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1、金华职业学院毕业设计说明书（ 2008 届）设计（论文）题目 基于PLC的机械手控制的设计 办 学 点 （系） 金华职业学院 专 业 电气技术 班级 08电气 学号 087051276 学生姓名 保密 起讫日期 2008年09月01日至2012年6月18日 地点 校内 指导教师 保密 职称 讲师 2012年 3月 5日金华职业学院教务处制目 录摘 要1第一章 引言2第二章 PLC相关概念32.1 PLC的简介与定义32.2 PLC的基本构成32.2.1中央处理单元CPU是PLC系统的核心32.2.2存储器存储器分系统程序存储器和用户程序存储器两部分42.2.3输入/输出部件42.2.4编程工具
2、52.3 PLC的特点52.4 PLC的功能62.5 PLC的应用领域62.5.1开关量的逻辑控制62.5.2模拟量控制62.5.3运动控制72.5.4过程控制72.5.5数据处理72.6 PLC的发展过程及趋势72.7小结9第三章 PLC的系统设计103.1 PLC控制系统设计的基本原则103.2 PLC控制系统设计的基本内容和一般步骤103.2.1 PLC控制系统设计的基本内容103.2.2 PLC控制系统设计的一般步骤113.2.3 PLC程序设计的步骤与内容113.3 PLC机型的选择113.3.1规模要适当123.3.2功能要相当，结构要合理123.3.3输入、输出功能及负载能力的选
3、择123.3.4使用环境条件12第四章 PLC的机械手设计144.1工业机械手的简介144.2机械手的硬件设计144.2.1机械手的动作流程图154.2.2控制电机的选择154.2.3光电开关的简介与选择164.2.4光电编码器的简介与选择174.2.5同步带的选择174.2.6报警系统174.3机械手的控制系统174.4 PLC机械手的工艺过程和控制要求184.5 PLC机械手的程序设计194.5.1输入输出端子地址分配194.5.2机械手PLC控制的SFC图及分段程序214.5.3 机械手系统设计的PLC总指令表及其注释284.6 小结32第五章 PLC机械手系统的组态王演示335.1 仿
4、真软件-组态王6.5简介335.2简要介绍机械手搬运系统演示动画的制作335.3 对机械手的模拟演示345.4机械手系统演示的动画软件包与命令语言程序（附件）345.5小结34结 论35致 谢36参考文献364摘 要本文主要讲述机械手系统针对生产线自动化过程的设计方案。文中遵循理论和实际相结合的原则，在PLC的控制规律下进行机械手的检测与程序设计，由浅入深地介绍整个机械手系统设计过程及各工程实现。并按设计要求对机械手进行动画演示。全文分为五章节。第一章介绍机械手的应用范围和功能意义。第二章主要讲述PLC的一些相关概念。第三章讲述了PLC控制系统设计的基本原则、主要内容、一般步骤等。第四章主要讲
5、述机械手的控制系统，设计的核心部分PLC的程序设计，当中有输入输出点所指的内容介绍，梯形图（SFC图）和指令表。第五章是演示动画模拟软件组态王6.5的简介及机械手的动画演示。关键词 机械手控制系统 PLC控制 程序设计 梯形（SFC）图第一章 引言机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械手可以完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。应用PLC控制机械手实现各种规定的工序动作，可以简化控制线路，节省成本，提高劳动生产率。在市场经济的刺激下，许多商家为了取得更大的利益，不断要求要提高生产效率，所以需要把PLC机械手设计得更加完善、更加有效率、更加安全和耐用。本设计为
6、平面关节型机械手系统设计，共分为五章：第一章引言部分，简单介绍现在我国机械手的状况。第二章PLC的一些相关概念，内容包括PLC的定义，主要特点，以及其应用范围和发展趋势。第三章介绍PLC的系统设计，内容包括PLC设计的基本原则，主要内容及一般步骤，PLC机型的选择。第四章PLC机械手的设计内容。第五章介绍系统组态王演示，主要是仿真软件-组态王6.5的简介及机械手动作动画的演示。在设计时充分考虑到PLC机械手的特点和要求，充分注意到了在生产过程中遇到突发性事件时，系统应作出的动作，各个环节都可以独立出来运行进行调试，做到安全生产，把生产中有可能遇到的危险减到最低。本设计在设计和写论文时得到了指导
7、老师张老师的指导，他耐心地，详尽地讲述了PLC机械手系统的每一个环节，和现代PLC机械手系统的要求，使机械手系统设计和论文得以顺利完成。由于我们的水平有限，设计和论文中难免存在不当之处，恳请各位老师批评指正。第二章 PLC相关概念2.1 PLC的简介与定义可编程控制器(Programmable Controller)是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种工业控制器。其早期称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Cotroller)，简称PLC1。世界上第一台可编程控制器是1969年由美国数字设备公司(DEC)为美国通用汽车自动装配线而研制的，主要用于替代传
8、统的继电器逻辑控制。随着微电子技术的迅猛发展，PLC的功能不断增强，从最初的逻辑运算发展到能实现过程控制、智能控制及网络通讯等的多功能控制器，因此普遍改称为可编程控制器。但为避免与个人计算机PC相混淆，所以仍简称为PLC。1987年国际电工委员会(IEC 1131-1)对PLC的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，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、定时、计数与算术运算等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/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的外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能
9、的原则设计。” PLC具有通用灵活、抗干扰能力强、可靠性高、易于编程、使用方便、安装简单、便于维修、体积小等特点，它的采用，大大缩短了系统的设计和调试周期。2.2 PLC的基本构成PLC以微机技术为基础，其构成基本与微型计算机相同，如图2-1所示。由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM, ROM )、输入/输出部件(I/O接口)、编程工具和外围设备等组成。2.2.1中央处理单元CPU是PLC系统的核心它按生产厂家预先编好的系统程序(操作系统)指定的功能，接收并存储用户程序和数据:诊断电源、PLC内部各电路的状态和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接收现场各输入装置的
10、状态和数据，并分别存入vo映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释器后按指令的规定执行逻辑或算术运算任务，并将逻辑或算术运算的结果送入vo映象区或数据寄存区内。在所有的用户程序执行完毕之后，最后将vo映象区的各输出状态或输出寄存器的数据传送到相应的输出装置，实现输出控制、打印或数据通讯等外部功能。图2-1 PLC的结构示意图2.2.2存储器存储器分系统程序存储器和用户程序存储器两部分PLC中常用的存储器类型有：(1)读/写存储器(随机存储器RAM)读写方便，存取速度快，但需后备电池支持。(2)紫外线可擦除的只读存储器(EPROM)断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。一般
11、用以存放系统程序以及需永久保持的用户程序。 (3)电可擦除的只读存储器(EEPROM)兼有RAM和EPROM的优点，不足之处主要有两点:必须先擦除该存储单元的内容后才能写入:执行读/写操作的次数有限，约10000次。(4)按块擦除存储器(FLASH Memory)在功能上类似于EEPROM不同之处在于:它是按块擦除的，其优点是读出的速度高，集成度高。 一般常用EPROM等存储芯片固化系统程序，用户不能够直接读取。用户程序或数据通常存放在RAM, EEPROM或FLASH Memory中，便于维修。2.2.3输入/输出部件（1）基本I/O接口。I/O是工业现场的各种设备与CPU之间传输信息的接口
12、。 输入部件是现场信号进入PLC的桥梁。该部件接收来自主令元件、检测元件的信号，主令元件是指操作台(屏)上的功能键，如启动、停止等按键。检测元件有行程开关、限位开关、传感器等。 输入有两种方式，一种是数字输入(也称开关量的输入或接点输入)，另一种是模拟量的输入(也称电平输入)，模拟量的输入要经过A/D转换才能进入PLC。为了提高PLC的抗干扰能力，输入部件的内部有光电祸合、滤波等电路。 输出部件是PLC与现场设备之间的连接部件，用以驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、指示灯等。输出的形式通常有继电器输出、晶体管输出和可控硅输出等。 (2)特殊功能模块为了满足复杂控制功需要，PLC配有多种智
13、能模块，如PID调节模块、通讯模块、步进模块以及伺服模块等。2.2.4编程工具编程工具用以将用户程序写入PLC的用户程序存储器中，它即可编制、调试程序，又可用于在线监控及故障查询。编程工具有以下两种: (1)便携式编程器带有几行液晶显示，体积小，重量轻，一般用于小型PLC的程序编制以及PLC的现场调试和监控。(2)带显示器的编程工具带显示器的编程工具由于它可以直接用梯形图、指令表或其它语言编制和监控用户程序，而且具有很强的文件管理功能，因此，目前己使用得越来越多。一般说来，带显示器的编程工具分成两类:一类是带显示器的专用编程器。另一类是由PC机加编程软件组成的编程工具。目前世界上各主要的PLC
14、生产厂商都开发了适于本公司PLC的编程软件，例如西门子公司的STEP 7-Micro/WIN 32编程软件适用于SIMATIC S7-200系列可编程控制器用户程序的编制及监控;FESTO公司开发的FST编程软件适用于该公司所有PLC的用户程序编制和监控9。 2.3 PLC的特点1、高可靠性 （1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2、丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电
