大、小球分拣传送机械控制系统设计

1、xxxxx学院课程设计说明书设计题目：大、小球分拣传送机械控制系统设计学生姓名：XXXXX学号：xxxxx专业班级：xxxxx指导教师：xxxxx2012年12月12日内容摘要机电一体化产品的积极作用正日益为人们所认识，如本设计产品机械手，它能部分地代替 人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循一定的程序 时间和位置来完成工件 的筛选与传送。 而且它能大大地改善工人的劳动条件，力口快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各 先进单位的重视并投入了大量的人力物力加以研究和应用，尤 其在高温、高压、粉尘、噪声的场 合，应用得更为广泛O在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业

2、部 门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分拣，本课程设计拟设计大小球分拣传 送机控制系统的PLC设计，采用的德国西门子S7-200系列(cpu-224) PLC对机械臂的上下、左右以及抓取运动进行控制，用于 分捡大小球的机械装置。我们利用可编程技术，结合相应的硬件装置，控制机械手完成各种动 作。尖键词：大小球分拣控制系统；PLC设计；机械手目录第1章引言111大、小球分拣传送机械控制系统设计内容简介 11.2大、小球分拣传送机械控制系统设计要求 11.3大、小球分拣传送机械控制系统设计思想 2第2章 大、小球分拣传送系统的硬件电路设计 321大、小球分拣传送系统功能说明 322设

3、计主电路原理图32.3机械臂分拣大、小球控制的运行框图 42.4确定I/O信号数量，选择PLC的类型 42.5机械臂分拣大、小球控制的电器元件I/O分配表52.6机械臂分拣大、小球控制的I/O接线图 5第3章大、小球分拣传送系统的程序设计 831机械臂分拣大、小球控制程序的梯形图 83.2机械臂分拣大、小球控制程序的指令表11第 4章软件硬件调试13结论16设计总结1719谢辞18参考文献第1章引言11大、小球分拣传送机械控制系统设计内容简介学院此次安排我们进行了为其两周的机电传动课程设计实习，对我们即将进行毕业设计是很有益处的。这学期我们学习了机电传动控制课程，此次实习主要是对课本中的知识进

4、行 实践，比如继电器接触器控制和可编程控制器控制等重要章节更是联系紧密。让我们把课本知 识很好的应用于实践中去，有助于总体实力的提高。本次我的课程设计的主要内容：大、小球分拣传送机械控制系统设计，如图0图1-1大、小球分拣传送机械工作示意图1.2大、小球分拣传送机械控制系统设计要求本次设计的控制要求如下：1机械臂起始位置在机械原点（见图），为左限、上限并有显示。2. 有启动按钮和停止按钮控制运行，按下设备停止按钮后机械臂必须回到原点。3. 启动后，机械臂动作顺序为：下降一吸球一上升（至上限）一右行（至右限）一下降一 释放一上升（至上限）一左行返回（至原点）。4. 机械臂右行时有小球右限（LS4

5、）和大球右限（LS5）之分；下降时，当电磁铁压着大 球时，下限开矢LS2断开（二“0” ；压着小球时，下限开矢LS2接通（二“ T。1.3大小球分拣传送机械控制系统设计思想对于本次课程设计的总体思路如下：本设计主要要求控制电路PLC的设计，故对于主电路就不做过多阐述。主电路：1电动机控制机械臂上下左右运动。2主电路给机械臂的电磁铁加电产生磁场吸住球运动。由继电器控制电动机正反转 控制电路：由PLC控制继电器线圈来控制主电路的上下左右运动和抓释小球PLC控制继电器和电灯的输出，从而控制主电路。1当输送机处于起始位置时，上限位开尖和左限位开尖被压下，原点显示灯亮。2. 启动装置后，机械臂下行，一直

6、到极限开尖SQ闭合。此时，若碰到的是小球，则下限 开尖LS2为闭合状态；若碰到的是大球，则下限开矢LS2仍为断开状态。3. 吸起小球后（SQ开尖闭合），则机械臂向上行，碰到上限位开矢后，捡球装置向右 行；碰到右限位开尖（小球的右限位开尖LS4）后，再下行，下行1秒后机械臂电磁铁失电， 将小球释放到小球箱里，然后机械臂返回到原位。4. 如果吸起的是大球，捡球装置右行碰到另一个右限位开尖（大球的右限位开尖LS5） 后，再向下行，碰到下限位开尖后，将大球释放到小球箱里，然后返回到原位。5. 当机械臂回原位后，一个工作循环结束，如果此时接近开尖PSC显示球槽内还有球，则继续下一循环。若接近开尖PSO断

7、开即球槽内无球，则机械臂回原位，整个装置停止运 行。第2章大、小球分拣传送系统的硬件电路设计21大、小球分拣传送系统功能说明机械手分拣大小球的控制功能如下：1. 原位：机械臂原始状态为左上角原位处，即上限开矢LS3及左限开尖LS1压合，同时机械臂处于无磁状态和球槽内有球或无球状态（接近开尖PS吸合或断开），这时原位显示灯亮，表示准备就绪。2. 按下启动按钮SB1后，机械臂的电磁铁无磁，机械臂下降，接近开尖SQ闭合后，机械臂 会碰到球，接着电磁铁加磁。如果同时碰到下限开尖LS2,则一定是小球；如果此时未碰到下限开尖 LS2,则一定是大球。3. 机械臂吸住球后（接近开尖SQ闭合后）就提升，碰到上限

8、开尖LS3后就右行。4 如果是小球，则右行到LS4处；如果是大球，则右行到LS5处。5. 机械臂下降，经过1S后将小球释放到小球容器中；如果是大球，则释放到大球容器中。6. 释放后机械臂提升，碰到上限开尖LS3后，开始左行。7. 机械臂左行至碰到左限开尖LS1后，一个工作循环结束，如果此时接近开尖PSO显示球槽 内还有球，则继续下一循环；若无球，则工作停止。8控制系统停止有两种情况；（1）接近开尖PSC显示球槽内无球则循环结束；（2）按下停 止按钮SB2则运行完此次循环后停止到原点；（3）按下急停按钮SB3系统立刻停止工作，不管已 经工作到什么位置。9.当系统在连续运行时，停止方式有两种，一种

9、是正常停止：就是按下停止按钮后， 系统要将整个周期剩下的步骤全部进行完，然后回到原点才停止工作。另外一种是紧急停止：就是用 来处理紧急情况下来及时停止整个系统工作的，一按紧急停止按钮SB3，系统立刻停止工作，不管已经工作到什么位置。但此时，电磁铁线圈仍处于有电状态，以保证紧急停 止后不放球，保证安全。2.2设计主电路原理图如图中，主电路采用两个电动机、四个接触器即正转接触器KM1 （ KM3和反转接触器 KM2 （KM4控制。当接触器KM1 （ KM3的三对主触头接通时，三相电源的相序按U- VW接 入电动机。当接触器KM1 （KM3的三对主触头断开，接触器KM2 （KM4的三对主触头接通时，

10、 三相电源的相序按VU接入电动机，电动机就向相反方向转动。利用两台电动机的正反转，分别 控制机械臂的上、下、左、右行。12 3 L L LFUshuKM：11 Jfu,图2-1 主电路原理图2.3机械臂分拣大、小球控制的运行框图运行框图分为12个网络，共门层控制，加循环控制流程，一直到没有球之后便自动原点复位 停止，也可以按停止按钮到这一循环结束后停止在原点位置。重新按下启动按钮后，再次开始，具体 过程如图22所示。2.4确定I/O信号数量，选择PLC的类型对于开尖量控制系统的应用系统，当对控制要求不高时，可选用小型PLC （如西门子公司S7 200系列PLC或0M0公司系列CPM1A/CPM

11、2型PLC就能满足要求，如对小 型泵的顺序控制、 单台机械的自动控制等。对于以开尖量控制为主，带有部分模拟量控制的应用系统，如对工业生产中常遇到的温度、压 力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块，配接相应的传感器、变送器和驱动装置，并且选择运算功能较强 的中小型PLC，如西门子公司的S7-300系列PLC或OMRO公司的COM/CQM1H型PLC对于比较复杂的中大型控制系统，如闭环控制、PID调节、通信联信网等，可选用中大型PLC （如西门子公司的S7-400系列PLC或OMRO公司的C200HE/C200HG/C200HX CV/C

12、VM等PLQ。当系统的各个控制对象分布在不同的地域时，应根据各部分的具体要求来选择PLC组成一个分布式的控制系统。PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPL放在一块电路板上，省去插接环节，体积小，每一 I/O点的平均价格比模块式的便宜，适用于工艺过程比较稳 定、控制要求比较简单的系统。模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式灵活。维修更换模块、判断与处理故障快方便，适用于工艺过程 变化教多、控制要求复杂的系统。在使用时，应按实际具体情况进行选择。根据系统分析得输入点有10个，分别为10.0-11.1;输出点有6个，分别为Q0.1-Q

13、0.5、 Q0.7 o I/O 点共 16 个。结合以上几点，在设计PLC机械手在大小球分选系统中用的PLC的选型为西门子S7200系列的可编程控制器（CPU-224） PLC2.5机械臂分拣大、小球控制的电器元件I/O分配表S7-200系列（CPU-224） PLC有14DI/10DO,本次设计只需10个输入，6个输出，具体I/O分配表如表2-1。2.6机械臂分拣大小球控制的I/O接线图由PLC控制继电器线圈来控制主电路的上下左右运动和机械臂抓释小球PLC控制继电器和电灯的输出，从而控制主电路o采用S7- 200系列（CPU-224） PLC，输入端分两组共十个接口， 输出端分两组共六个接口

14、，具体如图2-3。图2-2机械臂分拣大、小球控制的运行框图表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输入地址编码信号名称兀件名称元件符号I0.0启动信号常幵按钮SB110.1停止信号常开按钮SB2I0.2急停信号常开按钮SB3I0.3左限信号常开开尖LS1I0.4下限信号常开开另LS2I0.5上限信号常开开尖LS3I0.6小球右限信号常开开尖LS4I0.7大球右限信号常开开尖LS511.0大小球的接

15、近信号常开开另SQ11.1槽内有无球信号常开开矢PS0输出地址编码对应的外部设备元件名称元件符号QO.1电磁铁控制信号电磁铁线圈KQO.2机械臂下降信号接触器KM1Q0.3机械臂上升信号接触器KM2Q0.4机械臂右行信号接触器KM3Q0.5机械臂左行信号接触器KM4Q0.7显不灯売信号原点显示灯HLM图2-3机械臂分拣大小球控制的I/O接线图第3章大小球分拣传送系统的程序设计3.1机械臂分拣大、小球控制程序的梯形图本系统采用STEP 7 MicroWIN SP4 （S7-200） V4.0软件调试，机械臂大、小球分拣传送机械控制系统设计程序的梯形图见下图3-1，共有11个网络，11层控制系统，

16、具体详析见下图所示:PROGRAM COMMENTSNetwork 1 Network T itleI启动和傳止俞令(I0.0启动信1011?止信E)IO.O10.11TIM11,0MOO()Network 2I碗F行命令（QQ2F行儈号、ICL.5上馳环IQ3左厠阖M0.0QQ.210.510.3Q0.7I1I()Network 3I机楝瞽律电、上行命令（Q0.亦行債号、QO1得电信号、Q0.3上行值号Q0 211.1M0.1Q0.1Network 4右行侖令（Q0.佑議悟;筝Q0.310.510.3Q0.4Network 5大、小球判断命令10.4下眼值号、10站球右限億号、107大球右眼

17、億号）10410.6Q0.2QQ4Q0.2104107Q02Network 6|机楡骨F行1秒释球命令（T 37定阔Q0.2T37INTON10-PT100 rft$T37Network 7执行释球命令T371I H-1Network 8I礬球后上行命令)Met work 9左行命令（QO.53E行信号）00.310.6Q0.5Network W阪械臂旦原位鉛QQ.510.3Q2Network 11烹侮命令（I02惠倍信号，且史傳时机械I0.2Q0.1T IR ）63.2机械臂分拣大、小球控制程序的指令表本系统调试过程所生成指令表如下：TITLE=PROGRAM COMMENTS Networ

18、k 1 / NetworkTitle /启动和停止命令（I0.0启动信号、10.1停止信号）LD I0.0O M0.0AN 10.1AN 11.0MO.ONetwork 2左限信号）原位下行命令（Q02下行信号、10,5上限信号10.3LD M0.0=Q0.2A I0.5A I0.3=Q0.7Network 3Q0.3上行信 号）机械臂得电、上行命令（Q0.2下行信号、Q0.1得电信号LD Q0.2LD H.1O Q0.1ALDLPSAN M0.1Q0.1LPP=Q0.3Network 4右行命令（Q0.4右行信号）LD Q0.3LD I0.5A I0.3OQ0.4ALD=Q0.4Networ

19、k 5/大、小球判断命令（I0.4下限信号、I0.6小球右限信号I0.7大球右限信号）LD Q0.4LPSA I0.4LD I0.60Q0.2ALD=Q0.2LPPANI0.4LDI0.70Q0.2ALDQ0.2Network 6/机械臂下行1秒释球命令（T37定时器）LD Q0.2AN T37T0NT3 乙 10Network 7/执行释球命令LDT370M0.1M0.1Network 8/释球后上行命令LDM0.10Q0.3Q0.3Network 9/左行命令（Q0.5左行信LDQ0.3LDI0.60I0.7ALDQ0.5Network 10/机械臂回原位信号LDQ0.5LDI0.30Q0

20、.2ALD= Q0.2Network 11/急停命令（I0.2急停信号，且急停时机械不失电）LD I0.2RQ0.1,6第4章软件硬件调试软硬件调试过程中出现了一些问题，通过理论分析与实践的反复进行和论证，许多问 题都有了较好的解决方案，最终实现了系统的功能。作为一个好的控制系统必须把各种控制 都考虑在内之外，还要考虑安全控制，一个安全的系统才是真正的好系统。以下为调试过程 中大小球分辨指令的部分调试过程，如图41所示：程净(P)直看(V)配置(C) PLC(P)显示(D)哥助(H)跖毎舸幽缶曲譎苗宠5AUl KOP D81012345670 1 2 3 4 5PLS0PLS1图4-1如上图所

21、示当按下启动按钮后，下限开尖未被碰触时(10.4=0 )，大球右限信号得电 (10.7=1 )，即机械臂将大球放到大球指定位置。同理，当下限开尖被碰触时，小球亦按此过程 被放到小球指定位置。其余调试过程不做过多详细说明，整个调试过程是在PLC ( SIEMENSS7-20)虚拟软件上完成。各项调试步骤及结果均符合设计任务要求结论我们的两周的课程设计就要告一段落，纵观整个设计过程，可以说在这一过程中我的收获很 大，充分认识到自己的薄弱环节，通过理论分析与实践的反复进行和论证，许 多问题都有了较好 的解决方案。软件部分采用各部分程序直接转的方式，依次实现了PLC流程图、梯形图、指令表三种机械手控制

22、方式。用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，但若要增加其它机械手控制方 式或进行扩展，程序会变得相当复杂而且容易出错，出错后调试修改也很困难。收进的方式是 将各部分程序写成程序，方便调用和调试。此种方法的优点是程序编写比较简单，不需要再编写 分支、汇合状态移图的程序，且由于本课对定时精确度要求并不高，适宜采用。若是在对定时精 度要求比较高的情况下，应采用单片机的中断功能进行硬件定时。通过此次设计，了解了 PLC机械手在大小球分选系统的工作原理，首次学习了一些机械手 的工作原理及使用方法。其中电路及软件实现是此次设计的主要部分。作为一个好的控制系统必须把各种控制都考虑在内之外，还要考虑安全控制5

23、 一个安全的机械才是真正的好机械o设计总结课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力 的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新月异， PLC已经成为当今计算机应用中的领域，生活中可以说是无处不在。因此对于二十一世纪的大学生 来说掌握PLC技术是十分重要的。回顾此次PLC课程设计，我感慨颇多。的确，通过这次对自动装卸线控制系统的PLC控制， 让我们对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了尖于PLC设计原理。 有很多设计理念来源于实际，从中找出做适合的设计方法。从理论到实 践，在两星期的日子里，可 以说

24、得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学的知识，而且学 到了很多在书本上没有的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合是很重要的，只 有理论知识是远远不够的，只有把理论与实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服 务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到的问题，可以说得是困 难重重，这毕竟是第一次做的，难免会遇到各种各样的问题，同时在设计的过程中发现自己的不足 之处，对以前所学的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固，比喻说不懂一些元器件的使用方 法，对PLC编程掌握的不好通过这次课程设计之后，一定要把以前的知识重新温习。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了 我们很好的助手。