1、 plc機械手設計 摘要plc機械手設計 本論文主要論述了日本歐姆龍系統在機械手中的plc控制，重點介紹了機械手控制系統中的硬件選擇方法、軟件的設計過程和，以及plc 控制氣動機械手裝置的工作原理、運動過程和控制要求等方面。機械手是工業自動控制領域中經常用到的一種控制對象，機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。該程序已在工業機械手中獲得了應用，具有穩定、可靠的性能，可供同類設計參考。應用plc控制機械手實現各種規定的工序動作，可以簡化控制線路，節省成本，提高勞動生產率。關鍵詞： 可編程控制器（plc）、機械手、控制abstractthe present paper

2、 mainly elaborated the japanese ohm dragon system in manipulator plc control, with emphasis introduced in the manipulator control system hardware choice method, the software design process and, as well as plc control pneumatic motor manipulator aspects and so on installment principle of work, rate p

3、rocess and control request. the manipulator is one kind of controlled member which in the industry automatic control domain uses frequently, the manipulator may complete many work, like moves the thing, the assembly, cutting, spurts dyes and so on, the applications are extremely widespread. this pro

4、cedure has obtained the application in the industry manipulator, has, the reliable performance stably, may supply the similar design reference. controls the manipulator using plc to realize each kind of stipulation working procedure movement, may simplify the control line, saves the cost, enhances t

5、he labor productivity. key word: programmable controller (plc), manipulator, control目錄1概況11.1可編程控制器的發展歷史11.2 plc的定義和特點21.2.1 plc的定義21.2.2 plc的特點21.3 plc應用注意的問題31.3.1工作環境31.3.2 安裝與布線41.3.3 i/o端的接線41.3.4外部安全電路51.3.5 plc的接地51.4 plc的發展階段61.5 plc的發展趨勢62 可編程序控制結構原理82.1 plc的結構82.2 plc的工作過程與原理92.2.1 plc工作過程

6、92.2.2 plc的工作原理102.3 plc 的i/o 系統113 歐姆龍系統機械手控制133.1 工藝過程與控制要求133.2 確定輸入輸出設備及plc143.2.1 機械手的動作流程143.3 plc選型及其i/o點編號分配153.3.1 plc的選型153.3.2旋轉編碼器153.3.3 i/o點編號分配153.4 plc梯形圖程序設計183.4.1 機械手工作過程183.4.2 機械手梯形圖19附 錄23結束語24參考文獻2525 1概況機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。應用plc控制機械手實現各種

7、規定的工序動作，可以簡化控制線路，節省成本，提高勞動生產率。1.1可編程控制器的發展歷史 在可編程控制器出現以前，繼電器控制在工業控制領域占主導地位，由此構成的控制系統都是按預先設定好的時間或條件順序地工作，若要改變控制的順序就必須改變控制系統的硬件接線，因此，其通用性和靈活性較差。20 世紀的六十年代，計算機技術開始應用于工業控制領域，由于價格高、輸入輸出電路不匹配、編程難度大以及難于適應惡劣工業環境等原因，未能在工業控制領域獲得推廣。1968 年，美國最大的汽車制造商通用汽車公司 (gm) 為了適應生產工藝不斷更新的需要，要求尋找一種比繼電器更可靠，功能更齊全，響應速度更快的新型工業控制器

8、，并從用戶角度提出了新一代控制器應具備的十大條件，立即引起了開發熱潮。主要內容是：(1)編程方便，可現場修改程序；(2)維修方便，采用插件式結構；(3)可靠性高于繼電器控制裝置；(4)體積小于繼電器控制盤；(5)數據可直接送入管理計算機；(6)成本可與繼電器控制盤競爭；(7)輸入可為市電；(8)輸出可為市電，容量要求在 2a 以上，可直接驅動接觸器等；(9)擴展時原系統改變最少；(10)用戶存儲器大于 4kb 。這些條件實際上提出將繼電器控制的簡單易懂、使用方便、價格低的優點與計算機的功能完善、靈活性、通用性好的優點結合起來，將繼電接觸器控制的硬接線邏輯轉變為計算機的軟件邏輯編程的設想。 19

9、69 年，美國數字設備公司 (dec 公司 ) 研制出了第一臺可編程控制器 pdp14 ，在美國通用汽車公司的生產線上試用成功，并取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生。 可編程控制器自問世以來 , 發展極為迅速。 1971 年，日本開始生產可編程控制器。 1973 年，歐洲開始生產可編程控制器。到現在，世界各國的一些著名的電氣工廠幾乎都在生產可編程控制器裝置。可編程控制器已作為一個獨立的工業設備被列入生產中，成為當代電控裝置的主導。1.2 plc的定義和特點1.2.1 plc的定義plc問世以來，盡管時間不長，但發展迅速。為了使其生產和發展標準化，美國電氣制造商協會nema（national

10、electricalmanufactoryassociation）經過四年的調查工作，于1984年首先將其正式命名為pc（programmablecontroller），并給pc作了如下定義：“pc是一個數字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執行諸如邏輯，順序，計時，計數與演算等功能，并通過數字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數字電子計算機若是從事執行pc之功能著，亦被視為pc，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。” 以后國際電工委員會(iec)又先后頒布了plc標準的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義： “可編程控制器是一種數字運

11、算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算,順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。” 總之，可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業環境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產品并不針對某一具體工業應用，在實際應用時，其硬件需根據實際需要進行選用配置，其軟件需根據控制要求進行設計編制。1.2.2 plc的特點1高可靠性（1）所

12、有的i/o接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與plc內部電路之間電氣上隔離。（2）各輸入端均采用r-c濾波器，其濾波時間常數一般為1020ms.（3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。（4）采用性能優良的開關電源。（5）對采用的器件進行嚴格的篩選。（6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發生異常情況，cpu立即采用有效措施，以防止故障擴大。（7）大型plc還可以采用由雙cpu構成冗余系統或有三cpu構成表決系統,使可靠性更進一步提高。2豐富的i/o接口模塊plc針對不同的工業現場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等。有相應的i/o模塊與

13、工業現場的器件或設備，如：按鈕；行程開關；接近開關；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊，等等。3. 采用模塊化結構為了適應各種工業控制需要，除了單元式的小型plc以外，絕大多數plc均采用模塊化結構。plc的各個部件，包括cpu，電源，i/o等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用戶的需要自行組合。4. 編程簡單易學 plc的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解

14、和掌握5. 安裝簡單，維修方便plc不需要專門的機房，可以在各種工業環境下直接運行。使用時只需將現場的各種設備與plc相應的i/o端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統迅速恢復運行。1.3 plc應用注意的問題1.3.1工作環境1溫度 plc要求環境溫度在055，安裝時不能放在發熱量大的元件下面，四周通風散熱的空間應足夠大，基本單元和擴展單元之間要有30mm以上間隔；開關柜上、下部應有通風的百葉窗，防止太陽光直接照射；如果周圍環境超過55，要安裝電風扇強迫通風。2

15、濕度為了保證plc的絕緣性能，空氣的相對濕度應小于85%（無凝露）3震動 應使plc遠離強烈的震動源，防止振動頻率為1055hz的頻繁或連續振動。當使用環境不可避免震動時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。4空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環境，可將plc安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中，并安裝空氣凈化裝置。5電源plc供電電源為50hz、220（110%）v的交流電，對于電源線來的干擾，plc本身具有足夠的抵制能力。對于可靠性要求很高的場合或電源干擾特別嚴重的環境，可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設備與地之間的干擾

16、。歐姆龍系列plc有直流24v輸出接線端，該接線端可為輸入傳感器（如光電開關或接近開關）提供直流24v電源。當輸入端使用外接直流電源時，應選用直流穩壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使plc接收到錯誤信息。1.3.2 安裝與布線1 動力線、控制線以及plc的電源線和i/o線應分別配線，隔離變壓器與plc和i/o之間應采用雙膠線連接。2 plc應遠離強干擾源如電焊機、大功率硅整流裝置和大型動力設備，不能與高壓電器安裝在同一個開關柜內。3 plc的輸入與輸出最好分開走線，開關量與模擬量也要分開敷設。模擬量信號的傳送應采用屏蔽線，屏蔽層應一端或兩端接地，接地電阻應小于屏蔽層電阻的1

17、/10。4. plc基本單元與擴展單元以及功能模塊的連接線纜應單獨敷設，以防止外界信號的干擾。5 交流輸出線和直流輸出線不要用同一根電纜，輸出線應盡量遠離高壓線和動力線，避免并行。1.3.3 i/o端的接線1 輸入接線（1） 輸入接線一般不要超過30米。但如果環境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。（2） 輸入/輸出線不能用同一根電纜，輸入/輸出線要分開。（3） 盡可能采用常開觸點形式連接到輸入端，使編制的梯形圖與繼電器原理圖一致，便于閱讀。2 輸出連接（1） 輸出端接線分為獨立輸出和公共輸出。在不同組中，可采用不同類型和電壓等級的輸出電壓。但在同一組中的輸出只能用同一類型、同一電壓等

18、級的電。（2） 由于plc的輸出元件被封裝在印制電路板上，并且連接至端子板，若將連接輸出元件的負載短路，將燒毀印制電路板，因此，應用熔絲保護輸出元件。（3） 采用繼電器輸出時，所承受的電感性負載的大小，會影響到繼電器的使用壽命，因此，使用電感性負載時選擇繼電器工作壽命要長。（4） plc的輸出負載可能產生干擾，因此要采取措施加以控制，如直流輸出的續流管保護，交流輸出的阻容吸收電路，晶體管及雙向晶閘管輸出的旁路電阻保護。1.3.4外部安全電路為了確保整個系統能在安全狀態下可靠工作，避免由于外部電源發生故障、plc出現異常、誤操作以及誤輸出造成的重大經濟損失和人身傷亡事故，plc外部應安裝必要的保

19、護電路。（1） 急停電路。對于能使用戶造成傷害的危險負載，除了在控制程序中加以考慮之外，還應設計外部緊急停車電路，使得plc發生故障時，能將引起傷害的負載電源可靠切斷。（2） 保護電路。正反向運轉等可逆操作的控制系統，要設置外部電器互鎖保護；往復運行及升降移動的控制系統，要設置外部限位保護電路。（3） 可編程控制器有監視定時器等自檢功能，檢查出異常時，輸出全部關閉。但當可編程控制器cpu故障時就不能控制輸出，因此，對于能使用戶造成傷害的危險負載，為確保設備在安全狀態下運行，需設計外電路加以防護。（4） 電源過負荷的防護。如果plc電源發生故障，中斷時間少于10秒，plc工作不受影響，若電源中斷

20、超過10秒或電源下降超過允許值，則plc停止工作，所有的輸出點均同時斷開；當電源恢復時，若run輸入接通，則操作自動進行。因此，對一些易過負載的輸入設備應設置必要的限流保護電路。（5） 重大故障的報警及防護。對于易發生重大事故的場所，為了確保控制系統在重大事故發生時仍可靠的報警及防護，應將與重大故障有聯系的信號通過外電路輸出，以使控制系統在安全狀況下運行。1.3.5 plc的接地 良好的接地是保證plc可靠工作的重要條件，可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。plc的接地線與機器的接地端相接，接地線的截面積應不小于2mm2 ，接地電阻小于100；如果要用擴展單元，其接地點應與基本單元的接地點接在一起

21、。為了抑制加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應給plc接上專用地線，接地點應與動力設備（如電機）的接地點分開；若達不到這種要求，也必須做到與其它設備公共接地，禁止與其它設備串連接地。接地點應盡可能靠近plc。1.4 plc的發展階段雖然plc問世時間不長，但是隨著微處理器的出現，大規模，超大規模集成電路技術的迅速發展和數據通訊技術的不斷進步，plc也迅速發展，其發展過程大致可分三個階段：1. 早期的plc（60年代末70年代中期）早期的plc一般稱為可編程邏輯控制器。這時的plc多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準計算機的形式

22、出現，在i/o接口電路上作了改進以適應工業控制現場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的plc的性能要優于繼電器控制裝置，其優點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復使用等。其中plc特有的編程語言梯形圖一直沿用至今。2. 中期的plc（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微處理器的出現使plc發生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處 理器作為plc的中央處理單元(cpu)。這樣，

23、使plc得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外，還增加了算術運算、數據處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程i/o模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數量增加，還提供了一定數量的數據寄存器，使plc得應用范圍得以擴大。3. 近期的plc（80年代中、后期至今）進入80年代中、后期，由于超大規模集成電路技術的迅速發展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的plc所采用的微處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高plc的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發了專用邏輯處理芯

24、片。這樣使得plc軟、硬件功能發生了巨大變化。1.5 plc的發展趨勢1向高速度、大容量方向發展為了提高plc的處理能力，要求plc具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的plc的掃描速度可達0.1ms/k步左右。plc的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。 在存儲容量方面，有的plc最高可達幾十兆字節。為了擴大存儲容量，有的公司已使用了磁泡存儲器或硬盤。2向超大型、超小型兩個方向發展 當前中小型plc比較多，為了適應市場的多種需要，今后plc要向多品種方向發展，特別是向超大型和超小型兩個方向發展。現已有i/o點數達14336點的超大型plc，其使用32位微處理器，多cpu并行工作和大容

25、量存儲器，功能強。 小型plc由整體結構向小型模塊化結構發展，使配置更加靈活，為了市場需要已開發了各種簡易、經濟的超小型微型plc，最小配置的i/o點數為816點，以適應單機及小型自動控制的需要，如三菱公司系列plc3plc大力開發智能模塊，加強聯網通信能力為滿足各種自動化控制系統的要求，近年來不斷開發出許多功能模塊，如高速計數模塊、溫度控制模塊、遠程i/o模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶cpu和存儲器的智能i/o模塊，既擴展了plc功能，又使用靈活方便，擴大了plc應用范圍。加強plc聯網通信的能力，是plc技術進步的潮流。plc的聯網通信有兩類：一類是plc之間聯網通信，各plc生產廠家

26、都有自己的專有聯網手段；另一類是plc與計算機之間的聯網通信，一般plc都有專用通信模塊與計算機通信。 為了加強聯網通信能力，plc生產廠家之間也在協商制訂通用的通信標準，以構成更大的網絡系統，plc已成為集散控制系統（dcs）不可缺少的重要組成部分。4增強外部故障的檢測與處理能力 根據統計資料表明：在plc控制系統的故障中，cpu占5%，i/o接口占15%，輸入設備占45%，輸出設備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬于plc的內部故障，它可通過plc本身的軟、硬件實現檢測、處理；而其余80%的故障屬于plc的外部故障。因此，plc生產廠家都致力于研制、發展用于檢測外部故障的專用智能模

27、塊，進一步提高系統的可靠性。5編程語言多樣化在plc系統結構不斷發展的同時，plc的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數plc使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（basic、c語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發展是plc進步的一種趨勢。2 可編程序控制結構原理2.1 plc的結構plc和一般的微型計算機基本相同，一般由四大部分組成：cpu、存儲器、i/o系統以及其它可選部件。前三大部分是plc完成各種控制任務所必需的，一般稱為plc的基本組成部分。其它可選部件包括編程器、外存儲器、仿真i

28、/o、通訊接口、擴展接口以及測試設備等，主要用于系統的編程組態、程序存儲、通訊聯網、系統擴展和系統測試，plc也是由硬件系統和軟件系統兩大部分組成的，plc的硬件系統由微處理器(cpu)、存其結構簡圖如圖2-1所示：外設i/o接口 輸出部件存儲器 eprom 微處理器 運算器 控制器電源 輸入部件i/o擴展接口 i/o擴展單元 受控元件輸入信號外部設備圖2-1 plc硬件結構圖1. cpu cpu是plc的核心部件。應該注意的是：在plc中，cpu的概念與普通微型計算機的cpu有很大的不同。在plc中，cpu指的不是一塊集成電路，而是一個模板，其上不僅包括cpu芯片，還有ram和rom或者ep

29、rom。而且，在中大型plc中，cpu模板中一般有兩塊cpu芯片，一片用作字處理器（主處理器），用于字節指令的處理，并實現各種控制作用；另一片用作字處理器（輔助處理器），用于實現位訊息的高速處理。2. 數字i/o接口用作cpu模板與外部開關量訊號之間的接口。它完成諸如電平轉換、電氣隔離、串/并型數據轉換以及對外提供一定的驅動能力等工作。數字i/o訊號常來自按鈕、開關和繼電器觸點等實際開關量，以及其它外設或受控對象送來的數字量。3模擬i/o接口其輸入部分主要完成阻抗匹配、訊號放大、訊號濾波、i/v變換、v/f變換或者a/d變換等工作，以便將來自受控對象的仿真量轉換成plc能夠處理的數字量。其輸出

30、部分主要實現阻抗匹配、功率放大、波形校正等功能。在一些場合下，仿真訊號也需要與現場電氣隔離。但仿真訊號的隔離比數字訊號要復雜得多。用于數字訊號的光電隔離因線性度較差而不能用來隔離仿真訊號，因此仿真訊號常常采用成本較高的隔離放大器來實現電氣隔離。4. 特殊功能模板 特殊功能模板一般都自帶cpu和系統軟件，與plc cpu模板并行工作，并通過plc系統總線與cpu模板接口。常見的特殊功能模板包括：高速計數板（能滿足100khz以上的計數或定時要求）、具有快速pid調節器的死循環控制模板、通訊模板等。5. 電源plc中的電源一般有三類： (1) +5v、15v直流電源：供plc中ttl芯片和集成運放

31、使用；(2) 供輸出接口使用的高壓大電流的功率電源；(3) 鋰電池及其充電電源。考慮到系統的可靠性以及光電隔離器的使用，不同類型的電源其地線也不同。目前plc的發展非常迅速，型號眾多，各種特殊功能模板不斷涌現。通常根據其i/o點的數量將 plc分為三大類：小型機：256點以下（無模擬量）；中型機：256 2048點（64 128路模擬量）；大型機：2048點以上（128 512路模擬量）。2.2 plc的工作過程與原理2.2.1 plc工作過程plc 采用循環執行用戶程序的方式。ob1 是用于循環處理的組織塊（主程序），它可以調用別的邏輯塊，或被中斷程序（組織塊）中斷。在起動完成后，不斷地循環

32、調用ob1，在ob1 中可以調用其它邏輯塊(fb, sfb, fc 或sfc) 循環程序處理過程可以被某些事件中斷。在循環程序處理過程中，cpu 并不直接訪問i/o 模塊中的輸入地址區和輸出地址區，而是訪問cpu 內部的輸入/輸出過程映像區。批量輸入、批量輸出。梯形圖中的線圈“通電”時，對應的輸出過程映像位為1 狀態。信號經輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作。外部輸入電路接通時，對應的輸入過程映像位(例如i0.0)為1 狀態，梯形圖中對應的輸入位的常開觸點接通，常閉觸點斷開。某一編程元件對應的過程映像位為1 狀態時，稱該編

33、程元件為on，過程映像位為0 狀態時，稱該編程元件為off。循環時間（cycle time）是指操作系統執行一次附圖 所示的循環操作所需的時間，又稱為掃描循環時間（scan cycle time）或掃描周期2.2.2 plc的工作原理最初研制生產的plc 主要用于代替傳統的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。plc 的cpu 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈

34、的所有觸點（包括其常開或常閉觸點）不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms 以上，而plc 掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，plc采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術。這樣在對于i/o 響應要求不高的場合，plc 與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區別了。1掃描技術 當plc 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc 的cpu 以一定的掃描速度重復執行上述三個階段

35、。 （1） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入i/o 映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，i/o 映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 （2） 用戶程序執行階段 在用戶程序執行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖）。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制

36、線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統ram 存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在i/o 映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在i/o 映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在i/o 映象區或系統ram 存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。（3）輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，plc就

37、進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是plc 的真正輸出。一般來說，plc 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的總和。2plc 的i/o 響應時間 為了增強plc 的抗干擾能力，提高其可靠性，plc的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。為了能實現繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，plc 采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。以上兩個主要原因，使得plc 得i/o 響應比一般微型計算機構成的工業控制系統滿的多，其

38、響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長2.3 plc 的i/o 系統 1i/o 尋址方式 plc的硬件結構主要分單元式和模塊式兩種。前者將plc 的主要部分（包括i/o 系統和電源等）全部安裝在一個機箱內。后者將plc 的主要硬件部分分別制成模塊，然后由用戶根據需要將所選用的模塊插入plc 機架上的槽內，構成一個plc 系統。不論采取哪一種硬件結構，都必須確立用于連接工業現場的各個輸入/輸出點與plc 的i/o 映象區之間的對應關系，即給每一個輸入/輸出點以明確的地址確立這種對應關系所采用得方式稱為i/o 尋址方式。i/o尋址方式有以下三種 1 固定的i/o 尋址方式 這

39、種i/o 尋址方式是由plc 制造廠家在設計、生產plc 時確定的，它的每一個輸入/輸出點都有一個明確的固定不變的地址。一般來說，單元式的plc 采用這種i/o尋址方式。2. 開關設定的i/o 尋址方式 這種i/o 尋址方式是由用戶通過對機架和模塊上的開關位置的設定來確定的。 3.用軟件來設定的i/o 尋址方式 這種i/o 尋址方式是有用戶通過軟件來編制i/o 地址分配表來確定的。3 歐姆龍系統機械手控制3.1 工藝過程與控制要求機械手的全部動作由汽缸驅動，而汽缸又由相應電磁閥控制。其中，上升、下降和左右移動分別由反線圈兩位電磁閥控制。例如，當下降電磁閥通電時，機械手下降；當下降電磁閥通電時，

40、機械手上升；當上升電磁閥斷電時，機械手上升停止。同樣，左、右移動分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制，機械手的放松、夾緊由一個單線圈兩位通電電磁閥控制，當該線圈通電，機械手夾緊；當該線圈斷電，機械手放松。 當機械手移到b傳送帶上準備下降時，為保安全必須在左右工作臺無工作時才允許機械手下降。機械手動作如3-1所示，從原點按下起動按扭，電磁閥通電機械手下降，下降到低時，碰下限位開關，下降電磁閥通電機械手下降，下降到底時碰下限位開關，下限位電磁閥斷電，下降停止。同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊，夾緊后上升電磁閥通電，機械手上升，上升到頂時，碰上限位開關，上升電磁閥斷停止。同時接通右移電磁閥機械手右移。右移

41、到位時，碰到右限位電，上升電磁閥右移停止。機械手下降，下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止。同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。放松后上升電磁閥通電。機械手上升。上升到頂時碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止。同時接通右移電磁閥機械手左移，左移到原點時，碰左限位開關，左移電磁閥斷電，左移停止。至此，機械手經過八部動作完成一個周期動作。如圖3-1所示：圖3-1 機械手動作3.2 確定輸入輸出設備及plc機械手是工業自動控制領域中經常遇到的一種控制對象。機械手可以完成許多工作，如搬物、裝配、切割、噴染等等，應用非常廣泛。應用plc控制機械手實現各種規定的工序動作，可以簡化控制線路，

42、節省成本，提高勞動生產率。如圖3-2 機械手搬運物品示意圖所示。 圖3-2 機械手搬物示意圖圖中機械手的任務是將傳送帶a上的物品搬運到傳送帶b。為使機械手動作準確，在機械手的極限位置安裝了限位開關sq1、sq2、sq3、sq4、sq5，對機械手分別進行抓緊、左轉、右轉、上升、下降動作的限位，并發出動作到位的輸入信號。傳送帶a上裝有光電開關sp，用于檢測傳送帶a上物品是否到位。機械手的起、停由圖中的起動按鈕sb1、停止按鈕sb2控制。 傳送帶a、b由電動機拖動。機械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動作由液壓驅動，并分別由六個電磁閥來控制。 3.2.1 機械手的動作流程 傳送帶b處于連續運行狀態，

43、故不需要用plc控制。 機械手及傳送帶c 順序動作的要求是： (1) 按下起動按鈕sb1時，機械手系統工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關動作； (2) 左轉電磁閥通電，手臂左轉，至左轉限位開關動作； (3) 下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關動作； (4) 啟動傳送帶a運行，由光電開關sp檢測傳送帶a上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機械手抓緊，至抓緊限位開關動作； (5) 手臂再次上升，至上升限位開關再次動作； (6) 右轉電磁閥通電，手臂右轉，至右轉限位開關動作； (7) 手臂再次下降，至下降限位開關再次動作； (8) 放松電磁閥通電，機械手松開手爪，經

44、延時2秒后，完成一次搬運任務，然后重復循環以上過程。 (9) 按下停止按鈕sb2或斷電時，機械手停止在現行工步上，重新起動時，機械手按停止前的動作繼續工作。 3.3 plc選型及其i/o點編號分配 3.3.1 plc的選型 由于機械手系統的輸入/輸出接點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對plc進行監控和管理，故選用日本omron（立石）公司生產的多功能小型c20p主機。該機輸入點為12，輸出點為8。內部主要有：136個輔助繼電器、16個特殊功能繼電器、160個保持繼電器、8個暫存繼電器、48個定時/計數器、64個16位數據存貯器。3.3.2旋轉編碼器在可回旋360的轉盤機構上

45、，安裝有omron公司生產的e6a2增量型旋轉編碼器，編碼器將信號傳給plc，實現轉盤機構的精確定位。3.3.3 i/o點編號分配 器件代號設備名稱器件代號設備名稱0000sb1啟動0500km1傳輸帶a驅動0001sb2停止0501km2右移電磁閥0002sq1上升限位開關0502km3左移電磁閥0003 sq2 下降限位開關0503km4抓緊/放松電磁閥0004sq3右移限位開關0504km5上升電磁閥0005sq4左移限位開關0505km6下降電磁閥0006ka 抓緊壓力繼電器觸點tim00定時器0007ps光電檢驗開關表1 機械手控制i/o分配該機械手的過程如下,按下啟動按鈕0000后

46、,手臂開始上升 到達一定高度后由上升限位開關sq1(0002)檢測 手臂開始左轉 到達左極限位時由手臂左旋極限開關sq4(0005)檢測 手臂開始下降 到達下降極限位置時,由手臂下降極限開關sq2(0003) 這時傳送帶a開始運載被送物品前進,當物品到達機械手手掌時,由物品檢測傳感器ps(0007)檢測到位 停止傳輸帶a前進,同時將物品開始抓緊 是否將物品已抓緊,由抓緊限位傳感器km4(0503)檢測 然后手臂上升 到達上升限位后由上升限位開關sq1(0002)檢測 手臂開始右旋 到達后由右旋限位開關sq3(0004)檢測 手臂開始下降 到達位置后由下降限位開關sq2(0003)檢測 手臂物品

47、放下.2s后手臂上升進行一輪操作.根據表1的i/o分配表，可以編制出狀態轉移圖如圖3-3所示。起動hr000hr001hr002hr003hr004hr005hr006hr007hr008停止0000000700030006000200040003tm000002000500010500050505030503050405030503tm00#00200504050205010505圖3-3 機械手狀態轉移圖從表中知到系統有8個輸入信號7個輸出信號,選用c20p型plc.輸入系統設備與plc接線圖.圖3-4 輸入輸出設備plc接線圖3.4 plc梯形圖程序設計 3.4.1 機械手工作過程機械手

48、在原位時，按下sb1起動按鈕，輸入點0000為on，傳送帶a運轉（0050為on）。當光電開關ps檢測到物品后，0007為on，使0500為off，傳送帶a停止運轉。在0500的后沿，mov指令將0001送入hr0通道的最低位（hr000位1）使機械手執行下降動作。同時，為移位脈沖的產生做好準備。機械手下降到位時，下降極限開關0003位on，發出移位脈沖，時hr001為1,hr000為0，機械手停止下降，開始抓緊物品，0503為on。同時，為下一個移位脈沖的產生做好準備機械手抓緊到位時，壓力繼電器ka動合觸點閉合，0006為on，又發出一個移位脈沖，hr002為1，hr00為0.此時0504抓

49、緊物品上升。同時為下一個移位脈沖做準備。機械手上升到位時，上升極限開關0002為on，又發出一個移位脈沖，hr003為1，hr002為0，使0504為off,停止上升，此時，0501為on，機械手右移，同時為下一個移位脈沖的產生做準備。機械手右移到位時，右移極限開關0004為on。又發出一個移位脈沖，hr004為1，hr003為0，使0501為off，機械手停止右移。此時，0505為on，機械手執行下降動作。同時，為下一個移位脈沖的產生做準備。機械手下降到位時，下降極限開關0004為on。又發出一個移位脈沖，hr005為1，hr004為0，使0505為off,機械手停止下降。此時，0503被復位，機械手執行放松動作。并啟動定時器tim01。同時，為下一個移位脈沖的產生做準備。在tim01的定時時間到時，機械手放松到位，又發出一個移位脈沖，hr006為1，hr005為0，此時，0504為on，機械手執行上升動作。同時，為下一個移位脈沖的產生做準備。機械手上升到位時，上升極限開關0002為on，又發出一個移位脈沖，hr007為1，hr006為0，使0504為off,機械手停止上升。此時，0502為on，機械手右移，同時，