PLC设计机械臂分拣装置控制

PAGEPAGE40目录第一章绪论……..21.1PLC的产生与定义……….21.1.1PLC的产生……………21.1.2PLC的定义………………31.2PLC的工作……………31.2.1PLC的系统组成………31.2.2PLC的工作方式与运行框图……………61.2.3PLC工作过程的中心内容………………71.2.4PLC对输入/输出的处理原则…………...9第二章机械臂分拣装置控制要求与分析……..92.1机械臂分拣装置控制要求……………92.2机械臂分拣装置控制分析……………10第三章机械臂分拣装置程序设计……………..123.1接线图…………………123.2程序设计………………....13第四章PLC程序上机调试及运行…………….294.1PLC程序上机调试……….294.2调试出现的问题及整改方法…………….294.3PLC程序上机运行……30总结………………39绪论1.1PLC的产生与定义1.1.1PLC的产生20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，为了适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司（GM）公开招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：（1）编程方便，可现场修改程序；（2）维修方便，采用插件式结构；（3）可靠性高于继电器控制装置；（4）体积小于继电器控制盘；（5）数据可直接送入管理计算机；（6）成本可与继电器控制盘竞争；（7）输入可以是交流市电（115V）（美国电压标准）(8）输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；（9）扩展时原系统改变小；（10）用户程序存储器至少能扩展到4KB。这就是著名的“GM十条”。1969年美国数字设备公司（DEC）中标后，制造出世界上第一台可编程序控制器。（ProgrammableLogicController,简称PLC）。16位和32位微处理器的应用，使PLC得到了惊人的发展，现在已经成为自动化技术的三大支柱之一。1.1.2PLC的定义PLC一直在飞速发展中，很长时间后才有了一个比较明确的定义。1987年，国际电工委员会（IEC）对PLC作出的定义如下：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，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，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种机械和生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”定义强调了PLC直接应用于工业环境。定义强调了PLC是“数字运算操作的电子系统”，即计算机。定义强调了PLC是用软件方式来实现“可编程”的。1.2PLC的工作1.2.1PLC的系统组成主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。如下图所示：1.中央处理单元（CPU）2.存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由PLC厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。系统程序包括三部分：系统管理程序、用户指令解释程序以及标准程序模块与系统调用。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户数据存储器可以用来存放用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数值、数据等。PLC使用的存储器类型有三种：（1）随机存取存储器（RAM）（2）只读存储器（ROM）（3）可电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）3.输入/输出单元PLC的输入/输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出单元包括两部分：一是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。（1）输入接口电路通常PLC的输入接口电路的类型可以是直流、交流和交直流。输入电路的电源（+24V）可由外部供给，有的也可以由PLC内部提供。（2）输出接口电路输出接口电路通常有三种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。电源由外部提供，输出电流一般为0.5~2A，输出电流的额定值与负载的性质有关。4.电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V、±12V、24V等直流电源，使PLC能正常工作。5.扩展接口6.通信接口7.编程器编程器的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。分简易型和智能型。8.其他部件1.2.2PLC的工作方式与运行框图继电器控制系统是“硬连线逻辑系统”，采用的是并行工作方式；而PLC是一种工业控制计算机系统，采用的是串行工作方式PLC的工作原理概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式进行工作的。每一次扫描所用的时间称为扫描周期或工作周期。PLC工作的全过程可分为三部分：（1）上电处理（上电初始化）（2）扫描过程（3）出错处理1.2.3PLC工作过程的中心内容当PLC正常工作时，它将不断重复上图中的扫描过程。如果暂不考虑对远程I/O特殊模块和通信服务，扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容。（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，在此阶段和输出刷新阶段，输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号怎样变化，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）程序执行阶段根据PLC梯形图程序扫描原则，PLC按从左到右、从上到下的顺序执行用户程序。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”对应的状态，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。因此，每一个元件（不包括输入继电器）的状态会随着程序执行过程而变化的。(3)输出刷新阶段在所有用户程序的指令执行完毕后,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,最后经过输出端子驱动外部负载,实现控制命令的输出.1.2.4PLC对输入/输出的处理原则(1)输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上一扫描周期的输入刷新期间的接通和断开状态.(2)程序执行结果取决于用户所编程序和输入/输出映像寄存器的内容及其他个各元件映像寄存器的内容.(3)输出映像寄存器的数据取决于输出指令的执行结果.(4)输出锁存器中的数据,由上一次输出刷新期间输出映像寄存器中的数据决定.(5)输出端子的接通和断开状态,由输出锁存器决定.第二章机械臂分拣装置控制要求与分析2.1机械臂分拣装置控制要求图6-11为一台分检大小球的机械臂装置。它的工作过程是：当机械臂处于原始位置时，即上限开关LS1和左限位开关LS3压下，抓球电磁铁处于失电状态。这时按动启动按钮SB1后，机械臂下行，碰到下限位开关LS2后停止下行，且电磁铁得电吸球。如果吸住的是小球，则大小球检测开关为SQ为ON；如果吸住的是大球，则SQ为OFF。1秒钟后，机械臂上行，碰到上限位开关LS1后右行，它会根据大小球的不同，分别分别在LS4（小球）和LS5（大球）处停止右行，然后下行至下限位停止，电磁铁失电，机械臂把球放在小球箱里或大球箱里，1秒钟后返回。如果不按停止按钮，则机械臂一直工作下去。如果按了停止按钮，则不管何时按，机械臂最终都要停止在原始位置。再次按动启动按钮后，系统可以再次从头开始循环工作。2.2机械臂分拣装置控制分析（1）输入输出地址分配输入点：输出点：启动按钮SB1I0.0原始位置指示灯HLQ0.0停止按钮SB2I0.1抓球电磁铁KQO.1上限位开关LS1I0.2下行接触器KM1Q0.2下限位开关LS2I0.3上行接触器KM2Q0.3左限位开关LS3I0.4右行接触器KM3Q0.4小球右限位开关LS4I0.5左行接触器KM4Q0.5大球右限位开关LS5I0.6大小球检测开关SQI0.7（2）根据项目的要求，得出系统的功能图如图所示：第三章机械臂分拣装置程序设计3.1根据机械臂分拣装置控制的分析，具体的输入输出接线端子接线如下图：3.2程序设计根据输入输出端子的接线要求，所设计的程序如下:第四章PLC程序上机调试及运行4.1PLC程序上机调试机械臂分拣装置PLC程序编好后上机运行，基本上显示正常。按下启动按钮SB1后，机械臂下行，碰到下限位开关LS2后停止下行，且电磁铁得电吸球。如果吸住的是小球，则大小球检测开关为SQ为ON；如果吸住的是大球，则SQ为OFF。1秒钟后，机械臂上行，碰到上限位开关LS1后右行，它会根据大小球的不同，分别分别在LS4（小球）和LS5（大球）处停止右行，然后下行至下限位停止，电磁铁失电，机械臂把球放在小球箱里或大球箱里，1秒钟后返回。如果不按停止按钮，则机械臂一直工作下去。如果按了停止按钮，则不管何时按，机械臂最终都要停止在原始位置。再次按动启动按钮后，系统可以再次从头开始循环工作。4.2调试出现的问题及整改方法（1）由于大小球的不同，所以，使用了分支选择电路，使机械臂能够在右行后向不同的位置下行，把大小球分别放进各自的箱子里去。（2）在机械臂上.下.左.右行走的控制中，使用了一个软件联锁触点，替代了SM0.0。（3）功能图中的M0.0是一个选择逻辑，其功能如梯形图中的网络1所示，它相当于一个开关，控制着系统是进行单周期操作还是循环操作。（4）S7-200PLC的顺控指令不支持直接输出（=）的双线圈操作。如果在功能图中的状态S0.1的SCR段有Q0.2（下行）输出，在状态S1.0的SCR段也有Q0.2输出，则不管在什么情况下，在前面的Q0.2永远不会有效。这是S7-200PLC顺控指令设计方面的缺陷，给用户的使用带来了极大的不便。所以，在使用S7-200PLC的顺控指令时一定不要有双线圈输出。位解决这个问题，可采用本例的办法，用中间继电器逻辑过渡一下，如本例中的机械臂进行上行.下行和右行的控制逻辑设计，凡是有重复使用的相同输出驱动，在SCR段中先用中间继电器表示其分段的输出逻辑，在程序的最后再进行合并输出处理。这是解决这一缺陷的最佳方法。左行时只有在状态S1.3中用到了Q0.5，所以就不用中间过渡处理了。4.3PLC程序上机运行总结通过在徐州师范大学现代人教育培训中心的学习，我深刻了解到PLC在现代工业自动化领域以及在我们的各式生产生活中的应用的重要地位；PLC程序的设计决定着PLC在生产生活中运行的稳定性，让我掌握了如何设计PLC程序的方法及其如何操作运行；深刻的懂得要设计出好的PLC程序，必须理论与实践相结合；要常常动脑筋去想，并且要勤动手去实践程序的正常稳定的运行，要在实践中去理解强化这门技术。在现在的激烈的竞争中，多一门技术等于离成功更近一步。更何况现在的工业自动化中，PLC已经无处不在，离开它工业必将陷入瘫痪。很庆幸我能有这样的学习机会，以后会进一步努力学习PLC。致谢在学习PLC程序编程设计的日子里，让我结识了许多良师益友。他们给予我莫大的影响和帮助，确立我的今后学习向上的发展方向，有了更加美