坐标式机械手的PLC梯形图控制程序设计与调试 毕业论文.doc
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1、江西工业工程职业技术学院江西工业工程职业技术学院 毕 业 论 文 题目 利用 PLC 实现对坐标式机械手的控制 学生姓名: xxx 院 系: 机电工程系 专 业: 机电一体化 级 别: 2009 级 指导教师: 江西工业工程职业技术学院 2012 年 5 月 坐标式机械手的 PLC 梯形图控制程序设计与调试 摘摘 要要 长期以来,PLC 在工业控制领域发挥着巨大的作用,为各行各业的自动化控制设备提供可靠的 控制保证。随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展,PLC 也在飞速的发展,PLC 不断地采 用新技术、不断增强系统的开放性,同时可以喝各种组态软件很好的结合使用。所以 PLC 将在未来
2、的工业控制领域有着广阔的用武之地。 PLC 的主要特点是:从开关量控制发展到顺序控制、运送处理是自上而下的,连续 PID 控制等 多功能。PID 在终端站中可用一台 PC 机为主站,多台同型 PLC 为从站。也可一台 PLC 为主站,多 台同型 PLC 为从站,构成 PLC 网络。这比用 PC 机作主站方便之处是:有用户编程时,不必知道通 信协议,只要按说明书格式写就行;PLC 网络主要用于工业过程中的顺序控制,新型 PLC 也有闭环 控制功能。PLC 的最大特点在于:电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计,只要将按钮开 关或感应器的输入点连接到 PLC 的输入点上就能解决问题,通过输出点
3、连接接触器或继电器来控制 大功率的启动设备,而小功率的输出设备直接连接就可以。 机械手 PLC 控制程序设计在工业中起到了很重要的作用。了解到主要用于搬动或者装卸零件的 重复动作,动力来源于液压系统。在机械手控制选用 PLC,其原因安全可靠。机械手控制分为手动、 回原点、单步、单周期自动五大部分。各个功能运用转换开关进行切换,切后按照以前步骤继续执 行。通过 PLC 输出驱动中间继电器,接通电磁阀。首先运用 Microsoft Visio 画图软件绘制实际工 程电气接线图,以便在程序设计中使用。定期到 运用实验模拟设备,进行编程模拟机其调试。 关键字关键字:工业,PLC,机械手,电气接线图,电
4、磁阀,中间继电器 目 录 第一章第一章 PLCPLC 的特点及应用的特点及应用.- 1 - 1.1 概述.- 1 - 1.2 PLC 的特点- 1 - 1.3 PLC 的应用- 1 - 第二章第二章 PLCPLC 的结构及原理的结构及原理.- 2 - 2.1 PLC 的分类- 3 - 2.2 PLC 的结构- 3 - 2.3 PLC 的工作原理- 3 - 2.4 PLC 汇编语言- 4 - 2.5 PLC 的基本指令- 5 - 第三章第三章 设计要求设计要求- 8 - 3.1 控制要求.- 8 - 3.2 I/O 点数的确定及 PLC 类型的选择- 9 - 3.3 编程指令的选择.- 10 -
5、 第四章第四章 工艺过程工艺过程- 10 - 第五章第五章 操作面板布置操作面板布置- 11 - 第六章第六章 机械手控制程序设计机械手控制程序设计- 12 - 6.1 输入和输出点分配表及原理接线图.- 12 - 6.2 控制程序.- 13 - 第七章第七章 梯形图及指令表梯形图及指令表- 16 - 7.1 梯形图.- 16 - 7.2 指令表.- 18 - 第八章第八章 PLCPLC 程序的调试程序的调试.- 19 - 8.1 PLC 控制的安装与布线- 19 - 8.2 机械手控制程序的调试.- 19 - 第九章第九章 课程设计总结以及体会课程设计总结以及体会- 20 - 参考文献参考文
6、献- 21 - 致致 谢谢- 22 - 江西工业工程职业技术学院毕业论文 第 - 1 - 页 共 27 页 第一章第一章 PLCPLC 的特点及应用的特点及应用 1.1 概述 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而 设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller) , 简称 PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超 过了逻辑控制的范围,因此。今天这种装置称作可编程控制器,简称 PC。但是为了避免与个人 计算机(Personal
7、 Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称 PLC。 1.2 PLC 的特点 1、可靠性高,抗干扰能力强; 2、通用性高,使用方便; 3、程序设计简单,易学,易懂; 4、采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便; 5、系统设计周期短; 6、安装简便,调试方便,维护工作量小; 7、对生产工艺改变适应性强,可进行柔性生产。 1.3 PLC 的应用 目前,PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、 交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几类。 1、开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器电路,实
8、现逻辑控制、顺序控制, 既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、 组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 第 - 2 - 页 共 27 页 2、模拟量控制 在工业生产过程中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。 为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于开关量 I/
9、O 模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺 服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能,广 泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机,PLC 能编制 各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。 大中型 PLC 都有 PID 模块,目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
10、5、数据处理 现代 PLC 具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算) 、数据传送、数据转换、排序、 查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的 参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印 制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统, 如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6、通信及联网 PLC 通信含 PLC 之间的通信及 PLC 与其他智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂 自动化网络发展得很快,各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能,纷纷推出各
11、自的网络系统。 新近生产的 PLC 都具有通信接口,通信非常方便。 第 - 3 - 页 共 27 页 第二章 PLC 的结构及原理 2.1 PLC 的分类 1、按 PLC 的结构形式分类:1)整体式;2)模块式。 2、按 PLC 的 I/O 点数分类:1)小型 256 点以下;2)中型 256 点以上,2048 点以下;3)大型 2048 点以上。 3、按 PLC 功能分类:低档型,中档型,高档型。 2.2 PLC 的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机。从结构上分,PLC 分为固定式和组合式(模块式) 两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等,这
12、些元素组合成一个不可 拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可 以按照一定规则组合配置。 PLCPLC 的基本结构框图如下:的基本结构框图如下: 2.3 PLC 的工作原理 1、PLC 的工作方式 1)输入采样阶段,在此阶段,顺序读入所有输入缎子通断状态,并将读入的信息存入内存, 输 入 接 口 部 件 中央处理单元 CP U 板 接 口 部 件 输 出 电 源 部 件 驱动 现场信号 接受 受控元件 第 - 4 - 页 共 27 页 接着进入程序执行阶段,在程序执行时,即使输入信号发生变化,内存中输入信息业不变化, 只有在下一个扫描
13、周期的输入采样阶段才能读入信息。 2)程序执行阶段:PLC 对用户程序扫描。 3)输出刷新阶段:当所有指令执行完毕通过隔离电路,驱动功率放大器,电路是输出端子 向外界输出控制信号驱动外部负载。 2.4 PLC 汇编语言 采用面向控制过程,面向问题,简单直观的 PLC 编写语言,常用的有:梯形图,语句表, 功能图等。 1、梯形图:由继电器控制逻辑演变而来,两者具有一定程度的相似性,但梯形图编程语言 功能更强更方便。 主要特点: 1)自上而下,从左到右的顺序排列,两列垂直线为母线。每一逻辑行,起使左母线。 2)梯形图中采用继电器名称,但不是真实物理继电器称为“软继电器” 。 3)每个梯级流过的是概
14、念电流,从左到右,其两端母线设有电源。 4)输入继电器,用于接入信号,而无线圈,输入继电器,通过输入接入的继电器, 晶体及晶闸管才能实现。 2、语句表:又叫指令表,类似计算机汇编语言形式,用指令的记助符编程。例:下图是三 菱公司的 FX2N 系列产品的最简单的梯形图例: 它有两组,第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个 END 指令,用以结束程序。 梯形图与助记符的对应关系:助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系,而梯形图的连 线又可把指令的顺序予以体现。一般讲,其顺序为:先输入,后输出(含其他处理) ;先上,后 下;先左,后右。有了梯形图就将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为: 第
15、- 5 - 页 共 27 页 地址指令变量 0000LDX000 0001ORX010 0002ANDX001 0003OUTY000 0004END 反之根据助记符,也可画出与其对应的梯形图。 2.5 PLC 的基本指令 1、输入输出指令(LD/LDI/OUT) 下面把 LD/LDI/OUT 三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件以列表的形式加以说 明: 符号 功 能 梯形图表示 操作元件 LD(取) 常开触点与母线相连 X,Y,M,T,C,S LDI(取反) 常闭触点与母线相连 X,Y,M,T,C,S 第 - 6 - 页 共 27 页 LD 与 LDI 指令用于与母线相连的接点,此外还可
16、用于分支电路的起点。 OUT 指令是线圈的驱动指令,可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存 器等,但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出,能连续使用多次。 Y000 X000 2、触点串连指令(AND/ANDI) 、并联指令(OR/ORI) 符号(名称)功 能 梯形图表示 操作元件 AND(与) 常开触点串联连接 X,Y,M,T,C,S ANDI(与非) 常闭触点串联连接 X,Y,M,T,C,S OR(或) 常开触点并联连接 X,Y,M,T,C, S ORI(或非) 常闭触点并联连接 X,Y,M,T,C, S AND、ANDI 指令用于一个触点的串联,但串联触点的数量不限,
17、这两个指令可连续使用。 OUT(输出) 线圈驱动 Y,M,T,C,S,F 地址 指令 数据 0000 LD X000 0001 OUT Y000 第 - 7 - 页 共 27 页 OR、ORI 是用于一个触点的并联连接指令。 地址指令数据 0002LDX001 0003ANDIX002 0004ORX003 0005OUTY001 3、电路块的并联和串联指令(ORB、ANB) 含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块” ,串联电路块并联连接时,支路 的起点以 LD 或 LDNOT 指令开始,而支路的终点要用 ORB 指令。ORB 指令是一种独立指令,其后 不带操作元件号,因此,ORB 指
18、令不表示触点,可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多 个电路块并联连接,应在每个并联电路块之后使用一个 ORB 指令,用这种方法编程时并联电路 块的个数没有限制;也可将所有要并联的电路块依次写出。然后在这些电路块的末尾集中写出 ORB 的指令,但这时 ORB 指令最多使用 7 次。 将分支电路(并联电路块)与前面的电路串联连接时使用 ANB 指令,各并联电路块的起点, 使用 LD 或 LDNOT 指令;与 ORB 指令一样,ANB 指令也不带操作元件,如需要将多个电路块串联 连接,应在每个串联电路块之后使用一个 ANB 指令,用这种方法编程时串联电路块的个数没有 限制,若集中使用 ANB
19、指令,最多使用 7 次。 符号(名称) 功 能 梯形图表示 操作元件 ORB(块或) 电路块并联连接 无 ANB(块与) 电路块串联连接 无 地址指令数据 0000LDX000 0001ORX001 0002LDX002 0003ANDX003 0004LDIX004 0005ANDX005 0006ORX006 第 - 8 - 页 共 27 页 4、程序结束指令(END) 在程序结束处写上 END 指令,PLC 只执行第一步至 END 之间的程序,并立即输出处理。若不 写 END 指令,PLC 将以用户存贮器的第一步执行到最后一步,因此,使用 END 指令可缩短扫描周 期。另外,在调试程序时
20、,可以将 END 指令插在各程序段之后,分段检查各程序段的动作,确 认无误后,再依次删去插入的 END 指令。 其他还有一些指令,如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令 等。 由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。并由后面的 GPP 软件传输到 PLC 中,实施运 行。 00087ORB 0008ANB 0009ORX003 0010OUTY006 符号(名称) 功 能 梯形图表示 操作元件 END(结束) 程序结束 无 END 第 - 9 - 页 共 27 页 第三章 设计要求 图 1 坐标式机械手动作原理图 3.1 控制要求 如图 1 所示,将物体从位置 A 搬至位
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