畢業(yè)設(shè)計(jì)----機(jī)械手模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p><b>　　工業(yè)機(jī)械手模型</b></p><p>　　基于PLC的控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué)生學(xué)號(hào)： </p>

2、;<p>　　院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院 </p><p>　　年級(jí)專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　助理指導(dǎo)教師: </p><p><b>　　摘 要</b

3、></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，甚至于危及生命。工業(yè)機(jī)械手就這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。電氣方面有電機(jī)、開關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出四路

4、來分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸、底盤轉(zhuǎn)動(dòng)、手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；電機(jī)拖動(dòng)手爪和底盤旋轉(zhuǎn)；電磁閥控制氣閥的開關(guān)來控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的工業(yè)機(jī)械手模型可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵字：可編程控制器PLC,機(jī)械手

5、,電機(jī),任意位置</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In industrial production and other domains, because works need, the people frequently receive factor the and so on high temperature,corrosi

6、on and virulent gas harm, increased worker's labor intensity,even endangers life. The industry manipulator like this was born, the manipulator is in theindustry robot assembly system the traditional duty implementing

7、agency, is one of robot key components. The electrical aspect has theelectrical machinery, the switching power supply, the solenoid valve,and so </p><p>　　Key words:</p><p>　　Programmable contro

8、ller PLC, manipulator,electrical machinery, freeposition.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1緒論1

9、</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.1.1設(shè)計(jì)的目的和意義2</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求3</b></p><p>　　1.2.1控制要求3</p><p>　　1.3 PLC的發(fā)展概況4</p><p

10、>　　1.3.1可編程控制器的產(chǎn)生4</p><p>　　1.3.2 PLC的定義4</p><p>　　1.3.3 PLC的特點(diǎn)5</p><p><b>　　2 機(jī)械手概述6</b></p><p>　　2.1 機(jī)械手的定義與分類6</p><p>　　2.2 機(jī)械手發(fā)展情況

11、7</p><p>　　2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢8</p><p>　　3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 PLC的選型9</p><p>　　3.1.1 常用PLC介紹9</p><p>　　3.1.2 確定型號(hào)FX1N－60MR13</p><p>　　3.1.3 F

12、X1N所具有優(yōu)越性能13</p><p>　　3.1.4 FX系列PLC型號(hào)的說明16</p><p>　　3.2 三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能16</p><p>　　3.2.1 PLC內(nèi)部功能17</p><p>　　3.2.2 PLC輸入輸出接口的安全保護(hù)18</p><p>　　3.3 手持編程器FX－20

13、P－E的使用18</p><p>　　3.3.1 HPP的組成與操作面板19</p><p>　　3.3.2 HPP的操作過程21</p><p>　　4各功能實(shí)現(xiàn)形式與控制方式25</p><p>　　4.1 本機(jī)械手模型的機(jī)能和特性25</p><p>　　4.2 夾緊機(jī)構(gòu)25</p>&

14、lt;p><b>　　4.3軀干25</b></p><p>　　4.4旋轉(zhuǎn)編碼盤26</p><p><b>　　5軟件設(shè)計(jì)27</b></p><p>　　5.1 編程軟件的使用27</p><p>　　5.2 FX1N PLC梯形圖中的編程元件28</p><

15、;p>　　5.3 程序的總體結(jié)構(gòu)29</p><p>　　5.3.1 各部分程序如下30</p><p>　　5.4 PLC程序的上載和下載40</p><p>　　5.4.1 PLC程序的上載40</p><p>　　5.4.2 PLC程序的下載40</p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)4

16、1</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)42</p><p><b>　　附錄43</b></p><p>　　附錄A:PLC接線圖43</p><p>　　附錄B:指令表44</p><p><b>　　致 謝46</b></p>

17、<p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人民物質(zhì)文化生活水平日益提高，隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展,控制器的需求量逐年增大。為了改變落后的生產(chǎn)狀態(tài),緩解日趨緊張的供求關(guān)系,我們研究就得開發(fā)多工步搬運(yùn)機(jī)械手。</p><p&

18、gt;　　新中國成立特別是改革開放以來，我國社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得了舉世矚目的偉大成就。同時(shí)，必須清醒地看到，我國正處于并將長期處于社會(huì)主義初級(jí)階段。全面建設(shè)小康社會(huì)，既面臨難得的歷史機(jī)遇，又面臨一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。經(jīng)濟(jì)增長過度依賴能源資源消耗，環(huán)境污染嚴(yán)重；經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后；自主創(chuàng)新能力較弱，企業(yè)核心競爭力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益有待提高。在擴(kuò)大勞動(dòng)就業(yè)、理順分配關(guān)系、提供健康保障和確保國家安全等方面，

19、有諸多困難和問題亟待解決。從國際上看，我國也將長期面臨發(fā)達(dá)國家在經(jīng)濟(jì)、科技等方面占有優(yōu)勢的巨大壓力。為了抓住機(jī)遇、迎接挑戰(zhàn)，我們需要進(jìn)行多方面的努力，包括統(tǒng)籌全局發(fā)展，深化體制改革，健全民主法制，加強(qiáng)社會(huì)管理等。與此同時(shí)，我們比以往任何時(shí)候都更加需要緊緊依靠科技進(jìn)步和創(chuàng)新，帶動(dòng)生產(chǎn)力質(zhì)的飛躍，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)，我國作為一個(gè)發(fā)展中大國，加快科學(xué)技術(shù)發(fā)展、縮小與

20、發(fā)達(dá)國家的差距，還需要較長時(shí)期的艱苦努力，同時(shí)也有著諸多有利條件。中華民族擁有5000年的文明史，中華文化博大精深、兼容并蓄，更有利于形成獨(dú)特的創(chuàng)新文化。只要我們?cè)鰪?qiáng)民族自信心，貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略，奮起直追、迎頭趕上，經(jīng)過15年乃至更長時(shí)間堅(jiān)韌不拔的艱苦奮斗，就一定能夠創(chuàng)造出無愧于時(shí)代的輝煌科技成就。</p><p>　　科技工作的指導(dǎo)方針是：自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)

21、未來。自主創(chuàng)新，就是從增強(qiáng)國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強(qiáng)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。重點(diǎn)跨越，就是堅(jiān)持有所為、有所不為，選擇具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國計(jì)民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來，就是著眼長遠(yuǎn)，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。這一方針是我國半個(gè)多世

22、紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括總結(jié)，是面向未來、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇。</p><p>　　要把提高自主創(chuàng)新能力擺在全部科技工作的突出位置。在對(duì)外開放條件下推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，必須認(rèn)真學(xué)習(xí)和充分借鑒人類一切優(yōu)秀文明成果。改革開放20多年來，我國引進(jìn)了大量技術(shù)和裝備，對(duì)提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了重要作用。但是，必須清醒地看到，只引進(jìn)而不注重技術(shù)的消化吸收和再創(chuàng)新，勢必削弱自主研究開發(fā)的能力，拉大與

23、世界先進(jìn)水平的差距?？傊?，必須把提高自主創(chuàng)新能力作為國家戰(zhàn)略，貫徹到現(xiàn)代化建設(shè)的各個(gè)方面，貫徹到各個(gè)產(chǎn)業(yè)、行業(yè)和地區(qū)，大幅度提高國家競爭力。</p><p>　　我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總體目標(biāo)是：自主創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，科技促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保障國家安全的能力顯著增強(qiáng)，為全面建設(shè)小康社會(huì)提供強(qiáng)有力的支撐；基礎(chǔ)科學(xué)和前沿技術(shù)研究綜合實(shí)力顯著增強(qiáng)，取得一批在世界具有重大影響的科學(xué)技術(shù)成果，進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列，為在本世紀(jì)中葉

24、成為世界科技強(qiáng)國奠定基礎(chǔ)，形成比較完善的中國特色國家創(chuàng)新體系。</p><p>　　1.1.1設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p>　　科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段，則顯得力不從心，跟不上時(shí)代發(fā)展的需要。目前，計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)計(jì)算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究

25、，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計(jì)的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法，并討論了各種方法之間的有機(jī)聯(lián)系和機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的 發(fā)展趨勢。</p><p>　　自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來。自主創(chuàng)新，就是從增強(qiáng)國家創(chuàng)新能力出發(fā)，加強(qiáng)原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新。重點(diǎn)跨越，就是堅(jiān)持有所為、有所不為，選擇

26、具有一定基礎(chǔ)和優(yōu)勢、關(guān)系國計(jì)民生和國家安全的關(guān)鍵領(lǐng)域，集中力量、重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。支撐發(fā)展，就是從現(xiàn)實(shí)的緊迫需求出發(fā)，著力突破重大關(guān)鍵、共性技術(shù)，支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。引領(lǐng)未來，就是著眼長遠(yuǎn)，超前部署前沿技術(shù)和基礎(chǔ)研究，創(chuàng)造新的市場需求，培育新興產(chǎn)業(yè)，引領(lǐng)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。這一方針是我國半個(gè)多世紀(jì)科技發(fā)展實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括總結(jié)，是面向未來、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要抉擇。</p><p>　　科技人才

27、是提高自主創(chuàng)新能力的關(guān)鍵所在。要把創(chuàng)造良好環(huán)境和條件，培養(yǎng)和凝聚各類科技人才特別是優(yōu)秀拔尖人才，充分調(diào)動(dòng)廣大科技人員的積極性和創(chuàng)造性，作為科技工作的首要任務(wù)，努力開創(chuàng)人才輩出、人盡其才、才盡其用的良好局面，努力建設(shè)一支與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國防建設(shè)相適應(yīng)的規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)科技人才隊(duì)伍，為我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供充分的人才支撐和智力保證。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求</b>&l

28、t;/p><p>　　采用PLC構(gòu)成機(jī)械手的自動(dòng)控制系統(tǒng)，可通過修改PLC控制程序，改變對(duì)機(jī)械手模型的控制要求。機(jī)械手橫軸水平面內(nèi)作前后方向運(yùn)動(dòng)，豎軸能在垂直面內(nèi)作上下兩方向運(yùn)動(dòng)，底座能作正反兩方向旋轉(zhuǎn)，手能正反兩方向旋轉(zhuǎn)，并且底座能在任意位置停止的功能。機(jī)械手抓?。鹤疃?.5kg的重物；機(jī)械手前后最大行程500mm；上下最大行程800mm。模型如圖1.1；</p><p><b>

29、　　圖1.1 模型圖</b></p><p><b>　　1.2.1控制要求</b></p><p>　　1、接通電源后，機(jī)械機(jī)構(gòu)自動(dòng)復(fù)位；</p><p><b>　　2、橫軸前伸；</b></p><p>　　3、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)到位；</p><p>　　4、電磁

30、閥動(dòng)作，機(jī)械手張開；</p><p><b>　　5、豎軸下降；</b></p><p>　　6、電磁閥復(fù)位，機(jī)械手夾緊重物；</p><p><b>　　7、豎軸上升；</b></p><p><b>　　8、橫軸縮回；</b></p><p><

31、;b>　　9、底盤旋轉(zhuǎn)到位；</b></p><p><b>　　10、橫軸前伸；</b></p><p><b>　　11、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)；</b></p><p><b>　　12、豎軸下降；</b></p><p>　　13、電磁閥動(dòng)作，機(jī)械手張開，放下貨物

32、；</p><p>　　14、豎軸上升復(fù)位。</p><p>　　1.3 PLC的發(fā)展概況</p><p>　　可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā)起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的程序進(jìn)行邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。</p>

33、;<p>　　1.3.1可編程控制器的產(chǎn)生</p><p>　　PLC是在激烈的市場競爭中產(chǎn)生的，20世紀(jì)60年代末，美國汽車制造業(yè)競爭激烈。為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，美國通用汽車公司（GM）對(duì)控制系統(tǒng)提出要求為：（1）能替代各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其主令電器等按一定的邏輯關(guān)系用導(dǎo)線連接起來的控制系統(tǒng)，既傳統(tǒng)的繼電－接觸器控制，它簡單易懂，價(jià)格低廉，能夠滿足生產(chǎn)工藝改動(dòng)頻繁的需要；（2）編程

34、簡單；（3）模塊式結(jié)構(gòu)；輸入、輸出電壓是交流115V（美國標(biāo)準(zhǔn)），輸出能直接驅(qū)動(dòng)繼電器和電磁閥；（5）抗電磁干擾強(qiáng)；（6）具有數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電－接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來代替繼電－接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）在1969年根據(jù)上述要求，研制出世界上首臺(tái)可編程控制器，并在美國通用汽車公司的汽車裝配線上應(yīng)用成功，實(shí)現(xiàn)裝配線的自動(dòng)控制

35、。</p><p>　　1.3.2 PLC的定義</p><p>　　PLC問世以來，盡管時(shí)間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA（National Electrical Manufactory Association）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC（Programmable Controll

36、er），并給PC作了如下定義：　　“PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器?！薄　∫院髧H電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過了對(duì)它的定義：　　“可編程控制器

37、是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)</p><p>　　總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)

38、動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 </p><p>　　1.3.3 PLC的特點(diǎn)</p><p><b>　　① 高可靠性【4】</b></p><p>　　1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔

39、離。</p><p>　　2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms。</p><p>　　3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。</p><p>　　4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。</p><p>　　5）對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。</p><p>　　6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他

40、軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大。</p><p>　　7）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。</p><p>　?、?豐富的I/O接口模塊【4】</p><p>　　PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O

41、模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。</p><p><b>　?、?采用模塊化結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和

42、功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 ④ 編程簡單易學(xué)</p><p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 </p><p>　?、?安裝簡單，維修方便 PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/

43、O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。</p><p><b>　　2 機(jī)械手概述</b></p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性

44、。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。</p><p>　　2.1 機(jī)械手的定義與分類</p><p>　　機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，

45、可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。</p><p>　　機(jī)械手的迅速發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生產(chǎn)工藝要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來完成工件的傳送和裝卸；其三，它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行焊接和裝配。因此，它能大

46、大地改善工人的勞動(dòng)條件，顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到各先進(jìn)工業(yè)國家的重視，并投入了大量的物力和財(cái)力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。</p><p>　　機(jī)械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機(jī)械手，它是一種獨(dú)立的不附屬于某一主機(jī)的裝置。

47、它可以根據(jù)任務(wù)的需要編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定工作。它的特點(diǎn)是除具備普通機(jī)械的物理性能外，還具備通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機(jī)。它起源于原子、軍事工業(yè)，先是通過操作機(jī)來完成特定的作業(yè)，后來發(fā)展到用無線電信號(hào)操作機(jī)械手來進(jìn)行探測月球、火星等。第三類是專用機(jī)械手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)線上，用于解決機(jī)床上下料和工件傳送。這種機(jī)械手在國外稱為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)驅(qū)動(dòng)，除

48、少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。</p><p>　　本項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)的機(jī)械手模型可歸為第一類，即通用機(jī)械手。在現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，自動(dòng)化程度較高，大量應(yīng)用機(jī)械手。通過本次設(shè)計(jì)，可以增強(qiáng)對(duì)工業(yè)機(jī)械手的認(rèn)識(shí)，同時(shí)并熟悉掌握PLC技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等工業(yè)控制常用的技術(shù)。</p><p>　　2.2 機(jī)械手發(fā)展情況</p><p>　　目前工業(yè)機(jī)械手主要用

49、于流水線傳送、焊接、裝配、機(jī)床加工、鑄造、熱處理等方面，無論數(shù)量、品種和性能方面都能滿足工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需要。</p><p>　　在國內(nèi)主要是發(fā)展各方面的機(jī)械手，逐步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)條件。在應(yīng)用專用機(jī)械手的同時(shí)，相應(yīng)地發(fā)展通用機(jī)械手，用條件還要研制示教機(jī)械手、組合機(jī)械手等。將機(jī)械手各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，如伸縮、擺動(dòng)、升降、橫移、俯仰等機(jī)構(gòu)，以及用于 不同類型的夾緊機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成典型的通用機(jī)構(gòu)，以便根據(jù)不

50、同的作業(yè)要求，選用不同的典型部件，即可組成不同用途的機(jī)械手，即便于設(shè)計(jì)制造，又便于改換工作，擴(kuò)大了應(yīng)用的范圍。同時(shí)要提高速度，減少?zèng)_擊，正確定位，以更好地發(fā)揮機(jī)械手的作用。</p><p>　　在機(jī)械制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)械手應(yīng)用較多，發(fā)展較快。目前主要應(yīng)用于機(jī)床、模鍛壓力機(jī)的上下料以及焊、噴漆等作業(yè)，它可以按照事先制定的作業(yè)程序完成規(guī)定的操作，有些還具備有傳感反饋能力，能應(yīng)付外界的變化。如果機(jī)械手發(fā)生某些偏離時(shí)，會(huì)引

51、起零部件甚至機(jī)械本身的損壞，但若有了傳感反饋?zhàn)詣?dòng)，機(jī)械手就可以根據(jù)反饋?zhàn)孕姓{(diào)整。</p><p>　　機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)構(gòu)成。</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括手部、手臂和軀干。手部裝在手臂前端，可以轉(zhuǎn)動(dòng)、開閉手指。機(jī)械手手部的構(gòu)造系統(tǒng)模仿人的手指，分為無關(guān)節(jié)、固定關(guān)節(jié)和自由關(guān)節(jié)三種。手指的數(shù)量又可以分為二指、三指、四指等，其中以二指用得最多?？筛鶕?jù)夾持對(duì)象的形狀和大

52、小配備多種形狀和尺寸的夾頭，以適應(yīng)操作的需要。本設(shè)計(jì)采用二指的構(gòu)造。手臂的作用是引導(dǎo)手指準(zhǔn)確地抓住工件，并運(yùn)送到所需要的位置上。為了使機(jī)械手能夠正確地工作，手臂的三個(gè)自由度都需要精確地定位。總之，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)離不開直線移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)二種，因此它采用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是直線液壓缸、擺動(dòng)液壓缸、電液脈沖馬達(dá)、伺服液壓馬達(dá)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。軀干是安裝手臂、動(dòng)力源和各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)架。</p><p&g

53、t;　　驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有四種：液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)。其中以電氣、氣動(dòng)用得最多，占90％以上，液壓、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用得較少。</p><p>　　液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過液壓缸、閥、油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用液壓缸、液壓馬達(dá)加齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)液壓馬達(dá)、液壓缸與齒條、齒輪與鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小，出力大，動(dòng)作平緩，可無級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置。缺點(diǎn)是需配備壓力

54、源，系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。</p><p>　　氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣馬達(dá)、氣閥等。一般采用4～6個(gè)大氣壓，個(gè)別達(dá)到8～10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)方便，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大，由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。本設(shè)計(jì)的手爪部分采用氣壓驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　電氣驅(qū)動(dòng)時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)可以采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲杠

55、、螺母機(jī)構(gòu)。通用機(jī)械手則考慮采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流或交流的伺服電動(dòng)機(jī)、變速箱等。電氣驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)力源簡單，維護(hù)、使用方便。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)可以采用同一形式的動(dòng)力，出力比較大。本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手臂運(yùn)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)手爪和機(jī)械手的底盤旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　機(jī)械驅(qū)動(dòng)只適用于動(dòng)作固定的場合。一般用凸輪連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。它的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)作確實(shí)可靠，工作速度高，成本低；缺點(diǎn)是不易調(diào)整。</p&g

56、t;<p>　　機(jī)械手控制的要素包括工作順序、到達(dá)位置、動(dòng)作時(shí)間、運(yùn)動(dòng)速度和加減速度等。機(jī)械手的控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種，目前以點(diǎn)位控制為主，占90％以上。</p><p>　　控制系統(tǒng)可以根據(jù)動(dòng)作的要求，設(shè)計(jì)采用數(shù)字順序控制，它首先要編制程序加以儲(chǔ)存，然后再根據(jù)規(guī)定的程序，控制機(jī)械手工作。對(duì)動(dòng)作復(fù)雜的機(jī)械手則采用數(shù)字控制系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)或微處理機(jī)控制的系統(tǒng)。</p><

57、;p>　　本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用小型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，具有編程簡單、修改容易、可靠性高等。</p><p>　　2.3機(jī)械手的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)越來越高，工人工作環(huán)境和工作內(nèi)容也要求理想化簡單化，對(duì)于一些往復(fù)的工作由機(jī)械手遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)完成顯得非常重要。這樣可以避免一些人不能接觸的物質(zhì)對(duì)人體造成傷害，如冶金、化工、醫(yī)藥、航空航天等。代表

58、當(dāng)今最先進(jìn)的技術(shù)在日本，他的自動(dòng)化，人性化令人嘆為觀止，這些技術(shù)依賴于控制理論、新材料科學(xué)，它是融合各種尖端技術(shù)的現(xiàn)代機(jī)器。我國也陸續(xù)在工業(yè)中有所應(yīng)用，對(duì)于自動(dòng)控制，柔性制造系統(tǒng)中應(yīng)用更為廣泛，但我國的自動(dòng)化水平有待提高。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，機(jī)械手技術(shù)也隨之提高，發(fā)展的趨勢是工作強(qiáng)度高，靈活性強(qiáng)，準(zhǔn)確可靠，可以自動(dòng)檢測并下達(dá)動(dòng)作命令，融入先進(jìn)的人工智能，使人只作平時(shí)的簡單的維護(hù)，這也是現(xiàn)代工廠的發(fā)展趨勢。</p><

59、;p>　　此外還應(yīng)大力研究伺服型、記憶再現(xiàn)型，以及具有觸覺、視覺等性能的機(jī)械手，并考慮與計(jì)算機(jī)聯(lián)用，逐步成為整個(gè)機(jī)械制造系統(tǒng)中的一個(gè)基本單元。</p><p>　　3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于機(jī)械手的控制系統(tǒng)可以采用多種方式，如繼電器控制、單片機(jī)控制、PLC控制等。但由于此明確指定采用PLC可編程控制器控制實(shí)現(xiàn)，所以，不用我們?nèi)タ紤]控制硬件方案，只是要對(duì)PLC進(jìn)行比

60、較選擇。</p><p>　　3.1 PLC的選型</p><p>　　對(duì)于PLC的選擇，我們必須考慮多方面的因素。例如輸入、輸出的最多點(diǎn)數(shù)；掃描速度；內(nèi)存容量；指令條數(shù)；功能模塊等。同時(shí)還要考慮其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性以及工作環(huán)境對(duì)其的影響。</p><p>　　3.1.1 常用PLC介紹</p><p>　　PLC發(fā)展這么多年，技術(shù)成熟，各種型號(hào)的也

61、很多，各個(gè)廠家生產(chǎn)的也有一定區(qū)別，各個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向也不同，所以我們必須根據(jù)自己設(shè)計(jì)需要，考慮如何選擇。</p><p>　?、?西門子S7-200系列可編程控制器介紹：</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC是德國西門子（Siemens）公司生產(chǎn)的具有很高性能價(jià)格比的微型可編程控制器。西門子是世界上最大的電氣和電子公司之一。西門子的中國業(yè)務(wù)是其亞太地區(qū)業(yè)務(wù)的主要支柱，活

62、躍在中國的信息與通訊、自動(dòng)化與控制、電力、交通、醫(yī)療、照明以及家用電器等各個(gè)行業(yè)中，其核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和工業(yè)解決方案。 S7-200作為西門子SIMATIC PLC家族中的最小成員，以其超小體積，靈活的配置，強(qiáng)大的內(nèi)置功能，多年來一直廣泛服務(wù)于國內(nèi)的各行各業(yè)。由于它具有結(jié)構(gòu)小巧，運(yùn)行速度快，價(jià)格低廉及多功能多用途等特點(diǎn)，因此在工業(yè)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　它適用于各行各業(yè)，各種場合的

63、檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。在以下幾方面均有出色的表現(xiàn)：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等</p><p>　　S7-200系列PLC在集散自動(dòng)化系

64、統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。S7-200產(chǎn)品憑借其先進(jìn)性、成熟性和廣泛的適用性在自動(dòng)化產(chǎn)品中受到廣泛的重視，相信此次發(fā)布的新產(chǎn)品一定能夠滿足部分用戶的需求，同時(shí)在自動(dòng)化領(lǐng)域中獲得更廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　突出的特點(diǎn)：</b></p><p>　　·可靠性高、操作簡便；</p>

65、<p>　　·豐富的內(nèi)置集成功能；</p><p><b>　　·強(qiáng)勁通訊能力；</b></p><p><b>　　·豐富的擴(kuò)展模塊；</b></p><p>　　·簡單、易用的Micro/WIN編程軟件。</p><p>　　S7-200豐富

66、的種類【4】：</p><p>　　·CPU221：內(nèi)置10個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，不可擴(kuò)充；</p><p>　　·CPU222：內(nèi)置14個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可擴(kuò)充到78路數(shù)字量I/O或10路模擬量I/O；</p><p>　　·CPU224：內(nèi)置24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可擴(kuò)充到168路數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O；</p>

67、<p>　　·CPU226：內(nèi)置40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可擴(kuò)充到248路數(shù)字量I/O或35路模擬量I/O；</p><p>　　·16種擴(kuò)展模塊：數(shù)字量擴(kuò)展模塊，模擬量擴(kuò)展模塊、PROFIBUS-DP擴(kuò)展模塊、AS-I接口模塊。</p><p><b>　　強(qiáng)大的通訊能力：</b></p><p>　　·點(diǎn)

68、到點(diǎn)通訊方式（PPI）；</p><p>　　·多點(diǎn)接口通訊方式（MPI）；</p><p>　　·自由通訊口方式（Freeport）；</p><p>　　·PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊方式。</p><p>　　② OMRON C200H 可編程控制器介紹：</p><p>　　圖3

69、.1 歐姆龍PLC</p><p>　　歐姆龍株式會(huì)社是全球知名的自動(dòng)化控制及電子設(shè)備制造廠商，掌握著世界領(lǐng)先的傳感與控制核心技術(shù)。自1933年創(chuàng)業(yè)至今的七十余年中，通過不斷創(chuàng)造新的社會(huì)需求，公司全球業(yè)務(wù)遍及35個(gè)國家和地區(qū)，擁有超過27，000名員工；產(chǎn)品品種達(dá)幾十萬種，涉及工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、電子元器件、社會(huì)公共系統(tǒng)以及健康醫(yī)療設(shè)備等廣泛領(lǐng)域，在業(yè)內(nèi)建立了響亮的品牌，占據(jù)著不可替代的地位。</p>

70、;<p>　　歐姆龍與中國的淵源可以追溯到30年前。公司創(chuàng)始人立石一真先生曾擔(dān)任國貿(mào)促京都總局副會(huì)長，七十年代初作為經(jīng)濟(jì)界代表開始了與中國各界的交流與合作。公司從1980年繼電器的委托加工貿(mào)易開始不斷發(fā)展，1991年在大連設(shè)立了第一家生產(chǎn)健康醫(yī)療設(shè)備的工廠——?dú)W姆龍（大連）有限公司；1994年，作為第一家日本電子制造企業(yè)，被國家有關(guān)部門批準(zhǔn)成立投資性公司——?dú)W姆龍（中國）有限公司；</p><p>

71、　　經(jīng)過30年的不懈努力，歐姆龍以高質(zhì)量的產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，贏得了中國用戶的信賴與好評(píng)。</p><p>　　先進(jìn)的、小型化的可編程序控制器.OMRON的可編程序控制器更加小型化。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來說)，從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場創(chuàng)造了新的環(huán)境。</p

72、><p>　　可連接可編程終端，選用通訊適配器以相應(yīng)的上位Link或高速NT Link與PT之間進(jìn)行高速通訊。 </p><p>　　有10點(diǎn)至40點(diǎn)多種CPU單元。CPU單元與擴(kuò)展I/O并用，可完成10點(diǎn)到100點(diǎn)的輸入輸出要求。并有AC和DC兩種電源型號(hào)可選擇。 </p><p>　　匯集了各種先進(jìn)的功能，如高速響應(yīng)功能、高速計(jì)數(shù)功能、中斷功能，還備有2個(gè)模擬量設(shè)定

73、。 </p><p>　　充足的程序容量，具有2048字的用戶程序存儲(chǔ)器和1024字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 </p><p>　　編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。由于原有SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴(kuò)展及維護(hù)都可簡單進(jìn)行。 </p><p>　　③ 松下可編程控制器介紹【9】：</p><p>　　包括FPO，

74、FP1，F(xiàn)P2，F(xiàn)P3，F(xiàn)Pe，F(xiàn)P-X等系列 </p><p>　　圖3.2 松下PLC</p><p>　　FP-X特點(diǎn)：超高速處理，浮點(diǎn)數(shù)PID運(yùn)算只有32µs，基本指令只需0.32µs，可快速掃描充裕的程序容量達(dá)到32K步，注釋區(qū)域也可以保證；I/O最多300點(diǎn)；通過8位密碼和禁止上傳功能，有效保護(hù)程序：配備USB端口，可與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)簡單連接。</p&g

75、t;<p>　　FPe（晶體管輸出，繼電器輸出）特點(diǎn)：面板式安裝型控制器，電源電壓24VDC， 程序容量2.7K步，運(yùn)算速度0.9μs。</p><p>　　FP2、FP3、FP10sh系列（輸出類型同上）：最多可控制2048點(diǎn)（使用遠(yuǎn)程I/O），程序容量大16K，30K步，可擴(kuò)展到120K步，CUP運(yùn)行世界最快（1ms/20步，快速起運(yùn)0.1ms以下）。</p><p>　

76、　FPO系列（輸出同上）：世界產(chǎn)品體積最小，掃描周期1ms，選擇點(diǎn)從10到128點(diǎn)。</p><p>　?、?三菱FX系列可編程控制器介紹【10】：</p><p>　　FX系列可編程控制器是當(dāng)今國內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。日本三菱電機(jī)公司研發(fā)的。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可互

77、相轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其FX2N PLC還可以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件計(jì)數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。</p><p>　　FX系列PLC基于“基本功能、高速處理、便于使用”的研發(fā)理念，使其具有數(shù)據(jù)傳送與比較，四則運(yùn)算與邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)循環(huán)與移動(dòng)等應(yīng)用指令系統(tǒng)。除此之外，還具有輸入輸出刷新、中斷、高速計(jì)數(shù)器比較指令、高

78、速脈沖輸出等告訴處理指令，以及在SFS控制方面，將機(jī)械控制的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作封裝化的狀態(tài)初始化指令等，使功能大大增加。</p><p>　　FX系列PLC在特殊控制方面不但具備模擬量輸入輸出控制，而且具有定位控制幾PID系統(tǒng)控制。在通信方面，能夠方便地與PC計(jì)算機(jī)鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與管理。</p><p>　　3.1.2 確定型號(hào)FX1N－60MR</p><p>　　綜上，

79、對(duì)于被控對(duì)象，采用PLC系統(tǒng)與采用其它形式的控制系統(tǒng)相比較，力求具有較好的性價(jià)比，使用和維修方便；選用的PLC主機(jī)和配置、控制功能等必須能滿足被控對(duì)象的各種控制要求；選用的PLC主機(jī)及配置必須是功能較強(qiáng)的新一代PLC機(jī)型，一般最好不要選用舊機(jī)型（若采用三菱公司的PLC，則選FX系列，不選F1系列）。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮將來工藝的變化和擴(kuò)展，在滿足確定的要求外，留有一定的余量；確保整個(gè)控制系統(tǒng)可靠。還要考慮大家對(duì)產(chǎn)品的熟悉程度，以及編程指令的易

80、懂性。在此，我選用三菱FX1N來做控制核心。FX系列PLC是由三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC產(chǎn)品。其中FX2是近年推出的產(chǎn)品，F(xiàn)X0是在FX2之后推出的超小型PLC，近幾年來又連續(xù)推出了將眾多功能凝集在超小型機(jī)殼內(nèi)的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有較高的性能價(jià)格比，應(yīng)用廣泛。它們采用整體式和模塊式相結(jié)合的疊裝式結(jié)構(gòu)，如圖3.4。<

81、;/p><p>　　3.1.3 FX1N所具有優(yōu)越性能</p><p>　　【基本性能】【3】 </p><p>　　CPU處理速度達(dá)到了0.065us/基本指令。內(nèi)置了高達(dá)64K步的大容量RAM存儲(chǔ)器。大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量。強(qiáng)化了指令的功能，提供了多達(dá)209條應(yīng)用指令，包括像與三菱變頻器通訊的指令，CRC計(jì)算指令，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)指令等等。</p>&l

82、t;p>　　【集成業(yè)界領(lǐng)先的功能】【3】</p><p>　　晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了3軸獨(dú)立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令：帶DOG搜索的原點(diǎn)回歸（DSZR），中斷單速定位（DVIT）和表格設(shè)定定位（TBL），從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便。內(nèi)置6點(diǎn)同時(shí)100kHz的高速計(jì)數(shù)功能，雙相計(jì)數(shù)時(shí)可以進(jìn)行4倍頻計(jì)數(shù)。</p><p>　　【強(qiáng)大的擴(kuò)展性

83、】【3】</p><p>　　增強(qiáng)了通信的功能，其內(nèi)置的編程口可以達(dá)到115.2kbps的高速通信，而且最多可以同時(shí)使用3個(gè)通信口（包括編程口在內(nèi)）。新增了高速輸入輸出適配器，模擬量輸入輸出適配器和溫度輸入適配器，這些適配器不占用系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)，使用方便，在FX3U的左側(cè)最多可以連接10臺(tái)特殊適配器其中通過使用高速輸入適配器可以實(shí)現(xiàn)最多8路、最高200kHz的高速計(jì)數(shù)。通過使用高速輸出適配器可以實(shí)現(xiàn)最多4軸、最高200

84、kHz的定位控制，繼電器輸出型的基本單元上也可以通過連接該適配器進(jìn)行定位控制。通過CC-Link網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展可以實(shí)現(xiàn)最多達(dá)384點(diǎn)（包括遠(yuǎn)程I/O在內(nèi)）的控制?？梢赃x裝高性能的顯示模塊（FX3U-7DM）可以顯示用戶自定義的英文、數(shù)字和日文漢字信息，最多能夠顯示：半角16個(gè)字符(全角8個(gè)字符)× 4行。在該模塊上可以進(jìn)行軟元件的監(jiān)控、測試，時(shí)鐘的設(shè)定，存儲(chǔ)器卡盒與內(nèi)置RAM間程序的傳送、比較等操作。另外，還可以將該顯示模塊安裝在

85、控制柜的面板上。</p><p>　　表3.1 FX1n性能規(guī)格【3】</p><p>　　3.1.4 FX系列PLC型號(hào)的說明</p><p>　　FX系列PLC型號(hào)的含義如下【4】：</p><p>　　其中系列名稱：如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等</p><p>　　單元類型：M──基本單元&

86、lt;/p><p>　　E──輸入輸出混合擴(kuò)展單元</p><p>　　Ex──擴(kuò)展輸入模塊</p><p>　　EY──擴(kuò)展輸出模塊</p><p>　　輸出方式：R──繼電器輸出</p><p><b>　　S──晶閘管輸出</b></p><p><b>　　T

87、──晶體管輸出</b></p><p>　　特殊品種：D──DC電源，DC輸出</p><p>　　A1──AC電源，AC（AC100~120V）輸入或AC輸出模塊</p><p>　　H──大電流輸出擴(kuò)展模塊</p><p>　　V──立式端子排的擴(kuò)展模塊</p><p>　　C──接插口輸入輸出方式&l

88、t;/p><p>　　F──輸入濾波時(shí)間常數(shù)為1ms的擴(kuò)展模塊</p><p>　　如果特殊品種一項(xiàng)無符號(hào)，為AC電源、DC輸入、橫式端子排、標(biāo)準(zhǔn)輸出。</p><p>　　例如FX2N－32MT－D表示FX2N系列，32個(gè)I/O點(diǎn)基本單位，晶體管輸出，使用直流電源，24V直流輸出型。</p><p>　　3.2 三菱FX系列的結(jié)構(gòu)功能</

89、p><p>　　可編程控制器是一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它的的結(jié)構(gòu)原理與微型計(jì)算機(jī)相似。硬件構(gòu)成有微處理器、存儲(chǔ)器和各種輸入、輸出接口。系統(tǒng)程序和接口器件又與微機(jī)不同，這使它的操作使用方法、編程語言、工作方式等與微型機(jī)有所不同。PLC是用微處理器實(shí)現(xiàn)繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器以及A/D、D/A模擬轉(zhuǎn)換器件的組合體的功能，采用軟件編程進(jìn)行它們之間的聯(lián)系。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用FX系列PLC作

90、為控制核心，所以現(xiàn)在就以它來講述PLC的應(yīng)用知識(shí)、操作技能。FX系列PLC硬件組成與其它類型PLC基本相同，主體由三部分組成，其PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖3.5系統(tǒng)電源有些在CPU模塊內(nèi)，也有單獨(dú)作為一個(gè)單元的，編程器一般看作PLC的外設(shè)。PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。</p><p>　　圖3.5 PLC 的組成框圖</p><p>　　外部開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)以及各種傳感器檢

91、測信號(hào)作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC的輸入端子進(jìn)入PLC的輸入存儲(chǔ)器，收集和暫存被控對(duì)象實(shí)際運(yùn)行的狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)；經(jīng)PLC內(nèi)部運(yùn)算與處理后，按被控對(duì)象實(shí)際動(dòng)作要求產(chǎn)生輸出結(jié)果；輸出結(jié)果送到輸出端子作為輸出變量，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC的各個(gè)部分協(xié)調(diào)一致地實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制。</p><p>　　3.2.1 PLC內(nèi)部功能</p><p><b>　　中央處理器CPU</b

92、></p><p>　　CPU的主要作用是解釋并執(zhí)行用戶及系統(tǒng)程序，通過運(yùn)行用戶及系統(tǒng)程序完成所有控制、處理、通信以及所賦予的其它功能，控制整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致工作。常用的CPU主要有通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片機(jī)。</p><p><b>　　存儲(chǔ)器模塊</b></p><p>　　隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM用于存儲(chǔ)PLC內(nèi)部的輸入、輸出信息，并

93、存儲(chǔ)內(nèi)部繼電器（軟繼電器）、移位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及累加器等的工作狀態(tài)，還可以存儲(chǔ)用戶正在調(diào)試和修改的程序以及各種暫存的數(shù)據(jù)、中間變量等。</p><p>　　只讀存儲(chǔ)器ROM用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序?？勺贤饩€擦除電編程的只讀存儲(chǔ)EPROM，它主要用來存放PLC的操作系統(tǒng)和監(jiān)控程序，如果用戶程序已完全調(diào)試好，也可將程序固化在EPROM中?？呻姴脸呻姼膶懙闹蛔x存儲(chǔ)EEPROM，它主要用來存放用戶程序。&

94、lt;/p><p><b>　　輸入輸出模塊</b></p><p>　　N可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)過程，與DCS相似，它與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系也是通過輸入輸出接口模塊（I/O）實(shí)現(xiàn)的。I/O模塊是可編程序與生產(chǎn)過程相聯(lián)系的橋梁。</p><p>　　PLC連接的過程變量按信號(hào)類型劃分可分為開關(guān)量（即數(shù)字量）、模擬

95、量和脈沖量等，相應(yīng)輸入輸出模塊可分為開關(guān)量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、脈沖量輸出模塊等。</p><p><b>　　編程器</b></p><p>　　編程器是PLC必不可少的重要外部設(shè)備。編程器將用戶所希望的功能通過編程語言送到PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。編程器不僅能對(duì)程序進(jìn)行寫入、讀出、修改，還能對(duì)PLC的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也是用戶與PLC之間進(jìn)

96、行 人機(jī)對(duì)話的界面。隨著PLC的功能不斷增強(qiáng)，編程語言多樣化，編程已經(jīng)可以在計(jì)算機(jī)上完成。</p><p>　　3.2.2 PLC輸入輸出接口的安全保護(hù)</p><p>　　當(dāng)輸出口連接電感類設(shè)備時(shí)，為了防止電路關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生高壓對(duì)輸入、輸出口造成破壞，應(yīng)在感性元件兩端加保護(hù)元件。對(duì)于直流電源，應(yīng)并接續(xù)流二極管，對(duì)于交流電路應(yīng)并接阻容電路。阻容電路中電阻可取51～120Ω，電容取0.1～0.

97、47μF，電容的額定電壓應(yīng)大于電源的峰值電壓。續(xù)流二極管可選1A的管子，其額定電壓應(yīng)大于電源電壓的3倍。圖3.6為輸入輸出口的保護(hù)環(huán)節(jié)示意圖。</p><p>　　圖3.6 輸入輸出口的保護(hù)</p><p>　　3.3 手持編程器FX－20P－E的使用</p><p>　　FX-20P-E簡易編程器（Handy Programming Panel，簡稱HPP）適用

98、于FX系列PLC，也可以通過轉(zhuǎn)換器FX-20P-E-FKIT用于F系列PLC【17】。</p><p>　　FX-20P-E編程器有聯(lián)機(jī)（Online）和脫機(jī)（Offline）兩種操作方式：</p><p>　?。?）聯(lián)機(jī)方式 編程器對(duì)PLC的用戶程序存儲(chǔ)器進(jìn)行直接操作、存取的方法。在寫入程序時(shí)，若PLC內(nèi)未裝EEPROM存儲(chǔ)器，程序?qū)懭隤LC內(nèi)部RAM，若PLC內(nèi)裝有EEPROM存儲(chǔ)器

99、，程序?qū)懭朐摯鎯?chǔ)器。</p><p>　?。?）脫機(jī)方式 脫機(jī)方式是對(duì)HPP內(nèi)部存儲(chǔ)器的存取方式。編制的程序先寫入HPP內(nèi)部的RAM，再成批地傳送到PLC的存儲(chǔ)器中，也可以在HPP和ROM寫入器之間進(jìn)行程序傳送。</p><p>　　3.3.1 HPP的組成與操作面板</p><p><b>　　HPP的組成</b></p>&

100、lt;p>　　HPP由液晶顯示屏（16字符ⅹ4行，帶后照明）、ROM寫入器等模塊接口、安裝存儲(chǔ)器卡盒的接口，以及專用的鍵盤（功能鍵、指令鍵、軟元件符號(hào)鍵、數(shù)字鍵）。</p><p>　　HPP配有FX-20P-CAB電纜（適用于FX2系列PLC）或FX-20P-CABO電纜（適用于FX0系列PLC），用來與PLC連接；還有系統(tǒng)的存儲(chǔ)卡，用來存放系統(tǒng)軟件（在系統(tǒng)軟件修改版本時(shí)更換）；其它如ROM寫入器模塊、P

101、LC存儲(chǔ)器卡盒等均為選用件。</p><p><b>　　HPP的操作面板</b></p><p>　　HPP的操作面板如圖3.8所示，鍵盤上各鍵的作用如下：</p><p>　　圖3.8 HPP操作面板</p><p>　?。?）功能鍵 功能鍵有三個(gè)：[RD/WR]（讀出/寫入）、[INS/DEL]（插入/刪除）、

102、[MNT/TEST]（監(jiān)視/測試）。每個(gè)功能鍵均有兩個(gè)功能并交替起作用：按一次時(shí)選擇第1功能；再按一次，則選擇第2功能。</p><p>　　（2）其它鍵 其它鍵[OTHER]，在任何狀態(tài)下按該鍵，將顯示方式項(xiàng)目單（菜單）選擇畫面。安裝ROM寫入器模塊時(shí)，在脫機(jī)方式項(xiàng)目單上進(jìn)行項(xiàng)目選擇。</p><p>　?。?）清除鍵[CLEAR] 如果在按[GO]鍵以前（確認(rèn)前）按此鍵，則清除鍵入

103、的數(shù)據(jù)。此鍵也可以用于清除錯(cuò)誤信息，恢復(fù)原來的畫面。</p><p>　?。?）幫助鍵[HELP] 顯示功能指令一覽表；在監(jiān)視時(shí)，進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換，起到鍵輸入時(shí)的輔助功能。</p><p>　?。?）空格鍵[SP] 在輸入時(shí)，用該鍵指定軟元件的編號(hào)和常數(shù)。</p><p>　　（6）步序鍵[STEP] 設(shè)定步序號(hào)時(shí)。</p><

104、;p>　?。?）光標(biāo)鍵[↑]、[↓] 用此鍵來移動(dòng)光標(biāo)和提示符，指定當(dāng)前元件的前一個(gè)或后一個(gè)地址號(hào)元件，作行滾動(dòng)。</p><p>　?。?）執(zhí)行鍵[GO] 此鍵用于指令的確認(rèn)、執(zhí)行，顯示后面的畫面（滾動(dòng)）以及再檢索。</p><p>　　（9）指令、元件符號(hào)及數(shù)字鍵 共24個(gè)，都是雙功能（指令/元件符號(hào)及數(shù)字）復(fù)用鍵，用于程序的輸入、讀出或監(jiān)視。兩種功能是根據(jù)當(dāng)前所執(zhí)行的操作

105、自動(dòng)進(jìn)行切換，其中元件符號(hào)Z/V、K/H、P/I交替起作用（反復(fù)按鍵時(shí)互相交替切換）。</p><p>　　3.3.2 HPP的操作過程</p><p>　　HPP的操作過程主要包括：操作準(zhǔn)備、方式選擇、編程、監(jiān)視與測試等。</p><p><b>　　操作準(zhǔn)備</b></p><p>　　打開PLC上部的插座蓋板，將H

106、PP所帶的FX-20P-CAB型電纜（對(duì)FX2系列PLC）接到PLC的連接HPP專用插座上，并將左右兩邊的螺釘擰緊，然后接通PLC電源。HPP本身不帶電源，只能通過電纜由PLC供電。</p><p><b>　　方式選擇</b></p><p>　　在方式選擇時(shí)，用HPP的鍵操作進(jìn)行聯(lián)機(jī)/脫機(jī)方式的選擇及功能選擇。接通PLC電源后，HPP顯示屏上將顯示如圖3.9上部所

107、示的畫面，2秒鐘后將自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)畫面。畫面初始狀態(tài)時(shí)，光標(biāo)顯示聯(lián)機(jī)方式，按[GO]鍵，則確認(rèn)為聯(lián)機(jī)方式。如選擇脫機(jī)方式，將光標(biāo)移到[OFF LINE]位置，再按[GO]鍵。方式選擇完后，再進(jìn)行功能選擇。</p><p>　　圖3.9 方式選擇</p><p><b>　　編程</b></p><p>　　操作前，首先確認(rèn)PLC的[RUN/S

108、TOP]開關(guān)為“STOP”位置，然后在指定的范圍內(nèi)成批寫入NOP指令，將PLC內(nèi)部用戶存儲(chǔ)器的程序全部清除，再用編程器的編輯功能進(jìn)行編程。</p><p><b>　　監(jiān)視</b></p><p>　　監(jiān)視功能是通過HPP的顯示屏監(jiān)測和確認(rèn)聯(lián)機(jī)方式下PLC的動(dòng)作和控制狀態(tài)。如指定元件的ON/OFF狀態(tài)，T、C、D及文件寄存器的設(shè)定值和當(dāng)前值。</p>&

109、lt;p><b>　　測試</b></p><p>　　測試功能是由HPP對(duì)指定元件的觸點(diǎn)和線圈進(jìn)行強(qiáng)制ON/OFF，以及進(jìn)行常數(shù)變更。</p><p><b>　　編程操作：</b></p><p>　　以下分別說明在聯(lián)機(jī)方式下，程序讀出、寫入、插入、刪除等操作方法。在聯(lián)機(jī)方式下，是直接對(duì)PLC內(nèi)部的用戶程序存儲(chǔ)器

110、進(jìn)行操作，所以編程結(jié)束后，不必再向PLC傳送。按功能鍵或[OTHER]鍵，可切換到其他功能或項(xiàng)目單。</p><p>　　編程時(shí)按指令清單進(jìn)行?；具壿嬛噶詈筒竭M(jìn)指令在HPP上有對(duì)應(yīng)的指令鍵，但沒有逐一對(duì)應(yīng)的功能指令鍵，需通過[FNC]和數(shù)字、字母鍵鍵入。</p><p><b>　　1、讀出指令</b></p><p>　　在聯(lián)機(jī)方式下，當(dāng)P

111、LC處于RUN狀態(tài)時(shí)，只能根據(jù)步序號(hào)讀出指令；PLC處于STOP狀態(tài)時(shí)，還可根據(jù)指令、元件以及指針讀出指令。在脫機(jī)方式下，不管PLC處于“RUN”狀態(tài)還是“STOP”狀態(tài)，所有讀出方式有效。</p><p>　　（1）根據(jù)步序號(hào)讀出 指定步序號(hào)，從用戶程序存儲(chǔ)器中讀出并顯示程序，其基本操作如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 根據(jù)步序號(hào)讀出程序的基本操作</p>