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机电一体化综合实验讲义
实验设备的了解以及对PLC指令系统软件的掌握
这门课的目的是让同学们通过使用实验仪器设备及软件,对松下PLC系统有一个初步的了解和认识。
在踏上工作岗位前对PLC在科学研究和生产建设中的应用有一个基本的概念。
我们主要的实验工具有立体仓库模型、材料分拣系统模型、机械手模型、计算机及松下电工编程软件FPWINGR。
在实验前,先了解以下知识:
一、PLC的一般结构和基本工作原理
⒈PLC的一般结构
可编程程序控制器实施控制,其实质是按一定算法进行输入输出变换,并将这个变换予以物理实现。
入出变换、物理实现可以说是PLC实施控制的两个基本点。
而入出变换实际上就是信息处理,信息处理当今最常用的是微处理技术,PLC也是用它,并使其专用化,应用于工业现场。
至于物理实现,正是它与普通微机相区别之点,普通微机多只考虑信息本身,别的不多考虑,而PLC要考虑实际的控制需要。
物理实现要求PLC的输入,应当排除干扰信号适应于工业现场。
输出应放大到工业控制的水平,能为实际控制系统方便使用。
这就要求I/O电路专门设计。
根据PLC实施控制的基本点的分析,PLC采用了典型的计算机结构,主要是由CPU、RAM、ROM和专门设计的输入输出接口电路等组成。
⒉PLC的基本工作原理
PLC虽然具有微机的许多特点,但它的工作方式却与微机有很大不同。
微机一般采用等待命令的工作方式。
如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式,有键按下或I/O动作则转入相应的子程序,无键按下则继续扫描。
PLC则采用循环扫描工作方式,在PLC中,用户程序按先后顺序存放。
CPU从第一条指令开始执行程序,直至遇到结束符后又返回第一条。
如此周而复始不断循环。
这种工作方式是在系统软件控制下,顺次扫描各输入点的状态,按用户程序进行运算处理,然后顺序向输出点发出相应的控制信号。
整个工作过程可分为五个阶段:
自诊断,与编程器计算机等的通信,输入采样,用户程序执行,输出刷新。
PLC经过这五个阶段的工作过程,称为一个扫描周期,完成一个周期后,又重新执行(上述过程),扫描周而复始地进行。
扫描周期是PLC的重要指标之一,在不考虑第二个因素(与编程器等通讯)时,扫描周期T为:
T=(读入一点时间×输入点数)+(运算速度×程序步数)+(输出一点时间×输出点数)+故障诊断时间
显然,扫描时间主要取决于程序的长短,一般每秒钟可扫描数十次以上,这对于工业设备通常没有什么影响。
但对控制时间要求较严格,响应速度要求快的系统,就应该精确的计算响应时间,细心编排程序,合理安排指令的顺序,以尽可能减少扫描周期造成的响应延时等不良影响。
PLC与继电接触器控制的重要区别之一就是工作方式不同。
继电接触器是按“并行”方式工作的,也就是说是按同时执行的方式工作的,只要形成电流通路,就可能有几个电器同时动作。
而PLC是以反复扫描的方式工作的,它是循环地连续逐条执行程序,任一时刻它只能执行一条指令,这就是说PLC是以“串行”方式工作的。
这种串行工作方式可以避免继电接触器控制的触点竞争和时序失配问题。
总之,采用循环扫描的工作方式也是PLC区别于微机的最大特点,应特别注意。
二、FP1的内部寄存器
在使用PLC之前最重要的是先了解PLC的内部寄存器及I/O配置情况。
表1是PLC的内部寄存器及I/O配置一览表,这里以C40为例。
表1FP1寄存器I/O配置一览表
表1中有以下几点要说明:
①表中寄存器均为16位的。
表中X、WX和Y、WY均为I/O区继电器,可以直接和输入、输出端子传递信息。
但X和Y是按位寻址的,而WX和WY只能按“字”(即16位)寻址。
②表中R0~R62F和WR0~WR62均为内部通用寄存器,即可供用户使用的,这些寄存器均可作为内部继电器即“软继电器”用。
而R9000~R903F和WR900~WR903均为特殊寄存器,用户不能占用,这些寄存器均有专门的用途。
同理R和WR的区别也是一个按位寻址,另一个只能按“字”寻址。
另外还有些寄存器是作为系统设置用的,称系统寄存器。
符号
编号
功能
X
X0-X12F
输入继电器
Y
Y0-Y12F
输出继电器
R
R0-R62F
内部通用寄存器(继电器)
R9000-R903F
特殊寄存器(继电器)
T
T0-T99
定时器
C
C100-C143
计数器
WX
WX0-WX12
“字”输入继电器
WY
WY0-WY12
“字”输出继电器
WR
WR0-WR62
通用“字”寄存器(继电器)
WR900-WR903
专用“字”寄存器(继电器)
DT
DT0-DT8999
通用数据寄存器
DT9000-DT9067
专用数据寄存器
SV
SV0-SV143
设定值寄存器
EV
EV0-EV143
经过值寄存器
IX
索引寄存器
IY
索引寄存器
K
十进制常数寄存器
H
十六进制常数寄存器
③K可以存放十进制常数,其值为-32768~+32767之间的整数。
H可以存放4位十六进制常数,其值为0~FFFF之间。
④X和Y的编号说明如下:
如:
X120即WX12寄存器中的第0号位,X12F即WX12寄存器中第F号位。
用图表示如下:
WX12
F
E
D
C
B
A
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
X12FX120
寄存器Y的编号也与此相同。
由表中所给X和Y的数目即可知该种型号PLC的I/O点数。
X为X0~X12F共208个,Y为Y0~Y12F共208个,即该PLC总共可扩展416点。
但受外部接线端子和主机驱动能力的限制一般只能用到100~200点,其余均可做内部寄存器用。
如FP1-C40最大可扩到120点。
实验一TVT-99B材料分拣装置的编程研究
一、实验目的
1.掌握PLC控制的基本原理以及松下FP0的编程方法、气压指示及各类气源之间的接线
2.了解气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容
二、实验设备、材料
1.材料分拣装置模型1台
2.计算机1台
3.编程电缆1根
三、实验内容与实验步骤
实验内容:
该装置采用台式结构,内置电源,配装FP0系列主机,转接面板上设计了可与其它PLC或单片机连接的转接口。
该装置中,选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式和电感式传感器,分别被固定在网板上。
本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等,可与各类气源相连接。
各传感器位置见图1。
(a)信号板图
(b)传感器位置图
图1各传感器位置及信号板接口
1、气源由二联体左侧进气口连接Φ6气管,另一端接至气源。
(非长期使用,不要向油杯里注油)
2、当选用外部PLC时,可通过转接板与I/O接口连接,见表1。
(注意:
一定要将原配FP0主机联线拔掉)
表2DB37针-D型接口
序号
对PLC的I/O口
硬板位置号
1
XB
1
2
X3
9
3
XA
2
4
X2
10
5
X9
3
6
X1
11
7
X8
4
8
XF
12
9
XC
5
10
X4
13
11
X5
6
12
XE
14
13
X6
7
14
X0
15
15
X7
8
16
XD
16
17、18
Y2
C
21、22
Y0
A
23、24
Y1
B
25、26
Y3
D
27、28
Y4
E
29、30
Y5
KA
19、33-37
COM
+24V
20
(0)
0
3、编制程序
4、接通电源
5、将料块放入竖井式料槽。
6、运行方式:
有料时自动运行,无料时走完一个行程自动停机。
分拣系统与PLC的I/O分配表
松下plc(I/O)
分拣系统接口(I/O)
备注
输
入
部
分
xf
sfw1(推气缸1动作限位)
x1
sfw2(推气缸2动作限位)
x2
sfw3(推气缸3动作限位)
x3
sfw4(推气缸4动作限位)
x4
sfw5(下料气缸动作限位)
x5
sa(电感传感器)
x6
sb(电容传感器)
x7
sc(颜色1传感器)
x8
sbw1(推气缸1回位限位)
x9
sbw2(推气缸2回位限位)
xa
sbw3(推气缸3回位限位)
xb
sbw4(推气缸4回位限位)
xc
sbw5(下料气缸回位限位)
xd
sd(颜色2传感器)
预留传感器
xe
sn(下料传感器)
判断下料有无
x0
ucp(计数传感器)
输
出
部
分
y0
yv1(推气缸1电磁阀)
y1
yv2(推气缸2电磁阀)
y2
yv3(推气缸3电磁阀)
y3
yv4(推气缸4电磁阀)
y4
yv5(下料气缸电磁阀)
y5
m(输送带电机)
实验步骤:
1.通电状态下,在颜色传感器下方的传送带上,放置带有某一颜色料块,调节传感器上的电位器,观察窗口中红黄(或绿)指示灯,当两灯恰同时发光时,该灵敏点即为料块颜色检出点。
(注:
顺时针旋转检测色温向低端移动,否则反之)
2.在电感传感器下方的传送带上,放置铁质料块,调整传感器上两螺母,使传感器上下移动,恰好使传感器上端指示灯发光,该高度即为传感器对铁质材料的检出点。
(不同检测体的修正系数见图2所示)
图2不同检测体的修正系数
3.在电容传感器下方的传送带上,放置铝质料块,调整传感器上两螺母,使传感器上下移动,恰好使传感器上端指示灯发光,该高度即为传感器对铝质材料的检出点。
4.气压表标值调定在0.12Mpa。
技术要求及指标:
1、输入电压AC200V—240V(带保护地三芯插座)
2、气源>0.2Mpa且<0.85Mpa
3、分拣功能:
⑴分拣出金属与非金属
⑵分拣某一颜色块
⑶分拣出金属中某一颜色块
⑷分拣非金属中某一颜色块
⑸分拣出金属中某一颜色块和非金属中的某一颜色块
⑹建议分拣颜色为:
红、绿、兰
⑺建议分拣材料为:
铁、铝、塑料等。
四、实验程序分析
分析程序整体结构,并写出程序结构图。
五、思考题
㈠启动和复位电路。
分别用输入继电器(X0)和输出继电器(Y0)、输入继电器和锁存继电器实现下面的简单功能:
当输入端X0接通时,输出端Y0接通并保持。
当输入端X0接通时,输出端Y0断开。
㈡二分频电路。
输入端X1为周期为T的脉冲信号,试设计梯形图,使得输出端Y0为一个周期为2T的脉冲信号。
(提示:
可使用两个内部继电器R)
实验二TVT-99C立体仓库模型系统的编程研究
一、实验目的
1.掌握PLC控制的基本原理以及松下FP0的编程方法
2.熟悉步进电机的工作原理及步进电机驱动器的使用方法
3.了解通过传感器信号采集,PLC编程,实现对步进电机及直流电机进行较复杂的位置控制
二、实验设备、材料
1.立体仓库模型1台
2.计算机1台
3.编程电缆1根
三、实验内容与实验步骤
立体仓库主体由底盘、四层十二仓位库体、运动机械及电气控制等四部分组成。
机械部分采用滚珠丝杠、滑杠、普通丝杠等机械元件组成,采用步进电机、直流电机作为拖动元件。
电气控制是由松下电工生产的FP0型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。
控制面板上的开关及按钮功能及仓位号(见图一、二)
图一控制面板上的开关及按钮功能图二控制面板上的仓位号
表一、控制面板上的按钮功能表
按键号
功能选择
定义
1
自动
选择1号仓位
手动
机构水平向左移动
2
自动
选择2号仓位
手动
机构垂直向下移动
3
自动
选择3号仓位
手动
机构水平向右移动
4
自动
选择4号仓位
手动
机构水平向后移动
5
自动
选择5号仓位
手动
机构垂直向上移动
6
自动
选择6号仓位
手动
机构水平向前移动
7
自动
选择7号仓位
手动
无意义
8
自动
选择8号仓位
手动
无意义
9
自动
选择9号仓位
手动
无意义
10
自动
选择10号仓位
手动
无意义
11
自动
选择11号仓位
手动
无意义
12
自动
选择12号仓位
手动
无意义
实验步骤:
本系统采用滚珠丝杠、滑杠和普通丝杠作为主要传动机构,电机采用步进电机和直流电机,其关键部分是堆垛机,它由水平移动、垂直移动及伸叉机构三部分组成,其水平和垂直移动分别用两台步进电机驱动滚珠丝杠来完成,伸叉机构由一台直流电机来控制。
它分为上下两层,上层为货台,可前后伸缩,低层装有丝杠等传动机构。
当堆垛机平台移动到货架的指定位置时,伸叉电机驱动货台向前伸出可将货物取出或送入,当取到货物或货已送入,则铲叉向后缩回。
整个系统需要三维的位置控制。
其实验步骤如下:
1.接通电源。
2.将选择开关置于手动位置(此时1~6号有效)
3分别点动按键←1、2↓、3→、4↙、5↑、6↗,观察水平(X轴)、垂直(Y轴)、前后(Z轴)各丝杠运行情况,运行应平稳,在接近极限位置时,应执行限位保护(运行自动停止)。
4.用计算机或手持编程器(需另购)编写程序并下装至PLC。
(出厂前已装演示程序,详见光盘,以下描述为演示程序的运行情况)。
5.将选择开关置自动位置(通电状态下,各机构复位,即返回零位)。
6.将一带托盘汽车模型置零号仓位,放置模型时,入位要准确,并注意到仓位底部检测开关已动作。
7.执行送指令
(1)选择欲送仓位号,按动仓位号对应按钮,控制面板上的数码管显示仓位号。
(2)按动送指令按钮,观察送入动作(若被选择仓位内已有汽车,则该指令不被执行)。
(3)指令完成后,机械自动返回。
(4)零号仓位已无汽车,则下一个送指令(误操作)将不被执行。
8.执行取指令
(1)选择欲取仓位号,按动仓位号对应按钮,控制面板上的数码管显示仓位号。
(2)按动取指令按钮,观察取出动作(若被选择仓位内无汽车,则该指令不被执行)。
(3)指令完成后,机构自动复位。
(4)零号仓位已有汽车,则下一个取指令(误操作),将不被执行。
9、演示程序中的其它内容
(1)当零号仓位上有货物时,若无外部操作指令,“就绪”灯亮,延时10秒后,自动将货物放在仓库号最小的空位上,依次类推。
如1#、2#、3#、4#都已有货物,程序延时10秒,10秒内若无外部操作指令,自动将货物放在5#仓库。
如1#、3#、4#都已存放货物,10秒内若无外部操作指令,自动将货物放在2#仓库。
在延时的10秒内,若按下数字5#,然后按下“送”键,则运行机构将货物放入5#库,若按下5#键后,想取消此操作,可按下“放弃”键。
此时,程序又处在待命状态,“就绪”灯亮,又可进行其它操作。
(2)当零号仓位上无货物时,若无人操作,“就绪”灯亮10秒后,程序将把数值最大仓库号里的物品转运至没有放货物的仓号比它小的仓库里。
如1#、2#、5#有物,该程序将自动把5#物品转至3#仓库。
若需从5#取回物品,放入4#库,操作步骤如下:
“就绪”灯亮时,按下按钮键“5”,再按“取”键,运行机构执行程序要求取回货物后,停在起初位置。
此时按按键4#,再按“送”键,运行机构将把货物放在4#库,然后停在起初位置,“就绪”灯亮10秒后,若无外部操作指令,程序又将4#库货物转至3#库。
立体仓库I/O分配表
输入部分
输出部分
X0
Y0
横轴脉冲
X1
Y1
竖轴脉冲
X2
Y2
横轴方向I/0
X3
Y3
竖轴方向I/0
X4
货台回位限位
Y4
X5
货台到位限位
Y5
X6
货台是否有物
Y6
货台前升
X7
自动/手动(0/1)
Y7
货台退回
X20
十
六
进
制
输
入
键盘值1位
Y20
显示
部分
就绪
X21
键盘值2位
Y21
取
X22
键盘值3位
Y22
放
X23
键盘值4位
Y23
十位显示
X24
横轴右限位
Y24
BCD
码输
出显
示
BCD码1位
X25
横轴左限位
Y25
BCD码2位
X26
竖轴上限位
Y26
BCD码3位
X27
竖轴下限位
Y27
BCD码4位
注:
X40~X4C为0至12个仓库的微动开关
注意事项:
1.当0#仓库有货物时,只能有“放”的操作,0#仓库上无货物时,只有“取”的操作。
2.演示程序中,只编写了1#~6#仓库自动优化放物程序。
3.取、送汽车模型应观察模型到位情况,应注意检测开关的动作情况。
4.需用手取送模型时,应在断电状态下进行!
5.仓库模型应水平放置,并观察Y轴与库体垂线重合情况。
若重合不良,应在垫角下垫某一厚度垫片解决。
四、实验程序分析
分析程序整体结构,并写出程序结构图。
五、思考题
㈠延时接通电路,其波形图如下,试完成其梯形图程序:
当输入端X0接通时,内部继电器R0接通。
此时,定时器接通。
五秒后,输出继电器Y0接通。
当输入端X1接通后,内部继电器R0断电,定时器复位,使输出Y0为OFF。
㈡延时断开电路,其波形图如下,试完成其梯形图程序:
当输入端X0接通时,内部继电器R0接通,输出Y0接通,同时定时器开始计时,延时五秒后,输出Y0断开。
实验三TVT-99D机械手模型系统的编程研究
一、实验目的
1.掌握PLC控制的基本原理以及松下FP0的编程方法
2.熟悉步进电机及驱动模块、直流电机、传感器、开关电源等器件的原理及使用
二、实验设备、材料
1.机械手模型1台
2.计算机1台
3.编程电缆1根
三、实验内容与实验步骤
实验内容:
1.步进电机
采用二相八拍混合式步进电机,主要特点:
体积小,具有较高的起动和运行频率,有定位转矩等优点。
型号:
42BYGH101。
电气原理图如图一
快接线插头:
红色表示A相,兰色表示B相.
做实验时如果发现步进电机转向不对时可以将A相或B相中的两条线对调。
2、步进电机驱动模块
采用中美合资SH系列步进电机驱动器,主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分等。
电源输入部分由电源模块提供,用两根导线连接,注意极性。
(见图二)
信号输入部分:
信号源由FP0主机提供。
由于FP0提供的电平为24V,而输入部分的电平为5V,中间加了保护电路。
输出部分:
与步进电机连接,注意相序。
3.传感器
(1).接近开关:
接近开关有三根连接线(红、兰、黑)红色接电源的正极、黑色接电源的负极、兰色为输出信号,当与挡块接近时输出电平为低电平,否则为高电平。
结构图如(图三)
(2).微动开关:
当挡块碰到微动开关动作(常开点闭合)见结构图(图四)
图四微动开关原理图
4.FP0模块
由松下FP0系列PLC晶体管输出的主机,具有高速运算能力、PID调节功能、同时可以输出两路脉冲控制两台电机的优点。
输出两路脉冲梯形图(图五)。
图六为主机模块的面板图。
图五:
梯形图及f/t图
5、直流电机:
输入电压为12V~24V,两根导线输入红色为直流电机正极,兰色为负极。
6、直流电机控制板:
由输入信号、输入电源、输出等组成,输入信号由FP0模块提供;输入电源由电源模块提供;输出驱动直流电机如(图七)
PLC的I/O地址分配表:
输入
X0
横轴正限位
输出
Y0
横轴脉冲
X1
竖轴正限位
Y1
竖轴脉冲
X2
横轴反限位
Y2
横轴方向
X3
竖轴反限位
Y3
竖轴方向
X4
旋转脉冲(Out5)
X20
手正转限位(Out1)
Y20
手正转
X21
手反转限位(Out2)
Y21
手反转
X22
底座正限位(Out3)
Y22
底座正转
X23
底座反限位(Out4)
Y23
底座反转
Y24
电磁阀动作
注:
Out1~Out5为传感器输出。
实验步骤(调试方法):
1.接上实验台上控制板的各模块所需的直流电源(DC24V),同时接上PLC主机电源及COM点[COM(±)接电源的正极,COM(—)接电源的负极]。
2.定义实验板上的步进驱动器,上为1号下为2号。
将1号的步进驱动器输出的信号与机械手横轴的步进电机线相连。
将2号的步进驱动器输出的信号与机械手竖轴的步进电机线相连。
其它的线,根据线标接在实验板或主机上的相应位置。
注:
Out(X0)表示传感器的输出与主机输入X0端子相连,不要与主机输出Y0端子相连。
3.PLC输出脉冲信号接入步进电机的驱动器(Y0、Y2为一通道的脉冲与方向;Y1、Y3为二通道的脉冲与方向;驱动器的OPTO端接电源的正极)
Y0—1-CPY1—2-CP
Y2—1-DIRY3—2-DIR
4.确定接线无误时,先把主机的RUN-PROG的开关拨在PROG上,避免通上电就立即动作,通上电后拨动各个的微动开关的信号是否是相对应的信号。
如拨动竖轴的上微动开关主机X1点亮;拨动竖轴的下微动开关主机X3点亮;拨动横轴靠手边的微动开关主机X0点亮;拨动横轴靠步进电机微动开关主机X2点亮。
5.把主机上的RUN-PROG的开关拨在RUN上,如果不在初始位置上,步进开始运转(横轴向手那边移动,竖轴向上移动)。
如运转的方向不对,立即切断电源,对方向不对步进电机线的红色两根线对调。
6.动作步骤:
(1)、横轴前升
(2)、手旋转到位
(3)、电磁阀动作,手张开(4)、竖轴下降
(5)、电磁阀复位,手夹紧(6)、竖轴上升
(7)、横轴缩回(8)、底盘旋转到位
(9)、横轴前升(10)、手旋转
(11)、竖轴下降(12)、电磁阀动作,手张开
(13)、竖轴上升复位
四、实验程序分析
分析程序整体结构,并写出程序结构图。
五、设计实验程序
编写新的实验程序,使机械手能实现不同的动作步骤或功能。
六、思考题
长时间延时电路。
使用定时器和计数器实现以下功能:
定时器定时为10秒,计数器为20次。
输入端X0接通200秒后,输出端Y0接通。
附录
一.基本顺序指令
1.当X0接通时,Y0接通;当X1断开时,Y1接通
2.当X0和X1都接通时,Y0接通;当X0或X1断开时,Y1接通
3.当X0,X1都接通且X2断开时,Y0接通
4.当X0或X1接通或X2断开时,Y0接通
5.当X0或X1且X2或X3接通时,Y0接通
6.当X0和X1都接通或者X2和X3都接通时,Y0接通
7.当X0接通时,则有:
1存储PSHS指令处的运算结果,当X1接通时,输出(为ON)
2由RDS指令读出存储结果,当X2接通时,输出(为ON)
3由POPS指令读出存储结果,当X3断开时,输出(为ON)。
且指令存储的结果被清除
PSHS:
存储该指令处的运算结果(推入堆栈)
RDS:
读出由PSHS指令存储的运算结果(读出堆栈)
POPS:
读出并清除由PSHS指令存储的运算结果(弹出堆栈)
8.当检测到X0接通的上升沿时,Y0仅ON一个扫描周期
当检测到X1断开的下降沿时,Y1仅ON一个扫描周期
9.当X0接通时,Y0接通并保
- 配套讲稿:
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- 机电 一体化 综合 实验 讲义