装配流水线控制系统的设计

装配流水线控制系统的设计内容摘要：

mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小，很容易装进机械内部，是机电一体化的理想装置。 PLC 的组成及其工作原理 PLC 的组成 PLC 的组成： PLC 的种类很多，其基本功能和指令也有差异，但是其基本结构和工作原理则大同小异。 一般由 CPU 板、 I/O 接口电路、存储器、扩展接口、电源、显示面板等硬件组成。 其硬件简化框图如下： 图 PLC 硬件简化图 1．中央处理单元（ CPU） 中央处理单元（ CPU）是 PLC 的核心组成部分，在 PLC 系统中它通过与其他硬件结合起来，使整个 CPU 模块 输 入 模块 输出模块 编程装置 按钮 选择开关 限位开关 电源 接触器 电磁阀 指示灯 电源 可编 程序控制器 系统就像人体神经中枢额，从而来协调控制整个系统。 它主要由运算器、控制器、寄存器、数据和总线等组成。 每一个 PLC 都有一个 CPU 进行数据的采集、接收和储存。 存储器主要用于存储程序和数据，可编程控制器（ PLC）的存储器可分为两种：系统程序存储器和用户存储器。 ⑴系统程序存储器是用来固化 PLC 生产厂家在研制系统时编写的各种系统工作程序。 主要存放系统管理和监控程序及 对用户程序作编译处理的程序。 系统程序由厂家固定，用户自己不能更改。 ⑵用户存储器是用来存放从编程器或个人计算机输入的用户程序和数据，所以又可分为用户程序存储器和数据存储器两种。 主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。 I/O 接口是 PLC 与电气回路的通信接口。 ⑴开关量输入接口可分为直流输入单元和交流输入单元。 它能把现场的开关量信号转换成 PLC 内部处理的标准信号。 ⑵开关量输出接口可分为继电器输出方式、晶体管输出方式和晶闸管输出方式。 它能把 PLC 内部的标准信号转换成现场 执行机构所需的开关量信号。 PLC 电源是用来给 PLC 内部各个模块提供工作电源的。 一般采用开关式稳压电源为内部电路供电，向 CPU、存储器及输入 /输出接口提供各自所需的直流电压。 电源的性能将直接影响 PLC 的功能，同时也影响着 PLC 工作的可靠性。 PLC 根据型号的不同，其电源供电可分为交流供电和直流供电。 交流一般为单相 220V，直流一般为24V。 用于将扩充外部输入 /输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。 6．通信接口 编程器是用来编写、输入、编辑用户程序和监视可编 程控制器运行时各种元器件的工作状态。 检查维护的器件，它不直接参与现场控制运行。 可分为简易编程器和图形编程器。 人机界面：现在最简单的人机界面由指示灯和按钮组成。 目前比较先进的有触摸屏一体式的用户终端应用也越来越广泛，当然由计算机来当作人机界面也是十分普及的。 PLC 的工作原理 在 PLC 进入工作状态后，其工作过程主要分为：输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。 ⑴ 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 首先扫描所有输入状态和数据，并将它们先后存入相对应的输入映像寄存器中。 输入采样 结束以后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生了变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会随之改变。 因此，如果输入是脉冲信号，那么该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才可以保证不管在什么情况下，该输入均能被读入。 ⑵ 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段， PLC 根据梯形图的扫描原则进行扫描程序，它总是按从左到右、从上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )的。 在用户程序执行过程中，当指令涉及到了输入输出状态的时候，根据用户需要的数据从映像寄存器中将元件的“ 0/1”状 态读取出来，按照程序的要求进行逻辑运算，并将运算结果写入对应的元件映像寄存器中。 因此，每个元件的映像寄存器（除输入映像寄存器外）的状态都会随着程序的执行而发生着变化。 ⑶ 输出刷新阶段 当用户程序扫描结束后， 元件映像寄存器中的所有输出映像寄存器的“ 0/1”状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，再经输出电路驱动相应的外设。 这时，才是 PLC 的真正输出。 PLC 工作原理如下图所示： 图 PLC 的工作原理 PLC 的编程语言 PLC 为用户 提供了功能十分完整的编程语言，用来适应 PLC 在工业环境中的应用。 利用 PLC 的汇编语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。 PLC 标准中规定了五种标准语言，其中梯形图（ Ladder diagram）和功能块图（ Function block diagram）为图形语言，指令表（ Instruction list）和结构文本（ Struction text）为文字语言，还有一种结构块控制程序流程图（ Sequential function chart，又称为顺序功能图）。 梯形图由于其出色的易掌握性、程序表达清晰性以及与继电器控制系统的电路图相似，使其成为目前使用最广泛的 PLC上电 RUN 自诊断 通讯 输入采样 输出刷新 故障 用户程序执行 图形汇编语言。 本次设计 PLC 程序采用了梯形图语言，编程软件为 GX developer。 GX developer 软件能够完成程序编写、对可编程控制器 CPU 的写入 /读出、监控程序运行、调试程序和 PLC 错误诊断等一系列功能。 PLC 的分类及其应用领域 初期的 PLC 主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在上世纪 90年代后， PLC 逐渐在工业领域中应用。 随着生产的需要 PLC 被 广泛地在流程工业自动化系统中使用。 直到现在 PLC 在现场总线控制系统中， PLC 更是其中的主角，其应用面越来越广泛。 PLC 主要可以分为大中小三类。 PLC 小型 PLC 的 I/0 点数在 256 点以下，小型 PLC 由于其体积较小，结构紧密使它的硬件系统更好。 它能连接除开关量以外的特殊功能模块。 PLC 中型 PLC 的 I/0 点数一般是在 256~2048 点之间。 PLC 一般 I/0 点数在 2048 点以上的称为大型 PLC。 大型的可编程控制器其性能更高，速度更快和超大的存储量，多 CPU 一起工作更让其在工业领域 得到了更广泛的运用。 PLC与其他工业控制系统的比较 ： 继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制； PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。 在 PLC的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经见了很多。 PLC的可靠性比继电接触控制的高。 ： PLC编程简便，汇编语言简单易懂适合不管有无电气知识的用户都能很快上手。 计算机使用汇编语言或其他高级语言编程，比 PLC编程复杂。 PLC可靠性高， PLC采用扫描方式进行工作等。 ： PLC的电路设计比较成熟，稳定性高，软件集成化，学习容易，开发周期短。 单片机的稳定性相对于 PLC稍差，接线外部设备相对复杂，单片机牵扯到得知识很多，不容易学习和上手。 从上边对 PLC的简单介绍和比较可以看出。 由 PLC的软件编程和硬件连接决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的控制器，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展。 由于 PLC的稳定性和安全性相对单片机更高，更被企业在工业自动化生产中所接受和应用。 所以在本设计中对装配流水线的控制采用 PLC来进行控制。 PLC选型 本次设计我选用的是日本三菱公司生产的 FX2N 系列的 PLC。 三菱公司作为日本生产 PLC 的主要厂家之一。 该公司生产的 FX2N 系列的机型，属于高性能叠装式机型，是目前三菱公司最先进的 PLC 产品，FX2N 系列 PLC 具有数十种编程元。