PLC课程设计-机械手PLC控制系统 .doc

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1、1 电气工程学院电气工程学院 PLC 课程设计 专专 业业： 自动化 设计题目设计题目： 机械手 PLC 控制系统 班级班级： 自 0841 学生姓名学生姓名： 学号学号： 22 指导教师指导教师： 分院院长分院院长： 教研室主任教研室主任： 2 一、课程设计任务书一、课程设计任务书 1.课程题目课程题目 机械手PLC控制系统设计 2.设计内容设计内容 图图1 机机械械手手动动作作示示意意图图 设计一个用 PLC 控制的将工件从 A 点移到 B 点的机械手控 制系统。其控制要求如下： 1手动操作，每个动作均能单独操作，用于将机械手复归 至原点位置； 2连续运行，在原点位置按起动按钮或当光电探测

2、器探测 到有工件时，机械手按图 1 连续工作一个周期，一个周期的工作 过程如下：原点下降夹夹紧(T)上上升右移下降放 松(T)上升左移到原点，时间 T 由教师现场规定。 3. 课程设计报告要求课程设计报告要求 （1）画工艺流程图，分析 I/O 性质，计算 I/O 点数、存储容量， PLC 选型； 3 （2）编写程序（在 PC 机上编程并下载到 PLC 中） ； （3）运行并调试程序，运行调试记录，在调试过程中出现的问 题，解决办法等； （4）画 PLC 控制系统外部接线图（含主电路及供电图） ； （5）课程设计总结。包括本次课程设计过程中的收获、体会， 以及对该课程设计的意见、建议等； （6）

3、参考文献列表； （7）报告使用 B5 纸打印，全文不少于 2000 字。 4. 参考资料参考资料 1 史国生主编. 电气控制与可编程控制器技术.北京:化学工业出 版社.2004 2 王永华.现代电气及可编程控制技术. 北京:北京航空航天大学 出版社.2002 3 徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:中国科学技术大 学出版社.2001 5. 设计进度（设计进度（2011 年年 11 月月 14 日至日至 11 月月 25 日）日） 时 间设计内容 11 月 14 日布置设计任务、查阅资料 11 月 15 日-11 月 18 日 方案论证及总体设计 11 月 20 日-11 月 24 日 系

4、统调试及整理课程设计报告 11 月 25 日课程设计答辩 7. 课程设计时间及地点课程设计时间及地点 2010 年 11 月 14 日2010 年 11 月 25 日 上午 8：0011：00；下午 13：0016：00 综合自动化实验室（新实验楼 308） 二、评语及成绩二、评语及成绩 4 考核项目考核内容评估标准等级 优 良 中 及 不及 方案设计 （15） 优：设计方案合理，内容正确，有独立见解或创造 性； 良：方案正确，有一定见解； 中：设计方案及内容基本正确，分析问题基本正确， 无原则性错误； 及：设计方案及内容基本合理，分析问题能力较差， 但无原则性错误； 不及：设计方案不合理，有

5、严重的原则性错误； 优 良 中 及 不及 技术指标 （20） 优：各项指标均完全达到 良：各项指标基本达到，只有一项指标有微小差距 中：有一项指标没有达到 及：有两项指标没有达到 不及：有三项指标以上没有达到 优 良 中 及 不及 完成情况 （50） 设计报告 （15） 优：设计报告内容正确，完整，规范，图面质量好， 且符合国家制图标准； 良：设计报告内容正确，较完整，规范，图面质量 较好，且符合国家制图标准； 中：设计报告内容有个别错误，较完整，较规范， 图面质量一般； 及：设计报告内容基本正确完整，较规范，有多个 错误； 不及：设计报告内容中不加消化，照搬照抄； 优 良 中 及 不及 综合

6、能力 （30） 设计实施 能力 （15） 优：能够自行利用现有设备，对设计方案进行合理 检验，接线正确规范，程序设计合理，工具软件使 用熟练； 良：在教师指导下能够利用现有设备，对设计方案 进行合理检验，接线正确规范，程序设计合理，工 具软件使用熟练； 中：在教师指导下能够利用现有设备，对设计方案 进行检验，接线较正确规范，程序设计较合理，工 具软件使用较熟练； 及：教师指导参与过多，才能够利用现有设备，对 5 设 考核项目考核内容评估标准等级 设计实施 能力 （15） 计方案进行检验，接线较正确规范，程序设计较合 理，工具软件使用较熟练； 不及：不能在教师指导下完成规定的设计方案检验。 优

7、良 中 及 不及 综合能力 （30） 故障处理 能力 （15） 优：能够自行对硬件和程序出现的问题，进行合理、 高效的解决； 良：在教师指导下能够较好处理硬件和程序出现的 问题，并能够消化吸收； 中：在教师指导下能够基本处理硬件和程序出现的 问题，有一定的分析能力； 及：教师指导参与过多，才能够完成硬件和程序出 现的问题； 不及：不能在教师指导下完成故障的处理。 优 良 中 及 不及 安全文明 操作 （10） 优：没有发生任何安全事故和设备、元器件损坏， 使用材料无浪费，设计现场整齐规范； 良：没有发生任何安全事故和设备、元器件损坏， 设计现场较整齐规范； 中：没有发生任何安全事故和设备、元器

8、件损坏， 设计现场欠整齐； 及：没有发生安全事故，或有元器件损坏，现场长 期脏、乱差，或造成材料浪费； 不及：发生安全事故，或有元器件损坏，或现场长 期脏、乱差，或造成材料浪费。 优 良 中 及 不及 基本素质 （20） 劳动纪律 （10） 优：能完全遵守课程设计管理制度和作息制度，无 违纪行为； 良：能遵守课程设计管理制度和无旷工行为，迟到/ 早退 1 次； 中：能遵守课程设计管理制度和无旷工行为，迟到/ 早退 2 次； 及：违反守课程设计管理制度，或有 1 次旷工、或 迟到/早退 3 次； 不及：劳动纪律出现重大问题，取消成绩。 6 总成绩： 指导教师: 等级评分标准：优=90 上，良=8

9、980,中=7970,及=6960，不及=60 下 7 PLC 课程设计报告 班 级：自动化 0841 姓 名：杨明影 学 号： 22 号 指导教师：叶天迟 撰写日期： 2011.11.28 目录 8 目录 第一章第一章 PLCPLC 概述概述 8 8 1.1 PLC 的定义8 1.2 PLC 的由来及发展9 1.3 PLC 的特点及用途.10 1.4 PLC 的主要技术指标.13 第二章第二章 根据要求确定被控系统必须完成的动作根据要求确定被控系统必须完成的动作 1515 2.1 控制要求分析 15 第三章第三章 分配输入输出设备分配输入输出设备 1818 第四章第四章 确定确定 PLCPL

10、C 的输入、输出电路的输入、输出电路 1919 第五章第五章 设计设计 PLCPLC 程序画出梯形图程序画出梯形图 2121 总总 结结 2626 参考文献参考文献 2727 第一章 PLC 概述 9 第一章第一章 PLCPLC 概述概述 1.11.1 PLCPLC 的定义的定义 可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC，它具备了模拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能， 所以美国电气制造商协会将其正式命名为可编程控制器 （Programmable Controller）,简称 PC。但是个人计算机 （Personal Computer）也简称

11、PC，为了避免混淆，将用于逻辑 控制的可编程控制叫做 PLC（Programmable Logic Controller）. 可编程控制器有近 30 年的历史，发展极为迅速。为确定它 的性质国际电工委员会（International Electrical Committee）多次发布以及修订有关 PLC 的文件。在 1987 年颁布 的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操 作的电子装置，它其实就是一台计算机，它采用可以编制程序的 存储器，在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术 运算等操作的指令，它以接入式 CPU 为核

12、心，通过数字式或模拟 式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有 关的外围设备，都是很容易与工业控制系统形成一个整体，容易 扩展其功能的。 可编程控制器从内部构造、功能及工作原理上看是一台计 算机。是数字运算操作的电子装置，它带有可以编制程序的存储 器，能进行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算工作。 可编程控制器是一种工业现场用计算机。它是为工业环境 下应用而设计的，工业环境一般办公环境有较大的区别。由于 PLC 的特殊构造，使它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温度 第一章 PLC 概述 10 变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制机械或生产过程，它要 能很容易的与工业控

13、制系统形成一个整体，这些都是个人计算机 无法比拟的。 可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。它能控制各 种类型的工业设备及生产过程。它的功能能够很容易地扩展，它 的程序是可以根据控制对象的不同，让使用者来编制的。也就是 说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单片机工业控 制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合。 通过以上定义还可以了解到，相对一般意义上的计算机， 可编程控制器不仅具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用 于工业控制的器件。它实质上是经过一次开发的工业控制计算机。 从另一个方面来说，它是一种通用机，经过二次开发，它可以在 任何具体的工业设备上使用。自其诞生以

14、来，电气工程技术人员 感受最强的也是可编程控制器二次开发十分容易。它在很大程度 上使的工业自动化设计从专业设计院走进工厂和矿山，变成了普 通工程技术人员甚至普通电气工人力所能及的工作。再加上体积 小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善，适应性强， 安装接线简单等众多优点，可编程控制器在短短的 30 年中获得 了突飞猛进的发展，在工业控制领域获得了非常广泛的应用。 1.21.2 PLCPLC 的由来及发展的由来及发展 世界上公认的第一台 PLC 是 1969 年美国数字设备公司 （DEC）研制的。限于当时的元件条件及计算机发展水平，早期 的 PLC 主要分立元件和中小规模集成电路组成，可以

15、完成简单的 逻辑控制及定时、计数等功能。20 世纪 70 年代初出现了微处理 器。人们很快将其引入可编程控制器，使 PLC 增加了运算、数据 传送及处理等功能，成为真正具有计算机特征的工业控制装置。 第一章 PLC 概述 11 为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程 控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并 将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。因而人们 称可编程控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。 20 世纪 70 年代中末期，可编程控制器进入了实用化发展阶段， 计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。 更高的运算速度

16、、超小型的体积、更可靠的工业抗干扰设计、模 拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地 位。20 世纪 80 年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得 了广泛的应用。例如，在世界第一台可编程控制器的诞生地美国， 1982 年的统计数字显示，大量应用可编程控制器的工业厂家占 美国重点工业行业厂家总数的 82%，可编程控制器的应用数量已 位于众多的工业自控设备之首。这个时期可编程控制器发展的特 点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这标志着可编程控 制器已步入成熟阶段。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编 程控制器的国家日益增多，产量日益上升。许多可编程控制器的 生产厂家已闻

17、名于全世界。 20 世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代 工业控制的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机及 超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元， 用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的 配套能力来说，生产了各种人机界面单元，通讯单元，使应用可 编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制 器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应 用都的到了长足的发展。 第一章 PLC 概述 12 1.31.3 PLCPLC 的特点及用途的特点及用途 （1）PLC 具有以下几个主要特点 1）可靠性高、抗干扰能力强 高可靠性是

18、电气控制设备非常关键的性能。PLC 由于采用 大规模集成电路技术、严格的生产工艺，内部电路采取了输入输 出信号的光电隔离、滤波、电源的屏蔽、稳压和保护、故障诊断 等先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，它能在高粉尘、高噪 音、强电磁干扰和温暖变化剧烈的环境下正常工作。PLC 的平均 无故障时间可高达 510 万小时以上。从 PLC 的机外电路来说， PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接 线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障率也就大大降 低。 2）功能完善、应用领域广 到现在为止 PLC 已经形成各种规模、系列化的产品。可以 用于各种规模的工业控制场合，并能完成决大

19、多数的工业控制任 务。PLC 所具有的完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领 域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，PLC 通讯能力的增强及人 机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变的非常容易。 3）编程简单，易学易用 PLC 采用和继电器电路图接近的梯形图语言，只用少量的 开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。在工 业现场，可以使用手持编程器或笔记本对 PLC 进行编程。当 PLC 联网后，可以在网络的任一位置对 PLC 编程。为不熟悉电子电路、 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制提供了 方便。 4）系统安装简单、体积小、价格低 PLC 在存储逻

20、辑代替接线逻辑、采用模块化的结构，大大 第一章 PLC 概述 13 地减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建设的周期大 大缩短了。现代集成电路技术的广泛应用，功耗仅数瓦。由于 PLC 体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制 设备。使得 PLC 的重量越来越轻、功耗也越来越少。在集成电路 技术和生产厂家越来越多的情况下，PLC 的价格也越来越低。 （2）可编程控制器的应用领域 PLC 在钢铁、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的应用也越来越广 泛，主要可以归纳为以下几类： 1）开关量的逻辑控制 可编程控制器可实现逻辑控制、顺序控

21、制，也可用于单台 设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。 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。 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，早期直接用开关量 I/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。 4）过程控制 过程控制是指对连续变化的量进行控制。如对温度、压力、 流量等模拟量的

22、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。目前已广泛应用于冶金、 化工、热处理、锅炉控制等场合。 第一章 PLC 概述 14 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、监测、分析和处理。这些数据可以与参考值比 较，完成一定的控制操作。也可以利用通讯功能传送到其他的智 能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型过程控制系 统，如冶金、造纸、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 间的通信及 PLC 与其他智能设备间

23、的通信。 随着现代社会计算机技术的提高，网络通讯技术的不断发展，它 也将和其他的工业控制计算机组网构成大型的控制系统，在工业 及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 1.41.4 PLCPLC 的主要技术指标的主要技术指标 PLC 的性能指标较多，主要介绍与组成 PLC 控制系统关系较 直接的几个。 （1）编程语言及指令功能 梯形图语言、助记符语言在 PLC 中较为常见，梯形图语言 一般在计算机屏幕上编辑，使用起来简单方便。助记符语言与计 算机编程序相似，如果对有编制程序基础的工程技术人员来说， 学习助记符会容易一些，只要理解各个指令的含义，就可以像做 计算机程序一样写 PLC 的控制程序。

24、如果两种语言都会使用更好， 因为它们之间可以相互转换。PLC 实际上只认识助记符语言，梯 形图语言是需要转换成助记符语言后，存入 PLC 的存储器中。 现在功能图语言的使用有上升趋势。编程语言中还有一个 内容是指令功能。衡量指令功能强弱可看两个方面：一是指令条 数多少；二是指令中有多少综合性指令。一条综合性指令一般就 第一章 PLC 概述 15 能完成一项专门操作。用户编制的程序完成的控制任务，取决于 PLC 指令的多少，指令功能越多，编程越简单和方便，完成一定 的控制任务越容易。 （2）输入输出点数 输入输出点数是 PLC 可以接受的输入开关信号和输出开关 信号的最大数量，值得注意的是输入点

25、数往往的大于输出点数的， 且二者不能相互替代。 （3）扫描速度数是指 PLC 扫描 1k（1k=1024）字用户程序 所需的时间，通常以 ms/k 字为单位，扫描速度越快越好。 （4）存储容量 存储容量是存放用户程序的存储器的容量。通常用 k 来表 示。也有的 PLC 直接用所能存放的程序量表示。在编制 PLC 程序 时，需要用到大量的寄存器来存放变量、中间结果、保持数据、 定时计数、模块设置和各种标志位等信息。这些寄存器的多少， 直接关系到程序的编制，该存储器的容量越大，就可以编制出更 复杂的程序。 （5）可扩展性 在现代工业生产中 PLC 的可扩展性也显的非常重要。主要 包括： 1）输入输

26、出点数的扩展； 2）存储容量的扩展； 3）联网功能的扩展； 4）可扩展的模块数； 另外，可编程序控制器的可靠性、易操作性及经济性等功 能指示也受用户的关注。 第二章 根据要求确定被控系统必须完成的动作 16 第二章第二章 根据要求确定被控系统必须完成的根据要求确定被控系统必须完成的 动作动作 2.12.1 控制要求分析控制要求分析 （1）机械结构 图 2-1 是某机械手的工作示意图，该机械手的任务是将工 件从传送带 A 搬往传送带 B。 在图 2-1 中，机械手的所有动作均采用电液控制、液压驱动。 它的上升/下降和左移/右移均采用双线圈三位电磁阀推动液压缸 完成。当某个电磁阀线圈通电，就一直保

27、持当前的机械动作，直 到相反动作的线圈通电为止。例如，当下降电磁阀线圈通电后， 机械手下降，即使线圈再断电，仍保持当前的下降动作状态，直 到上升电磁阀线圈通电为止。机械手的夹紧/放松采用单线圈二 位电磁阀推动液压缸完成，线圈通电时执行夹紧工件，断电时执 行放松动作。 第二章 根据要求确定被控系统必须完成的动作 17 为了使动作准确，机械手上安装了限位开关 SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，分别对机械手进行下降、上升、右行、左 行等动作的限位，并给出了动作到位的信号。另外，还安装了光 电开关 SP1 和 SP2 负责 SP1 检测传送带 A 上的工件是否到位，如 果有光电开关 SP1 监测到有工件

28、出现，传送带 A 就停止运动。 SP2 检测传送带 B 上的工件是否移走，从而产生无工件信号，为 下一个工件的下放做好准备。 （2）工艺过程 机械手的动作顺序、检测元件和执行元件的布置如图 2-2 所示。机械手的初始位置在原位，按下启动按钮后，机械手依次 完成：下降夹紧上升右移下降放松上升左移传 送带 A 运动（检测到有工件停）九个动作，实现机械手一个周期 的动作。机械手的下降、上升、左移、右移的动作转换靠限位开 关来控制，而夹紧、放松动作的转换是由时间继电器来控制的。 为了保证安全和提高效率，机械手右移到位后，必须在传 送 B 上无工件时才能下降。若上一次搬到传送带 B 上的工件尚未 移走，

29、则机械手应自动暂停等待。同时还检测了，B 传送带的运 动情况。在机械手回到原位后，传送带 A 运动，直到检测到工件 为止。可以降低能耗和更加准确、更加智能。为此设置了两只光 电开关，以检测“有无工件”信号。 在此同时介绍一下，光电开关 SP1 和 SP2 的工作原理，以 方便理解和应用。 首先这两个光电开关的发射光的元件均采用半导体激光发 射器，因为半导体激光器是所有激器中效率最高，体积最小的一 种。而且采用激光发射器抗干扰，非接触式动态响应好。 在信号接受方面两者各不相同，首先介绍 SP 光电接收器， 由于其任务是在检测到有工作时，传动带 A 才停止运动。机械手 第二章 根据要求确定被控系统

30、必须完成的动作 18 才下降。 （3）控制要求： 传送带 B 上工件的传送不用 PLC 控制，让传送带 B 由一台 独立的电动机一直的带动。 为满足生产要求，机械手设置手动 方式和自动方式，而自动方式又分为单步、单周和连续工作方式。 手动工作方式：利用按钮对机械手每一步动作单独进行控制， 例如，按“上升”按钮，机械手上升，按“下降”按钮，机械手 下降。此种工作方式可使机械手置原位。 单步工作方式：从原点开始，按自动工作循环的工序，每按 一下启动按钮，机械手完成一步的动作后自动停止。 单周期工作方式：按下启动按钮，从原点开始，机械手按工 序自动完成一个周期的动作后，停在原位。 连续工作方式：机构

31、在原位时，按下启动按钮，机构自动连 续地执行周期动作。当按下停止按钮时，机械手保持当前状态。 重新恢复后机械手按停止前的动作继续进行. 第三章 分配输入输出设备 19 第三章第三章 分配输入输出设备分配输入输出设备 PLC I/O 地址，内部辅助继电器的分配表 根据控制系统外部 I/O 地址，内部辅助继电器的分配表 根据控制系统外部 I/O 接线图，PLC I/O 地址分配见表 3-1 所示。 序号符号功能描述序号符号功能描 述 1I0.0启动15I2.0上升 2I0.1下限16I2.1右移 3I0.2上限17I2.2左移 4I0.3右限18I2.3夹紧 5I0.4左限19I2.4放松 6I0

32、.5有工件检测（常开）20I2.5复位 7I0.6无工件检测21Q0.0传动带 A 运转 8I0.7手动22Q0.1下降 9I1.0单步23Q0.2夹紧 10I1.1单周期24Q0.3上升 11I1.2连续25Q0.4右移 12I1.3传送带 A 运动26Q0.5左移 13I1.4停止27Q0.6原位显 示 14I1.5下降28 表 3-1 外部 I/O 继电器分配表 第四章 确定 PLC 的输入、输出电路 20 第四章第四章 确定确定 PLCPLC 的输入、输出电路的输入、输出电路 首先应分析一下所选 CPU 型号。CPU224 集成 14 个输入和 10 个输出共 24 个数字量 I/O

33、点，可连接 7 个扩展模块，最大扩 展至 168 路数字量 I/O 或 35 路模拟 I/O 点，13KB 字节程序和数 据存储空间。 S7-200 系列的 CPU224 主机有 I0.0I0.7、I1.0I1.5 共计 14 个输入点和 Q0.0Q0.7、Q10Q1.1 共计 10 个输出点。 CPU224 输入电路采用了双向光电耦合器，24VDC 极性可任意选择， 系统设置 1MB 为 I0.x 字节输入端子的公共端，2MB 为 I1.x 字节 输入端子的公共端。在晶体管输出电路中采用了 MOSFET 功率驱 动器件，并将数字量输出分为两组，每组有一个独立公共端，共 有 1L、2L 两个公

34、共端，可接入不同的负载电源。 CPU224PLC 有 6 个高速计数脉冲输入端（I0.0I0.5） ， 最快的响应速度为 30KHZ，用于捕捉经 CPU 扫描周期更快的脉冲 信号。另外，还有 2 个高速脉冲输出端（Q0.0、Q0.1） ，输出脉 冲频率可达 20KHZ.用于 PTO（高速脉冲束）和 PWM（宽度可变脉 冲输出）高速脉冲输出。 输入接口中有滤波电路及耦合隔离电路。滤波有抗干 扰的作用，耦合有抗干扰及产生标准信号的作用。隔离有保护 PLC 内部的作用。 开关量输出接口是把 PLC 的内部信号转换成现场执行 机构，如接触器线圈、电磁阀线圈指示灯等的各种驱动开关信号。 晶体管输出只能接

35、直流负载。若需接交流负载就把开关量转换成 模拟量。 它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信 号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制 信号求。 第四章 确定 PLC 的输入、输出电路 21 还有，传送带 A 的运动也由 PLC 控制，由于其工作特点就 是向一个方向运动，PLC 控制的电动机就不需反转。可用两组电 动机。如果，要传送带上负载大，就用三相电动机。 电容运转型，电动机不论是启动还是运转，电容器均接在 电路中而不断开，特点：效率高，过载能力强。 第五章 设计 PLC 程序画出梯形图 22 第五章第五章 设计设计 PLCPLC 程序画出梯形图程序画出梯形图 （

36、1）整体设计 为编程结构简洁、明了，把手动程序和自动程序分别编成 相对独立于程序模块，通过调用指令进行功能选择。当工作方式 选择手动工作方式时，I0.7 接通，执行手动工作程序；当工作 方式选择开关选择自动方式（单步、单周、连续）时， I1.0、I1.1、I11.2 分别接通，执行自动控制程序，整体设计的 梯形图（主程序）如图 5-1 所示: 图 5-1 （2）手动控制程序 手动操作不需要按工序顺序动作，可以按普通继电接触器 控制系统来设计。手动控制的梯形图见图 5-2 所示子程序 0，手 第五章 设计 PLC 程序画出梯形图 23 动按钮 I2.0、I2.1、I2.2、I2.3、I2.4、I

37、2.5、分别控制下降 上升、右移、左移、夹紧、放松各个动作。为了保持系统的安全 运行，设置了一些必要的联锁保护，基中在左右移动的控制环节 中加入了 I0.2 作为上限连锁。因为机械手只有处于上限位置 （I0.2=1）时，才允许左右移动。 由于夹紧，放松动作选用单线圈双位电磁阀控制，因此在 梯形图中用“置位” 、 “复位”指令来控制，该指令具有保持功能， 并且也设了机械联锁。只有当机械手处于下限（I0.1=1）时，才 能进行夹紧和放松动作。 第五章 设计 PLC 程序画出梯形图 24 （3）自动操作程序。 由于自动操作的动作较复杂，不容易直接设计出梯形图， 因此先画出自动操作流程图，用以表明动作

38、的顺序和转换的条件， 然后根据所采用的控制方法，设计梯形图。 机械手的自动操作流程图如图 25 所示。图中矩形方框 表示其自动工作循环过程中的一个“工步” ，方框中用文字表示 该步的编号，方框的右边画出该步动作的执行元件，相邻两工步 之间用有向线段连接，表明转换方向，有向线段上的小横线表示 转换的条件，当转换条件得到满足时，便从上一工步转到下一工 步。 对于顺序控制可用多种方法进行编程，用移位寄存器也很 容易实现这种控制功能，转换的条件有各行程开关，光电开关及 定时器的状态来决定。 为了保证运行的可靠性，在执行夹紧和放松动作时，分别 用定时器 T37 和定时 T38 作为转换的条件，并采用具有

39、保持功能 的继电器（Mo.x）为夹紧电磁阀线圈供电，其工作过程分析如下： 机构处于原位，上限位和左限位行程开关闭合， I0.2、I0.4 接通，移位寄存器首位 m1.0 置“1” ，Q0.6 输出原位 显示，机构当前处于原位。 按下启动按钮，I0.0 接通，产生位移信号，使移位寄 存器右移一位，m1.1 置“1” （同时 m1.0 恢复为 0） ，m1.1 得电， Q0.1 输出下降信号。 下降至下限位，下限位开关受压，I0.1 接通，移位寄 存器右移一位，使 m1.2 置“1” （其余为 0） ，Q0.2 接通，夹紧动 作开始，同时 T37 接通，定时器开始计时。 经过延时（与设定 K 值有

40、关） ，T37 触点接通，移位寄 第五章 设计 PLC 程序画出梯形图 25 存器又右移一位，使 m1.3 置“1” （其系为 0） ，Q0.3 接通，机构 上升。由于 m1.2 为 1，因此夹紧动作继续执行。 上升至上限位，上限位开关受压，I0.2 闭合，移位寄 存器右移一位，m1.4 置“1” （其系为 0） ，Q0.4 接通，机构右行。 右行至右限位，I0.3 接通，将移位寄存器中“1”移到 m1.5，Q0.1 得电，机构再次下降。 下降至下限位，下限位开关受压，移位寄存器又右移一 位，使 m1.6 置“1” （其系为 0） ，Q0.2 复位，机构放松，放下搬 运零件同时接通 T38 定

41、时器，定时器开始计时。 延时时间到，T38 常开点闭合，移位寄存器移位，m1.7 置“1” （其系为 0） ，Q0.3 再次得电上升。 上升至上限位，上限位开关受压，I0.2 闭合，移位寄 存器右移一位，m2.0 置“1” （其系为 0）传送带 A 运动，Q0.5 置“1” ，机构左行。 左行至原位后，左限位开关受压，I0.4 接通，移位寄 存器右移一位，m2.1 置“1” （其系为 0） ，传送带 A 运动。 传送带 A 运动，直到 SP，光电开关检测到有工件后，线 圈得电，常开触上闭合，移位寄存器仍右移一位。一个自动循环 结束。 自动操作程序中包含了单周或连续运动，程序执行单周或 连续取决

42、于工作方式选择开关。当选择连续方式时 I1.2 使 m0.0 置“1” ，当机构回到原位时，移位寄存器自动复侠，并使 m1.0 为“1” ，同时 I1.2 闭合，又获得一个移位信号，机构按顺序反 复执行；当选择单周期操作方式时，I1.1 使 m0.0 为“0” ；当机 构回到原位时，按下启动按钮，机构自动动作一个运动周期后停 止在原位。自动操作的梯形图程序如图 5-3 所示。单步动作时每 第五章 设计 PLC 程序画出梯形图 26 按一次启动按钮，机构按动作顺序向前步进一步。控制逻辑与自 动操作基本一致。所以只需在自动操作梯形图上添加步进控制逻 辑。 第五章 设计 PLC 程序画出梯形图 27

43、 总结 28 总总 结结 机械手的控制对于很多场合需求很大，不论是机床使用的 小型系统还是流水线上的这类设备，其基本动作要求类似，所以 控制的实现也可以相互借鉴。 对于控制程序的编写，这里给出的只是一种实现手段，使 用可编程控制器还有其他的方法可以实现这样的控制，针对所使 用的具体系统的情况，设计人员可以选择使用不同的方法来进行 程序编写。 参考文献 29 参考文献参考文献 1 史国生主编. 电气控制与可编程控制器技术.北京:化学工业 出版社.2004 2 王永华.现代电气及可编程控制技术. 北京:北京航空航天大 学出版社.2002 3 邓则名.电器与可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版 社.1997 4 徐世许.可编程序控制器原理应用网络.合肥:中国科学技术 大学出版社.2001 5 王泽元.可编程序控制器实验指导书.长春:自编实验指导书. 2010