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1、 本科生畢業(yè)設(shè)計 基于PLC的機械手控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 所 在 學(xué) 院 專業(yè)及班級 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 摘要 本文在了解機械手和PLC控制技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢基礎(chǔ)上,選用四自由度液壓機械手作為控制對象進行研究。 由于液壓機械手具有大功率、

2、易控制和快速性等特點，在工業(yè)各領(lǐng)域得到廣泛的運用。四自由度液壓機械手涉及到了機械設(shè)計、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等綜合知識,是典型的機電液一體化系統(tǒng)。本文在分析機械手工作環(huán)境和要完成的任務(wù)后,選定了機械手的機構(gòu)；在分析機械手各動作后,對液壓部分進行了分析。液壓部分是控制的關(guān)鍵所在，本系統(tǒng)是通過PLC控制電磁閥的電磁鐵,從而實現(xiàn)對機械手各動作的控制。通過分析系統(tǒng)對輸入輸出數(shù)據(jù)釆集的要求,選擇適當(dāng)?shù)腜LC、I/O模塊、信號采集元件壓力變送器、分配PLC輸入輸出地址、設(shè)計控制系統(tǒng)電路和控制柜。 最后,本設(shè)計以四自由度液壓機械手為對象,采用公司生產(chǎn)的西門子PLC和觸摸屏進行控制,用自帶編程軟件STEP 7

3、MicroWIN V4.0 SP3與 Wincc flexible 2008編程實現(xiàn)機身旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手腕轉(zhuǎn)動和手指夾取等自動、半自動和點動動作。 關(guān)鍵詞：機械手； PLC； 觸摸屏； 傳感器；控制； 程序 Abstract This article is based on the understanding of the manipulator and the PLC technology at home and abroad based on the present situation and development

4、trend, selected Four-DOF hydraulic manipulator as the control object to study. As the hydraulic manipulator with, high-power, easy control and fast, etc. Widely used in various industrial fields, Four-DOF hydraulic manipulator Involve Mechanical Design Hydraulic System Control System Is a typical m

5、echanical and electronic integration system This article analyzes the manipulator working environment, and mission to complete, then selected the manipulator, while analysis the manipulator motion, Analysis the hydraulic parts. Hydraulic part is the key to control, this system control the Electromag

6、net of Solenoid valve by the PLC, In order to achieve the movement of the manipulator control. Pressure Transmitter and Grating sensor by Analysis the hydraulic system on the input and output data collection requirements. I/O module, signal acquisition components pressure transmitter, PLC I/O addres

7、s distribution, design control system circuit and the control cabinet. Finally, the subject is an object with four degrees of freedom hydraulic manipulator, the company production of Siemens PLC and touch screen control, with their own programming software STEP 7 MicroWIN V4.0 SP3 and Wincc flexibl

8、e 2008 programming implementation body rotation, telescopic arm, wrist and fingers point such as automatic, semiautomatic and motion. Key words: manipulator; PLC; Touch screen. The sensor; Control; The program 目錄 第一章緒論 1 1.1課題研究背景及意義 1 1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 3 1.2.2 PLC控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 5 1.3 P

9、LC的選擇 9 第二章機械手機構(gòu)與液壓系統(tǒng)分析 10 2.1機械手工作環(huán)境分析 10 2.2機械手機構(gòu)分析 10 2.3機械手液壓系統(tǒng)分析 11 2.4機械手設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 12 2.4本章小結(jié) 13 第三章機械手控制系統(tǒng)設(shè)計 14 3.1機械手動作分析 14 3.1.1機械手運動參數(shù)分析 14 3.1.2機械手控制方式分析 14 3.2儀器選型 16 3.2.1可編程控制器簡要介紹 16 3.2.2本系統(tǒng)PLC的選型 19 3.3PLC控制電路的設(shè)計 27 3.4本章小結(jié) 28 第四章PLC控制系統(tǒng)程序的設(shè)計 29 4.1總程序的設(shè)計 29 4.2

10、回原點程序的設(shè)計 29 4.3點動程序的設(shè)計 31 4.4自動程序的設(shè)計 34 4.5觸摸屏程序的設(shè)計 35 4.6本章小結(jié) 37 第五章 程序調(diào)試與功能實現(xiàn) 38 5.1西門子S7-200的通訊 38 5.2 PLC通信 39 第六章 總結(jié)與展望 41 6.1總結(jié) 41 6.2展望 41 致謝 42 參考文獻 43 附錄 44 58 第一章緒論 1.1課題研究背景及意義 工業(yè)機械手(以下簡稱機械手)是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù),已經(jīng)成為現(xiàn)代制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。機械手的迅速發(fā)展是

11、由于它具有的積極作用正日益為人們所認(rèn)識:其一,它能部分地代替人工操作;其二,它能按照生產(chǎn)工藝的要求,遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送和卸載;其三,它能操作必要的機具進行焊接和裝配。 因此,它能大大地改善工人的勞動條件,顯著地提高勞動生產(chǎn)率,加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因而,機械手受到各先進工業(yè)國家的重視,并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用,尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染性的場所,應(yīng)用更為廣泛。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,機械手在世界范圍內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。因而對機械手的控制要求也越來越高,若用傳統(tǒng)的繼電器控制方案進行控制,勢必造成系統(tǒng)元件多,接線繁雜、

12、穩(wěn)定性差、故障率高,給工業(yè)生產(chǎn)帶來很多不便。針對這些問題如果采用性能價格比高的可編程序控制器PLC (基于PLC的優(yōu)點在下一節(jié)有闡述)設(shè)計其控制系統(tǒng),可使該系統(tǒng)的運行可靠性高、故障率低、維修方便,取得良好的工作效果⑴。 Programmable Logical Controller簡稱為PLC。但近年來,PLC米用微處理器作為中央處理單元,不僅有邏輯控制功能,還有算術(shù)運算、模擬量處理甚至通信聯(lián)網(wǎng)功能,正確應(yīng)稱為PC,但為了與個人計算機有所區(qū)別,仍稱其為PLC[2]。 工作原理如圖1-1所示。 圖1-1PLC控制系統(tǒng)示意圖 PLC有以下幾大優(yōu)點: (一)靈活、通用 控制功能改變,

13、只要改變軟件及少量的線路即可實現(xiàn)。 (二）可靠性高、抗干擾能力強 硬件方面:采用微電子技術(shù) 關(guān)動作由無觸點的半導(dǎo)體電路及大規(guī)模集成電路完成,CPU與輸入輸出之間,采用光電隔離措施,隔離了它們之間電的聯(lián)系。 軟件方面:有自身的監(jiān)控程序,對強干擾信號、欠電壓等外界環(huán)境定期檢查,有故障時,存現(xiàn)狀態(tài)到存儲器,并對其封閉以保護信息;監(jiān)視定時器WTD,檢查程序循環(huán)狀態(tài),超出循環(huán)時間時報警;對程序進行校驗,程序有錯誤時輸出報警信息并停止執(zhí)行。 (三)使用簡單 采用自然語言——梯形圖語言編程方式,編程容易,更改方便。輸入輸出接口可以與各種開關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、電磁閥連接,接線簡單。 (四)

14、功能強、體積小 縱向——PLC不僅可能完成各種條件控制,還能完成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換并進行數(shù)字運算,可以完成對模擬量的控制;橫向——可以控制一臺至幾臺設(shè)備,還可實現(xiàn)遠距離控制;重量輕,體積小,便于安裝。 本課題采用可編程控制器PLC和觸摸屏實現(xiàn)機械手液壓系統(tǒng)運行過程的手動、半自動和全自動控制,可使控制過程精確可靠,減少了手動工作量,操作過程更加清晰明確,具有重要意義。 1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1機械手的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 機械手主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。 1、執(zhí)行機構(gòu)包括手部、手腕、手臂和立柱等部件,有的還增設(shè)行走機構(gòu)。 (1)手部即與物件

15、接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同,可分為夾持式和吸附式手部。 (2)手腕是聯(lián)接手部和手臂的部件,其調(diào)整或改變工件方位的作用。 (3)手臂支承手腕和手部的部件,用以改變工件的空間位置。 (4)立柱是支承手臂的部件,立柱也可以是手臂的一部分,手臂的回轉(zhuǎn)運動和升降(或俯仰)運動均與立柱有密切的聯(lián)系。 (5)行走機構(gòu)機械手為了完成遠距離的操作和擴大使用范圍,可以增設(shè)滾輪行走機構(gòu)。滾輪式行走機構(gòu)可分為有軌的或是無軌的兩種。 (6)機座它是機械手的基礎(chǔ)部分,機械手執(zhí)行機構(gòu)的各部件和驅(qū)動系統(tǒng)均安裝于基座上,故起

16、支承和聯(lián)接的作用。 2、驅(qū)動系統(tǒng) 機械手的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置。常用的有液壓傳動、氣壓傳動、電力傳動和機械傳動等四種形式。 (1)液壓傳動是以油液的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。其主要特點是:抓重可達幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格,不然有的泄漏對機械手的工作性能有很大的影響,且不宜在高溫、低溫下工作。 (2)氣壓傳動是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動。其主要特點是介質(zhì)來源極方便、氣動動作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但是,由于空氣具有可壓縮的特性,工作速度的穩(wěn)定性差,而且氣源壓力較低,適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。 (3)機械

17、傳動即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動。其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠、動作頻率高,但結(jié)構(gòu)較大,動作程序不可變。它常被用于為工作主機的上、下料。 (4)電力傳動即由特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動,因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu),故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機械手的運動速度快和行程長,維護和使用方便。此類機械手目前還不多,但有發(fā)展前途。 3、控制系統(tǒng) 有電氣控制和射流控制兩種,一般常見的為電氣控制。它是機械手的重要組成部分,它支配著機械手按規(guī)定的程序運動,并記憶人們給與機械手的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速

18、度及時間),同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令,必要時可對機械手的動作進行監(jiān)視,當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。 4、位置檢測裝置 控制機械手執(zhí)行機構(gòu)的運動位置,并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng),并與設(shè)定的位置進行比較,然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整,從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的進度達到設(shè)定位置。 5、機械手的發(fā)展趨勢 機械手目前多數(shù)應(yīng)用于機床、模鍛壓力機的上下料,以及點輝、噴漆等作業(yè),它可按事先制訂的程序完成操作,但普通不具備傳感反饋能力,不能應(yīng)付外界的變化。如發(fā)生某些偏離時,將引起零件甚至機械手本身的損壞。 目前工業(yè)機械手的應(yīng)用逐步擴大,技術(shù)性能在不斷提高。由于發(fā)展時間

19、較短,人們對它有一個逐步認(rèn)識的過程,機械手在技術(shù)上還有一個逐步完善的過程: (1)擴大機械手在熱加工行業(yè)上的應(yīng)用目前國內(nèi)機械手應(yīng)用在機械工業(yè)冷加工作業(yè)中的較多,而在鑄、鍛、燥、熱處理等熱加工以及裝配作業(yè)等方面的應(yīng)用較少。因熱加工作業(yè)的物件重、形狀復(fù)雜、環(huán)境溫度高等,給機械手的設(shè)計、制造帶來不少困難,這就需要解決技術(shù)上的難點,使機械手更好地為熱加工作業(yè)服務(wù)。同時,在其它行業(yè)和工業(yè)部門,也將隨著工業(yè)技術(shù)水平的不斷提高,而逐步擴大機械手的使用。 (2)提高工業(yè)機械手的工作性能 機械手工作性能的優(yōu)劣,決定著它能否正常地應(yīng)用于生產(chǎn)中。機械手工作性能中的重復(fù)定位精度和工作速度兩個指標(biāo),是決定機械手能

20、否保質(zhì)保量地完成操作任務(wù)的關(guān)鍵因素。因此要解決好機械手的工作平穩(wěn)性和快速性的要求,除了從解決緩沖定位措施入手外,還應(yīng)發(fā)展?jié)M足機械手性能要求價格低廉的電液伺服閥,將伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用于機械手上。 (3)發(fā)展組合式機械手 從機械手本身的特點來說,可變程序的機械手更適應(yīng)產(chǎn)品改型、設(shè)備更新,多品種小批量的要求,但是它的成本高,專用機械手價格低廉,但適用范圍又受到限制。因此,對一些特殊用途的場合,就需要專門設(shè)計、專門加工,這樣就提高了產(chǎn)品成本。為了適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域分門別類的要求,可將機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計成可以組合的型式。組合式機械手是將一些通用部件(如手臂伸縮部件,升降部件、回轉(zhuǎn)部件和腕部回轉(zhuǎn)、俯仰部份等)根

21、據(jù)作業(yè)的要求,選擇必要的能完成預(yù)定機能的單元部件,以機座為基礎(chǔ)進行組合,配上與其相適應(yīng)的控制部分,即成為能完成特殊要求的機械手。它可以簡化結(jié)構(gòu),兼顧了使用上的專用性和設(shè)計上的通用性,便于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計和組織專業(yè)化生產(chǎn),有利于提高機械手的質(zhì)量和降低造價,是一種有發(fā)展前途的機械手。 (4)研制具有“視覺”和“觸覺”的所謂“智能機器人”對于需用人工進行靈巧操作及需要進行判斷的工作場合,工業(yè)機械手很難代替人的勞動。如在工作過程中出現(xiàn)事故、障礙和情況變化等,機械手不能自動分辨糾正,而只能停機,待人們排除意外事故后才能繼續(xù)工作。因此,人們對機械手提出了更高的要求,希望使其具有“視覺”、“觸覺”等功能

22、,使之對物件進行判斷、選擇,能連續(xù)調(diào)節(jié)以適應(yīng)變化的條件,并能進行“手、腳”協(xié)調(diào)動作。這就需要一個能處理大量信息的計算機,要求人與機器“對話”進行信息交流。 這種帶“視覺"、觸覺”反饋的,由計算機控制的,具有人的部分“智能”的機械裝置稱為“智能機器人”。所謂“智能”是包括識別、學(xué)習(xí)、記憶、分析判斷的功能。而識別功能是通過“視覺”、“觸覺”和“聽覺”等感覺“器官”認(rèn)識對象的。 具有感覺功能的機器人,其工作性能是比較完善的,能夠準(zhǔn)確地夾持任意方位的物件,判斷物件重量,越過障礙物進行工作,自動測出夾緊力大小,并能自動調(diào)節(jié),適用于從事復(fù)雜、精密的操作,如裝配作業(yè)等,它有著一定的發(fā)展前途。 智能機器

23、人是一種新興的技術(shù),對它的研究將涉及到電子技術(shù)、控制論、通訊技術(shù)、電視技術(shù)、空間機構(gòu)和仿生機械學(xué)等學(xué)科。它是當(dāng)代自動控制技術(shù)的一個新興的領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,智能機器人將會代替人做更多的工作。 為此,機械手發(fā)展趨勢是大力研制具有某種智能的機械手,設(shè)它擁有一定的傳感能力,能反饋外界條件的變化作相應(yīng)的變更,如位置發(fā)生稍些偏差時即能更正,并自行檢測。重點是研究“感覺”功能,將機械手和柔性制造系統(tǒng)和柔性制造單元相結(jié)合,從而根本改變目前的機械制造系統(tǒng)的人工操作狀態(tài)。 1.2.2 PLC控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1、PLC的運用現(xiàn)狀 (1)在制造工業(yè)和過程工業(yè)中,大量的開關(guān)量順序控制,它按

24、照邏輯條件進行順序動作,并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)釆集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM(通用汽車)公司提出取代繼電氣控制裝置的要求,第二年,美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置,使得電氣控制功能實現(xiàn)的程序化,這就是第一代可編程序控制器,英文名字叫Programmable Controller (PC)。 (2)隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)生,PC的功能越來越強大,其概念和內(nèi)涵也不斷擴展。 (3)上世紀(jì)80年代,個人計算機發(fā)展起來,也簡稱為PC,為了方便,也為了反映或可編程控制器的功能特點,美國A-B公司將可

25、編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器Programmable Logic Controller (PLC),并將“PLC”作為其產(chǎn)品的注冊商標(biāo)。現(xiàn)在,仍常常將PLC簡稱PC。 (4)上世紀(jì)80年代至90年代中期,是PLC發(fā)展最快的時期,年增長率一直保持為30～40%。在這時期,PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高,PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域,在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 (5)目前我國PLC生產(chǎn)廠約30家,但沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品,還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產(chǎn)。雖然我國在PLC生產(chǎn)方面非常弱

26、,但在PLC應(yīng)用方面,我國是很活躍的,近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品,年銷售額數(shù)十億人民幣,應(yīng)用的行業(yè)也很廣。在我國應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中,I/O 64點以下PLC銷售額占整個PLC的47%,64點~256點的占31%,合計占整個PLC銷售額的78%。 在我國應(yīng)用的PLC,幾乎涵蓋了世界所有的品牌,呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài)勢,但從行業(yè)上分,有各自的勢力范圍。大中型集控系統(tǒng)采用歐美PLC居多,小型控制系統(tǒng)、機床、設(shè)備單體自動化及OEM產(chǎn)品采用R本的PLC居多。歐美PLC在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢,而日本PLC在靈活性和價位方面占優(yōu)勢。 (6)近年,工業(yè)計算機技術(shù)(IPC)和現(xiàn)場總線技術(shù)(FCS)發(fā)

27、展迅速,擠占了一部分PLC市場,PLC增長速度出現(xiàn)漸緩的趨勢,但其在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位,在可預(yù)見的將來,是無法取代的。 目前,國外具有代表性的先進的PLC生產(chǎn)產(chǎn)家及其主要產(chǎn)品如表所示: 表1-1先進PLC廠家及主要產(chǎn)品 產(chǎn)家名稱 主要產(chǎn)品 西門子公司 SIMATIC S7-400/300/200 系列 三菱 FX2N/1N/1S、QnA 、Q系列 歐姆龍 CPM1A/2A、CQM1H、C200HX/HG/HE 及 SYSMAS CJ 系列 松下 FPQ/1/2/3/E系列 通用電氣公司 GE-I、GE-Ⅲ、GE-V系列 羅克韋爾(A-B)公司

28、 SLC、MicroLogix、CompactLogix 北京機械工業(yè)自動化研究所 MPC-00l/20、KB-20/40系列 2、PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在,雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的DCS和FCS控制系統(tǒng),從長遠看,PLC控制終將也會被先進的FCS控制所取代,但是,在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi),基于以下原因PLC還會與DCS和FCS共存: (1)現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展,但這是否就意味著要將現(xiàn)有的控制系統(tǒng)推倒重來呢?答案是否定的。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的PLC控制系統(tǒng)已經(jīng)成型,如果要完全推翻再建立新的DCS或FCS控制系統(tǒng),需要更大的資金投入

29、,將造成很大的浪費。 (2)基于以上市場需求,許多軟件廠商(例如:華富惠通軟件公司)正在考慮如何利用企業(yè)已經(jīng)成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級網(wǎng)絡(luò),開發(fā)控制系統(tǒng)軟件,幫助企業(yè)實現(xiàn)工廠自動化、信息化,為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。 (3) PLC的功能增強、結(jié)構(gòu)優(yōu)化,I/O模塊趨向分散化、智能化,編程工具和編程語言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級化。 (4) PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強,能向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。 (5)現(xiàn)在的PLC系統(tǒng)與DCS技術(shù)、現(xiàn)場總線I/O技術(shù)相結(jié)合,使其結(jié)構(gòu) 放、擴展方便、技術(shù)先進、價格低廉。由以上分析可以預(yù)見,未來PLC將朝著多功能化、集成化、智能

30、化、標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方向發(fā)展,故PLC雖然面臨其它自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn),但同時也在吸收它們的優(yōu)點,互相融合,不斷創(chuàng)新,在今后一段時間內(nèi)將與其它先進控制方式并存,共同發(fā)展。 PLC發(fā)展至今已有幾十年的歷史,隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天覆地的變化,PLC亦在不斷的發(fā)展,正朝著新的技術(shù)發(fā)展。 一是PLC網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展,其中有兩個趨勢:一方面,PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng),而是迅速向 放式系統(tǒng)發(fā)展,各大品牌PLC除外形成自己各具特色的PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),完成設(shè)備控制任務(wù)之外,還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)信息交流,成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分;

31、另一方面,現(xiàn)場總線技術(shù)得到廣泛的釆用,PLC與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設(shè)備,比如智能儀表、傳感器、智能型電磁閥、智能型驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)等,通過一根傳輸介質(zhì)(比如雙絞線、同軸電纜、光纜)鏈接起來,并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息,由此構(gòu)成一個現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò),這種網(wǎng)絡(luò)與單純的PLC遠程網(wǎng)絡(luò)相比,配置更靈活,擴展更方便,造價更低,性能價格比更好,也更具 放意義。 二是PLC向高性能小型化方向發(fā)展,PLC的功能If.越來越豐富,而體積則越來越小。比如三菱的FX-IS系列PLC,最小的機種,體積僅為60x90x75mm,相當(dāng)于一個繼電器,但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運算等能力,還具有可調(diào)電位

32、器時間設(shè)定功能。PLC已不再是早期那種只能進行開關(guān)量邏輯運算的產(chǎn)品了,而是具有越來越強的模擬量處理能力,以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力,如浮點數(shù)運算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進驅(qū)動、報表統(tǒng)計等。從這種意義上說,PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別越來越小了,用PLC同樣可以構(gòu)成一個過程控制系統(tǒng)。 三是PLC操作向簡易化方向發(fā)展。目前PLC推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步,而且不同廠商PLC所有編程的語言也不盡相同,用戶往往需要掌握更多種編程語言,難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程

33、序設(shè)計中的難點,用普通的方法對它們編程時,需要熟悉有關(guān)的特殊存儲器的意義,在編程時對它們賦值,運行時通過訪問它們來實現(xiàn)對應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān),編程的過程既繁瑣又容易出錯,阻礙了 PLC的進一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡化對復(fù)雜任務(wù)的編程,在這一點上西門子就充當(dāng)了先行者,西門子S7-200的編程軟件設(shè)計了大量的編程向?qū)?只需要在對話框中輸入一些參數(shù),就可以自動生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序,大大方便了用戶的使用。 圖1-2機械手控制系統(tǒng)框圖 1.3 PLC的選擇 本次畢業(yè)設(shè)計要研究內(nèi)容是針對實際生產(chǎn)中用到的工業(yè)機械手,其整體控制系統(tǒng)框圖如圖1-2所示,使用可編程

34、控制器PLC和觸摸屏進行控制,實現(xiàn)運行過程的手動、半自動和全自動控制。 主要研究內(nèi)容如下: 1、機械手運動機構(gòu)和液壓系統(tǒng)分析。 2、PLC控制系統(tǒng)各個模塊的選用和電路設(shè)計。如下表1-2所列。 表1-2 PLC控制系統(tǒng)各模塊 1 西門子S7-200PLC 4 觸摸屏（Smart 700 IE） 2 擴展模塊（EN231） 5 供電電路單元 3 壓力傳感器（PT210B） 6 相關(guān)控制柜單元與開關(guān) 3、繪制PLC控制系統(tǒng)整體電路圖。 4、編制觸摸屏和PLC控制程序。 第二章機械手機構(gòu)與液壓系統(tǒng)分析 2.1機械

35、手工作環(huán)境分析 本機械手運用于鍛造車間流水作業(yè)生產(chǎn)線上如圖,處于高溫、危險的環(huán)境當(dāng)中。機械手把高溫的大型棒料傳送到即將進行鍛造的傳送帶上。 基于上述分析,機械手要求在高溫、承受重載荷的條件下,能實現(xiàn)對棒料的快速,準(zhǔn)確地搬運。這樣就代替了人工的操作,大大地改善工人的勞動條件,顯著地提高勞動生產(chǎn)率。 圖2-1機械手樣機圖 2.2機械手機構(gòu)分析 工作環(huán)境也自然影響到一臺機械手的機構(gòu)。此臺機械手(圖2-2為示意圖)由手部、手腕、手臂、立柱、支撐機構(gòu)以及驅(qū)動和控制系統(tǒng)組成。 圖2-2機械手示意圖 課題以四自由度液壓機械手為對象,采用可編程控制器(PLC)和觸摸屏進行控制,實現(xiàn)機

36、身升降、機身旋轉(zhuǎn)、手臂伸縮、手腕旋轉(zhuǎn)、和手指夾取,如圖所示,其中1為沿立柱作上下移動;2為手臂左右轉(zhuǎn)運動;3為沿水平方向作伸縮運動柱;4為手指的夾緊、放松運動。 2.3機械手液壓系統(tǒng)分析 本臺機械手采用液壓驅(qū)動,機械手臂升降、收縮和手指夾緊執(zhí)行元件采用液壓缸,手臂旋轉(zhuǎn)采用液壓馬達[6]。 液壓換向回路用三位四通閥控制;手臂伸縮設(shè)置有緩沖功能,用兩位兩通閥進行控制;手指的夾緊和放松用一個兩位三通閥進行控制;液壓系統(tǒng)的卸荷用兩位兩通閥進行控制。如圖2-3所示: 圖2-3液壓系統(tǒng)原理圖 2.4機械手設(shè)計時應(yīng)考慮的幾個問題 1、應(yīng)具有足夠的夾緊力 在確定手指的握力時,除考慮工件重量外

37、,還應(yīng)考慮在傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動,以保證工件不致產(chǎn)生松動或脫落。 2、手指間應(yīng)具有一定的開閉角 兩手指張開與閉合的兩個極限位置所夾的角度稱為手指的 閉角。手指的閉角應(yīng)保證工件能順利進入或脫 。若夾持不同直徑的工件,應(yīng)按最大直徑的工件考慮。對于移動型手指只有 閉幅度的要求。 3、應(yīng)保證工件準(zhǔn)確定位 為使手指和被夾持工件保持準(zhǔn)確的相對位置,必須根據(jù)被抓取工件的形狀,選擇相應(yīng)形狀的手指。例如圓柱形工件釆用帶“V”形面的手指,以便自動定心。 4、應(yīng)具有足夠的剛度和強度 手指除受到被夾持工件的反作用力外,還受到機械手在運動過程中所產(chǎn)生的慣性力和振動的影響,要求有足夠的強度和剛

38、度以防折斷或彎曲變形,但應(yīng)盡量使結(jié)構(gòu)簡單緊湊,自重輕,并使手部的重心在手腕的回轉(zhuǎn)軸線上,使手腕的扭轉(zhuǎn)力矩最小為佳。 5、應(yīng)考慮被抓取對象的要求 (1)抓取形狀手指形狀應(yīng)根據(jù)工件形狀而設(shè)計。如工件為圓柱形,則采用V形手指,圓球狀工件用圓弧形三指手指,方料用平面形手指,細絲工件用尖指勾形或細齒鉗爪手指。總之應(yīng)根據(jù)工件形狀來選定手指形狀。 (2)抓取部位的尺寸盡可能是不變的,若加工后尺寸有變化,手指應(yīng)能適應(yīng)尺寸變化的要求,否則不允許定為抓取部位。對于工件表面質(zhì)量要求高的,抓取時盡量避開高質(zhì)量表面或在手指上加軟質(zhì)墊片(如泡沫塑料、橡皮、石棉襯墊等)以防夾持時損壞工件。 (3)抓取數(shù)量若用一對手

39、指抓取多個工件,為了不發(fā)生個別工件的松動或脫 落現(xiàn)象,在手指上可增加彈性襯墊，如橡皮、泡沫塑料等,對于較長工件可采用雙指或多指抓取。 6、應(yīng)考慮手指的多用性 手指是專用性較強的部件,為適應(yīng)小批量多品種工件的不同形狀和尺寸的要求,可制成組合式的手指。對于這種手指要求結(jié)構(gòu)簡單,安裝維修方便,更換方便。 2.4本章小結(jié) 本章主要對機械手機構(gòu)與液壓系統(tǒng)進行分析，就機械手運行環(huán)境與結(jié)構(gòu)所需要滿足的要求一一列舉，并且對液壓控制系統(tǒng)進行設(shè)計。 第三章機械手控制系統(tǒng)設(shè)計 3.1機械手動作分析 3.1.1機械手運動參數(shù)分

40、析 1、抓重:抓取工件為灰鑄鐵,最大重量為30 kg; 形狀為圓柱體(R=70mm),表面粗糙度Ra=6.3; 2、最大工作半徑:1600mm; 3、手臂運動參數(shù); 手臂最大中心高:900rrirn; 伸縮行程:800mm ;伸縮速度:小于200inrn/s; 升降行程:300mm ;升降速度:小于60mm/s; 擺動范圍:0～210 ;擺動速度:小于70 /S; 4、定位精度:-3mm～+3mm; 5、驅(qū)動方式:液壓(中、低壓系統(tǒng)); 6、手指夾持范圍:50～100mm。 3.1.2機械手控制方式分析 1、液壓系統(tǒng)電磁閥動作順序安排 對各電磁閥進行相應(yīng)的控

41、制從而實現(xiàn)對機械手動作的控制如表2-1: 表3-1電磁鐵動作順序表 1DT 2DT 3DT 4DT 5DT 6DT 7DT 8DT 9DT 上 升 + 右 擺 + 伸 出 + 伸出緩沖 + + 夾 緊 + 縮 回 + 縮進緩沖 + + 左 擺 + 下 降 +

42、 卸 荷 + 2、動作方式圖如3-1所示: 圖3-1機械手動作方式圖 機械手的控制方式分為三大部分,1)回原點控制;2)點動控制;3)自動控制,其中自動包括半自動和全自動 (1)回原點控制:每次開機要進行原點搜索,若檢測到不是原點,則由選擇開關(guān)選擇點動操作,手動回原點,并有回原點到位顯示。 (2)點動(手動)控制:由操作面板上的選擇手動控制,再由面板上的按鈕分別控制手動控制機械手的十個動作,如圖3-2所示。每個動作都有狀態(tài)顯示,以直觀的顯示出各個動作,在動作過程中有位移和壓力傳感器進行檢測,并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中顯示運動數(shù)據(jù)。 圖3

43、-2機械手點動方式圖 (3)自動控制: a、半自動控制:由操作面板上的選擇開關(guān)選擇半自動控制,機器在原位時,按起動按鈕,自動的完成一個周期的操作,操作完后機器又停在原位上。若在執(zhí)行過程中,按下停止按鈕,則機器停留該步工序上。再按下啟動按鈕,則又從該步工序繼續(xù)工作,最后仍自動地停在原位上,動作過程中有各個動作的狀態(tài)顯示燈和進行位移、壓力檢測,并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中顯示數(shù)據(jù)。 b、全自動控制:由操作面板上的選擇 關(guān)選擇自動控制方式,機器在原位時,按下起動按鈕,機器就連續(xù)周期地重復(fù)進行各步序工作。直到按下停止按鈕,機器執(zhí)行完最后一個工作周期返回原位,然后停機。動作過程中同樣有各個動作的狀態(tài)顯示

44、燈和進行位移、壓力檢測,并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中顯示數(shù)據(jù)。 圖3-3機械手自動方式圖 b、全自動控制:由操作面板上的選擇自動控制方式,機器在原位時,按下起動按鈕,機器就連續(xù)周期地重復(fù)進行各步序工作。直到按下停止按鈕,機器執(zhí)行完最后一個工作周期返回原位,然后停機。動作過程中同樣有各個動作的狀態(tài)顯示燈和進行位移、壓力檢測,并在觸摸屏相應(yīng)的畫面中顯示數(shù)據(jù)。 3.2儀器選型 3.2.1可編程控制器簡要介紹 1、可編程控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程控制器的主要由CPU單元、輸入單元、輸出單元、擴展單元和編程器組成等組成,如下圖3-4所示: 圖3-4 PLC控制系統(tǒng)示意圖 (1)CPU模塊

45、 CPU是PLC的大腦。起著指揮的作用，其主要功能是： a、編程時接受并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并能進行修改或更新。 b、 以掃描方式接受現(xiàn)場輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并存入輸入狀態(tài)表（即輸入繼電器）和數(shù)據(jù)寄存器所謂輸入影像寄存器。 c、 從存儲器中逐條讀出用戶程序，經(jīng)解讀用戶邏輯，完成用戶程序中規(guī)定的各種任務(wù)，更新輸出映像寄存器的內(nèi)容。 d、根據(jù)輸出所存電路的有關(guān)內(nèi)容實現(xiàn)輸出控制。 e、執(zhí)行各種診斷程序 目前，PLC中的CPU主要采用單片機，如Z80A 8051 8039 AMD2900等，小型PLC大多數(shù)采用8為單片機，中型PLC大多數(shù)采用16位甚至32位單片機。 (

46、2)存儲器 PLC內(nèi)部存儲器用來存放PLC的系統(tǒng)程序，用戶程序和邏輯變量及數(shù)據(jù)信息。存儲器分為只讀存儲（ROM）和隨機存儲器（RAM）兩大類。ROM的內(nèi)容雜使用時只能讀出不能寫入，它的寫入需要使用特殊 的 方法和設(shè)備，一旦寫入即使掉電也不會消失，稱為固化。ROM主要存放監(jiān)控程序及已調(diào)試好的用戶程序。RAM的內(nèi)容可以隨時由CPU對它進行讀取，寫入，任意修改，但掉電后，信息丟失。用戶程序是使用者為PLC完成某一具體控制任務(wù)編寫的應(yīng)用程序，用戶程序在設(shè)計和調(diào)試過程中要經(jīng)常進行讀寫操作，為了便于調(diào)試、修改、擴充、完成，用戶程序一般使用RAM存儲。 RAM中的內(nèi)容在掉電后要消失，所以PLC對

47、RAM提供備用鋰電池，一般鋰電池使用期為3－5年左右。 如果調(diào)試通過的用戶程序要長期使用，可用專用EPROM寫入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。 (3)輸入和輸出 輸入(Input)模塊和輸出(Output)模塊簡稱為I/O模塊,它們是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳,是聯(lián)系外部現(xiàn)場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用接收和釆集輸入信號,輸入信號有兩類:一類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字拔碼開關(guān)、限位 關(guān)、接近 關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等 關(guān)量輸入信號;另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入/輸出信號電壓一般較高,如直流24V和交流22

48、0V。從外部引入的尖銳電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件,或使用權(quán)可編程控制器不能正常工作。在I/O模塊中,用光電稱合器,光電可控娃、小型繼電器等器件來隔離外部輸入電路和負(fù)載,I/O模塊除了傳遞信號外,還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。 (4)編程器 編程器除了用來輸入和編輯用戶程序外,還可以用來監(jiān)視可編程控制器運行中各種編程元件的工作狀態(tài)。 編程器可以永久地連接在可編程控制器上,將編程器取下來后系統(tǒng)也可以運行。一般只在程序邏輯輸入、調(diào)試和檢修時使用編程器,一臺編程器可供多臺可編程控制器公用。 (5)電源 可編程控制器使用220V交流電源或24V直流電源?？删幊炭刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電

49、源為各模塊內(nèi)的電路供電,某些可編程控制器可以為輸入電路和外部電子檢測裝置(如接近開關(guān))提供24V直流電源,驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的直流電源一般由用戶提供。 (6)觸摸屏 觸摸屏是顯示器和觸摸 關(guān)一體型的可編程終端,簡稱PT,是新一代高科技人機界面產(chǎn)品。專為PLC應(yīng)用而設(shè)計的觸摸屏集主機、輸入輸出設(shè)備于一體,適合在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用(防護等級達IP65),用它作為人機界面,具有交互性好、可靠性高、編程簡單以及與PLC連接簡便等優(yōu)點。 2.可編程控制器的工作過程 可分以下三個階段,如下所述: (1)輸入處理 程序執(zhí)行前,可編程控制器的全部輸入端子的通/斷狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。在程序執(zhí)行中

50、,即使輸入狀態(tài)變化,輸入映像寄存器的內(nèi)容也不變。直到下一掃描周期的輸入處理階段才讀入這變化。另外,輸入觸點從通(ON) 斷(OFF)或從斷(OFF) 4通(ON)變化到處于確定狀態(tài)止,輸入濾波器還有一響應(yīng)延遲時間(約10ms)。 (2)程序處理 對應(yīng)用戶程序存儲器所存的指令,從輸入映像寄存器和其它軟元件的映像寄存器中將有關(guān)軟元件的通/斷狀態(tài)讀出,從0步開始順序運算,每次結(jié)果都寫入有關(guān)的映像寄存器,因此,各軟元件(X除外)的映像寄存器的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行在不斷變化。 輸出繼電器的內(nèi)部觸點的動作由輸出映像寄存器的內(nèi)容決定。 (3)輸出處理 全部指令執(zhí)行完畢,將輸出映象寄存器的通/斷

51、狀態(tài)向輸出鎖存寄存器傳 送,成為可編程控制器的實際輸出。 可編程控制器的外部輸出觸點對輸出軟元件的動作有一個響應(yīng)時間,即要有一個延遲才動作。 工作過程示意圖如下: 圖3-5 工作過程 3.2.2本系統(tǒng)PLC的選型 在本系統(tǒng)中,輸入開光用觸摸屏代替,輸出控制電磁閥點數(shù)為9點,輸出地址分配表如圖且為繼電器輸出。需要對機械手動作的位移、夾緊社的油壓壓力進行檢測,涉及到數(shù)字量和模擬量的輸入?？紤]預(yù)留一定的I/O余量及PLC硬件資源充分利用的要求,根據(jù)輸入輸出控制要求的分析[8],本設(shè)計選用西門子公司生產(chǎn)的SIMATIC S7-200型的可編程控制器。選用EM231型的模擬量擴展模塊

52、。各模塊分析完成后,可以搭建PLC控制系統(tǒng)框架圖,如圖3-5所示。 圖3-6 PLC控制系統(tǒng)框架 1、各模塊簡要介紹: (1)西門子S7-200PLC系列 S7-200 CN 系列PLC 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 S7-200 CN 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200 CN 系列具有極高的性能/價格比。 S7-200 CN 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： ? 極高的可靠性 ? 極豐富的指令集 ? 易于掌握 ? 便捷的操作 ? 豐富的內(nèi)置集成功能 ? 實時特性 ? 強勁的通訊能力 ?

53、豐富的擴展模塊 S7-200 CN 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如： ? 沖壓機床 ? 磨床 ? 印刷機械 ? 橡膠化工機械 ? 中央空調(diào) ? 電梯控制 ? 運動系統(tǒng) S7-200 CN 系列PLC 可提供4個不同的基本型號的8種CPU 供您使用。 CPU 221型 本機集成6 輸入/4 輸出共10 個數(shù)字量I/O 點。無I/O 擴展能力。6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個

54、獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出。1個RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。 CPU 222 型 本機集成8 輸入/6 輸出共14個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接2 個擴展模塊，最大擴展至78 路數(shù)字量I/O 點或10 路模擬量I/O 點。6K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。1個RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。是具有擴展能力的、適應(yīng)性更廣泛的全功

55、能控制器。 CPU 224 型 本機集成14 輸入/10 輸出共24 個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7 個擴展模塊，最大擴展至168 路數(shù)字量I/O 點或35 路模擬量I/O 點。16K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。1個RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O 端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強控制能力的控制器。 CPU 224XP 型 本機集成14 輸入/10 輸出共24個數(shù)字量I/O 點，2 輸入/1 輸出共3個模擬量I/O點，可連接7個擴展模塊，

56、最大擴展至168 路數(shù)字量I/O 點或 38 路模擬量I/O點。22K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的高速計數(shù)器(100KHz)，2個100KHz的高速脈沖輸出，2個RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。本機還新增多種功能，如內(nèi)置模擬量I/O，位控特性，自整定PID 功能，線性斜坡脈沖指令，診斷LED，數(shù)據(jù)記錄及配方功能等。是具有模擬量I/O 和強大控制能力的新型CPU。 CPU 226 型 本機集成24 輸入/16 輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248 路數(shù)字量I/O 點或35 路模擬量I/O 點。26K 字

57、節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz 高速計數(shù)器，2 路獨立的20kHz 高速脈沖輸出，具有PID 控制器。2個RS485 通訊/編程口，具有PPI 通訊協(xié)議、MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些4 復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 本次選擇西門子S7-200系列PLC CPU226 CPU 226 CN：功能最強的單元，可完全滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。 圖3-8 CPU226CN CPU226基本參數(shù) 表3-

58、2 物理特性 尺寸 (WHD) 重量 功耗 1968062 mm 660 g 17 W 存儲器特性 程序存儲器 在線程序編輯時 非在線程序編輯時 數(shù)據(jù)存儲器 裝備(超級電容) (可選電池) 16384 bytes 24576 bytes 10240 bytes 100 小時/典型值(40C 時最少70 小時) 200 天/典型值 I/O 特性 本機數(shù)字量輸入 本機數(shù)字量輸出 本機模擬量輸入 本機模擬量輸出 數(shù)字I/O 映象區(qū) 模擬I/O 映象區(qū) 允許最大的擴展I/O 模塊 允許最大的智能模塊 脈沖捕捉輸入 高速計數(shù)器

59、 總數(shù) 單相計數(shù)器 兩相計數(shù)器 脈沖輸出 24 輸入 16 輸出 無 無 256 (128 輸入/128 輸出) 64(32 輸入/32 輸出) 7個模塊 7個模塊 24 6 個 6，每個30kHz 4，每個20kHz 2個20kHz(僅限于DC 輸出) 常規(guī)特性 定時器總數(shù) 1ms 10ms 100ms 計數(shù)器總數(shù) 內(nèi)部存儲器位掉電保持 時間中斷 邊沿中斷 模擬電位器 布爾量運算執(zhí)行時間 時鐘 卡件選項 256 個 4 個 16 個 236 個 256(由超級電容或電池備份) 256(由超級電容或電池備份)

60、112(存儲在EEPROM) 2個1ms 分辨率 4個上升沿和/或4個下降沿 2個8 位分辨率 0.22μs 內(nèi)置 存儲卡和電池卡 集成的通信功能 接口 PPI, DP/T 波特率 自由口波特率 每段最大電纜長度 最大站點數(shù) 最大主站數(shù) 點到點(PPI 主站模式) MPI 連接 2個RS-485 接口 9.6, 19.2 和187.5kbaud 1.2kbaud 至 115.2kbaud 使用隔離的中繼器：187.5kbaud 可達1000 米，38.4kbaud 可達1200 米 未使用隔離中繼器：50 米 每段32個站，每個網(wǎng)絡(luò)12

61、6個站 32 是(NETR / NETW) 共4個，2個保留 (1個給PG，1個給OP) 電源特性 輸入電源 輸入電壓 輸入電流 沖擊電流 隔離(現(xiàn)場與邏輯) 保持時間(掉電) 保險(不可替換) 85 至 264 VAC(47 至 63 Hz) 80/40mA (僅CPU，120/240 VAC) 320/160mA (最大負(fù)載，120/240 VAC) 20A ，264 VAC 時 1500 VAC 20 / 80ms，120/240 VAC 時 2A，250 V 時慢速熔斷 24 VDC 傳感器電源 傳感器電壓 電流限定 紋波噪

62、聲 隔離(傳感器與邏輯) 20.4 至 28.8 VDC 1.5A 峰值，終端限定非破壞性 小于1 V 峰分值 非隔離 數(shù)字量輸入特性 本機集成數(shù)字量輸入點數(shù) 輸入類型 額定電壓 最大持續(xù)允許電壓 浪涌電壓 邏輯1 信號 (最小) 邏輯0 信號 (最大) 輸入延遲 連接2 線接近開關(guān)傳感器(Bero) 允許漏電流最大 隔離(現(xiàn)場與邏輯) 光電隔離 隔離組 高速輸入速率 高速計數(shù)器邏輯1=15 – 30 VDC 高速計數(shù)器邏輯1=15 – 26 VDC 同時接通的輸入 電纜長度最大 屏蔽 非屏蔽 24 輸入 漏型/源型 (IEC

63、 類型1/漏型) 24 VDC，4mA 典型值時 30V DC 35V DC，0.5 秒 15 VDC，2.5mA 5 VDC，1mA 可選(0.2 至12.8ms) 1mA 是 500 VAC，1 分鐘 見接線圖 20kHz(單相) ，10kHz(兩相) 30kHz(單相) ，20kHz(兩相) 所有 500 米(標(biāo)準(zhǔn)輸入) 50 米(高速計數(shù)器輸入) 300 米(標(biāo)準(zhǔn)輸入) 數(shù)字量輸出特性 本機集成數(shù)字量輸出點數(shù) 輸出類型 額定電壓 電壓范圍 浪涌電流(最大) 邏輯1(最小) 邏輯0(最大) 每點額定電流(最大) 每個

64、公共端的額定電流(最大) 漏電流(最大) 燈負(fù)載(最大) 感性嵌位電壓 接通電阻(接點) 隔離 光電隔離(現(xiàn)場到隔離) 邏輯到接點 電阻(邏輯到接點) 隔離組 延時(最大) 斷開到接通 接通到斷開 切換 脈沖頻率(最大) 機械壽命周期 觸點壽命 同時接通的輸出 兩個輸出并聯(lián) 電纜長度(最大) 屏蔽 非屏蔽 16 輸出 干觸點 24VDC 或250VAC 5 至30V DC 或5 至250V AC 5A，4s (10%工作率時) 2.0A 10A 30 W DC；200 W AC 0.2 Ω (新的時候最大值)

65、 1500 VAC，1 分鐘 100 MΩ 見接線圖 10ms 1Hz 10,000,000(無負(fù)載) 100,000(額定負(fù)載) 55C 時，所有的輸出(水平) 45C 時，所有的輸出(垂直) 否 500 米 150 米 (2)模擬量擴展模塊 EM231 圖3-9 EM231 a、模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，優(yōu)點如下： 最佳適應(yīng)性：可適用于復(fù)雜的控制場合； b、 直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12 位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，例如EM235 CN模

66、塊可直接與PT100 熱電阻相連 c、 靈活性：當(dāng)實際應(yīng)用變化時，PLC 可以相應(yīng)地進行擴展，并可非常容易的調(diào)整用戶程序。 EM231模擬量擴展模塊技術(shù)數(shù)據(jù) 表3-3 總體特性 尺寸(WHD) 重量 功耗 點數(shù) 71.28062mm 183g 2W 4 路模擬量輸入 功率損耗 +5V DC(從I/O 總線) 從L+ L+電壓范圍 第2 級或DC 傳感器供電 20mA 60mA 20.4～28.8 LED 指示器 24V DC 狀態(tài) 亮=無故障 滅=無24V DC 電源 模擬量輸入特性 模擬量輸入點數(shù) 4 隔離(現(xiàn)場與邏輯電路間) 無 輸入類型 差分輸入 輸入范圍 電壓(單極性) 電壓(雙極性) 電流 0～10V，0～5V 5V，2.5V 0～20mA 輸入分辨率 電壓(雙極性) 電壓(單極性) 電流 2.5mV(0～10V 時) 1.25mV(0～5V 時) 2.5mV(5V 時) 1.25mV(2.5V 時) 5 μA(0～2