大、小球分拣传送机械控制系统设计

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，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设计；机械手目录第1章引言 (1)1.1 大、小球分拣传送机械控制系统设计内容简介 (1)1.2 大、小球分拣传送机械控制系统设计要求 (1)1.3 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 (3)2.1 大、小球分拣传送系统功能说明 (3)2.2 设计主电路原理图 (3)2.3 机械臂分拣大、小球控制的运行框图 (4)2.4 确定I/O信号数量，选择PLC的类型 (4)2.5 机械臂分拣大、小球控制的电器元件I/O分配表 (5)2.6 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 (8)3.1 机械臂分拣大、小球控制程序的梯形图 (8)3.2 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 (17)谢辞 (18)参考文献 (19)第1章引言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1-1。

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→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.机械臂右行时有小球右限（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”）；压着小球时，下限开关LS2接通（=“1”）。

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，上限位开关和左限位开关被压下，原点显示灯亮。

2.启动装置后，机械臂下行，一直到极限开关SQ闭合。

此时，若碰到的是小球，则下限开关LS2为闭合状态；若碰到的是大球，则下限开关LS2仍为断开状态。

3.吸起小球后（SQ开关闭合），则机械臂向上行，碰到上限位开关后，捡球装置向右行；碰到右限位开关（小球的右限位开关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关（大球的右限位开关LS5）后，再向下行，碰到下限位开关后，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，如果此时接近开关PSO显示球槽内还有球，则继续下一循环。

若接近开关PS0断开即球槽内无球，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2.1 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，即上限开关LS3及左限开关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（接近开关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，接近开关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（接近开关SQ闭合后）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，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，开始左行。

7.机械臂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；若无球，则工作停止。

8.控制系统停止有两种情况；（1）接近开关PSO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2-1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―V―W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，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。

利用两台电动机的正反转，分别控制机械臂的上、下、左、右行。

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11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2-2所示。

2.4 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，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CPU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I0.0-I1.1;输出点有6个，分别为Q0.1-Q0.5、Q0.7。

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S7-200系列的可编程控制器（CPU--224）PLC。

2.5 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。

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，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2-1 I/O分配表输入地址编码信号名称元件名称元件符号I0.0 启动信号常开按钮SB1I0.1 停止信号常开按钮SB2I0.2 急停信号常开按钮SB3I0.3 左限信号常开开关LS1I0.4 下限信号常开开关LS2I0.5 上限信号常开开关LS3I0.6 小球右限信号常开开关LS4I0.7 大球右限信号常开开关LS5I1.0 大小球的接近信号常开开关SQI1.1 槽内有无球信号常开开关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 显示灯亮信号原点显示灯HL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，具体详析见下图所示:3.2 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 COMMENTSNetwork 1 // Network Title// 启动和停止命令（I0.0启动信号、I0.1停止信号）LD I0.0O M0.0AN I0.1AN I1.0= M0.0Network 2// 原位下行命令（Q0.2下行信号、I0,.5上限信号、I0.3左限信号)LD M0.0= Q0.2A I0.5A I0.3= Q0.7Network 3// 机械臂得电、上行命令（Q0.2下行信号、Q0.1得电信号、Q0.3上行信号）LD Q0.2LD I1.1O Q0.1ALDLPSAN M0.1= Q0.1LPP= Q0.3Network 4// 右行命令（Q0.4右行信号）LD Q0.3LD I0.5A I0.3O Q0.4ALD= Q0.4Network 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 I0.6O Q0.2ALD= Q0.2LPPAN I0.4LD I0.7O Q0.2ALD= Q0.2Network 6// 机械臂下行1秒释球命令（T37定时器）LD Q0.2AN T37TON T37, 10Network 7// 执行释球命令LD T37O M0.1= M0.1Network 8// 释球后上行命令LD M0.1O Q0.3= Q0.3Network 9// 左行命令（Q0.5左行信号）LD Q0.3LD I0.6O I0.7ALD= Q0.5Network 10// 机械臂回原位信号LD Q0.5LD I0.3O Q0.2ALD= Q0.2Network 11// 急停命令（I0.2急停信号，且急停时机械不失电）LD I0.2R Q0.1, 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。