機械手分揀大小球的PLC程序設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文.doc

畢業(yè)設(shè)計（論文）課題 機械手分揀大小球的PLC程序設(shè)計 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 摘要機械手的積極作用正日益為人們所認識，其一，它能部分地代替人的勞動并能達到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因為，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對流水線上的產(chǎn)品進行分撿，本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用的德國西門子S7-200系列PLC，對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。用于分撿大小球的機械裝置。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。關(guān)鍵詞：機械手、 PLC、 大小球ABSTRACT The positive role of the manipulator increasingly known by people, first, it can partly replace human labor and can achieve the production requirements, follow a certain procedure, time and location to complete the workpiece transfer. Because, it can greatly improve the working conditions, and workers accelerate the realization of industrial production mechanization and automation pace. Therefore, by various advanced unit spent a great deal of attention and manpower to research and application. Especially in high temperature and high pressure and dust, noise occasions, application is more widely. In China, the modern years also have developed quickly, and obtained a certain result, by various departments of industry seriously. In the process of production, often to the assembly line of products, this topic intends to develop sorting through the manipulator, material handling by German Siemens s7-200 PLC, the fluctuation, left and right sides of manipulator and grab motion control. Used in the mechanical device can 1. We use programmable technology, combined with the corresponding hardware device, control finish all kinds of action. RobotKeywords: manipulator, PLC, which can 目錄第一章 機械手與PLC的簡介1.1 機械手的出現(xiàn)與發(fā)展.11.2 PLC的應(yīng)用.2第二章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1 按鈕和行程開關(guān)的選擇. 7 2.2 接近開關(guān) 轉(zhuǎn)換開關(guān) 刀開關(guān)的選擇. 7 2.3 時間繼電器 接觸器的選擇. 8 2.4 熔斷器 電動機的選擇. 9 2.5 電磁閥的選擇. 9第三章 分揀系統(tǒng)的PLC選擇 3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的原則和內(nèi)容.10 3.2 PLC的選型.10 3.2.1 性能與任務(wù)相適應(yīng).11 3.2.2 PLC的處理速度應(yīng)滿足時實控制的要求.12 3.2.3 PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機型系列應(yīng)統(tǒng)一.12第四章 大小球分揀系統(tǒng)的PLC設(shè)計 4.1 系統(tǒng)的功能.15 4.2 分揀大小球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).16 4.3 大小球分揀傳送過程控制分析. 16 4.4 分撿大小球系統(tǒng)的輸入/輸出地址及定時器分配.17 4.5 機械手分揀球控制系統(tǒng)的接線圖.18 4.6 大小球分揀的設(shè)計思想.18第五章 機械手分揀大小球的PLC程序設(shè)計 5.1 機械手分撿大小球控制程序流程圖.205.2 機械手分揀大小球控制程序的梯形圖.22第六章 總結(jié)參考文獻致謝第一章 機械手與PLC的簡介1.1機械手的出現(xiàn)與發(fā)展1.1.1機械手的歷史 它是在早期出現(xiàn)的古代機器人基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機械手研究始于20世紀中期，隨著計算機和自動化技術(shù)的發(fā)展，特別是1946年第一臺數(shù)字電子計算機問世以來，計算機取得了驚人的進步，向高速度、大容量、低價格的方向發(fā)展。同時，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術(shù)的進展，又為機器人的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，核能技術(shù)的研究要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國于1947年開發(fā)了遙控機械手，1948年又開發(fā)了機械式的主從機械手。 機械手首先是從美國開始研制的。1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人的概念，并申請了專利。該專利的要點是借助伺服技術(shù)控制機器人的關(guān)節(jié)，利用人手對機器人進行動作示教，機器人能實現(xiàn)動作的記錄和再現(xiàn)。這就是所謂的示教再現(xiàn)機器人?，F(xiàn)有的機器人差不多都采用這種控制方式。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手鉚接機器人。作為機器人產(chǎn)品最早的實用機型是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。這些工業(yè)機器人主要由類似人的手和臂組成它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。1.1.2機械手的組成機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23個自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。1.1.3機械手分類機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。 機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。 1.2 PLC的應(yīng)用1.2.1 PLC的定義可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用而設(shè)計的它采用一類可編程的存儲器，在其內(nèi)部用于存儲用戶程序，并執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)操作等用戶指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出，控制各類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按照方便與工業(yè)控制系統(tǒng)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。1.2.2 PLC的分類 隨著PLC的不斷發(fā)展，其型號和形式越來越多，為了在設(shè)計控制工程系統(tǒng)時便于表達和選擇適當型號的PLC，應(yīng)對其進行分類。一般按照以下兩種形式對PLC進行分類。按照I/O點的數(shù)量分為小型機，中型機和大型機。小型機的輸入輸出點的總數(shù)一般在256個以下，用戶程序的存儲容量一般為4KB左右。中型機的輸入輸出點的總數(shù)一般在2562048之間，用戶程序的存儲容量一般為8KB左右。大型機的輸入輸出點的總數(shù)一般在2048個以上，用戶程序的存儲容量一般為16KB以上。按照結(jié)構(gòu)形式分為整體式結(jié)構(gòu)和模塊式結(jié)構(gòu)。整體式結(jié)構(gòu)的PLC具有體積小，成本低和安裝方便的特點，大多被小型機所采用，例如SIEMENS公司的S7-200系列的PLC。模塊式結(jié)構(gòu)的PLC具有功能強大，配置靈活和維修方便的特點，大多被中型機和大型機所采用，例如SIEMENS公司的S7-300系列和S7-400的PLC。1.2.3 PLC的特點與應(yīng)用及其發(fā)展趨勢 為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)日趨復(fù)雜，以及多樣化的特點（例如，實現(xiàn)邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作），對控制的要求也各不相同，目前普遍需要通用性搞的控制系統(tǒng)。PLC的出現(xiàn)受到了廣大工程計數(shù)人員的歡迎。PLC的主要特點包括以下幾個方面抗干擾能力強，可靠性高控制系統(tǒng)簡單，通用性強編程方便，使用簡單功能完善設(shè)計，施工和調(diào)試的周期短體積小，維護操作方便。 PLC在其生產(chǎn)初期由于價格高等原因，使它的使用受到限制。但近年來，PLC的應(yīng)用逐漸廣泛起來，主要原因有兩個:一是微處理器的芯片和相關(guān)元件的價格不斷下降；二是PLC自身的功能大大增強。PLC的應(yīng)用面很廣，在工廠自動化和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）內(nèi)占有重要地位。目前PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵，采礦，石油，化工，電力等各個行業(yè)，使用情況大致可以歸納為六種類型：開關(guān)量的邏輯控制模擬量的控制運動控制過程控制數(shù)據(jù)控制通信及聯(lián)網(wǎng)。 不同的工業(yè)環(huán)境對PLC的功能，體積和性能有不同的要求，對PLC的要求越來越高。因此，PLC的生產(chǎn)廠商把PLC的發(fā)展方向趨向于高集成度，小體積，大容量，高速度，智能化，易使用和高性能等幾個方面，表現(xiàn)為以下幾個方面：小型化，專用化和低成本大容量和高速度智能型I/O模塊編程軟件編程語言的標準化通信控制的簡單化PLC的軟件化與組態(tài)軟件與現(xiàn)場總線的結(jié)合。 1.2.4 PLC的工作原理 當PLC啟動運行后，其工作過程一般分為輸入采樣階段，用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。完成上述三個階段即稱為一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。PLC的運行框圖如圖1.1所示，它清楚的描述了PLC的掃描工作過程。輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，先掃描所有輸入端子，并將各輸入端子的狀態(tài)存入各自對應(yīng)的輸入元件映像寄存器。此時，輸入元件映像寄存器被刷新，接著進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段或輸出刷新階段，輸入元件映像寄存器與外界隔離，無論輸入端子信號如何變化，輸入元件映像寄存器中的內(nèi)容保持不變，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才將輸入端的新狀態(tài)寫入寄存器中。用戶程序執(zhí)行階段 根據(jù)PLC梯形圖程序掃描規(guī)則，PLC按照先左后右，先上后下的順序執(zhí)行程序。當指令中涉及輸入/輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器中“讀入”對應(yīng)的輸入端子的狀態(tài)，從輸出映像寄存器“讀入”對應(yīng)輸出映像寄存器的當前狀態(tài)。然后，進行相應(yīng)的運算，運行結(jié)果再存入元件映像寄存器中。對元件映像寄存器來說，每一個元件（輸出軟繼電器）的狀態(tài)會隨編程序的執(zhí)行過程而變化。 輸出刷新階段 在所以指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出驅(qū)動外部負載。 對于小型PLC，I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，用集中采樣輸出的工作方式雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。大中型PLC因I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序長，為提高響應(yīng)速度可以采用定周期輸入采樣，輸出刷新。也可以采用直接輸入采樣，直接輸出刷新，中斷輸入/輸出和智能化I/O接口等方式。輸出刷新階段用戶程序執(zhí)行階段輸入采樣階段輸出端子輸出鎖存器元件映像寄存器輸入映像寄存器輸入端子 掃描周期圖1.1 PLC掃描工作過程1.2.5 PLC對輸入/輸出的處理原則 根據(jù)PLC的工作特點，歸納出PLC對輸入/輸出的處理原則，如下所述： 輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點在上一個刷新期間的通斷狀態(tài)。 程序如何執(zhí)行取決于用戶所編程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及各元件映像寄存器的內(nèi)容。 輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。 輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。 輸出端子的通斷狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。第二章 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1 按鈕和行程開關(guān)的選擇2.1.1按鈕的選擇原則：(1)根據(jù)使用場合，選擇控制按鈕的種類，如開啟式，防水式，緊急式等。(2)根據(jù)用途，選用合適的型式，如鑰匙式，緊急試，帶燈式等。(3)按控制回路的要求，確定不同的按鈕數(shù)，如單鈕，雙鈕，三鈕，多鈕等。(4)按工作狀態(tài)指示和工作情況的要求選擇按鈕及指示燈的顏色。2.1.2行程開關(guān)的選擇：行程開關(guān)的分類：直動式，滾動式和微動式三種。直動式行程開關(guān)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但容易燒蝕觸頭。滾動式行程開關(guān)克服了直動式行程開關(guān)的缺點，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格也較高，所以選擇微動式行程開關(guān)體積小，動作靈敏，適用于小型機構(gòu)中使用。 2.2接近開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、刀開關(guān)的選擇2.2.1接近開關(guān)的選擇：接近開關(guān)是一種對接近它的物體有“感知”能力的元件位移傳感器，利用傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關(guān)通或斷的目的，當有物體移向接近開關(guān)，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關(guān)才會動作。在設(shè)計中，接近開關(guān)SBO用于檢測是否有球，SB1SB5分別用于傳送機械手上下左右運動的定位。 接近開關(guān)分為霍爾接近開關(guān)，超聲波接近開關(guān)，高頻振蕩式接近開關(guān)，霍爾接開關(guān)用于檢測磁場，一般用磁場鋼作為被檢測體。超聲波接近開關(guān)適用檢測不能或不可觸及的目標，其控制功能不受聲、電、關(guān)等因素干擾，檢測物體可以是固體、液體、或粉末狀態(tài)的物體，只要能反射波用的電子裝置及調(diào)節(jié)檢測范圍用的程控橋式開關(guān)等幾個部分組成，高頻振蕩式接近開關(guān)用于檢測各種金屬，主要由高頻振蕩器，集成電路晶體管放大器和輸出器三部分組成。2.2.2轉(zhuǎn)換開關(guān)的選擇：轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種多檔位，多觸點，能夠控制多回路的主令電器，可以用于控制小容量電動機的啟動、換向、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制等，常用的萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)有LW2、LW5、LW6、LW8等系列，在設(shè)計機械手大小球分選系統(tǒng)中操作方式有手動，單周期，連續(xù)。2.2.3 刀開關(guān)的選擇：刀開關(guān)是一種手動電器，為了簡單，方便，選擇HD型單投刀開關(guān)，分為1級，2級，3級。2.3時間繼電器、接觸器的選擇2.3.1時間繼電器的選擇：時間繼電器在控制電路中用于時間的控制，有JS23，JS27A，JSK，7PR，SS18等系列的時間繼電器。2.3.2接觸器的選擇：接觸器的選型要求：（1）根據(jù)負載性質(zhì)選擇接觸器類別，一般交流負載選擇交流接觸器，直流負載選擇直流接觸器。（2）根據(jù)被控電路電流大小和使用類別選擇接觸器的額定電流。（3）根據(jù)被控電路電壓等級來選擇接觸器的額定電壓。（4）根據(jù)控制電路的電壓等級選擇接觸器線圈的額定電壓。2.4熔斷器、電動機的選擇2.4.1熔斷器的選擇：熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路，熔斷器具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，使用維護方便，價格低廉，分斷能力較高，限流能力良好等優(yōu)點，熔斷器有NT、RT、RL、RLS2、FA4等型式的熔斷器，RT系列為有填封閉管式熔斷器，可在500V以下交流系統(tǒng)中作過載及短路保護用，這種熔斷器為螺栓連接，可直接連在母線排上，尤其適合開關(guān)熔斷器組選用，RT15型熔斷器最大額定電流400A，額定分斷能力100KA。2.4.2電動機的選擇：電動機是選交流的，而電動機分為異步電動機和同步電動機兩大類，異步電動機主要用作電動機，去拖動各種生產(chǎn)機械。由于異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，制造，使用方便，運行可靠，成本低廉，效率較高等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機用于拖動中小型軋鋼設(shè)備，各種金屬切削機床，輕工機械和礦山機械等；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機用于拖動水泵，粉碎機以及其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機械；在民用電器方面的電風(fēng)扇、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機等也都是用異步電動機拖動的。2.5電磁閥的選擇電磁閥的分類：國內(nèi)外的電磁閥從原理上分為三大類(即：直動式、分步撞先導(dǎo)式)，而從閥瓣結(jié)構(gòu)和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類(直動膜片結(jié)構(gòu)、分步重片結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)膜式結(jié)構(gòu)、直動活塞結(jié)構(gòu)、分步直動活塞結(jié)構(gòu)、先導(dǎo)活塞結(jié)構(gòu))。電磁閥的優(yōu)點：耐高溫電磁閥是間接先導(dǎo)式平衡電磁閥，具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、使用范圍廣等。第三章 分揀系統(tǒng)的PLC選擇PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、施工設(shè)計和安裝調(diào)試等內(nèi)容。本課程設(shè)計著重在系統(tǒng)設(shè)計和程序設(shè)計。3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的原則和內(nèi)容PLC的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標的要求外，還應(yīng)著重考慮產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)等情況。最大限度地滿足被控對象或產(chǎn)生過程的控制要求。對于一些原來用繼電接觸器線路不易實現(xiàn)的要求，使用PLC后，將很容易實現(xiàn)。在滿足控制要求前提下，力求使控制簡單、經(jīng)濟、操作和維護方便。對一些過去較為繁瑣的控制可利用PLC的特點加以簡化，通過內(nèi)部程序化外部接線及操作方式。保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。同時采取“軟件兼施”的辦法。考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，選擇PLC容量及I/O點數(shù)時，應(yīng)適當留有裕量。一個系統(tǒng)完成后，往往會發(fā)現(xiàn)一些原來沒有考慮到的問題，或者新提出的問題 ，如果事先留有裕量。則PLC系統(tǒng)極易修改。同時對日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。當然對于不同的用戶，要求的側(cè)重點不同，設(shè)計的原則也應(yīng)有所區(qū)別，如果以提高產(chǎn)品和安全為目標，則應(yīng)將系統(tǒng)可靠性放在設(shè)計的重點，設(shè)置考慮采取冗余控制系統(tǒng)；如果要求系統(tǒng)改善信息管理，則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計加以強化；如果系統(tǒng)工藝經(jīng)常變更，則事先充分考慮。3.2 PLC的選型根據(jù)不同的控制要求和PLC的結(jié)構(gòu)和模式，控制系統(tǒng)可分為以下四種： 單機控制系統(tǒng)：是指用一臺PLC控制一臺設(shè)備，其I/O少，控制過程簡單。集中控制系統(tǒng)：是指用一臺PLC控制多臺設(shè)備，使用的I/O較多，控制過程相對要復(fù)雜一點。分散控制系統(tǒng)：是指每一臺PLC控制一臺設(shè)備，PLC之間可以通過通信電纜進行數(shù)據(jù)交換，或者由上位機通過數(shù)據(jù)總線來進行數(shù)據(jù)交換。遠程I/O控制系統(tǒng)：是指I/O模塊和PLC不是放在一起的，而是放在被控制的設(shè)備附近。遠程I/O通道通過同軸電纜與PLC進行信息傳遞，不同的PLC型號能驅(qū)動的同軸電纜長度是不同的，所以采用遠程I/O控制時需要選擇相匹配的PLC型號，否則無法滿足遠程控制的需求。隨著時間的推移，PLC的種類和數(shù)量越來越多，而且功能越來越強大，因此PLC的選擇范圍越來越大。在選擇PLC型號時，不僅要方便考慮控制系統(tǒng)目前的功能要求，還要考慮當生產(chǎn)工藝改進后的功能要求。若生產(chǎn)過程比較固定，工業(yè)環(huán)境比較好，一般采用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；反之可選擇模塊式的PLC。在選擇PLC型號時，應(yīng)保證維護方便，使用簡單，性價比較高，具體應(yīng)該考慮一下幾個方面。 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求選擇性能與功能相適應(yīng)的PLC。對于開關(guān)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，當對控制要求不高時，可選用小型PLC（如西門子公司S7-200系列PLC或OMON公司系列CPM1A/CPM2A型PLC）就能滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的自動控制等。對于以開關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型PLC，如西門子公司的S7-300系列PLC或OMRON公司的COM/CQM1H型PLC。對于比較復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、PID調(diào)節(jié)、通信聯(lián)信網(wǎng)4等，可選用中大型PLC（如西門子公司的S7-400系列PLC或OMRON公司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1等PLC）。當系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同的地域時，應(yīng)根據(jù)各部分的具體要求來選擇PLC，一組成一個分布式的控制系統(tǒng)。 在一些控制系統(tǒng)中，需要實時的響應(yīng)輸入信號，即使對輸入信號進行處理并產(chǎn)生對應(yīng)的輸出信號，控制執(zhí)行機構(gòu)動作，當I/O點數(shù)較少時，輸入到輸出的滯后時間較小，基本可以滿足工業(yè)控制的要求，但是當I/O點數(shù)達到幾千個的時候，這個滯后時間就比較明顯了，對于一些控制系統(tǒng)就沒法滿足其技術(shù)要求，這就需要采用處理速度較快的PLC，使一條指令的執(zhí)行時間不超過0.5us，并對程序進行優(yōu)化，減少掃描時間，必要時可采用高速響應(yīng)模塊。 對于眾多的控制系統(tǒng)來說，盡量統(tǒng)一PLC的型號，使其模塊可通用，也便于備件的采購和儲備。便于對技術(shù)人員進行培訓(xùn)，在維修時也能帶來極大地方便。 在現(xiàn)在PLC時，還需要看來此類型的PLC是否配有相對完善特殊功能模塊，以免需要某些特殊功能模塊時，只能配置其他公司的模塊，既增加了控制難度，又增加成本，而且不利于公司的配件管理。3.2.2 PLC的處理速度應(yīng)滿足時實控制的要求PLC工作時，從輸入信號控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在12個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般工業(yè)控制是允許的。但有些設(shè)備的實時性要求教高，不允許有教大的滯后時間。例如，PLC的I/O點數(shù)在幾十到幾千點范圍內(nèi)，這時用戶應(yīng)用程序的長短對系統(tǒng)的響應(yīng)速度會有較大的差別。滯后時間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動作時間。3.2.3 PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機型系列應(yīng)統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式PLC的功能擴展，I/O點數(shù)的增減，輸入與輸出點數(shù)的比例，都比整體式靈活。維修更換模塊、判斷與處理故障快方便，適用于工藝過程變化教多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。在使用時，應(yīng)按實際具體情況進行選擇。結(jié)合以上幾點，在設(shè)計PLC機械手在大小球分選系統(tǒng)中用的PLC的選型為西門子S7-200系列的可編程控制器。西門子S7-200系列PLC是西門子公司于1995年推出的具有很高性價比的微型PLC，由于其體積小，運行速度快，功能強等功能，在各種自動化控制領(lǐng)域得到了較快的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。在這個系列的PLC中共有兩代產(chǎn)品，第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU21*系列，共有4種，即CPU212，CP,214，CP,215，CP,216，現(xiàn)已停產(chǎn)。第二代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU22*系列，共5種，即CPU221，CPU222，CPU224，CPU226，CPU226XM。S7-200系列屬于小型機，采用整體式結(jié)構(gòu)。因此在配置系統(tǒng)的時候，當輸入/輸出端口不夠時，可以通過擴展來增減I/O數(shù)量，也可以擴展其他模塊來實現(xiàn)不同的控制功能。S7-200PLC的一個完整的系統(tǒng)組成如圖2.1所示。編程工具擴展模塊CPU主機通信設(shè)備人機界面功能模塊圖2.1 S7-200PLC的系統(tǒng)組成 根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求選擇性能與功能相適應(yīng)的PLC。對以開關(guān)量為主的，帶有少量模擬量的控制系統(tǒng)，可以選擇帶有模擬-數(shù)字量轉(zhuǎn)換的模塊，并且運算功能較強的小型PLC。針對本系統(tǒng)的要求，選擇西門子S7-200系列中CPU模塊為CPU224的PLC。 CPU22*系列的PLC主機模塊包括一個中央處理器單元即CPU，數(shù)字I/O，通信口及電源，這些器件都被集成到一個緊湊的，獨立的設(shè)備中，該主機的主要要作用有：采集的輸入信號，通過中央處理器運算后，生成結(jié)果傳給輸出裝置，然后輸出點輸出執(zhí)行信號。在這個過程中CPU執(zhí)行程序，輸入端口從現(xiàn)場設(shè)備中采集信號，輸出端口輸出控制信號以驅(qū)動外部負載。 CPU222具有14個輸入點和10個輸出點，共24個I/O點。2個模擬量電位器，最多可擴展35個AI/AO點。8K字節(jié)用戶程序和5K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲區(qū)。6路高速計數(shù)器（30kHz），2路高速脈沖輸出，1個RS-485通信/編程口，它的存儲容量和擴展能力有了很大提高，存儲容量擴大了一倍，可以有7個擴展模塊。它具有更強的模擬量處理能力，是使用最多的S7-200產(chǎn)品。第四章 大小球分揀系統(tǒng)的PLC設(shè)計4.1系統(tǒng)的功能為實現(xiàn)大小球的分撿控制，所設(shè)計系統(tǒng)程序必須實現(xiàn)以下主要功能：1）該系統(tǒng)可完成大小球的自動識別，自動運送和自動到大球缸和小球缸釋放對應(yīng)的球。2）該系統(tǒng)可實現(xiàn)控制系統(tǒng)的多種工作方式。3）該系統(tǒng)在發(fā)生故障時，撿球裝置必須復(fù)位。 4.2大小球分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機械手分揀大小球的工作示意圖如圖1.1所示。電動機驅(qū)動操作桿帶動吸盤上下移動，完成取球和放球動作。通過行程開關(guān)LS2通斷狀態(tài)來判別大小球，由電動機驅(qū)動操作桿左右移動，將大小球送往指定位置，從而完成大小球分揀工作。圖4.1 機械手分揀大小球的工作示意圖4.3大小球分揀傳送過程控制分析依據(jù)圖4.1所示大，小球分揀設(shè)備示意圖分其工作控制原理如下。（1）開始自動工作之前要求設(shè)備處于原位狀態(tài)，此時操作桿在上部，左極限位置，上限位開關(guān)LS3和左限位開關(guān)LS1被壓下。（2）啟動自動循環(huán)工作后，操作桿下行2s，此時，若碰到的是大球，檢測開關(guān)LS2仍為斷開狀態(tài)，若碰到是小球，檢測開關(guān)LS2則為閉合狀態(tài)，從而將大小球狀態(tài)轉(zhuǎn)換為開關(guān)檢測信號。（3） 接通控制吸盤的電磁閥YV線圈，吸取球。（4） 當吸盤吸取小球后，操作桿上行，碰到上限位開關(guān)LS3后，操作桿右行；碰到小球存放位置右限位開關(guān)LS4后轉(zhuǎn)為下行，碰到下限位開關(guān)LS2后，將小球釋放到小球箱，然后返回到原位。（5）當吸盤吸取大球后，操作桿上行，碰到上限位開關(guān)LS3后，操作桿右行；碰到大球存放位置右限位開關(guān)LS5后，將大球釋放到大球箱，然后返回到原位。 根據(jù)其工作過程，以圖中的左上角為機械原點，其動作順序如圖4.1所示。下降吸球上升右行下降釋放球上升左行返回到左上原點位置。另外，操作桿下行到達下限位（設(shè)定下降時間為2s，根據(jù)電機運行速度等參數(shù)設(shè)定）時，吸盤壓著大球，下限位行程開關(guān)LS2斷開，壓著小球，下限位行程開關(guān)LS2接通。 4.4 IO端子地址賦值表輸入端子地址輸入電器功能說明I0.0SB1啟動按鈕I0.1LS1左限位行程開關(guān)I0.2LS2下限位行程開關(guān)I0.3LS3上限位行程開關(guān)I0.4LS4右限位行程開關(guān)（小球）I0.5LS5右限位行程開關(guān)（大球）I0.6LS6小球選擇開關(guān)I0.7LS7大球選擇開關(guān)I1.0LS8連續(xù)運行按鈕I1.1LS9單周期運行按鈕I1.2LS10單步運行I1.3LS11回原點運行I1.4SB2設(shè)備停止按鈕輸出端子地址輸出電器功能說明Q0.0KM1 升降電機正轉(zhuǎn)（下降）Q1.1YV 吸盤吸持球Q1.2KM2升降電機反轉(zhuǎn)（上升）Q1.3KM3 橫移電機正轉(zhuǎn)（右移）Q1.4KM4 橫移電機反轉(zhuǎn)（左移）Q1.5KM5吸盤釋放球Q1.6HL原位顯示燈4.4 機械手分揀控制系統(tǒng)的接線圖1M 0.00.10.20.30.4 輸0.50.6 入0.71.0 端1.11.2 子1.31.4MLML 1L 0.0 0.1 輸 0.2 出 0.3端 0.4 子 0.5 0.6 2L 24VDCSB1SL1SL2SL3SL4SL5SL6SL7SL8SL9SL10SL11SB2KM1YVKM4KM2KM3KM5圖4.2 機械手分揀大小球控制系統(tǒng)接線圖4.6大小球分揀的設(shè)計思想當輸送機處于起始位置時，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)被壓下，極限開關(guān)斷開。 啟動裝置后，撿球裝置下行，一直到極限開關(guān)閉合。此時。若碰到的是小球，則壓力傳感器仍為斷開狀態(tài)；若碰到的是大球，則壓力傳感器閉合狀態(tài)。 吸起小球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開關(guān)后，撿球裝置向右行；碰到右限位開關(guān)（小球的右限位開關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開關(guān)后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個右限位開關(guān)（大球的右限位開關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開關(guān)后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位.第五章 機械手分揀大小球的PLC程序設(shè)計5.1 機械手分撿大小球控制程序流程圖根據(jù)要求，該控制流程根據(jù)吸住的是（大球、小球）有兩個分支，此處應(yīng)為分支點，且屬于選擇性分支。分支在機械臂下降之后根據(jù)接近開光（X0）的通斷，分別將球吸住、上升、右行到LS4 或 LS5 處下降，此處應(yīng)為匯合點。然后再釋放、上升、左移到原點。當按下SM0.1時，S0.0得電，如果轉(zhuǎn)換條件滿足，S0.1得電撿球裝置下降撿球平板，當下降的撿球平板碰到下限開關(guān)LS2時，S0.2得電，停止下降，撿球裝置給平板處的電磁線圈（KM）通電，撿球平板產(chǎn)生電磁吸力吸住鋼球，此時壓力感應(yīng)器I0.4用來判斷是吸住的大球還是小球，如果壓力感應(yīng)器I0.4的輸出斷開，說明吸住的是小球，而如是閉合的，則說明吸住的是大球。當吸住鋼球后，S0.3得電撿球平板上升，碰到上限開關(guān)后開始右行，I0.5為小球位限位開關(guān)，I0.6為大球位限位開關(guān)，在右行的過程中，如果吸住的是大球，S0.6得電，則要到碰到I0.6才停止右行，S0.7得電，下降到下限開關(guān)位置，S1.0得電，斷電釋放鋼球，然后S1.0得電上升到上限開關(guān)位置停止上升，S1.2得電，開始左行，碰到左極限停止左行；而如果是吸住的小球，則在右行的時候碰到I0.5就停止右行，S0.7得電，下降到下限開關(guān)出停止下行，S1.0得電，斷電釋放鋼球，然后上升到上極限位置停止上升，S1.2得電，開始左行，到左極限停止左行，吸球時間T37為2s，釋放球時間T38也為2s）當將旋鈕開關(guān)I1.0后，系統(tǒng)由開始撿球到放球，返回再次開始撿球，如此循環(huán)不斷的進行撿球和放球的過程，直到按下停止按鈕，系統(tǒng)才停下來不工作。當系統(tǒng)在連續(xù)運行時，停止方式有兩種，一種是正常停止：就是按下停止按鈕后，系統(tǒng)要將整個周期剩下的步驟全部進行完，然后回到原點才停止工作。另外一種是緊急停止：就是用來處理緊急情況下來及時停止整個系統(tǒng)工作的，一按緊急停止，系統(tǒng)立刻停止，不管已經(jīng)工作到什么位置。開始原位時，LS3和LS1被壓下啟動裝置后，操作桿下行2s吸盤的電磁閥線圈接通吸起球上行，壓下LS3后，左行；壓下LS5后下行壓下LS2后，球放到大球箱，返回原位壓下LS2后，球放到小球箱，返回原位壓下LS4后下行吸起球上行，壓下LS3后，右行；吸盤的電磁閥線圈接通LS2閉合？YN大球 小球結(jié)束5.1 控制流程圖 5.2機械手分揀大小球控制程序的梯形圖按下SM0.1時，S0.0得電，S0.1得電撿球裝置下降撿球平板，當下降的撿球平板碰到下限開關(guān)LS2時，S0.2得電，停止下降，撿球裝置給平板處的電磁線圈（KM）通電，撿球平板產(chǎn)生電磁吸力吸住鋼球，此時壓力感應(yīng)器I0.4用來判斷是吸住的大球還是小球，如果壓力感應(yīng)器I0.4的輸出斷開，說明吸住的是小球，而如是閉合的，則說明吸住的是大球。吸住鋼球后，S0.3得電撿球平板上升，碰到上限開關(guān)后開始右行，I0.5為小球限位開關(guān)，I0.6為大球限位開關(guān)，在右行的過程中，如果吸住的是大球，S0.6得電，則要碰到I0.6才停止右行，S0.7得電，下降到下限開關(guān)位置，S1.0得電，斷電釋放鋼球，然后S1.0得電上升到上限開關(guān)位置停止上升，S1.2得電，開始左行，碰到左極限停止左行；而如果是吸住的小球，則在右行的時候碰到I0.5就停止右行，S0.7得電，下降到下限開關(guān)出停止下行，S1.0得電，斷電釋放鋼球，然后上升到上極限位置停止上升，S1.2得電，開始左行，到左極限停止左行。圖5.2 機械手分揀大小球的梯形圖圖所示的梯形圖對應(yīng)的指令表如下：ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=程序注釋BEGINNetwork 1 / 初次掃描，激活首工作狀態(tài)/ 網(wǎng)絡(luò)注釋LD SM0.1S S0.1, 1Network 2 / 首工作狀態(tài)S0.1控制開始LSCR S0.1Network 3 / 若一個循環(huán)結(jié)束需要停止，打開啟動開關(guān)，對所有輸出復(fù)位LDN I0.0R Q0.1, 5Network 4 / 操作桿在原位顯示（左限，上限，釋放）LD I0.0A I0.1A I0.3AN Q0.1= Q0.5Network 5 / 操作桿在原位啟動，轉(zhuǎn)換至狀態(tài)S0.2LD SM0.0A I0.0A Q0.5SCRT S0.2Network 6 / 狀態(tài)S0.1的步進指令結(jié)束SCRENetwork 7 / 狀態(tài)S0.2控制開始LSCR S0.2Network 8 / 操作桿下降，定時2SLD SM0.0S Q0.0, 1TON T37, +20Network 9 / 下降定時2S到，若下限位開關(guān)為1，即為小球狀態(tài)則切換到選擇分支狀態(tài)S0.1LD T37A I0.2SCRT S1.0Network 10 / 下降定時2S到，若下限位開關(guān)為0，即為大球狀態(tài)，則切換到選擇分支狀態(tài)S2.0LD T37AN I0.2SCRT S2.0Network 11 / 狀態(tài)S0.2的步進指令結(jié)束SCRENetwork 12 / 狀態(tài)S1.0控制開始LSCR S1.0Network 13 / 停止下降，吸盤吸小球，定時1SLD SM0.0R Q0.0, 1S Q0.1, 1TON T38, +10Network 14 / 1S后，操作桿上升至上限位開關(guān)，切換到狀態(tài)S1.1LD T38S Q0.2, 1A I0.3SCRT S1.1Network 15 / 狀態(tài)S1.0步進指令結(jié)束SCRENetwork 16 / 狀態(tài)S1.1控制開始LSCR S1.1Network 17 / 操作桿停止上升，操作桿右移至小球右限位開關(guān)，切換到匯合狀態(tài)S0.3LD SM0.0LPSR Q0.2, 1AN I0.4S Q0.3, 1LPPA I0.4SCRT S0.3Network 18 / 狀態(tài)S1.1的步進指令結(jié)束SCRENetwork 19 / 狀態(tài)S0.2控制開始LSCR S0.2Network 20 / 停止下降，吸盤吸大球，定時1SLD SM0.0R Q0.0, 1R Q0.1, 1TON T39, +10Network 21 / 1S后操作桿上升至上限位開關(guān)，切換到狀態(tài)S2.1LD T39S Q0.2, 1A I0.3SCRT S2.1Network 22 / 狀態(tài)S2.0的步進指令結(jié)束SCRENetwork 23 / 狀態(tài)S2.1控制開始LSCR S2.1Network 24 / 操作桿停止上升，操作桿右移至大球右限位開關(guān)，切換到匯合狀態(tài)S0.3LD SM0.0LPSR Q0.2, 1AN I0.5S Q0.3, 1LPPA I0.5SCRT S0.3Network 25 /