自动药柜的PLC控制系统设计
引言 1
一、设计方案 1
（一）位置的判断 1
（二）取药过程 1
（三）设计中遇见的难点 1
二、 PLC的原理 2
（一）PLC的硬件组成与基本结构 2
（二） PLC的工作过程 3
三、 PLC自动药柜控制系统的设计 4
（一）控制要求 4
（二）PLC选型分析 4
（三）FX系列PLC 5
（四） I/O地址分配 7
（五）步进电机的PLC控制 8
四、软件设计 10
（一） 装置运行的流程 10
（二）机械手的手动调节（上下、左右、前后）的程序 12
（三） 位置判断的程序 13
（四） 取药过程的程序 16
结语 21
参考文献 22
谢辞 23
引言
随着PLC逻辑控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等多功能控制器的发展，在工业控制得到了广泛的运用。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠地控制应用。对于I/O点数多，且点数分散的控制系统，可通过PLC网络通信功能实现控制要求，实现PLC的远程控制。
由于PLC已成为当代自动控制的一种重要的控制方式。所以本文介绍的自动药柜PLC控制系统的设计，使我对PLC的运用有了更进一步的了解。
自动药柜PLC控制系统设计的大概思路：自动药柜的设计思路主要从两方面着手，首先，通过位置的比较，这个位置的比较分为横向比较和纵向比较，分别有两个步进电机控制机械手的上下、左右方向的运动，通过比较找准要取该号药柜的位置，最后 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
一方面就是进行取药过程，还是有两个步进电机控制机械手的上下和前后方向的运动来完成取药的过程。
一、设计方案
（一）位置的判断
通过两个步进电机控制机械手的上下、左右方向的运动来确定位置，通过比较来确定要取药柜确定所取的药柜的编号，这个比较分为横向比较和纵向比较，当目标位置大于初始位置时机械手就像上（右），当目标位置小于初始位置时机械手就像下（左），这样就可以找准要取该药位置所对应的编号，再接着就开始到取药过程。
（二）取药过程
通过两个步进电机控制机械手的上下、前后方向的运功来实现取药过程的完成。取药过程首先通过机械手移动实现把药柜拉出来的过程，接着通过机械手的移动实现把挡板推开的过程，这样就开始接药，最后，通过机械手的运动实现把药柜关闭的过程，再回原始位置通过皮带传送把所取得药送入大接药盒，这样就完成了取药过程，这样在进行到下一个药柜的取药过程。通过位置判断和取药过程这两个动作就可以完成所有的取药过程。
（三）设计中遇见的难点
本次设计遇到的主要难点就是在位置的判断上，取药过程采用了步进指令，这个简单，方便、流程简洁，思路清晰的优点，最适合一些初学者使用。在位置的判断过程中，采用了类比法。其中运料小车的实例对我的帮助是很重要的。找出类似的地方感觉这个方法还是可行的。
二、 PLC的原理
（一）PLC的硬件组成与基本结构
可编程控制器实质上是一种工业计算机，从硬件结构上看，它由中央处理器、存储器、输入/输出单元、编程器、电源等主要部件组成。如图2-1所示。
图2-1 PLC基本结构
中央处理器（CPU），与一般计算机一样，它是可编程控制器的核心，它按照系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不絮进行工作。主要任务有：
接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并通过显示器显示程序的内容和存储地址。
检查、校验用户程序。对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则立即报警或停止程序的执行。
接收、调用现场信息。将接收到的现场输入数据保存起来，在需要该数据的时候将其调出、并送到需要改数据的地方。
执行用户程序。
故障诊断
可编程存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器。
输入和输出单元可分为数字量输入接口和模拟量输入接口，①数字量输入接口的作用是把现场的数字（开关）量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。模拟量输入接口，它的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程控制器内部处理的、由若干二进制数字表示的信号。
数字量输出接口,它的作用是把可编程控制器内部的标准信号转换成现场执行机构所需的数字（开关）量信号。
模拟量输出接口,它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。
（二） PLC的工作过程
可编程控制器是一种工业控制计算机，所以它的工作原理是建立在计算机工作原理的基础上的，即通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，便称为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入/输出的响应是有滞后的。执行用户程序时，需要各种现场信息，这些现场信息已接到PLC的输入端口。PLC采集现场信息，即采集输入信号，有两种方式，第一种，采样输入方式，第二种立即输入方式。
可编程控制器的整个运行过程可分为3部分：
上电处理；
扫描过程；
出错处理；
PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度有关，与I/O点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等都有关。
图2-2 PLC扫描过程
三、 PLC自动药柜控制系统的设计
（一）控制要求
1、三个步进电机控制机械手实现机械手的上下、左右和前后的运动。
机械手的上下和前后的运动实现取药的过程的动作；
机械手的左右和上下的运动实现到达取该种药品所对药柜的位置到达所需的位置是通过位置开关感应的。
2、药柜设计成三行三列的矩阵药柜，所对应的九种药物且每种药物是针对袋装的，每次取药的量为一袋。
3、首先，如果医生需要几号药，就按下所对应号的按钮，通过横向比较和纵向比较找准该药所对应的编号，接着就进行取该药物。如果还需要另一种药物还是可以重复这些动作，直到把所需的药物取完。
4、电气控制采用三菱PLC、步进电机驱动模块、位置将开关等器件组成，机械手部分采用的是滚珠丝杆传动。
X003 向下运动按钮
X004 向右运动按钮
X005 向左运动按钮
X006 向前运动按钮
通过本次设计，我了解到PLC的现实用途很广泛，而它的知识也很精深，越加深入，就感觉到自己学的很肤浅。要想学好PLC还需要多看一些相关的书籍和多做一些相关的设计。
一、设计方案 1
（一）位置的判断 1
（二）取药过程 1
（三）设计中遇见的难点 1
二、 PLC的原理 2
（一）PLC的硬件组成与基本结构 2
（二） PLC的工作过程 3
三、 PLC自动药柜控制系统的设计 4
（一）控制要求 4
（二）PLC选型分析 4
（三）FX系列PLC 5
（四） I/O地址分配 7
（五）步进电机的PLC控制 8
四、软件设计 10
（一） 装置运行的流程 10
（二）机械手的手动调节（上下、左右、前后）的程序 12
（三） 位置判断的程序 13
（四） 取药过程的程序 16
结语 21
参考文献 22
谢辞 23
引言
随着PLC逻辑控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能等多功能控制器的发展，在工业控制得到了广泛的运用。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠地控制应用。对于I/O点数多，且点数分散的控制系统，可通过PLC网络通信功能实现控制要求，实现PLC的远程控制。
由于PLC已成为当代自动控制的一种重要的控制方式。所以本文介绍的自动药柜PLC控制系统的设计，使我对PLC的运用有了更进一步的了解。
自动药柜PLC控制系统设计的大概思路：自动药柜的设计思路主要从两方面着手，首先，通过位置的比较，这个位置的比较分为横向比较和纵向比较，分别有两个步进电机控制机械手的上下、左右方向的运动，通过比较找准要取该号药柜的位置，最后 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
一方面就是进行取药过程，还是有两个步进电机控制机械手的上下和前后方向的运动来完成取药的过程。
一、设计方案
（一）位置的判断
通过两个步进电机控制机械手的上下、左右方向的运动来确定位置，通过比较来确定要取药柜确定所取的药柜的编号，这个比较分为横向比较和纵向比较，当目标位置大于初始位置时机械手就像上（右），当目标位置小于初始位置时机械手就像下（左），这样就可以找准要取该药位置所对应的编号，再接着就开始到取药过程。
（二）取药过程
通过两个步进电机控制机械手的上下、前后方向的运功来实现取药过程的完成。取药过程首先通过机械手移动实现把药柜拉出来的过程，接着通过机械手的移动实现把挡板推开的过程，这样就开始接药，最后，通过机械手的运动实现把药柜关闭的过程，再回原始位置通过皮带传送把所取得药送入大接药盒，这样就完成了取药过程，这样在进行到下一个药柜的取药过程。通过位置判断和取药过程这两个动作就可以完成所有的取药过程。
（三）设计中遇见的难点
本次设计遇到的主要难点就是在位置的判断上，取药过程采用了步进指令，这个简单，方便、流程简洁，思路清晰的优点，最适合一些初学者使用。在位置的判断过程中，采用了类比法。其中运料小车的实例对我的帮助是很重要的。找出类似的地方感觉这个方法还是可行的。
二、 PLC的原理
（一）PLC的硬件组成与基本结构
可编程控制器实质上是一种工业计算机，从硬件结构上看，它由中央处理器、存储器、输入/输出单元、编程器、电源等主要部件组成。如图2-1所示。
图2-1 PLC基本结构
中央处理器（CPU），与一般计算机一样，它是可编程控制器的核心，它按照系统程序赋予的功能指挥可编程控制器有条不絮进行工作。主要任务有：
接收、存储由编程工具输入的用户程序和数据，并通过显示器显示程序的内容和存储地址。
检查、校验用户程序。对正在输入的用户程序进行检查，发现语法错误立即报警，并停止输入；在程序运行过程中若发现错误，则立即报警或停止程序的执行。
接收、调用现场信息。将接收到的现场输入数据保存起来，在需要该数据的时候将其调出、并送到需要改数据的地方。
执行用户程序。
故障诊断
可编程存储器可以分为系统程序存储器、用户程序存储器及工作数据存储器。
输入和输出单元可分为数字量输入接口和模拟量输入接口，①数字量输入接口的作用是把现场的数字（开关）量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。模拟量输入接口，它的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程控制器内部处理的、由若干二进制数字表示的信号。
数字量输出接口,它的作用是把可编程控制器内部的标准信号转换成现场执行机构所需的数字（开关）量信号。
模拟量输出接口,它的作用是将可编程控制器运算处理后的若干位数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。
（二） PLC的工作过程
可编程控制器是一种工业控制计算机，所以它的工作原理是建立在计算机工作原理的基础上的，即通过执行反应控制要求的用户程序来实现的。但是CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，便称为时间上的串行。由于运算速度极高，各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入/输出的响应是有滞后的。执行用户程序时，需要各种现场信息，这些现场信息已接到PLC的输入端口。PLC采集现场信息，即采集输入信号，有两种方式，第一种，采样输入方式，第二种立即输入方式。
可编程控制器的整个运行过程可分为3部分：
上电处理；
扫描过程；
出错处理；
PLC运行正常时，扫描周期的长短与CPU的运算速度有关，与I/O点的情况有关，与用户应用程序的长短及编程情况等都有关。
图2-2 PLC扫描过程
三、 PLC自动药柜控制系统的设计
（一）控制要求
1、三个步进电机控制机械手实现机械手的上下、左右和前后的运动。
机械手的上下和前后的运动实现取药的过程的动作；
机械手的左右和上下的运动实现到达取该种药品所对药柜的位置到达所需的位置是通过位置开关感应的。
2、药柜设计成三行三列的矩阵药柜，所对应的九种药物且每种药物是针对袋装的，每次取药的量为一袋。
3、首先，如果医生需要几号药，就按下所对应号的按钮，通过横向比较和纵向比较找准该药所对应的编号，接着就进行取该药物。如果还需要另一种药物还是可以重复这些动作，直到把所需的药物取完。
4、电气控制采用三菱PLC、步进电机驱动模块、位置将开关等器件组成，机械手部分采用的是滚珠丝杆传动。
X003 向下运动按钮
X004 向右运动按钮
X005 向左运动按钮
X006 向前运动按钮
通过本次设计，我了解到PLC的现实用途很广泛，而它的知识也很精深，越加深入，就感觉到自己学的很肤浅。要想学好PLC还需要多看一些相关的书籍和多做一些相关的设计。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/1824.html
