【正文】 、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。于是就設(shè)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“ 自然語言 ” 進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。隨著 微電子 技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展， 20世紀(jì) 70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到 PLC中，使 PLC不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。 PLC不僅控 制功能增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使 PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。在這一階段，由于 PLC剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、 1位機型、通用計算機型、單板機型等），但迅速被淘汰。 PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟， PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機床、生產(chǎn)線擴展。在這一階段， PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，價格湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 5 不斷下降， PLC被迅速普及。 PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴展。 1990— 2022年， PLC 的高性能與小型化階段。此外， PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化 PLC。 2022年至今： PLC 的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。一方面， PLC在繼續(xù)提高 CPU運算速度，位數(shù)的同時，開發(fā)了適用于過程控制，運動控制的特殊功能與模塊，使 PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 FX小型 PLC系列產(chǎn)品（包括最新的 FX3u系列產(chǎn)品）， Qn,QnPH系列中，大型 PLC系列產(chǎn)品等。 PLC 整體式又叫做單元式或機箱式，它的體積小、價格低，對箱體式 PLC，有一塊 CPU板、 I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，當(dāng)然按 CPU性能分成若干型號，并按 I/O點數(shù)又有若干規(guī)格。無任哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都屬于總線式開放型結(jié)構(gòu)，其 I/O能力可按用戶需要進行擴展與組合。 用戶可以選用不同檔次的 CPU模塊、品種繁多的 I/O模塊和特殊功能塊，對硬件湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 6 配置的選擇余地較大，維修時更換模塊也很方便。系統(tǒng)程序由 PLC的生廠家設(shè)計并固定化在 ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。 （ 1） .隨機存取存儲器（ RAM） 用戶可以用編程裝置讀出 RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭?RAM，因此 RAM又叫讀 /寫存儲器。 （ 2） .只讀存儲器（ ROM） ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。 各 I/O點的通 /斷狀態(tài)用發(fā)光二極管（ LED）顯示， PLC與外部接線的連接 一般用接線端子，某些模塊使用可以拆卸的插座型端子板，不需斷開端子板上的連接線，就可以迅速的更換模塊。輸入電路中設(shè)有 RC濾波電路，以防止由于輸入觸點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤輸入信號。輸出電流 的典型值為 — 2A,負載電源由外部現(xiàn)場提供。它的主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路， I/O 系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信息調(diào)理電路；在機構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震都有精確考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等干擾和故障診斷措施。與繼電器接觸裝置和通用計算機相比，PLC更能試用工業(yè)現(xiàn)場較為惡 劣的生產(chǎn)環(huán)境。在 PLC夠成的控制系統(tǒng)中，只需要在 PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入 /輸出信號線即可，不需要諸如繼電器之類的物理電子器件和大量且繁雜的硬接線線路。 PLC 的輸入 /輸出可以直接與交流 220V、直流 24V等強電相連，并有較強的帶負載能力。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言形象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝知識就可在短時間內(nèi)學(xué)會。因此， PLC 具有 極強的適用性，能夠很好地滿足各類型控制的需要，是目前工廠中應(yīng)用最廣的自動化設(shè)備。 PLC 的輸入 /輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地控制系統(tǒng)的運行狀態(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。 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。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 8 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。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。 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。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。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)。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。 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。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)。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。 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。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。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?？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?？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。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。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。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動化程度較高，大量應(yīng)用機械手。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。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。 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)中的一個基本單湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 11 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）。 （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)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。同時可以利用 PLC程序控制組態(tài)畫面的要求。適用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、AnA、 FX等全系列 可編程控制器 。 GX Developer 的特點 1. 軟件的共 通化 GX Developer 能夠制作 Q 系列， QnA 系列， A 系列（包括運動控制（ SCPU）） ,FX 系列的數(shù)據(jù) ,能夠轉(zhuǎn)換成 GPPQ,GPPA 格式的文檔。 2. 利用 Windows 的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)?Excel,Word 等作成的說明數(shù)據(jù)進行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 用標(biāo)號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用。把開發(fā)順序程序時反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序 程序的開發(fā)變得容易。 (3) 宏 只要在任意的回路模式上加上名字（宏定義名）登錄（宏登錄）到文檔，然后輸入簡單的命令就能夠讀出登錄過的回路模式，變更軟元件就能夠靈活利用了。 5. 能夠用各種方法和可編程控制器 CPU 連接 (1) 經(jīng)由串行通訊口 (2) 經(jīng)由 USB (3) 經(jīng)由MELSECNET/10(H)計算機插板 (4) 經(jīng)由 MELSECNET(Ⅱ) 計算機插板 (5) 經(jīng)由 CCLink 計算機插板 (6) 經(jīng)由 Ether 計算機插板 (7) 經(jīng)由 CPU計算機插板 (8) 經(jīng)由 AF計算機插板 6. 豐富的調(diào)試功能 (1) 由于運用了梯形圖邏輯測試功能，能夠更加簡單的進行調(diào)試作業(yè)。 (b) 沒有必要制作條使用的順序程序。 (3) 數(shù)據(jù)制作 中發(fā)生錯誤況時，會顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時間能夠大幅度縮短。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。 經(jīng)驗設(shè)計法對于一些比較簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計時比較有效的 ,可以收到快速、簡單的效果。對于比較復(fù)雜的系統(tǒng) ,經(jīng)驗法一般設(shè)計周期長 ,不易掌握 ,系統(tǒng)交付使用后 ,維護困難。 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。 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。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。而對于每一步的程序段 ,只需處理極其簡單的邏輯關(guān)系。設(shè)計出的控制程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好 ,程序的調(diào)試和運行也很方便 ,可以極大地提高工作效率。當(dāng)一個邏輯函數(shù)用邏輯變量的基本運算式表達出來后 ,實現(xiàn)這個邏輯函數(shù)的線路就確定了。 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 。 第四步：編寫程序 。 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。 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 17 梯形圖 用 三菱 PLC的編程 軟件 GX Developer編的梯形圖 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 18 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 19 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 20 語句表 湖南工業(yè)大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 21 MCGS 組態(tài)軟件 湖南工業(yè)大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 MCGS（ Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件。其主要特征和功能大體為：具有簡單靈活的可視化操作界面、實時性強、有良好的并行處理性能、有豐富生動的多媒體畫面、開放式結(jié)構(gòu)、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能、完善的 安全機制、強大的網(wǎng)絡(luò)功能、多樣化的報警功能、支持多種硬件設(shè)備、方便控制復(fù)雜的運行流程、良好的可維護性和可擴充性、設(shè)立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便、能實現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，用來幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境的關(guān)系如下圖所示： 由 MCGS生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分組成。 （ 1）主控窗口 主控窗口確定了工業(yè)控制中工程作業(yè)的總體輪廓、運行流程、菜單命令、特性參數(shù)和啟動特性等內(nèi)容，是應(yīng)用系 統(tǒng)的主框架。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設(shè)計封面圖形，確定啟動的