【文章內(nèi)容簡介】 FX小型 PLC。 (4) PLC 高性能和網(wǎng)絡化階段： 在這一階段中，隨著 CPU 運算速度提高，使得PLC 的應用領域開始涉及工業(yè)自動化。工廠自動化的需要，開發(fā)了適用于過程控制的特殊模塊。與此同時， PLC 可以連接傳統(tǒng)的編程器， PLC 的網(wǎng)絡與通信功能得到了迅速發(fā)展，為工廠的自動化奠定了良好的基礎。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 36頁 PLC 特點 (1) 抗干擾能力強： PLC其中最主要的一個特點就是它的抗干擾能力強，在一些特殊的環(huán)境中，有一些輻射和電磁干擾的情況下， PLC 工作能力也不會受到任何的影響。它的主電路模塊是用大規(guī)模集成電路制成，而且在電路上加入了濾波整流電路，同時還可以防止受潮、防止塵土、抗震等 [1]。 (2) 通用性強：在 PLC 的控制系統(tǒng)中，不需要繼電器之類的電氣控制元件，它只需要 PLC內(nèi)部的軟元件進行模擬控制。這樣就有效的避免了大量的硬件接線，提高了生產(chǎn)的效率，要想改變程序的功能，只需要改變編程器里的程序。同一個 PLC 裝置可以控制 不同的對象，只是輸入 /輸出的組件和對于軟件的控制方式的不同。 PLC 交流220V、直流 24V由 PLC 內(nèi)部所提供。 (3) 編程簡單： PLC主要是用于面向用戶的設備，用戶使用必須簡單易學，最重要的是編程要最簡單易用而且要易懂。在這一點上， PLC 的設計者們也是充分考慮到使用者的意圖，對于使用 PLC的習慣性。梯形圖與繼電器相似，這種編程的方式比較簡單易學，形象直觀，而且易于掌握，不需要有很強的計算機知識和特殊的計算機語言。 (4) 功能完善：隨著科學技術的不斷發(fā)張， PLC 的功能也是越來越多，新的功能在不斷地增加 ，從原來的只有普通的控制到現(xiàn)在擁有邏輯的控制、計數(shù)、計時，到現(xiàn)在能夠單獨的進行過程控制、數(shù)模的轉換、信息處理和聯(lián)網(wǎng)功能。 PLC 功能的逐漸完善，這意味著它在工業(yè)行業(yè)中的地位是無可取代的，工業(yè)的進步是離不開 PLC?，F(xiàn)在，PLC 可以實現(xiàn)人機對話功能，這說明未來 PLC 的發(fā)展方向朝著智能化的方向發(fā)展。 (5) 維護方便： PLC維護方便也是 PLC得到工業(yè)生產(chǎn)中大量應用的主要原因，維護的方便可以有效地提高生產(chǎn)效率和減少不必要的投資，這樣有效地幫工廠提高生產(chǎn)利潤。 PLC 的體積較小，結構也不是很復雜而且比較耐用，所以維護比 較方便， PLCI/O裝置可以反映生產(chǎn)過程中的變化，還能有效地檢測，這樣更加利于維護 [7]。 PLC 的選型 本次設計中，選用的是三菱 FX 系列的 FX2N48MR 型號的 PLC,它的輸入輸出點共48 個，滿足一般控制的需求，實物圖如圖 37所示： 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 36頁 圖 37 三菱 FX2N系列 PLC實物圖 三菱公司的 FX 系列 PLC 適應性廣，擴展性也是非常豐富，最多能夠擴展到 256個 I/O 點。 FX 系列 PLC 具有很強的通信能力，兼容性也是非常好，基本能夠滿足大多數(shù)對于系統(tǒng)要求比較高的人。它是最廣泛的 PLC系列產(chǎn)品之一， 體積微小適合在機電一體化產(chǎn)品中使用，其中內(nèi)置 D直流 24V電源可以作為輸入回路和傳感器的電源使用。 FX 系列 PLC 系統(tǒng)配置靈活，有基本單元、擴展單元和擴展模塊這三種配置，三種配置決定了三種不同的價格，可以滿足不同人的需求，而且它的性價比也是非常高的。模塊化的 PLC 也是相當?shù)撵`活，單元整體的結構式網(wǎng)絡，使得它的穩(wěn)定性也是越高。對于用戶而言，這樣的 PLC 的選擇范圍比較廣，它的應用性也是相對比較出色的。 FX 系列 PLC 體積雖然比較小，但是卻具有很強的功能。它內(nèi)置超高速脈沖計數(shù)器，對于輸入輸出刷新、中斷、濾波方式更新 、恒定掃描時間有著更快的處理，而且有高速計數(shù)器專用的比較指令。對于 FX 系列的單元結構一般采用插接式的方法接線，這樣更換單元會更加方便 [8]。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 36頁 4 系統(tǒng)設計 硬件設計 輸入 /輸出口分配表 在設計機械手自動操作的系統(tǒng)過程中， PLC 是控制的核心，首先對 PLC 硬件進行設計，分配表如下表 41所示： 表 41 輸入輸出分配表 輸入 輸出 X0 啟動按鈕 SB1 Y0 擺動氣缸左擺（ YA1 得電） X1 擺動氣缸左擺極限 SQ1 Y1 擺動氣缸右擺（ YA2 得電） X2 擺動 氣缸右擺極限 SQ2 Y2 水平氣缸伸出（ YA3 得電） X3 水平氣缸伸出極限 SQ3 Y3 水平氣缸縮回（ YA4 得電） X4 水平氣缸縮回極限 SQ4 Y4 垂直氣缸下降（ YA5 得電） X5 垂直氣缸伸出極限 SQ5 Y5 垂直氣缸上升（ YA6 得電） X6 垂直氣缸縮回極限 SQ6 Y6 氣爪夾緊（ YA7 得電） X7 手動控制按鈕 SB2 Y7 氣爪放松（ YA8 得電） X10 自動控制按鈕 SB3 X11 停止按鈕 SB4 X12 擺動氣缸左擺按鈕 SB5 X13 擺動氣缸右擺按鈕 SB6 X14 水平氣缸伸出按鈕 SB7 X15 水平氣缸縮回按鈕 SB8 X16 垂直氣缸下降按鈕 SB9 X17 垂直氣缸上升按鈕 SB10 X20 氣爪夾緊按鈕 SB11 X21 氣爪放松按鈕 SB12 X22 檢測開關 SQ7 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 18 頁 共 36頁 硬件接線圖 按照輸入輸出分配表，畫出 I/O 硬件接線圖，如圖 412所示： 圖 412 硬件接線圖 4,2 系統(tǒng)程序設計 順序 功能圖 在本次設計中，我們同時可以加入手動控制系統(tǒng)，在設計中可以實現(xiàn)手動和自動控制切換 系統(tǒng)。但最主要的為自動控制系統(tǒng)，手動控制也是必不可少的。加入手動控制系統(tǒng)可以很方便的檢測和控制，實現(xiàn)手動控制我們可以在相應的電磁閥上實現(xiàn)對應的功能 [13]。 順序功能圖的設計嚴格按照一定的先后順序才能保證系統(tǒng)運行時的準確性。在設計中，考慮到不可預料的情況下，有時非要采用手動控制操作，我們可以通過一定的編程來實現(xiàn)手動控制的方式。自動控制為主要系統(tǒng)設計方式，其控制流程圖如下圖421 所示： 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 共 36頁 圖 421 順序流程圖 程序功能圖 (1) 自動控制程序： 一上電，機械手復位，機械手右擺，水平氣 缸縮回，垂直氣缸上升；當按下 X0，當極限開關 X6啟動時，檢測元件 X22 檢測到工件時，置位輔助繼電器 M1，機械手左擺；當按下 X1時，置位輔助繼電器 M2，水平氣缸伸出； 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 20 頁 共 36頁 當極限開關 X3啟動時，置位輔助繼電器 M3，垂直氣缸下降；當極限開關 X5啟動時，置位輔助繼電器 M4，氣爪夾緊，啟動定時器 T0；當 T0 計時時間到，置位輔助繼電器 M5，垂直氣缸上升；當極限開關 X6 啟動時，置位輔助繼電器 M6，水平氣缸縮回； 當極限開關 X4啟動時，置位輔助繼電器 M7，擺動氣缸右擺；當極限開關 X2啟動時，置位輔助繼電器 M8，水平 氣缸伸出；當極限開關 X3 啟動時，置位輔助繼電器 M9，垂直氣缸下降； 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 21 頁 共 36頁 當極限開關 X5啟動時，置位輔助繼電器 M10，氣爪夾緊，定時器 T1 啟動； T1 計時器啟動，置位輔助繼電器 M11，垂直氣缸上升；當極限開關 X6 啟動時，置位輔助繼電器 M12，水平氣缸縮回；當按下 X7 手動控制按鈕時，置位輔助繼電器 M0，使系統(tǒng)復位； 當極限開關 X4啟動時，置位輔助繼電器 M1，循環(huán)操作；當按下 X11 時，置位輔助繼電器 M0，使系統(tǒng)復位； 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 22 頁 共 36頁 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 23 頁 共 36頁 考慮到在執(zhí)行過程中，機械手會出現(xiàn)故障或者不可預料的情況時，通常加入手動操作，按照 其動作的過程，可以設計相應的手動控制結構，手動控制方式可以對機械手進行水平，垂直，擺動和氣爪的控制。 (2) 手動控制程序： 按下 X12， Y0=1，即氣缸左擺；按下 X13， Y1=1，即氣缸右擺；按下 X14， Y2=1，水平氣缸伸出；按下 X15， Y3=1，水平氣缸縮回；按下 X16， Y4=1，垂直氣缸下降； 按下 X17， Y5=1，垂直氣缸上升； 按下 X20， Y6=1，氣爪夾緊；按下 X21， Y7=1，氣爪放松； 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 24 頁 共 36頁 5 MCGS 組態(tài)設計 MCGS 概述 MCGS 是一種用于對構件運行狀態(tài)進行控制和監(jiān)控 的一種組態(tài)軟件。目前很多組態(tài)軟件都可以和 PLC 構成組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，它非常方便而且易于運用，現(xiàn)在已經(jīng)成為工業(yè)監(jiān)控的一大主流。它通常在 Windows 平臺上進行運用，對數(shù)據(jù)進行采集，以人類可以接受的形式，比如動畫，燈的報警，對流程的控制多種的形式來反應工程的狀態(tài)。 MCGS操作起來靈活的界面，在自動領域有很廣泛的應用，它主要為用戶解決實際工程上的問題。 MCGS 的主要組成 MCGS 主要由主控窗口、用戶窗口、設備窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略這五部分組成。 具體結構如下圖 51所示： 圖 51 組態(tài)軟件組成 (1) 主控窗口 主控窗口是一個框架，他可以放置一個或多個窗口，主要用于調(diào)度和管理這些窗口。主控窗口它可以用于工業(yè)中的工程的制定 ，編制工程的主要菜單，設計封面，確定啟動窗口，同時可以設定動畫的有關參數(shù)，保存文件名稱數(shù)據(jù)庫更改。 (2) 設備窗口 設備窗口主要用來連接外部設備的環(huán)境。它主要用于放置不同類型的設備構件，實現(xiàn)對外部設備的操作。設備窗口具有唯一性，一套系統(tǒng)只有唯一的窗口。設備在運本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 25 頁 共 36頁 行的時候，設備窗口可以用來控制整個流程的運動。 (3) 用戶窗口 用戶窗口顧名思義就是與用戶進行溝通的界面，用戶可以 直接進行使用，同時用戶也可以自我定義其中的控制內(nèi)容，方便自己使用，如一些圖元和動畫構件，還有一整套的設計模塊，用戶可以直接使用。通過這些構建，可以有效地將其它窗口進行關聯(lián)設定，達到可視化的效果。 (4) 實時數(shù)據(jù)庫 實時數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)交換的中心，它是 MCGS 的核心部分。它起到了橋梁連接的作用，將組態(tài)之間的結構連接成了一個整體。這個窗口主要用來存放不同類型的變量，將數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅(qū)動作為操作對象。 (5) 運行策略 運行策略主要是對工程運行狀態(tài)的有效的定義和控制，實現(xiàn)流程控制的效果 。通過對腳本程序和一些定時程序的設定可以達到對機械手的控制。 運行策略作為系統(tǒng)的一個重要的框架，它能夠使系統(tǒng)的結構按照所設定的時間順序執(zhí)行程序，使得機械手能夠進行有效地操作，對一些構件進行基本的定義和策略的構造，它能夠控制一些工作窗口的開關狀態(tài)，這樣就可以實現(xiàn)對一些外部設備的測量和控制 [20]。 創(chuàng)建操作界面 創(chuàng)建工程過程一般是如下：首先對工程系統(tǒng)進行分析、對工程結構進行構建、對系統(tǒng)進行菜單的設計、制作動畫的顯示界面、編寫一定的控制程序、對編寫的程序進行有效的調(diào)試、最后連接外部設備進行綜合 的測試。其中 MCGS 組態(tài)軟件的界面如下圖 53 所示： 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 26 頁 共 36頁 圖 53 機械手控制系統(tǒng)的 MCGS界面 工程建立和變量定義 (1) 進入組態(tài)環(huán)境中，屏幕上會出現(xiàn)窗口環(huán)境，各種功能對應于其中。 單擊菜單中的“新建工程”，會自動生成新建工程，默認工程名為：“新建工程 ”。 (2) 這時單擊文件中的另存為按鈕，會出現(xiàn)保存另一文件夾按鈕。 (3) 在對應的文件名輸入：機械手的控制系統(tǒng)，同時按下保存按鈕，進行保存，這是對工程設定完畢。 如圖所 541示 : 圖 541 工作臺界面 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 27 頁 共 36頁 在 MCGS 中，需要對其進行變量的設置，建立實時數(shù)據(jù)庫的目的就是對變量的進行設定。變量包括對數(shù)據(jù)的名稱、大小、類型進行數(shù)據(jù)定義，也就是對相關參數(shù)的確定。 對于實時數(shù)據(jù)庫中的變量，在開始之前需要對其定義，最主要先分析系統(tǒng)，再能夠確定變量值。 本系統(tǒng)變量如下圖 542所示： 如圖 542 變量名稱 編寫控制程序 定時器分為啟停和計時這兩個功能。其中啟停功能就是在需要的時候被啟動，在不需要的時候被停止。而計時功能就是在啟動后進行計時。有關計時時間的設定，即根據(jù)需要設定時計時來設定。狀態(tài)報告功能就是有沒有到設定時間。復位功能就是在需要的時候能夠重新開始計時。 如圖 55所示： 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 28 頁 共 36頁 圖 5