发布时间 : 星期二 文章基于PLC的机械手自动操作系统设计本科毕业设计更新完毕开始阅读
底部也选择同样类型的传感器1个，本次设计中的工件所选用为小正方形的金属块[18]。
3.3 PLC简介
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类的存储器可以编程，可以用来进行内部的存储程序，也可以用来定时、顺序控制、逻辑运算、计数和算术操作等一些指令。通过对输入和输出量的编写，可以对各种类型的机械或生产过程进行监制[19]。
自1969年开始，美国数字设备有限公司研究出了第一台PLC，当时生产技术以集成电路为主的情况下，只能完成一些简单的控制。到了70年代未的时候，处理器技术引入到PLC中,使得PLC增加了许多实际的功能。70年代未处理器出现之后引入到PLC技术后增加了许多功能。随着微处理器的出现，人们很快的将微处理器引入到可编程逻辑控制器中去，这样使可编程逻辑控制器的各方面的性能大大提高了。它的运算，数据传输和数据处理能力的这些重要的功能有了显著的提高，随之成为工业生产过程中的主心骨。微处理器和PLC有效地结合到了一起，有效地代替了传统继电器复杂的工作方式。当时，个人计算机也迅速的发展起来，PLC的功能更加得到反应和实现。
到了20世纪70年代中末期的时候，PLC的功能发生了质的飞跃，计算机技术的日渐成熟已经全面的引入到了PLC中去，PLC的实用性也在这时大大的表现了出来。随着对PLC逐渐精致的研究和设计，PLC的体型越来越小巧，它的精确运算能力也是越来越高。尤其是它的抗干扰能力也是取得了重大的突破。PLC在工业生产领域的地位也是不可动摇的，它奠定了现代工业生产的基础。
20世纪80年代初PLC在先进工业国家中已得到广泛地应用。随着它的效益越来越高，世界上许多国家多在生产它，它的产量也达到了相对的饱和状态，这就意味着工业生产的进步，PLC的相关技术也是达到了相对成熟的地步。
90年代中期，PLC发展的速度越来越惊人，它的硬件系统和软件系统也达到了当时的最先进的时候。同时，PLC的功能性也是越来越多了，PLC逐渐对数字模拟的处理能力、对数据的运算能力、接口的扩展性和通讯能力等这些方面有了很大的提高，PLC进入过程控制的新时代。
到了20世纪末期，PLC的发展更加向着适应工业的方向。同时，出现了各种各样的功能，如：人机交互功能单元和通信单元。小型PLC和大型PLC也在这个时候生产出来可以适用于不同的环境中[12]。
PLC采用大规模集成电路、承受电压高、无故障正常工作时间长，可达几十万小时。内部还有自我检查功能，当有故障出现时，会及时报警。大多数PLC编程采用的是梯形图，而梯形图简单、直观、易学。采用现代技术的集成电路，由于现代半导体技术的不断发展，PLC的集成电路越来越小。很多PLC的内部拥有成千上百的继电器、定时器、计数器等。
3.4 PLC的结构
PLC是由硬件系统和软件系统组成，它与计算机的结构相似，它也可以成为小型或微型的计算机，所以PLC才会有工业计算机这一说法。
PLC的硬件结构是由CPU、存储器单元、I/O装置、电源接口、扩展模块、单独的编程器和其它外围设备组成，这些结构都是通过数据总线相互连接而成
[14]
。其基本结构简图如下图3-4所示：
图3-4 PLC硬件结构
PLC的软件部分是厂家提供，用于存放PLC的系统运行不可少程序，一般放在EPROM中。用户可以自己编写一定的程序来实现所预定的功能，这种软件系统为用户部分。
PLC主要以微型的计算机系统开发而来的，设计以计算机、控制技术、智能技术、电子技术和通讯技术为基础一体的多功能控制系统。这样使得它成为了现代工业自动化生产领域的必不可少的一部分[9]。
3.5 PLC发展历程
在继电器占主导地位时代，那时可编程控制器还没有被发明出来，人们普遍运用继电器来控制工业电气，但是对于电气控制，越是复杂的电路所需求的线路和继电器就会越多，虽然它的应用非常广泛，但相对而言它的可靠性、灵活性都不高，尤其是在出现故障的时候，很难进行排查和解决相应的困难而且不太容易更改。在工业电气环境中，继电器适应不了工业环境的变化[2]。
PLC的发展分为四个不同的阶段：
(1) PLC的结构设计：在这一阶段中，PLC刚刚被设计出来，随之而来的各种顺序控制器不断出现，最终选择了以微处理器为主要控制核心的PLC存留了下来，更加认定了它的价值性。因为对它的极大需求，驱动了它的急速的发展了起来，并且向着更好更快，更小的方向发展。PLC的一些硬件结构不断地走向成熟的地步，对于它的应用也越来越广泛。
(2) PLC的普及阶段：随着PLC的不断发展，工业的需求也越来越大，它的生产也就日益增长，它也就越来越普及。PLC生产厂家生产的产品尅是系列化和各种不同的标价。在此时，PLC出现了三种不同的块型：固定输入输出型、基本单元扩展型、模块化结构型。PLC开始向着顺序控制方向发展，其中三菱公司的F系列为主要典型产品。
(3) PLC的高性能与小型化阶段：在这一阶段中，电子技术的不断提升，也就带领着PLC向着小型和紧凑的方向发展，在体积逐渐减小的状态下，PLC的功能并没有减少，反而更方面有了大大的提高，比如它的运算、存储、功能模块也有了大大的提高，日本的三菱公司在本阶段主要生产了一些小型的FX小型PLC。
(4) PLC高性能和网络化阶段： 在这一阶段中，随着CPU运算速度提高，使得PLC的应用领域开始涉及工业自动化。工厂自动化的需要，开发了适用于过程控制的特殊模块。与此同时，PLC可以连接传统的编程器，PLC的网络与通信功能得到了迅速发展，为工厂的自动化奠定了良好的基础。
3.6 PLC特点
(1) 抗干扰能力强：PLC其中最主要的一个特点就是它的抗干扰能力强，在一些特殊的环境中，有一些辐射和电磁干扰的情况下，PLC工作能力也不会受
到任何的影响。它的主电路模块是用大规模集成电路制成，而且在电路上加入了滤波整流电路，同时还可以防止受潮、防止尘土、抗震等[1]。
(2) 通用性强：在PLC的控制系统中，不需要继电器之类的电气控制元件，它只需要PLC内部的软元件进行模拟控制。这样就有效的避免了大量的硬件接线，提高了生产的效率，要想改变程序的功能，只需要改变编程器里的程序。同一个PLC装置可以控制不同的对象，只是输入/输出的组件和对于软件的控制方式的不同。PLC交流220V、直流24V由PLC内部所提供。
(3) 编程简单：PLC主要是用于面向用户的设备，用户使用必须简单易学，最重要的是编程要最简单易用而且要易懂。在这一点上，PLC的设计者们也是充分考虑到使用者的意图，对于使用PLC的习惯性。梯形图与继电器相似，这种编程的方式比较简单易学，形象直观，而且易于掌握，不需要有很强的计算机知识和特殊的计算机语言。
(4) 功能完善：随着科学技术的不断发张，PLC的功能也是越来越多，新的功能在不断地增加，从原来的只有普通的控制到现在拥有逻辑的控制、计数、计时，到现在能够单独的进行过程控制、数模的转换、信息处理和联网功能。PLC功能的逐渐完善，这意味着它在工业行业中的地位是无可取代的，工业的进步是离不开PLC。现在，PLC可以实现人机对话功能，这说明未来PLC的发展方向朝着智能化的方向发展。
(5) 维护方便：PLC维护方便也是PLC得到工业生产中大量应用的主要原因，维护的方便可以有效地提高生产效率和减少不必要的投资，这样有效地帮工厂提高生产利润。PLC的体积较小，结构也不是很复杂而且比较耐用，所以维护比较方便，PLCI/O装置可以反映生产过程中的变化，还能有效地检测，这样更加利于维护[7]。
3.7 PLC的选型
本次设计中，选用的是三菱FX系列的FX2N-48MR型号的PLC,它的输入输出点共48个，满足一般控制的需求，实物图如图3-7所示：