【文章內容簡介】 位后，手抓電動機得電帶動手爪旋轉；當傳感器檢測到限位磁頭時，電動機停止， PLC 控制電磁閥動作，手張開；延時一段時間，豎軸步進電動機工作，豎軸下降；下降到位后，電磁閥復位，手爪加緊；延時過后，豎軸上升，同時橫軸縮回、底盤都到位后，橫軸前伸；到位后手爪旋轉，然后豎 軸下降，電磁閥動作，手張開；延時后豎軸上升復位；然后開始下一周期動作。 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 17 圖 機械手控制流程圖 控制系統(tǒng)的軟、硬件設計 控制系統(tǒng)硬件設計 PLC 硬件設計是指 PLC 外部設備的設計。在硬件設計重要進行輸入設備的選擇（如控制按鈕、開關及計量保護裝置的輸入信號等），還有執(zhí)行元件的選擇以及控制臺、柜的設計等。硬件設計還包括 PLC 輸入 /輸出通道的分配，為便于程序設計和閱讀，常作出 I/O通道分配表，表中包括有 I/O 編號、設備代號、名稱及功能等。機械手控制系統(tǒng)電器原理圖。 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(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，由于輸入輸出點不夠，擴展一個 FPO—— E16RS 模塊。由于接近開關有三根線，接線時注意把紅色的線接電源的正極，黑色線接電源的負極，藍色的線接 PLC 的輸入端子。 控制系統(tǒng)的軟件設計 軟件設計主要是指編寫工藝流程圖，即將整個流程分解為若干步，確定每步的控制要求及轉換條件，配合定時、計數(shù)、分支、循環(huán)、跳轉及某些特殊功能指令便可完成梯形圖的設計。 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 旋轉脈沖 Y20 手正轉 X20 手正轉限位 Y21 手反轉 X21 手反轉限位 Y22 底座正轉 X22 底座正限位 Y23 底座反轉 X23 底座反限位 Y24 電磁閥動作 (1).確定輸入輸出接點的總數(shù) 輸入接點：啟動按鈕 SB、行程開關 SQ1—— SQ光電開關 SQ5，一共 6 個。 輸出接點： YV1—— YV2 總共 5 個。 (2).估算 PC 內存總數(shù) 選取 PC 類型， PC 內存總數(shù)取決于程序指 令總條數(shù)。 PC 內存總數(shù)又是選取 PC 類型的重要依據(jù)，為此依據(jù)下面的經(jīng)驗公式對指令總條數(shù)進行估算。 指令總條數(shù) =（ 10—— 20） *（輸入點數(shù) +輸出點數(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)技術學院畢業(yè)論文 19 (3).輸入輸出點分配 如下圖是機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)需要增加了機械手回到原位時的指示燈，為了防止誤按啟動按鈕引起機械手的誤動作，增加了復位按鈕，啟動時需要先按復位按鈕在按啟動按鈕，否則機械手不會動作。 圖 機械手 PC 輸入 /輸出端子的 分配 (4).方案選擇 考慮到機械手在工作時間時可能發(fā)生誤動作行程開關而引起的不安全動作，各個輸入開關信號只能在規(guī)定的狀態(tài)發(fā)生作用，例如， SQ1 的閉合信號只能當機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 SQ1 不起作用。為了達到這一目的，選擇使用移位寄存器來完成順序控制。 梯形圖設計 機械手的控制屬順序控制，采用步進指令，根據(jù)說明機器工作狀態(tài)轉換的圖形，很容易進行程序設計。 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 20 （ 1） 根據(jù)機械手的工作方式情況，選擇“梯形圖的總體設計 單步操作”方式時，應執(zhí)行“ 單步操作”程序；在選擇“返回原位”方式時，應執(zhí)行“返回原位”程序 。 “自動”方式時，應執(zhí)行“自動”程序，故梯形圖的總體構成如下圖所示。其中，自動程序要在啟動按鈕按下時才執(zhí)行。 圖 機械手 PLC 控制梯形圖總體構成 （ 2） 各部分梯形圖的設計 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 21 通用部分梯形圖設計 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、復位。當方式選擇開關處于“返回復位”（ X501 接通）時，按下返回復位按鈕（ X505）時被置位 。在“單步操作”（ X500 接通）時， S600 復位。處于中間工步的狀態(tài)器用手動作復位操 作，即在方式選擇開關位于“單步操作”或 “返回復位”時，中間狀態(tài)器同步復位，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)器轉換啟動：若機械手工作在自動工作方式下，當初始狀態(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，即可以進行轉換。在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時，轉換啟動繼電器 M575 一直保持到停機按鈕按下為止。另一方面，采用 M100 檢查機器是否處于原位。當 M575 和 M100 都接通時，從初始狀態(tài)開始進行轉換，其梯形圖如下圖。 圖 狀態(tài)器轉換啟動梯形圖 C 狀態(tài)器轉換禁止梯形圖：激活特殊輔助繼電器 M574，并用步進指令控制狀態(tài)器轉換時，狀態(tài)器的自動轉換就被禁止。 在“單周期”工作期間，按下停止按鈕時， M574 應被激勵并保持，操作停止在現(xiàn)行工步。當按下啟動按鈕時，從現(xiàn)行工序重新開始工作， M574 應復位，即重新允許轉換。 在“步進”工作方式時， M574 應始終工作，此時，禁止任何狀態(tài)轉換。但每按下一次啟動按鈕時， M574 斷開一次，允許狀態(tài)器轉換一步。 在“手動”工作方 式（單一操作，返回原位）情況下，禁止進行狀態(tài)轉換。在手動方式解除之后，按下啟動按鈕，則狀態(tài)轉換禁止解除， M574 復位。 PLC 在啟動時，用初始化脈沖 M71 使 M574 自保持，以次禁止狀態(tài)轉換，直到按下廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 22 啟動按鈕。狀態(tài)器轉換禁止梯形圖如下。 圖 狀態(tài)器轉換禁止梯形圖 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， M575 一直不能被接通，而 M574 長期被接通（按下啟動按鈕時除外）；執(zhí)行“步進”程序時，每按一次啟動按鈕， M574 斷開一次， M575 接通 一次，狀態(tài)器轉換一次；在執(zhí)行“單周期操作”程序時，按下啟動按鈕， M574 斷開， M575 接通，狀態(tài)器的狀態(tài)可一步一步向下轉換，直至按下停止按鈕時， M574 自鎖，狀態(tài)器的狀態(tài)轉換被禁止，操作停止現(xiàn)行工序（再次按下啟動按鈕時從現(xiàn)行工序開始工作）；在執(zhí)行“連續(xù)操作”程序時， M575 一直接通到按下停止按鈕，此時 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雜的順序控制，可以用常規(guī)繼電器順序方法來設計梯形圖?！皢尾讲僮鳌睍r，按下夾持按鈕時，夾持輸出 Y431 自保持，只有按下松開按鈕時， Y431 才會復位；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)技術學院畢業(yè)論文 23 圖 機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”動作應被停止，上限位未動作時應進行“上升”；上限位動作時，“右行”動作應停止，并左行至左限位位置。返回原位梯形圖如下圖。 圖 機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 械手自動工作時執(zhí)行各工步的情況。表明了各工步的實現(xiàn)以及各工步的轉換條件。在第一次下降工步中，下降電磁閥 Y430 接通。自下限位置時， X401 接通，轉化為“夾持”過程。在夾持工步中，夾持電磁閥 Y431 置位，同時驅動 T450。 T450 接通后，轉化為第一次上升。此后執(zhí)行類似的操作，完成由初廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 24 始條件到下一個初始條件的一系列操作。在夾持輸出 Y431 置位后，保持夾持，直到夾持輸出復位松開。如上述一步步按順序驅動各個負載動作，稱為順序控制或過程步進型控制。這種控制過程用繼電器符號程序很難實現(xiàn)程序設計。 圖 機械手 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)技術學院畢業(yè)論文 25 圖 機械手自動工作功能表圖 根據(jù)上圖所示的功能表圖，可設計出自動操作時的梯形圖，如下圖所示。 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 26 圖 機械手自動工作梯形圖 繪制機械手 PLC 將控制梯形圖 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 27 將從初始化開始的一系列梯形圖，按照總體構成圖的形式作何在一起，得到機械手PLC 控制的梯形圖，如下圖所示。 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 28 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 29 圖 機械手 PLC 控制梯形圖 該機械手在自動工作狀態(tài)時，應先將其工作方式選擇開關 放在“返回原位”，并按下返回原位按廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 30 鈕，對狀態(tài)器進行置位，然后再將工作方式選擇開關放至自動工作方式下。若自動工作狀態(tài)解除，則應將工作方式選擇開關放至“單步操作”位置。 功能表圖設計 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)就從原來的步進入新的步。如下圖所示，某液壓動力滑臺的整個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 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?shù)玫狡饎有盘柡箝_始快進，快進到加工位置轉為工進，到達終點加工結束又轉為快退，快退到原位停止，又回到初始狀態(tài)。因此，液壓滑臺的整個工作過程可以劃分為停止（原位）、快進、工進、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：若從快進轉為工進與 PLC 輸出無關，那么快進、工進只能算一步。 總之，步的 劃分應以 PLC 輸出量狀態(tài)的變化來劃分，因為我們是為了設計 PLC 控制的程序，所以 PLC 輸出狀態(tài)沒有變化時，就不存在程序的變化。 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 31 轉換條件的確定 確定各相鄰步之間的轉換條件是順序控制設計法的重要步驟之一。轉換條件是使系統(tǒng)從當前步進入下一步的條件。常見的轉換條件有按鈕、行程開關、定時器和計數(shù)器觸點的動作（通 /斷）等。 如上圖“步的劃分方法二”所示，滑臺由停止（原位）轉為快進，其轉換條件是按下起動按鈕 SB1（即 SB1 的動合觸點接通）；由快進轉為工進的轉換條件是行程開關 SQ2 動作；由工進轉為快進的轉換條件是終點行 程開關 SQ3 動作；由快退轉為停止（原位）的轉換條件是原位行程開關 SQ1 動作。轉換條件也可以是若干個信號的邏輯（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，是順序控制設計中最為關鍵的一個步驟。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計出梯形圖程序。有關編程方式建在下一 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，是一種通用的技術語言，因此，功能表圖也可用于不同專業(yè)的人員進行技術交流。 功能表圖是設計順序控制程序的有力工具。在順序控制設計法中，功能表圖的繪制是最關鍵的一個環(huán)節(jié)。它直接決定用戶設計的 PLC 程序的質量。 各個 PLC 廠家都開發(fā)了相應的功能表圖，各國也動制定了功能表圖的國家標準。我國于1986 年也頒布了功能圖的國家標準（ —— 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、轉換、轉換條件、有向連線和動作等要素組成。 廣西電力職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 32 C 步與動作 前面已介紹過，用順序控制設計法設計 PLC 程序時，應根據(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。編程時一般用