基于PLC的机械手设计报告
下载后可任意编辑 题目: 基于PLC的 机械手控制系统设计 学 校: 班 级: 姓 名: 奥特曼 指导老师: 葫芦娃 2024-5-17 摘要 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。随着工业现代化的进一步进展,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,现代生产中,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,并以成为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手段之一。尤其在高温、高压、粉尘、噪声以及带有放射性和污染的场合,应用得更为广泛。在我国,近几年来也有较快的进展,并取得一定的效果,受到机械工业和铁路工业部门的重视。 本题采纳日本三菱公司的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;电气方面由沟通电机、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。 关键词:PLC;控制;机械手; 第一章可编程控制PLC 1.1 PLC简介 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速进展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断进展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今日的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速进展,世界范围内的PLC年增长率保持为20%~30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等进展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2024年全球PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。 PLC是由摸仿原继电器控制原理进展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器,在程序运行过程中,每执行一步该计数器自动加1,程序从起始步(步序号为零)起依次执行到最终步(通常为END指令),然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC,循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程,在解算逻辑方面,表现出快速的优点,在微秒量级,解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理,16位(也有32位的)为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。 相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。假如被控对象主要是设备连锁、回路很少,采纳PLC较为合适。PLC由于采纳通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。 近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采纳PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速进展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。 通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采纳嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器 1.2 PLC内部原理 PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机,其硬件结构和微机是基本一 的。 编程器 中央处理单元 (CPU) 输入电路 输出电路 系统程序存储区 用户程序存储区 电源 图 PLC硬件的基本结构图 (1)中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢。它根据PLC系统程序给予的功能,接受并存储从编程器键入的用户程序和数据,检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能检查用户程序的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区, 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行为止。 (2)存储器 与微型计算机一样,除了硬件以外,还必须有软件。才能构成一台完整的PLC。PLC的软件分为两部分: 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 PLC存储空间的分配:虽然大、中、小型 PLC的CPU的最大可寻址存储空间各不相同,但是根据PLC的工作原理, 其存储空间一般包括以下三个区域:系统程序存储区,系统RAM存储区(包括I/O映象区和系统软设备等)和用户程序存储区。 A. 系统程序存储区 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中,用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的各项功能。 B. 系统RAM存储区 系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备(例如:逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等)存储区。 (A)I/O映象区 由于PLC投入运行后,只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据,在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此,它需要有一定数量的存储单元(RAM)以供存放I/O的状态和数据,这些存储单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位(bit), 一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字(16个bit)。因此,整个I/O映象区可看作由开关量的I/O映象区