【正文】 10 裝 訂 線 圖 32 功能表圖一般形式 1） 步與動(dòng)作 前面已介紹過(guò)，用順序控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì) PLC 程序時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)輸出狀態(tài)的變化，將系統(tǒng)的工作過(guò)程劃分成若干個(gè) 狀 態(tài)不變的階段，這些階段稱為“步”。 功能表圖是設(shè)計(jì)順 序控制程序的 有力工具。圖 31 順序功能圖所對(duì)應(yīng)的梯形圖，有常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)及輸出線圈組成。 PLC 的 CPU采用循環(huán)掃描的工作方式 ， 一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部診斷與處理 、 與山東淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 裝 訂 線 外設(shè)進(jìn)行通訊 、 輸入采樣 、 用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。 （ 6）不準(zhǔn)使用沒(méi)有定義過(guò)的觸點(diǎn)和線圈。 （ 3）線圈不能從母線直接輸出。這種方法很容易地就可以把原繼電器控制電路 移植成 PLC 的梯形圖語(yǔ)言。 由于梯形圖類似于繼電器控制的電氣接線圖，便于理解 ,因此許多編程人員和維護(hù)人員都選擇了這一編程方式 。圖形化編程語(yǔ)言包括 :梯形圖 (LDLadder Diagram)、功能塊圖(FBDFunction Block Diagram)、順序功能圖 (SFCSequential Function Chart)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，要逐 一排除，直至調(diào)試成功。 （ 6）將程序輸入 PLC 使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入 PLC 時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入 ； 當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過(guò)上下 位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 （ 4） 分配 I/O 點(diǎn) 分配 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)，編制出輸入 /輸出分配表或者 畫出輸入 /輸出端子的 接線圖。對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還 可將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分，這種可化繁為簡(jiǎn) ，有利于編程和調(diào)試 。 （ 4）在設(shè)計(jì)時(shí)要給控制系統(tǒng)得容量和功能預(yù)留一定的預(yù)度，便于 以后的調(diào)整和擴(kuò)充。所有這一切，不僅要求可編程控制器具有相應(yīng)的硬件功能，而且要求它的軟件技術(shù)也要獲得相應(yīng)的發(fā)展 。 我國(guó)的 PLC 產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個(gè)階段：順序控制（ 19371979） —— 一位處理器為主的工業(yè)控制器（ 19791985） —— 8 位微處理器為主的可編程控制器（ 1985年以后）對(duì)外開放政策推動(dòng)下，國(guó)外 PLC 產(chǎn)品大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，一部分隨成套設(shè)備進(jìn)口，如：寶鋼，一、二期工程就引進(jìn)了 500 多套。 （ 2） 中型 —— 點(diǎn)數(shù) 2562048 點(diǎn)，雙 CPU，用戶存儲(chǔ)器容量 28K，如： S7300 德國(guó)西門子 SR400 中外合資無(wú)錫華光電子工業(yè)有限公司 （ 3）大型 PLC—— I/O 點(diǎn)數(shù) 2048 點(diǎn)，多 CPU， 16 位、 32 位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量 816K，如： S7400 德國(guó)西門子公司 GEIV GE 公司 國(guó)內(nèi) PLC 發(fā)展概況 PLC 在問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò) 近 40 年的發(fā)展， 在美、德國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一，世界總銷售額不斷上升，生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)，品種不斷翻新，產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。 （ 3）高檔 PLC 除具有中檔 PLC 的功能外，還增加了符號(hào)算術(shù)運(yùn)算，矩陣運(yùn)算，位邏輯運(yùn)算，平方根運(yùn)算及其他特殊功能函數(shù)的運(yùn)算，制表及表格傳遞功能等。疊裝式PLC 其 CPU、 電源 、 I/O 接口等也是各自獨(dú)立的模塊， 但它們之間是非電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以應(yīng)地疊裝。模塊式 PLC 由框架或基板和各種模塊組成，模塊 裝在框架或基板的插座上。 整體 PLC 由不 同 PLC 點(diǎn)數(shù)的基本單元和擴(kuò)展單元組成，基本單元內(nèi)有 CPU、 I/O接口，與 I/O 擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口、以及編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等。對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系 統(tǒng)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識(shí)，同時(shí)熟悉并掌握 PLC 技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等工業(yè)控制中常用的技術(shù)。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。它的特 點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能之外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。在我國(guó)，近代幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工 藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械手的設(shè)計(jì)已經(jīng)實(shí)破了單一試劑、加熱及濾光片的束 縛。 (4)可在危險(xiǎn)場(chǎng)合下工作，如軍工品的裝卸、危險(xiǎn)品及有害物的搬運(yùn)等。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)的一門 新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)、不知疲勞、不怕危險(xiǎn)、抓舉重物的力量比人手大等特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用，例如： (1)機(jī)床加工工件的裝卸，特別是在自動(dòng)化車床、組合機(jī)床上使用較為普遍。 (5)宇宙及海洋的開發(fā)。比如美國(guó) OI 公司的產(chǎn)品，可針對(duì)單一項(xiàng)目，次序加 4 種試劑，加熱溫度也提高到 50 ℃ ，檢測(cè)器則采用二極管陳列技術(shù)，這些進(jìn)步為新領(lǐng)域的應(yīng)用提供了強(qiáng)大支持。因此，它能大大地改善工人的勞動(dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。 圖 12搬運(yùn)機(jī)械 手 概述 機(jī)械手一般分為三類。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。這種機(jī)械手在國(guó)外稱為“ Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和加減速度等。 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，具有編程簡(jiǎn)單、維修容易、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。擴(kuò)展單元內(nèi)只有 I/O 和電等，沒(méi)有 CPU，基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。這種模塊式 PLC 的特點(diǎn)是配置靈活、可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。 這樣不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可以做的體積小巧。高檔 PLC具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng) 功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。目前，世界上有 200 多個(gè)廠家生產(chǎn) PLC。如咸陽(yáng)顯像管廠，秦皇島煤碼頭，汽車廠等。 第三章 PLC 程序設(shè)計(jì)方法 可編程控制器 的 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 在進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則： （ 1）完全滿足被控對(duì)象的工藝要求。 2． 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （ 1）擬定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)條件。 （ 2）確定 I/O 設(shè)備 根據(jù)被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。接著 就 可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 （ 7）進(jìn)行軟件測(cè)試 在程序設(shè)計(jì) 過(guò)程中，難免會(huì)有疏漏的地方 ， 因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤 。 （ 9）編制技術(shù)文件 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說(shuō)明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。文本化編程語(yǔ)言包括 :指令表 (ILInstruction List)和結(jié)構(gòu)化文本 (STStructured Text)。梯形圖程序的左右兩側(cè)有兩垂直的電力軌線，左側(cè)的電力軌線名義上為功率流從左向右沿著水平梯級(jí)通過(guò)各個(gè)觸點(diǎn)、功能、功能塊、線圈等提供能量，功率流的終點(diǎn)是右側(cè)的電力軌線。這是一種比較方便的編程方法。如果需要始終保持通電，可以使用特殊繼電器（常ON）。 （ 7）主程序必須以 EMD 指令結(jié)束。 當(dāng)方式開關(guān)處于 關(guān)閉 時(shí)，只執(zhí) 行前兩個(gè)階段：內(nèi)部診斷與處理，與外設(shè)進(jìn)行通訊 。 圖 31 起 /保 /停 電路 編程 順序 功能圖 （ 2） 功能表圖 編程語(yǔ)言 1． 功能表圖概述 功能表圖又稱流程圖。在順序控制設(shè)計(jì)法中，功能表圖的繪制是最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)， 它直接決定用戶設(shè)計(jì)的 PLC 程序的質(zhì)量。步在功能表圖中用矩形框表示， 如 圖 33 所示各步的編號(hào)為 X X、 X+1。 所謂“動(dòng)作”是指某步活動(dòng)時(shí)， PLC 向被控系統(tǒng)發(fā)出的命令，或被控系統(tǒng)應(yīng)該執(zhí)行的動(dòng)作。但應(yīng)注意表明動(dòng)作是保持型還是非保持型的。步的活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)展是按 有向連線規(guī)定的路線進(jìn)行。轉(zhuǎn)換是用與有向連線垂直的短劃線來(lái)表示。 轉(zhuǎn)換條件 和 ，分別表示當(dāng)二進(jìn)制邏輯信號(hào) 為“ 1”和“ 0”狀態(tài)時(shí)條件成立；轉(zhuǎn)換條件 和 分別表示的是，當(dāng) 從“ 0”（斷開）到“ 1”（接通）和從“ 1”到“ 0”狀態(tài)條件成立。 （ 1）單序列結(jié)構(gòu) 功 能表圖的單序列結(jié)構(gòu)形式最為簡(jiǎn)單，它由一系列按順序排列、相繼激活的步組成，每一步的后面只有一個(gè)轉(zhuǎn)換，每一個(gè)轉(zhuǎn)換后面只有一步。 如 圖 34 所示為選擇序列的分支。各分支也都有各自的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件只能標(biāo)在水平線之上。并列序列的開始也稱為分支，并 列序列的結(jié)束也稱為合并。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)步 7 被同時(shí)激活后，每一序列接下來(lái)的轉(zhuǎn)換將是獨(dú)立的。如下圖所示的功能表圖采用了子步的結(jié)構(gòu)形式。子步中可以包含更詳細(xì)的子步。 如圖 38(b)所示為重復(fù)序列，當(dāng)步 6 為活動(dòng)步時(shí)，如果轉(zhuǎn)換條件 x 步成立而條件 y成立，則重復(fù)返回步 5，重復(fù)執(zhí)行步 5 和步 6。 1） 步的劃分 分析被控對(duì)象的工作過(guò)程及控制要求，將系列的工作過(guò)程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。 山東淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 裝 訂 線 圖 39 步的劃分方法一 步也可根據(jù)被控對(duì)象工作狀態(tài)的變化來(lái)劃分，但被控對(duì)象的狀態(tài)變化應(yīng)該是由 PLC輸出狀態(tài)變化引起的。 圖 310 步的劃分方法二 總之，步的劃分應(yīng)以 PLC 輸出量狀態(tài)的變化來(lái)劃分，因?yàn)槲覀兪菫榱嗽O(shè)計(jì) PLC 控制的程序，所以 PLC輸出狀態(tài)沒(méi)有變化時(shí)，就不存在程序的變化。 如 圖 310 所示，滑臺(tái)由 停止（原位）轉(zhuǎn)為快進(jìn)，其轉(zhuǎn)換條件是按下起動(dòng)按鈕 SB1（即 SB1 的動(dòng)合觸點(diǎn)接通）；由快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是行程開關(guān) SQ2 動(dòng)作；由工進(jìn)轉(zhuǎn)為快進(jìn)的轉(zhuǎn)換條件是終點(diǎn)行程開關(guān) SQ3 動(dòng)作；由快退轉(zhuǎn)為停止（原位）的轉(zhuǎn)換條件是原位行程開關(guān) SQ1 動(dòng)作。 4） 梯 形圖的編制 根據(jù)功能表圖，采用某種編程方式設(shè)計(jì)出梯形圖程序。 第四章 PLC 控制機(jī)械 手的設(shè)計(jì) 控制要求 圖 41 是機(jī)械手控制的示意圖，其作用是使 A 處的物體能被放置到 B 處。 2— 機(jī)械手下降至下限位 X401 動(dòng)作，下降結(jié)束，同時(shí) Y431 導(dǎo)通。 6— 機(jī)械手下降至下限位， X401 動(dòng)作，下降結(jié)束，同時(shí) Y431 斷電，機(jī)械手開始松開手爪。 山東淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 裝 訂 線 圖 41 機(jī)械手工作示意圖 圖 42 機(jī)械手工作流程 圖 其控制要求是： 山東淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 裝 訂 線 1. 手臂左右直線運(yùn)動(dòng) 2. 手臂上下直線運(yùn)動(dòng) 3. 手爪的松開與夾緊動(dòng)作 4. 多操作方式 要求有連續(xù)控制和手動(dòng)控制等操作方式，工作方式的選擇可以很方便地在操作面板上表示出來(lái)。 PLC輸入、輸出分析及 PLC機(jī)型選擇 /輸出接點(diǎn)的總數(shù) 根據(jù)對(duì)機(jī)械手的控制分析，可以確定輸入信號(hào)有啟動(dòng)、停止 限位開關(guān) SQ1—— SQ4，啟動(dòng)按鈕 SB 停止按鈕 SB手動(dòng)操作按鈕 SB連續(xù)操作按鈕 SB4 等 共計(jì) 15 點(diǎn)輸入；輸出信號(hào)為上升、 下降、左移、右移及夾緊，共計(jì) 5點(diǎn)。 輸入 /輸出的點(diǎn)數(shù)可以衡量 PLC 規(guī)模的大小。 此外，還應(yīng)考慮用戶儲(chǔ)存器的容量、 PLC 的處理速度是否能滿足實(shí)時(shí)控制的要求、編程器與外圍設(shè)備的選擇等。 山東淄博職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 裝