基于PLC的大小球分拣系统设计

摘要大、小球分拣传送以其对人们生活的积极影响特别是在工业上的普遍应用不断被人们所认识，作为可操控机械，它能够部分地代替人的劳动并能达到生产工艺的要求，遵循事先设定的步骤来完成工件的分拣传送，大大地节省了人类的劳动时间，更因其能适应复杂的环境，从而改善了人们的工作环境。

随着科技的不断发展，在工业领域其应用范围不断增加，并取得了一定的成果。

本课题设计了大、小球的分类选择传送系统，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，对机械臂的上下、左右移动以及对球的抓取和释放的运动过程进行控制。

我们利用可编程控制技术，并结合相应的硬件装置，来控制机械臂完成各种动作，实现大小球的分类选择传送。

关键词：PLC , 大小球, 机械臂, 原点显示目录第1章概述 (1)1.1选题背景 (1)1.2可编程控制器介绍 (1)1.3控制要求 (2)第2章硬件设计 (3)2.1 主电路设计 (3)2.2 I/O地址分配及接线图 (4)2.3 元件的选择 (5)第3章软件设计 (7)3.1系统流程图 (7)3.2顺序功能图 (8)3.3梯形图和指令表 (9)3.4程序分析 (13)第4章软硬件调试 (14)4.1系统调试 (14)4.2 使用说明 (14)结论 (15)设计感想 (16)参考文献 (17)第1章概述1.1选题背景大、小球选择分类传送作为工业中器件选择传送的一个写照，在工业控制中它的应用领域不断拓宽。

它能够通过编程来完成各种预期的作业任务，并能在各种复杂环境中工作，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其在人工智能方面大大地增加其效率，同时也改善了人类的工作环境与工作强度。

中国在科技发展方面发展水平较低，在工业中分拣传送劳动密集型还占有相当大的份额。

由于人的劳动能力有限，并且人不能持续长时间的高强度工作，因此在劳动效率上往往是制约企业发展的关键性因素，为了提高劳动效率，抢占市场份额，各个企业也不断的引进和更新自动化设备来提高效率，同时降低人的工作强度。

因而这种自动化控制在工业控制中有很大优势。

1.2可编程控制器介绍可编程控制器起源于20世纪60年代末期，70年代随着微处理器的出现，使其真正成为具有计算机特征的工业控制装置。

随着科技的不断进步，可编程控制器也更加适用于现代工业的需要。

可编程控制器未来主要朝着以下方向发展：进一步加快CPU处理速度；变革操作控制方式，以增加对输入输出快速反应能力；由整体结构向小型模块化结构发展，增加配置的灵活性，降低成本； 进一步系统提高可靠性。

1.3控制要求本次设计的大、小球分类选择传送PLC 控制要满足以下控制要求：机械臂起始位置在机械原点，为左限、上限并有显示；有起动按钮和停止按钮控制运行，停止时机械臂必须已回到原点; 起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）；机械臂右行时有小球右限（X4）和大球右限（X5）之分，下降时，当电磁铁压着大球时下限开关X2断开，压着小球时下限开关X2接通。

图1.1 机械手分拣大小球的工作示意图++LS1LS3LS2LS4LS5电磁铁MPS0大小上行下行左行右行下限右限右限左限上限原点显示接近开关当吸住大球时，活塞未达到下限位置，LS2不动作第2章 硬件设计2.1 主电路设计大、小球分拣传送实质上是由电动机控制的机械臂完,其主电路就是电动机的正反转电路。

主电路电路图如图2-1所示。

M1M2FR1FR2FUKM1KM2KM3KM4L1L2L3QS图2-1 大、小球分类选择传送PLC 控制的主电路电路图2.2 I/O地址分配及接线图按照设计要求，我们设定好输入量与输出量，定义各个量的含义，并对它们进行地址分配。

本系统的I/O地址分配如表2-1所示。

表2-1 大、小球分类选择传送PLC控制的I/O地址分配输入输出X0启动按钮Y0原点显示X1左限位开关Y1下行X2下限位开关Y2上行X3上限位开关Y3右行X4小球右限位开关Y4左行X5大球右限位开关Y5吸球X6接近开关X14停止开关根据控制要求，设定好各个量的地址分配之后，我们把其对应的I/O接线图绘制出来，其I/O接线图如图2-2所示。

图2-2 大、小球分类选择传送PLC控制的I/O接线图2.3 元件的选择选按钮时，按照按钮的使用场合、控制回路要求、工作状态与工作情况等原则选择按钮。

其一般规格为交流500V，允许持续电流5A，红色按钮表示停止，绿色按钮表示启动。

根据这些我们选择实用的按钮。

行程开关有直动式、滚动式和微动式三种。

直动式行程开关结构简单，成本低，但容易烧蚀触头。

滚动式行程开关克服了直动式的缺点，但其结构复杂，价格也较高。

考虑到我们所做的系统比较小，我们选择体积小，动作灵敏，适用于小型机构的微动式行程开关。

接近开关是对接近它的物体有感知能力的一种位移传感器利用传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通断的目的。

通常分为霍尔接近开关，超声波接近开关，高频振荡式接近开关。

本设计中我们采用霍尔接近开关X6检测是否有球。

接触器主要用于远距离频繁接通和分断交直流主回路及大容量用电回路的低压控制电器。

根据负载特性、被控电路电流大小、被控电压等级以及控制电压等级等，我们选择交流电磁式接触器CJ12系列，它适用于交流50HZ，额定电压至380V，额定电流至600A 的电路。

本设计中电磁阀主要用于机械臂吸球与放球动作的控制，电磁阀线圈通电后产生电磁吸力将铁球吸住，线圈断电后，释放铁球。

电磁阀常用于机械控制，分为直动式、分布直动式和先导式，从实用性、经济性、可靠性等因素考虑，我们选择直动式电磁阀熔断器在电路中主要起短路保护作用，过载或短路时熔体发热而熔断，从而达到保护电路的目的。

它具有体积小，便于维护，价格低廉，分断能力强，限流能力好等优点，有NT、RT、RL、FA4等系列，我们选择额定分断能力100KA、最大额定电流400A的有填封闭管式熔断器RT15型作为电路熔断器。

在本设计中，我们要实现大、小球的分拣传送，实现其上下、左右移动，就要用到能实现正反转的交流异步电动机。

异步电动机主要用于拖动各种生产机械，结构简单，使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高。

第3章 软件设计3.1系统流程图根据设计要求，对大、小球要分类传送的控制要求，画出系统流程图。

系统流程图如图3-1所示。

开始初始状态到上限？时间到？大小球选择启动开关？在原点？右移上升延时1秒抓球下降到小球限？到大球限？到下限？下降结束抓球右移上升延时1秒到上限？时间到？延时1秒放球时间到？上升到上限？到左限？左移大球小球YYYY YYY YYYY图3-1 大、小球分类选择传送PLC 控制的系统流程3.2顺序功能图顺序功能图如图3-2所示。

图3-2大、小球分类选择传送PLC控制的顺序功能图3.3梯形图和指令表图3-3 大、小球分类选择传送PLC 控制的梯形图根据梯形图写出系统的指令表0 LD M80021 SET S02 STL S03 LD X14 AND X35 SET S206 STL S207 OUT Y08 LD X09 SET S2110 STL S2111 OUT Y112 LD X213 AND X614 SET S2215 LDI X216 AND X617 SET S2518 STL S2219 SET Y520 OUT T021 K1022 LD T023 SET S23 24 STL S2325 OUT Y226 LD X327 SET S2428 STL S2429 OUT Y330 LD X431 SET S2832 STL S2533 SET Y534 OUT T035 K1036 LD T037 SET S2638 STL S2639 OUT Y240 LD X341 SET S2742 STL S2743 OUT Y344 LD X545 SET S2846 STL S2847 OUT Y148 LD X249 SET S2950 STL S2951 RST Y552 OUT T153 K1054 LD T155 SET S3056 STL S3057 OUT Y258 LD X359 SET S3160 STL S3161 OUT Y462 LD X163 ANI X1464 SET S2065 RET66 END3.4程序分析电路接通后，M8002产生触发脉冲同时按下左限开关X1、上限开关X3对系统置位，显示原点Y0灯亮。

接着按下启动开关X0，系统启动，开始下行，Y1显示，到达下限X2时，进入选择顺序的两个分支电路。

如果此时吸盘吸起的是大球，则下限位开关X2的常开触点闭合，电磁阀Y5通电吸球，延时1秒后开始上升，Y2显示，到达上限X3后即右行；若是小球，则下限位开关X2常闭触点闭合吸球，其余过程同大球。

吸住小球向右运行，Y3显示，到达小球右限X4后开始下行（大球是在到达大球右限开关X5后开始下行），Y1显示。

到达下限X2之后电磁阀线圈Y5断电放球，然后延时1秒，机械臂开始上行，Y2显示，到达上限X3之后，开始向左移动，Y4显示，回到原点后，原点Y0显示。

第4章软硬件调试4.1系统调试打开三菱FX2N系列仿真软件，将梯形图程序输入到计算机，并连接好外部接线图，然后对程序进行调试。

首先，系统通电运行后，同时按下X1、X3，观察原点显示Y0，看机械臂是否在机械原点，并有显示。

然后，按下启动按钮X0，观察机械臂是否按照本设计设定的工作方式运行。

无误后，按下停止按钮，观察系统是否在完成本周期的工作后返回原点，并停留在初始步。

若运行过程中出错，则要认真查找出错原因，哪个环节出错，然后作出修改，并重新运行，直至运行结果完全正确。

4.2 使用说明X0 启动按钮，X1左限位开关，X2下限位开关，X3上限位开关，X4小球右限位开关，X5大球右限位开关，X6接近开关，X14停止开关。

结论此次设计中用到了PLC流程图、梯形图、指令表三种机械手控制方式。

按照这种步骤编写程序条理清晰，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。

通过整个设计过程，使我对机电传动有了很大的收获。

充分认识到自己的不足，通过理论分析和实践的反复和论证，许多问题有了较好的解决。

通过这次设计，使我了解了PLC机械手在大小球分拣中的工作原理，学习到机械手的原理及使用。

发现自己还有很多不足，对PLC的了解还不够，但自己在设计中培养了我综合运用理论知识与应用相结合的能力，真正做到了学有所用。

其次，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。