【文章內(nèi)容簡介】 位后，手抓電動機(jī)得電帶動手爪旋轉(zhuǎn)；當(dāng)傳感器檢測到限位磁頭時(shí)，電動機(jī)停止， PLC 控制電磁閥動作，手張開；延時(shí)一段時(shí)間，豎軸步進(jìn)電動機(jī)工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復(fù)位，手爪加緊；延時(shí)過后，豎軸上升，同時(shí)橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉(zhuǎn)，然后豎 軸下降，電磁閥動作，手張開；延時(shí)后豎軸上升復(fù)位；然后開始下一周期動作。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 圖 機(jī)械手控制流程圖 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC 硬件設(shè)計(jì)是指 PLC 外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)重要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇（如控制按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)裝置的輸入信號等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺、柜的設(shè)計(jì)等。硬件設(shè)計(jì)還包括 PLC 輸入 /輸出通道的分配，為便于程序設(shè)計(jì)和閱讀，常作出 I/O通道分配表，表中包括有 I/O 編號、設(shè)備代號、名稱及功能等。機(jī)械手控制系統(tǒng)電器原理圖。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 可編程序控制器采用松下 FP 系 列的 FPO—— C16T 作為基本模塊，由于輸入輸出點(diǎn)不夠，擴(kuò)展一個(gè) FPO—— E16RS 模塊。由于接近開關(guān)有三根線，接線時(shí)注意把紅色的線接電源的正極，黑色線接電源的負(fù)極，藍(lán)色的線接 PLC 的輸入端子。 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要是指編寫工藝流程圖，即將整個(gè)流程分解為若干步，確定每步的控制要求及轉(zhuǎn)換條件，配合定時(shí)、計(jì)數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)及某些特殊功能指令便可完成梯形圖的設(shè)計(jì)。 I/O 地址分配 I/O 地址分配如表所示 I/O 地址分配一覽表 輸入： 輸出： X0 橫軸正限位 Y0 橫軸脈沖 X1 豎軸 正限位 Y1 豎軸脈沖 X2 橫軸反限位 Y2 橫軸方向 X3 豎軸反限位 Y3 豎軸方向 X4 旋轉(zhuǎn)脈沖 Y20 手正轉(zhuǎn) X20 手正轉(zhuǎn)限位 Y21 手反轉(zhuǎn) X21 手反轉(zhuǎn)限位 Y22 底座正轉(zhuǎn) X22 底座正限位 Y23 底座反轉(zhuǎn) X23 底座反限位 Y24 電磁閥動作 (1).確定輸入輸出接點(diǎn)的總數(shù) 輸入接點(diǎn)：啟動按鈕 SB、行程開關(guān) SQ1—— SQ光電開關(guān) SQ5，一共 6 個(gè)。 輸出接點(diǎn)： YV1—— YV2 總共 5 個(gè)。 (2).估算 PC 內(nèi)存總數(shù) 選取 PC 類型， PC 內(nèi)存總數(shù)取決于程序指 令總條數(shù)。 PC 內(nèi)存總數(shù)又是選取 PC 類型的重要依據(jù)，為此依據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式對指令總條數(shù)進(jìn)行估算。 指令總條數(shù) =（ 10—— 20） *（輸入點(diǎn)數(shù) +輸出點(diǎn)數(shù)） 本例中指令總條數(shù)為（ 10—— 20） *（ 6+5） =110—— 220 條。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 (3).輸入輸出點(diǎn)分配 如下圖是機(jī)械手輸入和輸出信號與 PC 輸入輸出端子的分配圖，其中根據(jù)需要增加了機(jī)械手回到原位時(shí)的指示燈，為了防止誤按啟動按鈕引起機(jī)械手的誤動作，增加了復(fù)位按鈕，啟動時(shí)需要先按復(fù)位按鈕在按啟動按鈕，否則機(jī)械手不會動作。 圖 機(jī)械手 PC 輸入 /輸出端子的 分配 (4).方案選擇 考慮到機(jī)械手在工作時(shí)間時(shí)可能發(fā)生誤動作行程開關(guān)而引起的不安全動作，各個(gè)輸入開關(guān)信號只能在規(guī)定的狀態(tài)發(fā)生作用，例如， SQ1 的閉合信號只能當(dāng)機(jī)械手位于原位而且按下 SB2 后或從原位右移到右位后才能起作用，其他狀態(tài)時(shí) SQ1 不起作用。為了達(dá)到這一目的，選擇使用移位寄存器來完成順序控制。 梯形圖設(shè)計(jì) 機(jī)械手的控制屬順序控制，采用步進(jìn)指令，根據(jù)說明機(jī)器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形，很容易進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 （ 1） 根據(jù)機(jī)械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設(shè)計(jì) 單步操作”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“ 單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“返回原位”程序 。 “自動”方式時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“自動”程序，故梯形圖的總體構(gòu)成如下圖所示。其中，自動程序要在啟動按鈕按下時(shí)才執(zhí)行。 圖 機(jī)械手 PLC 控制梯形圖總體構(gòu)成 （ 2） 各部分梯形圖的設(shè)計(jì) 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 通用部分梯形圖設(shè)計(jì) A 狀態(tài)器的初始化：初始狀態(tài)器 S600 在手動方式下被置位、復(fù)位。當(dāng)方式選擇開關(guān)處于“返回復(fù)位”（ X501 接通）時(shí)，按下返回復(fù)位按鈕（ X505）時(shí)被置位 。在“單步操作”（ X500 接通）時(shí)， S600 復(fù)位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動作復(fù)位操 作，即在方式選擇開關(guān)位于“單步操作”或 “返回復(fù)位”時(shí)，中間狀態(tài)器同步復(fù)位，故初始狀態(tài)梯形圖如下圖示（如果狀態(tài)器要在供電時(shí)從斷電前條件開始繼續(xù)工作，則不需要 M71）狀態(tài)器初始化梯形圖。 B 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動：若機(jī)械手工作在自動工作方式下，當(dāng)初始狀態(tài)器 S600 被置位后，按下啟動按鈕，輔助繼電器 M575 工作，狀態(tài)器的狀態(tài)可以一步步向下傳遞，即可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)，轉(zhuǎn)換啟動繼電器 M575 一直保持到停機(jī)按鈕按下為止。另一方面，采用 M100 檢查機(jī)器是否處于原位。當(dāng) M575 和 M100 都接通時(shí)，從初始狀態(tài)開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其梯形圖如下圖。 圖 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換啟動梯形圖 C 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器 M574，并用步進(jìn)指令控制狀態(tài)器轉(zhuǎn)換時(shí)，狀態(tài)器的自動轉(zhuǎn)換就被禁止。 在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時(shí)， M574 應(yīng)被激勵并保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當(dāng)按下啟動按鈕時(shí)，從現(xiàn)行工序重新開始工作， M574 應(yīng)復(fù)位，即重新允許轉(zhuǎn)換。 在“步進(jìn)”工作方式時(shí)， M574 應(yīng)始終工作，此時(shí)，禁止任何狀態(tài)轉(zhuǎn)換。但每按下一次啟動按鈕時(shí)， M574 斷開一次，允許狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一步。 在“手動”工作方 式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)換禁止解除， M574 復(fù)位。 PLC 在啟動時(shí)，用初始化脈沖 M71 使 M574 自保持，以次禁止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換，直到按下廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 22 啟動按鈕。狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖如下。 圖 狀態(tài)器轉(zhuǎn)換禁止梯形圖 通過對上圖的分析可得出：在執(zhí)行“單步操作”和“返回原位”程序時(shí)， M575 一直不能被接通，而 M574 長期被接通（按下啟動按鈕時(shí)除外）；執(zhí)行“步進(jìn)”程序時(shí)，每按一次啟動按鈕， M574 斷開一次， M575 接通 一次，狀態(tài)器轉(zhuǎn)換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時(shí)，按下啟動按鈕， M574 斷開， M575 接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉(zhuǎn)換，直至按下停止按鈕時(shí)， M574 自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動按鈕時(shí)從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時(shí)， M575 一直接通到按下停止按鈕，此時(shí) M574 一直不能接通。 D 單步操作梯形圖 手動操作方式由于不需要任何復(fù)雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方法來設(shè)計(jì)梯形圖?！皢尾讲僮鳌睍r(shí)，按下夾持按鈕時(shí)，夾持輸出 Y431 自保持，只有按下松開按鈕時(shí)， Y431 才會復(fù)位；按下上升按鈕，上升輸出 Y432 保持接通；按下下降按鈕， Y430 保持接通；在上限位按下左行按鈕，左行輸出 Y434 保持接通；在上限位按下右行按鈕，右行輸出 Y433 保持接通。單步操作是梯形圖如下圖。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 23 圖 機(jī)械手單步操作梯形圖 E 返回原位梯形圖 在“返回原位”狀態(tài)下，“夾持”與“下降”動作應(yīng)被停止，上限位未動作時(shí)應(yīng)進(jìn)行“上升”；上限位動作時(shí)，“右行”動作應(yīng)停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如下圖。 圖 機(jī)械手返回原位梯形圖 F “自動”狀態(tài)梯形圖 如下圖表示了機(jī) 械手自動工作時(shí)執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實(shí)現(xiàn)以及各工步的轉(zhuǎn)換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥 Y430 接通。自下限位置時(shí)， X401 接通，轉(zhuǎn)化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥 Y431 置位，同時(shí)驅(qū)動 T450。 T450 接通后，轉(zhuǎn)化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 24 始條件到下一個(gè)初始條件的一系列操作。在夾持輸出 Y431 置位后，保持夾持，直到夾持輸出復(fù)位松開。如上述一步步按順序驅(qū)動各個(gè)負(fù)載動作，稱為順序控制或過程步進(jìn)型控制。這種控制過程用繼電器符號程序很難實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)。 圖 機(jī)械手 自動工作流程圖 用狀態(tài)器替代自動工作流程圖中的各工步，可得到如下圖所示的功能表圖。初始狀態(tài)在圖中用雙線框表示。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 25 圖 機(jī)械手自動工作功能表圖 根據(jù)上圖所示的功能表圖，可設(shè)計(jì)出自動操作時(shí)的梯形圖，如下圖所示。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 26 圖 機(jī)械手自動工作梯形圖 繪制機(jī)械手 PLC 將控制梯形圖 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 27 將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體構(gòu)成圖的形式作何在一起，得到機(jī)械手PLC 控制的梯形圖，如下圖所示。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 28 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 29 圖 機(jī)械手 PLC 控制梯形圖 該機(jī)械手在自動工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)先將其工作方式選擇開關(guān) 放在“返回原位”，并按下返回原位按廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 30 鈕，對狀態(tài)器進(jìn)行置位，然后再將工作方式選擇開關(guān)放至自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則應(yīng)將工作方式選擇開關(guān)放至“單步操作”位置。 功能表圖設(shè)計(jì) 步的劃分 分析被控對象的工作過程及控制要求，將系列的工作過程劃分成若干階段，這些階段稱為“步”。步是根據(jù) PLC 輸出量的狀態(tài)劃分的，只要系統(tǒng)的輸出量狀態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng)就從原來的步進(jìn)入新的步。如下圖所示，某液壓動力滑臺的整個(gè)工作過程可劃分為四步，即： 0 步 A、 B、 C 均不輸出； 1 步 A、 B 輸出； 2 步 B、 C 輸出； 3 步 C 輸出。在 每一步內(nèi) PLC 各輸出量狀態(tài)均保持不變。 步也可根據(jù)被控對象工作狀態(tài)的變化來劃分，但被控對象的狀態(tài)變化應(yīng)該是由 PLC輸出狀態(tài)變化引起的。如下圖所示，初始狀態(tài)是停在原位不動，當(dāng)?shù)玫狡饎有盘柡箝_始快進(jìn)，快進(jìn)到加工位置轉(zhuǎn)為工進(jìn)，到達(dá)終點(diǎn)加工結(jié)束又轉(zhuǎn)為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態(tài)。因此，液壓滑臺的整個(gè)工作過程可以劃分為停止（原位）、快進(jìn)、工進(jìn)、快退四步。但這些狀態(tài)的改變都必須是由 PLC 輸出量的變化引起的，否則就不能這樣劃分。例如：若從快進(jìn)轉(zhuǎn)為工進(jìn)與 PLC 輸出無關(guān)，那么快進(jìn)、工進(jìn)只能算一步。 總之，步的 劃分應(yīng)以 PLC 輸出量狀態(tài)的變化來劃分，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)沒有變化時(shí)，就不存在程序的變化。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 31 轉(zhuǎn)換條件的確定 確定各相鄰步之間的轉(zhuǎn)換條件是順序控制設(shè)計(jì)法的重要步驟之一。轉(zhuǎn)換條件是使系統(tǒng)從當(dāng)前步進(jìn)入下一步的條件。常見的轉(zhuǎn)換條件有按鈕、行程開關(guān)、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器觸點(diǎn)的動作（通 /斷）等。 如上圖“步的劃分方法二”所示，滑臺由停止（原位）轉(zhuǎn)為快進(jìn)，其轉(zhuǎn)換條件是按下起動按鈕 SB1（即 SB1 的動合觸點(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 動作。轉(zhuǎn)換條件也可以是若干個(gè)信號的邏輯（與、或、非）組合。如： A1*A B1+B2。 功能表圖的繪制 根據(jù)以上分析畫出描述系統(tǒng)工作過程的功能表圖，是順序控制設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的一個(gè)步驟。繪制功能表圖的具體方法將在下面介紹。 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。有關(guān)編程方式建在下一 節(jié) 中介紹。 功能表圖的繪制方法 A 功能表圖概述 功能表圖又稱流程圖。它是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特征的一種徒刑。功 能表圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，是一種通用的技術(shù)語言，因此，功能表圖也可用于不同專業(yè)的人員進(jìn)行技術(shù)交流。 功能表圖是設(shè)計(jì)順序控制程序的有力工具。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。 各個(gè) PLC 廠家都開發(fā)了相應(yīng)的功能表圖，各國也動制定了功能表圖的國家標(biāo)準(zhǔn)。我國于1986 年也頒布了功能圖的國家標(biāo)準(zhǔn)（ —— 86）。 B 功能表圖的組成要素 如下圖所是為功能表圖的一般形式。它主要是由步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、有向連線和動作等要素組成。 廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 32 C 步與動作 前面已介紹過，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)的工作過程劃分成若干個(gè)狀態(tài)不變的階段，這些階段稱為“步”。步在功能表圖中用矩形框表示。如 ，框內(nèi)的數(shù)字是該步的編號。如下圖所示各步的編號為 n n、n+1。編程時(shí)一般用