机械手模型基于plc的控制系统设计

机械手模型基于plc的控制系统设计内容摘要：

2 章 PLC 的介绍与选择 对于机械手的控制系统可以采用多种方式，如继电器控制、单片机控制、 PLC 控制等。 但由于 PLC 可编程控制器 操作灵活性强和稳定性较好 ，所以，我们 选择 PLC 控制。 PLC 的特点 可编程控制器是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发起来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。 它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入 /输出来 控制机械设备或生产过程。 高可靠性 （ 1） 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离 ； （ 2） 各输入端均采用 RC 滤波器，其滤波时间常数一般为 10～20ms； （ 3） 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰 ； （ 4） 采用性能优良的开关电源。 （ 5）对采用的器件进行严格的筛选 ； （ 6） 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大 ； （ 7） 大型 PLC 还可以采用由双 CPU构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高。 丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流 、 开关量或模拟量 、 电压或电流 、 脉冲或电位 、 强电或弱电等。 有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮 、 行程开关 、 接近开关 、 传感器及变送器 、 电磁线圈 、 控制阀等直接连接。 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。 PLC 的各个部件，包括 CPU、 电源 、 I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于 继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。 使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。 各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。 它 5 具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。 但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其 硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 PLC 的选型 对于 PLC 的选择，我们必须考虑多方面的因素。 例如输入、输出的最多点数，扫描速度，内存容量，指令条数， 功能模块等。 同时还要考虑其经济实用性以及工作环境对其的影响。 1. 常用 PLC 介绍 PLC 发展这么多年，技术成熟，各种型号的也很多，各个厂家生产的也有一定区别，各个重点发展方向也不同，所以我们必须根据自己设计需要，考虑如何选择。 西门子的中国业务是其亚太地区业务的主要支柱，活跃在中国的信息与通讯、自动化与控制、电力、交 通、医疗、照明以及家用电器等各个行业中，其核心业务领域是基础设施建设和工业解决方案。 欧姆龙 S7200 系列 PLC 突出的特点：可靠性高、操作简便；丰富的内置集成功能；强劲通讯能力；丰富的扩展模块；简单、易用的 Micro/WIN 编程软件。 OMRON 的可编程序控制器更加小型化。 SYSMAC CPM1A 的大小仅相当于一个 PC卡 (对于 10 点的机型来说 )，从而使安装体积大幅度减小，同时也进一步节省了控制柜的空间。 它不仅具备了以往小型 PLC 所具备的功能，而且还可连接可编程序终端，为生产现场创造了新的环境。 编程环境与 CQM1 及 SYSMAC A 等机种相同。 由于原有 SYSMAC支持软件及编程器都可继续使用，故而系统的扩展及维护都可简单进行。 三菱 FX 系列可编程控制器是当今国内外最新，最具特色、最具代表性的微型 PLC。 在 FX 中，除基本的指令表编程方式外，还可以采用梯形土编程及对应机械动作流程进行顺序设计的 SFC 顺序功能图编程，而且这些程序可互相转换。 在 FX 系列 PLC 中设置了高数计数器，对来自特定的输入继电器的高频脉冲进行中断处理，扩大了 PLC 的应用领域。 其 FX2N PLC 还可以采用作为扩展设备的硬件计数器，可获取最高 50kHz 的高速脉冲。 2. 确定型号 FX1N－ 60MR 综上，对于被控对象，采用 PLC 系统与采用其它形式的控制系统相比较，力求具有较好的性价比，使用和维修方便；选用的 PLC 主机和配置、控制功能等必须能满足被控对象的各种控制要求；选用的 PLC 主机及配置必须是功能较强的新一代 PLC 机型，一般最好不要选用旧机型（若采用三菱公司的 PLC，则选 FX 系列，不选 F1 系列）。 同时还应当考虑将来工艺的变化和扩展，在满足确定的要求外，留有一定的余量；确保整个控制系统可靠。 还要考虑大家对产品的熟悉程度，以及编程指令的易懂性。 在此，我选 用三菱FX1N 来做控制核心。 FX 系列 PLC 是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器， 6 以逐步替代三菱公司原 F、 F F2 系列 PLC 产品。 其中 FX2 是近年推出的产品， FX0 是在 FX2 之后推出的超小型 PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的 FX0S、 FX1S、 FX0N、 FX1N、 FX2N、 FX2NC 等系列 PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。 它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。 FX1N 所具有优越性能 CPU 处理速度达到了。 内置了高达 64K 步的 大容量 RAM 存储器。 大幅增加了内部软元件的数量。 强化了指令的功能，提供了多达 209 条应用指令，包括像与三菱变频器通讯的指令， CRC 计算指令，产生随机数指令等等。 晶体管输出型的基本单元内置了 3 轴独立最高 100kHz 的定位功能，并且增加了新的定位指令：带 DOG 搜索的原点回归（ DSZR），中断单速定位（ DVIT）和表格设定定位（ TBL），从而使得定位控制功能更加强大，使用更为方便。 内置 6 点同时 100kHz 的高速计数功能，双相计数时可以进行 4 倍频计数。 三菱 FX 系列的结构功能 可编程控制器是一种工业控制微 型计算机，它的 结构原理与微型计算机相似。 硬件构成有微处理器、存储器和各种输入、输出接口。 系统程序和接口器件又与微机不同，这使它的操作使用方法、编程语言、工作方式等与微型机有所不同。 PLC 是用微处理器实现继电器、定时器和计数器以及 A/D、 D/A 模拟转换器件的组合体的功能，采用软件编程进行它们之间的联系。 本设计采用 FX 系列 PLC 作为控制核心，所以现在就以它来讲述 PLC 的应用知识、操作技能。 FX 系列 PLC 硬件组成与其它类型。