù)期要求，能可靠地控制機(jī)械手動(dòng)作，達(dá)到機(jī)械手所要求的技術(shù)性能。</p><p>　　系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過程。在這過程中，我對(duì)利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)有了深刻的的認(rèn)識(shí)，對(duì)機(jī)械手的工作原理有了進(jìn)一步的掌

69、握，對(duì)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)有了切身的認(rèn)識(shí)和體會(huì)，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中增長了知識(shí)，豐富了經(jīng)驗(yàn)。控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施、系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過程來進(jìn)行。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是一項(xiàng)很辛苦的工作，同時(shí)也是一個(gè)充滿樂趣的過程。在設(shè)計(jì)過程中，要邊學(xué)習(xí)，邊實(shí)踐，遇到新的問題就不斷探索和努力，即可使問題得到解決。</p><p>　　同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)中，也深刻體會(huì)到理論和實(shí)踐相集

70、合的重要性。雖然之前收集了大量的資料但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很大差異，出現(xiàn)了許多意想不到的問題。但經(jīng)過長時(shí)間的摸索最終還是設(shè)計(jì)出達(dá)到要求的系統(tǒng)。由于時(shí)間緊迫，有些設(shè)計(jì)工作還有待完善，在以后的工作中我會(huì)繼續(xù)努力,不斷提高自己的技術(shù)水平，以適應(yīng)未來的激烈競爭形勢。</p><p><b>　　6 致謝</b></p><p>　　畢業(yè)，意味著一個(gè)人一個(gè)階段學(xué)習(xí)生涯的結(jié)束。在大學(xué)

71、里，畢業(yè)論文是宣告這一事實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。從大一到現(xiàn)在三年的學(xué)習(xí)三年的磨練，在此刻沉淀成一篇畢業(yè)論文。 </p><p>　　通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題的全面系統(tǒng)的鍛煉。我學(xué)到了很多書本上學(xué)不到的實(shí)踐知識(shí)，尤其對(duì)電子硬件、電路設(shè)計(jì)有了更深刻的理解，了解了設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品從方案的選擇到最終產(chǎn)品的一系列的設(shè)計(jì)階段，了解了產(chǎn)品的調(diào)試技術(shù)。使我真正體會(huì)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的重要性。</p&

72、gt;<p><b>　　在此有無數(shù)感謝。</b></p><p>　　首先，感謝我的父母。是他們教會(huì)我做人做事的道理，他們的諄諄教導(dǎo)是.我前進(jìn)的強(qiáng)大動(dòng)力和堅(jiān)實(shí)后盾。</p><p>　　感謝大學(xué)三年里教育過我的老師， 那些曾經(jīng)的歲月，曾經(jīng)的年華，我們一起走過的路。</p><p>　　感謝我的同學(xué)。無論是教室里的如切如磋，餐桌旁

73、的高談闊論。還是寢室里的歡聲笑語，都留下了我們最美好的回憶。這是我最寶貴的財(cái)富之一。</p><p>　　當(dāng)然，這里更要感謝的是老師，他是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師。衷心的感謝他在這段時(shí)間對(duì)我的幫助和對(duì)我的教導(dǎo)。老師的言傳身教我將謹(jǐn)記遵循，他淵博的學(xué)識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度將是我收益終生。</p><p>　　最后感謝各位評(píng)委和答辯老師在百忙之中抽出時(shí)間來親自檢閱我的畢業(yè)設(shè)計(jì)</p>

74、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003。</p><p>　　[2]王永華等.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2003。</p><p>　　[3] SIEMENS公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手

75、冊(cè).1999。</p><p>　　[4] SIEMENS公司.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè).2003。</p><p>　　[5]郭宗仁等.可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京：人民郵電出版社，2002。</p><p>　　[6]鐘肇新等.可編程控制器原理及應(yīng)用.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003。</p><p&