PLC控制机械手设计文档推荐

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1、邵阳学院课程设计 论文 任务书 年级专业 2006 机械类 机 电 一 体 化方向 学生姓名学号 题目名称机械臂的PLC控制设计时间15 周 17 周 课程名称机电一体化课程设计课程编号设计地点A806 一 课程设计 论文 目的 1 培养学生理论联系实际的设计思想 训练学生综合应用所学的基础知识进行分析和解决工程实际问 题的能力 2 使学生掌握一般机械设计的程序和方法 树立正确的设计思想 培养独立 全面 科学的设计能力 3 培养学生查阅和使用标准 规范 手册 图册 及相关技术资料的能力及计算 绘图 数据处理等 方面的能力 二 任务和要求 收集 研究与本课题有关的资料 全面研究 熟悉掌握与本课题

2、有关的基础知识如机电控制原理 机电拖动基础 电子技术 单片机基础 网上 图书馆查阅国内外有关直流电机控制 信息处理的技术前言和动态 制定整体方案 画出电路原理图并写出相关程序 撰写格式 内容符合规范要求 不少于7000 字的设计说明书一份 三 参考资料和现有基础条件 包括实验室 主要仪器设备等 电气实验室 校办工厂的设备 单片机基础教科书 电机与拖动教科书 网络资料 四 课程设计进度安排 2009 年 11 月 6 日到 2009 年 11 月 10 日 查阅资料为课程设计做准备 2009 年 11 日到 2009 年 11 月 15 日 查阅资料进行方案论证 2009 年 11 月 16 日

3、到 2009 年 11 月 20 日 进行方案设计 2009 年 11 月 21 日到 2009 年 11 月 24 日 设计制作及课程写作 2009 年 11 月 25 到 2009 年 11 月 28 日 完成全部课程设计 六 教研室审批意见 教研室主任 签字 年月日 七 主管教学主任意见 主管主任 签字 年月日 八 备注 指导教师 签字 学生 签字 注 1 此表由指导教师填写 经系 教研室审批 指导教师 学生签字后生效 2 此表 1 式 3 份 学生 指导教师 教研室各1 份 目 录 设计任务书 1 目录 4 前言 5 1 PLC简介 6 PLC发展 6 PLC基本结构 8 PLC工作原

4、理 12 2 气动机械臂的PLC控制 15 控制特点 15 系统控制示意图 16 输入和输出点分配表及原理接线图 16 操作系统 17 回原位程序 18 手动单步操作程序 19 自动操作程序 20 机械臂传送系统梯形图 20 指令语句表 22 8 设计小结 23 参考文献 24 前言 可编程序控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 是在继电 顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制 装置 随着电子技术和计算机技术的迅猛发展 PLC 的功能也越来越强 大 更多地具有计算机的功能 所以又简称PC PROGRAMMABLE CONTRO

5、LLER 但是为了不和PERSONAL COMPUTER混淆 仍习惯称为 PLC 目前 PLC已经在智能化 网络化方面取得了很好的发展 并且现今 已出现 SOFTPLC 更是 PLC领域无限的发展前景 本文主要通过气动机 械臂的 PLC控制来介绍 PLC的具体应用 让我们更熟悉PLC 为今后学 习打下基础 PLC简介 可编程控制器 简称PLC 是一种数字运算操作的电子系统 专为在 工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储 程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指 令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 PLC发展历史 20 世

6、纪 60 年代末期 美国汽车制造工业竞争激烈 为了适应生产工艺 不断更新的需要 在1968 年美国通用汽车公司 GM 首先公开招标 对控制系统提出的具体要求基本为 a 它的继电控制系统设计周期短 更改容易 接线简单成本低 b 它能把计算机的功能和继电器控制系统 结合起来 但编程要比计算机简单易学 操作方便 c 系统通用性强 1969 年美国数字设备公司 DEC 根据上述要求 研制出世界上第一台 PLC 并在 GM 公司汽车生产线上首次试用成功 实现了生产的自动化 其后日本 德国等相继引入 可编程序控制器迅速发展起来 但是主要 应用于顺序控制 只能进行逻辑运算 故称为可编程逻辑控制器 简称 PL

7、C 其定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工 业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程 序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 可编程 控制器及其有关外部设备 都按易于与工业控制系统联成一个整体 易 于扩充其功能的原则设计 基本结构 PLC 可编程序控制器实施控制 其实质就是按一定算法进行输入输出变换 并将这个变换与以物理实现 输入输出变换 物理实现可以说是PLC实 施控制的两个基本点 同时物理实现也是PLC与普通微机相区别之处 其需要考虑实际控制的需要 应能排除干扰信号

8、适应于工业现场 输出 应放大到工业控制的水平 能为实际控制系统方便使用 所以PLC采用 了典型的计算机结构 主要是由微处理器 CPU 存储器 RAM ROM 输入输出接口 I O 电路 通信接口及电源组成 PLC的基本结构如下 图所示 1 2 1中央处理单元 CPU 中央处理单元 CPU 是 PLC的控制核心 它按照PLC系统程序赋予的功 能 a 接收并存储从用户程序和数据 b 检查电源 存储器 I O 以及警 戒定时器的状态 并能诊断用户程序中的语法错误 当 PLC投入运行时 首先它以扫描的方式采集现场各输入装置的状态和数据 并分别存入 I O 映象寄存区 然后从用户程序存储器中逐条读取用户

9、程序 经过命令解 释后按指令的规定执行逻辑或算数运算并将结果送入I O 映象寄存区或 数据寄存器内 等所有的用户程序执行完毕之后 最后将I O 映象寄存 区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置 如此循 环直到停止运行 为了进一步提高 PLC的可靠性 近年来对大型 PLC还 采用双 CPU构成冗余系统 或采用三CPU的表决式系统 这样 即使某 个 CPU出现故障 整个系统仍能正常运行 1 2 2 存储器 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器 存放 系统软件 包括监控程序 模块化应用功能子程序 命令解释程序 故 障诊断程序及其各种管理程序 的存储器称为系统程序存

10、储器 存放用 户程序 用户程序存和数据 的存储器称为用户程序存储器 所以又分 为用户存储器和数据存储器两部分 PLC常用的存储器类型 1 RAM Random Assess Memory 这是一种读 写存储器 随机存储 器 其存取速度最快 由锂电池支持 2 EPROM Erasable Programmable Read Only Memory 这是一种可擦 除的只读存储器 在断电情况下 存储器内的所有内容保持不变 在紫 外线连续照射下可擦除存储器内容 3 EEPROM Electrical Erasable Programmable Read Only Memory 这是一 种电可擦除的只读

11、存储器 使用编程器就能很容易地对其所存储的内容 进行修改 PLC存储空间的分配 虽然各种PLC的 CPU的最大寻址空间各不相同 但是根据 PLC的工作原理 其存储空间一般包括以下三个区域 1 系统程序存储区 2 系统 RAM存储区 包括 I O 映象寄存区和系统软设备等 3 用户程序存储区 系统程序存储区 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的 系统程序 包括监控程序 管理程序 命令解释程序 功能子程序 系 统诊断子程序等 由制造厂商将其固化在EPROM中 用户不能直接存 取 它和硬件一起决定了该PLC的性能 系统 RAM 存储区 系统RAM 存储区包括 I O 映象寄存区以及各类软元

12、 件 如 逻辑线圈 数据寄存器 计时器 计数器 变址寄存器 累加 器等存储器 1 I O 映象寄存区 由于PLC投入运行后 只是在输入采样阶段才依 次读入各输入状态和数据 在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至 相应的外设 因此 它需要一定数量的存储单元 RAM 以存放 I O 的状态 和数据 这些单元称作 I O 映象寄存区 一个开关量 I O 占用存储单元中 的一个位 一个模拟量 I O 占用存储单元中的一个字 因此整个 I O 映象 寄存区可看作两个部分组成 开关量 I O 映象寄存区 模拟量 I O 映象寄 存区 2 系统软元件存储区 除了 I O 映象寄存区区以外 系统RAM存储 区

13、还包括 PLC内部各类软元件 逻辑线圈 计时器 计数器 数据寄存 器和累加器等 的存储区 该存储区又分为具有失电保持的存储区域和 失电不保持的存储区域 前者在PLC断电时 由内部的锂电池供电 数 据不会丢失 后者当PLC断电时 数据被清零 3 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序 不 同类型的PLC 其存储容量各不相同 1 2 3 输入接口电路 输入输出信号有开关量 模拟量 数字量三种 在我们实习室涉及到的 信号当中 开关量最普遍 也是实验条件所限 在次我们主要介绍开关 量接口电路 可编程序控制器优点之一是抗干扰能力强 这也是其I O 设计的优点之 处 经过了电气隔离后 信号才

14、送入 CPU执行的 防止现场的强电干扰进 入 如下图就是采用光电耦合器 一般采用反光二极管和光电三极管组成 的开关量输入接口电路 1 2 4 输出接口电路 可编程序控制器的输出有 继电器输出 M 晶体管输出 T 晶闸管输出 SSR 三种输出形式 输出接口电路的隔离方式 输出接口电路的主要技术参数 a 响应时间响应时间是指 PLC从 ON状态转变成 OFF状态或从 OFF状 态转变成 ON状态所需要的时间 继电器输出型响应时间平均约为10ms 晶闸管输出型响应时间为1ms 以下 晶体管输出型在以下为最快 b 输出电流继电器输出型具有较大的输出电流 AC250V以下的电路 电压可驱动纯电阻负载2A

15、 1 点 感性负载 80VA以下 AC100V或 AC200V 及灯负载 100W 以下 AC100V 或 200V 的负载 Y0 Y1以外每输出 1 点的输出电流是 0 5A 但是由于温度上升的原因 每输出4 合计为 0 8A 的电流 输出晶体管的ON 电压约为 因此驱动半导体元件时 请注意 元件的输入电压特性 Y0 Y1每输出 1 点的输出电流是 0 3A 但是对 Y0 Y1使用定位指令时需要高速响应 因此使用 10 100mA 的输出电流 晶 闸管输出电流也比较小 FX1S无晶闸管输出型 c 开路漏电流开路漏电流是指输出处于OFF状态时 输出回路中的电 流 继电器输出型输出接点OFF是无

16、漏电流 晶体管输出型漏电流在以 下 晶闸管较大漏电流 主要由内部 RC电路引起 需在设计系统时注意 输出公共端 COM 公共端与输出各组之间形成回路 从而驱动负载 FX1S有 1 点或 4 点一个公共端输出型 因此各公共端单元可以驱动不同 电源电压系统的负载 1 2 5 电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用 如果没有一个良好的 可靠得电源系统是无法正常工作的 因此PLC的制造商对电源的设计和 制造也十分重视 一般交流电压波动在 10 15 范围内 可以不采取 其它措施而将 PLC直接连接到交流电网上去 如FX1S额定电压 AC100V 240V 而电压允许范围在AC85V 264V 之间 允许瞬时停电在10ms 以下 能继续工作 一般小型 PLC的电源输出分为两部分 一部分供PLC内部电路工作 一 部分向外提供给现场传感器等的工作电源 因此 PLC对电源的基本要求 能有效地控制 消除电网电源带来的各种干扰 电源发生故障不会导致其它部分产生故障 允许较宽的电压范围 电源本身的功耗低 发热量小 内部电源与外部电源完全隔离 有较强的自保护功能 PLC的工作原理 由于 PLC以微