大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計

1、19XXXXX學院課程設計說明書設計題目: 大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計 學生姓名： XXXXX 學 號： XXXXX 專業(yè)班級： XXXXX 指導教師： XXXXX 2012 年 12 月 12 日內容摘要機電一體化產品的積極作用正日益為人們所認識，如本設計產品機械手，它能部分地代替人的勞動并能達到生產工藝的要求， 遵循一定的程序、 時間和位置來完成工件的篩選與傳送。而且它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應用，尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并

2、取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產過程中，經常要對流水線上的產品進行分揀，本課程設計擬設計大小球分揀傳送機控制系統(tǒng)的PLC設計，采用的德國西門子 S7-200 系列（cpu-224）PLC，對機械臂的上下、左右以及抓取運動進行控制，用于分撿大小球的機械裝置。我們利用可編程技術，結合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。 關鍵詞：大小球分揀控制系統(tǒng)； PLC設計； 機械手目 錄第1章 引言 11.1 大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計內容簡介11.2 大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計要求 11.3 大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計思想 2第2章 大、小球分揀傳送系統(tǒng)的硬件電路設計32.

3、1 大、小球分揀傳送系統(tǒng)功能說明 32.2 設計主電路原理圖32.3 機械臂分揀大、小球控制的運行框圖42.4 確定I/O信號數量，選擇PLC的類型42.5 機械臂分揀大、小球控制的電器元件I/O分配表52.6 機械臂分揀大、小球控制的I/O接線圖 5第3章 大、小球分揀傳送系統(tǒng)的程序設計83.1 機械臂分揀大、小球控制程序的梯形圖83.2 機械臂分揀大、小球控制程序的指令表11第4章 軟件硬件調試13結 論16設計總結17謝 辭 18參考文獻19第1章 引 言1.1 大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計內容簡介學院此次安排我們進行了為其兩周的機電傳動課程設計實習，對我們即將進行畢業(yè)設計是很有益處

4、的。這學期我們學習了機電傳動控制課程，此次實習主要是對課本中的知識進行實踐，比如繼電器-接觸器控制和可編程控制器控制等重要章節(jié)更是聯(lián)系緊密。讓我們把課本知識很好的應用于實踐中去，有助于總體實力的提高。本次我的課程設計的主要內容：大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計，如圖1-1。圖1-1 大、小球分揀傳送機械工作示意圖1.2 大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計要求本次設計的控制要求如下：1.機械臂起始位置在機械原點（見圖），為左限、上限并有顯示。2.有啟動按鈕和停止按鈕控制運行，按下設備停止按鈕后機械臂必須回到原點。3.啟動后，機械臂動作順序為：下降吸球上升（至上限）右行（至右限）下降釋放上升（至上限

5、）左行返回（至原點）。4.機械臂右行時有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降時，當電磁鐵壓著大球時，下限開關LS2斷開（=“0”）；壓著小球時，下限開關LS2接通（=“1”）。1.3 大小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計思想對于本次課程設計的總體思路如下：本設計主要要求控制電路PLC的設計，故對于主電路就不做過多闡述。主電路：1電動機控制機械臂上下左右運動。2主電路給機械臂的電磁鐵加電產生磁場吸住球運動。 由繼電器控制電動機正反轉.控制電路：由PLC控制繼電器線圈來控制主電路的上下左右運動和抓釋小球.PLC控制繼電器和電燈的輸出，從而控制主電路。1.當輸送機處于起始位置時，上限位開關和左

6、限位開關被壓下，原點顯示燈亮。2.啟動裝置后，機械臂下行，一直到極限開關SQ閉合。此時，若碰到的是小球，則下限開關LS2為閉合狀態(tài)；若碰到的是大球，則下限開關LS2仍為斷開狀態(tài)。3.吸起小球后（SQ開關閉合），則機械臂向上行，碰到上限位開關后，撿球裝置向右行；碰到右限位開關（小球的右限位開關LS4）后，再下行，下行1秒后機械臂電磁鐵失電，將小球釋放到小球箱里，然后機械臂返回到原位。4.如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個右限位開關（大球的右限位開關LS5）后，再向下行，碰到下限位開關后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位。5.當機械臂回原位后，一個工作循環(huán)結束，如果此時接近開關PSO顯示

7、球槽內還有球，則繼續(xù)下一循環(huán)。若接近開關PS0斷開即球槽內無球，則機械臂回原位，整個裝置停止運行。第2章 大、小球分揀傳送系統(tǒng)的硬件電路設計2.1 大、小球分揀傳送系統(tǒng)功能說明機械手分揀大小球的控制功能如下： 1.原位：機械臂原始狀態(tài)為左上角原位處，即上限開關LS3及左限開關LS1壓合，同時機械臂處于無磁狀態(tài)和球槽內有球或無球狀態(tài)（接近開關PS吸合或斷開），這時原位顯示燈亮，表示準備就緒。 2.按下啟動按鈕SB1后，機械臂的電磁鐵無磁，機械臂下降，接近開關SQ閉合后，機械臂會碰到球，接著電磁鐵加磁。如果同時碰到下限開關LS2，則一定是小球；如果此時未碰到下限開關LS2，則一定是大球。 3.機械

8、臂吸住球后（接近開關SQ閉合后）就提升，碰到上限開關LS3后就右行。 4.如果是小球，則右行到LS4處；如果是大球，則右行到LS5處。 5.機械臂下降，經過1S后將小球釋放到小球容器中；如果是大球，則釋放到大球容器中。6.釋放后機械臂提升，碰到上限開關LS3后，開始左行。7.機械臂左行至碰到左限開關LS1后，一個工作循環(huán)結束，如果此時接近開關PSO顯示球槽內還有球，則繼續(xù)下一循環(huán)；若無球，則工作停止。8.控制系統(tǒng)停止有兩種情況；（1）接近開關PSO顯示球槽內無球則循環(huán)結束；（2）按下停止按鈕SB2則運行完此次循環(huán)后停止到原點；（3）按下急停按鈕SB3，系統(tǒng)立刻停止工作，不管已經工作到什么位置。

9、9.當系統(tǒng)在連續(xù)運行時，停止方式有兩種，一種是正常停止：就是按下停止按鈕后，系統(tǒng)要將整個周期剩下的步驟全部進行完，然后回到原點才停止工作。另外一種是緊急停止：就是用來處理緊急情況下來及時停止整個系統(tǒng)工作的，一按緊急停止按鈕SB3，系統(tǒng)立刻停止工作，不管已經工作到什么位置。但此時，電磁鐵線圈仍處于有電狀態(tài)，以保證緊急停止后不放球，保證安全。2.2 設計主電路原理圖如圖2-1中，主電路采用兩個電動機、四個接觸器即正轉接觸器KM1（KM3）和反轉接觸器KM2(KM4)控制。當接觸器KM1（KM3）的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按UVW接入電動機。當接觸器KM1（KM3）的三對主觸頭斷開，接觸器K

10、M2(KM4)的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按WVU接入電動機，電動機就向相反方向轉動。利用兩臺電動機的正反轉，分別控制機械臂的上、下、左、右行。圖2-1 主電路原理圖2.3 機械臂分揀大、小球控制的運行框圖運行框圖分為12個網絡，共11層控制，加循環(huán)控制流程，一直到沒有球之后便自動原點復位停止，也可以按停止按鈕到這一循環(huán)結束后停止在原點位置。重新按下啟動按鈕后，再次開始，具體過程如圖2-2所示。2.4 確定I/O信號數量，選擇PLC的類型對于開關量控制系統(tǒng)的應用系統(tǒng)，當對控制要求不高時，可選用小型PLC（如西門子公司S7-200系列PLC或OMON公司系列CPM1A/CPM2A型PLC）

11、就能滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的自動控制等。對于以開關量控制為主，帶有部分模擬量控制的應用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應選用帶有A/D轉換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器和驅動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型PLC，如西門子公司的S7-300系列PLC或OMRON公司的COM/CQM1H型PLC。對于比較復雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、PID調節(jié)、通信聯(lián)信網等，可選用中大型PLC（如西門子公司的S7-400系列PLC或OMRON公司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1等PLC

12、）。當系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同的地域時，應根據各部分的具體要求來選擇PLC，組成一個分布式的控制系統(tǒng)。PLC的結構分為整體式和模塊式兩種。整體式結構把PLC的I/O和CPU放在一塊電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式PLC的功能擴展，I/O點數的增減，輸入與輸出點數的比例，都比整體式靈活。維修更換模塊、判斷與處理故障快方便，適用于工藝過程變化教多、控制要求復雜的系統(tǒng)。在使用時，應按實際具體情況進行選擇。根據系統(tǒng)分析得輸入點有10個，分別為I0.0-I1.1;輸出點有6個，分別為Q0.1-Q0.5、Q0.

13、7。I/O點共16個。結合以上幾點，在設計PLC機械手在大小球分選系統(tǒng)中用的PLC的選型為西門子S7-200系列的可編程控制器（CPU-224）PLC。2.5 機械臂分揀大、小球控制的電器元件I/O分配表S7200系列（CPU-224）PLC有14DI/10DO，本次設計只需10個輸入，6個輸出，具體I/O分配表如表2-1。2.6 機械臂分揀大小球控制的I/O接線圖由PLC控制繼電器線圈來控制主電路的上下左右運動和機械臂抓釋小球.PLC控制繼電器和電燈的輸出，從而控制主電路。采用S7200系列（CPU-224）PLC，輸入端分兩組共十個接口，輸出端分兩組共六個接口，具體如圖2-3。開 始機械臂

14、在原位，LS1、LS3被壓下按下啟動按鈕，機械臂下行按下急停按鈕，設備急停下限開關LS2閉合？ N Y吸盤電磁閥線圈通電吸盤電磁閥線圈通電 大球 小球機械臂吸球后，接近開關SQ閉合機械臂吸住球后，接近開關SQ閉合機械臂上行，壓下LS3后右行機械臂上行，壓下LS3后右行機械臂壓下LS4后下行機械臂壓下LS5后下行機械臂壓下LS2后，球放到球箱，機械臂返回原位機械臂壓下LS2后，球放到球箱，機械臂返回原位球槽內是否有球（接近開關是否閉合）？ 停 止 N Y圖2-2 機械臂分揀大、小球控制的運行框圖表2-1 I/O分配表輸入地址編碼信號名稱元件名稱元件符號I0.0啟動信號常開按鈕SB1I0.1停止信

15、號常開按鈕SB2I0.2急停信號常開按鈕SB3I0.3左限信號常開開關LS1I0.4下限信號常開開關LS2I0.5上限信號常開開關LS3I0.6小球右限信號常開開關LS4I0.7大球右限信號常開開關LS5I1.0大小球的接近信號常開開關SQI1.1槽內有無球信號常開開關PS0輸出地址編碼對應的外部設備元件名稱元件符號QO.1電磁鐵控制信號電磁鐵線圈KQO.2機械臂下降信號接觸器KM1Q0.3機械臂上升信號接觸器KM2Q0.4機械臂右行信號接觸器KM3Q0.5機械臂左行信號接觸器KM4Q0.7顯示燈亮信號原點顯示燈HL圖2-3 機械臂分揀大、小球控制的I/O接線圖第3章 大、小球分揀傳送系統(tǒng)的程

16、序設計3.1 機械臂分揀大、小球控制程序的梯形圖本系統(tǒng)采用STEP 7 MicroWIN SP4（S7-200）V4.0軟件調試,機械臂大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設計程序的梯形圖見下圖3-1，共有11個網絡，11層控制系統(tǒng)，具體詳析見下圖所示:3.2 機械臂分揀大、小球控制程序的指令表本系統(tǒng)調試過程所生成指令表如下:TITLE=PROGRAM COMMENTSNetwork 1 / Network Title/ 啟動和停止命令（I0.0啟動信號、I0.1停止信號）LD I0.0O M0.0AN I0.1AN I1.0= M0.0Network 2 / 原位下行命令（Q0.2下行信號、I0,.

17、5上限信號、I0.3左限信號)LD M0.0= Q0.2A I0.5A I0.3= Q0.7Network 3 / 機械臂得電、上行命令（Q0.2下行信號、Q0.1得電信號、Q0.3上行信號）LD Q0.2LD I1.1O Q0.1ALDLPSAN M0.1= Q0.1LPP= Q0.3Network 4 / 右行命令（Q0.4右行信號）LD Q0.3LD I0.5A I0.3O Q0.4ALD= Q0.4Network 5 / 大、小球判斷命令（I0.4下限信號、I0.6小球右限信號、I0.7大球右限信號）LD Q0.4LPSA I0.4LD I0.6O Q0.2ALD= Q0.2LPPAN

18、 I0.4LD I0.7O Q0.2ALD= Q0.2Network 6 / 機械臂下行1秒釋球命令（T37定時器）LD Q0.2AN T37TON T37, 10Network 7 / 執(zhí)行釋球命令LD T37O M0.1= M0.1Network 8 / 釋球后上行命令LD M0.1O Q0.3= Q0.3Network 9 / 左行命令（Q0.5左行信號）LD Q0.3LD I0.6O I0.7ALD= Q0.5Network 10 / 機械臂回原位信號LD Q0.5LD I0.3O Q0.2ALD= Q0.2Network 11 / 急停命令（I0.2急停信號，且急停時機械不失電）LD

19、 I0.2R Q0.1, 6第4章 軟件硬件調試軟硬件調試過程中出現了一些問題，通過理論分析與實踐的反復進行和論證，許多問題都有了較好的解決方案，最終實現了系統(tǒng)的功能。作為一個好的控制系統(tǒng)必須把各種控制都考慮在內之外，還要考慮安全控制，一個安全的系統(tǒng)才是真正的好系統(tǒng)。以下為調試過程中大小球分辨指令的部分調試過程，如圖4-1所示：圖4-1如上圖所示當按下啟動按鈕后，下限開關未被碰觸時（I0.4=0），大球右限信號得電（I0.7=1），即機械臂將大球放到大球指定位置。同理，當下限開關被碰觸時，小球亦按此過程被放到小球指定位置。其余調試過程不做過多詳細說明，整個調試過程是在PLC（SIEMENSS7

20、-200）虛擬軟件上完成。各項調試步驟及結果均符合設計任務要求。結 論我們的兩周的課程設計就要告一段落，縱觀整個設計過程，可以說在這一過程中我的收獲很大，充分認識到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過理論分析與實踐的反復進行和論證，許多問題都有了較好的解決方案。軟件部分采用各部分程序直接轉的方式，依次實現了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機械手控制方式。用此種方法編寫程序條理清晰，連貫性強，但若要增加其它機械手控制方式或進行擴展，程序會變得相當復雜而且容易出錯，出錯后調試修改也很困難。收進的方式是將各部分程序寫成程序，方便調用和調試。此種方法的優(yōu)點是程序編寫比較簡單，不需要再編寫分支、匯合狀態(tài)移圖的程序，且由

21、于本課對定時精確度要求并不高，適宜采用。若是在對定時精度要求比較高的情況下，應采用單片機的中斷功能進行硬件定時。通過此次設計，了解了PLC機械手在大小球分選系統(tǒng)的工作原理，首次學習了一些機械手的工作原理及使用方法。其中電路及軟件實現是此次設計的主要部分。作為一個好的控制系統(tǒng)必須把各種控制都考慮在內之外，還要考慮安全控制，一個安全的機械才是真正的好機械。設計總結課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識、發(fā)現、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程。隨著科學技術發(fā)展的日新月異，PLC已經成為當今計算機應用中的領域，生活中可以說是無處不在。因此對于二十一

22、世紀的大學生來說掌握PLC技術是十分重要的?；仡櫞舜蜳LC課程設計，我感慨頗多。的確，通過這次對自動裝卸線控制系統(tǒng)的PLC控制，讓我們對PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC設計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出做適合的設計方法。從理論到實踐，在兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學的知識，而且學到了很多在書本上沒有的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實踐相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把理論與實踐結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到的問題，可以說得是困難重重，這畢竟是第一次做的，難免會遇到各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現自己的不足之處，對以前所學的知識理解的不夠深刻，掌握的不夠牢固，比喻說不懂一些元器件的使用方法，對PLC編程掌握的不好通過這次課程設計之后，一定要把以前的知識重新溫習。在本次設計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館和INTERNET成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的，在以后的工作