大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計

1、xxxxx學(xué)院課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名：XXXXX學(xué)號：xxxxx專業(yè)班級：xxxxx指導(dǎo)教師：xxxxx2012年12月12日內(nèi)容摘要機電一體化產(chǎn)品的積極作用正日益為人們所認識，如本設(shè)計產(chǎn)品機械手，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 的篩選與傳送。 而且它能大大地改善工人的勞動條件，力口快實現(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O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)

2、部 門的重視。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要對流水線上的產(chǎn)品進行分揀，本課程設(shè)計擬設(shè)計大小球分揀傳 送機控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計，采用的德國西門子S7-200系列(cpu-224) PLC對機械臂的上下、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。尖鍵詞：大小球分揀控制系統(tǒng)；PLC設(shè)計；機械手目錄第1章引言111大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容簡介 11.2大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計要求 11.3大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計思想 2第2章 大、小球分揀傳送系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 321大、小球分揀傳送系統(tǒng)功能說明 322設(shè)

3、計主電路原理圖32.3機械臂分揀大、小球控制的運行框圖 42.4確定I/O信號數(shù)量，選擇PLC的類型 42.5機械臂分揀大、小球控制的電器元件I/O分配表52.6機械臂分揀大、小球控制的I/O接線圖 5第3章大、小球分揀傳送系統(tǒng)的程序設(shè)計 831機械臂分揀大、小球控制程序的梯形圖 83.2機械臂分揀大、小球控制程序的指令表11第 4章軟件硬件調(diào)試13結(jié)論16設(shè)計總結(jié)1719謝辭18參考文獻第1章引言11大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容簡介學(xué)院此次安排我們進行了為其兩周的機電傳動課程設(shè)計實習(xí)，對我們即將進行畢業(yè)設(shè)計是很有益處的。這學(xué)期我們學(xué)習(xí)了機電傳動控制課程，此次實習(xí)主要是對課本中的知識進

4、行 實踐，比如繼電器接觸器控制和可編程控制器控制等重要章節(jié)更是聯(lián)系緊密。讓我們把課本知 識很好的應(yīng)用于實踐中去，有助于總體實力的提高。本次我的課程設(shè)計的主要內(nèi)容：大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計，如圖0圖1-1大、小球分揀傳送機械工作示意圖1.2大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計要求本次設(shè)計的控制要求如下：1機械臂起始位置在機械原點（見圖），為左限、上限并有顯示。2. 有啟動按鈕和停止按鈕控制運行，按下設(shè)備停止按鈕后機械臂必須回到原點。3. 啟動后，機械臂動作順序為：下降一吸球一上升（至上限）一右行（至右限）一下降一 釋放一上升（至上限）一左行返回（至原點）。4. 機械臂右行時有小球右限（LS4

5、）和大球右限（LS5）之分；下降時，當電磁鐵壓著大 球時，下限開矢LS2斷開（二“0” ；壓著小球時，下限開矢LS2接通（二“ T。1.3大小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計思想對于本次課程設(shè)計的總體思路如下：本設(shè)計主要要求控制電路PLC的設(shè)計，故對于主電路就不做過多闡述。主電路：1電動機控制機械臂上下左右運動。2主電路給機械臂的電磁鐵加電產(chǎn)生磁場吸住球運動。由繼電器控制電動機正反轉(zhuǎn) 控制電路：由PLC控制繼電器線圈來控制主電路的上下左右運動和抓釋小球PLC控制繼電器和電燈的輸出，從而控制主電路。1當輸送機處于起始位置時，上限位開尖和左限位開尖被壓下，原點顯示燈亮。2. 啟動裝置后，機械臂下行，一直

6、到極限開尖SQ閉合。此時，若碰到的是小球，則下限 開尖LS2為閉合狀態(tài)；若碰到的是大球，則下限開矢LS2仍為斷開狀態(tài)。3. 吸起小球后（SQ開尖閉合），則機械臂向上行，碰到上限位開矢后，撿球裝置向右 行；碰到右限位開尖（小球的右限位開尖LS4）后，再下行，下行1秒后機械臂電磁鐵失電， 將小球釋放到小球箱里，然后機械臂返回到原位。4. 如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個右限位開尖（大球的右限位開尖LS5） 后，再向下行，碰到下限位開尖后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位。5. 當機械臂回原位后，一個工作循環(huán)結(jié)束，如果此時接近開尖PSC顯示球槽內(nèi)還有球，則繼續(xù)下一循環(huán)。若接近開尖PSO斷

7、開即球槽內(nèi)無球，則機械臂回原位，整個裝置停止運 行。第2章大、小球分揀傳送系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計21大、小球分揀傳送系統(tǒng)功能說明機械手分揀大小球的控制功能如下：1. 原位：機械臂原始狀態(tài)為左上角原位處，即上限開矢LS3及左限開尖LS1壓合，同時機械臂處于無磁狀態(tài)和球槽內(nèi)有球或無球狀態(tài)（接近開尖PS吸合或斷開），這時原位顯示燈亮，表示準備就緒。2. 按下啟動按鈕SB1后，機械臂的電磁鐵無磁，機械臂下降，接近開尖SQ閉合后，機械臂 會碰到球，接著電磁鐵加磁。如果同時碰到下限開尖LS2,則一定是小球；如果此時未碰到下限開尖 LS2,則一定是大球。3. 機械臂吸住球后（接近開尖SQ閉合后）就提升，碰到上限

8、開尖LS3后就右行。4 如果是小球，則右行到LS4處；如果是大球，則右行到LS5處。5. 機械臂下降，經(jīng)過1S后將小球釋放到小球容器中；如果是大球，則釋放到大球容器中。6. 釋放后機械臂提升，碰到上限開尖LS3后，開始左行。7. 機械臂左行至碰到左限開尖LS1后，一個工作循環(huán)結(jié)束，如果此時接近開尖PSO顯示球槽 內(nèi)還有球，則繼續(xù)下一循環(huán)；若無球，則工作停止。8控制系統(tǒng)停止有兩種情況；（1）接近開尖PSC顯示球槽內(nèi)無球則循環(huán)結(jié)束；（2）按下停 止按鈕SB2則運行完此次循環(huán)后停止到原點；（3）按下急停按鈕SB3系統(tǒng)立刻停止工作，不管已 經(jīng)工作到什么位置。9.當系統(tǒng)在連續(xù)運行時，停止方式有兩種，一種

9、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，一按緊急停止按鈕SB3，系統(tǒng)立刻停止工作，不管已經(jīng)工作到什么位置。但此時，電磁鐵線圈仍處于有電狀態(tài)，以保證緊急停 止后不放球，保證安全。2.2設(shè)計主電路原理圖如圖中，主電路采用兩個電動機、四個接觸器即正轉(zhuǎn)接觸器KM1 （ KM3和反轉(zhuǎn)接觸器 KM2 （KM4控制。當接觸器KM1 （ KM3的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按U- VW接 入電動機。當接觸器KM1 （KM3的三對主觸頭斷開，接觸器KM2 （KM4的三對主觸頭接通時，

10、 三相電源的相序按VU接入電動機，電動機就向相反方向轉(zhuǎn)動。利用兩臺電動機的正反轉(zhuǎn)，分別 控制機械臂的上、下、左、右行。12 3 L L LFUshuKM：11 Jfu,圖2-1 主電路原理圖2.3機械臂分揀大、小球控制的運行框圖運行框圖分為12個網(wǎng)絡(luò)，共門層控制，加循環(huán)控制流程，一直到?jīng)]有球之后便自動原點復(fù)位 停止，也可以按停止按鈕到這一循環(huán)結(jié)束后停止在原點位置。重新按下啟動按鈕后，再次開始，具體 過程如圖22所示。2.4確定I/O信號數(shù)量，選擇PLC的類型對于開尖量控制系統(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0M0公司系列CPM1A/CPM

11、2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。對于以開尖量控制為主，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OMRO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)等，可選用中大型PLC （如西門子公司的S7-400系列PLC或OMRO公司的C200HE/C200HG/C200HX CV/C

12、VM等PLQ。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組成一個分布式的控制系統(tǒng)。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CPL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。根據(jù)系統(tǒng)分析得輸入點有10個，分別為10.0-11.1;輸出點有6個，分別為Q0.1-Q

13、0.5、 Q0.7 o I/O 點共 16 個。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S7200系列的可編程控制器（CPU-224） PLC2.5機械臂分揀大、小球控制的電器元件I/O分配表S7-200系列（CPU-224） PLC有14DI/10DO,本次設(shè)計只需10個輸入，6個輸出，具體I/O分配表如表2-1。2.6機械臂分揀大小球控制的I/O接線圖由PLC控制繼電器線圈來控制主電路的上下左右運動和機械臂抓釋小球PLC控制繼電器和電燈的輸出，從而控制主電路o采用S7- 200系列（CPU-224） PLC，輸入端分兩組共十個接口， 輸出端分兩組共六個接口

14、，具體如圖2-3。圖2-2機械臂分揀大、小球控制的運行框圖表I/O分配表7LSI AyLS2 亠 yLM3aLS4 47LS5PSQI/DC1MILS0.110i0 iaiQQEiae IOlS QgIQ斗 ELQQ* g 不 IQI&IQ. 7ew 4JLILOPQ, 7IL1UhHnFi丄Li輸入地址編碼信號名稱兀件名稱元件符號I0.0啟動信號常幵按鈕SB110.1停止信號常開按鈕SB2I0.2急停信號常開按鈕SB3I0.3左限信號常開開尖LS1I0.4下限信號常開開另LS2I0.5上限信號常開開尖LS3I0.6小球右限信號常開開尖LS4I0.7大球右限信號常開開尖LS511.0大小球的接

15、近信號常開開另SQ11.1槽內(nèi)有無球信號常開開矢PS0輸出地址編碼對應(yīng)的外部設(shè)備元件名稱元件符號QO.1電磁鐵控制信號電磁鐵線圈KQO.2機械臂下降信號接觸器KM1Q0.3機械臂上升信號接觸器KM2Q0.4機械臂右行信號接觸器KM3Q0.5機械臂左行信號接觸器KM4Q0.7顯不燈売信號原點顯示燈HLM圖2-3機械臂分揀大小球控制的I/O接線圖第3章大小球分揀傳送系統(tǒng)的程序設(shè)計3.1機械臂分揀大、小球控制程序的梯形圖本系統(tǒng)采用STEP 7 MicroWIN SP4 （S7-200） V4.0軟件調(diào)試，機械臂大、小球分揀傳送機械控制系統(tǒng)設(shè)計程序的梯形圖見下圖3-1，共有11個網(wǎng)絡(luò)，11層控制系統(tǒng)，

16、具體詳析見下圖所示:PROGRAM COMMENTSNetwork 1 Network T itleI啟動和傳止俞令(I0.0啟動信1011?止信E)IO.O10.11TIM11,0MOO()Network 2I碗F行命令（QQ2F行儈號、ICL.5上馳環(huán)IQ3左厠闔M0.0QQ.210.510.3Q0.7I1I()Network 3I機楝瞽律電、上行命令（Q0.亦行債號、QO1得電信號、Q0.3上行值號Q0 211.1M0.1Q0.1Network 4右行侖令（Q0.佑議悟;箏Q0.310.510.3Q0.4Network 5大、小球判斷命令10.4下眼值號、10站球右限億號、107大球右眼

17、億號）10410.6Q0.2QQ4Q0.2104107Q02Network 6|機楡骨F行1秒釋球命令（T 37定闊Q0.2T37INTON10-PT100 rft$T37Network 7執(zhí)行釋球命令T371I H-1Network 8I礬球后上行命令)Met work 9左行命令（QO.53E行信號）00.310.6Q0.5Network W阪械臂旦原位鉛QQ.510.3Q2Network 11烹侮命令（I02惠倍信號，且史傳時機械I0.2Q0.1T IR ）63.2機械臂分揀大、小球控制程序的指令表本系統(tǒng)調(diào)試過程所生成指令表如下：TITLE=PROGRAM COMMENTS Networ

18、k 1 / NetworkTitle /啟動和停止命令（I0.0啟動信號、10.1停止信號）LD I0.0O M0.0AN 10.1AN 11.0MO.ONetwork 2左限信號）原位下行命令（Q02下行信號、10,5上限信號10.3LD M0.0=Q0.2A I0.5A I0.3=Q0.7Network 3Q0.3上行信 號）機械臂得電、上行命令（Q0.2下行信號、Q0.1得電信號LD Q0.2LD H.1O Q0.1ALDLPSAN M0.1Q0.1LPP=Q0.3Network 4右行命令（Q0.4右行信號）LD Q0.3LD I0.5A I0.3OQ0.4ALD=Q0.4Networ

19、k 5/大、小球判斷命令（I0.4下限信號、I0.6小球右限信號I0.7大球右限信號）LD Q0.4LPSA I0.4LD I0.60Q0.2ALD=Q0.2LPPANI0.4LDI0.70Q0.2ALDQ0.2Network 6/機械臂下行1秒釋球命令（T37定時器）LD Q0.2AN T37T0NT3 乙 10Network 7/執(zhí)行釋球命令LDT370M0.1M0.1Network 8/釋球后上行命令LDM0.10Q0.3Q0.3Network 9/左行命令（Q0.5左行信LDQ0.3LDI0.60I0.7ALDQ0.5Network 10/機械臂回原位信號LDQ0.5LDI0.30Q0

20、.2ALD= Q0.2Network 11/急停命令（I0.2急停信號，且急停時機械不失電）LD I0.2RQ0.1,6第4章軟件硬件調(diào)試軟硬件調(diào)試過程中出現(xiàn)了一些問題，通過理論分析與實踐的反復(fù)進行和論證，許多問 題都有了較好的解決方案，最終實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。作為一個好的控制系統(tǒng)必須把各種控制 都考慮在內(nèi)之外，還要考慮安全控制，一個安全的系統(tǒng)才是真正的好系統(tǒng)。以下為調(diào)試過程 中大小球分辨指令的部分調(diào)試過程，如圖41所示：程凈(P)直看(V)配置(C) PLC(P)顯示(D)哥助(H)跖毎舸幽缶曲譎苗寵5AUl KOP D81012345670 1 2 3 4 5PLS0PLS1圖4-1如上圖所

21、示當按下啟動按鈕后，下限開尖未被碰觸時(10.4=0 )，大球右限信號得電 (10.7=1 )，即機械臂將大球放到大球指定位置。同理，當下限開尖被碰觸時，小球亦按此過程 被放到小球指定位置。其余調(diào)試過程不做過多詳細說明，整個調(diào)試過程是在PLC ( SIEMENSS7-20)虛擬軟件上完成。各項調(diào)試步驟及結(jié)果均符合設(shè)計任務(wù)要求結(jié)論我們的兩周的課程設(shè)計就要告一段落，縱觀整個設(shè)計過程，可以說在這一過程中我的收獲很 大，充分認識到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過理論分析與實踐的反復(fù)進行和論證，許 多問題都有了較好 的解決方案。軟件部分采用各部分程序直接轉(zhuǎn)的方式，依次實現(xiàn)了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機械手控制

22、方式。用此種方法編寫程序條理清晰，連貫性強，但若要增加其它機械手控制方 式或進行擴展，程序會變得相當復(fù)雜而且容易出錯，出錯后調(diào)試修改也很困難。收進的方式是 將各部分程序?qū)懗沙绦?，方便調(diào)用和調(diào)試。此種方法的優(yōu)點是程序編寫比較簡單，不需要再編寫 分支、匯合狀態(tài)移圖的程序，且由于本課對定時精確度要求并不高，適宜采用。若是在對定時精 度要求比較高的情況下，應(yīng)采用單片機的中斷功能進行硬件定時。通過此次設(shè)計，了解了 PLC機械手在大小球分選系統(tǒng)的工作原理，首次學(xué)習(xí)了一些機械手 的工作原理及使用方法。其中電路及軟件實現(xiàn)是此次設(shè)計的主要部分。作為一個好的控制系統(tǒng)必須把各種控制都考慮在內(nèi)之外，還要考慮安全控制5

23、 一個安全的機械才是真正的好機械o設(shè)計總結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識、發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實踐能力 的重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異， PLC已經(jīng)成為當今計算機應(yīng)用中的領(lǐng)域，生活中可以說是無處不在。因此對于二十一世紀的大學(xué)生 來說掌握PLC技術(shù)是十分重要的?；仡櫞舜蜳LC課程設(shè)計，我感慨頗多。的確，通過這次對自動裝卸線控制系統(tǒng)的PLC控制， 讓我們對PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了尖于PLC設(shè)計原理。 有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找出做適合的設(shè)計方法。從理論到實 踐，在兩星期的日子里，可 以說

24、得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)的知識，而且學(xué) 到了很多在書本上沒有的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實踐相結(jié)合是很重要的，只 有理論知識是遠遠不夠的，只有把理論與實踐結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服 務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到的問題，可以說得是困 難重重，這畢竟是第一次做的，難免會遇到各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)自己的不足 之處，對以前所學(xué)的知識理解的不夠深刻，掌握的不夠牢固，比喻說不懂一些元器件的使用方 法，對PLC編程掌握的不好通過這次課程設(shè)計之后，一定要把以前的知識重新溫習(xí)。在本次設(shè)計中，我們還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館和INTERNET成了 我們很好的助手。