【文章內(nèi)容簡介】 類： 按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式和模塊式。整體式是將各個組成部分集成在一起，組合成一個盒子。模塊式是將各個組成部分作為獨立的模塊，然后再將各個模塊進行組合而形青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 成。 按 照 PLC 控制規(guī)?？煞譃樾⌒?、中型和大型 三種 PLC。小型 PLC I/O 點數(shù)在 256 點一下；中型 PLC I/O 點數(shù)在 256~2048 之間；大型 PLC I/O 點數(shù)在 2048 以上 [7]。 PLC 的組成 PLC 的種類繁多，但是其組成都是相同的，其基本單元都是以 CPU 作為核心的計算機。 PLC 的 硬件基本結(jié)構(gòu)如圖 23 所示： 圖 23 PLC 的硬件基本結(jié)構(gòu) 根據(jù) 上面的 硬件結(jié)構(gòu)圖來看， PLC 是 由中央處理器（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出（ I/O）接口、電源、通訊接口、擴展接口及總線部分組成。 （ 1） 中央處理器（ CPU） 中央處理單元（ CPU）是 PLC 的控制中樞，它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤 [8]。 PLC 基本單元 電源 CPU 輸出單元 輸出單元 通信接口 存儲器 擴展接口 擴展單元 輸入設(shè)備 輸出設(shè)備 編輯器 寫入器 打印機 人機界面 上位機計算機 PLC 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 （ 2） 存儲器 PLC 的存儲器根據(jù)軟件不同可分為兩種：系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。 PLC 的常用存儲器分類： ① RAM：讀 /寫存儲器，又稱為隨機存儲器 ② EPROM：只讀存儲器 ③ EEPROM：只讀存儲器，用編程器可以對儲存的內(nèi)容進行修改 （ 3） I/O 接口 PLC 中輸入接口可分為三類：直流輸入、交流輸入和交直流輸入。在本次設(shè)計中用到的是 24V 直流輸入 ，如下圖 24 所示 。 圖 24 24V直流輸入 輸出接口電路的作用是將 CPU 的程序運行結(jié)果經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率放大，轉(zhuǎn)換成能帶一定負載的 具體的輸出狀態(tài)，輸出接口用來連接被控對象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等 [9]。 （ 4） 通信接口 PLC 通過各種通信接口實現(xiàn) “人 —機 ”或 “機 —機 ”之間的連接通信。 （ 5） 擴展接口 用于實現(xiàn)功能的擴展。例如，用于主機和運動控制單元、通訊單元、 D/A 單元等部分的連接。 （ 6） 電源 一般用市電供電，也可以用 24V 直流電。 （ 7） 編程器 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 編程器一般可分為兩類：手持編程器和圖形編程器。 （ 8） 總線 總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，用于連接主機內(nèi)的各個功能模塊 ，實現(xiàn)它們間的通訊 [10]。 可編程控制器的工作方式 可編程控制器的工作方式是不斷循環(huán)掃描。如下圖 25 所示 ： 圖 25 PLC 工作方式 N Y 運行 停止 Y N 上電初始化 自診斷 有故障否 設(shè)置故障標志，并顯示 與外設(shè)通信 通信 輸入采樣 執(zhí)行用戶 程序 輸出刷新 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 根據(jù)上圖可看出， PLC 的工作過程可 明確 的分 為五個階段 ，分別是： 內(nèi)部處理 階段 、通信處理 階段 、輸入采樣 階段 、程序執(zhí)行 階段 和輸出刷新 階段 。 QD75 定位模塊 Q 系列 PLC 基本概況 Q 系列 PLC 能夠把順序、運動、過程、信息四種自動化控制集成在同一個系統(tǒng)中。如果遇到問題，冗余 CPU 系統(tǒng)可以確保 系統(tǒng)的操作。其關(guān)系如下圖 26： 圖 26 Q 系列 PLC 內(nèi)部關(guān)系 （ 1） 冗余 CPU 系統(tǒng)功能： ① 即使在控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障，備用系統(tǒng)也可以取代控制系統(tǒng)使系統(tǒng)繼續(xù)運行。 ② Q 系列產(chǎn)品均不需進行任何修改即可使用（有些模塊除外）。 ③ 遠程 I/O 降低了分散控制的風險。 冗余系統(tǒng) 順序控制 （順序 CPU） 過程控制 （過程 CPU） 信息 控制 （ 計算機 CPU） 運動 控制 （ 運動 CPU） 控制 系統(tǒng) 備用 系統(tǒng) 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 （ 2） Q 系列 PLC 優(yōu)勢： ① 控制簡單，適合用于軸數(shù)多的系統(tǒng) 。 . ② 小體積、高性能、靈活性 。 ③ 有范圍廣泛的特定應用智能模塊 。 QD75 概述 （ 1） QD75 型號說明：下面舉例來說明 ，如 QD75P2， P 是 QD75 定位模塊當中的一種系統(tǒng) —— 開集極式系統(tǒng)，另外還有 D—— 差動式系統(tǒng)， M—— SSCNET 網(wǎng)路系統(tǒng)和MH—— SSCNETⅢ光線系統(tǒng)。這四種系統(tǒng)就是在 QD75 定位模塊中具有的系統(tǒng)，在簡單的設(shè)計當中一般會用開集極式系統(tǒng)或者是差動式系統(tǒng)，兩者相對來說差動式系統(tǒng)更加準確。在 QD75P2 中的數(shù)字“ 2”控制軸的個數(shù)，“ 1”表示單軸控制，“ 2”表示兩軸控制，“ 4”表示四軸控制。 （ 2） QD75 具有 的特性： ① 具有三種模塊，分別是 單軸 兩 軸和 四 軸模塊 ，有 多種 用途 。 ② 具有多 種定位控制功能 。 ③ 能夠?qū)崿F(xiàn) 快速起動 。 ④ 相對于其它模塊來說，它的 脈沖輸出 速度 更 加 快 速 并 且 允許與驅(qū)動模塊 之間的 距離更遠 。 ⑤ 本身 容易維護 。 ⑥ 支持智能功能模塊專用指令 。 ⑦通過 GX ConfiguratorQP 進行數(shù)據(jù)設(shè)置以及監(jiān)控。 （ 3） QD75 的功能分為主要、輔助和控制 三類。其中主要功能又有四種，分別是OPR 控制，這是為了實現(xiàn)定位控制快速向起動點定位，能夠?qū)Χㄎ粩?shù)據(jù)進行編號；主要的定位控制，根據(jù)定位數(shù)據(jù)執(zhí)行控制，像位置控制和速度控制；高級定位控制，是指將多個定位數(shù)據(jù)結(jié)合成一個“塊”，對指定的數(shù)據(jù)可以重復執(zhí)行等；手動控制，顧名思義就是給予 QD75 外部信號，像是 對 QD75 輸入脈沖等進行控制，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制。 （ 4） 定位控制的機理 如下圖 27 所示： 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 27 定位控制機理圖 在 QD75 定位模塊控制的系統(tǒng)中，首先要有 GX Developer 按順控程序創(chuàng)建控制的條件和過程，并且輸送給 CPU，用 GX ConfiguratorQP 進行參數(shù)的設(shè)置和定位數(shù)據(jù)的設(shè)置，監(jiān)視定位的運行 ；然后再有 PLC 和 CPU 進行輸出各種信號，并且要檢測定位模塊所反饋回來的信號是否出錯等；由外部發(fā)送一些啟動 、停止、限位等信號給 QD75 定位模塊，或者是用脈沖發(fā)生器發(fā)送脈沖給 QD75 定位模塊；之后 QD75 定位模塊要對來自 PLC 和CPU、外部信號或者脈沖進行處理，讓后將這些信號整理后輸送給伺服驅(qū)動器；在伺服驅(qū)動器接受這些信號后，一方面給予電機指令并做出動作，另一方面發(fā)送 REDAY 信號和零信號發(fā)送給 QD75；電機會在接收到伺服驅(qū)動器的信號時做出動作，對工件作出處理，完成一定的任務。 Q00JCPU 模塊 隨著科技的發(fā)展，三菱電機在我國占據(jù)著 PLC 系列產(chǎn)品的主要地位，為了更好的滿GX Developer PLC CPU QD75 定位模塊 外部信號 手動脈沖發(fā)生器 伺服驅(qū)動器 電機 工件 GX ConfiguratorQP 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 足我國的用戶，三菱對 Q 系列 PLC 進 行了改造，不斷提高 PLC 的性能，同時降低成本，推出了 Q00JCPU。 Q00JCPU 具有 32 入及 32 出的 5/8 槽型 CPU 單元： Q00JCPUSET（ 5 槽）和Q00JCPUS8SET（ 8 槽） 。在本次設(shè)計中由于用到的輸入輸出口有限 ，因此只需要 5 槽的 CPU 單元就能滿足設(shè)計的要求。 Q00JCPU 具有的 產(chǎn)品特點： 價格相對于其它的 CPU 來說更加低廉 ， 而且它的兼容性更加的優(yōu)良 。 （ 1） 輸入模塊 QX40S1 如下 圖 28 所示： 圖 28 QX40S1 輸入 QX40S1 為 DC 輸入模塊 是一種 正極公共端型 。 規(guī) 格： 額定輸入電壓： 24VDC 額定輸入電流：約 6mA 輸入點數(shù)： 16 點 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 隔離方法：光電耦合器 ON 電壓 /ON 電流： 19V 或更高 或更高 OFF 電壓 /OFF 電流： 11V 或更低 或更低 公共端子排列： 16 點 /公共端 外部連接： 18 點端子排 （ 2） 輸出模塊 QY40P 如下 圖 29 所示： 圖 29 QY40P 輸出 QY40P 是一種 晶體管輸出模塊（漏型） 。 規(guī)格： 額定負載電壓： 1224VDC 最大負載電流： ， 最大起動電流： ， 10ms 或更短 輸入點數(shù)： 16 點 隔離方法：光電耦合器 公共端子排列： 16 點 /公共端 外部連接： 18 點端子排 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 伺服控制系統(tǒng) 驅(qū)動器概要 伺服驅(qū)動器又可以稱為伺服放大器或者是伺服控制器，是為了用來控制伺服電機的，主要是用在比較高精度的定位系統(tǒng)中 [11]。一般伺服驅(qū)動器的控制模式有三種：位置控制模式、速度控制模式、轉(zhuǎn)矩控制模式。 伺服控制系統(tǒng)的優(yōu)勢： ① 調(diào)速范圍寬 。 ② 定位精度高 。 ③ 有高的傳動剛性和速度穩(wěn)定性 。 ④ 快速響應，無超調(diào) 。 ⑤ 低速大轉(zhuǎn)矩，過載能力強 。 ⑥ 可靠性高 。 伺服驅(qū)動器憑借著這些優(yōu)勢廣泛的 應用于各種領(lǐng)域。如機械紡織領(lǐng)域、各種機床領(lǐng)域、裝卸包裝領(lǐng)域等。 MRJ2SSUPER 系列伺服系統(tǒng) MRJ2SSUPER 系列伺服系統(tǒng)除了具有一般控制模式的 3 種模式以外，還有位置 /速度、速度 /轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)矩 /位置這三種控制方式可以切換。另外，還有 RS232C、 RS422串行通訊功能。 MRJ2S_SUPER 系列伺服系統(tǒng)的型號配置如下 。如 MRJ2S10A1□ ，在這個型號中 MRJ2S 是說明這屬于三菱系列通用交流伺服放大器 MRJ2S 系列；“ 10”是一種記號，它代表了該型號產(chǎn)品的額定輸出 功率 ，具體的字符和額定功率的對應如下表 21 所示 ；“ A”這個字符是表示通用接口，另外還有“ B”表示 SSCNET,“ CP”表示內(nèi)置定位功能，“ CL”表示程序運行功能內(nèi)置；在接下來是符號“ 1”，它是用來說明 該型號產(chǎn)品所用的電源，“ 1”是指單相 100VAC，如果這里不存在符 號 ，也就是說該系列產(chǎn)品所用的電源是 3 相 200VAC 或者是單相 230VAC；最后，還有一個“□”，這是表示該產(chǎn)品是一種特價產(chǎn)品。 青島農(nóng)業(yè)大學機電工程學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 表 21 額定輸出的標識 記號 額定輸出（ W） 10 100 20 200 40 400 60 600 70 700 100 1000 200 20xx 350 3500 在本次設(shè)計當中，所選用的是 MRJ2S40A 伺服驅(qū)動器，它的外觀及各部分功能如下 圖 210 所示。 圖 210 MRJ2S40A外觀及各部分功能圖 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，能夠精確的實現(xiàn)