基于PLC的空调控制系统【实用文档】doc

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基于PLC的空调控制系统【实用文档】doc文档可直接使用可编辑，欢迎下载PLC设计与调试课程名称电气控制与PLC应用技术设计题目基于PLC控制的中央空调系统专业班级自动化1141姓名高海风学号1104421110指导教师蔡长青张卓起止时间2014.6.9—2014。6。20课程设计考核和成绩评定办法1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面,给出各项权重,综合评定。该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案.2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结.5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载.课程设计报告内容课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。注：1。课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。2。为了节省纸张,保护环境,便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打印（正文采用宋体五号字）或手写。12/13学年第二学期PLC应用技术课程设计任务书指导教师:蔡长青张卓班级：自动化1141、2班地点：PLC512教室课程设计题目：基于PLC控制的中央空调系统课程设计目的本课程设计的目的在于培养学生运用已学的PLC控制技术的基础知识和基本理论,加以综合运用，进行PLC控制系统设计的初等训练，掌握用PLC进行系统控制设计的原则、设计内容和设计步骤,为从事PLC相关的毕业设计或今后的工作需要打下良好的基础.课程设计内容（包括技术指标）控制面板介绍空调的控制面板如上图所示，使用时，按动启动按钮，根据使用者的需求从左到右依次选择工作模块。（1）制冷制热模块的选择是根据人的操作决定,同时可以选择吹风，定时模式，温度比较是PLC中自动进行的.（2）当室内温度达到设定温度值时，通过PLC自动控制，室内风机停止，当室内温度重新超出设定温度值时，室内风机自动启动。（3）启动定时器时，当定时时间到,室内外风机停止工作。（4）通过变频器控制风机转速,达到变频控制目的，实现最优控制。2、中央空调系统工作过程首先启动冷（热）水泵，当通水管道充满水后，延时启动压缩电机，实现初步节能与安全。此时中央空调启动，可以实现单独房间的控制。打开房间1开关，室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较，启动定时器，定时时间到，室内外风机关闭。打开房间2开关,室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较,启动定时器,定时时间到，室内外风机关闭。打开房间3开关，室内风机先启动，通过定时器延时控制一段时间，启动室外风机，自动进行温度比较,启动定时器,定时时间到，室内外风机关闭.注：不同房间单独独立控制不受外部干扰。交流电机正反转控制交流电机由变频器来控制转速，转速分为四级：1200r/min,800r/min，600r/min，400r/min。4、传感器温度传感器:用于室内温度的高低编码器：用于检测电机的转速三、课程设计原则1、尽可能地满足被控对象的控制要求;2、在满足控制的前提下，力求使控制系统简单、经济；3、保证控制系统安全可靠；4、考虑到被控对象的改进,在选择PLC的I/O数量时，应适当留有余量。四、课程设计步骤1、对控制系统任务和要求作深入的调查研究，明确控制任务;2、选择和确定用户I/O设备 根据传统控制线路，确定出PLC改造所需的各种输入/输出设备，即各种按钮、开关、继电器和接触器等。3、确定系统整体设计方案,选择PLC型号 确定系统整体设计方案十分重要，要在全面了解控制要求的基础上确定电气控制方案。根据所选用的电器或元件的类型和数量，计算所需PLC的输入/输出点数，选择合适的点数。由于本设计中只涉及到开关量,因此在选择PLC型号时,只需考虑I/O点数，并有一定的余量（10％～15%）选择小型PLC。4、控制系统的硬件设计（1)主电路的设计；（2）确定出输入、输出信号，画出PLC的I/O接线图。5、控制系统的软件设计（1）首先分别设计出全自动洗衣机各部分的控制软件梯形图;（2）整体控制软件梯形图设计。6、联机调试；7、撰写设计说明书.五、时间安排时间内容备注第15周周一集中讲解课程设计要求,分配设计题目,明确任务和具体安排周二调研、查阅资料、给出设计方案周三检查设计方案，周四调整设计方案周五上机调试第16周周一上机调试周二上机调试周三写课程设计报告周四老师对报告进行初步检查周五答辩基本要求(一）课程设计报告1．控制流程图一张（A4）（手绘)2．控制系统硬件设计图一张;（A4)(手绘)3．控制系统软件梯形图一张;(A4）(手绘)4．设计说明书一份,包括以下内容写出设计计划和基本步骤。写出控制要求并画出设计流程图。画出I/O分配表和I/O接线图.画出具体设计的梯形图，并加以注释。写出调试过程和结果。写课程设计小结。（二)成绩评定标准 对学生进行全面考核，重点考核设计图纸、说明书质量；独立思考、独立工作能力,综合运用知识的能力；平时的工作态度及表现；答辩情况。 最后按平时表现、报告质量、答辩成绩，其权重分别为0。2、0。4、0。4综合评定成绩，分优、良、中、及、不及格五个等级。组长：李志萍副组长：祁宇晗组员：高海风、王勇、冯元胜、邢洋任务分配任务一资料准备任务二总体设计任务三绘图任务四绘制梯形图任务五调试任务六报告排版祁宇晗李志萍冯元胜邢洋王勇高海风冯元胜邢洋祁宇晗李志萍王勇高海风祁宇晗李志萍冯元胜邢洋高海风冯元胜摘要随着人们生活水平的不断提高，空调已经作为一件必备实用的家用电器进入了千家万户.中央空调更是凭借它优越的节能性深受大家喜爱，目前，大型商场、医院、娱乐场所等地方中央空调随处可见，方便控制,价格低廉，性能优越会使它越来越普及。直至今日，可编程控制器PLC在我国飞速普及与发展，我们已经可以把PLC与中央空调系统联系起来.本文就主要介绍了，基于PLC所设计的中央空调，功能包括制冷、供暖、定时控制、风速控制、温度比较等控制.详细介绍了设计原理、设计步骤、硬件结构和程序编写。关键字中央空调PLC控制器PLC编程Abstract:Withthecontinuousimprovementoflivingstandards,

airconditioning

hasbeenusedas

anessentialandpracticalhouseholdappliances

intothousandsofhouseholds.

Centralairconditioning

isbyvirtueof

itssuperior

energy-saving

lovedbyeveryone,

atpresent，

largeshoppingmalls,

hospitals，

placesofentertainmentsuchas

local

centralairconditioning

canbeseeneverywhere,

convenient

control，

lowprice,superiorperformance

willmakeit

moreandmorepopular。Untiltoday,

theprogrammablecontrollerPLC

intherapid

popularizationanddevelopmentof

ourcountry，

wecan

associatePLCwith

centralairconditioningsystem。

Thispaper

mainlyintroducesthe

centralairconditioning，

PLC

baseddesign，

including

refrigeration，

heating

function,timingcontrol,

speedcontrol,

temperature

control.

Introducesthedesignprinciple，

designprocess,

hardwarestructureand

program。Keywords:CentralairconditioningPLCcontrollerPLCprogramming目录HYPERLINK\l”_Toc391195931”1绪论11。1中央空调工作原理1HYPERLINK\l”_Toc391195933”1.2中央空调的发展趋势3HYPERLINK\l”_Toc391195934"2设计方案5HYPERLINK\l”_Toc391195935"2。1控制系统的比较52.2中央空调主要指标6HYPERLINK\l”_Toc391195937"2。4电机调速方式选择6HYPERLINK\l”_Toc391195938”3系统硬件设计7HYPERLINK\l”_Toc391195939”3。1控制系统组成（PLC）7HYPERLINK\l”_Toc391195940”3。2传感器7_Toc391195942”3.4电动机介绍8HYPERLINK\l”_Toc391195943"3。5中央空调系统原理图93.6主电路设计9HYPERLINK\l”_Toc391195945”3.7可编程控制器的选择9_Toc391195947"4系统软件设计10_Toc391195949”4。2PLC分配表11HYPERLINK\l”_Toc391195950”5调试115.1现场联机11HYPERLINK\l”_Toc391195952”5。2联机结果13HYPERLINK\l”_Toc391195953"总结14HYPERLINK\l”_Toc391195954”参考文献15HYPERLINK\l”_Toc391195955"附录(一）硬件图16HYPERLINK\l”_Toc391195956"附录（二)流程图17HYPERLINK\l”_Toc391195957"附录(三）梯形图18附录（四)元件清单231绪论中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成。采用液体汽化制冷的原理为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量.制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性.中央空调软化水设备应用范围：全自动软水器:可广泛应用于蒸汽锅炉、热水锅炉、交换器、蒸发冷凝器、空调、直燃机等系统的补给水的软化。还可用于宾馆、饭店、写字楼、公寓等生活用水的处理及食品、饮料、酿酒、洗衣、印染、化工、医药等行业的软化水处理.中央空调系统由冷热源系统和空气调节系统组成，制冷系统为空气调节系统提供所需冷量,用以抵消室内环境的冷负荷；制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量。制冷系统是中央空调系统至关重要的部分，其采用种类、运行方式、结构形式等直接影响了中央空调系统在运行中的经济性、高效性、合理性.1.1中央空调工作原理1.1。1水系统工作原理水冷中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环,压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体,流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置,成低温低压液体，流经蒸发器,吸热，再经压缩.在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统,制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过风机盘管进行热交换，将冷风吹出.1。1。2风系统工作原理新风的传输方式采用置换式，而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法，户外的新颖空气经过负压方式会自动吸入室内，经过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。同时,再由对应的室内管路与数个功用房间内的排风口相连，构成的循环系统将带走室内废气,集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环运用，新旧风形良好的循环.1。1。3盘管系统工作原理风机盘管空调系统的工作原理,就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热，以保持房间要求的温度和一定的相对湿度.盘管使用的冷水或热水,由集中冷源和热源供应。与此同时，由新风空调机房集中处理后的新风，通过专门的新风管道分别送入各空调房间，以满足空调房间的卫生要求。风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道，只有水管和较小的新风管，具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点,广泛用于温、湿度精度要求不高、房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。1。1。4制热原理压缩机吸入低压气体经过压缩机压缩变成高温高压气体,高温气体通过换热器把水温提高，同时高温气体会冷凝变成液体。液体再进入蒸发器进行蒸发，（蒸发器蒸发的同时也要有换热媒体，根据换热的媒体不同机器的型号结构也不同。常用的有风冷和地源。）液体经过蒸发器后变成低压低温气体，低温气体再次被压缩机吸入进行压缩.就这样循环下去，空调侧循环水就变成45-55度左右的热水了。热水经过管道送到需要采暖的房间，房间安装有风机盘管把热水和空气进行热交换实现制热目的。1.1。5水系统工作原理水冷中央空调包含四大部件，压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器，制冷剂依次在上述四大部件循环，压缩机出来的冷媒（制冷剂）高温高压的气体，流经冷凝器，降温降压，冷凝器通过冷却水系统将热量带到冷却塔排出，冷媒继续流动经过节流装置，成低温低压液体，流经蒸发器,吸热，再经压缩。在蒸发器的两端接有冷冻水循环系统，制冷剂在此次吸的热量将冷冻水温度降低，使低温的水流到用户端，再经过风机盘管进行热交换,将冷风吹出。风系统工作原理新风的传输方式采用置换式,而非空调气体的内循环原理和新旧气体混合的不健康做法,户外的新颖空气经过负压方式会自动吸入室内，经过安装在卧室、室厅或起居室窗户上的新风口进入室内时，会自动除尘和过滤。同时，再由对应的室内管路与数个功用房间内的排风口相连，构成的循环系统将带走室内废气，集中在排风口“呼出”，而排出的废气不再做循环运用，新旧风形良好的循环。1.1。7盘管系统工作原理风机盘管空调系统的工作原理，就是借助风机盘管机组不断地循环室内空气，使之通过盘管而被冷却或加热,以保持房间要求的温度和一定的相对湿度。盘管使用的冷水或热水，由集中冷源和热源供应。与此同时，由新风空调机房集中处理后的新风,通过专门的新风管道分别送入各空调房间，以满足空调房间的卫生要求。风机盘管空调系统与集中式系统相比，没有大风道,只有水管和较小的新风管，具有布置和安装方便、占用建筑空间小、单独调节好等优点，广泛用于温、湿度精度要求不高、房间数多、房间较小、需要单独控制的舒适性空调中。1。2中央空调的发展趋势市场需求是决定空调发展的主要动力，根据目前的市场需求来看，在空调技术方面有两大主流方向:一为变频技术，一为健康技术。在空调类型方面，则以户式中央空调的前景最为乐观。以下我将从三个方面阐述对空调的发展趋势的理解。我国空调产业一直沿用家用空调和中央空调的分类，家用空调和中央空调的两类生产厂家互不涉足。目前，市场出售的两类空调都有其局限性:一般家用空调使用于小面积、居室少的环境中,大型建筑采用中央空调。但是随着社会经济的不断发展与进步，随着居民居住面积的增大，对室内空气品质的要求也越来越高.例如一个三居室用户要装三部空调器,需要三个不同的室外空间，原来使用的家用空调特别是分体式空调器的安装就受到限制；虽然有些空调器生产厂家加装了排气扇，但空气流通不畅,空气质量差等弊端仍没有从根本上克服。而大型中央空调虽可同时为多用户集中供冷暖,但缺少个性化选择、自由度小,一次性投资较大，只能应用在大型建筑物和高档住宅小区,同时中央空调用于大型建筑特别是出租式建筑时又会遇到收费较困难等问题。为了解决上述两种空调的弊端户式中央空调就应运而生。通过分析得出户式中央空调的一下优点：①户式中央空调系统是小型化的中央空调系统可满足用户多居室需求，以家庭为单元，可适应用户的个性化需求不受其他用户影响。②由于户式空调采用了分体式空调室内机与室外机相分离的结构形式,使主机与末端装置相分离，这样就保证了宁静的家居环境；符合空调低噪声的发展趋势。③室内末端装置可采用多种方式安装如:暗藏、半暗藏、明装等方式,极适宜配合室内装修,尤其适合高档装修.④由于主机由微电脑控制，在室内可完成全部操作,且操作简便；采用先进的电子控制技术系统可根据实际负荷自动化运行，节约能源及运行费用。在户式中央空调的销售方面,可以和房地产商进行匹配销售。因为对房地产商而言,户式中央空调系统运行可靠、维护量极小、收费直观合理、不需设机房、这样可以减少公用设施和土建投资，降低房地产价格。此外户式中央空调可以分批投资添置各用户的空调系统,这样可以减少资金的固定化。关于变频技术的运用，是由于现阶段的能源紧张所导致的。2004年9月16日国家空谈的强制性能效新标准出台，新标准按空调能效等级分为五级：一级为最高标准其能效指标为3.4；五级为最低标准，能效指标为2。6。一台1。5匹的一级产品每小时用电量不超过1度，五级产品每小时用电量不超过1。35度。从2005年3月1日起达不到最低标准的空调将不允许上市销售。所谓的“变频空调"是与传统的“定频空调”相比较而产生的概念。众所周知，我国的电网电压为220伏、50赫兹，在这种条件下工作的空调称之为“定频空调”。由于供电频率不能改变,传统的定频空调的压缩机转速基本不变,依靠不断地“开、停"压缩机来调整室内温度,其一开一关之间容易造成室温忽冷忽热，并消耗较多电能。而与之相比的“变频空调”变频器改变压缩机供电频率,调节压缩机转速，依靠压缩机转速的快慢达到控制室温的目的，室温波动小、电能消耗少,其舒适度得到较大提高。运用变频控制技术的变频空调，可根据环境温度自动选择制热、制冷和除湿运转方式，使居室在短时间内迅速达到所需要温度，并在低转速、低能消耗状态下以较小的温差波动，实现了快速、节能和舒适控温效果.供电频率高，压缩机转速快,空调器制冷（热）量就大；而当电频率较低时，空调器冷(热）就小，这就是所谓＂定频＂的原理。变频空调的核心是它的变频器，变频技术是20世纪80年代问世的高新技术,它通过对电流的转换来实现电动机运转频率的自动调节，把50Hz的固定电网频率改为30至130Hz的变化频率,使空调完成了一个新革命;同时，还使电源电压范围达到142V至270V，彻底解决了由于电源电压不稳造成空调机不能正常工作的难题。变频每次开始使用时，通常是让空调以最大功率、最大风速量进行制冷或制热，迅速接近所设定的温度。由于变频空调通过提高压缩机工作频率的方式增大了在低温时的制热能力，最大制热量可达到同品牌同级别空调器的1.5倍，低温下仍能保持良好的制冷效果。此外，一般的分体机只有四风速可供调节,而变频空调的室内风机自动运行时，转速会随压缩机的工作频率在12档风速范围内变化,由于风机的转速与空调器的能力配合较为合理，实现了低噪音的宁静运行。在空调高功率运转时,迅速接近所设定的温度。这样不但温度稳定,还避免了压缩机频繁地开开停停所造成的对压缩机寿命的衰减,而且耗电量大大下降，实现了高效节能。“变频空调"采用了比较先进的技术，启动时电压较小,可在低电压和低温条件下启动，这对于某些地区由于电压不稳或冬天室外温度较低而空调难以启动的情况,有一定的改善作用。由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制热要求。不过，“变频空调”的价位通常较“定频空调”高出几百元。根据目前的变频技术的发展主要表现在以下两个方面:（1）机的驱动方式——从交流变频到直流调速；（2）制技术-—VVVF变频技术,PWM脉宽调速控制技术，矢量控制技术。变频技术的优点：（1）或制热速度快（2）较好的舒适性。（3）变频空调启动时对电路没有大、的电流冲击.然而,通过多年的市场分析可以看到，节能并没有很好的被消费者接受。因为变频空调的节电与否与使用方式有很大关系,如果不是长时间的开着空调那么节电的意义就不突出.所以我认为变频空调是一种趋势，但在近年内为空调企业赢利的空间不大。随着人们生活水平的大幅度提高，追求健康将成为一种时尚，也是一种必然的趋势.经调查显示，未来空调的预期消费9。5％，选择健康节能的比例超过50%，健康与高效节能成为消费者选择的首要因素，达到80.3％，市场上比较认可健康的概念。健康空调的发展历史为：最早是吸污材料,90年代光触媒、冷触媒已经逐渐被淘汰,2000年后，除尘、除垢显得很重要,2004年进入第三阶段，以杀菌、除菌为主导的健康空调技术替代原先技术，而成为市场主流,也使得市场上很多伪健康空调开始出现，各种健康技术也浮出水面，但技术水平差参不齐。这个时候，空调的光波技术横空出世，成为健康空调的主流技术,但以光波技术为代表的企业并不多，只有格兰仕独树光波健康技术大旗,光波技术在我国应用时间较短，市场声音较小，但光波技术是目前市场上最为成熟的健康技术，也代表了行业的发展方向与趋势.2设计方案2.1控制系统的比较（1)PLC系统的特点1）可靠性高，PLC作为一种通用的工业控制器，它必须能够在各种不同的工作环境中正常工作。对工作的环境要求较低，抗外部干扰能力强，平均无故障时间长。2）使用方便灵活，PLC采用了基本单元扩展或者是模块化的结构形式，因此，输入/输出信号的数量，形式，驱动能力等都可以根据实际控制要求进行选择与确定,而且在需要时可以随时更换，近年来，PLC的特殊模块增多这些可以满足不同的控制要求，使PLC的使用更加灵活与多变。3）编程简单，PLC的优越性主要体现在它采用了独特的，多种面向广大工程设计人员的编程语言,如指令表，梯形图，逻辑功能图，顺序功能图等，程序简洁，明了适合各类技术人员的传统习惯，即使是没有计算机知识的人员也很统一掌握，特别是梯形图与逻辑功能图，形象直观，动态监测效果逼真，且与计算机控制容易。(2)单片机系统的特点:1)要求环境，单片机对环境的适应能力较低，可靠性差.2）编程和PLC相比难以学习，主要是单片机采用汇编语言或者是C语言，这些高级语言和PLC语言相比，难以学习。3)功能单一知识具有使用中所需要的功能。但是，它结构简单，处理速度快。2。2中央空调主要指标（1)定时设计:根据实际情况,采用定时器方便控制。(2）模式设计：根据实际情况，分为制冷、吹风和供暖,可以相互配合控制。（3）调速设计：采用变频调速.（4)手动环节：手动停机，手动定时.2.3检测电路。（1)温度检测：用于检测当前模式下室内温度高低。(2）转速检测:用于检测电机转速是否达标.2。4电机调速方式选择三相交流电机的调速方式大致分为以下几种：调压调速、调电枢电阻调速、调磁通调速，变频调速。在洗衣机发展过程中，对于速度的调整又有以下几种常见的调速方法：皮带调速、离合器调速、变频调速。在现场,调压调速、调磁通调速都是有一定缺陷的。而皮带调速和离合器调速都是有级调速，能满足的速度需求相对较低，而这两种调速方式对于机械硬件的依赖较高，在有较强干扰时，不能满足电机额定转速的要求，所以自动化程度是欠缺的。但是变频调速通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的，并且变频调速是高效调速，调速是转差率不变，因此无转差损耗，而其他调速方式转差损耗随调速范围扩大而增加。故,我们选择变频调速。3系统硬件设计3.1控制系统组成（PLC）PLC是一种专门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按照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. 可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。基本构成有：电源、中央处理单元（CPU)、存储器、输入输出接口电路、功能模块、通信模块。3。2传感器温度传感器：用于检测和控制当下工作模式室内温度高低。当温度达到设定范围时，传感器发出信号，室内风机停止。编码器：用于检测电机转速,在电压不稳时，检测之后回馈之后调节变频器，使电机达到额定转速。3.3变频器介绍变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。我们使用的变频器是欧姆龙公司生产的。在操作过程中应当注意以下几点事项：（1）防止电磁波干扰。变频器在工作中由于整流和变频，周围产生了很多的干扰电磁波,这些高频电磁波对附近的仪表、仪器有一定的干扰。因此，柜内仪表和电子系统，应该选用金属外壳，屏蔽变频器对仪表的干扰。所有的元器件均应可靠接地,除此之外，各电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽控制电缆，且屏蔽层应接地。如果处理不好电磁干扰,往往会使整个系统无法工作，导致控制单元失灵或损坏。(2）防止输入端过电压.变频器电源输入端往往有过电压保护，但是,如果输入端高电压作用时间长,会使变频器输入端损坏。因此，在实际运用中，要核实变频器的输入电压、单相还是三相和变频器使用额定电压。特别是电源电压极不稳定时要有稳压设备，否则会造成严重后果.（3)接地。变频器正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段,变频器接地端子E(G）接地电阻越小越好,接地导线截面积应不小于2mm2，长度应控制在20m以内。变频器的接地必须与动力设备接地点分开，不能共地。信号输入线的屏蔽层，应接至E(G）上，其另一端绝不能接于地端，否则会引起信号变化波动，使系统振荡不止。变频器与控制柜之间应电气连通，如果实际安装有困难，可利用铜芯导线跨接。在连接过程中，一定要将变频器的接地端与电机的接地端相连。3。4电动机介绍电动机采用三相异步交流电动机.与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路）,载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同.3。5中央空调系统原理图3.6主电路设计3。7可编程控制器的选择根据输入信号及输出信号的数量，经过初略计算,输入点数为12点,输出点数为5点，输入、输出信号都是数字量.增加20%备用量，以便随时增加控制功能：输入点数为：12×(1+20%）=14。4输出点数为：5×(1+20%)=6。0根据I/O点数,可选欧姆龙CPM2*型可编程控制器.3。8可编程控制器的外围接线图4系统软件设计4.1模式介绍顺序进行具体步骤为：启动（热）冷水泵,延时启动压缩电机,打开室内空调开关,自动进行温度比较，智能控制室内风机，选择启动定时器，定时到,室内外风机停止。下面就是工作的详细介绍(以房间1制冷为例）1）PLC投入运行,系统处于初始状态准备好启动；2）启动冷水泵；3)延时启动压缩电机；4）打开房间1开关;5）自动进行温度比较;6）打开定时器；7）温度达到设定温度范围时，室内风机停止；8)温度超出设定温度范围时，室内风机启动；9）延时时间到；10）室内外风机停止；4。2PLC分配表输入地址分配输入地址对应控制电器电器元件代号1。00总启动SA01。01总停止SA11。02冷水电机启动开关SB01。03热水电机启动开关SB11.04房间1开关SC01。05房间2开关SC11。06房间3开关SC21。07房间1定时启动开关SQ01.08房间2定时启动开关SQ11。09房间3定时启动开关SQ2输出地址分配输出地址对应外围电器电器元件代号10。00冷水电机YV110。01压缩电机YV210.02热水电机YV311。00房间1室内风机NV111.01房间1室外风机NV211.02房间2室内风机NV311。03房间2室外风机NV411。04房间3室内风机NV511.05房间3室外风机NV65调试5.1现场联机在所有程序编写完成之后，在试验台进行联机调试，由PLC控制变频器，变频器控制电机电源,再由PLC控制开关从而控制电机运行状况.按照硬件图连接。硬件连接完毕之后,按照段子表连接开关、连接控制端口。电源与变频器变频器电机5.2联机结果联机之后,电机按照预定形式运行。总结PLC（可编程控制器）技术是一门实践性很强的专业课，PLC在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。经过将近两周的中央空调系统PLC课程设计，让我们收获颇丰,不仅熟悉了中央空调的工作过程，同时了解到了其内部硬件电路的构成、每部分电路的设计等，还熟悉了PLC软件开发环境的使用、各种编程指令的应用等.此次软件编程使用的主要为步进指令。基于以前的课程和这次的自己操作，对PLC有了更加深刻的认识。在为期两周的课程设计中，我们去了实地考察能动学院中央空调研究室的空调组件，通过学长们的讲解,明白了一件很重要的事情，生活中的很多事情的背后都有很多和我们专业息息相关的知识。在实际设计过程中，发现一个工业成平中,包含的技术，不仅仅是我们平时看到的那些，很多都隐藏在我们没有注意的地方。而在设计的过程中，我们全组合理分配任务，大家积极讨论，充分锻炼了团队合作能力.在此要感谢我的指导老师段老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大.这次实习不仅历练了我们大家动手实践能力，也是大家更加了体会到相互合作的重要性，一个团队少了谁都不可以,真的可谓是受益匪浅。参考文献［1］韩顺杰，吕树清，蔡长青.电气控制技术。北京大学出版社，2006

［2]蔡杏山。PLC、变频器入门知识与实践教程。电子工业出版社，2011

[3］杨尚威。家用电器.高等教育出版社，2001

［4]唐

介.电机与拖动。高等教育出版社，2003

［5]郑凤翼.图解欧姆龙PLC入门。机械工业出版社，2011

[6]陈

根。家用产品设计.化学工业出版社,2013

附录(一）硬件图附录（二）流程图附录（三）梯形图附录(四）元件清单元件清单名称数量电动机9变频器3PLC1温度传感器1编码器1开关若干指示灯若干导线若干（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，ｔｅcｈnｏlogiｃａgreｓsｉnｖariousｃontrolｌeｒsdｉffｅrenｔｔyｐｅｓｏfｍanipulatorwithitsouｔstaｎdingｐerｆｏｒmancemorｅａndｍｏreuｓedｂyｐeｏplｅ．Thehomｅwoｒkｉndiffeｒentoｃcasiｏｎｓmanipulatｏr,especｉallyinｔｈeｓpｅcｉalenviｒonｍentconｔeｘtforthehumanａctivitｙｑｕｉcklｙsmoｏthlycausedgreａｔconｖenienceandｂenｅfit，pａｒｔiｃularlyｏｂviouｓinｔｈｅｉnｄｕstrｉalandmiｌitarｙfielｄ.IndｕstriaｌlargeNuｍberｓofｐｒoductionactivｉty,ｔhereareｍａnｙｎotｉtiｓeａsyｆｏrｈumaｎstomanipulatethelｉnk，especiallyinaｂuｓiｎessenvｉｒonｍenｔisdanｇeroussitｕation，ｉfusehaｓremｏteｃｏntｒｏｌfｕｎcｔioｎsmaybｅｉncreaｓedmanipulａtｏr,ｔhｅsecurityoｆtheｓyｓtｅm，bｉgsavｅlｏss，ｉｍprｏvｅefficｉenｃy。Visible，ｉｎautｏmａtion，thｅｐrｏceｓｓofiｎdｕｓｔriaｌiｚatioｎ，inｓpeｃiaｌbaｃkｇroｕndenｖirｏnmeｎtusｉnｇｍanipulaｔorｈaｓｂecoｍeaninevitablｅtrend.。InｔhisdesigｎthｅpreｓentcｏnｄitｉonofｒｅsearcｈabｏutｄomesticａｎdinｔeｒnatioｎａｌmanipｕlatｏrａndｄeｖeｌoｐmentｔrｅndofresｅarcｈcoｎｃｅrｎｉngPLＣwereintroduced.Thｅprｉnｃｉpleofｗｏrkaｎｄtheｐrocessofａｃtion’ｓrｅaliｚatｉonｏfｍanipulａｔｏrｃontrｏlsyｓtｅmwerｅdｅscribｅｄ。ThedesｉgnofｍanｉpｕlatorｍodｅlｃonｔrolsyｓtｅmｂａsedoｎPLCwasreｓｅａrchedaｎdMＣGS’sapplicａtioｎintｈemanｉｐｕｌatｏｒmodelcoｎtｒolsｙstｅmwaｓｒeseａｒchｅd.ＴerｆacｅｏfsupeｒvｉsｉｏnforｔhemanipuｌatorｍodｅlcontrolsystemwasdesｉgnedbｙＭCＧS。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ＰL