【正文】 汽車（ 23%）、糧食加工（ %）、化學(xué) /制藥（ %）、 金屬 /礦山（ %）、紙漿 /造紙（ %）等行業(yè)。為了使各位初學(xué)者更方便地了解 PLC，本文對(duì) PLC 的發(fā)展、基本結(jié)構(gòu)、配置、應(yīng)用等基本知識(shí)作一簡(jiǎn)介，以期對(duì)各位網(wǎng)友有所幫助。 一、 PLC 的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 1968 年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置 ，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。 二、 PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 配置。 三、 CPU 的構(gòu)成 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 四、 I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 I/O 分為開關(guān)量輸入（ DI），開關(guān)量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或 1 和 0）兩種狀態(tài)的信號(hào)，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的 I/O 分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離 。 模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 IO 外，還有特殊 IO 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 五、電源模塊 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源 輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VAC）。 六、底板或機(jī)架 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 七、 PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。小編程器PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī) （運(yùn)行編程軟件）充當(dāng) 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 編程器。 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 三菱 PLC 一、 輸入繼電器 （ X） PLC 的輸入端子是從外部開關(guān)接受信號(hào)的窗口， PLC 內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器 X 是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號(hào)與接線端子編號(hào)一致（按八進(jìn)制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于 PLC 外部觸點(diǎn)的狀態(tài)。內(nèi)部有常開 /常閉兩種觸點(diǎn)供編程時(shí)隨時(shí)使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時(shí)間常數(shù)一般小于 10ms。各基本單 元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為 X000 ～ X007， X010 ～ X017，X020 ～ X027 。它們一般位于機(jī)器的上端。 二、 輸出繼電器（ Y） PLC 的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號(hào)的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點(diǎn)接到 PLC 的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開 /常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開 /常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限。輸出電路的時(shí)間常數(shù)是固定的 。各基本單元都是八進(jìn)制輸出，輸出為 Y000 ～ Y007， Y010～Y017， Y020～ Y027 。它們一般位于機(jī)器的下 端。 三、 輔助繼電器（ M） PLC 內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由 PLC內(nèi)各軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開 /常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)必須通過輸出繼電器來實(shí)現(xiàn)。如下圖中的 M300，它只起到一個(gè)自鎖的功能。在 FX2N 中普遍途采用 M0～ M499，共 500 點(diǎn)輔助繼電器，其地址號(hào)按十進(jìn)制編號(hào)。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 X000 X001 M300 M300 四、 定時(shí)器（ T） 在 PLC 內(nèi)的定時(shí)器是根據(jù)時(shí)鐘脈沖的累積形式，當(dāng)所計(jì)時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，其輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，時(shí)鐘脈沖有 1ms、 10ms、 100ms。定時(shí)器可以用用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)的常數(shù) K 作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（ D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護(hù)功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時(shí)，定時(shí)器或計(jì)數(shù)器往往會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。 定時(shí)器通道范圍如下： 100 ms 定時(shí)器 T0～ T199， 共 200 點(diǎn)，設(shè)定值： ～ 秒； 10 ms 定時(shí)器 T200～ TT245，共 46 點(diǎn)，設(shè)定值： ～ 秒； 1 ms 積算定時(shí)器 T245～ T249，共 4 點(diǎn)，設(shè)定值： ～ 秒； 100 ms 積算定時(shí)器 T250～ T255，共 6 點(diǎn)，設(shè)定值： ～ 秒； 定時(shí)器指令符號(hào)及應(yīng)用如下圖所示： X000 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 K123 設(shè)定值（累積） T200 Y000 當(dāng)定時(shí)器線圈 T200 的驅(qū)動(dòng)輸入 X000 接通時(shí)， T200 的當(dāng)前值計(jì)數(shù)器對(duì) 10 ms 的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)前值與設(shè)定值 K123 相等時(shí)，定時(shí)器的輸 出接點(diǎn)動(dòng)作，即輸出觸點(diǎn)是在驅(qū)動(dòng)線圈后的 秒（ 10 * 123ms = ）時(shí)才動(dòng)作，當(dāng) T200 觸點(diǎn)吸合后， Y000 就有輸出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輸入 X000 斷開或發(fā)生停電時(shí)，定時(shí)器就復(fù)位，輸出觸點(diǎn)也復(fù)位。 每個(gè)定時(shí)器只有一個(gè)輸入，它與常規(guī)定時(shí)器一樣，線圈通電時(shí)，開始計(jì)時(shí)；斷電時(shí)，自動(dòng)復(fù)位，不保存中間數(shù)值。定時(shí)器有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，一個(gè)為設(shè)定值寄存器，另一個(gè)是現(xiàn)時(shí)值寄存器，編程時(shí)，由用戶設(shè)定累積值。 如果是積算定時(shí)器，它的符號(hào)接線如下圖所示： 定時(shí)器線圈 T250 的驅(qū)動(dòng)輸入 X001 接通時(shí)， T250 的當(dāng)前值計(jì) 數(shù)器對(duì)100 ms 的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值 K345 相等時(shí)，定時(shí)器的輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。在計(jì)數(shù)過程中，即使輸入 X001 在接通或復(fù)電時(shí)，計(jì)數(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其累積時(shí)間為 （ 100 ms*345=）時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)復(fù)位輸入 X002 接通 ，定時(shí)器就復(fù)位，輸出觸點(diǎn)也復(fù)位。 三、電源模塊： 有些 PLC 中的電源，是與 CPU 模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流 220VAC 或 110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 的為 24V。 四、底板或機(jī)架： 大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 五、 PLC 的外部設(shè)備 外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 1. 編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn) 行。 2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 3. 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫入器等。 4. 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)感想 兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼間就到了掃尾階段，在這兩個(gè)月的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程中，我取得了長足的進(jìn)步。 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 47 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是機(jī)械手的設(shè)計(jì)，這是一個(gè)我以前所沒有接觸的。 特別是 手臂 回轉(zhuǎn)用液壓緩沖器， 我對(duì)它來說完全是一個(gè)陌生者，經(jīng)過指導(dǎo)老師的幫助和對(duì)參考資料的拜讀，我已經(jīng)對(duì)機(jī)械手有了一定的了解 [2]。 機(jī)械自動(dòng)化作為工業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，它有著廣闊的市場(chǎng)，屬于實(shí)際需要去研制的一種項(xiàng)目。機(jī)械手能模仿人體上肢的某些動(dòng)作，就需要有一定的靈敏度，對(duì)設(shè)計(jì)的要求較高。通過這次設(shè)計(jì)，提高了我分析和解決問題的能力，擴(kuò)寬和深化了學(xué)過的知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法，培養(yǎng)了我們正確使用機(jī)身材料、國家標(biāo)準(zhǔn)、圖冊(cè)等工具書的能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)未來工作的一種模擬。 通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)未來所從事的工作充滿了信 心 參考文獻(xiàn) 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 3》 機(jī)械工業(yè)出版社 ,徐灝主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 4》 機(jī)械工業(yè)出版社 ,徐灝主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 5》 機(jī)械工業(yè)出版社 ,徐灝主編 《工業(yè)機(jī)器人》 北京理工大學(xué)出版社 ,張建民著 《工業(yè)機(jī)械手 機(jī)械結(jié)構(gòu)上》 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 《工業(yè)機(jī)械手》編寫組 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3》 ,部件、機(jī)構(gòu)及總體設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組 《液壓傳動(dòng)》 機(jī)械工業(yè)出版社 ,丁樹模主編 東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 48 《機(jī)械制圖》 大連理工大學(xué)工程 畫教教研室 高等教育出版社 《畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》 青島海洋出版社 李恒權(quán)、朱明臣、王德云主編 《機(jī)械基礎(chǔ)》 中國勞動(dòng)出版社，王棟梁主編 1《 solidworks 設(shè)計(jì)與應(yīng)用》 電子工業(yè)出版社 隆生主編 1 王田苗 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