毕业设计PLC气动机械手设计.doc

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1、毕业设计（论文）课题名称: PLC气动机械手设计 系 别: 机械工程系 专 业: 机电一体化 摘 要当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。在科技进步的同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合，尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内。工业中大量的生产活动，存在着很多不便于人类操纵的环节，特别是在工作环境较危险的情况下，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提高效率。可见，在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用

2、机械手已成为一种必然的趋势。在本设计中介绍了国内外机械手研究现状及PLC的研究发展趋势，描述了机械手控制系统的工作原理和动作实现过程。研究了基于PLC的机械手模型控制系统的设计。本文介绍的机械手是由PLC输出三路脉冲，分别驱动横轴、竖轴变频器，控制机械手横轴和竖轴的精确定位，微动开关将位置信号传给PLC主机；位置信号由接近开关反馈给PLC主机，通过交流电机的正反转来控制机械手手爪的张合，从而实现机械手精确运动的功能。本课题拟开发的物料搬运机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，可代替人工在高温和危险的作业区进行作业，并可根据工件的变化及运动流程的要求随时更改相关参数。关键词：机械手 PLC 目

3、录引 言.2绪 论3一 课题背景3二 设计目的和意义3第一章 PLC的介绍和机械手概述41.1 可编程序逻辑控制器（PLC）41.1.1 PLC的结构41.1.2 PLC的发展历程41.1.3 PLC的硬件51.1.4 PLC的主要特点6 1.1.5 PLC的应用71.2 机械手81.2.1 机械手概述81.2.2 机械手的工作原理81.2.3 机械手的分类9第二章 系统设计102.1 系统方案分析设计102.1.1 控制要求10 2.1.2 机械手的控制系统设计方案的比较112.2 硬件设计112.2.1 I/O端子地址分配112.2.2 I/O接线图12 2.2.3 PLC选型12 2.2

4、.4 所用材料清单132.3 系统程序设计142.3.1 常用编程方法介绍142.3.2 功能图152.3.3 梯形图162.3.4 指令表19第三章 系统的调试203.1 系统调试20结 论21参考文献22致 谢23附 录1 FX2N基本指令24 引言 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发展,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

5、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发展，并取得一定的效果，受到机械工业和铁路工业部门的重视。本课题拟开发物料搬运机械手，采用日本三菱公司的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；电气方面由交流电机、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

6、动作。由于时间仓促和个人水平限制，我的设计存在着许多还没来得及解决的问题，希望广大老师、同学能够给予批评指正并予以解决。绪 论一、 课题背景随着计算机技术的飞速发展，PLC（即可编程逻辑编程器的简称）已经进入日常生产、生活的各个方面，PLC的应用在各行各业已成为必不可少的内容。PLC作为通用的工业计算机，其功能日益强大，已经成为工业控制领域的主流控制设备。PLC 从诞生至今，仅有30年的历史，但是得到了异常迅猛的发展，并与CAD/CAM、机器人技术一起被誉为当代工业自动化的三大支柱。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。随着工业化的进一步发展，自动化已经成为现代企业中的重要支柱

7、，无人车间、无人生产流水线等等，已经随处可见。同时，现在生产中，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、噪声以及带有放射和污染的场合，应用更为广泛。在我国，近几年来也有较快发展，并取得一定效果，受到机械工业和铁路部门的重视。本次课题主要是应用三菱公司FX2N系列

8、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；电气方面由交流电机、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。二、设计目的和意义科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期的缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总

9、结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的的发展趋势。 自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来。自主创新，就是从增强国家创新能力出发，加强原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新。重点跨越，就是坚持有所为、有所不为，选择具有一定基础和优势、关系国际民生和国家安全的关键领域，集中力量、重点突破，实现跨越式发展。支撑发展就是从现实的紧迫需求出发，着力突破重大关键、共性技术，支持经济社会的持续协调发展。引领未来，就是着眼长远，超前部署前沿技术和基础研究，创造新的市场需求，培育新兴产业，引领未来经济社会的发展。这一方针是我国半个世纪科技发展实

10、践经验的概括总结，是面想未来，实现中华民族伟大复兴的重要抉择。 科技人才是提高自主创新能力的关键所在。要把创造良好环境和条件，培养和凝聚各类科技人才特别是优秀拔尖人才，充分调动广大科技人员的积极性和创造性，作为科技工作的首要任务，努力开创人才辈出、人尽其才、才尽其用的良好局面，努力建设一支与经济社会发展和国防建设相适用的规模宏大、结构合理的高素质科技人才队伍，为我国科学技术发展提供充分的人才支撑和智力保证。 第一章 PLC的介绍和机械手概述1.1 可编程序逻辑控制器（PLC）1.1.1 PLC的结构PLC和一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。PLC的硬件系统由微处

11、理器(CPU)、存储器(EPROM，ROM)、输入输出(I/O)部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。各部分通过总线(电源总线、控制总线、地址总线、数据总线)连接而成9。其结构简图如下：外设I/O接口 输出部件存储器 EPROM 微处理器 运算器 控制器电源 输入部件I/O扩展接口 I/O扩展单元 受控元件输入信号外部设备图2-1 PLC硬件结构图PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。系统程序是每一个PLC成品必须包括的部分，由PLC厂家提供，用于控制PLC本身的运行，系统程序固化在EPROM中。用户程序是由用户根据控制需要

12、而编写的程序。硬件系统和软件系统组成了一个完整的PLC系统，他们是相辅相成，缺一不可的可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。它是一种以微机处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信控制技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置。（本次课题主要应用三菱FX2N系列PLC进行设计）1.1.2 PLC的发展历程化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工

13、艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制

14、器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC

15、真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：19701980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。19801990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普

16、及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。19902000年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品

17、有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型

18、PLC系列产品等。1.1.3 PLC的硬件一、PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。1.整体式PLC整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。2.模块式PLC大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同

19、槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。3.CPU模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，它使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。（1）.随机存取存储器（RAM

20、）用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。（2）.只读存储器（ROM）ROM的内容只能读出，不能写入。（3）.可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。4.I/O模块各I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。输入模块：PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行

21、器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。输出模块：输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.52A,负载电源由外部现场提供。1.1.4 PLC的主要特点一、抗干扰能力强，可靠性高PLC专门为工业环境而设计，具有很高的可靠性。它的主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I/O系统设计有完善的通道保护与信息调理电路；在机构上对耐热、防潮、防尘、抗震都有精确考虑；在硬件上采用隔

22、离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等干扰和故障诊断措施。所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力，因此稳定、可靠，抗干扰能力强。与继电器接触装置和通用计算机相比，PLC更能试用工业现场较为恶劣的生产环境。二、控制系统机构简单，通用性强PLC及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。在PLC够成的控制系统中，只需要在PLC的端子上接入相应的输入/输出信号线即可，不需要诸如继电器之类的物理电子器件和大量且繁杂的硬接线线路。当控制要求改变，需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入/输出组件和应用

23、软件的不同。PLC的输入/输出可以直接与交流220V、直流24V等强电相连，并有较强的带负载能力。三、编程简单，易于使用PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，因此PLC程序的编制采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺知识就可在短时间内学会。四、功能完善现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能，还能完成A/D转换、D/A转换、模拟量处理、高速计算、联网通信等功能，可以通过上位计算进行显示、报警、记录，进行人机对话，使控制水平大为提高

24、。因此，PLC具有极强的适用性，能够很好地满足各类型控制的需要，是目前工厂中应用最广的自动化设备。五、体积小、维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装。PLC的输入/输出系统能够直观地反映现场信号的变化状态，还能通过各种方式直观地控制系统的运行状态，如内部工作状态、通信状态、I/O点状态、异常和电源状态等，对此均有醒目的指示，非常有利于运行和维护人员对系统进行监控。1.1.5 PLC的应用 目前， PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1、开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应

25、用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行

26、机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4、过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5、数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻

27、辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6、通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.2 机械手1.2.1 机械手概述工

28、业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机器手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在我国民经济领域有着广阔的发展前景。机器手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动化控制技术、传感技术和计算机技术的科学领域，是一门跨学科综合性技术。1.2.2机械手的工作原理机械手是一种能自动化定位控制并可重新汇编程序以变动的多功能机器。它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中的工作。工业机械手是近似自动控制领域中出现的一项新技术，

29、并已成为现代制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有23个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的

30、电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。 机械手的迅速发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识。其一，它能部分代替人工操作；其二，它能按照生产工艺要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三，它能操作必要的机具进行焊接和装配。因此，它能大大地改善工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到各先进工业国家的重视，并投入了大量的物力和财力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染场合，应用得更为广泛。在我国

31、，近几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。本项目要求设计的机械手模型可以归为一类，即通用机械手。在现代生产企业中，自动化程度较高，大量应用机械手。通过本次设计，可以增强对工业机械手的认识，同时并熟悉掌握PLC技术、位置控制技术、气动技术等工业常用的技术。1.2.3 机械手的分类机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。 第二章 系统设计2.1 系统方案分析设计2.1.1控制要求如下图所示为某生产车间中自动化搬运机械手，用于将左工作台上的工件搬运到

32、右工作台上。机械手的全部动作由液压驱动。液压泵由电磁阀控制，其上升/下降、左移/右移运动由双线圈两位电磁阀控制，即上升电磁阀得电时机械手上升，下降电磁阀得电时机械手下降。夹紧/放松运动由单线圈两位电磁阀控制，线圈得电时机械手夹紧，断电时机械手放松。机械手从原点开始，按以下动作进行：原点启动下行（到下限位停）抓工件上行（到上限位停）右行（到右限位停）下行（到下限位停）放工具上行（到上限位停）左行（到左限位停）。在机械手运行过程中，任何时候都可以利用急停按钮，停止机械手动作。 图3.1 机械手的动作示意图2.1.2 机械手的控制系统设计方案的比较在工业自动化生产中常用的控制系统有：传统的继电器接触

33、器控制系统、PLC控制系统和微机控制系统这三种。但从使用性、经济性、可靠性出发，本设计选用了PLC。因为从上述该机械手所需完成的控制动作分析来看，本机械手是用于各种传感器在复杂的条件下工件的传输，主要动作是上升、下降、左移、右移、夹紧、放松和工序延时控制等，控制动作基本上是以简单的顺序逻辑动作为主。是属典型的继电逻辑顺序动作控制系统，这是PLC最擅长的功能，而且PLC具有体积小、重量轻、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、易于维护等特点，特别是替代继电器控制系统，这更是它的优势。2.2 硬件设计2.2.1 I/O端子地址分配 表2.1 I/O分配表代号名称输入编号代号名称输出SB1启动按钮X0Y

34、V1机械手下行Y000SB2停止按钮X1YV2机械手上行Y001SQ1下限行程X2YV3机械手左行Y002SQ2上限行程X3YV4机械手右行Y003SQ3左限行程X4YV5夹紧/放松Y004SQ4右限行程X5HLO原点显示灯Y0052.2.2 I/O接线图2.2.3 PLC的选型1、I/O总点数的确定由I/O分配表知，输入共6个点,输出共6个点,I/O实际需12点。为留有今后工艺改进与功能扩充余地，在实际统计I/O点数基础上，一般加10-20余量，再考虑PLC产品本身规格，可取PLC的I/O总点数为32点。2、I/O点信号性质分析从机械手控制信号分析可知,机械手输入是位置开关信号,上/下限位开

35、关、左/右限位开关等它们都是开关量,而输出主要是5个电磁阀线圈,以控制机械手的左移、右移、上移、下移、夹紧、放松的气路的通断。3、用户存储器容量的估算(1) I/O口总点数为32点且均为开关量，以每个I/O点需1O个字节估算则所需存储器字节数为：32*10=320B(2) 定时器有两个:一个夹紧延时、一个放松延时，以每个定时器需2个字节估算则所需存储器字节数为：定时器/计数器数量*2=2*2=4B共需存储器字节数为：320+4=324B经技术与经济成本方面因素综合考虑，本设计选取日本三菱公司FX2N-32MR-001型PLC产品。FX2N-32MR-001型产品主要技术指标如下：表3.2 FX

36、2N-32MR-001型产品主要技术指标表最大I/O 32点定时/计数器 256个基本功能指令22条, 步进指令2条继电器输出最大负载 80VA/24V执行速度（us/步） 0.8us输入输出响应时间 10ms程序容量（步） 2KB输入光电隔离数据寄存器 通用： 200点 锁存用： 7800点 输出继电器接点隔离由上表可见，FX2N-32MR-001MR型PLC产品能满足设计要求。2.2.4 材料清单 表3.3 系统所需设备、工具、材料明细表名 称型 号 或 规 格数 量可编程控制器FX2N-32MR-0011台双线圈电磁阀VF32302只单线圈电磁阀VF31301只按钮LA10H-1H2个限

37、位开关LX19-1114个显示灯1个熔断器RC1A-30/151只连接导线若干2.3 系统程序设计2.3.1 常用编程方法介绍1 经验设计法在一些典型的控制环节和电路的基础上,根据被控制对象对控制系统的具体要求,凭经验进行选择、组合。有时为了得到一个满意的设计结果,需要进行多次反复地调试和修改,增加一些辅助触点和中间编程元件。这种设计方法没有一个普遍的规律可遵循,即具有一定的试探性和随意性,最后得到的结果也不是唯一的,设计所用的时间、设计的质量与设计者经验验多少有关。经验设计法对于一些比较简单的控制系统的设计时比较有效的,可以收到快速、简单的效果。但是,由于这种方法主要时依靠设计人员的经验进行

38、设计,所以对设计人员的要求也比较高,特别时要求设计者有一定的实践经验,对工业控制系统和工业上常用的各种典型环节比较熟悉。对于比较复杂的系统,经验法一般设计周期长,不易掌握,系统交付使用后,维护困难。所以,经验法一般只适合于比较简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计。 2 接触器-继电器法接触器-继电器法就是依据所控制电器的接触器-继电器控制线路原理图，用PLC对应的符号和功能相当的器件，把原来的接触器-继电器系统的控制线路直接翻译成梯形图程序的设计方法。接触器-继电器法特别适合于初学者编程设计使用，也特别适合对原有旧设备的技术革新和技术改造。3 顺序控制法顺序控制法就是在生产控制过程中，

39、按照生产工艺所要求的动作规律，在各个输入控制信号的作用下，根据所需要的状态和时间顺序，在生产过程中的各个输出执行机构自动地按照预先规定的顺序有步骤地进行操作。顺序功能图法是首先根据系统的工艺流程设计顺序功能图,然后再依据顺序功能图设计顺序控制程序。在顺序功能图中,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始,步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。而对于每一步的程序段,只需处理极其简单的逻辑关系。因而这种编程方法简单易学,规律性强。设计出的控制程序结构清晰、可读性好,程序的调试和运行也很方便,可以极大地提高工作效率。4 逻辑设计法工业电气控制线路中,有不少都是通

40、过继电器等电气元件来实现,而继电器,交流接触器的触点都只有两种状态即吸合和断开,因此,用“0”和“1”两种取值的逻辑代数设计电气控制线路时完全可以的,PLC的早期应用就是替代继电器控制系统,因此用逻辑设计方法同样也适用于PLC应用程序的设计。当一个逻辑函数用逻辑变量的基本运算式表达出来后,实现这个逻辑函数的线路就确定了。当这种方法使用熟练后,甚至梯形程序也可以省略,可以直接写出于逻辑函数和表达式对用的指令语句程序。用逻辑设计法设计PLC应用程序的一般步骤如下:第一步：列出执行元件动作节拍表第二步：绘制电气控制系统的状态转移图;第三步：进行系统的逻辑设计;第四步：编写程序;第五步：对程序检测、修

41、改和完善。2.3.2 功能图该系统采用顺序控制法，在顺序功能图中,在实现转换时使前级步的活动结束而使后续步的活动开始,步之间没有重叠。这是系统中大量复杂的连锁关系在步的转换中得以解决。以下为顺序功能图： S0 M8002 S20S21 X3Y5 x5 原点显示Y0 x0 启动 下行 X2SET Y4S22 夹紧T0 K20 T0 Y1S23 X3 上行Y3 S24 X3 右移Y0 X4S25 下行S26RST Y4 X2T1 K15 松开 T1 Y1S27 上行Y2 X3S28 左移 X5 图3.2 机械手顺序功能图2.3.3梯形图SET S0 M8002 SETS23SETSETSETS24 Y1 Y5S21S20 S0 X3 X5 S20 X0 S21 Y0S22SET X2