PLC控制机械手设计

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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周一17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1、收集、研究与本课题有关的资料2、全面研究、熟悉掌握与本课题有关的基础

2、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。3、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日到2009年11月20日：进行方案设计。.2009年11

3、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51、PLC 简介61.1 PLC发展61.2 PLC基本结构 81.3 PLC工作原理122、气动机械臂的PLC控制152.1控制特点152.2系统控制示意图162.3输入和输出点分配表及原理接线

4、图162.4操作系统172.5回原位程序182.6手动单步操作程序192.7自动操作程序202.8机械臂传送系统梯形图202.9指令语句表22&设计小结23参考文献 24、八前言可编程序控制器(ProgrammableLogic 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 CONTROLLER ),但是为了不和PERSONAL COMPUTER混淆，仍习惯 称为PLC。目前PLC已

5、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。1 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。1.1 PLC发展历史20世纪 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

6、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 PLC。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

7、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。1.2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

8、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:中央处理单元（CPU）输胳I系擁序存储器电源中央处理单元（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程序， 经过命令解释后按

9、指令的规定执行逻辑或算数运算并将结果送入I/O映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。 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储器；存放 用户程序（用户程序存和数据）

10、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 Memor）y 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 Meme这） 是一种电可擦除的只读存储器。使用编

11、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

12、象寄存区以及各类 软元件，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

13、外，系统 RAM 存储区还包括 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

14、，经过了电气隔离后，信号才送入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：CC用户电溥光耦A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。（1）输出接口电路的隔离方式（2） 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0.2ms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，

15、AC250V以下的电路电压可驱动纯电阻负载 2A/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1.5V,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 是无漏电流；晶体管输出型漏电流 在0.1mA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。电源PLC 的电源在整个系统中