PLC在机械手大小球分选控制系统中的应用毕业论文.doc

PLC在机械手分选系统中的应用PLC在机械手大小球分选控制系统中的应用摘 要机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但是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。例如：1、机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。2、在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件3、可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。4、可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。5、宇宙及海洋的开发。6、军事工程及生物医学方面的研究和试验。 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，采用日本三菱公司的FX2N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 自动化生产AbstractThere are almost one hundred years that the contracting fault system has been founded up. It originated from a independent creditors rights system of the Roman law, it exerts huge functions in credit-law system of mainland law system. Also, we had further cognitions to this theoretic. However, along with the society economical and cultural development, it has become a miscellaneous system. But how to establish the complete theoretic system and certain its applicable range is still an important lesson for us to research in civil law. It means that the conclude treaty side must undertake prior contract obligation as violated the credit standing during the contract making process, but also results the other side lost their credit standing, the conclude treaty party has promised to undertake the civil indemnification duty. Our country contract law the first time made the contracting fault system clear and definite. And for its applicable range established the law foundation, but its deficiency also easy to discover. At first, I must synthetically analysis the definition of the contracting fault duty, and emphasize the contracting fault duty takes place before the contract effect. Not only the party concerned had made mistakes, but also has the pre-contract obligation that violated the credit standing principle, results the other party lost his confide benefit. Secondly, Ill expatiate the classification and characteristic of the contracting fault duty briefly, and then compare the contracting fault duty with the against contract duty and the infringement right duty. At last, Ill concretely analysis the applicable range of the contracting fault duty problem in our country.Key Words：the contracting fault duty, confide benefitPLC在机械手分选系统中的应用目 录1、PLC的结构及基本指令1.1 PLC的结构原理.31.1.1 PLC的硬件系统结构.31.1.2 可编程控制.41.2 PLC的基本工作原理.51.2.1 PLC的等效电路.51.2.2 PLC的工作过程.51.3 PLC的软件系统.61.4 PLC的编程语言.71.4.1 梯形图.71.4.2 PLC的基本指令.82、PLC应用系统设计基础知识2.1 PLC控制系统设计的原理和内容.102.2 PLC的选型.102.2.1 性能与任务相适应.102.2.2 PLC的处理速度应满足时实控制的要求.102.2.3 PLC应用系统结构合理、机型系列应统一.113、PLC控制系统硬件设计3.1行程开关和按钮的选型.123.1.1按钮的选择原则.123.1.2行程开关的选择.123.2 接近开关、转换开关、刀开关的选型.123.2.1接近开关的选择.123.2.2转换开关的选择.123.2.3 刀开关的选择.133.3 时间继电器、接触器的选型.133.3.1时间继电器的选择.133.3.2接触器的选择.133.4 熔断器、电动机的选型.133.4.1熔断器的选择.133.4.2电动机的选择.133.5 电磁阀的选型.134、PLC机械手在大小球分选系统中的设计4.1 机械手的总体方案分析.154.1.1任务的要求.164.1.2设计分析.164.1.3控制要求.164.2控制面板的结构.164.2.1机械手操作面板示意.164.2.2程序设计的总体结构.174.3 I/O口设备和I/O点分配表.184.3.1 I/O口点分配表.184.3.2 I/O口设备.184.4 状态编程图和步进梯形图.194.4.1状态流程图.194.4.2 步进梯形图.214.4.3 指令表.225、调试5.1基本指令顺序控制程序.235.2基本指令与步进指令控制程序.235.3基本指令、初始状态指令配合步进指令顺序控制程序.236、展望和未来6.1 全文总结.246.2 本文存在不足和工作展望.247、致谢.25参考文献.261、 PLC的结构及基本指令1.1 PLC的结构原理可编程序控制器（Programmable Logical Controller,简称PLC），是在继电器控制和计算机控制的基础开发的产品，逐渐发展以微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动装置。它有可编程性，且编程灵活简单，有在恶劣环境下工作的高抗干扰能力 ，适应性力。而其体积小，重量轻，价格底等特点，在工业控制应用上越来越广泛，电梯控制系中的应也不例外。一、PLC的结构原理不同的生产厂家生产的可编程逻辑控制器的结构及组成基本原理是一样的，以下从可编程序控制原理和硬件结构向部分对PLC的结构进行说明，1.1.1、 PLC的硬件系统结构PLC由微处理器CPU板、输入电路、输出电路、用户程存储器扩展、输入/输出扩展接口、外设扩展接口及电源电路等组成。（1）CPU板CPU板PLC的核心部件，它包括：微处理器CPU、存储器（ROM、RAM）、并行接口（PIO）、串行接口（SIO）及时钟控制电路等。CPU板是PLC的运算、控制中心，用来实现各种逻辑运算、算术运算及对整机进行管理控制；PLC内部配有程序存储器和数据存储器（ROM，RAM），分别用于存储系统程序和用户程序，并生成用户环境；并行接口和串行接口主要用于CUP与各接口电路之间的信息交换。时钟及控制电路用于产生脉冲及各种控制信号。（2）输入/输出电路输入电路通常有两种形式；直流输入和交流输入电路。输入电路的作用是接收现现场输入设备送来的控制信号，并经光电耦合器隔离后转换成PLC内部的标准电平信号，然后由CPU读入并送至输入映象寄存器中，供程序执行使用。输出电路的作用是将PLC的输出控制信号送给外部输出设备，通过输出设备控制被控制对象工作。输出电路共有三种形式：一种是继电器形式，它是通过控制继电器的线圈使其触点的通断来控制输出设备，实现电气隔离；另一种是晶体管输出型，它是通过光电耦合器使输出开关晶体管通断，进而控制输出设备；第三种是可控硅输出型，通过触发可控硅的通断实现对外部输出设备的控制。（3）存储器扩展接口存储器扩展接口用于连接用户程序存储器及数据存储器的扩展卡盒。常用的扩展卡盒有三种：一种是COMS开型ROM卡盒，它需要用锂电池后备，以防止断电时丢失程序及数据；另一种是EPROM卡盒，这种卡盒需要用专门写入器将调试好的用户程序或数据写入EPROM中，擦写时需要用紫外线擦除器；第三种是EEPROM卡盒，是电可擦除存储器，它的写入和擦写只需专用编程器。（4）I/O扩展接口I/O扩展接口与CPU之间是以总线方式连接的，因此它可以连接开总量的I/O扩展单元及扩展块，使I/O点数规模在配置更加灵活。同时也可以配接如模拟量、高速脉冲等单元及通信适配器等特殊功能模块，使PLC的功能大大增强。（5）编程器及其接口编程器用于程序及数据的输入、编辑、调试和检测。当PLC在正常运时，一般不需要编程器，因此编程器设计为独立的部件。为了能对PLC进行编程及调试，在PLC上专门设有一个编程接口，通过这个接口可以连接各种形式的编程器。编程器的种类很多，常见的有便携式手持程器、专用智能编程器和通过计算机和专用接口实现对PLC的编程。1.1.2、可编程控制任何一个控制系统要完成目的控制功能，必须通过一定的控制程序来实现的。通常控制序可分两大类：固定布线程序和可编程序。（1）固定布线程序传统的继电器控制系统和电子器件系统中，要实现各种控制功能，其控制程序是由种电气元件通一定的联接方式-布线而成，输入设备如按钮开关、限位开关、传感器等，用以向控制系统送入信号。输出设备如接触器、电磁阀等用以控制被控制对象的动作。其输入对输出的控制是通过接线来实现，接线工作结束后，控制程序也被确定下来，若要改变控制程序，则必须改变接线方式重新布线，对于一个复杂的系统，是非常困难的。（2）可编程序控制可编程序控制控制系统中完成一定的控制，只通过专用的编程器，用程序语言进行编程，写入可编程控制的程序的存储器中，然后由可编程序控制器来完成各种操作。在可编程系统中，若要改变控制程序，只用编程器改写程序存储器中的某些程序语句，不必要重新布线，由于控制被控对象的动作是控制程序语言来表达的，故又称为软件程序。1.2 PLC的基本工作原理1.2.1PLC的等效电路PLC是由以微机为核心的电子部件，可以将它看作是一个由各种继电器、定时器、计数器及状态器组合体。PLC的输入继电器，由外部开关通过输入端来驱动的；PLC内的输出继电器，带有无数内触点和外部输出触点。此外，PLC还有如定时器、计数器、状态寄存器等软元件，这些元件带有动作线圈和很多电子常开触点和常闭点，可以在PLC内自由选择使用。PLC控制系统主要由三部分组成：输入部分、控制部分、输出部分。输入部分由用户输入设备组成，如按开关、操作开关、限位开关及传感器等。它们直接与PLC的输入端子相连接，用以产生输入信号，这些信号或来自电梯轿厢操纵控制板，或来自电梯井道。控制部分是根据被控对象的实际控制要求编制用户程序，并将编制好的程序通过编程器送入PLC内的用户程序存储器中，CPU反复扫描执行用户程序，并产生各种输出控制信号，PLC的控制功能是通过用户程序来实现的。输出部分主要由用户输出设备组成，如接触器、继电器等，它们直接和PLC的输出端子相连，用以控制被控制的对象动作。1.2.2、PLC的工作过程PLC的工作过程实质上就是执行程序的过程。当PLC运行时，CPU按照分时操作原理每个周期执行一个操作，由于CPU的运算处理速度很快，使得外部出现的结果从宏观来看似乎是同时完成的，种分时操作的过程称为CPU对程序的扫描。PLC的工作过程分为三个阶段：输入处理、程序执行及输出处理。（1）输入处理PLC以重复扫描方式执行用户程序。在执行程序前首先按地址编码顺序将所有输入端子的通断状态（输入信号）读入输入映像寄存器中，然后开始执行程序。在执行过程中，即使输入状态发生了变化，但输入映象寄存器中的内容不变，直到一个扫描周期的输入处理阶段才重新读输入状态。（2）程序执行在程序执行阶段，PLC顺序扫描用户程序。每执行一条程序所需要的信息都是从输入映象寄存器和其他软元件映象寄存器读出并参与运算，然后将执行结果写入有关的软元件映象寄存器中，因此各软元件映象寄储器中的空容随着程序的执行在不断的变化。（3）输出处理当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输出锁存寄存器中，构成PLC的实际输出并由输出端子送出给执行器。1.3 PLC的软件系统硬件系统和软件相互结合才能构成一个完整PLC控制系统，完成各种复杂的控制功能。PLC的软件系统由系统程序和用用户程序组成。系统程序（又称系统软件）用于PLC控制系统的管理、服务及对用户程序的编译。系统程序质量的优劣直接影响PLC的性能。系统软件是由PLC生产厂家提供并固化在内部程序存储器中，用户不行存取和修改。用户程序也称为应用程序或应用软件，它由PLC使用者根据被对象的控制要求用程序语言编制而成。用户程序是通过编程器键入到PLC内，并线性地丰放在由管理程序指定的存储区域内。 小型PLC的用户程序比较简单，通常是顺序编制而成。大中型PLC的用户程序容量较大且比较复杂，为使用户程序编制简单，可以按功能、结构或使用目的将用户程序分为各个程序模块，每个模块各自完成一个确定的功能，然后把它们链接在一起构成一个完整的软件系统。1.4 PLC的编程语言PLC的编程语言采用面向顺序控制和面向过程控制的自然语言，这些语言包括：梯形图，语名表，控制系统流程图，逻辑方程式或布尔代数式等，现在介绍常用的PLC编程语言。1.4.1梯形图梯形图结构形式类似地传的继电器控制电路，它是由图形符号连接而成，这些符号分别代表常开触点、常闭触点、并联接线、串联接线及继电器线圈等，每个触点和线圈都有一个编码。梯形图具有如下特点： 梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列，也是程序的执行顺序。通常每个继电器经圈为一逻辑行，即一层阶梯。每一逻辑起始于母线，然后是触点的各种连接，最后经过继电器线圈终止于母线，整个梯形图呈现梯形。 梯形图中的继电器不同于传统继电器控制线路中的物理继电器，它实质上是内部存储中的位触发器，因此称为软继电器或软元件。这些软元件输出继电器，辅助继电器，定时器，计数器及状态器等，它们均有无限常开触点和常闭触点。在PLC内部可以自由选取使用。如果某个位触发为1装态，表示对应的继电器线圈接通，相应的常开触点都闭合，而常闭点都断开。 梯形图是一种形象化的编程语言，其两端的母线是没有电源连接。因此核弹头形图中不存真实的物理电流，而具有概念电流，是用户程序运算过程中满足输出执行条件的形象化表示方式。概念电流只能从左到右流动，层次的改变是从上到下。 输入继电器只能从外部输入信号驱动，而不能由内部其他触点驱动。因此在梯形图中只能出现输入继电器的触点而不出现线圈，输入继电器的触点状态即表示相对应的输入信号的变化。 输出继电器用于PLC的输出控制，它是通过外输出触点驱动外部执行器。因此，在梯形图中的某个输出继电器的线圈接能时，表示在对应的输出端子上有输出信号。PLC内部其他软元件的触点不能驱动外部执行器，它们只供PLC内部使用。当PLC处于运行状态时，CPU接梯形图中元件排列顺序从上而下，从左到右逐行处理。1.4.2 PLC的基本指令：如三菱FX2系列为例：（1）逻辑联取及输出（LD/LDI/OUT）指令LD/LDI指令用于取常开触点/常闭触点于母线相连。另外，在分支开始处，这些指令与后述的ANB（块与）指令组合使用；OUT指令用于驱动输出继电器，辅助继电器，状态器，定时器及计数器的线圈，但不能用来驱动输入继电器的线圈。对于定时器，计数器的线圈，在输出指令（OUT）后必须设定适当的常数。（2）触点串联指令AND（与），ANI（非）指令，AND常开触点串联连接，ANII常闭触点串联连接，两者可用于触点的串联连接，与逻辑运算。串联触点的个数没有限制，该指令可以重复使用。（3）触点并联指令 OR（或），ORI（或非）指令，OR常开触点并联连接，ORI常闭触点并联连接，两者可用于触点的并联连接，或逻辑运算。并联触点的个数没有限制，该指令可以重复使用，当两个以上触点的串联电路块进行并联连接时，应使用后述的ORB（块或）指令。（4）串联电路块的并联指令（ORB）块或 两个以上的触点串联连接的电路称为串联电路块，通常每一个串联电路块称为一条分支。在进行串联电路块的并联连接时，各分支的始端用LD或LDI指令，在分支的终点用ORB指令。 在多重并联电路中，若每个串联电路块的终点分别使用ORB指令，则并联的串联电路块的数量不受限制。 ORB指令与后述的ANB指令一样都是无操作元件号的独立指令。（5）并联电路块的串联指令ANB（块与）并联电路块的串联连接两个以上的触点并联接的电路称为并联电路块，通常每一个并电路块称为一条分支。在进行并联电路块的串联连接时，各分支的始端用LD或LDI指令，并联电路块结束后，使用ANB指令，实现与前面的电路串联。ANB指令与前述的ORB指令一样，都是无操作元件号的独立指令。 若多个并联电路块依次与前一电路串联，则ANB指令的使用数量不受限制。（6）主控触点指令MC（主控），MCR（主控复位），MC主控电路块起点，MCR主控电路块终点在编程过程中，经常会遇到几个逻辑行同时受一个触点或一组触点的控制，受到一个公共条件的控制，叫做主控，这时就可以使用MC/MCR指令进行编辑。 当主控条件满足时，执行MC和MCR之间的指令。 执行MC指令后，使母线移至MC主控触点之后，执行MCR指令后，母线又返回到原来的位置上。MC和MCR指令必须配对使用。（7）置位和复位指令SET（置位）RST（复位），SET令元件自保持ON，令元件自保持OFF，清除数据寄存器。当执行SET指令时，将对应的操作元件（Y，M，S）置位，并具有自保持功能。 当执行RST指令时，将对应的操作元件（Y，M，S）置位，并具有自保功能。 使用RST指令还可以数据寄存器D、变址寄存器V和Z清零。（8）END（程序结束）指令END输入输出处理程序回到第0步。2、 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。2.1 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。2.2 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。2.2.1 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。2.2.2 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12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。2.2.3 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FX2N系列的可编程控制器，FX2N系列的PLC采用一体化箱体结构，其基本单元将所有的电路，含CPU、储存器、输入输出接口及电源等都装在一个模块内，是一个完整的控制装置。这样结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便。FX2N系列PLCFX2N系列基本单元的输入输出比为1：1。为了实现输入输出点数的灵活配置及功能的灵活扩展，FX2N系列PLC还配有扩展单元、扩展模块及特殊功能单元。扩展单元是用于增加I/O点数的装置，内部设有电源。扩展模块用于增加I/O点数及改变I/O比例，内部无电源，用电由基本单元或扩展单元供给。因扩展单元及模块无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些专门用途的装置。FX2N系列PLC都是同宽同高不同长度的模块，这样几个模块拼装起来后就成了一个整齐的长方形结构。根据输入和输出点的需要，即选择FX2N48MR-001的PLC。 3、 PLC控制系统硬件设计3.1 按钮和行程开关的选择3.1.1按钮的选择原则：(1)根据使用场合，选择控制按钮的种类，如开启式，防水式，紧急式等。(2)根据用途，选用合适的型式，如钥匙式，紧急试，带灯式等。(3)按控制回路的要求，确定不同的按钮数，如单钮，双钮，三钮，多钮等。(4)按工作状态指示和工作情况的要求选择按钮及指示灯的颜色。 按钮的参数：一般规格为交流500V，允许持续电流为5A，红色按钮表示停止按钮，绿色表示启动，为了区别按钮颜色，按钮的选择为LA25D，指带指示灯的按钮。3.1.2行程开关的选择：行程开关的分类：直动式，滚动式和微动式三种。直动式行程开关的优点是结构简单，成本低，但容易烧蚀触头。滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺点，但其结构复杂，价格也较高，所以选择微动式行程开关体积小，动作灵敏，适用于小型机构中使用。即型号为: LX324 S 3.2接近开关、转换开关、刀开关的选择3.2.1接近开关的选择：接近开关是一种对接近它的物体有“感知”能力的元件位移传感器，利用传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。在设计中，接近开关SQO用于检测是否有球，SQ1SQ5分别用于传送机械手上下左右运动的定位。 接近开关分为霍尔接近开关，超声波接近开关，高频振荡式接近开关，霍尔接开关用于检测磁场，一般用磁场钢作为被检测体。超声波接近开关适用检测不能或不可触及的目标，其控制功能不受声、电、关等因素干扰，检测物体可以是固体、液体、或粉末状态的物体，只要能反射波用的电子装置及调节检测范围用的程控桥式开关等几个部分组成，高频振荡式接近开关用于检测各种金属，主要由高频振荡器，集成电路晶体管放大器和输出器三部分组成。接近开关的产品种类十分丰富，常用的国产解决开关有LJ，3SG和LX18等。LJ5系列接近开关采用磁振荡原理，用来检测金属物体的存在。它采用国际统一的外形及安装尺寸，圆柱螺纹安装，外壳防护等级IP65，允许周围温度范围-25-30。同一产品适用电压范围为AC30200V，DC1030V（二线型）和（三线型），开关寿命可达3000万次以上，接近开关类型即为： LJ 5 A10 / 3 3 03.2.2转换开关的选择：转换开关是一种多档位，多触点，能够控制多回路的主令电器，可以用于控制小容量电动机的启动、换向、调速、正反转控制等，常用的万能转换开关有LW2、LW5、LW6、LW8等系列，在设计机械手大小球分选系统中操作方式有手动，单周期，连续。所以选LW5系列的万能转换开关比较使用。3.2.3 刀开关的选择：刀开关是一种手动电器，为了简单，方便，选择HD型单投刀开关，分为1级，2级，3级，其型号为HD13B200/33.3时间继电器、接触器的选择3.3.1时间继电器的选择：时间继电器在控制电路中用于时间的控制，有JS23，JS27A，JSK，7PR，SS18等系列的时间继电器。经过调查对比，JS27系列时间继电器是国内厂家90年代针对起重电控行业特点开发的产品，适用于交流50HZ，电压至380V。直流电压至220V的电路中，控制延时通断，能在起重机工作振动和户外等工作，符合设计的要求，即时间继电器型号为JS27A3.3.2接触器的选择：接触器的选型：（1）根据负载性质选择接触器类别，一般交流负载选择交流接触器，直流负载选择直流接触器。（2）根据被控电路电流大小和使用类别选择接触器的额定电流。（3）根据被控电路电压等级来选择接触器的额定电压。（4）根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。根据以上所述选择交流电磁式接触器，CJ12系列接触器适用于交流50HZ，额定工作电压至380V，额定电流至600A的电路中。供远距离接通如分断电路及对电动机频繁进行等设备上。其型号为CJ12600。3.4熔断器、电动机的选择3.4.1熔断器的选择：熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路，熔断器具有结构简单，体积小，重量轻，使用维护方便，价格低廉，分断能力较高，限流能力良好等优点，熔断器有NT、RT、RL、RLS2、FA4等型式的熔断器，RT系列为有填封闭管式熔断器，可在500V以下交流系统中作过载及短路保护用，这种熔断器为螺栓连接，可直接连在母线排上，尤其适合开关熔断器组选用，RT15型熔断器最大额定电流400A，额定分断能力100KA。3.4.2电动机的选择：电动机是选交流的，而电动机分为异步电动机和同步电动机两大类，异步电动机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。由于异步电动机具有结构简单，制造，使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。例如，在工业生产中，异步电动机用于拖动中小型轧钢设备，各种金属切削机床，轻工机械和矿山机械等；在农业生产中，异步电动机用于拖动水泵，粉碎机以及其他农副产品的加工机械；在民用电器方面的电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等也都是用异步电动机拖动的。所以电动机选交流异步电动机为好，即选YZ系列的三相异步电动机，为笼型异步电动机。3.5电磁阀的选择电磁阀的分类：国内外的电磁阀从原理上分为三大类(即：直动式、分步童先导式)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类(直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。电磁阀的优点：耐高温电磁阀是间接先导式平衡电磁阀，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用范围广等，设计所选用的电磁阀为双线圈电磁阀2个，型号为VF3230，单线圈电磁阀1个，型号为VF3130。4、PLC机械手在大小球分选系统中的设计4.1机械手总体结构方案分析：在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，如图4.1为使用传送带将大、小球分类选择传送装置的示意图。为设计一个机械手对大小球进行分选，实现将工件夹起后，通过电动机和限位开关把工件下放到指定的地方，机械手通过PLC控制，可以达到整个过程的全自动依次运行。工作顺序是向系下，抓住球，向上，向右运行，向下，释放，向上和向左运行至左上点（原点）抓球和释放球的时间为 1 秒。 如图 4.14.1.1任务的要求：(1)工作方式设置为手动操作和自动操作。(2)有必要的电气保护和连锁。4.1.2设计分析机械结构和运动过程：如上图所示是一气动机械手动作示意图,其功能是将大、小球经过机械手分选系统把它们分别放在大球位，和小球位。气动机械手的升降和左右移行分别使用了双线圈的电磁阀，在某方向的驱动线圈失电时能保持在原位，必须驱动反方向的线圈才能反向运动。上升、下降对应的电磁阀线圈分别是YV2、YV1，右行、左行对应的电磁阀线圈分别是YV3、YV4。机械手的夹 使用单线圈电磁阀YV5，线圈通电时夹紧大小球，断电时松开大小球。通过设置限位开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别对机械手的下降、上升、左行、右行进行限位，而夹 不带限位开关，它是通过延时1.7S来表示夹紧、松开动作的完成的。4.1.3控制要求：机械手的控制要求分为手动操作和自动操作两种方式。自动操作又分为单步、单周期和连续运行等3种。(1)手动操作供维修用，既用按钮要求对机械手的每一种动作进行单独控制。如，按“上升”按钮，机械手上升，松上升”按钮，停止上升。(2)单步运行供调试用。既每按一次启动按钮，机械手按自动工作循环的步序向前执行一个动作后停止。(3)单周期运行供首次检验用。当机械手在原位时，按下启动按钮，机械手自动执行一个周期的动作后，停止在原位。(4)自动连续运行正常工作用。当机械手在原点并按下启动按钮时，机械手周而复始地执行各步动作。直到按下停止按钮，机械手就停止。4.2机械手操作面板示意如下图4.2所示：4.2.1机械手操作面板示意如下图4.2所示 如图 4.2如上图为机械手的操作面板,机械手能实现手动、回原位、单步、单周期和连续等五种工作方式。手动工作方式时，用各种按钮的点动实现相应的动作；回原位工作方式时，按下“回原位”按钮，则机械手自动返回原位；单步工作启动方式时，每按一次启动按钮，机械手向前执行一步；选择单周期工作方式时，每按一次启动按钮，机械手只运行一个周期就停下；连续工作方式时，机械手在原位，只要按下启动按钮，机械手就会连续循环动作，直到按下停止按钮，机械手才会最后运行到原位并停下；而在传送大小球的过程中，机械手必须升到最高位置才能左右移动，以防止机械手在较低位置运行时碰到其他大小球。4.2.2程序设计的总体结构：机械手系统的程序总体结构如下图4.2.1所示，分为公用程序、自动程序、手动程序和回原位程序等四部分。其中自动程序包括单步、单周期和连续运行的程序，因它们的工作顺序相同，所以可将它们合编在一起。CJ是条件跳转应用指令，指针标号P是其操作数。该指令用于某种条件下跳过自动CJ指令和指针标号之间的程序，从指针标号处继续执行，以减少程序执行时间。如果选择“手动”工作方式，即X0为ON，X1为OFF，则PLC执行完公用程序后，将跳到自动程序到P0处，由于X0动断触点断开，所以直接执行“手动程序”。由于P1处的X1的动断触点闭合，所以又跳过原位程序。如果选择“单步”和“连续”方式，则只执行公用程序和自动程序。 公用程序 X0 CJ P0 X1 自动程序 P0 X0 CJ P1 手动程序 P1 X1 CJ P2 回原位程序 P2 END 如图4.2.14.3 I/O口设备及I/O口点分配表4.3.1I/O口点分配表如表4-1所示表4-1 I/O口点分配输入元件输出继电器输入元件输出继电器输入元件输出继电器接近开关X0停止按钮X7电磁阀Y1上限位开关X3电磁阀按钮X11原位指示Y5下限位开关X2上升暗钮X12左移Y4左限位开关X1下降暗钮X13右移Y3左移暗钮X14上升Y2大球位X5右移按钮X15下降Y0小球位X4单周/连续X16启动按钮X6手动X17上图可见，系统的输入点分配是： X1 为左限位开关， X2 为下限位开关（小球动作、大球不动作）， X3 为上限位开关， X4 为释放小球的中间位置开关， X5 是释放大球的右限位开关， X0 为系统的运行开关。系统的输出点分配是： Y0 是机械臂下降， Y2 是机械臂上升， Y1 是吸球口， Y3 是机械臂右移， Y4 是机械臂左移， Y5 是机械臂停在原点的指示灯。4.3.2 I/O口设备如图4.3.2所示： 如图4.3.24.4状态流程图、步进梯形图和4.4.1状态流程图 根据工艺要求，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SQ4 或 SQ5 处下降，此处应为汇合点。然后再释放、上升、左移到原点。其状态转移图如图 3.4.1所示。状态流程图当限位开关闭合,机械手臂电磁阀线圈未通电和球箱中存在铁球开关动,这时,按下启动按扭,机械手臂开始下降,由定时器T0控制下降时间,完成动作转换。 为保证机械手臂抓住和松开铁球，采用定时器T0控制抓球