大小球分拣系统毕业设计.doc

毕 业 论 文论文题目： 大小球分拣系统毕业设计任务书 题 目 大小球分拣系统 目录摘要1一、开关量I/O模块及I/O表21.1 输入模块21.2 输出模块2二、顺序控制设计法与顺序功能图32.1顺序控制设计法32.2顺序控制设计法的本质42.3顺序功能图52.4有向连线与转换条件62.5顺序功能图的基本结构52.6顺序功能图中转换实现的基本规则5三、顺序控制梯形图的编程方法93.1使用起保停电路的编程6四、工作过程分析114.1 PLC的I/O点分配94.2 PLC的外部接线图114.3 顺序功能图114.4 PLC的控制梯形图11五、操作说明21六、结束语22参考文献19 大小球分拣系统设计摘要PLC（可编程序控制器）的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。本课题拟对大小球分拣系统的设计对分拣杆的上下、左右以及吸住铁球运动进行控制。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，用PLC控制分拣杆，完成各种动作。关键词：大小球;PLC;分拣杆 第1页共20页1 一、开关量I/O模块及I/O表开关量I/O模块的输入、输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级一般为直流24V和交流220V. 各I/O点的通、断状态，用发光二极管显示在面板上，外部I/O接线一般接在模块面板的接线端子上。一般使用可拆装的插座型端子板，在不拆去端子板上的外部连线的情况下，可以迅速地更换模块。1.1 输入模块CO M是各输入点的公共端。外部输入出点接在COM端和输入端子之间，不需要外接输入电源。输入端子的编号与梯形图中输入继电器的编号相同。光电耦合器中的发光二极管发光，光敏三极管饱和导通，信号经内部电路传给CPU模块。PLC可以为接近开关、光电开关等传感器提供之流24V电源。两个反并联的发光二极管可以接收交流输入信号。1.2 输出模块 输出模块的功率放大元件有驱动直流负载的大功率晶体管和场效应管、驱动交流负载的双向晶闸管和小型继电器后者可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的范围为0.32A,与模块的类型有关，负载电源由外部现场提供。输出电流的额定值与负载的性质有关，例如继电器型输出模块可以驱动2A的电阻性负载，但却只能驱动80VA/220V的电感性负载和100W的白炽灯。额定负载电流还与温度有关，温度升高是额定负载电流减小，有的PLC提供了有关的曲线。继电器同时起隔离和功率放大作用。他的线圈电流仅有几十毫 安，每路只给用户提供一对常开触点。与触点并联的RC蝉联电路用来消除触点断开时产生的电弧。稳压管用来抑制过电压，以保护晶体管。晶体管电路的延迟时间很小（1ms） 双向晶闸管输出电路仅用于FX2N的扩展模块和扩展单元，它只能用于驱动额定电压22OV第2页共20页2 的交流负载，双向晶闸管两端并联有RC吸收电路和压敏电阻，用来抑制晶闸管的关断过电压和外部的浪通电压。 双向晶闸管有关断变为导通的延迟时间小于1ms，又导通变为关断的延迟时间小于10ms。当晶闸管的负载电流过小时，晶闸管不能导通，遇到这种情况是可以在负载两端并联电阻。 还有一种既有输入电路又有输出电路的模块，输入、输出的点数一般相同。二、 顺序控制设计法与顺序功能图2.1 顺序控制设计法 所谓顺序控制，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，各个执行机构在生产过程中根据外部输入信号、内部状态和时间的顺序，自动而又有秩序地进行操作。顺序控制设计法又称步进控制设计，他是一种先进的设计方法，很容易被初学者接受；同事对于有经验的工程师来说，也会提高设计效率，程序的调试、修改和阅读也很方便。三菱公司的PLC说明书生称，是用这种设计方法可以使设计时间减少2/3。 顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（step），并且用编程元件（例如辅助继电器M或状态S来代表各步）。步是根据输出量的状态变化来划分的，在任意一部之内，各输出量的0，1状态不变，但是相邻两步输出量总的状态时不同的。步的这种划分方法，是代表各步的编程元件与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。使系统由，当前步进入到下一步的信号称为转换条件，转换条件可能是外部输入信号，例如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等；也可能是PLC内部产生的信号，例如定时器、计数器常开触点的接通等；转换条件还可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。顺序控制设计法用转换条件代表各部的编程元件，使他们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制个输出继电器。 第3页共20页3 顺序控制设计法的这种设计思想由来已久，在继电器控制系统中，顺序控制是用有触电的进步式选线器来实现的，但是由于触电接触不良，工作很不可靠。20世纪70年代出现的顺序控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，因为其功能有限，可靠性不高，被PLC取代。PLC的设计者们继承了顺序控制的思想，为顺序控制程序的设计提供了大量通用的和专用的编程元件和指令，开发了供设计顺序控制程序用的顺序功能图语言，使这种先进的设计方法称为当前梯形图的主要设计方法。2.2 顺序控制设计法的本质 经验设计法实际上是试图用输入信号直接控制输出信号，如果无法直接控制，或者为了解决记忆、连锁、互锁等功能，只好被动地增加一些辅助元件和辅助触点。由于各系统的输出量和输入量之间的关系和对连锁、互锁的要求千变万化，不可能找出一种简单通用的设计方法。 顺序控制设计法则是用输入量控制代表各步的编程元件（如辅助继电器），再用他们控制输出量。步是根据输出量的划分的，辅助继电器与输出量之间具有很简单的逻辑关系，输出电路的设计极为简单。任何复杂系统的代表步的辅助继电器的控制电路，其设计方法都是相同的，并且很容易掌握。所以，顺序控制设计法具有简单、规范、通用的优点。由于代表步的辅助继电器是依次顺序变为1，0状态的，实际上已经基本上解决了经验设计法中的记忆、连锁等问题。2.3 顺序功能图 顺序功能图（SFC）是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计PLC的顺序控制程序的有力工具。 顺序功能图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的设计语言，可以供进一步设计和不同专业的人员之间进行技术交流之用。 第4页共20页4顺序功能图由步、有向连线、转换、转换条件和动作（或命令）组成。 顺序功能图是一种位于其它编程语言之上的PLC编辑语言。一些厂家的PLC允许直接用顺序功能图语言编写用户程序。中小型PLC一般将顺序功能图作为一种设计工具，首先根据系统对控制的要求，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。步：在系统的顺序功能图中用矩形方框表示步，方框中用数字表示该步的编号，也可以用代表该步编程元件的元件号作为步的编号。初始步：与系统的初始状态相对应的步称为初始步，初始状态一般是系统等待启动命令的相对静止的状态。初始步用双线方框表示，每一个顺序功能图至少应该有一个初始步。与步对应的动作或命令:可以将一个控制系统划分为被控系统和失控系统，例如在数控车床系统中，数控装置是施控系统，而车床是被控系统，在某一步中药完成某些“动作”；对于施控系统，在某一步中则要向北控系统发出某些“指令” 。为了叙述方便，命令或动作简称为动作，并用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应的步的符号相连。 命令的语句应该清楚地表明该命令是存储型还是非存储型的。例如某步的存储型命令“打开1号阀并保持”，是只指该步活动时1号阀打开，该步不活动时继续打开；非存储型命令“打开1号阀”，是指该步活动时打开，不活动是关闭。延时步没有什么动作，在这一步用定时器来延时，定时器的线圈在这一步应被驱动，所以定时器相当于这一步的一个动作，可以将它放在该步的动作框内。活动步：当系统正处于某一步所在阶段时，称该步处于活动状态，该步为“活动步”。步处于活动状态时，相应的动作被执行；处于不活动状态时，相应的非存储型动作被停止执行。2.4 有向连线与转换条件2.4.1 有向连线 在顺序功能图中，随着时间的推移和转换条件的实现，将会发生不的活动状态的进展，这 第5页共20页5种进展按有向连线规定的路线和方向进行。在画顺序功能图时，将代表各步的方框按他们成为活动步的先后次序排列，并用邮箱连线将他们连接起来。不得活动状态默认的进展方向是从上到下或从左至右，在这两个方向有向连线上的箭头可以省略。如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明进展方向。在可以省略箭头的有向连线上，为了更易于理解，也可以加箭头。 如果在画图时有向连线必须中断（如在复杂的图中，或者用几个图来表示一个顺序功能图时），应在有向连线中断之处标明下一步的标号和所在的页数。2.4.2 转换转换用有向连线上与有向连线垂直的短划线来表示，转换将相邻两部分隔开。步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的并与控制过程的发展相对应。2.4.3 转换条件转换条件是与转换相关的逻辑命题，转换条件可以用文字语言、布尔代数表达式或图形符号标注在表示转换的短线的旁边。转换条件X和X分别表示当二进制逻辑信号X为1状态和0状态时转换实现。符号X和X分别表示当X从01状态和从10状态时转换实现。2.5 顺序功能图的基本结构2.5.1 单序列 单序列由一系列相继激活的步组成，每一步的后面仅有一个转换，每一个转换的后面只有一个步。在单序列中，有向连线没有分支与合并。2.5.2 选择序列 第6页共20页6选择序列的开始称为分支（如图b所示），转换符号只能标在水平连线之下。如果步5是活动步，并且转换条件e=1，则发生由步5步6的进展；如果步5是活动的，并且f=1则发生由步5步8的进展。如果将选择条件e改为e.f，则当e和f同时为1状态时，将优先选择f对应的序列，一般只允许同时选择一个序列。 选择序列的结束称为合并（如图c），几个选择序列合并到一个公共序列时，用需要重新组合的序列相同数量的转换符号和水平连线来表示，转换符号只允许标在水平连线之上。如果步7是活动步，并且转换条件m=1，则发生由步7步13的进展；如果步9是活动步，并且n=1，则发生由步9步13的进展。2.5.3 并行序列 并行序列用来表示系统的几个同时工作的独立部门的工作情况。并行序列的开始称为分支，当转换的实现导致几个序列同时激活时，这些序列称为并行序列。并行序列的结束称为合并2.6 顺序功能图中转换实现的基本规则2.6.1 转换实现的条件 在顺序功能图中，步的活动状态的进展是由转换的实现来完成的。转换实现必须同时满足两个条件： 第7页共20页7应转换所有的前级步都是活动步；相应的转换条件得到满足。如果转换的前级步或后续步不止一个，转换的实现则称为同步实现。为了强调同步实现，有向连线的水平部分用双线表示。转换实现的第一个条件是不可缺少的，如果去雄了第一个条件，就不能保证系统按顺序功能图规定的顺序工作取消了第一个条件后，如果因为人为的原因或期间本身的故障造成限位开关或指令开关的误动作，不管当时处于哪一步，都会转换到该转换条件的后续步，很可能会造成重大的事故。2.6.2 转换实现应完成的操作是所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步都变为活动步；是所有由有限连线与相应转换符号先练的前级步都变为不活动步。以上规则可以用于任意结构中的转换，其区别如下：在单序列中，一个转换仅有一个前级步和一个后续步。在并行序列的分支处，转换有几个后续步，在转换实现时应同时将他们的编程元件置位。在并行序列和合并处，转换有几个前级步，他们均为活动步时才有可能实现转换，在转换实现时应将他们对应的编程元件全部复位。 在选择序列的分支与合并处，一个转换世纪上也只有一个前级步和一个后续步，但是一个步可能有多个前级步或多个后续步。 转换实现的基本规则是根据顺序功能图设计梯形图的基础，它适用于顺序功能图中的各种基本结构和各种顺序控制梯形图的编程方法。 在梯形图中，用编程元件代表步，到某步为活动步是，该步对应的编程元件为1状态。当该步之后的转换条件满足时，转换条件对应的触点或电路接通，一次可以将该触点或电路与代表所有前级步的编程元件的敞开触点串联，作为一转换实现的两个条件同时满足对应的电路。 第8页共20页82.6.3 顺序功能图的特点：两个步绝对不能直接相连，必须用一个转换将他们分隔开。两个转换也不能直接相连，必须用一个步将他们分隔开。顺序功能图中的初始步一般对应于系统等待启动的初始状态，初始步是必不可少的，一方面因为该步与它的相邻步相比，从总体上说输出变量的状态并不相同；另一方面如果没有该步，无法表示初始状态，系统也无法返回停止状态。自动控制系统应能多姿重复执行同一工艺过程，因此在顺序功能图中一般应有由步和有向连线组成的闭环，即在完成一次工艺过程的全部操作之后，应从最后一步返回初始步。系统停留在初始状态。在连续循环工作方式时，将从最后一步返回下一工作周期开始运行的第一步只有当某一步所有的前级步都是活动步时，该步才有可能编程活动步。如果用没有断电保持功能的编程元件代表各步，PLC开始进入RUN模式时它们均处于0状态，所以必须用M8002的敞开触点作为转换条件，将初始步与之为活动步；否则顺序功能图中永远不会出现活动步，系统将无法工作。如果系统具有自动、手动两种工作方式，顺序功能图是用来描述自动工作过程的，这是应在系统有手动工作方式进入自动工作方式时用一个适当的信号将初始步只为活动步。三、顺序控制梯形图的编程方法根据系统的顺序功能图设计梯形图的方法，称为顺序控制梯形图的编程方法。PLC在编程元件、指令功能和表示方法上有较大的差异，其中使用起保停电路的编程方法和以转换为中心的编程方法的通用性很强。 系统在进入自动运行之前，还应将与顺序功能图的初始步对应的编程元件置位，为转换的实现做好准备，并将其余各部对应的编程元件只为OFF状态，这是因为在没有并行序列或者 第9页共20页9并行序列未处于活动状态是，同时只能有一个活动步。 为了便于将顺序功能图转换为梯形图，最好用代表各步的编程元件的号作为步的代号，并用编程元件的元件号来标注转换条件和各部的动作或命令。3.1 使用起保停电路的编程3.1.1基本编程方法 根据顺序功能图设计梯形图是，可以用辅助继电器来代表步。某一步为活动步时，对应的辅助继电器为1状态；转换实现时，该转换的后续步变为活动步，前级步变为不活动步。 起保停电路仅仅使用与触点和线圈有关的指令，任何一种PLC的指令系统都有这一类指令，因此这是一种通用的编程方法，可以用于任意型号的PLC。 设计起保停电路的关键是找出它的启动条件和停止条件，动电路接通的时间仅有一个扫描周期，因此应使用有记忆（或称保持）功能的电路来控制代表步的辅助继电器。当转换条件由多个信号经“与、或、非”逻辑运算组合而成时，则应将它的逻辑表达式求反，并经过逻辑代数运算后，在将对应的触点串并联电路作为起保停电路的停止电路。由于不是根据输出变量的状态变化来划分的，他们之间的关系极为简单，可以分为两种情况来处理：某一输出量仅在某一步中位1状态。某一输出机电器在既不中都为1状态，应将代表各有关步的辅助继电器的常开触点并联后，驱动该输出继电器的线圈。3.1.2 选择序列的分支的编程方法 如果某一步的后面有一个有N条分支组成的选择序列，该步，可能转换到不同的N步去，则应将N各后续步对应的辅助继电器的常闭触点与该步的线圈串联，作为结束该步的条件。3.1.3 选择序列的合并的编程方法 第10页共20页10 一般来说，对于选择序列的合并，如果某一步之前有N个转换，即有N条分支进入该步，则代表该步的辅助继电器的起动电路由N条支路并联而成，各支路有某一前级步对应的辅助继电器的常开触点与相应准换条件对应的触点或电路串联而成。3.1.4 注意事项不允许出现双线圈现象，即同一元件的线圈不能多次出现。如果某一输出机电器在某几步中都为1状态，只能用相应的辅助继电器的常开触点组成的并联电路来驱动它的线圈。如果在顺序功能图中有仅由两部组成的小闭环，相应的辅助继电器的线圈不能“通电”。四、工作过程分析由论文题目要求可知分拣大小球控制系统主要由各种限位行程开关，捡球装置，横梁，磁铁，电动机，电磁阀，各种大小球缸及PLC组成，其中捡球装置内部有一台电动机和一个电磁阀，一台控制捡球平板装置上行和下行，一台控制捡球装置在横梁上左行和右行。当球装置停在左极限SQ1处时，按下启动按钮，捡球装置下降捡球平板，当下降的捡球平板下降碰到下限行程开关SQ7时，下降停止，捡球装置给平板处的电磁线圈KM4通电，捡球平板产生电磁吸引力吸住钢球，此时压力感应器用来判断是吸住的大球还是小球，如果压力感应器的输出Y1断开，说明吸住的是大球，而Y1如果是闭合的，则说明吸住的是小球。当吸住钢球后，捡球平板上升，碰到上限开关后开始右行，SQ2为小球位限位开关，SQ3为大球位限位开关，在右行的过程中，如果吸住的是大球，则要直到碰到SQ3才停止右行，下降到下限开关位置，断电释放钢球，然后上升到上限开关位置停止上升，开始左行，碰到左极限开关停止左行；而如果吸住的是小球，则在右行的时候碰到SQ2就停止右行，下降到下限开关处停止下行，断电释放钢球，然后上升到上限开关位置停止上升，开始左行，碰到左极限开关停止左行,重新开始新一轮捡球过程，如此反复执行。（磁铁下降时间为2s，2s后开始吸引铁球，从吸引开始1s后磁铁上升。） 第11页共20页11 通过上述分析可以确定PLC 的输入/输出设备 第12页共20页124.1 PLC的I/O点分配输入输出电器输入点电器输出点SQ1左移限位开关00001吸球01001SQ2小球限位开关00002释放01002SQ3大球限位开关00003上行01003SQ4备用限位开关00004下行01004SQ5小球选择开关00005左行01005SQ5大球限位开关00006右行01006下移限位开关00007启动按钮00008SB1停止按钮00009手动复位00010SQ8 YV失电开关00011单步运行按钮00012单周期运行按钮000134.2 PLC的外部接线图 第13页共20页134.3 顺序功能图 第14页共20页144.4 PLC的控制梯形图 第15页共20页15 第16页共20页16 第17页共20页17五、操作说明 当按下启动按钮时，20100得电，如果转换条件满足20001得电捡球装置下降到捡球平板， 第18页共20页18当下降的捡球平板碰到下限开关SQ7时，20002得电，停止下降，下降2分钟后捡球装置SQ5开始识别,如果碰到的是小球SQ5压合，一分钟后20003得电，如果磁铁碰到的是大球，SQ5未压合一分钟后20009得电。分拣杆上升，到上限位开关后20004得电,分拣杆右行。若碰到的是大球则20010得电分拣杆右行。SQ2为小球限位开关，SQ3为大球限位开关，在右行的过程中，如果吸住的是小球则碰到SQ2电动机停止正传，20005得电。分拣杆下行，直到碰到下限位开关，分拣杆，停止下行，20006得电。1S后20007得电，小球上升碰到上限位开关后20008得电电动机反转分拣杆左行；如果吸住的是大球则要碰到SQ3电动机才停止正传，此时20011得电，分拣杆下行直到碰到下限位开关，停止下行，释放小球1S后，20013得电分拣杆上行直到碰到上限位开关停止上行，此时20008得电电动机反转。如此反复执行。 当按下启动按钮后，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。六、结束语短短一个多月的毕业设计就要告一段落，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顺序功能图、梯形图、指令表