【正文】 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。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。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及超小型機(jī)；從控制能力上來說，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場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，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。 PLC 的平均無故障時(shí)間可高達(dá) 5~10 萬小時(shí)以上。 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。當(dāng) PLC 聯(lián)網(wǎng)后，可以在網(wǎng)絡(luò)的任一位置對 PLC 編程。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。 2）模擬量控制， 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，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。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。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合。也可以利用通訊功能傳送到其他的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼? PLC 的基本組成及各部分作用 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。主機(jī)中，CPU 是 PLC 的核心， 1/0 單元是連接 CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于 PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。 中央處理單元 (CPU) CPU 在 PLC 中 的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是 PLC 的運(yùn)算、控制中心。 (5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。由于 RAM 掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM 作用戶程序存儲器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護(hù) RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。它還用來存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。 電源部件的位置形式可有多種，對于整體 式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部 。 PLC 通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。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)，使用情況主要分為如下幾類 : (1)開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。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。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 7 2. 機(jī)械手模型設(shè)計(jì) 機(jī)械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾等機(jī)械部件組成；電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、開關(guān)電源、電磁閥等電 子器件組成。應(yīng)用 PLC 控制機(jī)械手實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的工序動(dòng)作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。完成本設(shè)計(jì)需要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有： 1） 機(jī)械手模型 2）計(jì)算機(jī) 3）導(dǎo)線 4）氣泵 5）晶體管輸出型可編程控制器 (帶編程電纜 ) 機(jī)械手的控制面板分以下幾個(gè)模塊 （ 1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器電流設(shè)定為 ，細(xì)分設(shè)定為 8 細(xì)分。DIR 是方向控制輸入端。接近開關(guān)與觸頭接近時(shí)接近指示燈點(diǎn)亮、輸出低電平，否則為高電平。 8 步進(jìn)電機(jī) 用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)，主要特點(diǎn)：體積小，具有 較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效，在使用不同廠家的 PLC 產(chǎn)品配套此模型使用時(shí)，要選擇相應(yīng)的輸出方式，或者加入合適的電平轉(zhuǎn) 換板進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 COM 端接 PLC 的傳感器電源負(fù)端。機(jī)械手的伸縮、升降均采用行程開關(guān)來限位，并通過改變行程開關(guān)的位置來調(diào)節(jié)橫軸和豎軸的運(yùn)動(dòng)范圍。電氣示意圖如圖 。 12 I/O 點(diǎn) 數(shù)的確定及 PLC類型的選擇 本次設(shè)計(jì)使用的是 THWJX1 型機(jī)械手實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置。 程序流程圖見附錄 順序功能圖見附錄 梯形圖見附錄 指令表見附錄 4。編出程序規(guī)范，具有易于閱讀和容易查錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)，但因?yàn)榇嬖诖罅康淖员３钟|點(diǎn)，使程序代碼較長。 STL 指令（步進(jìn)梯形指令）是三菱廠家設(shè)計(jì)的專門用于順序控制的指令，使用該指令可以使編制順序控制程序更加方便，而且易于調(diào)試和維護(hù)，且代碼較短。因此，討論 PLC 設(shè)計(jì)調(diào)試就具有十分重要的意義。 （ 3）利用普通二極管恰當(dāng)?shù)拇釉?PLC 輸入回路中，防止信號干擾，使 PLC 輸入信號大大增強(qiáng)。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠 [16]。 接地 14 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。在使用 STL 指令編程時(shí)，剛開始由于對 STL 指令掌握的不是很好，所以犯了不少錯(cuò)誤，加上機(jī)械手模型裝置本身存在的一些問題，所以在調(diào)試程序時(shí)，機(jī)械手動(dòng)作不符合控制要求。機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。機(jī)械手的放松 /夾緊由一個(gè)單線圈兩位置電磁閥控制。當(dāng)后縮到位時(shí)碰到后限位開關(guān)，然后主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。夾緊后，主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二只輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)二正轉(zhuǎn)，機(jī)械手上升。 降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，同時(shí)夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。 PLC向驅(qū)動(dòng)器一同時(shí)輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)一反轉(zhuǎn)，橫軸后縮。 16 致 謝 本設(shè)計(jì)及 論文是在我的指導(dǎo)老師黃卉老師及系部諸位老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。 在此，我還要感謝在一起愉快的度過三年生活的電氣 0734（ 4）班各位同學(xué)，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。從課題的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，黃老師和各位專業(yè)老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。下降到底時(shí)碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點(diǎn)。上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。 15 圖 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖 圖 機(jī)械手的動(dòng)作示意圖 PLC 向驅(qū)動(dòng)器一只輸入脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)一正轉(zhuǎn)，機(jī)械手前伸，前伸到位時(shí)，碰到前限位開關(guān)，前伸停止。主機(jī)向驅(qū)動(dòng)器二同時(shí)輸入脈沖信號和電平信號，步進(jìn)電機(jī)二反轉(zhuǎn)，機(jī)械手下降。 打開電源，按下起動(dòng)按鈕時(shí)，開機(jī)復(fù)位。機(jī)械手的上升 /下降、前伸 /后縮動(dòng)作就是通過控制這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械手運(yùn)行良好，動(dòng)作正確、符合控制要求。 機(jī)械手控制系統(tǒng) 的外部接線圖 PLC 外部電氣接線圖見附錄 5。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。由于本設(shè)計(jì)使用的是 FX1N 系列可編程控制器，所 以有直流 24V 輸出接線端。初級與次級之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點(diǎn)位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點(diǎn)。 PLC 的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強(qiáng)干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機(jī)等）分開。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時(shí)，輸入接線可適當(dāng)長些。 PLC 程序的調(diào)試 由于 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。這種編程方式與轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的基本規(guī)則之間有著嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，用它編制復(fù)雜的順序功能圖的梯形圖時(shí)，會有很大幫助。 名稱 輸入 名稱 輸出 氣夾正轉(zhuǎn)限位 X0 驅(qū)動(dòng)器一 PUL Y0 氣夾反轉(zhuǎn)限位 X1 驅(qū)動(dòng)器二 PUL Y1 基座正轉(zhuǎn)限位 X2 驅(qū)動(dòng)器一 DIR Y2 基座反轉(zhuǎn)限位 X3 驅(qū)動(dòng)器二 DIR Y3 旋轉(zhuǎn)脈沖 X4 氣夾正轉(zhuǎn) ML Y4 X 軸前限位 X5 氣夾反轉(zhuǎn) MR Y5 X 軸后限位 X6 基座反轉(zhuǎn) MR Y6 Y 軸上限位 X7 基座正 轉(zhuǎn) ML Y7 Y 軸上限位 X10 氣夾電磁閥 YV+ Y10 啟動(dòng)按鈕 X11 復(fù)位按鈕 X12 表 PLC 的 I/O 分配表 編程指令的選擇 方案一：使用起保停電路的編程方式。 由于機(jī)械手系統(tǒng)的輸入 /輸出點(diǎn)少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計(jì)算機(jī)對 PLC進(jìn)行監(jiān)控和管理 ，該機(jī)械手的控制為純開關(guān)量控制，且 I/O 點(diǎn)數(shù)不多，僅需 11 個(gè)輸入點(diǎn)和 9個(gè)輸出點(diǎn)，考慮留有一定的裕量。 控制要求 本設(shè)計(jì)中，機(jī)械手模型的執(zhí)行順序?yàn)椋? 位 ，手張開 ，手夾緊 ，手張開 氣夾在電磁閥未通電動(dòng)作時(shí)為夾緊狀態(tài)，通電后變?yōu)閺堥_狀態(tài)。與 PLC 之間的接線圖如下，當(dāng)傳 感器動(dòng)作時(shí)，輸出端對地接通。 圖