PLC编程控制机械手毕业设计

1、 毕业设计（论文）题 目 plc编程控制机械手 学 院 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化年 级 姓 名 指导教师 （ 20 年 月）广东工业大学继续教育学院制plc编程控制机械手 摘要近几十年来，自动控制技术已获得迅猛发展，并广泛应用在工农业生产、交通运输、国防建设和航空、航天事业等领域中。随着生产和科学技术的发展，自动控制技术已渗透到个学科领域，成为促进当代生产发展和科学技术进步的重要因素。在校三年时间，所学自动化课程以及应用之多，现在是时候对自己所学知识做一个系统的总结和应用。因此，在检验自己所学知识的前提下，应用自己所学的知识去实现高效精确地自动化流程。我们通过对emco机床

2、的改装，将机器人投入其中以实现零件的自动化掉头加工，主要包括：卡盘卡爪设计、机械手爪设计、自动门和尾座的设计及plc编程。本文针对机器人工作时夹取零件所需的机械手爪进行分析和设计，阐述了加工手电筒零部件所使用机械手爪的设计方案和加工过程。通过这次毕业课题的设计实施，让学生系统掌握零件设计的过程，培养学生综合运用所学过的基础理论、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。培养学生的设计计算、工程绘图、文字表达、文献查阅工具书使用等基本实践能力，使学生初步掌握科学研究的基本方法。关键词：机器人、机械手爪、掉头加工、自动控制。plc programming control of manipul

3、atortutor:author: abstractin recent decades, the automatic control technology has been rapid development, and widely used in industrial and agricultural production, transportation, national defense and aviation, aerospace and other fields. with the development of science and technology, automatic co

4、ntrol technology has infiltrated into subject areas, become promote the progress of science and technology development and the important factors. in three years time, the automation course as well as the application of many, now is the time for their knowledge to do a systematic summary and applicat

5、ion.therefore, to test their knowledge of the condition, the application of their knowledge to accurately process automation. we adopted the emco equipment of the machine tool, robot into them in order to achieve automation turn parts processing, mainly including: chuck claw design, mechanical gripp

6、er design, automatic doors and a tailstock design and plc programming. the robot work clamping parts required mechanical gripper was analyzed and designed, elaborated the flashlight parts processing by using mechanical gripper design and machining process.through this graduation project design imple

7、mentation, to let the student know parts design process, training of students integrated use of the basic theory, basic skills and professional knowledge and ability to solve practical problems. the cultivation of students design, engineering drawing, writing, literature search tool using the basic

8、ability of practice, so that students master the basic scientific research methods.key words: robot, manipulator, turning processing, automatic control.目录摘要1abstract2目录31.绪论11.1选题背景11.2设计目的11.3机械手的概况11.3.1机械手的应用意义21.3.2机械手的发展趋势21.4本课题各组人员的工作内容31.4.1第一组别的工作内容31.4.2第二组别的工作内容41.4.3第三组别的工作内容41.4.4第四组别的工

9、作内容52 正文62.1机器人的操作与机床信号查询62.1.1机器人的操作62.1.2机床信号的查询82.2 辅助元器件的使用与选型82.2.1检测元器件的使用82.2.2检测元器件的选型92.2.3继电器的使用与选型122.3 plc的选型与编程122.3.1 plc的概述122.3.2 plc的选型172.3.3 plc的编程183总结19致谢20参考文献21附录a22附录b233 1.绪论1.1选题背景 由于工业自动化的全面发展和科学技术的不断提高，对工作效率的提高迫在眉睫。单纯的手工劳作以满足不了工业自动化的要求，因此，必须利用先进设备生产自动化机械以取代人的劳动，满足工业自动化的需求

10、。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统fms和柔性制造单元fmc中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我

11、国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。1.2设计目的 目前，我国大多数工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，其劳动强度大、生产效率低，而且具有一定的危险性，已经满足不了生产自动化的发展趋势。为了提高工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代机械行业自动化生产的要求,针对具体生产工艺,结合机床的实际结构，利用机械手技术，设计用一台上下料机械手代替人工工作，以提高劳动生产率。本机械手主要与数控机床组合最终形成生产线，实现加工过程的自动化和无人化。1.3机械手的概况在现代工业中，生产过程的机械化、自动化已成

12、为突出的主题。在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的。专用机床是大批量生产自动化的有效办法，程控机床、数控机床、加工中心等自动化机械是有效解决多种小批量生产自动化的重要办法。但除切削加工本身外，还有大量的装卸、搬运、装配等作业，有待进一步实现机械化。工业机械手就是为了实现这些工序的自动化而产生的。机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线。1.3.1机械手的应用意义在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下：1. 可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等自动化程度，从而可

13、以提高劳动生存率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。2. 可以改善劳动条件 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪音、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。3. 可以减少人力，便于有节奏地生产应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动化生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。1.3.2机械手的发

14、展趋势 目前国内工业机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。因此，国内主要是逐步扩大机械手应用范围，重点发展铸锻、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件。在应用专业机械手的同时，相应地发展通用机械手，有条件的还要研制示教机械手、计算机控制机械手和组合式机械手等。 在国外机械制造业中，工业机械手应用较多，发展较快。目前主要用于机床、模锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业中，它可按照事先制定的作业程序完成规定的操作，但是还不具备任何传感反馈能力，不能应付外界的变化。如发生某些偏离时，就将引起零部件甚至机械手本身的损坏。为此，国外机械

15、手的发展趋势是大力研制具有某些智能的机械手，使其拥有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，做出相应的变更。总之，随着传感技术的发展，机械手的装配作业的能力将进一步提高。现今机械手的发展更主要的是将机械手和柔性制造系统以及柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。1.4本课题各组人员的工作内容在本次设计中，主要是通过应用所学到的知识，将现有的机械手应用到emco机床的自动掉头加工生产中。各个组别分别负责该过程中的一部分内容，并对该部分的机械手运动或加工内容所需要的元器件进行选购，部分零件自己设计加工。1.4.1第一组别的工作内容整个工作流程分为四组负责。第一组是负责对加工零

16、件的毛坯选取及处理，选取过程中，负责人员应充分考虑到机械手装夹的位置预留，以及工件加工掉头装夹位置的大小，所以长度的尺寸要跟机械手辅助手爪设计相协调。充分考虑到图1-1 加工的工件图纸实际的加工时可能会出现的情况，因此还要对装夹毛坯工件的三爪液压卡盘的卡爪进行再处理调整，以达到实际生产过程中的装夹便捷。因为工件的材料是铝材，所以还要考虑到卡爪的夹紧力，避免在装夹过程中夹伤或夹坏工件。1.4.2第二组别的工作内容由于在加工的过程中，为避免工件残料飞出机床外，伤及工作人员。故在加工过程中，设计机床的保护门，实现在未加工时间段时，自动处于开启状态，让机械手进入作业；在加工开始前，自动处于关闭状态，使

17、机床处于完全封闭状态，以保护旁边加工人员。这就是第二组的人员所要做的任务，找到机床输出的空闲信号，譬如像冷却液自动供给跟停止一样的m指令，然后配合编程，实现在这个过程中的适当时间段自动开门或关门。其次，由于机械手的运动范围限制，因此无法实现机械手夹取工件然后直接装夹到机床上，这样子定位难以控制工件的装夹到位。所以，在这个过程中，充分利用到机床的尾座。在机械手装夹工件到位后，让机床的尾座自动伸出，顶住工件，然后再让液压卡盘夹紧。这样，可以方便机械手在装夹工件到位后的退出，而不影响到工件的夹紧与定位。因此，第二组的人员还需再找一组机床空闲的m指令，如上所诉，配合编程。而且，考虑到加工的工件是铝材，

18、要控制尾座的顶紧力，防止将工件顶变形。这就需要工作人员去对铝材受力进行分析，然后经过计算得到最后尾座的顶紧力。1.4.3第三组别的工作内容现有的机械手，仅仅只是可实现几个自由度的运动，不能直接投入到实际的生产应用中去。所以需要对机械手的各个情况进行分析，设计一部分执行机构，配合到机械手上，从而达到一定的实际应用功能。因此，第三组是在考虑工件的总加工长度以及现有机械手的条件基础上，设计配合现有机械手装夹用的手爪，以及选购驱动手爪运动的驱动元器件。其中，手爪的设计，要考虑到工件的总长度的基础上，可以装夹的位置长度，以及进行掉头加工时，反向工件的装夹位置长度的预留。同时，因为工件的材料是铝材，所以在

19、设计手爪过程中，还应考虑到工件的各个受力分析，达到既能夹紧工件，又不会因为夹紧力的过大，夹伤或夹坏工件。所以在驱动元器件的选择时，要充分考虑到这个夹紧力。由于现有机械手的末端连接处是个圆形的凸台，所以在设计机械手与手爪的连接件时，要考虑到连接的可靠性与稳定性，以及安装定位的方便。1.4.4第四组别的工作内容第四组是在前三组的基础上，了解整个自动加工的流程，运用plc进行编程，协调机床跟机械手之间的作业。以及，对现有的机械手进行示教演示，将整个运用到机械手的工作动作进行协调与记录保存，供plc调用到生产中。该过程中，负责人员还应考虑到机床运动跟机械手运动的时间上的差异，以及各个运动之间的顺序，避

20、免动作的顺序不正确，致使生产事故的发生。自动加工的流程图：机器人把工件送至卡盘处 尾座顶紧工件 卡盘收紧 机器人退出 尾座缩回（必要时可顶紧加工） 自动关门 加工 自动开门 机器人将工件夹紧 卡盘松开 将机器人将工件移开掉头 重复以上步骤 加工完成机器人将工件移走在这整个的应用现有机械手投入到自动化生产的设计中，我们组是第四组，主要负责调试现有机械手完成要求动作，并汇编程序使用plc协调整个自动化生产的各个动作。我组的整个设计方案及实际加工与分析情况如下文所述。2 正文整个自动化加工的流程如下图所示。第一步驱动机器人把加工的毛坯件夹紧送至卡盘处、第四步机器人退出机床加工区域、第九步机器人夹紧机

21、床上的半成品工件、第十一步机器人将工件掉头再送回卡盘处和最后一步机器人将工件取走等这几个步骤，应用到的是现有机器人。所以我们首先要先了解现有机器人的操作以及控制机器人完成所需动作。机器人把工件送至卡盘处 尾座顶紧工件 卡盘收紧 机器人退出 尾座缩回（必要时可顶紧加工） 自动关门 加工 自动开门 机器人将工件夹紧 卡盘松开 机器人将工件移开掉头 重复以上步骤 完成加工机器人将工件移走图2-1 自动加工的流程图2.1机器人的操作与机床信号查询2.1.1机器人的操作通过按动示教编程器上的每个轴操作键，使机器人的每个轴产生所需的作。下图表明了每个轴在关节坐标系下的示意动作。 图2-2 轴的示意动作1、

22、动作模式nx100控制柜有示教模式、再现模式、远程模式三种动作模式。a 示教模式从事程序编辑或者对已登录的程序进行修改时，要在示教模式下进行。另外，进行各种特性文件和各种参数的设定也要在该模式下进行。b 再现模式再现示教程序时使用的模式。c 远程模式伺服电源投入、开始、调用程序、启动循环等相关操作需要通过外部输入信号的指定、在远程模式下进行。远程模式时，通过外部输入信号的操作有效。此时，示教编程器上的 开始按钮无效。数据传输功能 （选项）在远程摸式下有效。表2-1 机器人动作模式模式操作示教模式再现模式远程模式伺服准备示教编程器示教编程器外部输入信号启动无效示教编程器外部输入信号循环变更示教编

23、程器示教编程器外部输入信号调用主程序示教编程器示教编程器外部输入信号在安川机器人的实际操作后，我们主要利用的是机器人的示教模式，通过我们人工地控制机器人各个关节的运动，然后让电脑自动记录各个关节实际运动到位的各轴位置参数，并以此存档，供以后我们在实际应用的时候调用。在实际加工过程中，我们根据图2-1加工流程图可以知道，机器人在加工过程中所要执行的动作有：1、加工开始的时候，机器人将毛坯夹紧并送到机床卡爪位置；2、待机床卡爪夹紧工件的时候，机器人离开机床加工的危险范围；3、在机床对毛坯的一端加工完毕后，机器人移动到机床卡爪下将工件夹紧；4、待机床卡爪松开工件时候，机器人将工件夹到安全位置进行掉头

24、，然后再移动到卡爪处；5、待机床卡爪将工件夹紧后，机器人离开机床的工作区域；6、机床对工件全部加工完毕后，机器人移动到机床卡爪处将工件夹紧；7、待机床卡爪将工件松开后，机器人将工件夹到指定地点放置；8、机器人回到指定位置等待下一次加工开始。2.1.2机床信号的查询在了解完机器人的操作，控制机器人完成所需的动作后，接下来要了解的数控机床的控制信号。其中，要寻找机床控制尾座伸缩和控制液压卡盘紧松的信号端子，同时，寻找机床空余的外输出控制信号来控制机床安全门的自动开闭。（查阅机床的维修说明与使用说明可以找到相应的控制信号）2.2 辅助元器件的使用与选型2.2.1检测元器件的使用在整个自动化生产过程中

25、，需要使用到许许多多的检测元器件来检测机械动作的位置情况，然后再利用这些位置到位检测来驱动下一个动作的开始，达到有序进行的自动过程。在本次自动化设计的生产过程中，需要使用到检测元器件的情况如下：（1）在毛坯准备区域需放置检测元器件，从而确定是否存在待加工毛坯，进而才能开始下一步机械手动作。这时，需要安装一个位置检测传感器。（2）在自动门的打开状态与闭合状态需安装两个极限位检测开关，确保每一步生产都能在门完全打开或完全关闭的情况下作业，避免与安全门发生碰撞，引起生产事故。这时，需要安装两个位置检测传感器，分别为门完全打开时检测到位和门完全关紧时检测到位。2.2.2检测元器件的选型 接近开关又称无

26、触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。 图2-3 接近开关原理图1、性能特点 在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。 当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。 有时被检测验物体是按一定

27、的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。2、种类 因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种： （1） 无源接近开关这种开关不需要电源，通过磁力感应控制开关的闭合状态。当磁或者铁质触发器靠近开关磁场时，和开关内部磁力作用控制闭合。特点：不需要电源，非接触式，免维护，环保。 （2） 涡流式接近开关这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反

28、作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。 （3） 电容式接近开关这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。 （4） 霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开

29、关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。 （5） 光电式接近开关利用光电效应做成的开关叫光电开关。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“感知”有物体接近。 （6） 热释电式接近开关用能感知温度变化的元件做成的开关叫热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。 （7）

30、 其它型式的接近开关当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。3、接近开关的选型 对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使其在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则： （1） 当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、a3钢类检测体检测最灵敏。对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。 （2） 当

31、检测体为非金属材料时，如;木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开关。 （3） 金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开关。表2-2 lj12a3-4-z/bx接近开关参数规格型号lj12a3-4-z/bx外形尺寸1260mm检出方式电感式检测距离4mm检测物体金属（铁）工作电压dc6-36v输出形式npn三线常开工作环境在-20+60温度范围内外接线图（4） 对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。 本次设计选用沪江lj12a3-4-z/bx接近开关，下表为lj12a3-4-z/bx接近开关参数：2

32、.2.3继电器的使用与选型由于plc输入与输出是直流24v回路，而机床与机器人的信号传递为5v信号，因此不能直接对接到plc上进行信号的传递，需要接入继电器进行转换。在该自动加工的工作中，由于信号不是高频信号，因此可以选择普通的中间继电器进行信号间的转换。可选用omkqn牌的hh53p中间继电器通用dc24v。2.3 plc的选型与编程2.3.1 plc的概述plc（programmable logic controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业装置。在1987年国际电工委员会（international electrical committee）颁布的plc标准草案中对plc下

33、定义： “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。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能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应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（programmable logic controller，plc）取代传统继电器控制装置以来，plc得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，plc的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络

34、技术的不断发展和用户需求的不断提高，plc在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的plc不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 plc是由模仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 plc只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。plc的cpu内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程

35、序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为end指令），然后再返回起始步循环运算。plc每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的plc，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。plc用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1k逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型plc使用另外一个cpu来完成模拟量的运算。作为离散控制的首选产品，plc在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的plc年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高

36、和plc市场容量基数的不断扩大，近年来plc在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家plc的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球plc的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 1、 plc的特点 （1） 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。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。例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统,和同等规模的继电接触

37、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，故障也就大大降低,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。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 （2） 配套齐全，功能完善，适用性强 plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合.除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有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，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控

38、制中。加上plc通信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得非常容易。 （3） 易学易用，深受工程技术人员欢迎 plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量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。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打开了方便之门。 （4） 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容

39、易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种,小批量的生产场合。 （5） 体积小，重量轻，能耗低 以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2、 plc的工作原理当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(1) 输入采样阶段在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的

40、相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(2) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中

41、对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在i/o映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在i/o映象区或系统ram存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(3) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是pl

42、c的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，plc的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。3、 plc的应用领域 目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 （1） 开关量的逻辑控制 这是plc最基本、最广泛的应用领域

43、，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 （2） 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 （3） 运动控制 plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位和执行机构，现在一般使用专用

44、的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控 世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合. （4） 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块,目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热炉控制等场合有非常广泛的应用。 （5） 数据处理 现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、

45、排序、查表、功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定 控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 （6） 通信及联网 plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接接口,通信非常方便。 2.3.2 plc的选型通过对该自动化生产流程的分析，确定各个动作需要plc

46、控制来协调生产，最终确定i/o分配表如下所示。表2-3 plc i/o分配表输入说明输出说明x0 启动y0 plc给安川信号x1 有无毛坯件检测y1 手抓汽缸加紧x2 卡盘松开y2 手抓汽缸松开x3 关门限位y3 卡盘加紧x4 开门限位y4 卡盘松开x5 安川机器人完成动作给plc信号y5 尾座顶紧x6 机床加工完成，反馈给plc信号y6 尾座退开x7 开门y7 门汽缸开门x10 关门y10 门汽缸关门x11 工艺停止y11 加工x12 自动模式y12 安川机器人回原点x13 单步模式x14 回原点 根据实际需要的各个条件，以及考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，采用plc作为核心控制器，各控制对象都必须在plc的统一控制下协同工作，所以plc采用我们所熟悉的日本三菱公司的fx2n-32mr型plc(16点输入、16点输出)。三菱fx2n系列可编程控制器是小型化、高速度、高性能的产品，是fx系列中最高档次的超小型程序装置。性能规格：fx2n性能规格运转控制方法 通过储存的程序周期运转i/o控制方法 批次处理方法（当执行end指令时） i/o指令可以刷新运转处理时间 基本指令：0.08s应用指令：1.52至几百微秒 ，指令编程语言 逻辑梯形图