工业机械手的PLC控制毕业设计.pdf

兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 毕毕 业业 设设 计计 论文名称：论文名称：工业机械手的工业机械手的PLCPLC 控制控制 系部：电气工程系 专业：电气工程及其自动化 班级:09 自动化（3）班 姓名：乔红丽 指导教师：王老师 二 O 一 零 年五月 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 摘摘 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动 化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人 的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主 要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示 教再现的方式。 PLC 是以现代微处理器技术为核心的控制器，作为一种通用的工业控制器，其 可靠性高、抗干扰能力强；PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生 产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性，此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息；PLC 采用光电隔离 和滤波技术有效抑制外部干扰源对 PLC 的影响，此外 PLC 还可在强、通用性好；开 发周期短，功耗小。本课题对现代工业的的发展具有很重要的意义。 关键词关键词：意义，应用，前景，编程语言，设计 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） Summary ：In todays large-scale manufacturers, enterprises to improve production efficiency and ensure product quality, universal attention production process automation degree, industrial robots as an important member of automatic production line, gradually the enterprise recognizes and adopted. Industrial robot technology level and USES degree in a certain extent reflect a nation industrial automation level, at present, the industrial robot main bearing welding, spraying, handling and stacking repeatability and the intensity of labor etc greatly, work normally take the reappearance of the demonstration teaching way. plc with modern technology is the microprocessor controller as a general control of the industry, its reliability and anti-interferenceability ；plc with the use of modern lsi adopt strictproductionprocessandinternalcircuitadoptedadvancedanti-interference technology, with very high reliability, in addition, plc with a hardware failure and detection capabilities, the failure of information to the timely alarm； plc the photoelectric isolation and technical skills filtering is effective in the area of the plc external to the influence of the plc, there is also in the strong, the common good ； development cycles, TDP. this subject to the modern industrial development has a very important. Keywords：significance, application, prospect，the programming language，designe 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 第一章第一章绪论绪论 1.1本课题的意义 1.2本文的主要工作 第二章第二章 PLCPLC 的概述的概述 2.1 PLC 的定义 2.2 PLC 的由来及发展 2.3 PLC 的特点及用途 2.4 可编程控制器的应用与前景 第三章第三章PLC 的编程言的编程言 3.1梯形图编语 3.2功能块图编程语 第四章第四章PLC 控制机械手的设计控制机械手的设计 4.1机械手在工业生产中的应用 4.2各电器设备的制方式及控制要求 4.3 电器元件设备的选择 4.4控制系统的软、硬件设 4.5功能表图设计 第五章第五章设计小结设计小结 谢辞谢辞 参考文献参考文献 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 1 第 一 章第 一 章绪 论绪 论 1.11.1 本 课 题 的 意 义本 课 题 的 意 义 机 械 手 是 近 代 自 动 控 制 领 域 中 出 现 的 一 项 新 技 术 ， 并 已 成 为 现 代 科 技 的 一 个 重 要 组 成 部 分 。 汽 车 业 的 快 速 发 展 ， 车 外 型 愈 求 美 观 流 线 ， 并 由 于 汽 车 外 板 件 要 求 完 美 无 尘 的 冲 压 生 产 线 也 向 高 速 化 、 高 品 质 、 自 动 化 、 柔 性 化 方 向 发 展 。 传 统 冲 压 生 产 过 程 中 的 手 工 操 作 、 人 工 送 料 的 生 产 方 式 已 无 法 满 足 该 行 业 的 需 要 。 机 械 手 的 积 极 作 用 正 日 益 为 人 们 所 认 识 ， 其 一 ， 它 能 部 分 地 代 替 人 的 劳 动 并 能 达 到 生 产 工 艺 的 要 求 ， 遵 循 一 定 的 程 序 、 时 间 和 位 置 来 完 成 工 件 的 传 送 。 因 此 ， 它 能 大 大 地 改 善 工 人 的 劳 动 条 件 ， 加 快 实 现 工 业 生 产 机 械 化 和 自 动 化 的 步 伐 。 因 此 ， 受 到 各 先 进 单 位 的 重 视 并 投 入 了 大 量 的 人 力 物 力 加 以 研 究 和 应 用 。 尤 其 在 高 温 、 高 压 、 粉 尘 、 噪 声 的 场 合 ， 应 用 得 更 为 广 泛 。 在 我 国 ， 近 代 几 年 来 也 有 较 快 的 发 展 ， 并 取 得 一 定 的 成 果 ， 受 到 各 工 业 部 门 的 重 视 。 可 编 程 控 制 器 (PLC) 是 一 种 专 门 为 工 业 应 用 而 设 计 的 进 行 数 字 运 算 操 作 的 电 子 控 制 装 置 。由 于 其 具 有 可 靠 性 高 ，功 能 强 ， 编 程 简 单 ，人 机 交 互 界 面 友 好 等 特 性 而 广 泛 用 于 工 业 控 制 系 统 。 1.21.2本 文 主 要 做 的 工 作本 文 主 要 做 的 工 作 1.问 题 提 出： PLC 控 制 的 机 械 手 最 主 要 是 应 用 于 自 动 化 生 产 中 ， 如 何 综 合 地 运 用 前 面 学 过 知 识 点 ， 根 据 实 际 工 程 要 求 合 理 组 合 成 控 制 系 统 ，在 此 介 绍 组 成 可 编 程 控 制 器 控 制 系 统 的 一 般 方 法 。 2.系 统 设 计 的 主 要 内 容 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 2 （1）拟 定 控 制 系 统 设 计 的 技 术 条 件 。技 术 条 件 一 般 以 设 计 任 务 书 的 形 式 来 确 定 ， 它 是 整 个 设 计 的 依 据 ； （2） 选 择 电 气 传 动 形 式 和 电 动 机 、 电 磁 阀 等 执 行 机 构 ； （3） 选 定PLC的 型 号 ； （4） 编 制PLC的 输 入/输 出 分 配 表 或 绘 制 输 入/输 出 端 子 接 线 图 ； （5） 根 据 系 统 设 计 的 要 求 编 写 软 件 规 格 说 明 书 ， 然 后 再 用 相 应 的 编 程 语 言 （ 常 用 梯 形 图 ） 进 行 程 序 设 计 ； （6） 了 解 并 遵 循 用 户 认 知 心 理 学 ， 重 视 人 机 界 面 的 设 计 ， 增 强 人 与 机 器 之 间 的 友 善 关 系 ； 第 二 章第 二 章PLC 的 概 述的 概 述 1.1 PLC 的 定 义 可 编 程 控 制 器 （ ProgrammableLogicController ） 简 称 PLC，它 具 备 了 模 拟 量 控 制 、过 程 控 制 以 及 远 程 通 信 等 强 大 功 能 ， 所 以 美 国 电 气 制 造 商 协 会 将 其 正 式 命 名 为 可 编 程 控 制 器 （ ProgrammableController ） , 简 称PC 。 但 是 个 人 计 算 机 （ PersonalComputer ） 也 简 称 PC ， 为 了 避 免 混 淆 ， 将 用 于 逻 辑 控 制 的 可 编 程 控 制 叫 做PLC （ ProgrammableLogic Controller） . PLC 是 一 种 专 门 为 在 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 的 数 字 运 算 操 作 的 电 子 装 置 ， 它 其 实 就 是 一 台 计 算 机 ， 它 采 用 可 以 编 制 程 序 的 存 储 器 ， 在 其 内 部 执 行 逻 辑 运 算 、 顺 序 运 算 、 计 时 、 计 数 和 算 术 运 算 等 操 作 的 指 令 ， 它 以 接 入 式 CPU 为 核 心 ， 通 过 数 字 式 或 模 拟 式 的 输 入 和 输 出 ，控 制 各 种 类 型 的 机 械 或 生 产 过 程 。PLC 及 其 有 关 的 外 围 设 备 ， 都 是 很 容 易 与 工 业 控 制 系 统 形 成 一 个 整 体 ， 容 易 扩 展 其 功 能 的 。 可 编 程 控 制 器 是 一 种 工 业 现 场 用 计 算 机 。 它 是 为 工 业 环 境 下 应 用 而 设 计 的 ， 工 业 环 境 一 般 办 公 环 境 有 较 大 的 区 别 。 由 于 PLC 的 特 殊 构 造 ，使 它 能 在 高 粉 尘 、高 噪 音 、强 电 磁 干 扰 和 温 度 变 化 剧 烈 的 环 境 下 正 常 工 作 。 为 了 能 控 制 机 械 或 生 产 过 程 ， 它 要 能 很 容 易 的 与 工 业 控 制 系 统 形 成 一 个 整 体 ， 这 些 都 是 个 人 计 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 3 算 机 无 法 比 拟 的 。 可 编 程 控 制 器 是 一 种 通 用 的 工 业 控 制 计 算 机 。 它 能 控 制 各 种 类 型 的 工 业 设 备 及 生 产 过 程 。 它 的 功 能 能 够 很 容 易 地 扩 展 ， 它 的 程 序 是 可 以 根 据 控 制 对 象 的 不 同 ， 让 使 用 者 来 编 制 的 。 也 就 是 说 ， 可 编 程 控 制 器 较 其 以 前 的 工 业 控 制 计 算 机 ， 如 单 片 机 工 业 控 制 系 统 ， 具 有 更 大 的 灵 活 性 ， 它 可 以 方 便 地 应 用 在 各 种 场 合 。 通 过 以 上 定 义 还 可 以 了 解 到 ， 相 对 一 般 意 义 上 的 计 算 机 ， 可 编 程 控 制 器 不 仅 具 有 计 算 机 的 内 核 ， 它 还 配 置 了 许 多 使 其 适 用 于 工 业 控 制 的 器 件 。 它 实 质 上 是 经 过 一 次 开 发 的 工 业 控 制 计 算 机 。 从 另 一 个 方 面 来 说 ， 它 是 一 种 通 用 机 ， 经 过 二 次 开 发 ， 它 可 以 在 任 何 具 体 的 工 业 设 备 上 使 用 。 它 在 很 大 程 度 上 使 的 工 业 自 动 化 设 计 从 专 业 设 计 院 走 进 工 厂 和 矿 山 ， 变 成 了 普 通 工 程 技 术 人 员 甚 至 普 通 电 气 工 人 力 所 能 及 的 工 作 。 再 加 上 体 积 小 、 工 作 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 、 控 制 功 能 完 善 ， 适 应 性 强 ， 安 装 接 线 简 单 等 众 多 优 点 ，可 编 程 控 制 器 在 短 短 的 30 年 中 获 得 了 突 飞 猛 进 的 发 展 ， 在 工 业 控 制 领 域 获 得 了 非 常 广 泛 的 应 用 。 1.2 PLC 的 由 来 及 发 展 1969 年 ， 美 国 数 字 设 备 公 司 （ DEC ） 研 制 出 第 一 台 可 编 程 序 控 制 器 （ ProgrammableLogicController ， 简 称 PLC ） ， 在 美 国 通 用 汽 车 公 司 的 自 动 装 配 线 上 使 用 ， 取 得 了 巨 大 的 成 功 。 20 世 纪 70 年 代 初 出 现 了 微 处 理 器 。 人 们 很 快 将 其 引 入 可 编 程 控 制 器 ， 使 PLC 增 加 了 运 算 、 数 据 传 送 及 处 理 等 功 能 ， 成 为 真 正 具 有 计 算 机 特 征 的 工 业 控 制 装 置 。 为 了 方 便 熟 悉 继 电 器 、 接 触 器 系 统 的 工 程 技 术 人 员 使 用 ， 可 编 程 控 制 器 采 用 和 继 电 器 电 路 图 类 似 的 梯 形 图 作 为 主 要 编 程 语 言 ， 并 将 参 加 运 算 及 处 理 的 计 算 机 存 储 元 件 都 以 继 电 器 命 名 。 因 而 人 们 称 可 编 程 控 制 器 为 微 机 技 术 和 继 电 器 常 规 控 制 概 念 相 结 合 的 产 物 。 20 世 纪 70 年 代 中 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 进 入 了 实 用 化 发 展 阶 段 ， 计 算 机 技 术 已 全 面 引 入 可 编 程 控 制 器 中 ， 使 其 功 能 发 生 了 飞 跃 。 更 高 的 运 算 速 度 、 超 小 型 的 体 积 、 更 可 靠 的 工 业 抗 干 扰 设 计 、 模 拟 量 运 算 、 PID 功 能 及 极 高 的 性 价 比 奠 定 了 它 在 现 代 工 业 中 的 地 位 。 20 世 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 4 纪 80 年 代 初 ，可 编 程 控 制 器 在 先 进 工 业 国 家 中 已 获 得 了 广 泛 的 应 用 。 例 如 ， 在 世 界 第 一 台 可 编 程 控 制 器 的 诞 生 地 美 国 ， 1982 年 的 统 计 数 字 显 示 ， 大 量 应 用 可 编 程 控 制 器 的 工 业 厂 家 占 美 国 重 点 工 业 行 业 厂 家 总 数 的 82% ， 可 编 程 控 制 器 的 应 用 数 量 已 位 于 众 多 的 工 业 自 控 设 备 之 首 。 这 个 时 期 可 编 程 控 制 器 发 展 的 特 点 是 大 规 模 、 高 速 度 、 高 性 能 、 产 品 系 列 化 。 这 标 志 着 可 编 程 控 制 器 已 步 入 成 熟 阶 段 。 这 个 阶 段 的 另 一 个 特 点 是 世 界 上 生 产 可 编 程 控 制 器 的 国 家 日 益 增 多 ， 产 量 日 益 上 升 。 许 多 可 编 程 控 制 器 的 生 产 厂 家 已 闻 名 于 全 世 界 。 20 世 纪 末 期 ， 可 编 程 控 制 器 的 发 展 特 点 是 更 加 适 应 于 现 代 工 业 控 制 的 需 要 。 从 控 制 规 模 上 来 说 ， 这 个 时 期 发 展 了 大 型 机 及 超 小 型 机 ； 从 控 制 能 力 上 来 说 ， 诞 生 了 各 种 各 样 的 特 殊 功 能 单 元 ， 用 于 压 力 、 温 度 、 转 速 、 位 移 等 各 式 各 样 的 控 制 场 合 ； 从 产 品 的 配 套 能 力 来 说 ，生 产 了 各 种 人 机 界 面 单 元 ，通 讯 单 元 ， 使 应 用 可 编 程 控 制 器 的 工 业 控 制 设 备 的 配 套 更 加 容 易 。 目 前 ， 可 编 程 控 制 器 在 机 械 制 造 、 石 油 化 工 、 冶 金 钢 铁 、 汽 车 、 轻 工 业 等 领 域 的 应 用 都 的 到 了 长 足 的 发 展 。 1.3 PLC 的 特 点 及 用 途 1.3.1 PLC 具 有 以 下 几 个 主 要 特 点 （ 1） 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 高 可 靠 性 是 电 气 控 制 设 备 非 常 关 键 的 性 能 。 PLC 由 于 采 用 大 规 模 集 成 电 路 技 术 、 严 格 的 生 产 工 艺 ， 内 部 电 路 采 取 了 输 入 输 出 信 号 的 光 电 隔 离 、 滤 波 、 电 源 的 屏 蔽 、 稳 压 和 保 护 、 故 障 诊 断 等 先 进 的 抗 干 扰 技 术 ，具 有 很 高 的 可 靠 性 ，它 能 在 高 粉 尘 、 高 噪 音 、 强 电 磁 干 扰 和 温 暖 变 化 剧 烈 的 环 境 下 正 常 工 作 。 PLC 的 平 均 无 故 障 时 间 可 高 达 510 万 小 时 以 上 。从 PLC 的 机 外 电 路 来 说 ， PLC 构 成 控 制 系 统 ， 和 同 等 规 模 的 继 电 接 触 器 系 统 相 比 ， 电 气 接 线 及 开 关 接 点 已 减 少 到 数 百 甚 至 数 千 分 之 一 ， 故 障 率 也 就 大 大 降 低 。 （ 2） 功 能 完 善 、 应 用 领 域 广 到 现 在 为 止 PLC 已 经 形 成 各 种 规 模 、 系 列 化 的 产 品 。 可 以 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 5 用 于 各 种 规 模 的 工 业 控 制 场 合 ， 并 能 完 成 决 大 多 数 的 工 业 控 制 任 务 。PLC 所 具 有 的 完 善 的 数 据 运 算 能 力 ，可 用 于 各 种 数 字 控 制 领 域 。近 年 来 PLC 的 功 能 单 元 大 量 涌 现 ，PLC 通 讯 能 力 的 增 强 及 人 机 界 面 技 术 的 发 展 ， 使 用 PLC 组 成 各 种 控 制 系 统 变 的 非 常 容 易 。 （ 3） 编 程 简 单 ， 易 学 易 用 PLC 采 用 和 继 电 器 电 路 图 接 近 的 梯 形 图 语 言 ， 只 用 少 量 的 开 关 量 逻 辑 控 制 指 令 就 可 以 方 便 地 实 现 继 电 器 电 路 的 功 能 。 在 工 业 现 场 ， 可 以 使 用 手 持 编 程 器 或 笔 记 本 对 PLC 进 行 编 程 。 当 PLC 联 网 后 ，可 以 在 网 络 的 任 一 位 置 对 PLC 编 程 。为 不 熟 悉 电 子 电 路 、 不 懂 计 算 机 原 理 和 汇 编 语 言 的 人 使 用 计 算 机 从 事 工 业 控 制 提 供 了 方 便 。 （ 4） 系 统 安 装 简 单 、 体 积 小 、 价 格 低 PLC 在 存 储 逻 辑 代 替 接 线 逻 辑 、 采 用 模 块 化 的 结 构 ， 大 大 地 减 少 了 控 制 设 备 外 部 的 接 线 ， 使 控 制 系 统 设 计 及 建 设 的 周 期 大 大 缩 短 了 。 现 代 集 成 电 路 技 术 的 广 泛 应 用 ， 功 耗 仅 数 瓦 。 由 于 PLC 体 积 小 很 容 易 装 入 机 械 内 部 ， 是 实 现 机 电 一 体 化 的 理 想 控 制 设 备 。 使 得 PLC 的 重 量 越 来 越 轻 、 功 耗 也 越 来 越 少 。 在 集 成 电 路 技 术 和 生 产 厂 家 越 来 越 多 的 情 况 下 ， PLC 的 价 格 也 越 来 越 低 。 2.22.2可 编 程 控 制 器可 编 程 控 制 器 PLCPLC 的 应 用 与 前 景的 应 用 与 前 景 目 前 ， 在 国 内 外 PLC 已 广 泛 应 用 冶 金 ， 石 油 ， 化 工 ， 剪 彩 ， 机 械 制 造 ， 电 力 ， 汽 车 ， 轻 工 ， 环 保 及 文 化 娱 乐 等 各 行 各 业 ， 随 着 PLC 性 能 价 格的 不 断 提 高 ，器 应 用 领 域 不 断 扩 大 ，从 应 用 类 型 看 大 致 可 归 纳 为 以 下 几 个 方 面 ： 1逻 辑 运 算逻 辑 运 算 利 用 PLC 最 基 本 的 逻 辑 运 算 ，定 时 ，计 收 等 功 能 实 现 逻 辑 运 算 ， 可 取 代 传 统 的 继 电 器 控 制 用 于 单 片 机 控 制 ， 多 机 群 控 制 ， 生 产 自 动 线 控 制 等 。 例 ： 机 床 ， 注 塑 机 印 刷 机 械 ， 装 配 生 产 线 ， 电 镀 流 水 线 及 电 梯 的 控 制 等 。 这 是 PLC 最 基 本 的 应 用 ， 也 是 PLC 最 广 泛 的 应 用 领 域 。 2.运 动 控 制 大 多 数 PLC 都 有 拖 动 步 进 电 机 或 伺 服 电 机 的 单 轴 或 多 轴 位 置 控 制 模 块 ， 这 一 功 能 广 泛 用 于 各 种 机 械 设 备 。 例 如 ： 各 种 机 床 ， 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 6 装 配 机 械 。 机 器 人 等 进 行 运 动 控 制 。 3.过 程 控 制 大 ， 中 型 PLC 都 具 有 多 路 模 拟 量 I/O 模 块 和 PID 控 制 功 能 。 有 的 小 型 PLC 也 具 有 模 拟 量 输 入 输 出 ，所 以 PLC 可 实 现 模 拟 量 控 制 而 且 具 有 PID 控 制 功 能 的 PLC 可 构 成 闭 环 控 制 ， 用 于 过 程 控 制 。 这 一 功 能 已 广 泛 用 于 铝 炉 ， 反 应 堆 ， 水 处 理 ， 酿 酒 及 闭 环 位 置 控 制 和 速 度 控 制 等 方 面 。 4.数 据 处 理 现 代 的 PLC 都 具 有 数 学 运 算 数 据 传 递 ， 转 换 ， 排 序 和 查 表 等 功 能 ， 可 进 行 数 据 的 采 集 ， 分 析 和 处 理 ， 同 时 的 通 过 通 信 接 口 将 这 些 数 据 传 送 给 其 电 智 能 装 置 。 例 如 ： CNC 设 备 进 行 处 理 。 5.通 信 联 网 PLC 的 通 信 包 括 PLC 与 PLC， PLC 与 计 算 机 ， PLC 与 其 它 智 能 设 备 之 间 的 通 信 ， PLC 系 统 与 通 用 计 算 机 可 直 接 或 通 过 通 信 处 理 单 元 ， 通 信 转 换 单 元 相 连 构 成 网 络 ， 已 实 现 信 息 的 交 换 和 构 成 。 集 中 管 理 分 散 控 制 的 多 级 分 布 式 控 制 系 统 。 满 足 工 厂 自 动 化 （ FA） 系 统 发 展 的 需 要 。 2.2.2国 外国 外 PLC 发 展 概 况发 展 概 况 PLC 在 问 世 以 来 ， 经 过 40 多 年 的 发 展 。 在 美 、 德 国 等 工 业 发 达 国 家 已 成 为 重 要 的 产 业 之 一 ， 世 界 总 销 售 额 不 断 上 升 ， 生 产 厂 家 不 断 涌 现 ， 品 种 不 断 翻 新 ， 产 量 产 值 大 幅 度 上 升 而 价 格 则 不 断 下 降 。 目 前 ， 世 界 上 有 200 多 个 厂 家 生 产 PLC。 较 多 的 有 美 国 ： AB 通 用 电 气 、 莫 迪 康 公 司 ； 日 本 ： 松 下 、 三 菱 、 富 士 、 欧 姆 龙 等 ； 德 国 ： 西 门 子 公 司 ； 法 国 ： TE 施 耐 德 公 司 。 韩 国 ： 三 星 、 LG 公 司 等 PLC 的 发 展 前 景 （ 1） 产 品 规 模 向 大 小 两 个 方 向 发 展 大 ： I/O 点 数 达 14336 点 ， 32 位 微 处 理 器 ， 多 CPU 并 行 工 作， 大 容 量 存 储 器 ， 扫 描 速 度 快 高 速 ； 小 ： 整 体 结 构 向 小 型 模 块 化 结 构 发 展 ， 增 加 了 配 置 的 灵 活 性 ， 降 低 了 成 本 ； （ 2） PLC 在 闭 环 过 程 中 应 用 日 益 广 泛 ； （ 3不 断 加 强 通 讯 功 能 ； （ 4） 新 器 件 和 模 块 不 断 推 出 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 7 第 三 章第 三 章可 编 程 控 制 器 的 编 程 语 言可 编 程 控 制 器 的 编 程 语 言 3.13.1 可 编 程 控 制 器 的 几 种 编 程 语 言可 编 程 控 制 器 的 几 种 编 程 语 言 可 编 程 控 制 器 的 编 程 语 言 按 IEC61131-3 国 际 标 准 来 分 主 要 包 括 图 形 化 编 程 语 言 和 文 本 化 编 程 语 言 。 图 形 化 编 程 语 言 包 括 : 梯 形 图 (LD-LadderDiagram) 、 功 能 块 图 (FBD-Function BlockDiagram) 、 顺 序 功 能 图( (SFC-SequentialFunction Chart)。文 本 化 编 程 语言 包 括 :指 令 表 (IL-Instruction List) 和 结 构 化 文 本 (ST-Structured Text)。这 些 语 言 是 基 于 WINDOWS 操 作 系 统 的 编 程 语 言 . 而 SFC 编 程 语 言 则 在 两 类 编 程 语 言 中 均 可 使 用 。 下 面 分 别 来 介 绍 这 几 种 编 程 度 语 言 。 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 8 3.1.13.1.1 梯 形 图 编 程 语 言梯 形 图 编 程 语 言 (LD-Ladder(LD-LadderDiagram)Diagram) 梯 形 图 来 源 于 继 电 器 逻 辑 控 制 系 统 的 描 述 ， 是 PLC 编 程 中 被 最 广 泛 使 用 的 一 种 图 形 化 语 言 ， 由 于 梯 形 图 类 似 于 继 电 器 控 制 的 电 气 接 线 图 ，便 于 理 解 ,因 此 许 多 编 程 人 员 和 维 护 人 员 都 选 择 了 这 一 编 程 方 式 。 而 且 其 图 形 结 构 类 似 于 登 高 用 的 梯 子 ， 故 名 梯 形 图 。 梯 形 图 程 序 的 左 右 两 侧 有 两 垂 直 的 电 力 轨 线 ， 左 侧 的 电 力 轨 线 名 义 上 为 功 率 流 从 左 向 右 沿 着 水 平 梯 级 通 过 各 个 触 点 、 功 能 、 功 能 块 、 线 圈 等 提 供 能 量 ， 功 率 流 的 终 点 是 右 侧 的 电 力 轨 线 。 每 一 个 触 点 代 表 了 一 个 布 尔 变 量 的 状 态 ， 每 一 个 线 圈 代 表 了 一 个 实 际 设 备 的 状 态 ， 一 个 简 单 的 梯 形 图 程 序 如 图 1 所 示 : 图 3.1梯 形 图 程 序 示 例 梯 形 图 的 每 个 梯 级 表 示 一 个 因 果 关 系 ,事 件 发 生 的 条 件 表 示 在 梯 形 的 左 面 ,事 件 发 生 的 结 果 表 示 在 梯 级 的 右 面 。 梯 形 图 编 程 语 言 具 有 如 下 特 点 : (1)与 电 气 操 作 原 理 图 相 对 应 ， 具 有 直 观 性 和 对 应 性 ; (2)与 原 有 继 电 器 逻 辑 控 制 技 术 相 一 致 ， 易 于 掌 握 和 学 习 ; (3)对 于 复 杂 控 制 系 统 描 述 ,仍 不 够 清 晰 ; (4)可 读 性 仍 不 够 好 。 几 乎 所 有 PLC 厂 商 提 供 的 PLC 都 支 持 梯 形 图 编 程 语 言 , 而 且 都 比 较 容 易 理 解 ， 只 是 在 梯 形 图 结 构 上 可 能 稍 有 变 化 。 比 如 西 门 子 的 S7 系 列 梯 形 图 就 没 有 右 边 的 电 力 轨 线 。有 时 在 有 此 参 考 书 中 右 边 的 电 力 轨 线 也 常 常 被 省 略 。 3.1.23.1.2功 能 块 图 编 程 语 言功 能 块 图 编 程 语 言 (FBD-Function(FBD-FunctionBlockBlockDiagram)Diagram) 功 能 块 图 编 程 语 言 采 用 功 能 模 块 表 示 所 具 有 的 功 能 ， 不 同 的 功 能 模 块 具 有 不 同 的 功 能 。 功 能 模 块 用 矩 形 来 表 示 ， 每 一 个 功 能 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 9 模 块 的 左 侧 有 不 少 于 一 个 的 输 入 端 ， 右 侧 有 不 少 于 一 个 的 输 出 端 。 功 能 模 块 的 类 型 名 称 通 常 写 在 块 内 ， 其 输 入 输 出 名 称 写 在 块 内 的 输 入 输 出 点 对 应 的 地 方 。 功 能 模 块 基 本 上 分 为 两 类 :基 本 功 能 模 块 和 特 殊 功 能 模 块 。 基 本 功 能 模 块 如 AND， ORXOR 等 等 .特 殊 功 能 模 块 如 ON 延 时 ， 脉 冲 输 出 ， 计 数 器 等 等 。 功 能 块 编 程 语 言 具 有 以 下 特 点 : (1)以 功 能 模 块 为 单 位 ,从 控 制 功 能 入 手 ，使 控 制 方 案 的 分 析 和 理 解 变 的 容 易 ; (2)功 能 模 块 用 图 形 化 的 方 式 描 述 功 能 ， 较 直 观 易 掌 握 ， 方 便 组 态 ， 易 操 作 。 是 有 发 展 前 途 的 一 种 编 程 语 言 ; (3)对 较 复 杂 系 统 ， 由 于 控 制 功 能 关 系 能 够 比 较 清 晰 的 描 述 ， 因 此 缩 短 了 编 程 和 调 试 时 间 ; (4)因 为 每 一 个 功 能 模 块 要 占 用 一 定 程 序 存 储 空 间 ， 对 功 能 块 的 执 行 需 要 一 定 的 执 行 时 间 ， 因 此 ， 这 种 语 言 在 大 中 型 可 编 程 控 制 器 和 分 散 控 制 系 统 中 应 用 较 广 泛 。 第 四 章第 四 章PLCPLC 控 制 机 械 手 的 系 统 设 计控 制 机 械 手 的 系 统 设 计 4.14.1 各 电 器 设 备 的 控 制 方 式 及 控 制 要 求各 电 器 设 备 的 控 制 方 式 及 控 制 要 求 1机 械 手 的 技 能 和 特 性 根 据 古 典 力 学 观 点 ， 物 体 在 三 维 空 间 的 静 止 位 置 是 由 三 个 坐 标 和 绕 三 轴 旋 转 的 角 度 来 决 定 的 。 因 此 ， 抓 握 物 体 的 位 置 和 方 向 （ 即 关 节 间 的 角 度 ） 能 从 理 论 上 求 得 。 据 资 料 介 绍 ， 如 果 采 用 的 机 械 手 ， 其 机 能 要 接 近 人 的 上 肢 ， 则 需 要 具 有 27 个 自 由 度 ， 而 每 一 个 自 由 度 至 少 要 有 一 根 “ 人 造 肌 肉 ” 。 这 样 就 需 要 安 装 27 根 重 量 轻 、小 型 和 高 输 出 力 的“ 人 造 肌 肉 ” 。就 目 前 的 技 术 状 况 而 言 ， 上 述 功 能 还 很 难 办 到 。 而 且 把 机 械 手 的 功 能 搞 得 那 么 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 10 复 杂 ， 动 作 彼 此 严 重 重 叠 也 是 完 全 不 必 要 的 。 退 一 步 ， 如 果 机 械 手 要 求 具 有 完 全 通 用 的 程 度 ， 那 么 它 的 整 机 、 本 体 、 手 臂 和 手 指 都 得 有 三 个 直 线 运 动 和 三 个 旋 转 运 动 ，总 共 就 要 有 24 个 自 由 度 。 这 在 实 际 上 也 是 不 必 要 的 ， 这 样 会 使 机 械 手 结 构 复 杂 ， 费 用 增 多 。 因 此 ， 不 应 盲 目 模 仿 人 手 的 动 作 ， 增 加 过 渡 的 自 由 度 ， 而 应 根 据 实 际 需 要 的 动 作 ， 设 计 出 最 少 的 自 由 度 就 能 完 成 作 业 所 要 求 的 动 作 。所 以 一 般 专 用 的 机 械 手（ 不 包 括 握 紧 动 作 ） 通 常 具 有 二 到 三 个 自 由 度 。 而 通 用 机 械 手 一 般 取 四 到 五 个 自 由 度 。 本 设 计 中 设 计 的 机 械 手 ， 它 共 有 五 个 自 由 度 。 即 ： 手 臂 伸 缩 、 手 臂 上 下 摆 动 、 手 臂 左 右 摆 动 、 手 腕 回 转 、 手 指 抓 握 。 2.躯 干 和 传 动 系 统 机 械 手 的 传 动 分 为 液 压 、 气 压 、 电 气 和 机 械 四 种 ， 本 设 计 采 用 综 合 传 动 方 式 ，即 手 臂 采 用 电 气 传 动 ，而 手 爪 则 采 用 气 压 传 动 。 (1)、 夹 紧 机 构 机 械 手 手 爪 使 用 来 抓 取 工 件 的 部 件 。 手 爪 抓 取 工 件 是 要 满 足 迅 速 、 灵 活 、 准 确 和 可 靠 的 要 求 。 设 计 制 造 夹 紧 机 构 手 爪 时 ， 首 先 要 从 机 械 手 的 坐 标 形 式 、运 行 速 度 和 加 速 度 的 情 况 来 考 虑 。 其 加 紧 力 的 大 小 则 根 据 夹 持 物 体 的 重 量 、 惯 性 和 冲 击 力 的 大 小 来 计 算 。 同 时 考 虑 有 足 够 的 开 口 尺 寸 ， 以 适 应 被 抓 物 体 的 尺 寸 变 化 ， 为 扩 大 机 械 手 的 应 用 范 围 ， 还 需 备 有 多 种 抓 取 机 构 ， 以 根 据 需 要 来 更 换 手 爪 。 为 防 止 损 坏 被 夹 的 物 体 ， 夹 紧 力 应 限 制 一 定 的 范 围 内 ， 并 镶 有 软 质 垫 片 、 弹 性 衬 垫 或 自 动 定 心 结 构 。 为 防 止 突 然 停 电 被 抓 物 体 落 下 ， 还 可 以 有 自 锁 结 构 。 夹 紧 机 构 本 身 则 应 结 构 简 单 、 体 积 小 、 重 量 轻 、 动 作 灵 活 和 动 作 可 靠 。 夹 紧 机 构 形 式 多 样 ， 有 机 械 式 、 吸 盘 式 和 电 磁 式 等 。 有 的 夹 紧 机 构 还 带 有 传 感 装 置 和 携 带 工 具 进 行 操 作 的 装 置 。 本 设 计 采 用 机 械 式 的 夹 紧 机 构 。 机 械 式 夹 紧 机 构 是 最 基 本 的 一 种 ， 应 用 广 泛 ， 种 类 繁 多 。 如 按 手 指 运 动 的 方 式 和 模 仿 人 手 的 动 作 ， 可 分 为 回 转 型 、 直 进 型 ； 按 夹 持 方 式 可 分 为 内 撑 式 、 外 撑 式 和 自 锁 式 ； 按 手 指 数 目 可 分 为 二 指 式 、 三 指 式 、 四 指 式 ； 按 动 力 来 源 可 分 为 弹 簧 式 、 气 动 式 、 液 压 式 等 。 本 设 计 采 用 二 指 式 气 动 手 爪 。 由 可 编 程 控 制 器 控 制 电 磁 阀 动 作 ， 从 而 控 制 手 爪 的 张 闭 。 手 爪 的 回 转 则 用 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 11 一 个 直 流 电 动 机 完 成 ， 同 时 通 过 两 个 限 位 磁 头 完 成 回 转 角 度 的 限 位 ， 一 般 可 设 置 在 180 度 。 (2)躯 干 躯 干 由 底 盘 和 手 臂 两 大 部 分 组 成 。 底 盘 是 支 撑 机 械 手 全 部 重 量 并 能 带 动 手 臂 旋 转 的 机 构 。 底 盘 采 用 一 个 直 流 电 动 机 驱 动 ， 底 盘 旋 转 时 带 动 一 个 旋 转 码 盘 旋 转 ， 机 械 手 每 旋 转 3 度 发 出 一 个 脉 冲 ， 由 传 感 器 检 测 并 送 入 可 编 程 控 制 器 ， 从 而 计 算 底 盘 旋 转 的 角 度 。 同 时 ， 在 底 盘 上 装 有 限 位 磁 头 ， 最 大 旋 转 角 度 可 达 270 度 。 手 臂 是 机 械 手 的 主 要 部 分 ， 它 是 支 撑 手 爪 、 工 件 并 使 它 们 运 动 的 机 构 。 本 设 计 中 手 臂 由 横 轴 和 竖 轴 组 成 ， 可 完 成 伸 缩 、 升 降 的 运 动 。 手 臂 采 用 步 进 电 动 机 带 动 丝 杠 、 螺 母 来 实 现 伸 缩 和 升 降 运 动 。 由 可 编 程 控 制 器 发 出 脉 冲 信 号 ， 经 步 进 电 动 机 驱 动 器 驱 动 步 进 电 动 机 旋 转 ， 带 动 滚 珠 丝 杠 旋 转 ， 完 成 手 臂 的 运 动 。 改 变 发 出 脉 冲 的 个 数 ， 可 控 制 手 臂 的 两 个 轴 运 动 的 距 离 。 同 时 在 两 轴 的 两 端 分 别 加 限 位 开 关 限 位 。 采 用 丝 杠 、 螺 母 结 构 传 动 的 特 点 是 易 于 自 锁 ， 位 置 精 度 较 高 ， 传 动 效 率 较 高 。 4.2 电 器 元 件 、 设 备 的 选 择电 器 元 件 、 设 备 的 选 择 1PLC 机 型 的 选 择 根 据 被 控 对 象 对 PLC 控 制 系 统 的 功 能 要 求 ，可 进 行 PLC 型 号 的 选 定 。 进 行 PLC 选 型 时 ， 基 本 原 则 是 满 足 控 制 系 统 的 功 能 需 要 ， 同 时 要 兼 顾 维 修 、 备 件 的 通 用 性 。 对 开 关 量 控 制 的 系 统 ， 当 控 制 速 度 要 求 不 高 时 ， 一 般 的 PLC 都 可 以 满 足 要 求 ， 如 对 小 型 泵 的 顺 序 控 制 、 单 台 机 械 的 自 动 控 制 等 。 当 控 制 速 度 要 求 较 高 、 输 出 有 高 速 脉 冲 信 号 等 情 况 时 ， 要 考 虑 输 入 /输 出 点 的 形 式 ， 最 好 采 用 晶 体 管 形 式 输 出 。 对 带 有 部 分 模 拟 量 控 制 的 装 置 等 。 2输 入 /输 出 的 点 数 ： I/O 点 数 可 以 衡 量 PLC 规 模 的 大 小 。 准 确 统 计 被 控 对 象 的 输 入 信 号 和 输 出 信 号 的 总 点 数 并 考 虑 今 后 系 统 的 调 整 和 扩 充 ， 在 实 际 统 计 I/O 点 数 基 础 上 ， 一 般 应 加 上 10%-20%的 备 用 点 数 。 多 数 小 型 PLC 为 整 体 式 ， 具 有 体 积 小 、 价 格 便 宜 等 优 点 ， 适 于 工 艺 过 程 比 较 稳 定 ，控 制 要 求 比 较 简 单 的 系 统 。模 块 式 结 构 的 PL C 兰州交通大学博文学院毕业设计（论文） 12 采 用 主 机 模 块 与 输 入 模 块 、 功 能 模 式 块 组 合 使 用 的 方 法 ， 比 整 体 式 方 便 灵 活 ， 维 修 更 换 模 块 、 判 断 与 处 理 故 障 快 速 方 便 ， 适 用 于 工 艺 变 化 较 多 、 控 制 要 求 复 杂 的 系 统 。 此 外 ， 还 应 考 虑 用 户 储 存 器 的 容 量 、 PLC 的 处 理 速 度 是 否 能 满 足 实 时 控 制 的 要 求 、 编 程 器 与 外 围 设 备 的 选 择 等 。 本 设 备 控 制 的 对 象 是 一 个 开 关 量 控 制 的 系 统 ， 同 时 利 用 脉 冲 控 制 步 进 店 动 机 的 运 转 ， 故 应 采 用 晶 体 管 形 式 的 输 出 。 松 下 FPO 系 列 小 型 PLC 具 有 性 价 比 高 、 功 能 完 善 、 指 令 丰 富 等 优 点 ， 能 满 足 本 对 象 各 项 控 制 性 能 要 求 ， 因 此 ， 本 系 统 采 用 松 下 FPO 系 列 的 FPO C16T 作 为 基 本 模 块 ，能 输 出 两 路 脉 冲 信 号 进 行 步 进 电 动 机 的 控 制 。 由 于 输 入 输 出 点 不 够 ， 扩 展 一 个 FPO E16RS 模 块 。 3电 源 模 块 的 选 择 ： 采 用 Dm150 系 列 开 关 电 源 。 其 特 点 是 输 出 功 率 大 ， 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 可 靠 性 高 ， 适 应 宽 范 围 的 输 入 电 压 波 动 ， 具 有 完 备 的 过 电 压 、 过 电 流 保 护 功 能 。 主 要 参 数 ： 输 入 交 流 电 压 ： 110220V/50Hz、 60Hz 输 出 直 流 电 压 ： 24V/6.5A 最 大 功 率 ： 156W 工 作 环 境 ： -1040 度 4 .步 进 电 动 机 的 选 择 ： 采 用 二 相 八 拍 混 合 式 步 进 电 动 机 ， 主 要 特 点 ： 体 积 小 ， 具 有 较 高 的 起 动 和 运 行 频 率 ，有 定 位 转 矩 等 特 点 。型 号 ：42BY