基于PLC的工业机械手控制设计样本.doc
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1、基于PLC工业机械手控制设计专业:数控设备应用与维护 姓名:向勇利指引教师:尹存涛摘要:在当今大规模制造业中,公司为提高生产效率,保障产品质量,普遍注重生产过程自动化限度,工业机器人作为自动化生产线上重要成员,逐渐被公司所认同并采用。工业机器人技术水平和应用限度在一定限度上反映了一种国家工业自动化水平,当前,工业机器人重要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大工作,工作方式普通采用示教再现方式。机械手是模仿着人手部某些动作,按照给定程序、轨迹和规定通过PLC系统控制实现自动抓取、搬运或操作自动机械装置。核心词:工业机械手;控制;PLC目 录第1章 PLC简介11.1 PLC定义
2、11.2 PLC由来及发展21.3 PLC特点及用途31.4 PLC重要技术指标41.5总体控制系统框图15第2章 工业机械手简介162.1机械手定义与分类162.2机械手应用及构成构造162.3机械手发展趋势182.4机械手工程应用182.5机械手设计规定及意义19第3章 机械手设计方案213.1构造示意图213.2机械手动作顺序223.3 PLC选型及IO接线图243.4 PLC IO地址分派表25第4章 机械手PLC设计264.1自动控制程序梯形图及阐明264.2手动控制程序梯形图及阐明29结束语31致 谢33参照文献34第1章 PLC简介1.1 PLC定义可编程控制器(Programm
3、able Logic Controller)简称PLC,它具备了模仿量控制、过程控制以及远程通信等强大功能,因此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PC,为了避免混淆,将用于逻辑控制可编程控制叫做PLC(Programmable Logic Controller).PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计数字运算操作电子装置,它其实就是一台计算机,它采用可以编制程序存储器,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指令,它以接入式CPU为核心,通过数字
4、式或模仿式输入和输出,控制各种类型机械或生产过程。PLC及其关于外围设备,都是很容易与工业控制系统形成一种整体,容易扩展其功能。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,工业环境普通办公环境有较大区别。由于PLC特殊构造,使它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温度变化激烈环境下正常工作。为了能控制机械或生产过程,它要能很容易与工业控制系统形成一种整体,这些都是个人计算机无法比拟。可编程控制器是一种通用工业控制计算机。它能控制各种类型工业设备及生产过程。它功能可以很容易地扩展,它程序是可以依照控制对象不同,让使用者来编制。也就是说,可编程控制器较其此前工业控制计算机,如单片机
5、工业控制系统,具备更大灵活性,它可以以便地应用在各种场合。通过以上定义还可以理解到,相对普通意义上计算机,可编程控制器不但具备计算机内核,它还配备了许多使其合用于工业控制器件。它实质上是通过一次开发工业控制计算机。从另一种方面来说,它是一种通用机,通过二次开发,它可以在任何详细工业设备上使用。它在很大限度上使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,安装接线简朴等众多长处,可编程控制器在短短30年中获得了突飞猛进发展,在工业控制领域获得了非常广泛应用。1.2 PLC由来及发展1
6、969年,美国数字设备公司(DEC)研制出第一台可编程序控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC),在美国通用汽车公司自动装配线上使用,获得了巨大成功。20世纪70年代初浮现了微解决器。人们不久将其引入可编程控制器,使PLC增长了运算、数据传送及解决等功能,成为真正具备计算机特性工业控制装置。为了以便熟悉继电器、接触器系统工程技术人员使用,可编程控制器采用和继电器电路图类似梯形图作为重要编程语言,并将参加运算及解决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产物。20世纪70年代中末期,可编程控制器进入了实用化发
7、展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了奔腾。更高运算速度、超小型体积、更可靠工业抗干扰设计、模仿量运算、PID功能及极高性价比奠定了它在当代工业中地位。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应用。例如,在世界第一台可编程控制器诞生地美国,1982年记录数字显示,大量应用可编程控制器工业厂家占美国重点工业行业厂家总数82%,可编程控制器应用数量已位于众多工业自控设备之首。这个时期可编程控制器发展特点是大规模、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。这个阶段另一种特点是世界上生产可编程控制器国家日益增多,产量日益上升。许多可编程控制
8、器生产厂家已闻名于全世界。20世纪末期,可编程控制器发展特点是更加适应于当代工业控制需要。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,诞生了各种各样特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样控制场合;从产品配套能力来说,生产了各种人机界面单元,通讯单元,使应用可编程控制器工业控制设备配套更加容易。当前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域应用都到了长足发展。1.3 PLC特点及用途 1.3.1 PLC具备如下几种重要特点一、可靠性高、抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备非常核心性能。PLC由于采用大规模集成电路技术、严格生产工艺,内部电路
9、采用了输入输出信号光电隔离、滤波、电源屏蔽、稳压和保护、故障诊断等先进抗干扰技术,具备很高可靠性,它能在高粉尘、高噪音、强电磁干扰和温暖变化激烈环境下正常工作。PLC平均无端障时间可高达510万小时以上。从PLC机外电路来说,PLC构成控制系统,和同等规模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,故障率也就大大减少。二、功能完善、应用领域广到当前为止PLC已经形成各种规模、系列化产品。可以用于各种规模工业控制场合,并能完毕决大多数工业控制任务。PLC所具备完善数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC功能单元大量涌现,PLC通讯能力增强及人机界面技术发展,使用P
10、LC构成各种控制系统变非常容易。三、编程简朴,易学易用PLC采用和继电器电路图接近梯形图语言,只用少量开关量逻辑控制指令就可以以便地实现继电器电路功能。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人使用计算机从事工业控制提供了以便。四、系统安装简朴、体积小、价格低PLC在存储逻辑代替接线逻辑、采用模块化构造,大大地减少了控制设备外部接线,使控制系统设计及建设周期大大缩短了。当代集成电路技术广泛应用,功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化抱负控制设备。使得PLC重量越来
11、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状况下,PLC价格也越来越低。1.3.2 可编程控制器应用领域PLC在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运送、环保及文化娱乐等各个行业应用也越来越广泛,重要可以归纳为如下几类:一、开关量逻辑控制可编程控制器可实现逻辑控制、顺序控制,也可用于单台设备控制,又可用于多机群控制及自动化流水线。二、模仿量控制在工业生产过程中,有许多持续变化量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模仿量。为了使可编程控制器解决模仿量,必要实现模仿量(Analog)和数字量(Digital)之间A/D转换及D/A转换。三、运动控制PLC可以用于圆
12、周运动或直线运动控制。从控制机构配备来说,初期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,当前普通使用专用运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机单轴或多轴位置控制模块。四、过程控制过程控制是指对持续变化量进行控制。如对温度、压力、流量等模仿量闭环控制。作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样控制算法程序,完毕闭环控制。当前已广泛应用于冶金、化工、热解决、锅炉控制等场合。1.4 PLC重要技术指标PLC性能指标较多,重要简介与构成PLC控制系统关系较直接几种。1.4.1 编程元件、语言及指令功能顾客PLC程序可以用梯形图语言、指令标语言、功能块图编写,梯形图语言在PLC中较为常用,梯形图语
13、言普通在计算机屏幕上编辑,使用起来简朴以便。当前功能图语言使用有上升趋势。编程语言中尚有一种内容是指令功能。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。一条综合性指令普通就能完毕一项专门操作。顾客编制程序完毕控制任务,取决于PLC指令多少,指令功能越多,编程越简朴和以便,完毕一定控制任务越容易。一、编程元件PLC是采用软件编制程序来实现控制规定。编程时要使用到各种编程元件,它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定期器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能继电器等。PLC内部这些继电器作用和继电接触控制系统中使用继电器
14、十分相似,也有“线囤”与“触点”,但它们不是“硬”继电器,而是PLC存储器存储单元。当写入该单元逻辑状态为“1”时,则表达相应继电器线圈得电,其动合触点闭合,动断触点断开。因此,内部这些继电器称之为“软”继电器。二、编程语言所谓程序编制,就是顾客依照控制对象规定,运用PLC厂家提供程序编制语言,将一种控制规定描述出来过程。PLC最惯用编程语言是梯形图语言和指令语句表语言,且两者经常联合使用。(一)梯形图梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来图形语言。它是借助类似于继电器动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号,依照控制规定联接而成表达PLC输入和输出之间逻辑关系图形,直6观易懂。梯形图中
15、惯用图形号分别表达PLC编程元件动断和动舍接点;表达它们线圈。梯形图中编程元件种类用图形符号及标注字母或数加以区别。梯形圈设计应注意如下三点: 1、梯形图按从左到右、自上而下顺序排列。每一逻辑行(或称梯级)起始于左母线,然后是触点串、并联接,最后是线圈与右母线相联2、梯形图中每个梯级流过6勺不是物理电流,而是“概念电流竹,从左流向右,其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述顾客程序执行中应满足线圈接通条件。3、输入继电器用于接受外部输入信号,而不能由PLC内部其他继电器触点来驱动。因而,梯形图中只浮现输入继电器触点,而不浮现其线圈。输出继电器则输出程序执行成果给外部输心设备,当梯形图
16、中输出继电器线圈得电时,就有信号输出,但不是直接驱动输出设备,而要通过输出接口继电器,晶体管或晶闸管才干实现。输出继电器触点也可供内部编程使用。(二)指令语句表指令语句表是一种用指令助记符采编制PLC程序语言,它类似于计算机汇编语言,但比汇编语言易懂易学,若干条指令构成程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三某些构成。基本位操作指令 所谓基本位逻辑指令是指指令操作数为“位”一类指令。它涉及位加载指令(LD/LDN)、触点串联指令(A/AN)、触点并联指令(O/ON)、块串联指令(ALD)、块并联指令(OLD)以及输出指令(=)、堆栈指令(LPS、LRD、LPP)、置位/
17、复位指令(S/R)、正/负脉冲指令(P/N)、空操作指令(NOP)等。 1位加载指令、输出指令 位加载指令(LD/LDN)、输出指令(=)能构成最基本、最简朴控制。 LD(LOAD):位加载指令,相应梯形图从左侧母线开始,连接常开触点; LDN(LOAD NOT):位取用指令,相应梯形图从左侧母线开始,连接常闭触点; =(OUT):线圈置“1”,输出。 位加载指令(LD/LDN)用于与左母线连接常开触点(LD)、常闭触点(LDN)。它相称于继电器控制电路与电源连接触点。输出指令(=)用于普通线圈输出,相称于继电器控制电路普通线圈。 【例1】位加载指令(LD/LDN)、输出指令(=)使用实例,如
18、图1.1所示。 程序运营成果:实现Q0.0点动控制。即:按钮SB接PLCI0.0端子,Q0.0如接一接触器并控制电动机电源,则按下SB电动机运营,松开按钮SB电动机停止运营。 图1.1 加载好输出指令使用示例 2触点串联指令、触点并联指令、块串联指令、块并联指令 触点串联指令(A/AN)、触点并联指令(O/ON)、块串联指令(ALD)、块并联指令(OLD)与位取用指令(LD/LDN)、输出指令(=)一起习惯称为位基本指令。 A(AND):“与”操作指令,用于常开触点串联; AN(AND NOT):“与”操作指令,用于常闭触点串联; O(OR):“或”操作指令,用于常开触点并联; ON(OR N
19、OT):“或”操作指令,用于常闭触点并联。 触点串联指令(A/AN)用于单个触点串联。当单个触点与前面触点或支路串联时,使用触点串联指令(A/AN)。 触点并联指令(O/ON)用于单个触点并联。当单个触点与上面触点或支路并联时,使用触点并联指令(O/ON)。 3块串联指令、块并联指令 块串联指令(ALD)、块并联指令(OLD)用于支路串联和并联。 ALD:用于支路与前面支路或触点串联; 如图1.2所示图1.2 长动控制停止按钮接常闭梯形图 OLD:用于支路与上面支路或触点并联。 它们为无操作元件指令,又习惯称为无器件编号独立指令。这种无操作元件指令只用于表达某些程序间关系等。 【例2】块串联指
20、令(ALD)、块并联指令(OLD)使用示例,如图1.3所示。 图1.3 ALD、OLD使用示例 需要注意是,在串并联支路起点(第一种触点),在语句表编程时,要使用LD/LDN指令,如图1.3中网络1M0.0触点,网络2T37触点。这是LD/LDN指令语句表编程另一惯用之处。 4栈操作指令 栈操作指令涉及进栈(LPS)、读栈(LRD)、出栈(又称弹栈)指令(LPP)。 LPS(Logic Push):逻辑堆栈进栈操作指令; LRD(Logic Read):逻辑堆栈读栈操作指令; LPP(Logic Pop):逻辑堆栈出栈操作指令。 S7-200采用模仿栈构造,用来存储逻辑运算成果以及保存断点地址
21、,因此其操作又称为逻辑栈操作。在此,仅讨论断点保护功能栈操作概念。堆栈操作时将断点地址压入栈区,栈区内容自动下移(栈底内容丢失)。读栈操作时将存储器栈区顶部内容读入程序地址指针寄存器,栈区内容保持不变。弹栈操作时,栈内容依次按照后进先出原则弹出,将栈顶部内容弹入程序地址指针寄存器,栈内容依次上移。栈操作指令对栈区影响如图1.4所示。 图1.4栈操作过程示意 图1.5线圈输出三种形式 网络1:并联输出 网络2:持续输出 网络3:复合输出 栈操作指令用于复合输出语句表编程。关于复合输出等几种线圈输出形式及其语句表如图1.5所示。栈操作指令均为无操作元件指令。各种输出方式编程如下: 网络1 网络3
22、LD I0.0 LD I0.0 = Q0.0 LPS = Q0.1 A I0.1 = Q0.2 = Q0.0 网络2 LRD LD I0.0 A I0.2 = Q0.0 = Q0.1 A I0.1 LPP = Q0.1 A I0.3 A I0.2 = Q0.2 = Q0.2 【例3】栈操作指令示例,如图1.6所示。 逻辑堆栈指令(LPS)可以嵌套使用,最多可以嵌套9层。为保证程序地址指针不发生错误,进栈和弹栈指令必要成对使用,最后一次读栈应使用弹栈指令。 图1.6栈操作指令示例基本位操作指令是PLC控制系统设计编程基本,应当纯熟掌握和运用,为了便于使用,现将基本位操作指令作用汇总于表1.7中。
23、 表1.7基本位操作指令 指令名称STLLAD作 用加载常开LD与左母线相连、以及串并联支路第一种常开触点加载常闭LDN与左母线相连、以及串并联支路第一种常闭触点常开串联A单个常开触点与其她触点或支路串联常闭串联AN单个常闭触点与其她触点或支路串联常开并联O单个常开触点与其她触点或支路并联常闭并联ON单个常闭触点与其她触点或支路并联块串联ALD支路与前面支路或触点串联块并联OLD支路与上面支路或触点并联线圈输出=普通线圈输出,如Q、M进栈LPS复合输出进栈读栈LRD复合输出读栈出栈LPP复合输出出栈5置位/复位指令 图1.8 置位/复位指令梯形图格式 普通线圈获得能量流时,线圈得电(存储器置“
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