PLC控制气动机械手毕业设计

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1、PLC控制气动机械手毕业设计目录 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228、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

2、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

3、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

4、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

5、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，

6、 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

7、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） 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

8、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

9、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件，女如逻 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

10、/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

11、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。(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

12、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， 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

13、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。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

14、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。1.3 PLC 的

15、工作原理由于 PLC 以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机 有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O 扫描方，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。 PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行， 按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始 逐条执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循 环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素： 一是 CPU 执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数 的多少。一个扫描周期主要可分为 3 个阶段。1.3.1 输入刷新阶段在输入刷新阶段， CPU 扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。 完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间 即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须 等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。1.3.2 程序执行阶段 在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步