畢業設計——機械手的plc控制(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 外，在每次循環過程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內部處理、通信處理等工作，一次循環可分為 5 個階段。可編程序控制器的這種周而復始的循環工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執行指令的速度極高，從外部輸入輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。在內部處理聯合階段。可編程序控制器檢查 CPU 模塊內部的硬件是否正常，將監控定時器復位，以及完成一些別的內部工作。 在通信服務階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內容。當可編程序控制器處于停止（STOP）狀態時，只執行以上的操作。可編程序控制起處于（RUN）狀態時，還要完成另外 3 個階段的操作。在可編程序控制器的存儲器中，設置了一片區域用來存放輸入信號和輸出信號的狀態，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。可編程序控制器梯形圖中別的編程元件也有對應的映像存儲區，它們統稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態讀入輸入寄存器。外接的輸入觸點電路接通時，對應的輸入映像寄存器為“1”狀態，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開。外接的輸入觸點電路斷開，對應的輸入映像寄存器為“0”狀態，梯形圖中對應的輸入繼電器的常開觸點斷開，常閉觸點接通。在程序執行階段，即使外部輸入信號的狀態發生了變化，輸入映像寄存器的狀態 也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。在沒有跳轉指令時，CPU 從第一條指令開始，逐條順序的執行用戶程序，直到用戶程序結束之處。在執行指令時，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關編程元件的 0/1 狀態讀出來，并根據指令的要求執行相應的邏輯運算，運算結果寫入到對應的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內容隨著程序的執行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的 0/1 狀態傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時，對應的輸出映像寄存器為“1”狀態。信號經輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對應的輸出映像寄存器為“0”狀態，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作。某一編程元件對應的映像寄存器為“1”狀態時，稱該編程元件為 ON，映像寄存器為“0”狀態時，稱該編程元件為 OFF。掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態時，執行一次圖 所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為 1~100ms。指令執行所需的時間與用戶程序的長短、指令的種類和 CPU 執行指令的速度有很大的關系。當用戶程序較長時，指令執行時間在掃描周期中占相當大的比例。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖 所示。第(N1)個掃描周期輸出刷新第(N+1)個掃描周期輸入采樣第 N 個掃描周期輸入采樣 輸出刷新用戶程序執行圖 PLC 的掃描運行方式（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次讀入所有的數據和狀態它們存入 I/O 映象區的相應單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入數據和狀態發生變化 I/O 映象區的相應單元的數據和狀態也不會改變。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執行階段在用戶程序執行階段，PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對控制線路進行邏輯運算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統 RAM 存儲區中對應位的狀態。或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。例如：算術運算、數據處理、數據傳達等。（3）輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU 按照 I/O 映象區內對應的數據和狀態刷新所有的數據鎖存電路，再經輸出電路驅動響應的外設。這時才是 PLC 真正的輸出。(4)輸入/輸出滯后時間輸入/輸出滯后時間又稱系統響應時間，是指可編程序控制器的外部輸入信號發生變化的時刻至它控制的有關外部輸出信號發生變化的時刻之間的時間間隔，它由輸入電路濾波時間、輸出電路的滯后時間和因掃描工作方式產生的滯后時間三部分組成。輸入模塊的 CPU 濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點動作是產生的抖動引起的不良影響，濾波電路的時間常數決定了輸入濾波時間的長短，其典型值為 10ms 左右。輸出模塊的滯后時間與模塊的類型有關，繼電器型輸出電路的滯后時間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負載接通時的滯后時間約為 1ms，負載由導通到斷開時的最大滯后時間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時間最長可達到兩個多掃描周期。可編程序控制器總的響應延遲時間一般只有幾十 ms，對于一般的系統是無關緊要的。要求輸入—輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。2．4 PLC 機型的選擇方法1．PLC 的類型PLC 按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。整體型 PLC 的 I/O 點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統；模塊型 PLC 提供多種 I/O 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統的 I/O 點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。2．輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本。考慮是否需要擴展機架或遠程 I/O 機架等。PLC 的供電電源，除了引進設備時同時引進 PLC 應根據產品說明書要求設計和選用外，一般 PLC 的供電電源應設計選用 220VAC 電源，與國內電網電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩壓電源供電。如果 PLC 本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。由于計算機集成芯片技術的發展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求 PLC 的存儲器容量，按 256 個 I/O 點至少選 8K 存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。a．控制單元的冗余（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應 1B1 冗余。（2）在需要時也可選用 PLC 硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統、2 重化或 3重化冗余容錯系統等。b． I/O 接口單元的冗余（1）控制回路的多點 I/O 卡應冗余配置。（2）重要檢測點的多點 I/O 卡可冗余配置。3）根據需要對重要的 I/O 信號，可選用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口單元。選擇 PLC 時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，估因此，點數的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理的性能價格比。2．6 機械手 PLC 選擇及參數 綜合上述原則機械手控制系統主機為三菱的 FX2N48MR。：工作電源：24VDC輸入點數：24輸出點數：24輸入信號類型：直流或開關量輸入電流：24VDC 5mA模擬輸入：10V～10V（20mA～+20mA）輸出晶體管允許電流 （）輸出電壓規格：30VDC最大負載：9W輸出反應時間：Off→On 20μs On→Off 30μs基本指令執行時間：數個 μs程序語言：指令+梯形圖+SFC程序容量：3792STEPS基本順序指令：32 個（含步進梯形指令）應用指令：100 種初始步進點：S0～S9一般步進點：118 點，S10～S127輔助繼電器：一般用 512+232 點（M000～M511+M768～M999）停電保持用 256 點（M512～M767）特殊用 280 點（M1000～M1279）定時器：100ms 時基 64 點（T0～T63）10ms 時基 63 點（T64～T126，M1028 為 ON 時）1ms 時基 1 點（T127）計數器：一般用 112 點（C000～C111，16 位計數器）停電保持用 16 點（C112～C127，16 位計數器）高速用 13 點 1 相 5kHz，2 相 2kHz（C235～C254，全部為停電保持 32 位計數器）數據寄存器：一般用 408 點（D000～D407）停電保持用 192 點（D408～D599）特殊用 144 點（D1000～D1143）指針/中斷：P64 點；I4 點（P0～P63/I00I10I20I301）串聯通信口：程序寫入/讀出通訊口：RS232 一般功能通訊口：RS485主機電源 220V AC 主機的組成輸入單元輸入單元由 8 個按扭、8 個開關和 16 個接插件組成，它們分別與 PLC 的 16個輸入點相接。改變這些開關或按扭的通斷狀態，即可對主機輸入所需要的開關量。16 個接插件可外接其它直流或開關量輸入信號。輸出單元輸出單元由 24 個二極管和 24 個接插件組成，它們分別與 PLC 的 24 個輸出點相連。發光二極管是否發光，即可表示輸出點的狀態，使用者可得到主機的輸出信息。24 個輸出接插件可外接其它需要控制的設備。輸出單元的 4 個地端，分別引出到面板，其中只有 C4 與 3V 電源共地。電源單元PLC 主機左邊有外接 220V/AV 的電源插座，作為 PLC 的工作電源。內裝變壓器，輸出 3V 電源，供二極管使用。另外 PLC 的 24VDC 和 24GND 已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用第三章 三相異步電動機的工作原理及結構3．1 三相異步電動機的結構 三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環等其他附件，如圖 311 所示。 圖 31 封閉式三相籠型異步電動機結構圖1—軸承；2—前端蓋；3—轉軸；4—接線盒；5—吊環；6—定子鐵心；7—轉子；8—定子繞組；9—機座；10—后端蓋；11—風罩；12—風扇1．定子部分 定子是用來產生旋轉磁場的。三相電動機的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。（1）外殼 三相電動機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環等部件。 機座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護和固定三相電動機的定子繞組。中、小型三相電動機的機座還有兩個端蓋支承著轉子，它是三相電動機機械結構的重要組成部分。通常，機座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉子固定在定子內腔中心，使轉子能夠在定子中均勻地旋轉。軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉子，使轉子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護軸承的作用。接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。吊環：一般是用鑄鋼制造，安裝在機座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機。 （2）定子鐵心 異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由 ～ 厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖 32 所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。 （a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖 32 定子鐵心及沖片示意圖 （3）定子繞組 定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120176。電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規律嵌入定子鐵心槽內。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為 U1, V1, W1 ，末端分別標為