【文章內(nèi)容簡介】 運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I/O點狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統(tǒng)進行監(jiān)控。 FX2N 系列 PLC 介紹 FX2N 型 PLC的主要種類 FX2N型 PLC按品種可以分為基本單元、擴展單元、擴展模塊和特殊擴展設(shè)備。 基本單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出、內(nèi)部 CPU 和內(nèi)部存儲器組成，只有基本單元可以單獨使用，當(dāng)輸入輸出點數(shù)不足時可以進行擴展。 擴展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出組成、需要和基本單元一起使用。 擴展模塊由內(nèi)部輸入輸出組成，自身不帶電源，由基本單元、擴展單元供電，需要和基本單元一起使用。特殊擴展設(shè)備可以分為 3 類：特殊功能板、特殊模塊和特殊單元，是一些特殊用途的裝置。特殊功能板用于通信、連接和模擬量設(shè)定等，特殊模塊主要有模擬量輸入 輸出、高速計數(shù)、脈沖輸出、接口等模塊，特殊單元用于定位脈沖輸出。 FX2N 型 PLC的初步認(rèn)識 如圖所示為 FX2N型 PLC基本單元外形，其主要是通過輸入端子和輸出端子與外部控制電器聯(lián)系的。輸入端子連接外部的輸入元件，如按鈕、控制開關(guān)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、熱繼電器接點、壓力繼電器接點、數(shù)字開關(guān)等。輸出端子連接外部的輸出元件，如接觸器、繼電器線圈、信號燈、報警器、電磁鐵、電磁閥、電動機等。 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 11 圖 22（三菱 FX2N 系列 PLC 實物圖） 工作過程 （ 1）輸入采樣階段 PLC在輸入采樣階段，首 先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入相對應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時，輸入映像寄存器被刷新。接著，進入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸入刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入端信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。 （ 2）程序處理階段 根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描原則， PLC 按從左至右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。當(dāng)指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時， PLC就從輸入映像寄存器中“讀入 ” 對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入 ” 對應(yīng)元件（軟繼電器 ）的當(dāng)前狀態(tài)。然后進行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每個元件（軟繼電器）的狀態(tài)會隨著程序執(zhí)行過程而變化。 （ 3）輸出刷新結(jié)果階段 在所有指令執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通 /斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。 機械手 機械手概述 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機械手是工業(yè)機器人的一個重要分支。他的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期 的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在我國民經(jīng)濟領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。 機器手技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動化控制技術(shù)、傳感技術(shù)和計算機技術(shù)的科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合性技術(shù)。 機械手的工作原理 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 12 機械手是一種能自動化定位控制并可重新匯編程序以變動的多功能機器。它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中的工作。工業(yè)機械手是近似自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個 重要組成部分。 機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般 專用機械手有 2～3個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或 dsp 等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。 機械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機具進行焊接和裝配。因此，它能大大地改善工人的勞動條件，顯著地提高勞動生產(chǎn)率，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐 。因而，受到各先進工業(yè)國家的重視，并投入了大量的物力和財力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。 機械手的發(fā)展趨勢 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)越來越高，人工工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡單化，對于一些往返的工作有機械手遠(yuǎn)程控制或自動完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的東西對人體的傷害，如：冶金，化工，醫(yī)藥，航天等。代表當(dāng)代最先進的技術(shù)在日本，他的自動化 。人性化讓人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學(xué)，它是融合現(xiàn)在尖端技術(shù)的現(xiàn)代機器。我國也在陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，對于自動控制，柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛，但我國的自動化技術(shù)有待提高發(fā)展趨勢是工作強多高靈活性強，準(zhǔn)確可靠，可以自動檢測并下達(dá)動作命令，融入先進的人工智能使人只做平時的簡單維護，這也是現(xiàn)代工廠的發(fā)展趨勢。 此外，還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機械手，并考慮與計算機聯(lián)用，逐步成為機械制造系統(tǒng)中的一個基本單江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 13 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)方案分析設(shè)計 控 制要求 利用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計一機械手組態(tài)控制系統(tǒng)，機械手可以上下、左右移動；利用上下、左右限位開關(guān)控制機械手啟停；機械手從原點開始，按以下動作進行：原點 — 啟動 — 下行（到下限位停） — 抓工件 — 上行（到上限位停） — 右行（到右限位停） — 下行（到下限位停） — 放工具 — 上行（到上限位停） — 左行（到左限位停）。在機械手運行過程中，任何時候都可以利用急停按鈕，停止機械手動作。 （一）利用 PLC編寫程序控制組態(tài)畫面中變量的變化 （二）利用 PLC的輸入信號控制組態(tài)畫面，也可利用組態(tài)中各軟按鈕控制 PLC 程序的運行和組態(tài)運行 方案設(shè)計 利用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計一機械手組態(tài)控制系統(tǒng) ,利用機械手上下左右移動碰到的限位開關(guān)作為系統(tǒng)的輸入信號。系統(tǒng)設(shè)置一個啟動按鈕和一個急停按鈕來控制系統(tǒng)的啟動和停止。系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計成一個機械手畫面，通過動畫連接和腳本程序。與 PLC 的聯(lián)合調(diào)試 使系統(tǒng)達(dá)到可以在 MCGS 系統(tǒng)中監(jiān)控機械手的運動。同時可以利用 PLC 程序控制組態(tài)畫面的要求。 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 14 圖 31 圖 32 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 15 硬件設(shè)計 輸入 /輸出端子地址分配 代號 名稱 輸入編號 代號 名稱 輸出 SB1 啟動按鈕 X0 KM1 機械手上行 Y002 SB2 停止按鈕 X1 KM2 機械手下行 Y003 SQ1 下限行程 X2 KM3 機械手左行 Y004 SQ2 上限行程 X3 KM4 機械手右行 Y005 SQ3 左限行程 X4 KM5 抓工件 Y006 SQ4 右限行程 X5 KM6 放工件 Y007 PLC 接線圖 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 16 系統(tǒng)程序設(shè)計 GX Developer是三菱 PLC的編程軟件。適用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、 AnA、 FX等全系列 可編程控制器 。支持梯形圖、指令表、 SFC、 ST 及 FB、 Label 語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫 PLC程序功能。 常用編程方法介紹 1 經(jīng)驗設(shè)計法 在一些典型的控制環(huán)節(jié)和電路的基礎(chǔ)上 ,根據(jù)被控制對象對控制系統(tǒng)的具體要求 ,憑經(jīng)驗進行選擇、組合。有時為了得到一個滿意的設(shè)計結(jié)果 ,需要進行多次反復(fù)地調(diào)試和修改 ,增加一些輔助觸點和中間編程元件。這種設(shè)計方法沒有一個普遍的 規(guī)律 可遵循 ,即具有一定的試探性和隨意性 ,最后得到的結(jié)果也不是唯一的 ,設(shè)計所用的時間、設(shè)計的質(zhì)量與設(shè)計者經(jīng)驗驗多少有關(guān)。 2 接觸器 繼電器法 接觸器 繼電器法就是依據(jù)所控制電器的接觸器 繼電器控制線路原理圖，用 PLC對應(yīng)的符號和功能相當(dāng)?shù)钠骷?，把原來的接觸器 繼電器系統(tǒng)的控制線路直接翻譯成梯形圖程序的設(shè)計方法。接觸器 繼電器法特別適合于初學(xué)者編程設(shè)計使用，也特別適合對原有舊設(shè)備的技術(shù)革新和技術(shù)改造。 3 順序控制法 順序控制法就是在生產(chǎn)控制過程中，按照生產(chǎn)工藝所要求的動作規(guī)律，在各個輸入控制信號的作用下，根據(jù)所需要的狀態(tài)和時間順序，在生產(chǎn)過程中的各個輸出執(zhí)行機構(gòu)自動地按照預(yù)先規(guī)定的順序有步驟地進行操作。 順序功能圖法是首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè) 計順序功能圖 ,然后再依據(jù)順序功能圖設(shè)計順序控制程序。在順序功能圖中 ,在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始 ,步之間沒有重疊。這是系統(tǒng)中大量復(fù)雜的連鎖關(guān)系在步的轉(zhuǎn)換中得以解決。 4 邏輯設(shè)計法 工業(yè)電氣控制線路中 ,有不少都是通過繼電器等電氣元件來實現(xiàn) ,而繼電器 ,交流接觸器的觸點都只有兩種狀態(tài)即吸合和斷開 ,因此 ,用“ 0”和“ 1”兩種取值的邏輯代數(shù)設(shè)計電氣控制線路時完全可以的 ,PLC 的早期應(yīng)用就是替代繼電器控制系統(tǒng) ,因此用邏輯設(shè)計方法同樣也適用于 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計。當(dāng)一個邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運 算式表達(dá)出來后 ,實現(xiàn)這個邏輯函數(shù)的線路就確定了。當(dāng)這種方法使用熟練后 ,甚至梯形程序也可以省略 ,可以直接寫出于邏輯函數(shù)和表達(dá)式對用的指令語句程序。 用邏輯設(shè)計法設(shè)計 PLC 應(yīng)用程序的一般步驟如下 : 第一步：列出執(zhí)行元件動作節(jié)拍表 第二步：繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 。 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 17 第三步：進行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計 。 第四步：編寫程序 。 第五步：對程序檢測、修改和完善。 流程圖 該系統(tǒng)采用順序控制法， 在順序功能圖中 ,在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換時使前級步的活動結(jié)束而使后續(xù)步的活動開始 ,步之間沒有重疊。這是系統(tǒng)中大量復(fù)雜的連鎖 關(guān)系在步的轉(zhuǎn)換中得以解決。 梯形圖 用 三菱 PLC的編程 軟件 GX Developer編的梯形圖 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 18 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 19 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 20 江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 21 MCGS 組態(tài)軟件 MCGS（ Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是