《PLC控制技术》-项目四小型自动化系统综合应用

【项目需求】

工业自动化设备的功能结合工业需求，型号种类较多，但每一个设备一般都是有不同的基本功能组合而成，最终可以组合实现强大的功能。因此，作为技术人员，熟练掌握各类小型自动化设备的装调维修以及综合应用，将是高技能专业技术人才必由之路，也是掌握高级技术技能的基石。【工作场景】

某公司车间有多条流水线组成，现在其中的两条流水线需要进行衔接，中间的过度是由机械手来实现的。某机械手对流水线上的工件搬运示意图，如图4.1.1所示。该机械手的任务是将工件从A传送带搬运到B传送带上来(A、B传送带不用PLC控制)。机械手的初始状态为原点位置，此时机械手在最上面以及最右面，而且机械手爪处于放松状态。【工作场景】【工作场景】

搬运机械手工作流程为：按下启动按钮后，从原点位置开始，机械手将执行“左行→下降→夹紧→上升→右行→下降→放松→上升”的工作流程，此为一个周期。这些动作均由电磁阀来控制。特别提醒，夹紧和放松动作仅由一个电磁阀来控制，该电磁阀状态为1表示夹紧，否则为放松状态。左行、右行、上升，下降这些动作由限位开关来切换，夹紧，放松动作由定时器来切换，且定时时间为ls。【方案设计】

本项目主要从小型自动化设备的综合应用设计角度出发，给专业技术人员一个较为全面的设计思路与方法的借鉴，立足工业控制需求，从硬件准备与软件调试等方面，综合运用，最后立足PLC设计中常用的功能指令进行介绍，希望通过实际案例的介绍与指令的基本用法分析，提升专业技术人员对自动化设备的综合运用水平。任务一气动机械手控制系统设计应用【任务目标】1.了解机械手控制系统的控制功能；2.能识读实现功能的硬件电路，分析理解控制要求；3.能理解实现控制功能的设计程序；4.能够掌握常用功能指令的实例应用。【任务分析】

本任务从机械手需要实现的控制功能出发，对PLC所控制的机械手运动系统进行综合设计。因此，完成此任务需要立足对控制功能的进一步分析与理解，在完善功能的基础上，实现气动机械手控制电路以及软件程序。【任务分析】【工作方式】

(1)手动工作方式利用按钮对机械手每个动作进行单独控制。在该工作方式中，设有6个手动按钮，分别控制左行、右行、上升、下降、夹紧和放松。【工作方式】

(2)单步工作方式从原点位置开始，每按一下启动按钮，系统跳转一步，完成该步任务后自动停止，再按一下启动按钮，才开始执行下一步动作。单步工作方式常常用于系统的调试和维修。【工作方式】

(3)单周工作方式按下启动按钮，机械手从原点开始，按图4.2工作流程完成一个周期后，返回原点并停留在原点位置。【工作方式】

(4)连续工作方式机械手在原点位置时，按下启动按钮，机械手从原点位置开始，将按图4.2工作流程周期性循环动作。按下停止按钮，机械手并不马上停止工作，待完成最后一个周期工作后，系统才返回并停留在原点位置。【工作方式】

(5)自动回原点工作方式机械手有时可能会停止在非原点位置，这时机械手无法进行自动工作方式，所以需对机械手的位置进行调整，当按下启动按钮时，机械手会按其回原点程序由其他位置回到原点位置。【工作方式】【控制系统设计基本原则】①最大限度地满足生产工艺的控制要求。②确保控制系统的安全可靠。③力求使系统简单、经济，注意降低工程成本，提高工程效益，符合用户的操作习惯和方便维修。④应考虑生产的发展和改进，使用和维修方便，在设计时应适当留有裕量。【控制系统设计一般步骤】①深入了解被控系统的工艺过程和控制要求。②确定控制方案，拟定设计说明书。③PLC硬件选型。④硬件设计与软件设计。⑤软硬件调试⑥编制使用说明书【控制系统设计一般步骤】【知识积累】西门子S7-200PLC功能指令简介与应用（1）程序控制类。

（2）数据处理类。

（3）特种功能类。（4）外部设备类。【知识积累】常用数据传输指令（1）位位是存储器的最小单位，1个位可以存储1个二进制数据。（3）字字节是存储器的基本单元，每个字节由0～7八个位元件构成。（2）字节1个字包含2个字节。输入继电器字IW0（4）双字1个双字含2个字或4个字节。输入继电器双字ID0【例题】设有8盏指示灯，控制要求是：当I0.0接通时，全部灯亮；当I0.1接通时，奇数灯亮；当I0.2接通时，偶数灯亮；当I0.3接通时，全部灯灭。试设计电路和用数据传送指令编写程序。

控制电路如下图所示。输入继电器输出继电器QB0输出数据Q0.7Q0.6Q0.5Q0.4Q0.3Q0.2Q0.1Q0.0I0.01111111116#FFI0.11010101016#AAI0.20101010116#55I0.3000000000例题控制关系【知识积累】JMP、LBL及SEG(七段译码)指令任务要求：（1）总台设置1个复位按钮、1个蜂鸣器以及1个七段数码管。分台设有4个抢答按钮。（2）按下4个抢答按钮中的任意一个后，数码管能及时显示该组编号并使蜂鸣器发出响声（蜂鸣器响3s后停止），同时锁住抢答器，直至复位按钮被按下后才能进行下一轮抢答。（3）具有短路保护等必要的保护措施。

输入量有1个复位按钮SB0和4个抢答按钮SB1、SB2、SB3、SB4，输出量包括七段数码显示管和蜂鸣器。对应七段数码管的每一段都应分配一个输出端子，可以设计不同的程序驱动七段数码显示管。各组抢答按钮之间应采用电气联锁，以保证某一组抢答按钮按下时，其他组即使按下抢答按钮也无效。复位按钮不仅要将抢答器复位，同时应将七段数码管复位。本任务主要采用PLC功能指令中的跳转、标号指令以及七段译码指令编程设计梯形图程序。I/O地址分配PLC控制线路图

设计梯形图程序程序调试【知识积累】数值比较指令、递增与递减指令【知识积累】数值比较指令、递增与递减指令【知识积累】加、减、乘、除运算指令【知识积累】加、减、乘、除运算指令【知识积累】加、减、乘、除运算指令【知识积累】加、减、乘、除运算指令【任务实施】

（一）、PLC以及相关硬件元器件的选型；机械手自动控制系统采用西门子S7-200整体式PLC。CPU226CN模块，DC供电，DO输人、继电器输出型。本PLC控制系统的输入信号有17个，均为开关量。其中操作按钮开关有8个，限位开关有4个，选择开关有1个(占5个输入点):PLC控制系统输出信号有5个，各个动作由直流24V电磁阀控制。本控制系统采用S7-200整体式PLC完全可以，且有一定裕量。【任务实施】

（二）、机械手控制系统的硬件设计输人量输出量启动按钮I0.0右行按钮I1.1左行电磁阀Q0.0停止按钮I0.1夹紧按钮I1.2右行电磁阀Q0.1左限位I0.2放松按钮I1.3上升电磁阀Q0.2右限位I0.3手动I1.4下降电磁阀Q0.3上限位I0.4单步I1.5加紧/放松电磁阀Q0.4下限位I0.5单周I1.6

上升按钮I0.6连续I1.7

下降按钮I0.7回原点I2.0

左行按钮I1.0

【任务实施】

（二）、机械手控制系统的硬件设计【任务实施】

（二）、机械手控制系统的硬件设计【任务实施】

（三）、机械手控制系统的程序设计（1）、在主程序中，当对应条件满足时，主程序将执行相应的子程序。子程序主要包括4大部分，分别为公共程序、手动程序、自动程序和回原点程序【任务实施】

（三）、机械手控制系统的程序设计【任务实施】

（三）、机械手控制系统的程序设计（2）、公共程序【任务实施】

（三）、机械手控制系统的程序设计（3）、手动程序【任务实施】

（三）、机械手控制系统的程序设计（4）、自动程序、回原点程序【任务实施】

（三）、机械手控制系统的程序设计（4）、自动程序、回原点程序【任务实施】

（四）、机械手控制系统调试系统调试：将各个输入/输出端子和实际控制系统的按钮、所需控制设备正确连接，完成硬件的安装并检查无误后，可以将事先编写的梯形图程序传送到PLC中进行调试。调试中，按照机械手运动的顺序要求，检查功能是否能实现。如不能实现，找出是程序的原因，还是硬件接线的原因。经过反复试验，最终调试出正确的结果。拓展训练

智能分拣工作站控制系统应用【任务目标】1.了解智能分拣工作站的控制功能与流程；2.熟悉掌握气动基本原理与气缸、电控阀的基本应用；3.能够理解分析系统控制原理图；4.能够完成控制电路的安装与变频器的基本参数设置。【任务分析】

本任务是在前一个机械手任务完成的基础上，实现的一个小型自动化控制系统中较为综合的典型应用。要完成此任务，需要对控制功能与需求进一步分析，注重电路、气路的结合，同时又有通过变频器对三相异步电机进行调速。【任务分析】

明确控制功能：按启动按扭后，装置进行复位过程.当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器检测物料；如果送料电机运行若干秒钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料或故障，这时要停机并报警.【任务分析】

明确控制功能：当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，手臂伸出，手爪下降，将物料放到传送带上.【任务分析】

明确控制功能：落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料，同时机械手按原来位置返回，进行下一个流程；传感器则根据物料的材料特性、颜色等特性进行辨别，分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。【任务分析】

控制对象：送料机构、机