基于PLC的机械手分选大小球~完成版本3

高等教育自学考试毕业论文基于PLC的机械手分选大小球的自动控制主考学校：武汉工业学院专业：机电一体化工程指导老师：胡江萍考生姓名：姚世洪准考证号：0180082003342011年9月25日1目录第一章PLC可编程控制器概述………………………………………………31.1PLC可编程控制器的定义……………………………………………31.2PLC可编程控制器的特点……………………………………………31.3PLC可编程控制器的趋势与动向……………………………………5第二章PLC可编程控制器的原理……………………………………………62.1PLC可编程控制器的组成……………………………………………62.2PLC可编程控制器工作原理…………………………………………82.3PLC可编程控制器系统设计参考……………………………………9第三章PLC在大小球分选系统中的设计……………………………………123.1分选大小球控制系统的工作原理…………………………………123.2分选大小球控制系统的输入/输出地址及定时器分配……………133.3分选大小球控制系统的接线图……………………………………143.4分选大小球控制系统的状态流程图………………………………153.5分选大小球控制系统的梯形图……………………………………173.6分选大小球控制系统的程序图……………………………………18总结………………………………………………………………………………19致谢………………………………………………………………………………20参考文献…………………………………………………………………………212摘要机械手是工业机器人系统中传统的任务执行机构，是机器人的关键部件。机械手在先进制造领域中扮演着极其重要的角色，它可以搬运货物、分选物品、代替人的繁重劳动。随着工业自动化、机械化进程的加速，自动控制正在逐步取代传统的人工控制，在改善工作人员工作环境的同时也使生产效率大大的提高，能够最大限度地满足被控对象和生产过程的控制要求。因此被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本次毕业设计任务是通过PLC实现机械手分选大小球的自动控制。论文主要对PLC可编程控制器的概述、特征、大小球分选自动系统中的设计进行具体阐明，并通过PLC来实现大小球分选系统的控制。设计中采用日本三菱公司具有高性价比的微型可编程控制器FX2系列PLC，实现自动分选大小球的控制系统。系统充分利用了可编程控制器（PLC）多方面的设计知识和方法，精确的实现了机械手从圆点下降、抓取、上升、右行、下降、释放、上升、左行还原等一系列的动作，完成一整套。关键词：机械手，可编程控制器（PLC）,自动化控制，大小球分选3第一章PLC可编程控制器概述1.1PLC可编程控制器的定义可编程控制器（PROGRAMMABLELOGICALCONTROLLER，简称PLC）与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的新一代工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，PLC是一种专门为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该按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。1.2PLC可编程控制器的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10～1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。4（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。（5）体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2～1/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。51.3PLC可编程控制器的趋势与动向一、当代PLC技术的发展趋势发展迅速，产品更新换代；开发各种智能化模块，不断增强过程功能；PLC与个人计算机（PC）结合；通信联网功能不断增强；发展新的编程语言，增强容错功能。二、当代PLC技术的发展动向美国通用汽车以用户身份提出新一代控制器应具备十大条件，这十大条件是：1.编程方便，可在现场修改程序；2.维修方便，最好是插件式；3.可靠性高于继电器控制柜；4.体积小于继电器控制柜；5.可将数据直接送入管理计算机；6.在成本上可与继电器控制竞争；7.输入可以是交流115V；8.输出为交流115V/2A以上，能直接驱动电磁阀；9.在扩展时，原有系统只要很小变更；10.用户程序存储容量至少能扩展到4K字节。1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。接着美国MODICON公司也研制出084控制，从此，这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。1971年日本从美国引进这项技术，很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业推广应用。进入20世纪70年代，随着微电子技术的发展，尤其是PLC采用通讯微处理器之后，这种控制器就不再不局限于当初的逻辑运算了，功能得到更进一步增强。进入20世纪80年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC，使PLC的功能增强，工作速度快，体积减小，可靠性提高，成本下降，编程和故障检测更为灵活，方便。6第二章PLC可编程控制器的原理2.1PLC可编程控制器的组成输入/输出单元电源1、中央处理器（CPU）：它是PLC的核心和控制指导中心，CPU通过三总线与存储器、I/O接口电路相连接，完成信息传递、转换等。CPU的主要功能：接受输入信号并存入存储器，读出执行指令，将结果输出，处理中断请求，准备下一条指令。2、存储器：用来存储系统程序、用户程序、逻辑变量、系统组态等。系统程序存储器：用于存储系统管理程序固化在ROM中。用户程序存储器：用户设计编辑的应用程序和系统参数。3、输入、输出接口电路（1）输入接口电路：开关量输入单元多为直流输入单元。一般PLC内部提供24V直流电源，用户只需将开关、按钮、行程开关和传感器等主令电器接在输入端子和公共端子之间即可，这就是所谓无源式直流输入，单图中只画出对应于一个输入点的输入电路，个个输入点所对应的输入中央处理器（CPU）运算器（加工厂）控制器（指挥中心）存储器只读存储器（ROM）随机存储器（RAM）7电路均相同。输入接口电路提高抗干扰能力的方法主要有：a)采用光电耦合器为电流输入型，能有效地避免输入端引线可能引入的电磁场干扰和辐射干扰。b)光敏输出端设置RC滤波器，是为了防止用开关类触点输入时触点振颤及抖动等引起的误动作。（注）接口电路等效一接口继电器，但并不是真的有继电器。三菱PLC输入端子用X表示，采用八进制编号方法即：X00、X01、X02、X03、X04、X05、X06、X07X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17（2）输出接口电路：a.继电器输出型R：有触点的输出方式，用于直流或低频交流负载。b.晶体管输出型S：无触点的输出方式，用于直流高速、小功率负载。c.晶闸管输出型T：无触点输出方式，用于交流高速、大功率负载。[注]晶体管、晶闸管输出都有漏电流存在，使用时要注意。（1）PLC输出接口是成组的，每一组有一个COM口只能使用同一种电源电压。（2）PLC输出负载能力有限，具体参数请阅读相关资料。（3）对于电感性负载应加阻容保护。（4）负载采用直流电源小于30V时，为了缩短响应时间，可用并接续流二极管的方法改善响应时间。外部接口：每台plc都有外设端口，对称外设接口、外接接口。它是在主机外壳上与外部设备配接口插座。同过电缆线可配接偏移器、计算机、其他plc、打印机等。4、I/O扩展器通过I/O扩展器端口连接I/O扩展单元来增加I/O点。A/D和D/A单元一般也通过该接口与主机连接。各种智能单元链接单元。设有I/O扩展端口的PLC不能进行I/O点扩展。5、编程器编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。8编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。6、电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。2.2