基于PLC機械手移動物體控制系統的設計

摘 要：美國數字設備公司（DEC）研制成功世界上第一臺可編程控制器（Programmable logic Controller ，PLC）。并在GM公司的生產線上首次應用成功。到現在，可編程控制器的技術已經相當成熟，廣泛的應用在機械制造，冶金，化工，輕工，電力，建筑，交通的等各行各業，在單機或多機控制，生產自動線控制以及對傳統控制系統的技術改造等方面。PLC的編程語言簡單，大多數人使用梯形圖。系統的設計，安裝，調試方便，尤其是它的可靠性高，抗干擾能力強，傳統的繼電器控制系統使用了大量的中間繼電器和時間繼電器。

關鍵詞：PLC；機械；控制系統；

文章編號：1674-3520（2015）-12-00-01

一、可編程控制器

國際電工委員會（IBC）在1985年的標準草案第3稿中，對PLC作了如下定義：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算，順序控制，定時，計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式，模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。

（一）可編程控制器的工作原理。PLC的工作一般分為三個主要階段：輸入采樣階段、程序執行階段和輸出刷新階段。

（二）可編程控制器的性能。1、編程方法簡單易學。2、功能強，性能價格比高：與功能相同的繼電器相比，具有很高的性能價格比。3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強。4、可靠性高，抗干擾能力強。5、系統的設計、安裝、調試工作量少。

二、PLC應用中需要注意的問題

當生產環境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從而產生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設備的失控和誤動作，從而不能保證PLC的正常運行，要提高PLC控制系統可靠性。因此在使用中應注意以下問題：

（一）工作環境。1、溫度。PLC要求環境溫度在0～55℃。2、濕度。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10～55Hz的頻繁或連續振動4、空氣。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。5、電源。一般PLC都有直流24V輸出提供給輸入端，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。

（二）主要抗干擾措施。1、電源的合理處理，抑制電網引入的干擾。2、安裝與布線。將PLC的IO線和大功率線分開走線，如必須在同一線槽內，分開捆扎交流線、直流線，分槽走線最好。3、I/O端的接線。輸入接線：輸入接線一般不要太長。4、正確選擇接地點，完善接地系統，可以避免偶然發生的電壓沖擊危害。

三、機械手控制系統的PLC選擇及其供電保護

（一）控制系統的供電。PLC是專門為工業生產環境設計的控制裝置，一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業環境中使用。1、供電系統的保護措施。可編程控制器使用市電，電網的沖擊、頻率的波動將直接影響到實時控制系統的精度和可靠性。有時電網的沖擊也將給整個系統帶來毀滅性的破壞。所以在整個系統供電電源設計中不考慮加晶體管開關電源，只考慮PLC電源模板對外加電源的要求。2、供電系統的安全設計。該供電系統總電源來自三相交流電源，經過系統供電總開關送入系統。PLC組成的控制系統都是以交流220V為基本工作電源，所以由三相交流電源引出的相電壓并通過電源開關為PLC系統供電，電源開關選擇二相刀閘開關。3、S7-200的接線。在設計S7-200的接線時，交流電源系統外部電路，用單刀開關與PLC將電源與PLC隔開，用過流保護設備保護CPU電源和I/O電路，也可以為輸出點分組或分點設置。4、S7-200的接地。在實際控制系統中，接地是抑制干擾、使系統可靠工作的主要方法。將S7-200及其相關設備的所有地線端子集中到一起后，在最近的接地點用1.5mm的導線一點接地。

（二）PLC的選擇。1、CPU型號的選擇。由于I/O點數不多，所以本系統選用西門子公司的SIMATIC S7-200 系列PLC ，采用一臺CPU 226實現系統控制[13]。2、I/O模塊的選型。PLC數字量的輸出采用輸出繼電器來接通和斷開。

（三）輸入和輸出元件地址。PLC的輸入點數，包括方式選擇開關、點動按鈕、啟動按鈕、限位開關一共17點；輸出點包括旋轉電機接觸器電磁閥的線圈，共9點。

（四）PLC的外部接線。兩端并聯RC電路，電容選0.1μF，電阻選100～120Ω，也可用壓敏電阻來限制尖峰電壓。

四、技術經濟分析

（一）需求分析。在工業生產和其它領域內 ，人們經常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害 ，增加了工人的勞動強度 ，甚至于危及生命。自從機械手問世以來 ，相應的各種難題迎刃而解。機械手一般由耐高溫 ，抗腐蝕的材料制成 ，以適應現場惡劣的環境 ，大大降低了工人的勞動強度 ，提高了工作效率。

PLC是80年代發展起來的一種新型的電器控制裝置，它將傳統的繼電器控制技術融為一體，目前正以功能強、體積小、成本低、編程簡單、修改方便等顯著優點被廣泛應用于工業生產過程的自動控制中。因此采用可編程控制器（PLC）的控制系統取代傳統的繼電器控制系統已是必然的趨勢。

（二）控制系統的經濟特點。a）硬件的可靠性高。在硬件設計方面，首先是選用優質器件，再就是采用合理的系統結構，使它容易抗振動沖擊，對印制電路板的設計、加工及焊接都采用了極為嚴格的工藝措施，而且在電路、結構及工藝上采取了一些獨特的方式。b）編程簡單，使用方便。PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。c）接線簡單，通用性好。d）可連接為控制網絡系統 。e）易于安裝，便于維護

五、結論

應用可編程序控制器的最大的一個好處在于它是通過編輯程序來完成控制要求的，輯不同的控制程序。在系統接線不變更的情況下，只需要適當改變控制程序，就能滿足新的要求。而且系統的動作嚴格按照程序執行，減少了誤動作。在人力、物力、財力上都得到了節余。

因此，在機械手自動控制系統的設計中，采用技術先進，可靠性非常高的可編程控制器，這使得機械設備更靈活有效，動作準確，易于維護，勞動生產率大大提高，各種操作方式的自由切換，滿足了各種生產需求。