机械手分拣大小球毕业设计说明

1、职业技术学院机电系毕业设计GRADUATION DESIGN题系目：基于PLC控制的分捡系统部:控制程序设计机电工程系班级:机电一体化（6）班姓名:亚洲学号:20091401601指导老师：冯巧红设计时间：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

2、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OMRO公司的CPMIA-20CDR-A-V1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、大小球致谢本设计从选题到完成，每一步都是冯巧红老师的指导下完成的，倾注 了老师大量的心血。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！今天终于可以顺利的完成毕业设计的谢辞了，想了很久，要怎样写下 这一段谢词。求学期间的点点滴滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，大学三 年的努力与付出，随着毕业设计

3、的完成，终于让大学的生活，得以划下了 完美的句点。毕业设计得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢指导老师， 因为毕业设计是在冯老师的悉心指导下完成的。冯老师渊博的专业知识， 严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、 宽以待人的崇高风，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深深。在我 做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，毕业设计提纲的确定，中期 毕业设计的修改，后期毕业设计格式调整等每一步都是在冯老师的悉心指 导下完成的。冯老师指引我的毕业设计的写作的方向和架构，并对本毕业 设计初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他 循循善诱的教导和不拘一格

4、的思路给了我无尽的启迪，他的严谨细致、一 丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。同时，毕业设计的顺利完成，离不开其他各位老师、同学和朋友的关 心和帮助。在整个的毕业设计写作中，各位老师、同学和朋友积极帮助我 查资料和提供有利于毕业设计写作的建议和意见，在他们的帮助下，毕业 设计得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个毕业设计。另外，要 感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好 的专业课知识，这也是毕业设计得以完成的基础。感谢所有给我帮助的老师和同学，谢谢你们！目录第一章 概述11.1 设计介绍11.2控制要求11.3 PLC的定义11.4 PLC的工作原理21.

5、5 PLC 控制系统设计的原则和容 3第二章硬件设计42.1系统的功能42.2大小球分拣系统的结构42.3大小球分拣系统的分析图52.4 I/O编址及工作框图 52.5大小球分拣的设计思想52.6电路图和液压图 62.7 I/O 接线方式7第三章软件设计83.1流程图83.2梯形图93.3程序指令表11第四章软硬件调试134.1 程序调试134.2使用说明134.3设计感想13心得体会14参考文献15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，

6、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1、系统开机运行后，自动检测分捡杆是否在原始位置(电磁铁Y4失电、SQ1和SQ4压合)。若不在原始位置，贝哨动调整到原始位置。2、分

7、捡杆必须位于原始位置时系统才能启动，启动后的工作流程如 图所示。3、 磁铁下降碰球过程时间为2s，大球还是小球由 SQ5的状态判定。考虑到工作的可靠性，规定磁铁吸牢和释放铁球的时间为1s。4、分捡杆的垂直运动和横向运动不能同时进行。1.3 PLC的定义可编程控制器(Programmable Con troller)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 控制的围，因此，今天这种装置称

8、作可编程控制器，简称PC但是为了避免与个人计算机(Pers onal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLCPLC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 ManufactoryAssociation ) 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

9、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

10、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

11、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。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

12、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

13、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，通过部程序化外部接线

14、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。1）所示第二章硬件设计2.1系统的功能机械手分

15、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SQ4及左限开关 SQ1压合，这时原位灯亮，表示准备就绪。2） 按下启动按钮 0001后，机械手下降，延时2秒，开始吸球：当压着大球时，下限开关 SQ5断开；压着小球时，下限开关SQ5接通，此处延时1秒。3） 机械手吸住球后 1秒就提升，碰到上限开关SQ4.和SQ1后就右行。4） 如果是小球，则右行到SQ2处；如果是大球，则右行到SQ3处。5） 机械手下降，当碰到下限开关SQ5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1秒机械手提升，碰到上限开关SQ4后，左行。7） 左行至碰到左限开关

16、SQ1时，等待再次启动。2.2大小球分拣系统的结构图机械手分拣大小球的工作示意图如图（2.3大小球分拣系统的分析图开机初始信号2.4 I/O 编址及工作框图地址对应的外部设备地址对应设备的操作输入0000启动按钮(SB1)0003大球右限开关(SQ3)0001左限位开关(SQ1)0004上移限位开关(SQ4)0002小球右限开关(SQ2)0005下移限位开关(SQ5)输出0500机械手向左移 Y0(KM1)0503机械手向下移 丫3(KM4)0501机械手向右移 丫1(KM2)0504电磁铁(YA)0502机械手向上移 丫2(KM3)0505原位指示灯HL2.5大小球分拣的设计思想1) 当输送

17、机处于起始位置时，上限位开关和左限位开关被压下，原点灯亮。若不是则自动调整到原始位置。2) 启动装置后，分捡杆下行。此时。若碰到的是小球，则下限开关SQ5接通状态；若碰到的是大球，则下限开关SQ5断开状态，磁铁下降碰球过程时间为2s，两秒后吸球。3) 1秒后磁铁吸起小球，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，1秒后返回到原位。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，1秒后返回到原位。2.6电路图2.7 I/O

18、 接线图根据系统总方框图和设计要求，选用OMRON-CPMIA-20CDR-A-V型号，共有20点CPU 12个输入接线口和 8个输出接线口。基于PLC机械手分拣大小球控制系统的外部接线图如图下图所示。SB1是点动开关，SQ1、SQ2SQ3 SQ4 SQ5是限位开关，是外部输入设备。机械手分拣大小球控制系 统用SB1启动，按下启动按钮相应的设置就导通。其中，输入采用的是汇 点式，共接两个 COM端子，电源由 PLC部电源提供。0500、0501表示电动 机正反转接触器线圈，0502、0503表示液压系统的电磁阀线圈，0504表示电磁铁的线圈，0505表示原位灯。0500、0501、0502、0

19、503、0504、0505I/O共用两个COM端子，而输出共用一个电源。根据I/O的通道分配，其如图所示第三章软件设计3.1流程图3.2梯形图3.3程序指令地址指令数据地址指令数据0000LD1815:0038:AND NOT TIM030001OR10000039TIM010002AND NOT0000#00100003：OUT1000:0040:LD00020004LD00010041AND10070005AND00040042OR00030006OUT10010043AND00050007:LD1000(0044OUT10060008OR05020045TIM020009OR TIM01

20、#00100010OR TIM020046LD00050011OR TIM040047OR10070012AND NOT00040048AND05040013:AND NOT05030049OUT10070014OUT10020050LD00050015LD NOT05040051AND NOT00020016:AND NOT00010056AND NOT00030017AND00040057OR TIM000018OUT10030058OR10050019LD00000059AND NOT10060020AND00010060OUT10050021AND00040061TIM030022LD

21、0002#00100023:AND1006:0062 LD00020024AND05040063AND00050025OR LD0064TIM040026LD0003#00100027:AND05040065LD NOT10070028OR LD0066AND NOT00030029or10040067:LD10070030:AND NOT TIMOO0068AND00020031AND00050069OR LD0032OUT10040070AND05040033:LD05030071AND00040034AND NOT00020072OUT10080035AND NOT00030073LD1

22、0010036：tim00:0074OUT0505#00200075LD10020037LD05040076OUT05020077:LD10030082OUT05040078OUT05000083LD10080079LD10040084OUT05010080out05030085END0081LD1005第四章软件硬件调试4.1程序调试基本指令顺序控制程序（1） 将指令语句输入到TVT90学习机里。（2）对程序进行调试运行（3）记录程序调试的结果基本指令与步进指令控制程序（1） 将梯形图转换为指令语句输入到TVT90学习机里,（2）对程序进行调试运行。启动按钮，观察机械手是否运行（3）记录调试

23、程序的结果。基本指令、初始状态指令配合步进指令顺序控制程序（1） 将控制程序输入到TVT90学习机。（2）对程序进行调式运行与基本指令顺序控制的相同。（3）记录调试程序的结果。4.2使用说明本设计采用多种控制模式来来实施对被控对象的控制，0000为启动、停止按钮，SQ1为左限行程开关， SQ2为小球右限行程开关， SQ4为上限 行程开关，SQ5为下限行程开关， SQ3为大球右限行程开关。4.3设计感想通过本次课程设计，对我们以前的学习进行了一个验证。本次设计中，主要用 OMRO系列PLC机械臂在大小球分拣系统进行控制。使我了 解了 PLC机械臂在大小球分拣系统的工作原理，首次学习了一些机械臂

24、的工作原理及使用方法。其中电路及软件实现是此次设计的主要部分。通过这次毕业设计，我更加看清了自己的不足之处。通过查阅资料以及 在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。在实践的基础上， 不仅巩固了理论知识，也提高了将所学知识实际应用的能力，对PLC有了新的认识。心得体会一月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式，依次实现了PLC流程图、梯形图、指令表三种机械手控制方式。用此种方法编写程序条理清晰， 连贯性强，但若要增加其它机械

25、手控制方式或进行扩展，程序会变得相 当复杂而且容易出错，出错后调试修改也很困难。收进的方式是将各部 分程序写成程序，方便调用和调试。此种方法的优点是程序编写比较简 单，不需要再编写分支、汇合状态移图的程序，且由于本课对定时精确 度要求并不高，适宜采用。若是在对定时精度要求比较高的情况下，应 采用单片机的中断功能进行硬件定时。通过此次设计，了解了PLC机械手在大小球分选系统的工作原理，首次学习了一些机械手的工作原理及使用方法。其中电路及软件实现是 此次设计的主要部分。通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次 毕业设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了 设计目的。通