机械手操作的PLC控制系统的设计.docx

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机械手操作的PLC控制系统的设计

电气工程学院《课程设计》任务书

课程名称：

电气控制与PLC

基层教学单位：

仪器科学与工程系指导教师：

学号

学生姓名

（专业）班级

设计题目

机械手操作的PLC控制系统的设计

设

计

技

术

参

数

1.设计内容见附页（3）

2.使用组态王实现上位控制

3.公共实践（四层电梯）

4.公共实践（邮件分拣）（选作）

5.查阅资料（变频器）

设

计

要

求

采用PLC进行设计。

画出系统图，采用梯形图编程，并给出相应的组态控制工程（附主画面）。

结合公共实践部分，完成设计说明书。

参

考

资

料

“电气控制”类图书及论文资料

“可编程控制器”类图书及论文资料

周次

20周

应

完

成

内

容

分析设计要求、查资料、确定方案，设计梯形图、设计上位组态

撰写课程设计说明书，答辩

指导教

师签字

张立国

基层教学单位主任签字

说明：

1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科

目　录

第一章引言　·····················································4

第二章PLC的相关知识·············································4

2.1PLC基本概念　　············································5

2.2PLC基本结构　　············································5

2.3PLC的特点··················································6

2.4PLC的优越性················································6

第三章变频器相关知识　　········································7

3.1变频器的定义　···········································7

3.2变频器的工作原理　·····································7

3.3变频器的控制方式·······································8

第四章四层电梯控制设计　··········································10

4.1四层电梯的动作要求　·······································10

4.2电梯控制具体设计　　　·······································11

第五章机械手操作的PLC控制系统的设计······························18

5.1设计要求······················································18

5.2组态王相关知识··················································18

5.3用组态王实现机械手的控制·······································20

5.4用三菱实现机械手的顺序控制······································24

总结································································29

参考文献····························································30

附录1四层电梯的梯形图··············································31

附录2机械手命令语言·················································37

摘要

PLC是一种数字式的电子装置。

它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

在这一周的课设中，我利用三菱FX1S系列单片机设计了四层电梯自动控制程序并且进行了上箱仿真实验，利用组态王软件设计了机械手的控制界面，配合组态王的编程语言实现了组态王的仿真运行。

从中学习并领悟了很多知识，对今后更深层次的学习打下了基础。

关键词：

PLC、电梯控制、组态王、机械手

第一章引言

可编程序控制器（programmablecontroller），现在一般简称为PLC（programmablelogiccontroller），它是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术、通信网络技发展起来的一种通用的工业自动控制装置。

以其显著的优点在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制三大支柱之一。

在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。

传统的继电器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。

但是控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线刻控制盘（柜）就必须随之改变或更换，通用性和灵活性较差

总之，PLC的控制是比较复杂的。

PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，使它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可靠、抗干扰性能增强、机械与电气部件被机结合在一个设备内，把仪表、电子和计算机的功能综合在一起。

因此它已成为现在工业等领域的关键技术。

第二章PLC的相关知识

2.1PLC基本概念

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人和输出，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按照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。

2.2PLC基本结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

1.电源：

为PLC提供电能的设备。

2.中央处理单元（CPU）：

中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。

3.存储器：

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

4.输入输出接口电路：

现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。

现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

5.功能模块：

如计数、定位等功能模块。

6.通信模块：

如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。

PLC功能强大，在本次课设中主要应用PLC的开关逻辑、顺序控制和定时控制等功能。

采用三菱FX1S系列的单片机，编程简单，使用方便。

2.3PLC的特点

1）学习编程容易PLC是面向用户的设备，考虑到现场普通工作人员的知识面及习惯，PLC可以采用梯形图来编程，这种编程更直观，不需专业计算机知识，本课设就是采用这种编程方法。

控制系统简单，更改容易，施工周期短。

2）PLC及其外围模块品种多，可灵活组合完成各种要求的控制系统。

只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号即可。

相比继电器控制系统施工周期明显缩短，施工工作量也大大的减少。

3）系统维护容易，PLC具有完善的监控及自诊断功能，内部各种元件的工作状态可用可编程软件进行监控，配合程序针对性编程及内部特有的诊断能力，可准确找到故障并排除。

2.4PLC控制的优越性

1）与继电器控制系统相比

传统的继电器控制只能进行开关量的控制，而PLC既可以进行开关量控制，又可进行模拟量控制，还能与计算机联成网络，实现分级控制。

2）与集散控制系统的比较

PLC由继电器逻辑控制系统发展而来，而集散系统由回路仪表控制系统发展而来。

不论是PLC还是集散系统，在发展过程中，二者是相互渗透、互为补充的。

因此很多工业工程既可以用PLC也可以用集散系统。

3）与工业微机系统相比较

工业微机系统在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制中占据优势。

但微机系统要求的专业性比较强，同时其适应性和抗干扰能力没有PLC强。

第三章变频器相关知识

为了控制交流电梯，提高电能利用率，使自动电梯的运行更加安全稳定，须配合变频器对自动电梯进行控制。

变频器是通过轻负载降压实现节能的，安装变频器的电动机所带的机械负载，如风机、水泵并不是经常工作在满载情况下，当系统要求机械负载不在额定负载运行时，可以通过变频调节电动机的转速，使得电动机输出的功率能满足系统的要求，而不必通过风机的动叶、水泵出口的调节门的节流进行调节，降低了系统的节流损失。

另外，变频器可以改变电动机的无功损耗，改善启动条件，提高功率因素，可以降低无功功率传递而引起的有功损耗，这对节能也是存在一定意义的。

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。

为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。

当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。

风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。

当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

3.1变频器的定义

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因数、过流/过压/过载保护等功能。

3.2变频器的工作原理

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:

电压型、电流型。

我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。

整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

3.3变频器的控制方式

1、非智能控制方式

　　在交流变频器中使用的非智能控制方式有V/f协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。

（1）V/f控制

　　V/f控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。

V/f控制变频器结构非常简单，但是