基于PLC的原煤采样控制系统【实用文档】doc

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基于PLC的原煤采样控制系统【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载河南工程学院毕业设计基于ＰLC的原煤采样控制系统学生姓名王红晓系(部)机械工程系专业机电一体化指导教师李振杰2０摘要我国煤炭储存丰富，是煤炭资源的产、销大国。针对当前煤炭行业发展中对原煤质量的要求不断提高,原煤采样技术在当今选煤行业也发挥着越来越重要的作用。本设计就是为中小洗煤厂设计的工业生产流水线的自动控制系统。在控制系统中采用的ＰＬC技术，系统安全性能好，所采煤样代表性高，维护简单,不需人员看守，采样结果能正确指导选煤厂生产，提高工作效率和操作精度，也就保证正常工业生产中的最大产量和最佳产品质量。物流配送是物流中一个重要的环节，对于一个大规模的物流集团来说,集约化的发展要使多个仓库、多个配送点（往往达到数以千计的规模)综合实行配送优化成为可能。关键词：可编程控制器，原煤采样，控制流程图，传感器AＢＳＴＲAＣTＣhiｎa'sｃｏａlｓtocｋpｉlesarerｉcｈincoａlresoｕrcesｐrｏｄｕｃtiｏｎ,maｒketinｇｐowｅr。Ｉnｖiewoｆthecｕｒrenｔdevelopmentofthｅcoalindustryonｔhｅqualitｙofcｏａlrｉsｉngcoalsampliｎgtecｈnｏlogyinｔhecoalpｒeparaｔioｎindustrytodayisaｌsoplayinganincreaｓｉnglｙｉmportanｔrole．Tｈeｄeｓiｇnｉsdesigｎedforｓmallaｎｄmｅdｉｕm-ｓizedｃoaｌwasｈerofiｎｄustｒｉaｌproductionpｉpelineCｏnｔrｏlSｙstem。InthecontrolsystemｗeuｓｅｔhePLCtｅcｈｎology，bettersecurityｓystem，thecｏal-likereｐｒｅsentaｔion，mａiｎtaiｎingsimple,PLCnosecｕrｉtｙguards,ｓampliｎｇrｅsｕltswillcorrｅctmeaｎingtｏdｉffereｎｔplantpｒｏｄucｔｉon．Iｍproveeffiｃｉencｙaｎｄaｃcuracyofoｐｅration.Alsoensurｅnormalｉndｕstｒiａlproducｔioｎwasthｅｌaｒgeｓtｙｉeldoftｈebestqualｉtｙpｒoｄucts。Toａｓcaleｄｌogistiｃcompany，aｓsigninｇisaｎｉmpoｒtantpａrｔｏｆlｏgisｔｉc，andｆurｔｈerdevelｏpmeｎｔwillｍaｋetｈeoptimizedaｓsｉgｎingofwarehoｕｓeandmuｌti-ｔaskpoｓｓibｌe.KEYＷＯＲDＳ:pｒogｒamlogｉccontroller,ｃoａｌsaｍplinｇ,coｎtrolflｏwchａｒt,ladderｇrａphics,ceｎsors目录TOC＼o"1－3”\u前言 11背景简介 12系统概述 1第1章工艺流程2§1.1初级采样机 2§1。2一次给料胶带 3§1.3破碎机 3§1。4二次给料胶带ﻩ4§１.5缩分器 4§1.6样品收集器ﻩ4§1.7斗提机 4第2章原煤采样控制系统5§2．1控制系统分析ﻩ5§2.1．1运行过程 ５§２.１.2控制系统功能ﻩ5§2．2系统硬件分析ﻩ.。6§2.２.1控制单元ﻩ６§２.2。2PLC简介ﻩ7§２.３系统软件分析ﻩ8§2。3.1系统状态流程图设计 8§2。3。2PLC的I/Ｏ点地址分配及PＬC选型 8§2.3．3I/O接点电气连接图ﻩ9§２。4PLC梯形图程序设计部分 1０第3章系统干扰措施 1２§3.１。抗电源干扰ﻩ1２§３．1．1隔离变压器 １2§３。１.2滤波器 12§3．1.3分离供电系统ﻩ12§3。2控制系统接地ﻩ12§3。３防I/Ｏ信号干扰ﻩ１２第4章系统的不足之处及改善方法ﻩ１4结论ﻩ１5参考文献 1６致谢 17附录18前言1背景简介我国煤炭储存丰富，是煤炭资源的产、销大国，整个煤炭工业在中国的经济发展中发挥了重要的基础和支柱作用.针对当前煤炭行业发展中对原煤质量的要求不断提高,原煤采样技术在当今选煤行业也发挥着越来越重要的作用，为了进一步了解原煤采样的过程,更好的提高所学专业知识在实际工业现场中的实际运用情况，结合了当前选煤领域广泛采用的原煤采样的控制技术，我选取了本设计题目，采用PLＣ来实现对原煤采样环节的控制。希望通过此次设计可以真正把所学知识运用到实际工业现场，为将来参加工作做好铺垫。我国是煤炭大国，但人均占有量都非常贫乏.随着经济的飞速增长,冶金、化工、电力等行业对煤炭的需求越来越大，而我国的工业基础却相对比较薄弱。就煤炭工业而言，只有一些大的企业才实现了原煤采样生产过程中的全部自动化。一些中小企业，尤其是年产小于30万吨的小企业，却还使用着与时代技术不相称的老的生产方式.这种生产方式不仅劳动是巨大的,对工人身体上有一定的危害性，而且产品的生产功耗大，生产成本高.2系统概述本次设计内容为基于PLC控制的原煤采样系统。主要控制要求是利用可编程控制器控制各个部分的运行。其主要设备有初级采样机，一次给料胶带，破碎机，二次给料胶带,缩分器，样品收集器，弃料提升机.本系统的控制方面可分为自动和手动两种工作方式,就是通常我们所说的集中控制和就地控制两种方式.选择集中控制方式操作人员可以在控制台上实现系统的正常开停；选择就地控制方式检修人员可在现场实现单机的检修和试运。就自动工作方式来说，输入量有启动和停止两个开关,输入量主要是采样设备的电动机起停及继电器开关和电磁阀的开关.正常工作后采用连续运行方式，采样机和胶带运输机连锁运行,对应的时间间隔、数量、缩分质量等参数有计算机输入,然后由PLC控制系统运行，人为干扰很难，采用全封闭共同监管，安全性好。可编程控制器(ＰLC)是具有高可靠性的工业自动化产品，作为监控系统的一种现场设备，有出色的数据采集和可编程控制能力.第１章工艺流程本系统的工艺流程图如下图所示：图１—1原煤采样系统流程图§1。1初级采样机作用是负责进行运煤带上的初级采样,选用带式输送机煤流采样的刮臂式采样机,刮臂的动作是横向扫过带式输送机的全宽刮出子样，子样的质量取决于胶带上负荷和采样铲的宽度和形状。刮臂式采样机示意图如下图所示:图１－2刮臂式采样机示意图１—停止开关；２—蜗轮蜗杆减速机；3-电机；４—运输带;5—接样溜槽;6—取样机联杆刮臂;7-采样铲；8.—皮带托辊§1.2一次给料胶带作用是从初级采样机输出的煤均匀的撒到一次给料胶带上,运送到下一级,即破碎机。胶带运输机的长短与现场工艺有关。§1。３破碎机滚筒破碎机又叫选择性破碎机,是利用煤和矸石在同一冲击破碎环境中,根据其可碎性的差异，把夹在煤中的矸石解离出来。滚筒是靠拉轮和滚筒之间的摩擦力而转动。在滚筒的一端，由给料溜槽给入一级的煤块,随着滚筒的旋转，给入的煤快被提升机顶起，转到一定高度后，煤块就顺着提升机从高出自由落下，由于滚筒的不断转动,煤快反复地被提起和落下.在次过程中煤受到冲击而破碎，并透过筛孔排出,未被破碎的大块矸石、金属杂物和木块经筛子排矸槽排出，进入二次给料胶带。§１.4二次给料胶带其作用和上面一次给料胶带相同。§1。５缩分器缩分是指在煤样制备中，将试样分成具有代表性的几部分，一份或多份留下来的过程，目的在于从大量煤样中取出一部分煤样。缩分器应尽量减少缩分误差，并能使保留煤样量尽量少。在这里我们选用旋转式缩分器，示意图如下所示：图１-3旋转式缩分器示意图§1。6样品收集器作用是将已经缩分好的煤样采集，送到实验室进一步制成分析所用煤样。§1.7斗提机斗提机又称为弃料提升机，因经过上述一系列生产过程中,设备的高度一级级降低，所以斗提机的作用就是把经过缩分剩余的余煤将通过斗提机送回到原煤输送带上。第２章原煤采样控制系统§2.1控制系统分析这章我们将对这次设计的控制系统进行详细的分析。§2。１．1运行过程原煤采样系统启动后要求整个运行过程能自动运行，并在某一设备故障时能及时发出报警提示.下面根据原煤采样系统流程图简述系统运行过程。⑴启动过程：按下启动按钮，受控设备按逆煤流方向依次起车，即由后向前启动。在这里斗提机最先启动,其次为样品收集器、缩分器、二次给料胶带、破碎机、一次给料胶带，最后为初级采样机。各个设备之间的启动间隔时间可以自己设定,这里设定为10秒.系统停止时，与启动相反的方向顺序停止.⑵初级采样机工作:启动过程完成后，初级采样机开始进行采集煤样并送入一次给料胶带。此时，初级采样机完成一次采样后将处于保持状态，等待整个原煤采样过程结束后，进行下一次采样过程。⑶破碎煤快：一次给料胶带把初级采样机采的煤样运送入破碎机。破碎机的作用是把较大的煤块进行破碎，以便下一级使用.破碎后的煤样落到二次给料胶带。⑷缩分:在二次给料胶带上有个缩分器设备,胶带上的煤样有一部分落入缩分器进行缩分,所谓缩分通俗的讲就是把煤样再次破碎到的供检验用的合适的大小。缩分器缩分次数可以自己设定。⑸样品收集:由缩分器缩分的煤样已经达到煤样采集的标准,可以直接落入样品收集器,作为检验这批原煤参数的标准。⑹弃料返回：由于缩分器缩分只用到很少一部分原煤，所以剩余的煤样要返送回原煤运输带，这就用到斗提机。二次给料胶带把剩余的煤样送入斗提机，通过斗提机把余料送回原煤运输带。到这步算一个工作过程完成，若按下连续工作开关,系统将连续工作处于自动运行状态。如果不按下连续工作按钮,各个设备将都将处于待命状态。§2．１。2控制系统功能原煤采样装置的控制有两种控制方式,即“自动”控制与“手动"控制。这两种控制方式可以转换,在转换过程中原受控设备的运行状态不受影响。“自动”状态时，按逆煤流方向程序起车和顺煤流方向按每台设备卸料完毕的时间程序停车。自动状态下的起、停车过程及自动运行过程中,均保证按逆煤流方向设备间的闭锁.现场和操作室操作人员均可解除设备的起动。无论“自动”或“手动”控制，现场都可以就地停车。但在自动方式时，参加集控的设备不能就地开车。控制人员通过控制室内的模拟盘监视设备的运行情况，设备运行或故障时，均能在模拟盘上以指示灯的形式显示.§2。2系统硬件分析本系统是以可编程控制器ＰLＣ为核心，取得了提高生产效率、减少现场操作人员、提高安全性的良好效果。硬件部分是不可缺少的,现就本系统的硬件做如下介绍:硬件设备包括：控制单元、输入输出单元、电源单元以及各种电气元件等,其硬件配置及系统监控内容如图：传感器传感器工作台PLC采样设备手动开关图2—1硬件配置及系统监控控制人员通过控制室内的工作台监视设备的运行情况,设备运行时在工作台上都有相应的指示灯显示。现场的输入设备主要是手动开关，它们在自动状态下都直接受控于PLC，在工业生产流程控制中广泛采用可编程控制器。§２。2．1控制单元本系统选用日本三菱公司的FX２系列的PLC，指令简单易用，使用继电器符号语言和步进顺控指令编程，对基本指令处理速度为0.7４毫秒/步，具有较高的指令处理水平，程序容量也较大，具有多种输入输出模块,并可支持特殊模块。输入模块：24V直流输入(１6点、32点)，１10V交流输入，２20V交流输入。输出模块:继电器输出,晶体管输出,可控硅输出，高速技术模块，通讯模块,数据处理模块.输入及输出单元：输入单元是由PLC配置的继电器输入模块，模拟量输入模块等组成。输出单元是由PLC配置的数字量固态继电器输出.系统配置的其他的硬件还有ＡC22０/DＣ24Ｖ电源，中间继电器，控制室操作台等。§2.2．２PLC简介可编程控制器（ＰＲOＧＲＡＭＭABLEＣＯNＴROLＬＥR,简称ＰC）.与个人计算机的PＣ相区别，用PLＣ表示。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。它具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料:在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。国际电工委员会（IＥＣ)颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序,系统程序提供运行平台，同时，还为PＬC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计.一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式ＰLC，有一块CＰU板、Ｉ／O板、显示面板、内存块、电源等,当然按ＣＰＵ性能分成若干型号，并按I/Ｏ点数又有若干规格。对模块式PＬC，有CPU模块、Ｉ/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I／O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下：中央处理单元CPU板接口部件输出输入接口部件中央处理单元CPU板接口部件输出输入接口部件电源部件现场信号受控元件电源部件图２-2ＰLＣ基本结构框图§2.3系统软件分析§2。3.1系统状态流程图设计根据启动运行过程可绘出控制系统状态流程图，如图所示,Ｍ800２初始脉冲M7M0初级采样机指示灯亮M7M0M8M1延时1０秒M8M1斗提机提示灯亮一次给料胶带工作M9M2延时10秒传感器１M9M2样品采集器指示灯亮破碎机破碎样煤M10M3延时１０秒传感器2M10M3缩分器指示灯亮二次给料胶带工作M11M4延时１0秒传感器3M11M4二次给料胶带指示灯亮缩分器缩分煤样M12M5延时１0秒传感器4M12M5破碎机指示灯亮样品收集M13M6延时10秒M13M6一次给料胶带指示灯亮弃料返回传感器5连续运行图2－3控制系统状态流程流程图图中Ｍ8002是三菱PLC的特殊辅助继电器，他可以在ＰLＣ通电时为程序产生一个脉冲，激活程序处于开始运行状态。为保证原煤采样过程中停电后恢复供电,能在原来的步骤继续运行，应选用M5OO～M1０23范围的停电保持型辅助继电器。§2。3.2PLC的I／O点地址分配及ＰＬC选型从图2—３系统状态流程流程图可知，原煤采样控制系统输入信号有1５个，其中用于启动、停止、连续工作和手动开关的10个输入信号是开关量,而5个传感器输入信号是模拟量信号；输出信号有9个,均为模拟量信号。根据I/O信号数量，类型以及控制要求,选择三菱—３2MＲ系列.它有16个输入接点，16个继电器输出型接点,可以满足系统的控制要求，且留有一定的余量。系统信号元件及驱动电器与PLC的I/O点地址分配,以及控制系统状态流程流程图中的13个步序与PLC内部使用的停电保持型辅助继电器编号如下表所示：表1外部电器与PLＣI/O口地址分配、步序与使用的辅助继电器编号对照表输入信号输出信号辅助继电器名称功能编号名称功能编号名称编号SB1启动按钮X000KＭ1初级采样机线圈1Ｙ00０第0步M50０SB２停止按钮X0０１KM2一次给料胶带线圈2Y００1第1步M501ＳB3连续工作开关Ｘ０02ＫＭ3破碎机线圈３Y002第2步M5０2SＢ４手动启动初级采样机开关1X003KM４二次给料胶带线圈4Ｙ00３第３步M5０３SＢ５手动启动一次给料胶带开关2X0０4KＭ5缩分器线圈５Y０04第４步Ｍ５04SB６手动启动破碎机开关３X０05KM6样品收集器线圈6Y005第5步M505SB7手动启动二次给料胶带开关4Ｘ０0６KM7斗提机线圈7Ｙ０06第6步M50６SB8手动启动缩分器开关5Ｘ０07HL８连续运行指示灯1Y007第7步M５07SB９手动启动样品收集器开关6X00８HL9故障指示灯2Y0０8第8步M5０8SB10手动启动斗提机开关７X00９第9步Ｍ５0９SQ11一次胶带压力传感器1X01０第10步M510ＳQ12破碎机光电传感器2X01１第11步M5１1ＳＱ１３二次胶带压力传感器3X012第12步M５１2SQ1４缩分器光电传感器4X013第１3步Ｍ5１3SQ１5斗提机光电传感器5Ｘ01４§２。3。3I/O接点电气连接图ＰLC的Ｉ/O接点电气连接图如图所示图２—4I/O接线图注释：图中SB１、SB2分别为系统启动和停止按钮；SB３为系统启动后按下能连续工作的按钮;ＳB4~SＢ１0分别为初级采样机，一次给料胶带,破碎机，二次给料胶带,缩分器，样品收集器，弃料提升机的手动启动按钮；传感器1和传感器3为测定一次给料胶带和二次给料胶带是否超重而设置的压力传感器；传感器2为测定破碎机是否正常工作而设置的光电传感器,其主要原理是测定破碎机转速是否在允许范围内，超出允许范围或低于允许范围则为故障状态；传感器4和传感器5分别为测定缩分器和斗提机是否正常工作而设置的光电传感器，其主要原理和传感器2的原理基本相同，都是通过测定转速的大小来判断是否出现故障。§２．4ＰLC梯形图程序设计部分控制程序的编写我们采用了Ｗinｄows环境下的PLC编程软件Wingpｃ２.作为编程平台.利用该编程平台以梯形平台和梯形图的形式编写控制程序。该软件可以方便的进行程序的编写、联机查看PLC状态。在联机时模拟ＰＬC运行状态、在线修改、编写注释说明文档。此外，该软件还具有在线/离线编辑功能、模块化、打印功能、在线修改参数功能、替换功能、强大的帮助功能以及适时通讯功能。在程序设计中，我们按照工艺流程和控制的要求,把程序分为三个部分，分别为启动部分、运行部分和输出部分。程序及梯形图见附录.第３章系统干扰措施ＰLC系统中混入输入、输出的干扰，或感应电压，容易引起错误的输入信号，从而引起错误的控制信号。为了使控制器稳定地工作，提高整体控制系统的可靠性，在控制系统采取一些有效的抗干扰措施是非常必要的。§3.1.抗电源干扰§3．1．1隔离变压器使用隔离变压器将屏蔽层良好地接地，对抑制电网中的干扰信号有良好的效果。为了改善隔离变压器的抗干扰效果,必须注意两点:一是屏蔽层要良好接地，二是次级连接线要使用双绞线。双绞线能减少电源线间干扰。§3。1．２滤波器使用滤波器代替隔离变压器,在一定的频率范围内有一定的抗电网干扰作用，惯用的方法是既使用滤波器，同时使用隔离变压器。§分离供电系统将控制器、Ｉ／O通道和其他设备的供电分离开来,也有助于抗电网干扰。本系统采用分离供电系统措施,PLC控制器远离供电系统。§3．2控制系统接地控制系统的接地一般有如图3－2所示的三种方法:图（a）为控制器和其他设备分别接地方式，这种接地方式最好；如果做不到每个设备专用接地,也可以使用图<b）的共用接地方式;一般不采用图（ｃ）的串联接地方式，特别应该避免与电动机、变压器等动力设备串联接地。（ａ）（b)（ｃ)图3－1接地方法本系统采用图（b)的接地方式，将控制器和其他设备共用接地。§3.3防I／O信号干扰㈠防止输入信号的干扰除采用滤波器及使控制器良好接地来抑制干扰外，下面介绍几种抗输入干扰措施:①如图3-３所示，在输入端有感性负荷时,为了防止反冲击感应电势,在负荷两端并接电容C和电阻R(为交流输入信号时),或并接续流二极管VD（为直流输入信号）。交流输入方式时,Ｃ、Ｒ的选择要适当,才能起到较好的效果，一般参考值为：负荷容量在２0ＶA以下一般选用0．1µF1４7Ω比较适宜。如果与输入信号并接的电感性负荷较大时，使用继电器中转效果更好。②防感应电压的措施在感应电压大的场合，如果可能的话,改交流输入为直流输入；在输入端并接浪涌吸收器（浪涌吸收器的作用是防止瞬间高压损坏设备);在长距离配线和大电流场合，感应电压大，可用继电器转换。（a）(b）图３－2与输入信号共接感性负载⑵防止输出信号的干扰输出信号的干扰可采取以下措施：①交流感性负载场合，在负载的两端并接Ｃ，Ｒ作为浪涌吸收器。如图3－3中图a所示,C，R越靠近负载，其抗干扰效果越好。②直流负载场合，在负载的两端并接续流二极管VＤ,如图３—3中图b所示，二极管也要靠近负载.二极管的反向耐压应是负载电压的4倍。③控制器触点（开关量）输出的场合，不管控制器本身有无抗干扰措施，都要采取图３－4中图ａ〔交流负载)和图b（直流负载）的抗干扰措施。图(ａ）交流感应负载的抗干扰图(b）直流感应负载的干扰图3－3第4章系统的不足之处及改善方法设计中虽做了大量的努力与思考，但因水平和时间有限，设计中难免存在不妥,疏漏甚至错误之处，针对这些不足还有待于进一步改善.在原煤采样过程中，没有很好地实现系统的手动与自动之间的切换,没能对每个电机的运行情况进行检测与显示,没有对皮带的打滑进行检测与控制。所以需要进一步考虑这些情况，设计出相对应的电路,并很好的运用PＬC对其进行控制,做到系统的完整性。对于整个系统的报警装置也做的不是很充分，只配备了光报警，相应的报警铃没有配备；另外对原煤采样七套设备的检测做的很不充分，只是加上了相应的传感器，细节部分没有处理。今后有机会继续设计的话其主要工作就是这些细节部分的处理.结论在研究了我国的一些中小型选煤厂仍然存在着众多的人工进行原煤采样。对工人来说,不仅劳动强度大,而且危险系数高，特别是在运行中的生产工具如火车顶部采样。对整个原煤质量来说，由于是人工采样，采样地点不可能均匀分布,采样质量不高。另外，人为因素太多,不能正确显示煤的质量的问题。分析了如果能在其过程中实现自动控制，不但能够减轻劳动强度，而且还可以提高生产效率，提高采样精度。由此，提出并设计了设计一套自动原煤采样装置。由于PLC在工业控制中的优越性，它将与选煤工业紧密结合而实现原煤采样的自动化,解决了选煤过程的自动化和减少人体危害。最后使得选煤机械化采样，工人工作环境得到改善，劳动强度也大大减小。另外自动采样不存在人为误差，其结果比较接近入仓原煤的真实质量情况。参考文献［1］王整风，可编程控制器原理与实践教程[M]，上海交通大学出版社,200７；[2］常晓玲,电气控制系统与可编程控制器[M］，机械工业出版社，200４;［3］郁有文，传感器原理与工程应用（第二版）［M]，西安电子科技大学出版社,2０04；[4］栾桂冬张金铎，传感器及其应用［Ｍ]，西安电子科技大学出版社,２004；[5］许寥，王淑英电气控制与PＬＣ应用(第三版）［M]。机械工业出版社,2005;［６]韩安荣,通用变频器及其应用

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可编程控制器原理与应用,华南理工大学出版社

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2０03；致谢经过了两个多月的学习和工作,我的毕业设计终于完成了.从论文的选题、开题、以及论文的完成,每一步对我来说都是新的尝试与挑战.毕业设计在李振杰老师的细心指导和严格要求下顺利画上句号。值此论文完成之际，我衷心感谢三年来在学习、生活等方面给予的谆谆教诲和培养的老师们,你们辛苦啦.本设计能顺利的完成也归功于各位老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。在此向河南工程学院的全体老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培.在做这次毕业设计过程中使我学到了很多，我感到不论做什么事都要真真正正用心去做，才会使自己更加的成长，没有学习就不可能有实践的能力,没有自己的实践就不会有所突破，希望这次的经历能让我们在以后的学习生活中不断成长与进步。附录1启动部分:原煤采样启动部分梯形图对应启动部分程序指令表：0ＬDX000２１ANIＭ5041OUTＭ5０022OUTY0032LＤＭ５0０23OUＴＴ3K１003ＡNＩM5０1２44OUTY00025５OUTＴ0K10026LDT36２7ＡNIＭ505728OUTY004８LDＴ02９ＯＵTT4Ｋ100９ＡＮTM５03３0１0OUＴY00131１1ＯUTT1K1０0３２LDT412３３ANIM５0６13３４OUTY00５1４LDＴ13５OUTＴ５K１00１5ANＴM5０33616OUTＹ0０2371７OＵＴT2K10０38LDＴ５１８3９ANTM５07194０OUTY00６２0LDT241END2运行部分：原煤采样主流程梯形图对应原煤采样主流程相应的指令表０LDIM50728ANIＭ5101ANIＭ5０8２9ANＩX0０12ANIＭ5０９30AＮIＸ０1１3ANIＭ51０３1OUTM5094ＡNＩM51１32LＤＭ5095ＡNIM51233ＡNIM５１1６AＮIM5１334ＡNIX0017ＬDM8００23５ANIX0128ANIX00２3６OＵTM5109OＲB37ＬDM5101０OUTM50038AＮIM51211LDM5１339AＮIX00112ＡNDＸ０0２４0ANＤX01３13LDM５０04１OUTM５1１１４AＮDX0０042OUTT0Ｋ５01５OＲB45LDT０16OＲM5０746ANＤM５111７ＡNIX00１47ORM51218ANIM5084８ANIM5121９ＯUTM5074９ＡNIX00120LDM507５０ＯUTM5１２21ＯRＭ50851LDM５１２2２AＮIM50952ORM５1323ANＩＸ001５3ANＩM50724ANIX0１054ANIX0012５OUTM50８55ＡNIX０1426LDM508５６OUTM５1３27ＯRM5０957ＥＮＤ3输出部分：原煤采样输出/手动梯形图如下原煤采样输出/手动指令表０ＬＤM50024ＯUＴY00４1ANDX０0３２5LDM５００2ＯRM5072６ＡＮＤX008３ANIY0０027ＯRM5１24OUTY00028ＡNＩY０055LDM500２9ＯUＴＹ0056ＡNDX00430LDM5007ＯRM５0８31AＮDＸ０09８ANIＹ0０132OＲM5１３9OUTY0０133ＡNIＹ００610ＬDＭ５0034ＯＵTY００6１1AＮＤＸ50０35LDX002１２OＲM50９36OＵＴＹ０0７１3ＡNIＹ００２37ＬDY０0014OUTY00２3８OＲY001１5LＤＭ５０039ORY00216ＡＮＤX00640ＯRY0031７ORM５104１ORY０0418ANIY0034２ＯRY00５１9OUTY０0343ＯRＹ00６20ＬDM５０044OUＴY008２1AＮＤX0０7４5ENＤ22ORM5112３ANIY0０4（2０1１届)毕业设计(论文)基于ＭCＧＳ和PLC的机械手控制系统设计学院（部)：电气与信息工程学院专业：机电一体化技术学生姓名：刘祖光班级：机电0821学号：指导老师:郭艳杰职称：讲师最终评定成绩：2０11年6月摘要当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。在科技进步的同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合,尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内.工业中大量的生产活动,存在着很多不便于人类操纵的环节,特别是在工作环境较危险的情况下，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性,大大的节约损耗,提高效率。可见,在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势。在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及PLC的研究发展趋势,描述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程。研究了基于PＬC的机械手模型控制系统的设计，还研究了MＣGＳ在机械手控制系统中的应用。利用组态软件MCGＳ设计了机械手模型控制系统监控界面,提供了较为直观、清晰、准确的机械手运行状态,进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性，充分提高了系统的工作效率。关键词：机械手，ＰLC,MCGSAＢＳTＲACTIntoday'ssocieｔy，sｃiｅnｃeandｔｅｃhnoｌogyrapiddｅｖeloｐmeｎt，hｕmａnactivitiescrｅａｔｅworldahugｅchａnge。Iｎthemeａnwhiｌｅ，ｔｅcｈnｏlogiｃａlprogreｓsｉnｖariousｃontrolｌeｒsdｉffｅrenｔｔyｐｅｓｏfｍanipulatorwithitsouｔstaｎdingｐerｆｏｒmancemorｅａndｍｏreuｓedｂyｐeｏplｅ．Thehomｅwoｒkｉndiffeｒentoｃcasiｏｎｓmanipulatｏr,especｉallyinｔｈeｓpｅcｉalenviｒonｍentconｔeｘtforthehumanａctivitｙｑｕｉcklｙsmoｏthlycausedgreａｔconｖenienceandｂenｅfit，pａｒｔiｃularlyｏｂviouｓinｔｈｅｉnｄｕstrｉalandmiｌitarｙfielｄ.IndｕstriaｌlargeNuｍberｓofｐｒoductionactivｉty,ｔhereareｍａnｙｎotｉtiｓeａsyｆｏrｈumaｎstomanipulatethelｉnk，especiallyinaｂuｓiｎessenvｉｒonｍenｔisdanｇeroussitｕation，ｉfusehaｓremｏteｃｏntｒｏｌfｕｎcｔioｎsmaybｅｉncreaｓedmanipulａtｏr,ｔhｅsecurityoｆtheｓyｓtｅm，bｉgsavｅlｏss，ｉｍprｏvｅefficｉenｃy。Visible，ｉｎautｏmａtion，thｅｐrｏceｓｓofiｎdｕｓｔriaｌiｚatioｎ，inｓpeｃiaｌbaｃkｇroｕndenｖirｏnmeｎtusｉnｇｍanipulaｔorｈaｓｂecoｍeaninevitablｅtrend.。InｔhisdesigｎthｅpreｓentcｏnｄitｉonofｒｅsearcｈabｏutｄomesticａｎdinｔeｒnatioｎａｌmanipｕlatｏrａndｄeｖeｌoｐmentｔrｅndofresｅarcｈcoｎｃｅrｎｉngPLＣwereintroduced.Thｅprｉnｃｉpleofｗｏrkaｎｄtheｐrocessofａｃtion’ｓrｅaliｚatｉonｏfｍanipulａｔｏrｃontrｏlsyｓtｅmwerｅdｅscribｅｄ。ThedesｉgnofｍanｉpｕlatorｍodｅlｃonｔrolsyｓtｅmｂａsedoｎPLCwasreｓｅａrchedaｎdMＣGS’sapplicａtioｎintｈemanｉｐｕｌatｏｒmodelcoｎtｒolsｙstｅmwaｓｒeseａｒchｅd.ＴheinterｆacｅｏfsupeｒvｉsｉｏnforｔhemanipuｌatorｍodｅlcontrolsystemwasdesｉgnedbｙＭCＧS。Aｎｉntｕitive，ｃlｅarandacｃｕratｅmaｎｉｐｕlatｏroｐｅratingstatｅwaspｒovｉｄed。Andtｈｅnvariｏuspossibiｌiｔiesｆｏｒmａiｎtainａndｂreaｋdoｗn’ｓdｉａgｎｏｓiｓwerepｒoviｄed，tｈｅwｏrk’ｓefficiencyofsystｅｍwasfｕｌｌyeleｖatｅd．Ｋeywｏrdｓ:maｎｉpuｌatoｒ,PLＣ，MCＧS目录TOC＼o"１-3＂\ｈ\z\u第一章绪论９4870０9０＼h1ＨYPERLINK\l”_Ｔoc2９４870０91＂1。1课题背景ＰAGEＲEF_Toc2９４87０091＼h1ＨＹPＥRLＩNＫ\l＂_Ｔoｃ294870０9２＂１。2设计目的和意义PAＧＥＲEF_Tｏc２9４8７009２\h1HYPERLＩNK\l＂_Toc29４8７009３”1。3本文主要工作PAGEREＦ_Toｃ294870０93＼h2HＹPERＬIＮK\l”_Ｔoｃ２9４870094”第2章可编程序逻辑控制器(PLＣ)和机械手概述PAGＥRＥＦ_Toc2948７0094\h32.1可编程序逻辑控制器（PLC)ＰＡGEREF＿Toc294８７00９5\h32．１．1ＰＬC的结构PＡGEREF＿Ｔｏc2９48700９6\h32．１．2PLC的发展历程ＰAGＥREF_Ｔoc294870097\h4HYＰＥRLIＮＫ\l＂＿Ｔoc２9４870098＂２．１。3PLC的硬件ＰAＧEREF_Toc2９4８７0098\h52。1。4ＰＬＣ的主要特点PAGEＲEF＿Toc294870０９9\h62.1．5FX２N系列PＬC介绍PＡＧERＥF_Ｔoc29487０100\h7HYＰＥRLINＫ\l”_Toc2948701０1"２。２机械手PAGEＲEＦ_Toc29487０101\h９2。2。1机械手概述PAGERＥF＿Toｃ2９4870102＼ｈ92.２。２机械手的工作原理PAGEREF_Ｔｏc2９4８7０1０3\h９2．２。3机械手的发展趋势PAGEREF＿Ｔoｃ294870104\h10HYPERLINK\l＂＿Tｏｃ２94870105”第三章系统设计ＰAGEREF_Toc２９4870１0５\h113.1系统方案分析设计PAＧERＥF_Toc29４870１06\ｈ113。1。1控制要求PAGEREＦ＿Tｏc29487０10７\h１13。１.2方案设计ＰAGERＥＦ＿Toc2948701０8\h113.2硬件设计ＰAGEREＦ＿Toｃ２９4８70109\h13３。２。１输入/输出端子地址分配PAＧＥＲＥF＿Toc２9４870１10\h1３3.2。２PLC接线图PAGEREＦ_Toc2９4870111\ｈ1３3.3系统程序设计PAGEREF＿Ｔoc29４８70１12\h1４HＹＰERLIＮK3.3．1常用编程方法介绍PＡGEREF_Ｔｏc294８70１13\ｈ１４HYPEＲLＩNK\l＂_Ｔoc294８70114"3。3.2流程图PAGERＥF_Tｏc2948７0１14\h16３。3．3梯形图PAGEＲEF＿Toｃ２9４８7011５\h１73。3．4语句表PＡＧEREF_Toc2948７011６\h2０３。4MCGS组态软件ＰAＧＥＲEF＿Ｔoc２94870１17\ｈ2１ＨYPＥRLＩＮK４．1系统调试ＰAＧEREＦ＿Toc２94８7０123\h３５结论PAGERＥF_Toｃ２948701２4\h36参考文献PAGＥREF＿Toｃ294870125\h37HＹPERＬINK\l”＿Toｃ2９４8７01２6”致谢PAＧEＲEF＿Toc29487０126\h3８HYPＥRＬINK\l＂＿Ｔoc２9４870127＂附录1FＸ2N基本指令ＰAGＥREF_Tｏc2９４８70127＼h3９第一章绪论1。1课题背景随着计算机技术的飞速发展，PLC(即可编程逻辑编程器的简称)已经进入日常生产、生活的各个方面，PＬＣ的应用在各行各业已成为必不可少的内容。ＰLＣ作为通用的工业计算机,其功能日益强大，已经成为工业控制领域的主流控制设备。PLC从诞生至今，仅有30年的历史，但是得到了异常迅猛的发展，并与ＣＡD／ＣAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。在现代工业中生产过程的机械化、自动化已成为突出的主题。随着工业化的进一步发展，自动化已经成为现代企业中的重要支柱，无人车间、无人生产流水线等等,已经随处可见。同时,现在生产中，存在着各种各样的生产环境，如高温、放射性、有毒气体、有害气体场合以及水下作业等,这些恶劣的生产环境不利于人工进行操作。工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新的技术，是现代控制理论与工业生产自动化实践相结合的产物,并以现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分.工业机械手是提高生产过程自动化、改善劳动条件、提高产品质量和生产效率的有效率的有效手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射和污染的场合，应用更为广泛。在我国，近几年来也有较快发展，并取得一定效果,受到机械工业和铁路部门的重视。本次课题主要是应用三菱公司FX２N系列PＬC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。该装置机械部分有滚珠丝杠、滑轨、机械抓手等；电气方面由交流电机、变频器、操作台等部件组成。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作.1.2设计目的和意义科学技术的飞速发展,产品功能要求的日益增多,复杂性增加，寿命期的缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段,则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效,而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法,并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的的发展趋势。自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新,就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国际民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破,实现跨越式发展。支撑发展就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术,支持经济社会的持续协调发展.引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求,培育新兴产业,引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个世纪科技发展实践经验的概括总结，是面想未来，实现中华民族伟大复兴的重要抉择。科技人才是提高自主创新能力的关键所在。要把创造良好环境和条件,培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才，充分调动广大科技人员的积极性和创造性，作为科技工作的首要任务，努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用的良好局面，努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适用的规模宏大、结构合理的高素质科技人才队伍，为我国科学技术发展提供充分的人才支撑和智力保证。１.3本文主要工作第一章：绪论介绍该课题背景，对该系统的设计目的和意义做简单介绍第二章：系统介绍可编程逻辑控制器ＭCＧS组态软件和机械手第三章：系统方案的分析设计及程序的设计第四章：系统的调试及设计总结第２章可编程序逻辑控制器(ＰLC）和机械手概述２。1可编程序逻辑控制器（ＰＬC)2。１。1PLC的结构PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处理器(ＣPU)、存储器(ＥＰROM，RＯM）、输入输出(I/O）部件、电源部件、编程器、Ｉ/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线（电源总线、控制总线、地址总线、数据总线）连接而成[9］。其结构简图如下：外设I/O接口外设I/O接口输出部件存储器EPROM微处理器运算器控制器电源输入部件I/O扩展接口I/O扩展单元受控元件输入信号外部设备图2-1PLＣ硬件结构图PＬC的软件系统是指ＰLC所使用的各种程序的集合,通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PＬC成品必须包括的部分，由PＬＣ厂家提供，用于控制ＰLC本身的运行，系统程序固化在EPＲOM中。用户程序是由用户根据控制需要而编写的程序.硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的可编程序逻辑控制器（ＰrogramｍａｂｌｅLogiｃCｏntｒoｌｌeｒ）,简称PLC。它是一种以微机处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信控制技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置。（本次课题主要应用三菱FＸ2N系列ＰLC进行设计）２。1。２PLC的发展历程在可编程控制器出现前,在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位,应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。１968年美国通用汽车公司(G.Ｍ）为了适应汽车型号的不断更新,生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产,希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置,而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言"进行编程,使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。19６9年美国数字设备公司（DEＣ）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用,取得很好的效果.从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，通常称为可编程逻辑控制器（ＰrogrａmmaｂleLoｇicContｒoｌｌｅr）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪７0年代中期微处理器技术应用到PLＣ中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。2０世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于ＰLＣ中，使PＬC得到迅速发展。PＬC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低,编程和故障检测更加灵活方便,而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能,使PＬC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器.PＬC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：１9７0—19８０年：PＬC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、１位机型、通用计算机型、单板机型等）,但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有ＰLＣ结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展。推广。ＰLＣ的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展.１980-1990年：ＰLC的普及阶段.在这一阶段,PLＣ的生产规模日益扩大,价格不断下降,PLC被迅速普及。各ＰＬC生产厂家产品的价格。品种开始系列化,并且形成了固定Ｉ／O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展.比如三菱公司本阶段的主要产品有F。Ｆ1.Ｆ2小型PＬC系列产品,K/A系列中、大型ＰLC产品等。1990—２00０年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段,随着微电子技术的进步，PLＣ的功能日益增强，PＬC的ＣＰU运算速度大幅度上升、位数不断增加,使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外,ＰＬＣ的体积大幅度缩小,出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有ＦX小型PＬC系列产品，AIＳ/A２US/Q2A系列中,大型PＬC系列产品等。2０00年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，ＰLC的各种功能不断进步。一方面,PＬC在继续提高ＣＰU运算速度，位数的同时,开发了适用于过程控制,运动控制的特殊功能与模块,使PＬC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，ＰＬC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络,为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PＬC系列产品（包括最新的FＸ3ｕ系列产品)，Qn,ＱnPH系列中，大型PLC系列产品等。2．１．３PＬC的硬件一、PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。１。整体式PLC整体式又叫做单元式或机箱式,它的体积小、价格低,对箱体式PLC,有一块CＰU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格.对模块式ＰLC,有CＰU模块、Ｉ/Ｏ模块、内存、电源模块、底板或机架.无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/Ｏ能力可按用户需要进行扩展与组合.2。模块式ＰLC大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用,如果一个机架容纳不下选用的模块,可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I／O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大,维修时更换模块也很方便.3．CPU模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，它使PLＣ具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM(只读存储器)中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B)为单位。(1)．随机存取存储器（ＲAM）用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RＡＭ又叫读/写存储器.RAＭ的工作速度高、价格便宜、改写方便。（2)。只读存储器（ＲOM)ROM的内容只能读出,不能写入。(3）.可以电檫出可编程的只读存储器（EEＰROM)S７－200用EEPRＯM来存储用户程序和长期保存的重要数据。4。I/Ｏ模块各I/O点的通／断状态用发光二极管(LED）显示,PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。输入模块：PLＣ通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PＬC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。输出模块:输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载)和小型继电器,继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为０。5—2Ａ，负载电源由外部现场提供。２．1.4PＬＣ的主要特点一、抗干扰能力强,可靠性高PLＣ专门为工业环境而设计，具有很高的可靠性。它的主要模块均采用大规模与超大规模集成电路,Ｉ/O系统设计有完善的通道保护与信息调理电路；在机构上对耐热、防潮、防尘、抗震都有精确考虑;在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等干扰和故障诊断措施。所有这些使PＬＣ具有较高的抗干扰能力,因此稳定、可靠,抗干扰能力强。与继电器接触装置和通用计算机相比，PLＣ更能试用工业现场较为恶劣的生产环境。二、控制系统机构简单，通用性强PＬC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统.在PLC够成的控制系统中，只需要在PLＣ的端子上接入相应的输入/输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量且繁杂的硬接线线路。当控制要求改变,需要变更控制系统的功能时,可以用编程器在线或离线修改程序,同一个PＬC装置用于不同的控制对象，只是输入/输出组件和应用软件的不同.PLC的输入／输出可以直接与交流220V、直流24V等强电相连,并有较强的带负载能力。三、编程简单，易于使用PLＣ是面向用户的设备,ＰLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，因此PLC程序的编制采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识就可在短时间内学会。四、功能完善现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能，还能完成A/D转换、D/Ａ转换、模拟量处理、高速计算、联网通信等功能，可以通过上位计算进行显示、报警、记录,进行人机对话，使控制水平大为提高。因此，PLC具有极强的适用性,能够很好地满足各类型控制的需要，是目前工厂中应用最广的自动化设备。五、体积小、维护操作方便ＰＬC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入／输出系统能够直观地反映现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地控制系统的运行状态,如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常和电源状态等，对此均有醒目的指示,非常有利于运行和维护人员对系统进行监控。2。１．5FX２N系列ＰLC介绍FX2N型PLC的主要种类ＦX2N型PLC按品种可以分为基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备。基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPＵ和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用,当输入输出点数不足时可以进行扩展.扩展单元由内部电源、内部输入输出组成、需要和基本单元一起使用.扩展模块由内部输入输出组成，,自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电,需要和基本单元一起使用.特殊扩展设备可以分为3类：特殊功能板、特殊模块和特殊单元，是一些特殊用途的装置。特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等，特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块，特殊单元用于定位脉冲输出。FＸ2N型PＬC的初步认识如图所示为FX2N型PＬC基本单元外形,其主要是通过输入端子和输出端子与外部控制电器联系的。输入端子连接外部的输入元件，如按钮、控制开关、行程开关、接近开关、热继电器接点、压力继电器接点、数字开关等.输出端子连接外部的输出元件，如接触器、继电器线圈、信号灯、报警器、电磁铁、电磁阀、电动机等.图2-2（三菱FX２N系列PLC实物图）工作过程（1)输入采样阶段PLC在输入采样阶段，首先扫描所有输入端子,并将各输入状态存入相对应的输入映像寄存器中.此时，输入映像寄存器被刷新。接着，进入程序执行阶段,在此阶段和输入刷新阶段,输入映像寄存器与外界隔离,无论输入端信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段,才重新写入输入端的新内容。(2)程序处理阶段根据PLＣ梯形图程序扫描原则，ＰLC按从左至右、从上到下的步骤顺序执行程序。当指令中涉及输入、输出状态时，PＬC就从输入映像寄存器中“读入”对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件(软继电器）的当前状态。然后进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说,每个元件（软继电器）的状态会随着程序执行过程而变化。（3)输出刷新结果阶段在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中,通过一定方式输出,最后经过输出端子驱动外部负载。２。２机械手2。２．1机械手概述工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性.机器手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在我国民经济领域有着广阔的发展前景。机器手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动化控制技术、传感技术和计算机技术的科学领域，是一门跨学科综合性技术。２.2。２机械手的工作原理机械手是一种能自动化定位控制并可重新汇编程序以变动的多功能机器。它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中的工作。工业机械手是近似自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分.机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。一般专用机械手有2~3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息,形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成,通过对其编程实现所要功能。机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生产工艺要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸;其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而,受到各先进工业国家的重视，并投入了大量的物力和财力加以研究和应用。尤其在高温、高压、、粉尘、噪音以及带有放射性和污染场合，应用得更为广泛.在我国，近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。本项目要求设计的机械手模型可以归为一类，即通用机械手.在现代生产企业中,自动化程度较高,大量应用机械手。通过本次设计,可以增强对工业机械手的认识,同时并熟悉掌握ＰＬC技术、位置控制技术、气动技术等工业常用的技术2．2．3机械手的发展趋势随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，人工工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往返的工作有机械手远程控制或自动完成显得非常重要.这样可以避免一些人不能接触的东西对人体的伤害，如：冶金，化工，医药，航天等。代表当代最先进的技术在日本，他的自动化。人性化让人叹为观止,这些技术依赖于控制理论、新材料科学，它是融合现在尖端技术的现代机器。我国也在陆续在工业中有所应用，对于自动控制，柔性制造系统中应用更为广泛,但我国的自动化技术有待提高发展趋势是工作强多高灵活性强,准确可靠，可以自动检测并下达动作命令，融入先进的人工智能使人只做平时的简单维护,这也是现代工厂的发展趋势。此外，还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手,并考虑与计算机联用,逐步成为机械制造系统中的一个基本单第三章系统设计３。1系统方案分析设计3．１。1控制要求利用MCGS组态软件设计一机械手组态控制系统,机械手可以上下、左右移动;利用上下、左右限位开关控制机械手启停;机械手从原点开始，按以下动作进行：原点—启动-下行(到下限位停）—抓工件-上行（到上限位停）—右行（到右限位停)-下行（到下限位停）-放工具—上行（到上限位停）—左行（到左限位停)。在机械手运行过程中,任何时候都可以利用急停按钮,停止机械手动作。（一)利用PLC编写程序控制组态画面中变量的变化（二）利用ＰLＣ的输入信号控制组态画面，也可利用组态中各软按钮控制PLC程序的运行和组态运行3．1。2方案设计利用ＭCＧS组态软件设计一机械手组态控制系统,利用机械手上下左右移动碰到的限位开关作为系统的输入信号.系统设置一个启动按钮和一个急停按钮来控制系统的启动和停止。系统组态软件设计成一个机械手画面，通过动画连接和脚本程序.与PＬC的联合调试使系统达到可以在ＭＣGS系统中监控机械手的运动。同时可以利用ＰLＣ程序控制组态画面的要求。图3—1图3—23.2硬件设计3.2.1输入/输出端子地址分配代号名称输入编号代号名称输出SB1启动按钮Ｘ0KＭ1机械手上行Y00２ＳＢ2停止按钮Ｘ1KM2机械手下行Y０03SQ１下限行程X2KM3机械手左行Y00４ＳＱ2上限行程X3ＫM4机械手右行Y005SQ3左限行程X４KM5抓工件Y006SＱ4右限行程X５KＭ６放工件Y００73.2。2PＬC接线图3。3系统程序设计GXDｅveｌoｐer是三菱PＬC的编程软件。适用于Q、QｎU、QS、QｎA、ＡnＳ、ＡnＡ、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SＦC、ST及FＢ、Label语言程序设计，网络参数设定,可进行程序的线上更改、监控及调试,具有异地读写PLＣ程序功能。ＧXＤｅvｅlopeｒ的特点１．软件的共通化GXDeｖelopeｒ能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SＣPU）），FX系列的数据,能够转换成GPＰQ,ＧPＰA格式的文档。此外，选择FX系列的情况下,还能变换成FXＧＰ（DOS），ＦXGＰ（WＩN）格式的文档。２。利用Windｏws的优越性，使操作性飞跃上升能够将Ｅxcｅl,Word等作成的说明数据进行复制,粘贴，并有效利用。3.程序的标准化(1)标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用.(2）功能块（以下，略称作FB）FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。此外，零件化后,能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误.(3)宏只要在任意的回路模式上加上名字(宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式,变更软元件就能够灵活利用了。4。能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。５。能够用各种方法和可编程控制器CPU连接(1)经由串行通讯口（２）经由UＳB（３)经由MＥLＳECNET/10（H)计算机插板（４）经由MELSECNEＴ（Ⅱ)计算机插板(5)经由ＣC—Link计算机插板（6)经由Etherｎｅt计算机插板（7)经由ＣＰU计算机插板(8)经由ＡF计算机插板6.丰富的调试功能(1）由于运用了梯形图逻辑测试功能,能够更加简单的进行调试作业。（a）没有必要再和可编程控制器连接.（b）没有必要制作条使用的顺序程序。（2）在帮助中有ＣＰU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。。（３)数据制作中发生错误况时,会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短.3.3.１常用编程方法介绍1经验设计法

在一些典型的控制环节和电路的基础上，根据被控制对象对控制系统的具体要求,凭经验进行选择、组合.有时为了得到一个满意的设计结果，需要进行多次反复地调试和修改，增加一些辅助触点和中间编程元件。这种设计方法没有一个普遍的规律可遵循，即具有一定的试探性和随意性，最后得到的结果也不是唯一的，设计所用的时间、设计的质量与设计者经验验多少有关。

经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计时比较有效的，可以收到快速、简单的效果。但是，由于这种方法主要时依靠设计人员的经验进行设计，所以对设计人员的要求也比较高，特别时要求设计者有一定的实践经验，对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉.对于比较复杂的系统，经验法一般设计周期长，不易掌握,系统交付使用后,维护困难.所以,经验法一般只适合于比较简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计。2接触器—继电器法接触器－继电器法就是依据所控制电器的接触器—继电器控制线路原理图，用PLＣ对应的符号和功能相当的器件,把原来的接触器—继电器系统的控制线路直接翻译成梯形图程序的设计方法。接触器-继电器法特别适合于初学者编程设计使用,也特别适合对原有旧设备的技术革新和技术改造。3顺序控制法顺序控制法就是在生产控制过程中，按照生产工艺所要求的动作规律，在各个输入控制信号的作用下，根据所需要的状态和时间顺序，在生产过程中的各个输出执行机构自动地按照预先规定的顺序有步骤地进行操作。

顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图，然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始，步之间没有重叠.这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。而对于每一步的程序段,只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学，规律性强。设计出的控制程序结构清晰、可读性好，程序的调试和运行也很方便，可以极大地提高工作效率。4逻辑设计法工业电气控制线路中，有不少都是通过继电器等电气元件来实现，而继电器，交流接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开,因此,用“０”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路时完全可以的，ＰLC的早期应用就是替代继电器控制系统,因此用逻辑设计方法同样也适用于PLＣ应用程序的设计。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后，实现这个逻辑函数的线路就确定了。当这种方法使用熟练后,甚至梯形程序也可以省略，可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序.

用逻辑设计法设计PLC应用程序的一般步骤如下：

第一步：列出执行元件动作节拍表

第二步:绘制电气控制系统的状态转移图;

第三步:进行系统的逻辑设计；

第四步：编写程序；

第五步：对程序检测、修改和完善.3.3.2流程图该系统采用顺序控制法，在顺序功能图中，在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始,步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。3。3。3梯形图用三菱ＰLC的编程软件GXDeveloｐer编的梯形图3．3.4语句表3。4ＭCGS组态软件MCＧS（MonitｏｒandConｔrolGｅｎｅr