机电一体化毕业论文利用PLC实现对坐标式机械手的控制.doc
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1、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: 刘文倩 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 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
2、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
3、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:工业,PLC,机械手,电气接线图,电磁阀,中间继电器目 录第一章 PLC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 P
4、LC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 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 -第四章 工艺过程- 10 -第五章 操作面板布置- 11 -第六章 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 梯形图及指令表- 16 -7.1 梯形图- 16 -7.2 指令表- 18 -第八章 PLC
5、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 课程设计总结以及体会- 20 -参考文献- 21 -致 谢- 22 -第一章 PLC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
6、与个人计算机(Personal 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
7、电器电路,实现逻辑控制、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。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/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的
8、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。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
9、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。第二章 PLC的结构及原理2.1 PLC的分类 1、按PLC
10、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。 驱动中央处理单元CP U板接口部件输出输 入 接 口 部 件PLC的基本结构框图如
11、下: 接受 现场信号受控元件电 源 部 件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,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
12、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
13、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:地址指令变量0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END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
14、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 OUT(输出) 线圈驱动 Y,M,T,C,S,F LD与LDI指令用于与母线相连的接点,此外还可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。 地址 指令 数据 0000 LD X000 0001 OUT Y000 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,
15、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,这两个指令可连续使用。 OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。地址指令数据0002LDX0010003ANDIX0020004ORX0030005OUTY001 3、电路块的并联和串联指令(ORB、ANB) 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 含有两个以上触点串联连
16、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
17、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指令,最多使用7次。地址指令数据0000LDX0000001ORX0010002LDX0020003ANDX0030004LDIX0040005ANDX0050006ORX00600087ORB0008ANB0009ORX0030010OUTY0064、程序结束指令(END) 符号(名称) 功 能 梯形图表示 操作元件 END(结束) 程序结束 END 无 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
18、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,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。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搬至位置B 机械手整个搬运过程要求都能自动控制。在启动过程中能切换到手动控制机自动控制或半自动控制(又称单周期控制),以便对设备进行调整和检修。图2是机械手控制
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