基于PLC的大小球分拣系统.doc

基于PLC的大小球分拣系统专业： 姓名： 指导教师：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ABSTRACTMechanical hand positive role is increasingly recognized, one of, it can partially replace human labor and can meet the production requirements, follow certain procedures, time and location to complete workpiece transfer. Because, it can greatly improve the labor conditions of workers, accelerate the realization of industrial production mechanization and automation of the pace. Therefore, by the advanced unit take seriously and put a lot of manpower and material resources to study and apply. Especially in the high temperature, high pressure, dust, noise occasions, used more widely. In our country, modern in recent years have rapid development, and achieved certain results, subject to various industrial departments. In the production process, often on assembly line products for sorting, this subject to the material handling machinery hand, by German Siemens S7-200 series PLC, the mechanical hand on, around and grabbing motion control. Used in sorting size ball mechanical device. We use the programmable technology, combined with the corresponding hardware device, control manipulator to complete a variety of actions. Key Words: Manipulator,PLC,Size ball第一章 概述1.1设计介绍 本课程设计主要对PLC程序的结构、特点、各器件的性能以及对被控对象的控制过程进行具体研究，并通过PLC来实现对大小球分拣系统的控制，随着工业自动化、机械化进程的加速，自动控制正在逐步取代传统的人工控制，在改善工作人员的工作环境的同时也使生产效率大大的提高，为了最大限度地满足被控对象和产生过程的控制要求。在本课程设计中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，采用多种控制模式来对被控对象进行安全可靠的控制操作，使功能更加全面，其中包括手动控制，自动控制模式，使其操作性更强，便于企业各类人员操作，另外，该系统的手动控制模式，也使生产设备的检测和维护更加方便。1.2控制要求本次设计的大、小球分类选择传送PLC控制系统的机械臂起始位置在机械原点，为左限、上限并有显示；通过起动按钮和停止按钮控制运行，停止时机械手臂运行完本次吸球及放球整套动作然后回到原点; 起动后机械臂动作顺序为：下降吸球上升（至上限）右行（至右限）下降释放上升（至上限）左行返回（至原点）；机械臂右行时有小球右限（X5）和大球右限（X6）之分，下降时，当电磁铁压着大球时下限开关X3断开，压着小球时下限开关X3接通。1.3 PLC介绍 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association） 经过四年的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC 作了如下定义 “PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC 标准的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通过了对它的定义： “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定 时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系 统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.4 PLC的工作原理 PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。1.5 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。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2.1所示：图2.1 机械手分拣大小球的工作示意图2.3 电路设计及I/O接线方式2.3.1 主电路如图2.2所示：图2.2 主电路图2.3.2 PLC控制的I/O地址分配表1为PLC控制的I/O地址分配，用此地址分配可以设计控制流程图及梯形图。表1 I/O地址分配表输 入输 出X0启动按钮Y0原点显示X1左限位开关Y1下行X2下限位开关Y2上行 X3上限位开关Y3 右行 X4中限位开关Y4 左行 X5右限位开关Y5 吸球 X6接近开关 X7停止开关2.3.3 硬件连接图如图2.3所示图2.3 I/O接线图2.3.4 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。第三章 软件设计3.1 顺序流程图机械手分拣大小球的工作流程图如图3.1所示图3.1 机械手分拣大小球的工作流程图3.2 顺序功能图 根据机械手分拣大小球的工作流程图建立该系统的顺序功能图如图3.2所示：图3.2 机械手分拣大小球的顺序功能图3.3 机械手分拣大小球系统的梯形图由机械手分拣大小球的设计思路及顺序流程图设计梯形图如图3.2所示：图3.2 机械手分拣大小球的梯形图3.4 机械手分拣大小球的助记符观察机械手分拣大小球的梯形图并由此梯形图改成相应的助记符，表2为该系统的助记符。表2 图3.2梯形图对应的助记符语句步指令元件语句步指令元件语句步指令元件0LD M800223SET S2346STL S281SETS024STL S2347OUT Y12STLS025OUT Y248LD X23LDX126LD X349SET S294ANDX327SET S2450STL S295SETS2028STL S2451RST Y56STLS2029OUT Y352OUT T17OUTY030LD X453K108LD X031SET S2854LD T19SET S2132STL S2555SET S3010STLS2133SET Y556STL S3011OUTY134OUT T057OUT Y212LD X235K1058LD X313AND X636LD T059SET S3114SET S2237SET S2660STL S3115LDI X238STL S2661OUT Y416AND X639OUT Y262LD X117SET S2540LD X363ANI X718STL S2241SET S2764SET S2019SET Y542STL S2765RET20OUT T043OUT Y366END21K1044LD X522LD T0 45SET S283.5 程序分析用现有的实验设备进行连接，连接好实验线路后通过专用电缆连接手持编程器与PLC主机。打开编程器，逐条输入程序，检查无误后，将可编程控制器主机上的STOP/RUN按钮拨到RUN位置，运行指示灯点亮，表明开始运行，有关的指示灯将显示运行结果。过程分析模拟：M8002产生触发脉冲同时按下左限开关X1、上限开关X3对系统置位，显示原点Y0灯亮。接着按下启动开关X0，系统启动，开始下行，Y1显示，到达下限X2时，进入选择顺序的两个分支电路。如果此时吸盘吸起的是大球，则下限位开关X2的常开触点闭合，电磁阀Y5通电吸球，延时1秒后开始上升，Y2显示，到达上限X3后即右行；若是小球，则下限位开关X2常闭触点闭合吸球，其余过程同大球。吸住小球向右运行，Y3显示，到达小球右限X4后开始下行（大球是在到达大球右限开关X5后开始下行），Y1显示。到达下限X2之后电磁阀线圈Y5断电放球，然后延时1秒，机械臂开始上行，Y2显示，到达上限X3之后，开始向左移动，Y4显示，回到原点后，原点Y0显示。总结短短几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