機電傳動控制課程設計 大小球分揀系統(tǒng)設計

1、課程設計（論文）題目：大小球分揀系統(tǒng)設計設計名稱：機電傳動控制班級學號：學生姓名：指導教師：2013年12月30日成 績 評 定 表學生姓名班級學號專 業(yè)機械設計制造及其自動化課程設計題目大小球分揀系統(tǒng)設計評語組長簽字：成績?nèi)掌?20 年 月 日課程設計任務書學 院機械工程學院專 業(yè)機械設計制造及其自動化學生姓名班級學號課程設計題目大小球分揀系統(tǒng)設計實踐教學要求與任務: 1.設計內(nèi)容： 1） 完成指導書中要求的工作循環(huán)。2） 要求有四種工作方式：手動、回原點、單周期、連續(xù)。3） 連續(xù)時，循環(huán)5次結(jié)束，聲光間斷報警5秒。4） 按停止按鈕，完成當前循環(huán)后停。 5） 按復位按鈕，吸盤立即回原位。2.

2、設計要求：1）畫出端子分配圖和順序功能圖2）設計并調(diào)試PLC控制梯形圖3）設計說明書工作計劃與進度安排:1）理解題目要求，查閱資料，確定設計方案 1天2）PLC梯形圖設計與調(diào)試 4天3）說明書撰寫 1天4）答辯 1天指導教師：ASFF 2013年 月 日專業(yè)負責人：SFDSF2013年 月 日學院教學副院長：DSDJ2013年 月 日目錄0 前 言21 課程設計的任務和基本要求31.1 課程設計的任務31.2 課程設計的基本要求42 總體設計52.1 PLC選型52.2 PLC外部端子接線圖62.3 I/O端子分配圖73 PLC程序設計93.1設計思想93.2順序功能圖103.3 PLC梯形圖

3、114 程序調(diào)試說明195 結(jié)束語216 參考文獻22沈陽理工大學0 前 言隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)都在不斷尋求先進的自動化控制設備，以提高勞動生產(chǎn)率和工作效率，且要求產(chǎn)品更可靠、更合理、更安全。故提高設備的自動化、專業(yè)化功能對各類技術(shù)人員來說，已成為新課題和新要求。將電氣工程技術(shù)與控制技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)系統(tǒng)控制的柔性化和智能化，是傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)展的新趨勢，也是自動化技術(shù)的發(fā)展目標。如今的時代不僅是數(shù)字化、網(wǎng)絡化和信息化的時代，也是自動化的時代。自動化機械手的積極作用也日益為人們所知，它能部分代替人的勞動并能達到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因為它能大大

4、地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此，受到人們的重視并大量研究和應用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應用的更加廣泛。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對流水線上的產(chǎn)品或工件進行分揀，本次課設擬開發(fā)大小球分揀搬運機械手。采用PLC對機械手的上升、下降、左行、右行，以及吸盤吸住球?qū)⑵浞诺较鄳奈恢眠M行控制。我們利用可編程技術(shù)、結(jié)合其他相應的軟件、硬件裝置，控制機械手完成各種動作。1 課程設計的任務和基本要求1.1 課程設計的任務本次課程設計的主要任務是設計一個可以將大小球分開的分揀系統(tǒng)，根據(jù)操作桿下降時下限位開關(guān)SQ2是否閉合來判斷吸盤吸住的是大球還是小球，然后將其放倒各自對應

5、的箱子中，然后操作桿返回原點。連續(xù)時，系統(tǒng)循環(huán)5次后聲光間斷報警5s，然后再返回至原點。主要設計I/O端子分配圖、PLC外部端子接線圖和PLC控制梯形圖。系統(tǒng)的基本循環(huán)過程如下：1.操作桿起始運行位置在原點位置（如圖），為左限位與上限位的交點處。2.有啟動按鈕、停止按鈕和復位按鈕控制系統(tǒng)運行。系統(tǒng)運行期間若按下停止按鈕后系統(tǒng)則完成當前循環(huán)后停止；若按下復位按鈕后則系統(tǒng)將立即停止且操作桿返回原點。3.系統(tǒng)啟動后，操作桿運行動作順序為：下降2s吸球上升（至上限位）右行（至右限位）下降（至下限位）放球上升（至上限位）左行返回（至原點）。4.操作桿右行時有小球右限位（SQ4）和大球右限位（SQ5）之分

6、；下降時，若吸盤壓著大球即活塞未達到下限位置時（SQ2無動作），下限位開關(guān)SQ2斷開（SQ2 =“0”）；若壓著小球時，下限位開關(guān)SQ2接通（SQ2 =“1”）。圖1 分揀系統(tǒng)示意圖291.2 課程設計的基本要求1） 完成指導書中要求的工作循環(huán)。2） 要求有四種工作方式：手動、回原點、單周期、連續(xù)。3） 連續(xù)時，循環(huán)5次結(jié)束，聲光間斷報警5秒。4） 按停止按鈕，完成當前循環(huán)后停。5） 按復位按鈕，吸盤立即回原位。2 總體設計2.1 PLC選型 CPU是PLC的核心，每臺PLC至少有一個CPU，起神經(jīng)中樞的作用，通常由一個微處理器和一個存儲器組成。它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序

7、和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時,診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去控制相關(guān)的控制電路。對于PLC的選擇，應在滿足控制要求的前提下，盡可能的選用價格低廉、誤差率低的。對于開關(guān)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）就能滿足要求；對于以開關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量控制的系統(tǒng)，如溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應選用性能更

8、強的中小型PLC（如西門子公司的S7-300系列PLC）。另外，PLC工作時，從輸入信號到控制對象存在著滯后現(xiàn)象，所以在選擇PLC時，應根據(jù)對控制精度要求的不同來選擇PLC，控制精度高的應選擇性能更強的PLC才可滿足要求。因為本次設計的大小球分揀系統(tǒng)，控制精度要求不是很高且運算量不大，所以可選擇小型PLC即可滿足要求。（1）輸入端子點數(shù)啟動、停止和復位各需要一個輸入，手動、回原點、單周期和連續(xù)各需要一個輸入，左限位、下限位、上限位、小球右限位和大球右限位各需要一個輸入，手動操作桿上升、下降、左行、右行、吸球和放球各需要一個輸入，吸盤上的壓力傳感器開關(guān)需要一個輸入。一個19各輸入；（2）輸出端子

9、點數(shù)操作桿下降、上升、左行、右行、吸球，聲報警、光報警和原點顯示一共需要8各輸出；（3）PLC的選型確定因為在設計程序時總共用到了19個端子輸入信號和8個端子輸出信號，可選擇在該大小球分揀系統(tǒng)中用的PLC的型號為西門子S7-200系列的可編程控制器CPU 226 AC/DC/繼電器型PLC。240V 交流電源，24V DC輸入，24V DC輸出。2.2 PLC外部端子接線圖圖2 PLC外部端子接線圖2.3 I/O端子分配圖圖3 I/O端子分配圖3 PLC程序設計3.1設計思想我對于本次課程設計的總體設計思想如下： 主電路部分：（1）、電動機控制操作桿上下左右運動。（2）、主電路給操作桿的電磁鐵

10、（吸盤）加電產(chǎn)生磁場吸住球運動。（3）、由繼電器控制液壓缸伸縮運動,也控制電動機正反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)循環(huán)過程：（1）、當操作桿處于原點位置時，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)被壓下，極限開關(guān)閉合，原點指示燈亮。2.啟動系統(tǒng)后，操作桿下降，直到壓力傳感器的開關(guān)閉合。此時，若碰到的是小球，則下限位開關(guān)SQ2為閉合狀態(tài)；若碰到的是大球，則下限開關(guān)SQ2仍為斷開狀態(tài)。3.若吸起的是小球，則操作桿上升，達到上限位后，操作桿右行，達到小球的右限位后，再下降，達到下限位后，將小球放到小球箱里，然后上升、左行返回到原點。4.若吸起的是大球，則操作桿上升，達到上限位后，操作桿右行，達到大球的右限位后，再下降，達到下限位后，將大球

11、放到大球箱里，然后上升、左行返回到原點。3.2順序功能圖圖5.順序功能圖3.3 PLC梯形圖主程序結(jié)構(gòu):公用程序：自動程序：回原點程序：手動程序：手動程序說明：在手動程序中，為了保證系統(tǒng)的安全，設置了一些必要的連鎖：（1）設置上升和下降之間、左行和右行之間的互鎖，以防止功能相反的兩個輸出同時為ON；（2）用限位開關(guān)I0.0I0.4限制操作桿移動的范圍；（3）用上限位開關(guān)I0.2的常開觸點與控制操作桿左行和右行的Q0.2和Q0.3的線圈串聯(lián)，使得操作桿只有升到最高位置才能左右移動，以防止操作桿在較低位置移動時與其他的物體碰撞。4 程序調(diào)試說明仿真軟件不能直接收到S7-200的程序代碼，必須使用編

12、程軟件的導出功能將S7-200的用戶程序轉(zhuǎn)換為擴展名為“.awl”的ASC文件，然后在裝載到仿真PLC中去。在仿真軟件中執(zhí)行菜單命令“文件”“裝載程序”，在出現(xiàn)的對話框中選擇裝載程序，點擊“確定”按鈕后，在出現(xiàn)的“打開”對話框中雙擊要下載的*.awl文件，開始下載。下載成功后，CPU模塊上出現(xiàn)下載的ASC文件名稱，同時會出現(xiàn)下載的程序代碼文本框和梯形圖（見下圖）。圖 程序運行截圖執(zhí)行菜單命令“PLC”“運行”，開始執(zhí)行用戶程序。如果用戶程序中有仿真軟件不支持的指令或功能，執(zhí)行菜單命令“PLC”“運行”后，出現(xiàn)的對話框顯示出仿真軟件不能識別的指令。點擊“確定”按鈕，不能切換到RUN模式，CPU模

13、塊右側(cè)的“RUN”LED的狀態(tài)不會變化?？梢杂檬髽它c擊CPU模塊下面的開關(guān)板上的小開關(guān)來模擬輸入信號，通過模塊上LED觀察PLC輸出點的狀態(tài)變化，來檢查程序執(zhí)行的結(jié)果是否正確。如調(diào)試本課設中的自動連續(xù)程序，要在原點位置（I0.0與I0.2閉合）開始運行系統(tǒng)，先打開CPU模塊的I1.3自動連續(xù)輸入端開關(guān)，點擊“啟動”按鈕I0.5，操作桿下降2s后吸盤吸住球（2s），然后操作桿上升，這樣就會觀察到CPU模塊上的Q0.0對應的LED燈亮2s后、Q0.4及Q0.1對應的LED燈亮；再點擊上限位輸入信號I0.2所對應的開關(guān)，就會觀察到CPU模塊上的Q0.1對應的LED燈熄滅，然后Q0.3對應的LED燈亮

14、；若開始的時候吸盤吸住的是大球的話，再點擊大球右限位輸入信號I0.4，就會觀察到CPU模塊上的Q0.0對應的LED燈亮；再點擊下限位輸入信號I0.1所對應的開關(guān)，就會觀察到CPU模塊上的Q0.4對應的LED燈熄滅（表示放球），Q0.1對應的LED燈亮；再點擊上限位輸入信號I0.2所對應的開關(guān)，就會觀察到CPU模塊上的Q0.2對應的LED燈亮；再點擊左限位輸入信號I0.0所對應的開關(guān)，就會觀察到CPU模塊上的LED燈又重復以上的步驟，表示系統(tǒng)循環(huán)。這說明手動程序的仿真調(diào)試正確。按上述方法依次調(diào)試所有程序，來檢查程序執(zhí)行的結(jié)果是否正確。本程序經(jīng)過仿真調(diào)試后，沒發(fā)現(xiàn)任何錯誤，程序完全符合設計要求。5

15、 結(jié)束語 短短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。而且作為一個好的控制系統(tǒng)必須把各種控制都考慮在內(nèi)之外，尤其要考慮安全控制，一個安全的機械系統(tǒng)才是真正的好機械。通過此次課程設計，明白了PLC控制的機械手在大小球分揀系統(tǒng)中的工作原理。并且進一步找到了自己的不足之處。為了更好地完成此次的課程設計，通過查閱資料以及在老師細心的指導下，最終達到了設計的目的。通過這次綜合實踐，鞏固了理論知識的學習，提高了實際應用所學知識的能力，還積累了好多寶貴的經(jīng)驗。特別是老師嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度給我的啟發(fā)很大。在這次設計實實踐過程中，我認識到不管是做什么事，尤其是科學實踐，都需要大膽地猜想和小心地求證。任何一個方案都需要詳細的論證后才能著手去做，否則即使