气动机械手plc控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

气动机械手plc控制系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

块内的元件提供直流电压。 某些可编程序控毕业设计 10 制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置（如接近开关）提供 24V 直流电源。 驱动现场执行机构的电源一般由用户提供。 可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入、输出继电器等。 这种计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。 PLC 的工作原理 可编程序控制器有两种基本的工作状态， 即运行（ RUN）状态与停止（ STOP）状态。 在运行状态，可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。 为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到 STOP 工作状态。 除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，编程序控制器还要完成，内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为 5个阶段。 可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。 由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入 输出关系来看，处理 过程似乎是同时完成的。 在内部处理阶段。 可编程序控制器检查 CPU 模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。 在通信服务阶段，可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。 当可编程序控制器处于停止（ STOP）状态时，只执行以上的操作。 可编程序控制起处于（ RUN）状态时，还要完成另外 3个阶段的操作。 在可编程序控制器的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。 可编程序控制器梯形图中别 的编程元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像寄存器。 在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通 /断开（ ON/OFF）状态读入输入寄存器。 外接的输入触点电路接通时，对应的输入映像寄存器为“ 1”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点接通，常闭触点断开。 外接的输入触点电路断开，毕业设计 11 对应的输入映像寄存器为“ 0”状态，梯形图中对应的输入继电器的常开触点断开，常闭触点接通。 在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态 也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的 输入处理阶段被读入。 可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。 在没有跳转指令时， CPU 从第一条指令开始，逐条顺序的执行用户程序，直到用户程序结束之处。 在执行指令时，从输入映像寄存器或别的元件映像寄存器中将有关编程元件的 0/1 状态读出来，并根据指令的要求执行相应的逻辑运算，运算结果写入到对应的元件映像寄存器中，因此，各编程元件的映像寄存器（输入映像寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。 在输出处理阶段， CPU 将输出映像寄存器的 0/1状态传送到输出锁存器。 梯型图某一输出继电器 的线圈“通电”时，对应的输出映像寄存器为“ 1”状态。 信号经输出模块隔离 和功率放大后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电，其常开触点闭合，使外部负载通电工作。 若梯形图中输出继电器线圈断电对应的输出映像寄存器为“ 0”状态，在输出处理阶段后，继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈断电，其常开触点断开，外部负载断电，停止工作。 某一编程元件对应的映像寄存器为“ 1”状态时，称该编程元件为 ON，映像寄存器为“ 0”状态时，该编程元件为 OFF。 扫描周期可编程序控制器在 RUN 工作状态时，执行一次扫描操作所需的 时间称为扫描周期，其典型值为 1~100ms。 指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和 CPU执行指令的速度有很大的关系。 当用户程序较长时，指令执行时间在扫描周期中占相当大的比例。 不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。 如图所示： 第 ( N 1 ) 个 扫 描 周 期第 N 个 扫 描 周 期第 ( N + 1 ) 个 扫描 周 期输 出 刷 新 输 入 采 样用 户 程 序 执 行输 出 刷 新 输 入 采 样 图 32 PLC的扫描运行方式 毕业设计 12 1. 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次读入所有的数据和状态它们存入 I/O映象区的相应单元内。 输入采样结束后，转入用户程序行和输出刷新阶段。 在这两个阶段 中，即使输入数据和状态发生变化 I/O映象区的相应单元的数据和状态也不会改变。 所以输入如果是脉冲信号，它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 2. 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 的 CPU 总是由上而下，从左到右的顺序依次的扫描梯形图。 并对控制线路进行逻辑运算，并以此刷新该逻辑线圈或输出线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态。 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 例如：算术运算、数据处理、数据传达等。 3. 输出刷新阶段 在输出刷新阶段， CPU 按照 I/O 映象区内对 应的数据和状态刷新所有的数据锁存电路，再经输出电路驱动响应的外设。 这时才是 PLC 真正的输出。 4. 输入 /输出滞后时间 输入 /输出滞后时间又称系统响应时间，是指可编程序控制器的外部输入信号发生变化的时刻至它控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式产生的滞后时间三部分组成。 输入模块的 CPU 滤波电路用来滤除由输入端引入的干扰噪声，消除因外接输入触点动作是产生的抖动引起的不良影响，滤波电路的时间常数决定了输入滤波时间的长短，其典型值为 10ms 左 右。 输出模块的滞后时间与模块的类型有关，继电器型输出电路的滞后时间一般在 10ms 左右；双向可空硅型输出电路在负载接通时的滞后时间约为 1ms，负载由导通到断开时的最大滞后时间为 10ms；晶体管型输出电路的滞后时间约为1ms。 由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达到两个多扫描周期。 可编程序控制器总的响应延迟时间一般只有几十 ms，对于一般的系统是无关紧要的。 要求输入 — 输出信号之间的滞后时间尽量短的系统，可以选用扫描速度快的可编程序控制器或采取其他措施。 毕业设计 13 PLC 机型的选择 1. PLC 的分类 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、 4 位、 8 位、 16 位、 32 位、 64 位等。 从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 PLC的 I/O 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 PLC 提供多种 I/O 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的 I/O 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 2. 输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。 例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、 信号供电方式等应用要求。 对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。 输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程 I/O机架等。 3. 电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进 PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般 PLC 的供电电源应设计选用 220VAC 电源，与国内电网电压一致。 重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 如果 PLC 本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。 为防止外部高压电源因误操作而引入 PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。 4. 存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求 PLC 的存储器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K 存储器选择。 需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。 5. 冗余功能的选择 毕业设计 14 I/O 接口单元的冗余 (1) 控制回路的多点 I/O 卡应冗余配置。 (2) 重要检测点的多点 I/O 卡可冗余配置。 (3) 根据需要对重要的 I/O 信号，可选用 2 重化或 3 重化的 I/O 接口单元。 毕业设计 15 4 机械手控制系统硬件结构 气动机械手的控制要求 机械手的全部动作由气缸驱动，气缸由相应的电磁阀控制 ，电磁阀由 PLC（可编程控制器）控制。 其中，上升 /下降和左 /右移分别由双线圈两位电磁阀控制；机械手的放松 /夹紧由一个单线圈两位置电磁阀控制。 工件台 A、 B 上工件的传送不用 PLC 控制。 机械手要求按一定的顺序动作 ,启动时 ,机械手从原点开始按顺序动作 .停止时 ,机械手停止在现行工步上 ,重新起动时 ,机械手按停止前的动作继续进行。 左行 SQ3 SQ4 右行 下降 夹紧 上升 SQ2 松开 SQ1 图 41 气动机械手示意图 为满足生产要求， 机械手设置手动工作方式和自动工作方式 两种， 而自动工作方式又分为单步、单周和连续工作方式。 （ 1）手动工作方式。 利用按钮对机械手的每一步动作单独进行控制，例如按“上升”按钮， 机械手上升，按“下降”按钮，机械手下 降。 此种工作方式可使机械手置原位。 （ 2）单步工作方式，从原点开始 ,按自动工作循环的工序 ,每按一下起动按钮 ,机械手完成一步的动作后自动停止。 （ 3）单周期工作方式，按下起动按钮， 从原点开始，机械手 按工序自 动完成一个周期的动作后 停在原位。 （ 4）连续工作方式。 机构在原位时， 按下起动按钮，机构自动连续 的执行毕业设计 16 周期动作。 当按下停止按钮时， 机械手保持当前状态。 重 新恢复后机械手按停止前的动作继续进行工作。 硬件结构 机械手用来将工件从 A 点搬运到 B 点（如图 42），输出 为 1 时工件被夹紧，为 0 时背松开。 工作方式选择开关的 5 个位置分别对应于 5 种工作方式，操作面板左下部的 6 个按钮式手动按钮。 为了保证在紧急情况下（包括 PLC 发生故障时）能可靠地切断负载电源，设置了交流接触器 KM。 PLC 开始运行时按下 “负载电源”按钮，使 KM 线圈得电并自锁， KM 的主触点接通，给外部负载提供交流电源，出现紧急情况时用“紧急停车”按钮断开负载电源。 单步 回原位 单周期 连续 手动 夹紧 SB7 右行 SB5 下降 SB3 启动 SB1 负载电源 松开 SB8 左行 SB6 上升 SB4 停止 SB2 紧急停车 SB9。