长短物件的自动分拣控制设计【优秀】

1 目录 摘要 1 1 长短物件自动分拣控制的功能要求 1.1 控制要 求 2 1.2 控制系统的操作方式 2 1.3 工作原理及操作控制面 .3 2 长短物件自动分拣控制的硬件设计 2.1控制系统的输入输出端口分配 4 2.2控制系统的接线图 5 3 长短物件分拣控制系统的软件设计 3.1 初始化的设定 7 3.2 手动操作方式 .7 3.3 回原点操作方式 .8 3.4 自动操作方式 .10 3.4.1 自动程序 SFC .10 3.4.2 自动程序梯 图 12 3.4.3 自动程序指令表 19 4 通电调试，监控运行 4.1通电调试，监控运行 24 参考文献 25 2 长短物件的自动分拣控制 【摘要】 本设计主要是用 FX-2N系列 PLC 编写的长短 物件 自动分拣 控制 ，长短 物件 自动分拣 控制 是以 PLC 控制为核心， 根据机械手的工作原理， 结合两台电动机，一台电动机驱动传送带传送物件，物件位置传感器和长度 判别传感器对物件进行区分，另一台电动机驱动气缸的左右移动将物件投入不同的物件篮 。另外根据功能指令 IST 将物件分拣分为手动操作、回原点操作、自动操作三种方式，其中主要讲的是自动操作 方式。本设计内容分为三部分即功能 要求、硬件设计、软件设计。 【关键字】可编程控制器 PLC 功能指 IST 梯形图 长度判别传感器 第一章 长短物件自动分拣控制的功能要求 3 1.1 控制要 求 原点：原点为初始状态即设备处于中限位、上限位、手柄为张开状态 。 自动生产过程的控制要求为： （ 1） 启动设 备， 用 物件位置传感器开始检测是否有物件。 （ 2） 若没有检测到物件，启动马达 A 利用转送带 传送物件。 （ 3） 若检测到物件， 气缸下降，碰到 下限位开关 手柄抓起 ，气缸上升至上限位的同时 ， 用长度 叛别传感器叛别物件， 若是长物件 马达 B 正转 ， 带动气缸向右移动，到达右限位气缸停止右移，开始下降，下降至下限位，手柄释放物件，计数器记数 ， 气缸上升 ，上升 至 上限位 马达 B 反转 带动气缸向左移动，碰到 中限位 停止移动。继续检测物件。 （ 4） 若是短物件，马达 B 反转带动气缸向左移动，到达左限位气缸停止左移，开始下降，下降至下限位，手柄释放物件， 气缸开始上升， 计数器 记数。上升至 上限位 马达 B 正转带动气缸向右移动，碰到 中限位 停止移动。继续检测物件。 （ 5） 到达原点后，继续循环下一次的运行。 执行长短物件自动分拣控制。 1.2 控制系统的操作方式 在实际生产控制过程中，为了满足生产需要，要求长短物件自动分拣设置三种工作方式，即手动、回原点和自动三大类，手动方式是用各自的按扭使各个负载单独接通或断开的方式，而自动方式又分为全自动、半自动及单步三中工作方式。 单步操作：。每按动一次启动按钮、设备只执行一个工步操作。 半自动操作：又称单周期运行，设备起始于原点按下启动按钮，就自动运行一个 周期，然后停于原点。要重复第二个工作周期，必须再按一下启动按钮。当按动停止按钮，设备立即停车，再按动启动按钮后，设备从断点处继续运行，回到原点自动停止。 全自动 操作 ：当气缸回到原点后，检测有无物件，有物件气缸自动下降，手柄接触物件自动抓起后，气缸自动上升后，碰到上限位开关自动向左（右）移。按照工作过程要求不停循环。当按动停止按钮，设备并不立即停车，而是返回原点后停车 4 1.3 工作原理 及操作 控制面 a 图 b 图 图 1-1 长短物 件 分拣 控制示意图 a 图 实物图 b 图 控制模板图 为了便于物件分拣控制系统的调试和维护，在操作面板 B 图 上设置了 6 个指示灯，分别表示：启动、停止、上限位开关、下限位开关、左限位、中限位、右限位，用指示灯的亮和灭，表示是否到达指定位置。 物件分拣的操作控制面板如下：旋转按钮指向 X020 表示手动操作、 X021表示回原点操作、 X022 表示单步操作、 X023 表示半自动操作、 X024 表示全自动操作。 5 长短物件分拣控制的工作原理 ：启动 设备 用物件位置传感器检测有无物件，若没有物件时启动马达 A 利用转送带转送物件 ；若有物件气缸 自动 下降碰到SQ4 手柄停止下降转向抓起物件 ，定时 气缸 自动 上升至 SQ5， 用长度判别传感器判断物件长短 若是长（短）物件马达 B 正（反）转带动气缸向右（左）移动碰到 SQ3（ SQ2）气缸停止右（左）移气缸 自动 下降至 SQ4 将物件释放到 C（ D）篮气缸上升至 SQ5马达 B 反 （ 正 ）转带动气缸向左（右）移动碰到SQ1 停止移动，继续检测物件 。到达中限位 LS1，上限位开关 LS5 复位，手柄恢复到原始的张开状态 （即原位） 第 2 章 长短物件自动分拣控制的硬件设计 控制系统的硬件设计主要是对控制系统输入输出进行定义，以及描绘出 PLC的输入输出接线图。 2.1控制系统的输入输出端口分配 表 2-1 地址 信号名称 输 入 信 号 X1 SQ1 气缸中限位开关 X2 SQ2 气缸左限位开关 X3 SQ3 气缸右限位开关 X4 SQ4 气缸 下 限位开关 X5 SQ5 气缸 上 限位开关 X6 SQ6 物件位置感测 X7 SQ7 长度判别感测 X10 SB1 手动气 缸 下降 X11 SB2 手动气缸 上升 X12 SB3 手动气缸向左 X13 SB4 手动气缸向右 X14 SB5 手动 手柄抓起 X15 SB6 手动 手柄 释放 X20 S0 手动操作方式选择 X21 S1 回原点操作方式选择 X22 S2 单步操作方式选择 X23 S3 半自动操作方式选择 6 X24 S4 全自动操作方式选择 X25 SB7 回原点启动 X26 SB8 自动运行启动 X27 SB9 自动运行停止 输 出 信 号 Y0 KM1 手柄 Y1 KM2 马达 A Y2 KM3 马达 B正转 Y3 KM4 马达 B反转 Y4 KM5 气缸上升 Y5 KM6 气缸下降 Y6 HL1 短物件满指示灯 Y7 HL2 长物件满指示灯 Y10 FM 报警蜂鸣器 2.2控制系统的接线图 控制系统的接线 控制系统的接线图中定义了 7 个限位开关，分别是：气缸中限位开关 X001、气缸左限位开关 X002、气缸右限位开关 X003、气缸下限位开关X004、气缸上限位开关 X005、物件位置传感器检测开关 X006、长度判别传感器开关 X007； 9 个按钮开 关，分别是：手动气缸下降按钮 X010、手动气缸上升按钮 X011、手动气缸向左按钮 X012、手动气缸向右按钮 X013、手动手柄抓起按钮X014、手动手柄释放按钮 X015、回原点启动按钮 X025、自动启动按钮 X026、自动停止按钮 X027； SA 为控制状态选择开关，可选“手动”、“回原点”、“单步”、“半自动”、“全自动”控制。当为手动控制时，主要用于步进操作，按动相应的手动按钮可校验相应的动作 。 7 图 2-1 分拣控制系统的接线图 8 第 三 章 长短 物件 分拣 控制 系统的软件设计 此 设计 用了功能指令 IST， IST 指令对于有多种运行方式的控制系统，能自动进入所设置的运行方式，系统能自动设定与各个运行方式相应的初始状态，包括：手动操作、回原点操作、单步操作、半自动操作、全自动操作这 5 个方式的动作。 3.1 初始化的设定 根据工作要求， 设定初始化位置为气缸 上 限位，气缸中限位，手柄为松开状态，使原点到达回答信号 M8044 导通，只要 PLC 运行处于“ RUN”状态，则 M8000导通，使用功能指令 IST 控制系统的初始化的设定如下 IST 指令的含义是， X020 是操作方式输入的首组件号， S20 是自动方式的最小 状态号， S50 是自动方式的最大状态号。 从首组件号 X020开始的连续 8个的输入的功能是固定的。当功能指令 FNC60满足条件时，下面的初始状态自动被指定如下功能： S0 手动操作初始状态 S1 回原点初始状态 S2 自动操作初始状态 M8000 运行监控信号 M8002 起始脉冲 M8041 状态转移允许控制信号 M8043 回原点动作结束信号 M8044 原点到达回答信号 3.2 手动操作方式 功能指令 IST 自动规定状态 S0 为手动操作初始状态，在初始状态下，编入用于手动的各操作程序，手动操作随时可以进行，没有动作时序的要求，所以不需要使用状态元件进行状态的转移。 手动操作程序 ： 9 3-1 图手动操作梯形图 上述 程序为手动操作程序。在 物件的分拣与控制 的操作控制面板上，将 旋转按扭 扳到 X020 位置，程序自动进入手动操作初始状态 S0，按 下手动气缸下降按钮X010， 禁止气缸上升，使其下降；按 下手动 手柄抓起 按钮 X014，置位 手柄 Y000，使其导通 ， 手柄开始抓起物件 ， 按下手动气缸上升按钮 X011，禁 止气缸下降，使其上升 ， 按下手动气缸向右按钮 X013 同时保证气缸下限位开关 X005 导通，禁止马达 B 反转，使其正转。按下手动手柄释放按钮 X015，复位手柄 Y000，使其 松开 ，手柄释放物件， 按下手动气缸向左按钮 X012 同时保证气缸 上 限位开关 X005导通，禁止马达 B 正转，使其反转 。 3.3 回原点操作方式 功能指令 IST 自动规定状态 S1 为回原点操作初始状态。回原点操作，应该按照规定的步骤进行操作，使用状态元件编程， IST 指令自动规定了初始状态S10S19 作为回原点用的状态元件。 回原点操作程序如下： 10 3-2 图 回原点操作 SFC 3-3 图 回原点操作梯形图 11 此程序为实现回原点的程序。在 物件的分拣与控制 的操作控制面板上，将手柄扳到 X021 位置，程序自动进入回原点状态 S1，当按下回原点启动按钮 X025，X025 的常开触点闭合导通，置位指令 SET 使 S10 置位为 1 导通。 进入状态 S10， X007 未导通，物件为短物件，并且 气缸左限位开关 X002 导通，置位指令 SET 置位 S11 为 1 导通； X007 导通，物件为长物件，并且 气缸右限位开关 X003 导通，置位指令 SET 置位 S12 为 1 导通。 进入状态 S11， Y002 未导通 ，禁止马达 B 反转，使其正转。 进入状态 S12， Y003 未导通 ，禁止马达 B 正转，使其反转。 进入状态 S13，复位指令 RST 复位 Y000，禁止 手柄抓起物件 ； Y004 未导通，禁止气缸下降使气缸上升， 气缸上升至上限位开关 X005，使其常开触头闭合，置位指令 SET 使回原点动作结束信号 M8043 置位为 1 导通 ，当其常开触点导通时， 复位指令 RST 使状态 S13 复位。 进入状态 S11、 S12 后，若气缸中限位开关导通都将转向转态 S13。 3.4 自动操作方式 功能指令 IST 自动规定状态 S2 为自动操作初始状态。在 S2 中编入用于自动循环操作的各指令，在自动操作中，指令通过参数规定了状态元件 S20S50，不可以使用其他状态元件。 在 物件的分拣与控制 的操作控制面板上，将手柄扳到 X024 位置，程序自动进入全自动操作方式，只要在原点位置按下启动按钮，设备 自动操作程序如下： 3.4.1自动程序 SFC 顺序功能图 （ Sequential Function Chart） 是一种新颖的、按照工艺流程图进行编程的图形编程语言； 是一种描述顺序控制系统功能的图解表示法。流程图主要有三种基本方式：单流程结构、选择结构、并行结构。而我们设计的长短物件分拣控制系 统主要用到的是选择结构 选择结构 SFC： 选择结构是在多个分支结构中，当状态的转移条件在一个以上时，需要根据转移条件来选择转向那个分支， 。 顺序功能图编程在 PLC 程序中，通过不同的编程元件（称为状态元件），对每一步都赋予一定的标记，程序执行时， PLC 将根据控制系统的状态条件，对不同的状 12 态元件进行“置位”或者“复位”，选择实际需要执行的“步”。 3-4 图 自动操作 SFC 13 3.4.2自动程序梯形图 梯形图（ Ladder diagram,简称 LAD）是一种 沿用了 继电器的触点、线圈、连线等图形与符号的图形编程语言，它在 PLC 编程中最为常用。 采用梯形图编程时， PLC 程序中的“与”、“或”逻辑运算利用触点的串、并联表示；“非 ”逻辑运算利用“常闭”触点表示；逻辑运算结果利用“线圈”的形式输出 14 15 16 17 3-5图 自动操作梯形图 打开启动脉冲和启动开关，首先对加一指令中的计数器进行复位，然后系统自动 进入自动操作的初始状态 S2， 对 S20至 S50 中间的状态进行复位， 状态转换允许控制信号 M8041 导通、原点到达回 答信号 M8044 导通时，置位指令 SET 使 S20置位为 1导通。 进入状态 S20，物件位置检测传感器 X006未导通，即未检测到物件，输出 Y001，是马达 A驱动传送带传送物件；物件位置检测传感器 X006导通，即检测到物件 。 进入状态 S21，气缸中位 X001导通， 下 限为开关 X004未导通时，输出 Y004，即气缸 下降 ，直至碰到气缸 下 限位开关 X004，使其导通，置位指令 SET使 S22置位为 1导通。完成气缸 下降 。 进入状态 S22，置位指令 SET使 手柄 Y000 置位为 1导通， 手柄抓起物件 ，定时器 T0定时 10秒，定时时间到，使 T0常开触点导通，置位指令 SET使 S23置位为 1导通。完成 手柄抓起 物件。 进入状态 S23， 上 限位开关 X005未导通时，输出 Y005，即气缸 上升 ，直至碰 18 到气缸 上 限位开关 X005，置位指令 SET使 S24 置位为 1导通。完成气缸 上升 。 进入状态 S24, 长度判别传感器 X007未导通，即检测到为短物件，置位指令SET使 S25置位为 1导通；长度判别传感器 X007 导通，即检测到为长物件，置位指令 SET使 S40置位为 1导通。 进入状态 S25， 左限位开关 X002未导通 时，输出 Y003，即马达 B反转，直至碰到气缸左限位开关 X002，使其导通，置位指令 SET使 S26置位为 1导通。完成气缸左移。 进入状态 S40，右限位开关 X003未导通时，输出 Y002，即马达 B正转，直至碰到气缸右限位开关 X003，使其导通，置位指令 SET使 S41置位为 1导通。完成气缸右移。 进入状态 S26， 下 限位开关 X004未导通时，输出 Y004，即气缸 下降 ，直至碰到气缸 上 限位开关 X004，置位指令 SET使 S27 置位为 1导通。完成气缸 下降 。 进入状态 S41， 下 限位开关 X004未导通时，输出 Y004，即气缸 下 降 ，直至碰到气缸 下 限位开关 X004，置位指令 SET使 S42 置位为 1导通。完成气缸 下降 。 进入状态 S27，复位指令 RST复位 手柄 Y000 为 0断开，使 手柄 释放 物件 ，定时器 T1定时 10秒，定时时间到，使 T1常开触点导通，置位指令 SET使 S28置位为 1导通。完成 手柄 释放物件。 进入状态 S42，复位指令 RST复位 手柄 Y000 为 0断开，使 手柄 释放 物件 ，定时器 T6定时 10秒，定时时间到，使 T6常开触点导通，置位指令 SET使 S43置位为 1导通。完成 手柄 释放物件。 进入状态 S28， 上 限位开关 X005未导通时，输出 Y005，即 气缸 上升 ，当 Y005导通时，脉冲方式加 1 指令 INCP 使 D200 内存储的数据加 1，断电保持数据寄存器 D200具有断电保持功能，状态转换时内部所存储的数据不变，直至碰到气缸上限位开关 X005，置位指令 SET使 S28置位为 1 导通。完成气缸 上升 并记录分拣的短物件的个数。 进入状态 S43， 上 限位开关 X005未导通时，输出 Y005，即气缸 上升 ，当 Y005导通时，脉冲方式加 1 指令 INCP 使 D201 内存储的数据加 1，断电保持数据寄存器 D201具有断电保持功能，状态转换时内部所存储的数据不变，直至碰到气缸 上限位开关 X005， 置位指令 SET使 S44置位为 1 导通。完成气缸 上升 并记录分拣的 19 长物件的个数。 进入状态 S29，中限位开关 X001未导通时，输出 Y002，马达 B正转。直至碰到中限位开关 X001，使其常开触点闭合，置位指令 SET使 S30置位为 1 导通。完成马达 B正转，带动气缸向右移动。 进入状态 S44，中限位开关 X001未导通时，输出 Y003，马达 B反转。直至碰到中限位开关 X001，使其常开触点闭合，置位指令 SET使 S45置位为 1 导通。完成马达 B反转，带动气缸向左移动。 进入状态 S30，脉冲方式的比较指令 CMPP 将十进制数 100 和 D200 内存储的数据进行比较，当 100（ D200）时， M0 导通；当 100（ D201）时， M3 导通；当 100（ D201）时， M5 导通 ；当100=（ D201）时， M4 导通。当 M4导通时，定时器 T7未导通时，输出 Y007，即长物件篮满指示灯亮，定时器 T7定时 20秒，当长物件篮满指示灯 Y007导通时，定时器 T8未导通时，输 出 Y10,即报警蜂鸣器响，定时器 T8定时 30秒，定时器 T7和定时器 T8 都是为了使长物件篮满指示灯 Y007 亮 20 秒和报警蜂鸣器 Y10 响 30秒，以提示长物件篮满。当定时器 T7和定时器 T8定时时间到，使其常开触点都导通时，复位指令 RST 使断电保持数据寄存器 D201复位，并使定时器 T9 定时 30秒，当 M3或者 T9常开触点导通时，置位指令 SET使 S39置位为 1 导通。完成检测长物件篮满并发出换篮信号。 进入状态 S46，状态组件 S46导通，转向自动操作初始状态 S2。 进入状态 S30，当 M0或者 T4常开触点导通时，置位指令 SET使 S46 置位为 1 20 导通。 进入状态 S45，当 M3或者 T9常开触点导通时，置位指令 SET使 S46 置位为 1导通。输出 RET，步进阶梯结束。 结束指令 END，表示自动程序结束。 3.4.3自动程序指