【正文】 第三章 可編程控制器的編程語(yǔ)言 可編程控制器的幾種編程語(yǔ)言 可 編 程 控 制 器 的 編 程 語(yǔ) 言 按 IEC611313 國(guó) 際 標(biāo) 準(zhǔn) 來(lái) 分主要包括圖形化編程語(yǔ)言和文本化編程語(yǔ)言。文 本 化 編 程 語(yǔ) 言包括 :指令表 (ILInstruction List)和 結(jié) 構(gòu) 化 文 本 (STStructured Text)。 下 面 分 別 來(lái) 介 紹 這 幾 種 編 程 度 語(yǔ) 言 。 而 且 其 圖 形 結(jié) 構(gòu) 類 似 于 登 高 用 的 梯 子 ，故 名 梯 形 圖 。 每 一 個(gè) 觸 點(diǎn) 代 表 了 一 個(gè) 布 爾 變 量 的 狀 態(tài) ， 每 一 個(gè)線 圈 代 表 了 一 個(gè) 實(shí) 際 設(shè) 備 的 狀 態(tài) ， 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 的 梯 形 圖 程 序 如 圖1 所示 : 圖 梯 形 圖 程 序 示 例 梯 形 圖 的 每 個(gè) 梯 級(jí) 表 示 一 個(gè) 因 果 關(guān) 系 ,事 件 發(fā) 生 的 條 件表 示 在 梯 形 的 左 面 ,事 件 發(fā) 生 的 結(jié) 果 表 示 在 梯 級(jí) 的 右 面 。 (2) 與 原 有 繼 電 器 邏 輯 控 制 技 術(shù) 相 一 致 ， 易 于 掌 握 和 學(xué) 習(xí) 。 (4) 可 讀 性 仍 不 夠 好 。 比如 西 門 子 的 S7 系 列 梯 形 圖 就 沒(méi) 有 右 邊 的 電 力 軌 線 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 8 功能塊圖編程語(yǔ)言 (FBDFunction Block Diagram) 功 能 塊 圖 編 程 語(yǔ) 言 采 用 功 能 模 塊 表 示 所 具 有 的 功 能 ， 不 同 的 功能 模 塊 具 有 不 同 的 功 能 。 功 能 模 塊 的 類 型 名 稱 通 常 寫 在 塊 內(nèi) ， 其 輸 入 輸 出 名 稱 寫 在塊 內(nèi) 的 輸 入 輸 出 點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 的 地 方 。 基 本 功 能 模 塊 如 AND， OR XOR 等等 .特 殊 功 能 模 塊 如 ON 延時(shí) ， 脈 沖 輸 出 ， 計(jì) 數(shù) 器 等 等 。 (2) 功 能 模 塊 用 圖 形 化 的 方 式 描 述 功 能 ， 較 直 觀 易 掌 握 ， 方 便組 態(tài) ， 易 操 作 。 (3) 對(duì) 較 復(fù) 雜 系 統(tǒng) ， 由 于 控 制 功 能 關(guān) 系 能 夠 比 較 清 晰 的 描 述 ，因 此 縮 短 了 編 程 和 調(diào) 試 時(shí) 間 。 第四章 PLC 控制機(jī)械手的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 各電器設(shè)備的控制方式及控制要求 1 機(jī) 械 手 的 技 能 和 特 性 根 據(jù) 古 典 力 學(xué) 觀 點(diǎn) ， 物 體 在 三 維 空 間 的 靜 止 位 置 是 由 三 個(gè) 坐 標(biāo)和 繞 三 軸 旋 轉(zhuǎn) 的 角 度 來(lái) 決 定 的 。 據(jù) 資 料 介 紹 ， 如 果 采 用河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 9 的 機(jī) 械 手 ， 其 機(jī) 能 要 接 近 人 的 上 肢 ， 則 需 要 具 有 27 個(gè)自由度，而 每 一 個(gè) 自 由 度 至 少 要 有 一 根 “ 人 造 肌 肉 ”。 就 目 前的技術(shù)狀 況 而 言 ， 上 述 功 能 還 很 難 辦 到 。 退 一 步 ， 如 果機(jī) 械 手 要 求 具 有 完 全 通 用 的 程 度 ， 那 么 它 的 整 機(jī) 、 本 體 、 手 臂和 手 指 都 得 有 三 個(gè) 直 線 運(yùn) 動(dòng) 和 三 個(gè) 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) ，總 共 就 要 有 24 個(gè)自 由 度 。 因 此 ， 不 應(yīng) 盲 目 模 仿 人 手 的 動(dòng) 作 ， 增 加 過(guò) 渡 的 自 由度 ， 而 應(yīng) 根 據(jù) 實(shí) 際 需 要 的 動(dòng) 作 ， 設(shè) 計(jì) 出 最 少 的 自 由 度 就 能 完 成作 業(yè) 所 要 求 的 動(dòng) 作 。 而 通 用 機(jī) 械 手 一 般 取 四 到 五 個(gè) 自 由度。 即 ： 手 臂 伸 縮 、手 臂 上 下 擺 動(dòng) 、 手 臂 左 右 擺 動(dòng) 、 手 腕 回 轉(zhuǎn) 、 手 指 抓 握 。 (1)、 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 機(jī) 械 手 手 爪 使 用 來(lái) 抓 取 工 件 的 部 件 。設(shè) 計(jì) 制 造 夾 緊 機(jī) 構(gòu) —— 手 爪 時(shí) ，首 先 要 從 機(jī) 械 手 的 坐 標(biāo) 形 式 、運(yùn) 行 速 度 和 加 速 度 的 情 況 來(lái) 考 慮 。 同 時(shí) 考 慮 有 足 夠 的 開(kāi) 口 尺 寸 ， 以 適 應(yīng) 被 抓 物 體 的 尺 寸變 化 ， 為 擴(kuò) 大 機(jī) 械 手 的 應(yīng) 用 范 圍 ， 還 需 備 有 多 種 抓 取 機(jī) 構(gòu) ， 以根 據(jù) 需 要 來(lái) 更 換 手 爪 。為 防 止 突 然 停 電 被 抓 物 體 落 下 ， 還 可 以 有 自 鎖 結(jié) 構(gòu) 。 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 形 式 多 樣 ， 有 機(jī) 械 式 、 吸 盤 式 和 電 磁 式 等 。本河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 10 設(shè) 計(jì) 采 用 機(jī) 械 式 的 夾 緊 機(jī) 構(gòu) 。如 按 手 指 運(yùn) 動(dòng) 的 方 式 和 模 仿 人 手 的 動(dòng) 作 ， 可 分 為 回 轉(zhuǎn) 型 、 直 進(jìn)型 ； 按 夾 持 方 式 可 分 為 內(nèi) 撐 式 、 外 撐 式 和 自 鎖 式 ； 按 手 指 數(shù) 目可 分 為 二 指 式 、 三 指 式 、 四 指 式 ； 按 動(dòng) 力 來(lái) 源 可 分 為 彈 簧 式 、氣 動(dòng) 式 、 液 壓 式 等 。 由 可 編 程 控制 器 控 制 電 磁 閥 動(dòng) 作 ， 從 而 控 制 手 爪 的 張 閉 。 (2) 軀干 軀 干 由 底 盤 和 手 臂 兩 大 部 分 組 成 。 底盤 采 用 一 個(gè) 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) ， 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 時(shí) 帶 動(dòng) 一 個(gè) 旋 轉(zhuǎn) 碼 盤 旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手 每旋轉(zhuǎn) 3 度 發(fā) 出 一 個(gè) 脈 沖 ， 由 傳 感 器 檢 測(cè) 并 送 入 可編 程 控 制 器 ， 從 而 計(jì) 算 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 的 角 度 。 手 臂 是 機(jī) 械 手 的 主 要 部 分 ， 它 是 支 撐 手 爪 、 工 件 并 使 它 們運(yùn) 動(dòng) 的 機(jī) 構(gòu) 。 手 臂 采 用 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 帶 動(dòng) 絲 杠 、 螺 母 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 伸 縮和 升 降 運(yùn) 動(dòng) 。 改 變 發(fā) 出 脈 沖 的 個(gè) 數(shù) ， 可 控 制 手 臂 的 兩 個(gè) 軸 運(yùn) 動(dòng) 的 距 離 。 采 用 絲 杠 、 螺 母 結(jié) 構(gòu)傳 動(dòng) 的 特 點(diǎn) 是 易 于 自 鎖 ， 位 置 精 度 較 高 ， 傳 動(dòng) 效 率 較 高 。 進(jìn)行 PLC 選 型 時(shí) ， 基 本 原 則 是 滿 足 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 需 要 ，同 時(shí) 要 兼 顧 維 修 、 備 件 的 通 用 性 。 當(dāng) 控 制 速 度 要 求 較 高 、輸 出 有 高 速 脈 沖 信 號(hào) 等 情 況 時(shí) ，要 考 慮 輸 入 /輸 出 點(diǎn) 的 形 式 ，最好 采 用 晶 體 管 形 式 輸 出 。 2 輸入 /輸 出 的 點(diǎn) 數(shù) ： I/O 點(diǎn) 數(shù) 可 以 衡 量 PLC 規(guī) 模 的 大 小 。多數(shù)小型 PLC 為 整 體 式 ， 具 有 體 積 小 、 價(jià) 格 便 宜 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 適 于 工藝 過(guò) 程 比 較 穩(wěn) 定 ，控 制 要 求 比 較 簡(jiǎn) 單 的 系 統(tǒng) 。 此 外 ， 還 應(yīng) 考 慮 用 戶 儲(chǔ) 存 器 的 容 量 、 PLC 的處理速度是否能滿足 實(shí) 時(shí) 控 制 的 要 求 、 編 程 器 與 外 圍 設(shè) 備 的 選 擇 等 。 松 下 FPO系列小型 PLC 具有性價(jià)比高、功能完善、指令豐富等優(yōu)點(diǎn)，能滿 足 本 對(duì) 象 各 項(xiàng) 控 制 性 能 要 求 ， 因 此 ， 本 系 統(tǒng) 采 用 松 下 FPO 系列的 FPO—— C16T 作 為 基 本 模 塊 ， 能 輸 出 兩 路 脈 沖 信 號(hào) 進(jìn) 行 步進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 控 制 。 3 電 源 模 塊 的 選 擇 ： 采用 Dm150 系 列 開(kāi) 關(guān) 電 源 。 主要參數(shù)： 輸 入 交 流 電 壓 ： 110~220V/50Hz、 60Hz 輸 出 直 流 電 壓 ： 24V/ 最大功率： 156W 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 12 工作環(huán)境： 10~40 度 4 . 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇 ： 采 用 二 相 八 拍 混 合 式 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) ， 主 要 特 點(diǎn) ： 體 積 小 ， 具 有 較高 的 起 動(dòng) 和 運(yùn) 行 頻 率 ， 有 定 位 轉(zhuǎn) 矩 等 特 點(diǎn) 。 快 接 線 插 頭 中 的 紅 色 表 示 A 相 ， 藍(lán) 色 表 示 B 相。 （ 1） .步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模 塊 采用中美合資 SH 系 列 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 器 ， 主 要 由 電 源 輸 入 部分 、 信 號(hào) 輸 入 部 分 、 輸 出 部 分 等 。 驅(qū)動(dòng)模塊 電 源 輸 入 部 分 由 電 源 模 塊 提 供 ， 用 兩 根 導(dǎo) 線 連 接 ， 注 意 極 性 。 由 于 FPO 提 供 的 電 平為 24V， 而 輸 入 部 分 的 電 平 為 5V， 中 間 加 了 保 護(hù) 電 路 。 （ 2.）傳感器 采 用 接 近 開(kāi) 關(guān) 作 為 手 爪 旋 轉(zhuǎn) 和 底 盤 旋 轉(zhuǎn) 限 位 檢 測(cè) 用 。 接 近 開(kāi) 關(guān) ： 接 近 開(kāi) 關(guān) 有 三 根 連 接 線 （ 紅 、 藍(lán) 、 黑 ） 紅 色 接 電 源的 正 極 、 黑 色 接 電 源 的 負(fù) 極 、 藍(lán) 色 為 輸 出信號(hào)，當(dāng)與擋塊接近時(shí) 輸 出 電 平 為 低 電 平 ， 否 則 為 高 電 平 。 （ 3） FPO 模塊 由松下 FPO 系列 PLC 晶 體 管 輸 出 的 主 機(jī) ， 具 有 高 速 運(yùn) 算 能 力 、PID 調(diào) 節(jié) 功 能 ， 同 時(shí) 可 以 輸 出 兩 路 脈 沖 控 制 兩 臺(tái) 電 動(dòng) 機(jī) 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 （ 4） 直流電動(dòng)機(jī) 采用 36ZY512 型 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 。 （ 5） 旋 轉(zhuǎn) 碼 盤 機(jī)械手每旋轉(zhuǎn) 3 度發(fā)出一個(gè)脈沖。 把 可 編 程 序 控 制 器 主 機(jī) 上 的RUNPROG 的 開(kāi) 關(guān) 撥 在 RUN 上 ， 如 果 機(jī) 械 手 不 在 初 始 位 置 上 ，步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 開(kāi) 始 運(yùn) 轉(zhuǎn)（ 橫 軸 向 手 爪 那 邊 移 動(dòng) ，豎 軸 向 上 移 動(dòng) ）。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 14 圖 機(jī) 械 手 控 制 流 程 圖 控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì) 1 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) 。硬 件 設(shè)河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 15 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(hào) 、 設(shè) 備 代 號(hào) 、 名稱 及 功 能 等 。 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 。 2 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) 。 輸出接點(diǎn)： YV1—— YV2 總共 5 個(gè)。 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(duì) 指令 總 條 數(shù) 進(jìn) 行 估 算 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 17 (3).輸 入 輸 出 點(diǎn) 分 配 如 下 圖 是 機(jī) 械 手 輸 入 和 輸 出 信 號(hào) 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(dòng) 按 鈕 引 起 機(jī) 械 手 的 誤 動(dòng) 作 ， 增 加 了 復(fù) 位 按 鈕 ， 啟 動(dòng) 時(shí) 需要 先 按 復(fù) 位 按 鈕 在 按 啟 動(dòng) 按 鈕 ， 否 則 機(jī) 械 手 不 會(huì) 動(dòng) 作 。為 了 達(dá) 到 這 一 目 的 ， 選 擇 使 用 移 位 寄 存 器 來(lái) 完 成 順 序 控 制 。 （ 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 。 其 中 ，自 動(dòng) 程 序 要 在 啟 動(dòng) 按 鈕 按 下 時(shí) 才 執(zhí) 行 。 當(dāng) 方 式 選 擇 開(kāi) 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 。 處 于 中 間 工 步 的 狀 態(tài) 器 用 手 動(dòng) 作 復(fù) 位 操 作 ， 即在 方 式 選 擇 開(kāi) 關(guān) 位 于 “ 單 步 操 作 ” 或 “ 返 回 復(fù) 位 ” 時(shí) ， 中 間 狀