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PLC
论文
课题:
可编程控制器的工作原理及其在机械手中的应用
专业:
机电班级:
09机电
学生姓名:
梁国栋学生学号:
2009994171
指导教师:
丁华
可编程控制原理与在机械手的运用
PLC是基于电子计算机,且适用于工业现场工作的电控制器。
它源于继电控制装置,但它不像继电装置那样,通过电路的物理过程实现控制,而主要靠运行存储于PLC内存中的程序,进行入出信息变换实现控制。
PLC基于电子计算机,但并不等同于普通计算机。
普遍计算机进行入出信息变换,多只考虑信息本身,信息的入出,只要人机界面好就可以了。
而PLC则还要考虑信息入出的可靠性、实时性,以及信息的使用等问题。
特别要考虑怎么适应于工业环境,如便于安装,抗干扰等问题。
近年来,德国西门子公司的S7系列PLC在我国已经广泛使用,并在各行各业的生产过程的自动控制担任着重要角色。
本课题以S7-200系列的CPU22X为例,讲述了小型可编程控制器的的构成、原理、指令系统、应用以及系统的设置、调试方法。
可编程控制器实现控制原理
1.控制要点
入出信息变换、可靠物理实现,可以说是PLC实现控制的两个基本要点。
入出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。
PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改),又有用户自行开发的应用(用户)程序。
系统程序提供运行平台,同时,还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
什么样的控制要求,就应有什么样的用户程序。
可靠物理实现主要靠输人(INPUT)及输出(OUTPUT)电路。
PLC的I/O电路,都是专门设计的。
输入电路要对输入信号进行滤波,以去掉高频干扰。
而且与内部计算机电路在电上是隔离的,靠光耦元件建立联系。
输出电路内外也是电隔离的,靠光耦元件或输出继电器建立联系。
输出电路还要进行功率放大,以足以带动一般的工业控制元器件,如电磁阀、接触器等等。
I/O电路是很多的,每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。
PLC有多I/O用点,一般也就有多少个I/O用电路。
但由于它们都是由高度集成化的电路组成的,所以,所占体积并不大。
输入电路时刻监视着输入状况,并将其暂存于输入暂存器中。
每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。
输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。
输出锁存器与输出点也是一一对应的。
这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。
它们与计算机内存交换信息通过计算机总线,并主要由运行系统程序实现。
把输人暂存器的信息读到PLC的内存中,称输入刷新。
PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。
这个区的每一对应位(bit)称之为输入继电器,或称软接点。
这些位置成1,表示接点通,置成0为接点断。
由于它的状态是由输入刷新得到的,所以,它反映的就是输入状态.。
2实现控制过程
(1)PLC的工作方式:
采用循环扫描方式。
在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。
注意:
由于PLC是扫描工作过程,在程序执行阶段即使输入发生了变化,输入状态映象寄存器的内容也不会变化,要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。
循环扫描过程如下:
(2) 工作过程:
主要分为内部处理、通信操作、输入处理、程序执行、输出处理几个阶段。
<1>内部处理阶段:
在此阶段,PLC检查CPU模块的硬件是否正常,复位监视定时器,以及完成一些其它内部工作。
<2>通信服务阶段
在此阶段,PLC与一些智能模块通信、响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容等,当PLC处于停状态时,只进行内容处理和通信操作等内容。
<3>输入处理
输入处理也叫输入采样。
在此阶段顺序读入所有输入端子的通断状态,并将读入入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。
在此输入映象寄存器被刷新,接着进入程序的执行阶段。
<4>程序执行
根据PLC梯形图程序扫描原则,按先左后右,先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。
但遇到程序跳转指令,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。
若用户程序涉及到输入输出状态时,PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态,从输出映象寄存器读出对应映象寄存器的当前状态。
根据用户程序进行逻辑运算,运算结果再存入有关器件寄存器中。
<5>输出处理
程序执行完毕后,将输出映象寄存器,即元件映象寄存器中的Y寄存器的状态,在输出处理阶段转存到输出锁存器,通过隔离电路,驱动功率放大电路,使输出端子向外界输出控制信号,驱动外部负载。
3可编程控制器实现控制的方式
用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。
是用计算机进行实时控制的一种方式。
此外,计算机用于控制还有中断方式。
在中断方式下,需处理的控制先申请中断,被响应后正运行的程序停止运行,转而去处理中断工作(运行有关中断服务程序)。
待处理完中断,又返回运行原来程序。
哪个控制需要处理,哪个就去申请中断。
哪个不需处理,将不被理睬。
可编程控制器对机械手的控制
1、可编程控制器的选型
(1)、I/O总点数的确定
由I/O分配表知,输入共18个点,输出共6个点,I/O实际需24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48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48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:
48*10=480B
<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:
480+4=484B
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-48MR型PLC产品。
FX2N-48MR型产品主要技术指标如下:
FX2N-48MR型产品主要技术指标表
最大I/O48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-48MR型PLC产品能满足设计要求。
2、可编程控制器的梯形图
(1)、程序的总体结构设计
本机械手系统的程序是采用基本指令、初始状态指令和步进指令相配合的方法进行编写的。
程序可分四大块,分别是初始化程序、手动程序、回原位程序和自动程序。
(2)、初始化程序
如图所示,为初始化程序。
它保证了机械手必须在原位才能进入自动工作方式。
初始化程序
(3)、手动程序
手动程序如图所示。
X10~X15对应机械手的上下左右移动和夹紧的的按钮。
按下不同的按钮,机械手执行相应的动作。
在左、右移动的程序中串联上限位置开关的动合触点是为了避免机械手在较低位置移动时碰撞到其他工件。
为保证系统安全运行,程序之间还进行了必要的连锁。
手动程序
(4)、回原位程序
如图所示为回原位程序,在系统处于回原位工作状态时,只需按下回原位按钮机械手即可自动回到原位。
图中除初始状态继电器外,其他状态继电器应使用回零状态继电器S10~S19。
回原位程序
(5).自动程序
自动程序如图所示,其中M8041和M8044都是在初始化程序中设定的,在程序运行中不再更改。
指令程序
0LDX21
27ANDX17
53STLS12
83LDX18
1ANIX17
28ANIX21
54SETM8043
84SETS24
2ANIY4
29ANIY2
56RSTS12
86STLS24
3OUTM8044
30OUTY3
58STLS2
87OUTY0
5LDM8000
31LDX12
59LDM8041
88LDX21
6FNC60
32ANDX17
60ANDM8044
89SETS25
X0
33ANIX20
61SETS20
91STLS25
S20
34ANIY3
63STLS20
92RSTY4
S27
35OUTY2
64OUTY0
93OUTT1
13STLS0
36STLS1
65LDX16
K17
14LDX15
37LDX5
66SETS21
96LDT1
15RSTY4
38SETS10
68STLS21
97SETS26
16LDX14
40STLS10
69SETY4
99STLS26
17SETY4
41RSTY4
70OUTT0
100OUTY1
18LDX11
42RSTY0
K17
101LDX17
19ANIX17
43OUTY1
73LDT0
102SETS27
20ANIY0
44LDX17
74SETS22
104STLS27
21OUTY1
45SETS11
76STLS22
105OUTY3
22LDX10
47STLS11
77OUTY1
106LDX21
23ANIX16
48RSTY1
78LDX1
107OUTS2
24ANIY1
49OUTY3
79SETS23
109RET
25OUTY0
50LDX21
81STLS23
110END
26LDX13
51SETS12
82OUTY2
3、I/O接线图
机械手控制系统采用的PLC型号或规格是FX2N-48MR,下表是输入点及输出点的分配表。
PLC输入点及输出点的分配表
输入信号
名称
代号
输入点编号
手动挡
SA
X0
回原位档
SA
X1
单步档
SA
X2
单周期档
SA
X3
连续档
SA
X4
回原位按钮
SB9
X5
启动按钮
SB1
X6
停止按钮
SB2
X7
下降按钮
SB3
X10
上升按钮
SB4
X11
右行按钮
SB5
X12
左行按钮
SB6
X13
夹紧按钮
SB7
X14
松开按钮
SB8
X15
下限位开关
SQ1
X16
上限位开关
SQ2
X17
右限位开关
SQ3
X20
左限位开关
SQ4
X21
输出信号
名称
代号
输入点编号
下降电磁阀线圈
YV1
Y0
上升电磁阀线圈
YV2
Y1
右行电磁阀线圈
YV3
Y2
左行电磁阀线圈
YV4
Y3
松紧电磁阀线圈
YV5
Y4
机械手控制系统PLC的I/O接线图
设计总结
经过这次的设计,机械手PLC控制系统的程序,已成功地通过了模拟手动、单步、单周期、连续等运行的调试,证明本设计的硬件、软件部分基本都能达到预期要求,能可靠地控制机械手动作,达到机械手所要求的技术性能。
系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程,更是进一步学习和探索的过程。
在这过程中,我对利用可编程控制器进行控制系统的设计与开发有了深刻的的认识,对机械手的工作原理有了进一步的掌握,对控制系统的分析与设计有了切身的认识和体会,并在学习和实践过程中增长了知识,丰富了经验。
控制系统的开发设计是一项复杂的系统工程,必须严格按照系统分析、系统设计、系统实施、系统运行与调试的过程来进行。
系统的分析与设计是一项很辛苦的工作,同时也是一个充满乐趣的过程。
在设计过程中,要边学习,边实践,遇到新的问题就不断探索和努力,即可使问题得到解决。
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