大小球分拣传送机械PLC控制梯形图的设计与调试.doc

PLC课程设计

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设计报告格式20分
设计内容60分
10分
10分
总计得分
封面

3
页面布局
5
目录格式
3
图表质量
4
间距、行距、字体
6
工艺过程分析
8
系统控制要求
8
I/O
分配

5
设备选型

5
电气原理图
系统程序设计
10
动手实践能力
10
总印象评分
10
主电路
8
控制电路
8
外围接线图
8

2010年06月

目 录
摘要 3
第一章 PLC应用系统设计基础知识 4
1.1 PLC控制系统设计的原则和内容。 4
1.2 PLC的选型 4
1.2.1 性能与任务相适应 5
1.2.2 PLC的处理速度应满足时实控制的要求 5
1.2.3 PLC应用系统结构合理、机型系列应统一 5
第二章 PLC在大小球的分拣系统中的设计.................................................................................6
2.1 系统的功能.......................................................................................................................6
2.2 大小球分拣系统的结构..............................................6
2.3 I/O编址及工作框图..........................................................................................................7
2.4 大小球分拣的设计思想.................................................................................................8
2.5 机械手分拣球控制系统的接线图...................................................................................9
第三章 机械手分拣大小球系统的控制程序................................................................................10
3.1 机械手分拣大小球控制的程序流程图..........................................................10
3.2 机械手分拣大小球控制程序的梯形图.........................................................................11
第四章 总结.....................................................................................................................................17
参考文献................................18

摘 要

机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用。尤其在高温、高压、粉尘、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用的德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。用于分捡大小球的机械装置。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动作。

关键词：机械手、 PLC、 大小球

第一章 PLC应用系统设计基础知识
PLC应用系统设计主要包括硬件设计、软件设计、施工设计和安装调试等内容。本课程设计着重在系统设计和程序设计。
1.1 PLC控制系统设计的原则和内容。
PLC的选择除了应满足技术指标的要求外，还应着重考虑产品的技术支持与售后服务等情况。
最大限度地满足被控对象或产生过程的控制要求。对于一些原来用继电接触器线路不易实现的要求，使用PLC后，将很容易实现。
在满足控制要求前提下，力求使控制简单、经济、操作和维护方便。对一些过去较为繁琐的控制可利用PLC的特点加以简化，通过内部程序化外部接线及操作方式。
保证控制系统的安全、可靠。同时采取“软件兼施”的办法。
考虑到生产的发展和工艺的改进，选择PLC容量及I/O点数时，应适当留有裕量。一个系统完成后，往往会发现一些原来没有考虑到的问题，或者新提出的问题 ，如果事先留有裕量。则PLC系统极易修改。同时对日后系统工艺的变更提供方便。当然对于不同的用户，要求的侧重点不同，设计的原则也应有所区别，如果以提高产品和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点，设置考虑采取冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化；如果系统工艺经常变更，则事先充分考虑。
1.2 PLC的选型
在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体考虑以下几点。
1.2.1 性能与任务相适应
对于开关量控制系统的应用系统，当对控制要求不高时，可选用小型PLC（如西门子公司S7-200系列PLC或OMON公司系列CPM1A/CPM2A型PLC）就能满足要求，如对小型泵的顺序控制、单台机械的自动控制等。
对于以开关量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如对工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强的中小型PLC，如西门子公司的S7-300系列PLC或OMRON公司的COM/CQM1H型PLC。
对于比较复杂的中大型控制系统，如闭环控制、PID调节、通信联信网4等，可选用中大型PLC（如西门子公司的S7-400系列PLC或OMRON公司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1等PLC）。当系统的各个控制对象分布在不同的地域时，应根据各部分的具体要求来选择PLC，一组成一个分布式的控制系统。
1.2.2 PLC的处理速度应满足时实控制的要求
PLC工作时，从输入信号控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般要在1～2个扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般工业控制是允许的。但有些设备的实时性要求教高，不允许有教大的滞后时间。例如，PLC的I/O点数在几十到几千点范围内，这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间。
1.2.3 PLC应用系统结构合理、机型系列应统一
PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块电路板上，省去插接环节，体积小，每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，适用于工艺过程比较稳定、控制要求比较简单的系统。模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式灵活。维修更换模块、判断与处理故障快方便，适用于工艺过程变化教多、控制要求复杂的系统。在使用时，应按实际具体情况进行选择。
结合以上几点，在设计PLC机械手在大小球分选系统中用的PLC的选型为西门子S7-200系列的可编程控制器。

第二章 PLC在大小球的分拣系统中的设计
2.1系统的功能
机械手分拣大小球的控制功能要求为：
1）原位：机械手原始状态为左上角原位处，即上限开关LS3及左限开关LS1压合，同时机械手处于放松状态和球槽内有球（接近开关PS吸合），这时原位显示亮，表示准备就绪。
2）按下启动按钮SB1后，机械手下降，经过2s后机械手一定会碰到球。如果同时碰到下限开关LS2，则一定是小球；如果此时未碰到下限开关LS2，则一定是打球。
3）机械手吸住球后就提升，碰到上限开关LS3后就右行。
4）如果是小球，则右行到LS4处；如果是大球，则右行到LS5处。
5）机械手下降，当碰到下限开关LS2时，将小球释放到小球容器中；如果是大球，则释放到大球容器中。
6）释放后机械手提升，碰到上限开关LS3后，左行。
7）左行至碰到左限开关LS1时停下来，至此，一个工作循环结束。
2.2大小球分拣系统的结构
机械手分拣大小球的工作示意图如图1.1所示。

图1.1 机械手分拣大小球的工作示意图

2.3 I/O编址及工作框图
输入地址
对应的外部设备
输出地址
对应设备的操作
I0.0
设备的启动按钮
Q0.0
机械臂上升
I0.1
上移限位开关
Q0.1
机械臂下降
I0.2
下移限位开关
Q0.2
机械臂左行
I0.3

左移限位开关
Q0.3
机械臂右行
I0.4
大小球的选择开关
Q0.4
机械臂吸球/放球
I0.5
小球的选择开关
定时器
定时时间
I0.6
大球的限位开关
T37
2S
I0.7
设备的停止按钮
T38
2S
I1.0
连续运行按钮

I1.1
单周期运行按钮

I1.2
单不运行按钮

I1.3
回原点运行

I1.4
单步运行的辅助按钮

2.4 大小球分拣的设计思想
1) 当输送机处于起始位置时，上限位开关和左限位开关被压下，极限开关断开。
2) 启动装置后，捡球装置下行，一直到极限开关闭合。此时。若碰到的是小球，则压力传感器仍为断开状态；若碰到的是大球，则压力传感器闭合状态。
3) 吸起小球后，则捡球装置向上行，碰到上限位开关后，捡球装置向右行；碰到右限位开关（小球的右限位开关）后，再向下行，碰到下限位开关后，将小球释放到小球箱里，然后返回到原位。
4) 如果吸起的是大球，捡球装置右行碰到另一个右限位开关（大球的右限位开关）后，再向下行，碰到下限位开关后，将大球释放到小球箱里，然后返回到原位。

2.5 机械手分拣球控制系统的接线图

第三章 机械手分拣大小球系统的PLC程序
3.1 机械手分捡大小球控制程序流程图
根据要求，该控制流程根据吸住的是（大球、小球）有两个分支，此处应为分支点，且属于选择性分支。分支在机械臂下降之后根据接近开光（X0）的通断，分别将球吸住、上升、右行到SB4 或 SB5 处下降，此处应为汇合点。然后再释放、上升、左移到原点。

当按下SM0.1时，S0.0得电，如果转换条件满足，S0.1得电捡球装置下降捡球平板，当下降的捡球平板碰到下限开关SB2时，S0.2得电，停止下降，捡球装置给平板处的电磁线圈（KM）通电，捡球平板产生电磁吸力吸住钢球，此时压力感应器I0.4用来判断是吸住的大球还是小球，如果压力感应器I0.4的输出断开，说明吸住的是小球，而如是闭合的，则说明吸住的是大球。当吸住钢球后，S0.3得电捡球平板上升，碰到上限开关后开始右行，I0.5为小球位限位开关，I0.6为大球位限位开关，在右行的过程中，如果吸住的是大球，S0.6得电，则要到碰到I0.6才停止右行，S0.7得电，下降到下限开关位置，S1.0得电，断电释放钢球，然后S1.0得电上升到上限开关位置停止上升，S1.2得电，开始左行，碰到左极限停止左行；而如果是吸住的小球，则在右行的时候碰到I0.5就停止右行，S0.7得电，下降到下限开关出停止下行，S1.0得电，断电释放钢球，然后上升到上极限位置停止上升，S1.2得电，开始左行，到左极限停止左行，吸球时间T37为2s，释放球时间T38也为2s）
当将旋钮开关I1.0后，系统由开始捡球到放球，返回再次开始捡球，如此循环不断的进行捡球和放球的过程，直到按下停止按钮，系统才停下来不工作。
当系统在连续运行时，停止方式有两种，一种是正常停止：就是按下停止按钮后，系统要将整个周期剩下的步骤全部进行完，然后回到原点才停止工作。另外一种是紧急停止：就是用来处理紧急情况下来及时停止整个系统工作的，一按紧急停止，系统立刻停止，不管已经工作到什么位置。

3.2 机械手分拣大小球控制程序的梯形图

第四章 总结

短短两个星期的课程设计就要告一段落，纵观整个设计过程，可以说在这一过程中我的收获很大，充分认识到自己的薄弱环节，通过理论分析与实践的反复进行和论证，许多问题都有了较好的解决方案。
软件部分采用各部分程序直接转的方式，依次实现了PLC流程图、梯形图、指令表三种机械手控制方式。用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，但若要增加其它机械手控制方式或进行扩展，程序会变得相当复杂而且容易出错，出错后调试修改也很困难。收进的方式是将各部分程序写成程序，方便调用和调试。此种方法的优点是程序编写比较简单，不需要再编写分支、汇合状态移图的程序，且由于本课对定时精确度要求并不高，适宜采用。若是在对定时精度要求比较高的情况下，应采用单片机的中断功能进行硬件定时。
通过此次设计，了解了PLC机械手在大小球分选系统的工作原理，首次学习了一些机械手的工作原理及使用方法。其中电路及软件实现是此次设计的主要部分。
通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次毕业设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。特别是老师严谨冶普的态度给我启发不小。在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此

参考文献
[1] 廖常初主编.《PLC基础及应用》. 机械工业出版社,2004
[2] 《简明维修电工手册》 机械工业出版社,1993
[3] 赵金荣主编.《可编程序控制器原理及应用》 上海应用技术学院
[4] 易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》上海科普出版社
[5] 方承远主编.《工厂电气控制技术》 机械工业出版社
[6] 王永华主编.《现代电气及可编程技术》 机械工业出版社
[7] 汤以范主编.《电气与可编程序控制器技术》 机械工业出版社