【正文】 ..... 34 附錄 1：基于 PLC 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)原理圖 ........................ 35 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 附錄 2；基于 PLC 的多關(guān)節(jié)機(jī)械手控制系統(tǒng)程序清單 ...................... 36 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1 章 PLC概述 PLC 的定義 可編程控制器（ Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)稱 PLC， 它具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能，所以美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)將其正式命名為可編程控制器（ Programmable Controller） ,簡(jiǎn)稱 PC。但是個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）也簡(jiǎn)稱 PC，為了避免混淆，將用于邏輯控制的可編程控制叫做 PLC（ Programmable Logic Controller） . PLC 是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它其實(shí)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等 操作的指令，它以接入式 CPU 為核心，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都是很容易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，容易擴(kuò)展其功能的。 可編程控制器是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用計(jì)算機(jī)。它是為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，工業(yè)環(huán)境一般辦公環(huán)境有較大的區(qū)別。由于 PLC 的特殊構(gòu)造，使它能在高粉塵、高噪音、強(qiáng)電磁干擾和溫度變化劇烈的環(huán)境下正常工作。為了能控制機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，它要能很容易的與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，這些都是個(gè)人計(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。 可編程控制器是一種通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它 能控制各種類型的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程。它的功能能夠很容易地?cái)U(kuò)展，它的程序是可以根據(jù)控制對(duì)象的不同，讓使用者來(lái)編制的。也就是說(shuō)，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，如單片機(jī)工業(yè)控制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場(chǎng)合。 通過(guò)以上定義還可以了解到，相對(duì)一般意義上的計(jì)算機(jī)，可編程控制器不僅具有計(jì)算機(jī)的內(nèi)核，它還配置了許多使其適用于工業(yè)控制的器件。它實(shí)質(zhì)上是經(jīng)過(guò)一次開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，它是一種通用機(jī)，經(jīng)過(guò)二次 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 開(kāi)發(fā)，它可以在任何具體的工業(yè)設(shè)備上使用。它在很大程度上使的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)從專業(yè)設(shè)計(jì)院走進(jìn)工廠和礦山，變成了普通工程技術(shù)人員甚至普通電氣工人力 所能及的工作。再加上體積小、工作可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、控制功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)，安裝接線簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器在短短的 30 年中獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用 。 PLC 的由來(lái)及發(fā)展 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出第一臺(tái)可編程序控制器（ Programmable Logic Controller，簡(jiǎn)稱 PLC），在美國(guó)通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上使用，取得了巨大的成功。 20 世紀(jì) 70 年代初 出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。因而人們稱可編程控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干 擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20 世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得了廣泛的應(yīng)用。例如，在世界第一臺(tái)可編程控制器的誕生地美國(guó)， 1982 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，大量應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)廠家占美國(guó)重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)廠家總數(shù)的 82%，可編程控制器的應(yīng)用數(shù)量已位于眾多的工業(yè)自控設(shè)備之首。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。許多可 編程控制器的生產(chǎn)廠家已聞名于全世界。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元，通訊單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、 石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都的到了長(zhǎng)足的發(fā)展 。 PLC 的特點(diǎn)及用途 PLC 具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn) 1. 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備非常關(guān)鍵的性能。 PLC 由于采用大規(guī)模集成電路技術(shù)、嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝，內(nèi)部電路采取了輸入輸出信號(hào)的光電隔離、濾波、電源的屏蔽、穩(wěn)壓和保護(hù)、故障診斷等先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，它能在高粉塵、高噪音、強(qiáng)電磁干擾和溫暖變化劇烈的環(huán)境下正常工作。 PLC 的平均無(wú)故障時(shí)間可高達(dá) 5~10 萬(wàn)小時(shí)以上。從 PLC 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)， PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降低。 、應(yīng)用領(lǐng)域廣 到現(xiàn)在為止 PLC 已經(jīng)形成各種規(guī)模、系列化的產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合，并能完成決大多數(shù)的工業(yè)控制任務(wù)。 PLC 所具有的完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái) PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)， PLC 通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。 ，易學(xué)易用 PLC 采用和繼電器電路圖接近的梯形圖語(yǔ)言，只用少量的開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可以使用手持編程器或筆記本對(duì) PLC 進(jìn)行編程。當(dāng) PLC 聯(lián)網(wǎng)后， 可以在網(wǎng)絡(luò)的任一位置對(duì) PLC 編程。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制提供了方便。 、體積小、價(jià)格低 PLC 在存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯、采用模塊化的結(jié)構(gòu)，大大地減少了控制設(shè)備 外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建設(shè)的周期大大縮短了?，F(xiàn)代集成電路技術(shù) 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 的廣泛應(yīng)用，功耗僅數(shù)瓦。由于 PLC 體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。使得 PLC 的重量越來(lái)越輕、功耗也越來(lái)越少。在集成電路技術(shù)和生產(chǎn)廠家越來(lái)越多的情況下， PLC 的價(jià)格也越來(lái)越低。 可編程 控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 在鋼鐵、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(lè)等各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，主要可以歸納為以下幾類： 可編程控制器可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，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 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(lái)說(shuō)，早期直接用開(kāi)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。 過(guò)程控制是指對(duì)連續(xù)變化的量進(jìn)行控制。如對(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。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合。 PLC 的主要技術(shù)指標(biāo) PLC 的性能指標(biāo)較多，主要介紹與組成 PLC 控制系統(tǒng)關(guān)系較直接的幾個(gè)。 用戶的 PLC 程序可以用梯形圖語(yǔ)言、指令標(biāo)語(yǔ)言、功能塊圖編寫(xiě)，梯形圖語(yǔ) 言在 PLC 中較 為常見(jiàn)，梯形圖語(yǔ)言一般在計(jì)算機(jī)屏幕上編輯，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 現(xiàn)在功能圖語(yǔ)言的使用有上升趨勢(shì)。編程語(yǔ)言中還有一個(gè)內(nèi)容是指令功能。衡量指令功能強(qiáng)弱可看兩個(gè)方面：一是指令條數(shù)多少；二是指令中有多少綜合性指令。一條綜合性指令一般就能完成一項(xiàng)專門(mén)操作。用戶編制的程序完成的控制任務(wù)，取決于 PLC 指令的多少，指令功能越多，編程越簡(jiǎn)單和方便，完成一定的控制任務(wù)越容易。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 可以 接受的輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)和輸出開(kāi)關(guān)信號(hào)的最大數(shù)量，值得注意的是輸入點(diǎn)數(shù)往往的大于輸出點(diǎn)數(shù)的，且二者不能相互替代。 掃描速度數(shù)是指 PLC 掃描 1k（ 1k=1024）字用戶程序所需的時(shí)間，通常以 ms/k字為單位，掃描速度越快越好。 存儲(chǔ)容量是存放用戶程序的存儲(chǔ)器的容量。通常用 k 來(lái)表示。也有的 PLC 直接用所能存放的程序量表示。在編制 PLC 程序時(shí)，需要用到大量的寄存器來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。這些寄