plc大小球分拣系统课程设计.docx

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plc大小球分拣系统课程设计

河南工业职业技术学院

HenanPolytechnicInstitute

毕业设计（论文）

题目＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

班级＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

姓名＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

指导教师＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿

前言

系统在社会各行各业如：

物流配送中心、邮局、采矿、港口、码头、仓库等行业得到广泛运用，分拣系统能够大大提高企事业单位该环节的生产效率。

机械臂自动分拣机构的积极作用正日益为人们所认识，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。

因为它能大大地改善工人的劳动条件，加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。

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。

关键词：

大小球分拣控制系统；PLC；行程开关

目录

第1章设计内容.....................................3

1.1大小球分拣传送机械控制系统设计内容简介..........3

1.2大小球分拣传送机械控制系统功能分析..............4

第2章大小球分拣传送系统的硬件电路.................5

2.1按控制要求进行功能分析........................5

2.2确定I/O信号数量，选择PLC的类型.................6

2.3分拣大小球控制的I/O接线图.....................6

2.4分拣大小球控制的电器元件配置表.................7

第3章大小球分拣传送系统的软件设计.................8

3.1分拣大小球控制的运行框图......................8

3.2分拣大小球控制程序的梯形图....................9

3.3分拣大小球控制程序的指令表...................11

第4章软件硬件调试.............................14

心得体会......................................14

参考文献......................................15

第1章设计内容

1.1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电气自动化的毕业设计，对我们系统总结学习知识是很有益处的。

大学三年我们学到了很多电气的知识和技术，此次毕业设计是对大学学习的知识进行总结和运用，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练习紧密。

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1-1。

图1-1大小球分拣传送机械示意图

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1-1），为左限、上限的交点位置。

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→吸球→上升（至上限）→右行（至右限）→下降→释放→上升（至上限）→左行返回（至原点）。

4.机械臂有形式有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降时，当电磁铁压着大球时，下限开关LS2断开（=“0”）；压着小球是，下限开关LS2接通（=“1”）

1.2大小球分拣传送机械控制系统功能分析

分拣大小球的控制功能要求为：

1.原位：

机械臂原始状态为左上角原位处，即上限开关LS3及左限开关LS1压合，同时机械臂处于有磁状态状态和球槽内有球（接近开关PS吸合），这时原位显示亮，表示准备就绪。

2.按下启动按钮SB1后，机械臂的电磁铁断磁，机械臂下降，接近开关SQ闭合后后机械臂会碰到球，接着电磁铁加磁。

如果同时碰到下限开关LS2，则一定是小球；如果此时未碰到下限开关LS2，则一定是大球。

3.机械臂吸住球后就提升，碰到上限开关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，当碰到下限开关LS2后，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，碰到上限开关LS3后，左行。

7.左行至碰到左限开关LS1后，一个工作循环结束，如果此时接近开关PSO显示球槽内还有球，则继续下一循环

8.控制系统停止有两种情况；

（1）接近开关PSO显示球槽内五球则循环结束；

（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

9.当系统在连续运行时，停止方式有两种，一种是正常停止：

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，系统立刻停止，不管已经工作到什么位置。

第2章大小球分拣传送系统的硬件电路

2.1主电路原理图

图2-1中主回路采用两个接触器，即正转接触器KM1和反转接触器KM2。

当接触器KM1的三对主触头接通时，三相电源的相序按U―V―W接入电动机。

当接触器KM1的三对主触头断开，接触器KM2的三对主触头接通时，三相电源的相序按W―V―U接入电动机，电动机就向相反方向转动。

电路要求接触器KM1和接触器KM2不能同时接通电源，否则它们的主触头将同时闭合，造成U、W两相电源短路。

为此在KM1和KM2线圈各自支路中相互串联对方的一对辅助常闭触头，以保证接触器KM1和KM2不会同时接通电源。

图2-1电动机正反转

2.2确定I/O信号数量，选择PLC的类型

对于开关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OMON公司系列CPM1A/CPM2A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。

对于以开关量控制为主，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OMRON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4等，可选用中大型PLC（如西门子公司的S7-400系列PLC或OMRON公司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1等PLC）。

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，一组成一个分布式的控制系统。

根据系统分析得输入点有9个，分别为I0.0-I1.1;输出点有6个，分别为Q0.0-Q0.5。

I/O点共14个，故选择S7—200系列（CPU--224）PLC。

2.3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抓释小球.PLC控制继电器和电灯的输出，从而控制主电路。

采用S7—200系列（CPU--224）PLC，输入端分两组，输出端分两组共六个接口，具体如图2-2。

图2-2机械臂分拣大小球控制的I/O接线图

2.4分拣大小球控制的电器元件配置表

S7—200系列（CPU--224）PLC有14DI/10DO，本次设计只需9个输入，6个输出，具体原件配置表如表2-1

表2-1电器组件分配表

输入地址编码

信号名称

元件名称

元件信号

I0.0

启动信号

常开按钮

SB1

I0.1

停止信号

常开按钮

SB2

I0.2

急停信号

常开按钮

SB3

I0.3

左限信号

常开按钮

LS1

I0.4

下限信号

常开开关

LS2

I0.5

上限信号

常开开关

LS3

I0.6

小球的右限信号

常开开关

LS4

I0.7

大球的右限信号

常开开关

LS5

I1.1

料口有无球信号

常开开关

PS0

I1.0

大小球的接近信号

常开开关

SQ

输出地址编码

对应的外部设备

元件名称

元件符号

Q0.7

显示灯亮信号

原点显示灯

HL

Q0.1

电磁铁控制信号

电磁铁线圈

K

Q0.2

机械臂下降信号

接触器

KM1

Q0.3

机械臂上升信号

接触器

KM2

Q0.4

机械臂右行信号

接触器

KM3

Q0.5

机械臂左行信号

接触器

KM4

第3章大小球分拣传送系统的软件设计

3.1分拣大小球控制的运行框图

运行框图分为12个网络，共11层控制，加循环控制流程，一直到没有球之后便自动远点停止，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2-2所示

图3-1分拣大小球控制的运行框图

3.2分拣大小球控制程序的梯形图

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14个网络，11层控制系统，具体详析见图所示。

图3-2分拣大小球控制程序的梯形图

3.3分拣大小球控制程序的指令表

根据梯形图得指令表见下表3-1

表3-1指令表

Network1

//启动和停止命令

LDI0.0

OM0.0

ANI0.1

=M0.0

Network2

//急停命令

LDI0.2

OM1.0

ANI0.0

=M1.0

Network3

//接触球后机械臂加磁

LDI1.0

ANT37

=Q0.1

Network4

//原点灯亮

LDI0.3

AI0.5

ANI0.1

=Q0.7

Network5

//启动后机械臂下行

LDNM1.0

AM0.0

AI0.3

ANI1.0

AI1.1

=M0.2

Network6

//按急停后触球前返回

LDNM1.0

ANM0.0

AI0.3

ANI1.0

ANI0.5

=M0.3

Network7

//抓球后上行

LDNM1.0

AQ0.1

AI0.3

ANI0.5

=M1.3

Network8

//判断大小球

LDI0.4

OM0.1

AQ0.1

=M0.1

Network9

//抓球右行至大或小球右限

LDNM1.0

LDNM0.1

ANI0.7

LDM0.1

ANI0.6

OLD

ALD

AQ0.1

AI0.5

=Q0.4

Network10

//抓球下行至下限后过1s断磁

LDNM1.0

AQ0.1

LDNM0.1

AI0.7

LDM0.1

AI0.6

OLD

ALD

LPS

ANI0.4

=M1.2

LPP

AI0.4

ANT37

TONT37,10

Network11

//上行至上线停止

LDNM1.0

LDI0.7

OI0.6

ALD

ANQ0.1

ANI0.5

=M2.3

Network12

//左行至左限停止，开始下次循环

LDNM1.0

ANQ0.1

AI0.5

ANI0.3

=Q0.5

Network13

//中间继电器输出下行

LDM0.2

OM1.2

=Q0.2

Network14

//中间继电器输出上行

LDM0.3

OM1.3

OM2.3

=Q0.3

END

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。

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、指令表三种控制方式。

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，了解学习了PLC在大小球分选系统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，一个安全的系统才是真正的好系统。

心得体会

这次课程设计历时二个星期多左右，通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

这次的课程设计也让我看到了求知的力量，我认为我的设计是一个让我去自己寻求答案，身在设计课题的满足和收获的喜悦感，让我体会到用心做一件事是很有成就感的。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。

让我知道了学无止境的道理。

我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

感谢老师的耐心的指导，同学的帮助。

不管最终结果怎样，我都要继续努力。

知识是无穷的，我想我能做的也就是不断的补充自己的知识，不断的充实自己。

我想说：

为完成这次毕业设计确实很辛苦，但苦中仍有乐，求知的欲望一发不可收拾，查资料，问同学，都让我在欢乐中完成。

对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加。

让我知道了学无止境的道理。

我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。

挫折是一份财富，经历是一份拥有。

这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！

参考文献

[1]廖常初主编.《PLC基础及应用》.机械工业出版社,2004.

[2]于庆广主编.《可编程控制器原理与系统设计》.清华大学出版社，2004.

[3]易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》.上海科普出版社,2006.

[4]方承远主编.《工厂电气控制技术》.机械工业出版社,2004.

[5]王永华主编.《现代电气及可编程技术》.机械工业出版社,1997.

[6]刘子林.电机与电气控制[M].北京:

电子工业出版社,2003.

指导教师评语及成绩评定

论文成绩：

指导教师（签字）：

年月日

答辩小组评语及成绩评定

答辩成绩：

毕业设计成绩：

答辩小组负责人（签字）：

年月日

答辩委员会审定意见：

答辩委员会主任（签字）：

年月日

答辩小组成员

姓名

职称

工作单位

备注