工業(yè)機(jī)械手模型——基于plc的控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)

【導(dǎo)讀】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。電氣方面有電機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥、等電子器件組成。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出四路來(lái)分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸、底盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)、手。機(jī)；電機(jī)拖動(dòng)手爪和底盤(pán)旋轉(zhuǎn)；電磁閥控制氣閥的開(kāi)關(guān)來(lái)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(kāi)發(fā)的工業(yè)機(jī)械手模型可在空間抓放。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)。

　　

【正文】 輸出。 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。 三菱 FX 系列 的結(jié)構(gòu) 功 能 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(yǔ)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。 本設(shè)計(jì)采用 FX 系列 PLC 作為控制核心，所以現(xiàn)在就以它來(lái)講述 PLC 的應(yīng)用知攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 17 識(shí)、操作技能。 FX 系列 PLC 硬件組成與其它類(lèi)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 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(xiàn)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 圖 PLC 的組成框圖 外部開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)以及各種傳感器檢測(cè)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(chǎng)設(shè)備的控 制。 PLC 內(nèi)部功能 中央處理器 CPU CPU 的主要 作用是解釋并執(zhí)行用戶(hù)及系統(tǒng)程序，通過(guò)運(yùn)行用戶(hù)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)。 存儲(chǔ)器模塊 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(hù)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。 只讀存儲(chǔ)器 ROM 用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序。可紫外線(xiàn) 擦除電編程的只讀存儲(chǔ) EPROM，它主要用來(lái)存放 PLC 的操作系統(tǒng)和監(jiān)控程序，如果用戶(hù)程序已完全調(diào)試好，也可將程序固化在 EPROM 中。 可電 擦除 可 電 改寫(xiě) 的只讀存儲(chǔ) EEPROM， 它主要用來(lái)存放用戶(hù)程序。 輸入輸出模塊 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 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(guò)程，與 DCS 相似，它與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的 聯(lián)系也是通過(guò)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(guò)程相聯(lián)系的橋梁。 PLC 連接的過(guò)程變量按信號(hào)類(lèi)型劃分可分為開(kāi)關(guān)量（即數(shù)字量）、模擬量和脈沖量等，相應(yīng)輸入輸出模塊可分為開(kāi)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。 編程器 編程器是 PLC 必不可少的重要外部設(shè)備。編程器將用戶(hù)所希望的功能通過(guò)編程語(yǔ)言送到 PLC 的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中。編程器不僅能對(duì)程序進(jìn)行寫(xiě)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(hù)與 PLC 之間進(jìn)行 人機(jī)對(duì)話(huà)的界面。隨著 PLC 的功能不斷增強(qiáng)，編程語(yǔ)言多樣化，編程已經(jīng)可以在計(jì)算機(jī)上完成。 PLC 輸入輸出接口的安全保護(hù) 當(dāng)輸出口連接電感類(lèi) 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 ～ F，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 為輸入輸出口的保護(hù)環(huán)節(jié)示意圖。 圖 輸入輸出口的保護(hù) 手持編程器 FX－ 20P－ E 的使用 FX20PE 簡(jiǎn)易編程器（ Handy Programming Panel， 簡(jiǎn)稱(chēng) HPP）適用于 FX 系列PLC，也可以通過(guò)轉(zhuǎn)換器 FX20PEFKIT 用于 F 系列 PLC【 17】 。 FX20PE 編程器有聯(lián)機(jī)（ Online）和脫機(jī)（ Offline）兩種操作方式： （ 1）聯(lián)機(jī)方式 編程器對(duì) PLC 的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行直接操作、存取的方法。在寫(xiě)入程序時(shí)，若 PLC 內(nèi)未裝 EEPROM 存儲(chǔ)器，程序?qū)懭?PLC 內(nèi)部 RAM，若 PLC內(nèi)裝有 EEPROM 存儲(chǔ)器，程序?qū)懭朐摯鎯?chǔ)器。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 19 （ 2）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(xiě)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(xiě)入器之間進(jìn)行程序傳送。 HPP 的組成與操作面板 HPP 的組成 HPP 由液晶顯示屏（ 16 字符 ⅹ 4 行，帶后照明）、 ROM 寫(xiě)入器等模塊接口、安裝存儲(chǔ)器卡盒的接口，以及專(zhuān)用的鍵盤(pán)（功能鍵、指令鍵、軟元件符號(hào)鍵、數(shù)字鍵）。 HPP 配有 FX20PCAB 電纜（適用于 FX2 系列 PLC）或 FX20PCABO 電纜（適用于 FX0 系列 PLC），用來(lái)與 PLC 連接；還有系統(tǒng)的存儲(chǔ)卡，用來(lái)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(xiě)入器模塊、 PLC 存儲(chǔ)器卡盒等均為選用件。 HPP 的操作面板 HPP 的操作面板如圖 所示，鍵盤(pán)上各鍵的作用如下： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 圖 HPP 操作面板 （ 1）功能鍵 功能鍵有三個(gè)： [RD/WR]（讀出 /寫(xiě)入）、 [INS/DEL]（插入 /刪除）、[MNT/TEST]（監(jiān)視 /測(cè)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。 （ 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(huà)面。安裝 ROM 寫(xiě)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。 （ 3）清除鍵 [CLEAR] 如果在按 [GO]鍵以前（確認(rèn)前）按此鍵，則清除鍵入的數(shù)據(jù)。此鍵也可以用于清除錯(cuò)誤信息，恢復(fù)原來(lái)的畫(huà)面。 （ 4）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。 （ 5）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)。 （ 6）步序鍵 [STEP] 設(shè)定步序號(hào)時(shí)。 （ 7）光標(biāo)鍵 [↑ ]、 [↓ ] 用此鍵來(lái)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)。 （ 8）執(zhí)行鍵 [GO] 此鍵用于指令的確認(rèn)、執(zhí)行，顯示后面的畫(huà)面（滾動(dòng)）以及再檢索。 （ 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）攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 21 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）。 HPP 的操作過(guò)程 HPP 的操作過(guò)程主要包括：操作準(zhǔn)備、方式選擇、編程、監(jiān)視與測(cè)試等。 1． 操作準(zhǔn)備 打開(kāi) PLC 上部的插座蓋板，將 HPP 所帶的 FX20PCAB 型電纜（對(duì) FX2 系列PLC）接到 PLC 的連接 HPP 專(zhuān)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(guò)電纜由 PLC 供電。 2． 方式選擇 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 上部所示的畫(huà)面， 2 秒鐘后將自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一個(gè)畫(huà)面。畫(huà)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。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22 圖 方式選擇 3． 編程 操作前，首先確認(rèn) PLC 的 [RUN/STOP]開(kāi)關(guān)為“ STOP”位置，然后在指定的范圍內(nèi)成批寫(xiě)入 NOP 指令，將 PLC 內(nèi)部用戶(hù)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。 4． 監(jiān)視 監(jiān)視功能是通過(guò) HPP 的顯示屏 監(jiān)測(cè)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。 5． 測(cè)試 測(cè)試功能是由 HPP 對(duì)指定元件的觸點(diǎn)和線(xiàn)圈進(jìn)行強(qiáng)制 ON/OFF，以及進(jìn)行常數(shù)變更。 編程操作 ： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 以下分別說(shuō)明在聯(lián)機(jī)方式下，程序讀出、寫(xiě)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(hù)程序存儲(chǔ)器進(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。 編程時(shí)按指令清單進(jìn)行。基本邏輯指令和步進(jìn)指令在 HPP 上有對(duì)應(yīng)的指令鍵，但沒(méi)有逐一 對(duì)應(yīng)的功能指令鍵，需通過(guò) [FNC]和數(shù)字、字母鍵鍵入。 讀出 指令 在聯(lián)機(jī)方式下，當(dāng) PLC 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。 （ 1）根據(jù)步序號(hào)讀出 指定步序號(hào)，從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中讀出并顯示程序，其基本操作如圖 所示。 圖 根據(jù)步序號(hào)讀出程序的基本操作 例如：讀出第 55 步的程序指令，其操作步驟如下： RD 功能下 → STEP→ 5→ 5→ GO。 HPP 以指定的步序號(hào)指令為第 1 行，讀出并顯示 4 行程序。若反復(fù)按 [GO]鍵，則顯示指令的第 5 行以后的畫(huà)面并滾動(dòng)進(jìn)行。 （ 2）根據(jù)指令讀出 PLC 處于 STOP 狀態(tài)時(shí)，指定指令，從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器讀出并顯示程序，其基本操作如圖 所示。 圖 根據(jù)指令讀出的基本操作 例如：讀出指令 PLS M104，操作如下： RD 功能下 → PLS→ M→ 1→ 0→ 4→ GO。 HPP 從 0 步依次搜索所指定的指令，并顯示以最先搜索到的指令為首行的 4 行程序；反復(fù)按 [GO]鍵，從所搜索出的下一步開(kāi)始，搜索同樣指令，若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)指定的 指令，則顯示“ NOT FOUND”信息。 （ 3）根據(jù)指針讀出 當(dāng) PLC 處于 STOP 狀態(tài)時(shí)，指定指針，從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中讀出并顯示程序，其基本操作如圖 所示： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 24 圖 根據(jù)指針讀出的基本操作 例如：讀出指針編號(hào)為 3 的標(biāo)號(hào)，其操作步驟如下： RD 功能下 → P→ 3→ GO。 2．寫(xiě)入 指令 寫(xiě)入操作有基本指令、功能指令、元件、指針標(biāo)號(hào)等的輸入。 （ 1）基本指令的寫(xiě)入 基本指令（含步進(jìn)指令）的寫(xiě)入的基本操作如圖 所示。 圖 基本指令的寫(xiě)入操作 在指令輸入過(guò)程中，如需要修改，可按圖 所示的操作進(jìn)行。 圖 修改的基本操作 例如，輸入指令 OUT T0 K10，按 [GO]鍵前（確認(rèn)前），欲將 K10 改為 D9，其操作為： WR 功能下 → OUT→ T→ 1→ 0→ SP→ K→ 1→ 0→ CLEAR→ D→ 9→ GO。 如在確認(rèn)后（按 [GO]鍵后）修改上例，其操作為： WR 功能下 → OUT→ T→ 1→ 0→ SP→ K→ 1→ 0→ GO→↑→ D→ 9→ GO。 程序的修改 在指定的步序上修改指令。例如在第 100 步上寫(xiě)入指令 OUT T50 K30，其操作為：RD 功能下 → STEP→ 1→ 0→ 0→ GO→ WR功能下 → OUT→ T→ 5→ 0→ SP→ K→ 3→ 0→ GO。 如果要修改功能指令中的操作數(shù)，讀出該操作數(shù)后，將光標(biāo)移到欲修改的操作數(shù)所在的行，然后修改該行的參數(shù)。 攀枝花 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 各功能實(shí)現(xiàn)形式與控制方式 25 4 各功能實(shí)現(xiàn)形式 與控制方式 本機(jī)械手模型的機(jī)能和特性 物體在三維空間內(nèi)的禁止位置是由三個(gè)坐標(biāo)和圍繞三軸旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)決定的，因此，抓握物體的位置和方向能從理論 上求得。根據(jù)資料的介紹，如果 采用機(jī)械