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，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

2、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。關(guān)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 11.1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 32.1大、小球分揀傳送系統(tǒng)功能說明

3、32.2設(shè)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83.1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) 17謝辭 18參考文獻 19第1章引言1.1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，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)習了機電傳動控制課程，

4、此次實習主要是對課本中的 知識進行實踐，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1-1 01.2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） 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（L

5、S4）和大球右限（LS5）之分；下降時，當電磁鐵壓 著大球時，下限開關(guān)LS2斷開（=“0”；壓著小球時，下限開關(guān)LS2接通（二“ 1”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，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)被壓下，原點顯示燈亮。2. 啟動裝置后，機

6、械臂下行，一直到極限開關(guān) SQ閉合。此時，若碰到的是小球， 則下限開關(guān)LS2為閉合狀態(tài)；若碰到的是大球，則下限開關(guān) LS2仍為斷開狀態(tài)。3. 吸起小球后（SQ開關(guān)閉合），則機械臂向上行，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) 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關(guān)（大球的右限位開關(guān) LS5）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。5. 當機械臂回原位后，一個工作循環(huán)結(jié)束，如果此時接近開關(guān)PSC顯示球槽內(nèi)還有球，則繼續(xù)下一循環(huán)

7、。若接近開關(guān) PSO斷開即球槽內(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2.1 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，即上限開關(guān) LS3 及左限開關(guān) 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)（接近開關(guān)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，接近開關(guān) 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關(guān) LS2,則一定是小球；如果 此時未碰到下限開關(guān)LS2,則一定是大球。3. 機械臂

8、吸住球后（接近開關(guān)SQ閉合后）就提升，碰到上限開關(guān) 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，碰到上限開關(guān) LS3后，開始左行。7. 機械臂左行至碰到左限開關(guān) LS1 后，一個工作循環(huán)結(jié)束，如果此時接近開關(guān) 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）接近開關(guān)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

9、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2-1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 K

10、M1（KM3的三對主觸頭斷開，接觸器 KM2（KM4的三對 主觸頭接通時，三相電源的相序按 WVU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。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11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 2-2所示。2.4確定I/O信號數(shù)量，選擇PLC的類型對于開關(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0M0公司系列CPM

11、1A/CPM2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/C200

12、HX CV/CVM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 I0.0-I1.1;

13、輸出點有 6 個，分別為 Q0.1-Q0.5 、 Q0.7。 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S7-200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S7200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。采用 S7 200系列（CPU-224）

14、PLC，輸入端 分兩組共十個接口，輸出端分兩組共六個接口，具體如圖 2-3。機械臂在原位，WLSI、LS3被壓下80160按下啟動按鈕，機械臂下行東部西部北部1 F第一季度第三季度按下急停按鈕，下限開關(guān)LS2閉合？設(shè)備急停大球1p1小球F吸盤電磁閥吸盤電磁閥線圈通電線圈通電機械臂吸球后，接 近開關(guān)SQ閉合機械臂吸住球后，接近開關(guān)SQ閉合圖2-2機械臂分揀大、小球控制的運行框圖100東部西部北部6 8060表2-1 I/O 分配表輸入地址編碼信號名稱元件名稱元件符號I0.0啟動信號常開按鈕SB1I0.1停止信號常開按鈕SB2I0.2急停信號常開按鈕SB3I0.3左限信號常開開關(guān)LS1I0.4下限

15、信號常開開關(guān)LS2I0.5上限信號常開開關(guān)LS3I0.6小球右限信號常開開關(guān)LS4I0.7大球右限信號常開開關(guān)LS5I1.0大小球的接近信號常開開關(guān)SQI1.1槽內(nèi)有無球信號常開開關(guān)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顯示燈亮信號原點顯示燈HLLC+) _迪辺SB2 卜7LSI ALS2 nLS3 .7LS4 A7LS57SQ APSDfi4V DC10.010.110.310.410,510,7M11.0

16、11.1n igpc ru ru4LLQC.e00,7II卜LiTT-rJ KM1LLLJ KM3J KM 40.1QC.32LQ0.5L( + NIT220V AC20v AClbAC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)，具體詳析見下圖所示：Nuhwnrk 5大、小球鍾斤侖令飛皿4祁艮信號、山6卜球右限信號、1.了大球右陽誇Q0.41

17、0410GQO.2104107QO.2Network 6機械臂下行1秒釋球命令門究走時器）Q0.2T37T37INTON/ I10-PT100 msNetwork 1iwsfT37M0.1Network 8釋殊岳上行俞令M01Q03Network 9左行命令（左行信號INetwork 10機械臂回原儉信號Q0.5I03QQ2Network 11急停命金（IG為停信號且篦停時機就不尖電）102Q0.1II盯83.2 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 Network 1 / Network Title / 啟動和停止

18、命令（ I0.0 啟動信號、 I0.1 停止信號）LDI0.0OM0.0ANI0.1ANI1.0=M0.0Network 2/原位下行命令（Q0.2下行信號、10,.5上限信號、10.3LD M0.0=Q0.2A I0.5A I0.3=Q0.7Network 3/機械臂得電、上行命令（Q0.2下行信號、Q0.1得電信號左限信號）Q0.3上行信號）LDQ0.2LDI1.1OQ0.1ALDLPSANM0.1=Q0.1LPP=Q0.3Network 4/ 右行命令（ Q0.4 右行信號）LD Q0.3LD I0.5A I0.3O Q0.4ALD=Q0.4Network 5/ 大、小球判斷命令（ I0

19、.4 下限信號、 I0.6 小球右限信號LD Q0.4LPSA I0.4LD I0.6I0.7 大球右限信號）OQ0.2ALD=Q0.2LPPANI0.4LDI0.7OQ0.2ALD=Q0.2Network 6/ 機械臂下行 1 秒釋球命令（ T37 定時器）LDQ0.2ANT37TON T37, 10Network 7/執(zhí)行釋球命令LDT37OM0.1=M0.1Network 8/釋球后上行命令LDM0.1OQ0.3=Q0.3Network 9/左行命令（ Q0.5 左行信號）LDQ0.3LDI0.6OI0.7ALD=Q0.5Network 10/機械臂回原位信號LDQ0.5LDI0.3OQ

20、0.2ALD= Q0.2Network 11/ 急停命令（ I0.2 急停信號，且急停時機械不失電） LD I0.2R Q0.1, 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 4-1所示：惶序（Pj| 配晉 PLClPJ 顯GD廈,IM. KOP DM 冏応的 E $ & dT 蠡 Si1 T,SMB 281IdII,SMB 29110nPLS

21、OPLS1圖4-1如上圖所示當按下啟動按鈕后，下限開關(guān)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，當下限開關(guān)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

22、、指令表三種機械手控制方式。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

23、在內(nèi)之外，還要考慮安全控制，一個 安全的機械才是真正的好機械。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， 也讓我了解了關(guān)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

24、論到實 踐，在兩星期的日子里，可以說得是苦多于甜， 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。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。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關(guān)知識，不知不 覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習的知識是有限