【正文】 展單元 受控元件輸入信號(hào)外部設(shè)備圖21 PLC硬件結(jié)構(gòu)圖PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。用戶程序是由用戶根據(jù)控制需要而編寫的程序。它是一種以微機(jī)處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信控制技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(yùn)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(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)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(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)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(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)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(jī)床、生產(chǎn)線擴(kuò)展。在這一階段，PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降，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(kuò)展。1990—2000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。2000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(yùn)算速度，位數(shù)的同時(shí)，開發(fā)了適用于過程控制，運(yùn)動(dòng)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(dòng)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。整體式又叫做單元式或機(jī)箱式，它的體積小、價(jià)格低，對(duì)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(hào)，并按I/O點(diǎn)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(jìn)行擴(kuò)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(duì)硬件配置的選擇余地較大，維修時(shí)更換模塊也很方便。系統(tǒng)程序由PLC的生廠家設(shè)計(jì)并固定化在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，用戶不能讀取。（1）.隨機(jī)存取存儲(chǔ)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)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫存儲(chǔ)器。（2）.只讀存儲(chǔ)器（ROM）ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。各I/O點(diǎn)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(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤輸入信號(hào)?！?A,負(fù)載電源由外部現(xiàn)場(chǎng)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(jì)有完善的通道保護(hù)與信息調(diào)理電路；在機(jī)構(gòu)上對(duì)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(jì)算機(jī)相比，PLC更能試用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(qiáng)電相連，并有較強(qiáng)的帶負(fù)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(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝知識(shí)就可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。因此，PLC具有極強(qiáng)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(dòng)化設(shè)備。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀地反映現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O點(diǎn)狀態(tài)、異常和電源狀態(tài)等，對(duì)此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控?；締卧蓛?nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出、內(nèi)部CPU和內(nèi)部存儲(chǔ)器組成，只有基本單元可以單獨(dú)使用，當(dāng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不足時(shí)可以進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)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(kuò)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(jì)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(diǎn)、壓力繼電器接點(diǎn)、數(shù)字開關(guān)等。圖22（三菱FX2N系列PLC實(shí)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(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。接著，進(jìn)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(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)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(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從元件映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件（軟繼電器）的當(dāng)前狀態(tài)。對(duì)元件映像寄存器來說，每個(gè)元件（軟繼電器）的狀態(tài)會(huì)隨著程序執(zhí)行過程而變化。 機(jī)械手 機(jī)械手概述工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。他的特點(diǎn)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(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)器手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中的工作?！C(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由 度越多，機(jī)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(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對(duì)其編程實(shí)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(shí)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(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，并投入了大量的物力和財(cái)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(dòng)化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。這樣可以避免一些人不能接觸的東西對(duì)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(jī)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(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)方案分析設(shè)計(jì)利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一機(jī)械手組態(tài)控制系統(tǒng)，機(jī)械手可以上下、左右移動(dòng)；利用上下、左右限位開關(guān)控制機(jī)械手啟停；機(jī)械手從原點(diǎn)開始，按以下動(dòng)作進(jìn)行：原點(diǎn)—啟動(dòng)—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(hào)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(yùn)行和組態(tài)運(yùn)行 方案設(shè)計(jì)利用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一機(jī)械手組態(tài)控制系統(tǒng),利用機(jī)械手上下左右移動(dòng)碰到的限位開關(guān)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)成一個(gè)機(jī)械手畫面，通過動(dòng)畫連接和腳本程序。同時(shí)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)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)xcel,Word等作成的說明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。 用標(biāo)號(hào)編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實(shí)際的程序來使用。把開發(fā)順序程序時(shí)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(jiǎn)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(jì)算機(jī)插板 (4) 經(jīng)由MELSECNET(Ⅱ)計(jì)算機(jī)插板 (5) 經(jīng)由CCLink計(jì)算機(jī)插板 (6) 經(jīng)由Ethernet計(jì)算機(jī)插板 (7) 經(jīng)由CPU計(jì)算機(jī)插板 (8) 經(jīng)由AF計(jì)算機(jī)插板 6. 豐富的調(diào)試功能 (1) 由于運(yùn)用了梯形圖邏輯測(cè)試功能，能夠更加簡(jiǎn)單的進(jìn)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(cuò)誤況時(shí)，會(huì)顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠大幅度縮短。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(duì)象對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求,憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇、組合。這種設(shè)計(jì)方法沒有一個(gè)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(jì)所用的時(shí)間、設(shè)計(jì)的質(zhì)量與設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)多少有關(guān)。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)于一些比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)比較有效的,可以收到快速、簡(jiǎn)單的效果。對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng),經(jīng)驗(yàn)法一般設(shè)計(jì)周期長,不易掌握,系統(tǒng)交付使用后,維護(hù)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(duì)應(yīng)的符號(hào)和功能相當(dāng)?shù)钠骷言瓉淼慕佑|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(jì)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(dòng)作規(guī)律，在各個(gè)輸入控制信號(hào)的作用下，根據(jù)所需要的狀態(tài)和時(shí)間順序，在生產(chǎn)過程中的各個(gè)輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地按照預(yù)先規(guī)定的順序有步驟地進(jìn)行操作?！　№樞蚬δ軋D法是首先根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)順序功能圖,然后再依據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)順序控制程序。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。因而這種編程方法簡(jiǎn)單易學(xué),規(guī)律性強(qiáng)。4 邏輯設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn),而繼電器,交流接觸器的觸點(diǎn)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(jì)電氣控制線路時(shí)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(jì)方法同樣也適用于PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。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(duì)用的指令語句程序。用邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用程序的一般步驟如下:第二步：繪制電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。第三步：進(jìn)行系統(tǒng)的邏輯設(shè)計(jì)。第四步：編寫程序。