抢答器PLC控制系统设计

1、机电工程学院课程设计说明书设计题目：大小球分拣传送机械控制系统设计学生姓名： 学 号： 20094805 专业班级： 机制 F0 指导教师： 2012年 12 月 8日内容摘要机械臂自动分拣机构的积极作用正日益为人们所认识，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筛选与传送。 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

2、，经常要对流水线上的产品进行分拣，本课程设计拟设计大小球分拣传送机控制系统的PLC设计，采用的德国西门子 S7-200 系列（cpu-224）PLC，对机械臂的上下、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：大小球分拣控制系统；PLC；行程开关目 录第1章 引言1.1 大小球分拣传送机械控制系统设计内容简介11.2 大小球分拣传送机械控制系统设计要求11.3 大小球分拣传送机械控制系统设计思想2第2章 大小球分拣传送系统的硬件电路2.1按控制要求进行功能分析32.2分拣大小球控制的运行框图32.3确定I/O信号数

3、量，选择PLC的类型52.4分拣大小球控制的电器元件配置表 52.5分拣大小球控制的I/O接线图 6第3章大小球分拣传送系统的程序设计3.1 分拣大小球控制程序的梯形图 73.2 分拣大小球控制程序的指令表 143.3 分拣大小球控制程序的调试结果 16设计总结 17谢辞 18参考文献191第1章 引言1.1 大小球分拣传送机械控制系统设计内容简介学院此次安排我们进行了为其两周的机电传动课程设计实习，对我们即将进行毕业设计是很有益处的。这学期我们学习了机电传动控制课程，此次实习主要是对课本中的知识进行实践，比如继电器-接触器控制和可编程控制器控制等重要章节更是练习紧密。让我们把课本知识很好的应

4、用于实践中去，有助于总体实力的提高。 本次我的课程设计的主要内容：大小球分拣传送机械控制系统设计，如图1-1。图1-1大小球分拣传送机械示意图1.2 大小球分拣传送机械控制系统设计要求本次设计的控制要求如下： 1.机械臂起始位置在机械原点（见图1-1），为左限、上限的交点位置。 2.有启动按钮和停止按钮控制运行，按下设备停止按钮后机械臂必须回到原点。 3.启动后，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）。 4.机械臂有形式有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降时，当电磁铁压着大球时，下限开关LS2断开（=“0”）；压着小球是，下

5、限开关LS2接通（=“1”）。1.3 大小球分拣传送机械控制系统设计思想我对于本次课程设计的总体思路如下：本设计主要要求控制电路PLC的设计，故对于主电路就不做过多阐述。主电路有两部分： 1电动机控制机械臂上下左右运动。 2主电路给机械臂的电磁铁加电产生磁场吸住球运动。由继电器控制电动机正反转. 控制电路：由PLC控制继电器线圈来控制主电路的上下左右运动和抓住或者释放小球.PLC控制继电器和电灯的输出，从而控制主电路。 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，机械臂下行，一直到极限开关SQ闭合。此时。若碰到的是小球，则下限开关LS2为闭合状态；

6、若碰到的是大球，则下限开关LS2仍为断开状态。 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2章 大小球分拣传送系统的硬件电路2.1 按控制要求进行功能分析分拣大小球的控制功能要求为： 1.原位：机械臂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，同时机械臂处于有磁状态状态和球槽内有球（接近开关PS吸合）

7、，这时原位显示亮，表示准备就绪。 2.按下启动按钮SB1后，机械臂的电磁铁断磁，机械臂下降，接近开关SQ闭合后后机械臂会碰到球，接着电磁铁加磁。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，则一定是大球。 3.机械臂吸住球后就提升，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.机械臂下降，当碰到下限开关LS2后，经过1S后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.释放后机械臂提升，碰到上限开关LS3后，左行。 7.左行至碰到左限开关LS1后，一个工作循环结束，如果此时接近开关PSO显示球槽内还有

8、球，则继续下一循环 8.控制系统停止有两种情况；（1）接近开关PSO显示球槽内五球则循环结束；（2）按下停止按钮SB2则运行完此次循环后停止到原点。（3）按下急停按钮SB3 9.当系统在连续运行时，停止方式有两种，一种是正常停止：就是按下停止按钮后，系统要将整个周期剩下的步骤全部进行完，然后回到原点才停止工作。另外一种是紧急停止：就是用来处理紧急情况下来及时停止整个系统工作的，一按紧急停止，系统立刻停止，不管已经工作到什么位置。2.2分拣大小球控制的运行框图运行框图分为14个网络，共11层控制，加循环控制流程，一直到没有球之后便自动远点停止，也可以按停止按钮到这一循环结束后停止在原点位置。重新

9、按下启动按钮后，再次开始，具体过程如图2-1所示开始原点显示灯亮N是否有球Y启动下降电磁铁得电小球 大小球 大球上升 上升小球右限位 大球右限位下降电磁铁失电上升左行无球 有无球 有球已按下停止开关 是否按停止开关 未按下停止开关图2-1分拣大小球控制的运行框图2.3确定I/O信号数量选择PLC的类型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、

10、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。 根据系统分析得输入点有9个，分

11、别为I0.0-I1.1;输出点有6个，分别为Q0.0-Q0.5。I/O点共14个，故选择S7200系列（CPU-224）PLC。2.4 分拣大小球控制的电器元件配置表S7200系列（CPU-224）PLC有14DI/10DO，本次设计只需10个输入，6个输出，具体元件配置表如表2-1表2-1 电器组件分配表控制信号信号名称元件名称元件信号地址编码输入信号启动信号常开按钮SB1I0.0停止信号常开按钮SB2I0.1上限信号限位开关LS1I0.2大小球的接近信号接近开关SQI0.3左限位信号限位开关LS3I0.4小球的右限位信号限位开关LS4I0.5大球的右限位信号限位开关LS5I0.6下限信号限

12、位开关LS2I0.7送料口有无球信号接近开关PS0I1.0急停信号常开开关SB3I1.1输出信号显示灯亮信号原点显示灯LHQ0.0电磁铁控制信号电磁铁线圈KQ0.1机械臂下行信号接触器KM1Q0.2机械臂上行信号接触器KM2Q0.3机械臂右行信号接触器KM3Q0.4机械臂左行信号接触器KM4Q0.52.5 分拣大小球控制的I/O接线图由PLC控制继电器线圈来控制主电路的上下左右运动和抓释小球.PLC控制继电器和电灯的输出，从而控制主电路。采用S7200系列（CPU-224）PLC，输入端分两组，输出端分两组共六个接口，具体如图2-2。图2-2机械臂分拣大小球控制的I/O接线图第3章大小球分拣传

13、送系统的程序设计3.1 分拣大小球控制程序的梯形图大小球分拣传送机械控制系统设计程序的梯形图见下图3-1，共有50个网络，11层控制系统，具体详析见图所示。下面的梯形图是经过V4.0 STEP 7 Micro WIN SP9软件编程的。图3-1 分拣大小球控制程序的梯形图3.2 分拣大小球控制程序的指令表下面指令表是经过V4.0 STEP 7 Micro WIN SP9软件编程的。见下表3-1 .表3-1指令表 Network 1 / 网络标题/ 单周期循环选择控制LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0Network 2 / 置位初始状态S0.0LD SM0.1S S0.0, 1

14、Network 3 / 初始状态S0.0LSCR S0.0Network 4 / 原始位置指示灯Q0.0LD I0.2A I0.4AN Q0.1= Q0.0Network 5 / 在有球状态下，按启动按钮状态转移LD I0.0A I1.0SCRT S0.1Network 6 SCRENetwork 7 / 状态S0.1LSCR S0.1Network 8 / 机械手下行LDN I0.3= M1.0Network 9 / 下限时状态转移LD I0.3SCRT S0.2Network 10 SCRENetwork 11 / 状态S0.2LSCR S0.2Network 12 / 机械手抓球LD S

15、M0.0S Q0.1, 1TON T37, 10Network 13 / 小球时转移到S0.3大球时转移到S0.5LD T37LPSA I0.7SCRT S0.3LPPAN I0.7SCRT S0.5Network 14 SCRENetwork 15 / 状态S0.3，小球控制LSCR S0.3Network 16 / 机械手上行LDN I0.2= M1.1Network 17 / 上限时状态转移LD I0.2SCRT S0.4Network 18 SCRENetwork 19 / 状态S0.4LSCR S0.4Network 20 / 机械手右行LDN I0.5= M1.2Network 2

16、1 / 小球右限位时状态转移LD I0.5SCRT S1.0Network 22 SCRENetwork 23 / 状态S0.5，大球控制LSCR S0.5Network 24 / 机械手上行LDN I0.2= M1.3Network 25 / 上限位时状态转移LD I0.2SCRT S0.6Network 26 SCRENetwork 27 / 状态S0.6LSCR S0.6Network 28 / 机械手右行LDN I0.6= M1.4Network 29 / 大球右限位时状态转移LD I0.6SCRT S1.0Network 30 SCRENetwork 31 / 状态S1.0LSCR

17、S1.0Network 32 / 机械手下行LDN I0.3= M1.5Network 33 / 下限位时状态转移LD I0.3SCRT S1.1Network 34 SCRENetwork 35 / 状态S1.1LSCR S1.1Network 36 / 机械手放球LD SM0.0R Q0.1, 1TON T38, 10Network 37 / 放球时间到状态转移LD T38SCRT S1.2Network 38 SCRENetwork 39 / 状态S1.2LSCR S1.2Network 40 / 机械手上行LDN I0.2= M1.6Network 41 / 上限位时状态转移LD I0

18、.2SCRT S1.3Network 42 SCRENetwork 43 / 状态S1.3LSCR S1.3Network 44 / 机械手左行，电动机正反转互锁LDN I0.4AN Q0.4= Q0.5Network 45 / 左限位时，若没有球或者已按下停止开关则转移到S0.0；若有球且未按下停止开关循环则转移到S0.1LD I0.4LPSA M0.0A I1.0SCRT S0.1LPPLDN M0.0ON I1.0ALDSCRT S0.0Network 46 SCRENetwork 47 / 机械手上行输出，电动机正反转互锁LD M1.1O M1.3O M1.6AN Q0.2= Q0.3

19、Network 48 / 机械手右行输出，电动机正反转互锁LD M1.2O M1.4AN Q0.5= Q0.4Network 49 / 机械手下行输出，电动机正反转互锁LD M1.5O M1.0AN Q0.3= Q0.2Network 50 / 急停LD I1.1R S0.1, 1R S0.3, 93.3 分拣大小球控制程序的调试结果由于程序中出现SCR类较复杂语句，S7-200_V4.0的仿真软件不能识别，所以本程序只能在实验室PLC上调试。周二做实验的时候已经调试成功。设计总结通过此次课程设计，培养了我综合运用所学的基础理论课，技术基础课，专业课的知识和实践技能分析和解决实际工作中的一般工

20、程问题的能力，使我建立了正确的设计思想学会了如何把几年来所学的理论知识运用到实践当中去。掌握了PLC控制系统的原理，并进一步巩固、扩大和深化了我所学的基本理论，基本知识和基础技能，提高了我的逻辑思维能力。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。通过对PLC大小球分拣控制系统的设计，使我对所学PLC内容更加熟悉，在设计的过程中遇到了一些自己暂时还无法解决的问题，通过王宗才老师的帮助和查阅相关书籍，对遇到的问题进行分析解答，在这个过程中受益匪浅。并且让我充分的意识到PLC在实际生活中有很多的用处，激起了我在今后的生活中继续学习和运用PLC的兴趣，我也希望我能够把它运用的生活当中比如自己改造家里的电器让它拥有更多的功能等等。作为一个好的控制系统必须把各种控制都考虑在内之外，还要考虑安全控制，一个安全的系统才是真正的好系统。谢辞非常感谢学校学院给了我们这次非常重要的实习机会，对我们的能力提高非常有帮助，对以后的工作能更好更快的融入工作中区。 还要感谢王宗才老师不辞劳苦的辛勤指导，对每个简单或难的问题都予以精彩深刻的解答，是我又学到了很多的知识 通过这次综合实践，我