機械手plc控制設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 可與外部裝置直接相聯 ， 結構易于擴展 ， 這是 PLC 的雛形。 1969 年美國 DEC 公司研制出世界上第一臺 PLC（ PDP14），并在 GM 公司汽車生產線上應用成功 。 PLC 的定義和特點 的定義 可編程序控制器，英文稱 Programmable Controller，簡稱 PC。但由于 PC容易和個人計算機（ Personal Computer）混淆，故人們仍習慣地用 PLC 作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時 /計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 是微機技 術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是 PLC 的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的 PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應用于生產實踐。 徐州師范大學現代人培訓中心 8 美國電氣協會制造商協會 NEMA和國際電工委員會 IEC對可編程控制器分別作了定義：可編程控制器是一種專門用于工業環境的、以開關量邏輯控制為主的自動控制裝置。它具有存儲控制程序的存儲器，能夠按照控制程序，將輸入的開關量（或模擬量）進行邏輯運算、定時、計數和算術運算等處理后，以開關量（或模擬量）的形式輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 早期的可編程控制器，主要用于開關量邏輯控制，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱 PLC，后來隨著計算機計術不斷發展，其功能已不僅限于開關邏輯控制，所以被稱之為可編程控制器 PC，但這很容易和個人計算機 PC 相混淆，因此，一般仍把 PLC 作為可編程控制器的簡稱。 的 特點 可編程控制器之所以能夠得到迅速發展和廣泛應用，主要是由于它具有以下特點： （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強 用軟件實現大量的開關量邏輯運算，克服了因繼電器觸點接觸不良而造成的故障；輸入采用直流低電壓，更加可靠、安全；面向工業環境設計，采取了濾波、屏蔽、隔離等抗干擾措施，適應各種惡劣的工作環境，遠遠地超過了傳統的繼電器控制系統和一般的計算機控制系統。 (2) 編程簡單，易于掌握 PLC 采用梯形圖方式編寫程序，與繼電器控制邏輯的設計相似 ，具有直觀、簡單、容易掌握等優點。 （ 3） 功能完善，靈活方便 隨著 PLC 技術的不斷發展，其功能更加完善，不僅具有開關量邏輯控制功能和步進、計算功能，而且還具有模擬量處理、溫度控制、位置控制、網絡通信等功能。既可以單機使用、也可聯網運行，既可集中控制、也可分布控制或者集散控制。而且在運行過程中，可隨時修改控制邏輯，增減系統的功能。 （ 4） 體積小、質量輕、功耗低 由于采用了單片機等集成芯片，體積小、質量輕、機構經湊、功耗低。 徐州師范大學現代人培訓中心 9 的組成 與分類 的組成 PLC 的構成： PLC 的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入 /輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。 PLC 的硬件系統結構如圖 1 所示： 圖 PLC的硬件系統結構 PLC 的各組成元素的構成及功能： CPU 的構成及功能 CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統程序賦予的功 能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統，輸出模塊 相反。 I/O 種類有開關量輸入（ DI），開關量輸出（ DO），模擬量輸入輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關選擇開關按鈕 徐州師范大學現代人培訓中心 10 （ AI），模擬量輸出（ AO）等。 內存 內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC 不可缺少的組成單元。不同機型的 PLC 期內存大小也不盡相同，除主機單元的已有的內存區外，大部分機型還可根據用戶具體需要加以擴展。 電源模塊 PLC電源用于為 PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VAC）。 底板或機架 大多數模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的聯系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。 PLC 系統的其它設備 i) 編程設備：編程器是 PLC 開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編寫程序、對系統作一些設定、監控PLC 及 PLC 所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。某些 PLC也配有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。 ii) 人機界面：最簡單的人 機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機界面也非常普及。 iii)輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如 EPROM、 EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 PLC 的通信聯網 依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出 網絡就是控制器 的觀點說法。 PLC 具有通信聯網的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位 計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。多數 PLC 具有 RS232 接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。 PLC 的通信，還未實現互操作性，IEC 規定了多種現場總線標準， PLC 各廠家均有采用。對于一個自動化工程 (特別是中大規模控制系統 )來講，選擇網絡非常重要的。首先 ,網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協議和機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統成本、設備兼容 性、現場環境適用性等徐州師范大學現代人培訓中心 11 具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。 的分類 通常 PLC 產品可按結構形式、控制規模等進行分類。 （ 1）按結構形式分類 按結構形式不同，可分為整體式和模塊式兩類。整體式的 PLC 是將電源、 CPU、存儲器、輸入 /輸出單元等各個功能部件集成在一個機殼內，從而具有結構經湊、體積小、價格低等優點，許多小型 PLC 多采用這種機構。模塊式的 PLC 將各個功能部件做成獨立模塊，如電源模塊、 CPU 模塊、 I/O 模塊等，然后進行組合。 （ 2）按控制規模分類 按控制規模大小，可分為小型、中型和大型 PLC 三種類型。 1）小型 PLC。 型 PLC 的 I/O 點數在 256 點以下，存儲容量在 2K 步以內，其中輸入輸出點數小于 64 點的 PLC 又稱為超小型或微型 PLC，具有邏輯運算、定時、計數、移位及自診斷、監控等基本功能。 2）中型 PLC。 中型 PLC 的開關量 I/O 點數通常在 256~2048 點之間，用戶程序存儲器的容量為 2~8KB，除具有小型機的功能外，還具有較強的模擬量I/O、數字計算、過程參數調節，如比例、積分、微分（ PID）調節、數據傳送與比較、數 制轉換、中斷控制、遠程 I/O 及通信聯網功能。 3）大型 PLC。 大型 PLC 也稱為高檔 PLC， I/O 點數在 2048 點以上，用戶程序存儲容量在 8K 以上，其中 I/O 點數大于 8192 點的又稱為超大型 PLC，除具有中型機的功能外，還具有較強的數據處理、模擬調節、特殊功能函數運算、監視、記錄、打印等功能，以及強大的通信聯網、中斷控制、智能控制和遠程控制等功能。 的工作原理與應用 的工作原理 PLC 的工作原理： PLC 是采用“順序掃描，不斷循環”的方式進行工作的。即在 PLC 運行時， CPU 根據用 戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環掃描，如無跳轉指令，則從第一條指徐州師范大學現代人培訓中心 12 令開始逐條順序執行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。 的應用 目前， PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。 開關量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代 傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 模擬量控制 在工業生產過程當中，有許多連續變化的量，如溫