PLC課程設(shè)計(jì)-機(jī)械手PLC控制系統(tǒng).doc

1 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 plc 課程設(shè)計(jì) 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè)： 自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目： 機(jī)械手 plc 控制系統(tǒng) 班級(jí)班級(jí)： 自 0841 學(xué)生姓名學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)學(xué)號(hào)： 22 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師： 分院院長(zhǎng)分院院長(zhǎng)： 教研室主任教研室主任： 2 一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1.課課程程題題目目 機(jī)械手plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容內(nèi)容 圖圖1 機(jī)機(jī)械械手手動(dòng)動(dòng)作作示示意意圖圖 設(shè)計(jì)一個(gè)用 plc 控制的將工件從 a 點(diǎn)移到 b 點(diǎn)的機(jī)械手控 制系統(tǒng)。其控制要求如下： 1手動(dòng)操作，每個(gè)動(dòng)作均能單獨(dú)操作，用于將機(jī)械手復(fù)歸至 原點(diǎn)位置； 2連續(xù)運(yùn)行，在原點(diǎn)位置按起動(dòng)按鈕或當(dāng)光電探測(cè)器探測(cè)到 有工件時(shí)，機(jī)械手按圖 1 連續(xù)工作一個(gè)周期，一個(gè)周期的工作過(guò) 程如下：原點(diǎn)下降夾夾緊(t)上上升右移下降放松(t) 上升左移到原點(diǎn)，時(shí)間 t 由教師現(xiàn)場(chǎng)規(guī)定。 3. 課課程程設(shè)計(jì)報(bào)設(shè)計(jì)報(bào)告要求告要求 （1）畫(huà)工藝流程圖，分析 i/o 性質(zhì)，計(jì)算 i/o 點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)容量，plc 選型； 3 （2）編寫(xiě)程序（在 pc 機(jī)上編程并下載到 plc 中）； （3）運(yùn)行并調(diào)試程序，運(yùn)行調(diào)試記錄，在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題， 解決辦法等； （4）畫(huà) plc 控制系統(tǒng)外部接線(xiàn)圖（含主電路及供電圖）； （5）課程設(shè)計(jì)總結(jié)。包括本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中的收獲、體會(huì)，以及 對(duì)該課程設(shè)計(jì)的意見(jiàn)、建議等； （6）參考文獻(xiàn)列表； （7）報(bào)告使用 b5 紙打印，全文不少于 2000 字。 4. 參考參考資資料料 1 史國(guó)生主編. 電氣控制與可編程控制器技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出 版社.2004 2 王永華.現(xiàn)代電氣及可編程控制技術(shù). 北京:北京航空航天大學(xué) 出版社.2002 3 徐世許.可編程序控制器原理應(yīng)用網(wǎng)絡(luò).合肥:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大 學(xué)出版社.2001 5. 設(shè)計(jì)進(jìn)設(shè)計(jì)進(jìn)度（度（2011 年年 11 月月 14 日至日至 11 月月 25 日）日） 時(shí) 間設(shè)計(jì)內(nèi)容 11 月 14 日布置設(shè)計(jì)任務(wù)、查閱資料 11 月 15 日-11 月 18 日 方案論證及總體設(shè)計(jì) 11 月 20 日-11 月 24 日 系統(tǒng)調(diào)試及整理課程設(shè)計(jì)報(bào)告 11 月 25 日課程設(shè)計(jì)答辯 7. 課課程程設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)時(shí)間及地點(diǎn)及地點(diǎn) 2010 年 11 月 14 日2010 年 11 月 25 日 上午 8：0011：00；下午 13：0016：00 綜合自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室（新實(shí)驗(yàn)樓 308） 二、評(píng)語(yǔ)及成績(jī)二、評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 4 考核項(xiàng)目考核內(nèi)容評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等級(jí) 優(yōu) 良 中 及 不及 方案設(shè)計(jì) （15） 優(yōu)：設(shè)計(jì)方案合理，內(nèi)容正確，有獨(dú)立見(jiàn)解或創(chuàng)造 性； 良：方案正確，有一定見(jiàn)解； 中：設(shè)計(jì)方案及內(nèi)容基本正確，分析問(wèn)題基本正確， 無(wú)原則性錯(cuò)誤； 及：設(shè)計(jì)方案及內(nèi)容基本合理，分析問(wèn)題能力較差， 但無(wú)原則性錯(cuò)誤； 不及：設(shè)計(jì)方案不合理，有嚴(yán)重的原則性錯(cuò)誤； 優(yōu) 良 中 及 不及 技術(shù)指標(biāo) （20） 優(yōu)：各項(xiàng)指標(biāo)均完全達(dá)到 良：各項(xiàng)指標(biāo)基本達(dá)到，只有一項(xiàng)指標(biāo)有微小差距 中：有一項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到 及：有兩項(xiàng)指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到 不及：有三項(xiàng)指標(biāo)以上沒(méi)有達(dá)到 優(yōu) 良 中 及 不及 完成情況 （50） 設(shè)計(jì)報(bào)告 （15） 優(yōu)：設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容正確，完整，規(guī)范，圖面質(zhì)量好， 且符合國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)； 良：設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容正確，較完整，規(guī)范，圖面質(zhì)量 較好，且符合國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)； 中：設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容有個(gè)別錯(cuò)誤，較完整，較規(guī)范， 圖面質(zhì)量一般； 及：設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容基本正確完整，較規(guī)范，有多個(gè) 錯(cuò)誤； 不及：設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容中不加消化，照搬照抄； 綜合能力 （30） 設(shè)計(jì)實(shí)施 能力 （15） 優(yōu)：能夠自行利用現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理 檢驗(yàn)，接線(xiàn)正確規(guī)范，程序設(shè)計(jì)合理，工具軟件使 用熟練； 良：在教師指導(dǎo)下能夠利用現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)設(shè)計(jì)方案 進(jìn)行合理檢驗(yàn)，接線(xiàn)正確規(guī)范，程序設(shè)計(jì)合理，工 具軟件使用熟練； 中：在教師指導(dǎo)下能夠利用現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)設(shè)計(jì)方案 進(jìn)行檢驗(yàn)，接線(xiàn)較正確規(guī)范，程序設(shè)計(jì)較合理，工 具軟件使用較熟練； 優(yōu) 良 中 及 不及 5 及：教師指導(dǎo)參與過(guò)多，才能夠利用現(xiàn)有設(shè)備，對(duì) 設(shè) 考核項(xiàng)目考核內(nèi)容評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等級(jí) 設(shè)計(jì)實(shí)施 能力 （15） 計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)，接線(xiàn)較正確規(guī)范，程序設(shè)計(jì)較合 理，工具軟件使用較熟練； 不及：不能在教師指導(dǎo)下完成規(guī)定的設(shè)計(jì)方案檢驗(yàn)。 優(yōu) 良 中 及 不及 綜合能力 （30） 故障處理 能力 （15） 優(yōu)：能夠自行對(duì)硬件和程序出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行合理、 高效的解決； 良：在教師指導(dǎo)下能夠較好處理硬件和程序出現(xiàn)的 問(wèn)題，并能夠消化吸收； 中：在教師指導(dǎo)下能夠基本處理硬件和程序出現(xiàn)的 問(wèn)題，有一定的分析能力； 及：教師指導(dǎo)參與過(guò)多，才能夠完成硬件和程序出 現(xiàn)的問(wèn)題； 不及：不能在教師指導(dǎo)下完成故障的處理。 優(yōu) 良 中 及 不及 安全文明 操作 （10） 優(yōu)：沒(méi)有發(fā)生任何安全事故和設(shè)備、元器件損壞， 使用材料無(wú)浪費(fèi)，設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)整齊規(guī)范； 良：沒(méi)有發(fā)生任何安全事故和設(shè)備、元器件損壞， 設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)較整齊規(guī)范； 中：沒(méi)有發(fā)生任何安全事故和設(shè)備、元器件損壞， 設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)欠整齊； 及：沒(méi)有發(fā)生安全事故，或有元器件損壞，現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng) 期臟、亂差，或造成材料浪費(fèi)； 不及：發(fā)生安全事故，或有元器件損壞，或現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng) 期臟、亂差，或造成材料浪費(fèi)。 優(yōu) 良 中 及 不及 基本素質(zhì) （20） 勞動(dòng)紀(jì)律 （10） 優(yōu)：能完全遵守課程設(shè)計(jì)管理制度和作息制度，無(wú) 違紀(jì)行為； 良：能遵守課程設(shè)計(jì)管理制度和無(wú)曠工行為，遲到/ 早退 1 次； 中：能遵守課程設(shè)計(jì)管理制度和無(wú)曠工行為，遲到/ 早退 2 次； 及：違反守課程設(shè)計(jì)管理制度，或有 1 次曠工、或 遲到/早退 3 次； 不及：勞動(dòng)紀(jì)律出現(xiàn)重大問(wèn)題，取消成績(jī)。 6 總成績(jī)： 指導(dǎo)教師: 等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)=90 上，良=8980,中=7970,及=6960，不及=60 下 7 plc 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 班 級(jí)：自動(dòng)化 0841 姓 名：楊明影 學(xué) 號(hào)： 22 號(hào) 指導(dǎo)教師：葉天遲 撰寫(xiě)日期： 2011.11.28 目錄 8 目錄 第一章第一章 plcplc 概述概述 8 8 1.1 plc 的定義8 1.2 plc 的由來(lái)及發(fā)展9 1.3 plc 的特點(diǎn)及用途.10 1.4 plc 的主要技術(shù)指標(biāo).13 第二章第二章 根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作 1515 2.1 控制要求分析 15 第三章第三章 分配輸入輸出設(shè)備分配輸入輸出設(shè)備 1818 第四章第四章 確定確定 plcplc 的輸入、輸出電路的輸入、輸出電路 1919 第五章第五章 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) plcplc 程序畫(huà)出梯形圖程序畫(huà)出梯形圖 2121 總總 結(jié)結(jié) 2626 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 2727 第一章 plc 概述 9 第一章第一章 plcplc 概述概述 1.11.1 plcplc 的定義的定義 可編程控制器（programmable logic controller）簡(jiǎn)稱(chēng) plc，它具備了模擬量控制、過(guò)程控制以及遠(yuǎn)程通信等強(qiáng)大功能， 所以美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)將其正式命名為可編程控制器 （programmable controller）,簡(jiǎn)稱(chēng) pc。但是個(gè)人計(jì)算機(jī) （personal computer）也簡(jiǎn)稱(chēng) pc，為了避免混淆，將用于邏輯 控制的可編程控制叫做 plc（programmable logic controller）. 可編程控制器有近 30 年的歷史，發(fā)展極為迅速。為確定它 的性質(zhì)國(guó)際電工委員會(huì)（international electrical committee）多次發(fā)布以及修訂有關(guān) plc 的文件。在 1987 年頒布 的 plc 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) plc 做了如下定義： plc 是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操 作的電子裝置，它其實(shí)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它采用可以編制程序的 存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù) 運(yùn)算等操作的指令，它以接入式 cpu 為核心，通過(guò)數(shù)字式或模擬 式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。plc 及其有 關(guān)的外圍設(shè)備，都是很容易與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，容易 擴(kuò)展其功能的。 可編程控制器從內(nèi)部構(gòu)造、功能及工作原理上看是一臺(tái)計(jì) 算機(jī)。是數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它帶有可以編制程序的存儲(chǔ) 器，能進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算工作。 可編程控制器是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用計(jì)算機(jī)。它是為工業(yè)環(huán)境 下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，工業(yè)環(huán)境一般辦公環(huán)境有較大的區(qū)別。由于 plc 的特殊構(gòu)造，使它能在高粉塵、高噪音、強(qiáng)電磁干擾和溫度 第一章 plc 概述 10 變化劇烈的環(huán)境下正常工作。為了能控制機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程，它要 能很容易的與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，這些都是個(gè)人計(jì)算機(jī) 無(wú)法比擬的。 可編程控制器是一種通用的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它能控制各 種類(lèi)型的工業(yè)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程。它的功能能夠很容易地?cái)U(kuò)展，它 的程序是可以根據(jù)控制對(duì)象的不同，讓使用者來(lái)編制的。也就是 說(shuō)，可編程控制器較其以前的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，如單片機(jī)工業(yè)控 制系統(tǒng)，具有更大的靈活性，它可以方便地應(yīng)用在各種場(chǎng)合。 通過(guò)以上定義還可以了解到，相對(duì)一般意義上的計(jì)算機(jī)， 可編程控制器不僅具有計(jì)算機(jī)的內(nèi)核，它還配置了許多使其適用 于工業(yè)控制的器件。它實(shí)質(zhì)上是經(jīng)過(guò)一次開(kāi)發(fā)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，它是一種通用機(jī)，經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)，它可以在 任何具體的工業(yè)設(shè)備上使用。自其誕生以來(lái)，電氣工程技術(shù)人員 感受最強(qiáng)的也是可編程控制器二次開(kāi)發(fā)十分容易。它在很大程度 上使的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)從專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院走進(jìn)工廠和礦山，變成了普 通工程技術(shù)人員甚至普通電氣工人力所能及的工作。再加上體積 小、工作可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、控制功能完善，適應(yīng)性強(qiáng)， 安裝接線(xiàn)簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，可編程控制器在短短的 30 年中獲得 了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用。 1.21.2 plcplc 的由來(lái)及發(fā)展的由來(lái)及發(fā)展 世界上公認(rèn)的第一臺(tái) plc 是 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 （dec）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期 的 plc 主要分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的 邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理 器。人們很快將其引入可編程控制器，使 plc 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù) 傳送及處理等功能，成為真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 第一章 plc 概述 11 為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程 控制器采用和繼電器電路圖類(lèi)似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言，并 將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。因而人們 稱(chēng)可編程控制器為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入了實(shí)用化發(fā)展階段， 計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。 更高的運(yùn)算速度、超小型的體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模 擬量運(yùn)算、pid 功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地 位。20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得 了廣泛的應(yīng)用。例如，在世界第一臺(tái)可編程控制器的誕生地美國(guó)， 1982 年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，大量應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)廠家占 美國(guó)重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)廠家總數(shù)的 82%，可編程控制器的應(yīng)用數(shù)量已 位于眾多的工業(yè)自控設(shè)備之首。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特 點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控 制器已步入成熟階段。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編 程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。許多可編程控制器的 生產(chǎn)廠家已聞名于全世界。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代 工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)及 超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元， 用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的 配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元，通訊單元，使應(yīng)用可 編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制 器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車(chē)、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng) 用都的到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 第一章 plc 概述 12 1.31.3 plcplc 的特點(diǎn)及用途的特點(diǎn)及用途 （1）plc 具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn) 1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備非常關(guān)鍵的性能。plc 由于采用 大規(guī)模集成電路技術(shù)、嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝，內(nèi)部電路采取了輸入輸 出信號(hào)的光電隔離、濾波、電源的屏蔽、穩(wěn)壓和保護(hù)、故障診斷 等先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性，它能在高粉塵、高噪 音、強(qiáng)電磁干擾和溫暖變化劇烈的環(huán)境下正常工作。plc 的平均 無(wú)故障時(shí)間可高達(dá) 510 萬(wàn)小時(shí)以上。從 plc 的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)， plc 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接 線(xiàn)及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也就大大降 低。 2）功能完善、應(yīng)用領(lǐng)域廣 到現(xiàn)在為止 plc 已經(jīng)形成各種規(guī)模、系列化的產(chǎn)品?？梢?用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合，并能完成決大多數(shù)的工業(yè)控制任 務(wù)。plc 所具有的完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng) 域。近年來(lái) plc 的功能單元大量涌現(xiàn)，plc 通訊能力的增強(qiáng)及人 機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 plc 組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。 3）編程簡(jiǎn)單，易學(xué)易用 plc 采用和繼電器電路圖接近的梯形圖語(yǔ)言，只用少量的 開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。在工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可以使用手持編程器或筆記本對(duì) plc 進(jìn)行編程。當(dāng) plc 聯(lián)網(wǎng)后，可以在網(wǎng)絡(luò)的任一位置對(duì) plc 編程。為不熟悉電子電路、 不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制提供了 方便。 4）系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低 plc 在存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯、采用模塊化的結(jié)構(gòu)，大大 第一章 plc 概述 13 地減少了控制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建設(shè)的周期大 大縮短了?，F(xiàn)代集成電路技術(shù)的廣泛應(yīng)用，功耗僅數(shù)瓦。由于 plc 體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制 設(shè)備。使得 plc 的重量越來(lái)越輕、功耗也越來(lái)越少。在集成電路 技術(shù)和生產(chǎn)廠家越來(lái)越多的情況下，plc 的價(jià)格也越來(lái)越低。 （2）可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 plc 在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、 輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣 泛，主要可以歸納為以下幾類(lèi)： 1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 可編程控制器可實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，也可用于單臺(tái) 設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線(xiàn)。 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、 流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬 量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的 a/d 轉(zhuǎn)換及 d/a 轉(zhuǎn)換。 3）運(yùn)動(dòng)控制 plc 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配 置來(lái)說(shuō)，早期直接用開(kāi)關(guān)量 i/o 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電 機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 4）過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)連續(xù)變化的量進(jìn)行控制。如對(duì)溫度、壓力、 流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，plc 能編制各 種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、 化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合。 第一章 plc 概述 14 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 plc 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn) 算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能。可以 完成數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與參考值比 較，完成一定的控制操作。也可以利用通訊功能傳送到其他的智 能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型過(guò)程控制系 統(tǒng)，如冶金、造紙、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 6）通信及聯(lián)網(wǎng) plc 通信含 plc 間的通信及 plc 與其他智能設(shè)備間的通信。 隨著現(xiàn)代社會(huì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，它 也將和其他的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)，在工業(yè) 及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 1.41.4 plcplc 的主要技術(shù)指標(biāo)的主要技術(shù)指標(biāo) plc 的性能指標(biāo)較多，主要介紹與組成 plc 控制系統(tǒng)關(guān)系較 直接的幾個(gè)。 （1）編程語(yǔ)言及指令功能 梯形圖語(yǔ)言、助記符語(yǔ)言在 plc 中較為常見(jiàn)，梯形圖語(yǔ)言 一般在計(jì)算機(jī)屏幕上編輯，使用起來(lái)簡(jiǎn)單方便。助記符語(yǔ)言與計(jì) 算機(jī)編程序相似，如果對(duì)有編制程序基礎(chǔ)的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)， 學(xué)習(xí)助記符會(huì)容易一些，只要理解各個(gè)指令的含義，就可以像做 計(jì)算機(jī)程序一樣寫(xiě) plc 的控制程序。如果兩種語(yǔ)言都會(huì)使用更好， 因?yàn)樗鼈冎g可以相互轉(zhuǎn)換。plc 實(shí)際上只認(rèn)識(shí)助記符語(yǔ)言，梯 形圖語(yǔ)言是需要轉(zhuǎn)換成助記符語(yǔ)言后，存入 plc 的存儲(chǔ)器中。 現(xiàn)在功能圖語(yǔ)言的使用有上升趨勢(shì)。編程語(yǔ)言中還有一個(gè) 內(nèi)容是指令功能。衡量指令功能強(qiáng)弱可看兩個(gè)方面：一是指令條 數(shù)多少；二是指令中有多少綜合性指令。一條綜合性指令一般就 第一章 plc 概述 15 能完成一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)操作。用戶(hù)編制的程序完成的控制任務(wù)，取決于 plc 指令的多少，指令功能越多，編程越簡(jiǎn)單和方便，完成一定 的控制任務(wù)越容易。 （2）輸入輸出點(diǎn)數(shù) 輸入輸出點(diǎn)數(shù)是 plc 可以接受的輸入開(kāi)關(guān)信號(hào)和輸出開(kāi)關(guān) 信號(hào)的最大數(shù)量，值得注意的是輸入點(diǎn)數(shù)往往的大于輸出點(diǎn)數(shù)的， 且二者不能相互替代。 （3）掃描速度數(shù)是指 plc 掃描 1k（1k=1024）字用戶(hù)程序 所需的時(shí)間，通常以 ms/k 字為單位，掃描速度越快越好。 （4）存儲(chǔ)容量 存儲(chǔ)容量是存放用戶(hù)程序的存儲(chǔ)器的容量。通常用 k 來(lái)表 示。也有的 plc 直接用所能存放的程序量表示。在編制 plc 程序 時(shí)，需要用到大量的寄存器來(lái)存放變量、中間結(jié)果、保持?jǐn)?shù)據(jù)、 定時(shí)計(jì)數(shù)、模塊設(shè)置和各種標(biāo)志位等信息。這些寄存器的多少， 直接關(guān)系到程序的編制，該存儲(chǔ)器的容量越大，就可以編制出更 復(fù)雜的程序。 （5）可擴(kuò)展性 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 plc 的可擴(kuò)展性也顯的非常重要。主要 包括： 1）輸入輸出點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展； 2）存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展； 3）聯(lián)網(wǎng)功能的擴(kuò)展； 4）可擴(kuò)展的模塊數(shù)； 另外，可編程序控制器的可靠性、易操作性及經(jīng)濟(jì)性等功 能指示也受用戶(hù)的關(guān)注。 第二章 根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作 16 第二章第二章 根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的 動(dòng)作動(dòng)作 2.12.1 控制要求分析控制要求分析 （1）機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖 2-1 是某機(jī)械手的工作示意圖，該機(jī)械手的任務(wù)是將工 件從傳送帶 a 搬往傳送帶 b。 在圖 2-1 中，機(jī)械手的所有動(dòng)作均采用電液控制、液壓驅(qū)動(dòng)。 它的上升/下降和左移/右移均采用雙線(xiàn)圈三位電磁閥推動(dòng)液壓缸 完成。當(dāng)某個(gè)電磁閥線(xiàn)圈通電，就一直保持當(dāng)前的機(jī)械動(dòng)作，直 到相反動(dòng)作的線(xiàn)圈通電為止。例如，當(dāng)下降電磁閥線(xiàn)圈通電后， 機(jī)械手下降，即使線(xiàn)圈再斷電，仍保持當(dāng)前的下降動(dòng)作狀態(tài)，直 到上升電磁閥線(xiàn)圈通電為止。機(jī)械手的夾緊/放松采用單線(xiàn)圈二 位電磁閥推動(dòng)液壓缸完成，線(xiàn)圈通電時(shí)執(zhí)行夾緊工件，斷電時(shí)執(zhí) 行放松動(dòng)作。 第二章 根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作 17 為了使動(dòng)作準(zhǔn)確，機(jī)械手上安裝了限位開(kāi)關(guān) sq1、sq2、sq3、sq4，分別對(duì)機(jī)械手進(jìn)行下降、上升、右行、左 行等動(dòng)作的限位，并給出了動(dòng)作到位的信號(hào)。另外，還安裝了光 電開(kāi)關(guān) sp1 和 sp2 負(fù)責(zé) sp1 檢測(cè)傳送帶 a 上的工件是否到位，如 果有光電開(kāi)關(guān) sp1 監(jiān)測(cè)到有工件出現(xiàn)，傳送帶 a 就停止運(yùn)動(dòng)。 sp2 檢測(cè)傳送帶 b 上的工件是否移走，從而產(chǎn)生無(wú)工件信號(hào)，為 下一個(gè)工件的下放做好準(zhǔn)備。 （2）工藝過(guò)程 機(jī)械手的動(dòng)作順序、檢測(cè)元件和執(zhí)行元件的布置如圖 2-2 所示。機(jī)械手的初始位置在原位，按下啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手依次 完成：下降夾緊上升右移下降放松上升左移傳 送帶 a 運(yùn)動(dòng)（檢測(cè)到有工件停）九個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手一個(gè)周期 的動(dòng)作。機(jī)械手的下降、上升、左移、右移的動(dòng)作轉(zhuǎn)換靠限位開(kāi) 關(guān)來(lái)控制，而夾緊、放松動(dòng)作的轉(zhuǎn)換是由時(shí)間繼電器來(lái)控制的。 為了保證安全和提高效率，機(jī)械手右移到位后，必須在傳 送 b 上無(wú)工件時(shí)才能下降。若上一次搬到傳送帶 b 上的工件尚未 移走，則機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停等待。同時(shí)還檢測(cè)了，b 傳送帶的運(yùn) 動(dòng)情況。在機(jī)械手回到原位后，傳送帶 a 運(yùn)動(dòng)，直到檢測(cè)到工件 為止?？梢越档湍芎暮透訙?zhǔn)確、更加智能。為此設(shè)置了兩只光 電開(kāi)關(guān)，以檢測(cè)“有無(wú)工件”信號(hào)。 在此同時(shí)介紹一下，光電開(kāi)關(guān) sp1 和 sp2 的工作原理，以 方便理解和應(yīng)用。 首先這兩個(gè)光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射光的元件均采用半導(dǎo)體激光發(fā) 射器，因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器是所有激器中效率最高，體積最小的一 種。而且采用激光發(fā)射器抗干擾，非接觸式動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。 在信號(hào)接受方面兩者各不相同，首先介紹 sp 光電接收器， 由于其任務(wù)是在檢測(cè)到有工作時(shí)，傳動(dòng)帶 a 才停止運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手 第二章 根據(jù)要求確定被控系統(tǒng)必須完成的動(dòng)作 18 才下降。 （3）控制要求： 傳送帶 b 上工件的傳送不用 plc 控制，讓傳送帶 b 由一臺(tái) 獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)一直的帶動(dòng)。 為滿(mǎn)足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置手動(dòng) 方式和自動(dòng)方式，而自動(dòng)方式又分為單步、單周和連續(xù)工作方式。 手動(dòng)工作方式：利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一步動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制， 例如，按“上升”按鈕，機(jī)械手上升，按“下降”按鈕，機(jī)械手 下降。此種工作方式可使機(jī)械手置原位。 單步工作方式：從原點(diǎn)開(kāi)始，按自動(dòng)工作循環(huán)的工序，每按 一下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手完成一步的動(dòng)作后自動(dòng)停止。 單周期工作方式：按下啟動(dòng)按鈕，從原點(diǎn)開(kāi)始，機(jī)械手按工 序自動(dòng)完成一個(gè)周期的動(dòng)作后，停在原位。 連續(xù)工作方式：機(jī)構(gòu)在原位時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)構(gòu)自動(dòng)連 續(xù)地執(zhí)行周期動(dòng)作。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，機(jī)械手保持當(dāng)前狀態(tài)。 重新恢復(fù)后機(jī)械手按停止前的動(dòng)作繼續(xù)進(jìn)行. 第三章 分配輸入輸出設(shè)備 19 第三章第三章 分配輸入輸出設(shè)備分配輸入輸出設(shè)備 plc i/o 地址，內(nèi)部輔助繼電器的分配表 根據(jù)控制系統(tǒng)外部 i/o 地址，內(nèi)部輔助繼電器的分配表 根據(jù)控制系統(tǒng)外部 i/o 接線(xiàn)圖，plc i/o 地址分配見(jiàn)表 3-1 所示。 序號(hào)符號(hào)功能描述序號(hào)符號(hào)功能描 述 1i0.0啟動(dòng)15i2.0上升 2i0.1下限16i2.1右移 3i0.2上限17i2.2左移 4i0.3右限18i2.3夾緊 5i0.4左限19i2.4放松 6i0.5有工件檢測(cè)（常開(kāi)）20i2.5復(fù)位 7i0.6無(wú)工件檢測(cè)21q0.0傳動(dòng)帶 a 運(yùn)轉(zhuǎn) 8i0.7手動(dòng)22q0.1下降 9i1.0單步23q0.2夾緊 10i1.1單周期24q0.3上升 11i1.2連續(xù)25q0.4右移 12i1.3傳送帶 a 運(yùn)動(dòng)26q0.5左移 13i1.4停止27q0.6原位顯 示 14i1.5下降28 表 3-1 外部 i/o 繼電器分配表 第四章 確定 plc 的輸入、輸出電路 20 第四章第四章 確定確定 plcplc 的輸入、輸出電路的輸入、輸出電路 首先應(yīng)分析一下所選 cpu 型號(hào)。cpu224 集成 14 個(gè)輸入和 10 個(gè)輸出共 24 個(gè)數(shù)字量 i/o 點(diǎn)，可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò) 展至 168 路數(shù)字量 i/o 或 35 路模擬 i/o 點(diǎn)，13kb 字節(jié)程序和數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)空間。 s7-200 系列的 cpu224 主機(jī)有 i0.0i0.7、i1.0i1.5 共計(jì) 14 個(gè)輸入點(diǎn)和 q0.0q0.7、q10q1.1 共計(jì) 10 個(gè)輸出點(diǎn)。 cpu224 輸入電路采用了雙向光電耦合器，24vdc 極性可任意選擇， 系統(tǒng)設(shè)置 1mb 為 i0.x 字節(jié)輸入端子的公共端，2mb 為 i1.x 字節(jié) 輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采用了 mosfet 功率驅(qū) 動(dòng)器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個(gè)獨(dú)立公共端，共 有 1l、2l 兩個(gè)公共端，可接入不同的負(fù)載電源。 cpu224plc 有 6 個(gè)高速計(jì)數(shù)脈沖輸入端（i0.0i0.5） ， 最快的響應(yīng)速度為 30khz，用于捕捉經(jīng) cpu 掃描周期更快的脈沖 信號(hào)。另外，還有 2 個(gè)高速脈沖輸出端（q0.0、q0.1） ，輸出脈 沖頻率可達(dá) 20khz.用于 pto（高速脈沖束）和 pwm（寬度可變脈 沖輸出）高速脈沖輸出。 輸入接口中有濾波電路及耦合隔離電路。濾波有抗干 擾的作用，耦合有抗干擾及產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的作用。隔離有保護(hù) plc 內(nèi)部的作用。 開(kāi)關(guān)量輸出接口是把 plc 的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)，如接觸器線(xiàn)圈、電磁閥線(xiàn)圈指示燈等的各種驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)。 晶體管輸出只能接直流負(fù)載。若需接交流負(fù)載就把開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換成 模擬量。 它的作用是將可編程控制器運(yùn)算處理后的若干位數(shù)字量信 號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬量信號(hào)輸出，以滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)控制 信號(hào)求。 第四章 確定 plc 的輸入、輸出電路 21 還有，傳送帶 a 的運(yùn)動(dòng)也由 plc 控制，由于其工作特點(diǎn)就 是向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，plc 控制的電動(dòng)機(jī)就不需反轉(zhuǎn)?？捎脙山M電 動(dòng)機(jī)。如果，要傳送帶上負(fù)載大，就用三相電動(dòng)機(jī)。 電容運(yùn)轉(zhuǎn)型，電動(dòng)機(jī)不論是啟動(dòng)還是運(yùn)轉(zhuǎn)，電容器均接在 電路中而不斷開(kāi)，特點(diǎn)：效率高，過(guò)載能力強(qiáng)。 第五章 設(shè)計(jì) plc 程序畫(huà)出梯形圖 22 第五章第五章 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) plcplc 程序畫(huà)出梯形圖程序畫(huà)出梯形圖 （1）整體設(shè)計(jì) 為編程結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、明了，把手動(dòng)程序和自動(dòng)程序分別編成 相對(duì)獨(dú)立于程序模塊，通過(guò)調(diào)用指令進(jìn)行功能選擇。當(dāng)工作方式 選擇手動(dòng)工作方式時(shí)，i0.7 接通，執(zhí)行手動(dòng)工作程序；當(dāng)工作 方式選擇開(kāi)關(guān)選擇自動(dòng)方式（單步、單周、連續(xù)）時(shí)， i1.0、i1.1、i11.2 分別接通，執(zhí)行自動(dòng)控制程序，整體設(shè)計(jì)的 梯形圖（主程序）如圖 5-1 所示: 圖 5-1 （2）手動(dòng)控制程序 手動(dòng)操作不需要按工序順序動(dòng)作，可以按普通繼電接觸器 控制系統(tǒng)來(lái)設(shè)計(jì)。手動(dòng)控制的梯形圖見(jiàn)圖 5-2 所示子程序 0，手 第五章 設(shè)計(jì) plc 程序畫(huà)出梯形圖 23 動(dòng)按鈕 i2.0、i2.1、i2.2、i2.3、i2.4、i2.5、分別控制下降 上升、右移、左移、夾緊、放松各個(gè)動(dòng)作。為了保持系統(tǒng)的安全 運(yùn)行，設(shè)置了一些必要的聯(lián)鎖保護(hù)，基中在左右移動(dòng)的控制環(huán)節(jié) 中加入了 i0.2 作為上限連鎖。因?yàn)闄C(jī)械手只有處于上限位置 （i0.2=1）時(shí)，才允許左右移動(dòng)。 由于夾緊，放松動(dòng)作選用單線(xiàn)圈雙位電磁閥控制，因此在 梯形圖中用“置位” 、 “復(fù)位”指令來(lái)控制，該指令具有保持功能， 并且也設(shè)了機(jī)械聯(lián)鎖。只有當(dāng)機(jī)械手處于下限（i0.1=1）時(shí)，才 能進(jìn)行夾緊和放松動(dòng)作。 第五章 設(shè)計(jì) plc 程序畫(huà)出梯形圖 24 （3）自動(dòng)操作程序。 由于自動(dòng)操作的動(dòng)作較復(fù)雜，不容易直接設(shè)計(jì)出梯形圖， 因此先畫(huà)出自動(dòng)操作流程圖，用以表明動(dòng)作的順序和轉(zhuǎn)換的條件， 然后根據(jù)所采用的控制方法，設(shè)計(jì)梯形圖。 機(jī)械手的自動(dòng)操作流程圖如圖 25 所示。圖中矩形方框 表示其自動(dòng)工作循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)“工步” ，方框中用文字表示 該步的編號(hào)，方框的右邊畫(huà)出該步動(dòng)作的執(zhí)行元件，相鄰兩工步 之間用有向線(xiàn)段連接，表明轉(zhuǎn)換方向，有向線(xiàn)段上的小橫線(xiàn)表示 轉(zhuǎn)換的條件，當(dāng)轉(zhuǎn)換條件得到滿(mǎn)足時(shí)，便從上一工步轉(zhuǎn)到下一工 步。 對(duì)于順序控制可用多種方法進(jìn)行編程，用移位寄存器也很 容易實(shí)現(xiàn)這種控制功能，轉(zhuǎn)換的條件有各行程開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)及 定時(shí)器的狀態(tài)來(lái)決定。 為了保證運(yùn)行的可靠性，在執(zhí)行夾緊和放松動(dòng)作時(shí)，分別 用定時(shí)器 t37 和定時(shí) t38 作為轉(zhuǎn)換的條件，并采用具有保持功能 的繼電器（mo.x）為夾緊電磁閥線(xiàn)圈供電，其工作過(guò)程分析如下： 機(jī)構(gòu)處于原位，上限位和左限位行程開(kāi)關(guān)閉合， i0.2、i0.4 接通，移位寄存器首位 m1.0 置“1” ，q0.6 輸出原位 顯示，機(jī)構(gòu)當(dāng)前處于原位。 按下啟動(dòng)按鈕，i0.0 接通，產(chǎn)生位移信號(hào)，使移位寄 存器右移一位，m1.1 置“1” （同時(shí) m1.0 恢復(fù)為 0） ，m1.1 得電， q0.1 輸出下降信號(hào)。 下降至下限位，下限位開(kāi)關(guān)受壓，i0.1 接通，移位寄 存器右移一位，使 m1.2 置“1” （其余為 0） ，q0.2 接通，夾緊動(dòng) 作開(kāi)始，同時(shí) t37 接通，定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)