大小球分拣传送机械PLC控制梯形图的设计与调试.docx

目 录
引 言 2
第一章 课程设计要求及任务 3
1.1设计要求 3
1.2设计任务 3
第二章 系统总体方案设计 4
2.1大、小球分拣传送机械系统的功能 4
2.2大、小球分拣传送机械系统的结构 4
2.3 大、小球分拣传送机械的设计思想 5
2.4主电路设计 5
2.5 确定I/O信号数量，选择PLC的类型 6
2.6 确定电器元件I/O分配表 7
2.7控制系统的接线图 7
第三章 控制系统设计 8
3.1大、小球分拣传送机械的运行流程 8
3.2大、小球分拣传送机械控制程序流程图 9
3.3大、小球分拣传送机械控制程序的梯形图 10
3.4大、小球分拣传送机械控制程序的语句表 12
第四章 结束语 16
参考文献 17

引 言
本课程设计主要对PLC程序的结构、特点、各器件的性能以及对被公职对象的控制过程进行具体研究，并通过PLC来实现对大小球分拣系统的控制，随着工业自动化、机械化进程的加速，自动控制正在逐步取代传统的人工控制，在改善工作人员的工作环境的同时也使生产效率大大提升，为了最大限度的满足被控制对象和生产过程的控制。在本课程设计中对于一些原来用继电接触器线路不易实现的要求，试用PLC后，将很容易实现。在满足控制要求前提下，采用多种控制模式来对被控制对象进行安全可靠的控制操作，使功能更加全面，其中包括手动控制，自动控制模式，使其操作更强，便于企业各类人员操作，另外，该系统的手动控制模式，也使生产设备的检测和维护更加方便。

关键字 PLC，大小球分拣，机械臂

第一章 课程设计要求及任务
1.1设计要求
1．大、小分拣传送机械示意图

2. 控制要求：
（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）有起动按钮和停止按钮控制运行，设停止时机械臂必须已回到原点。
（3）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）。
（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” ）。
1.2设计任务
1、根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括主电路、控制电路及PLC硬件配置电路。
2、根据控制要求，编制PLC应用程序。
3、编写设计说明书，内容包括：
① 设计过程和有关说明。
② 基于PLC的电气控制系统电路图。
③ PLC控制程序（梯形图和指令表）。
④ 电器元器件的选择和有关计算。
⑤ 电气设备明细表。
⑥ 参考资料、参考书及参考手册。
⑦ 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
第二章 系统总体方案设计
2.1大、小球分拣传送机械系统的功能
大小球分拣传送机械的控制功能要求为：
1）原位：机械手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，同时机械手处于放松状态和球槽内有球（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，机械手下降，经过2s后机械手一定会碰到球。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，则一定是打球。
3）机械手吸住球后就提升，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）机械手下降，当碰到下限开关LS2时，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）释放后机械手提升，碰到上限开关LS3后，左行。
7）左行至碰到左限开关LS1时停下来，至此，一个工作循环结束。
2.2大、小球分拣传送机械系统的结构
大小球分拣传送机械的工作示意图如图2-1所示。

图2-1 大小球分拣传送机械的工作示意图
2.3 大、小球分拣传送机械的设计思想
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，极限开关断开。
启动装置后，捡球装置下行，一直到极限开关闭合。此时。若碰到的是小球，则压力传感器仍为断开状态；若碰到的是大球，则压力传感器闭合状态。
吸起小球后，则捡球装置向上行，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）后，再向下行，碰到下限位开关后，将小球释放到小球箱里，然后返回到原位。
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）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。
2.4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成,其主电路就是电动机的正反转电路。主电路电路图如图2-2所示。主电路采用两个电动机、四个接触器即正转接触器QA1（QA3）和反转接触器QA2(QA4)控制。当接触器QA1（QA3）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QA1（QA3）的三对主触头断开，接触器QA2(QA4)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2-2主电路电路图

2.5 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13个，分别为I0.0-I1.4;输出点有5个，分别为Q0.0-Q0.4 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。

2.6 确定电器元件I/O分配表
S7—200系列（CPU--224）PLC有14DI/10DO，本次设计只需13个输入，5个输出，具体I/O分配表如表2-1。
输入地址
对应的外部设备
输出地址
对应设备的操作
I0.0
设备的启动按钮
Q0.0
机械臂上升
I0.1
上移限位开关
Q0.1
机械臂下降
I0.2
下移限位开关
Q0.2
机械臂左行
I0.3
左移限位开关
Q0.3
机械臂右行
I0.4
大小球的选择开关
Q0.4
机械臂吸球/放球
I0.5
小球的选择开关
定时器
定时时间
I0.6
大球的限位开关
T37
2S
I0.7
设备的停止按钮
T38
2S
I1.0
连续运行按钮

I1.1
单周期运行按钮

I1.2
单不运行按钮

I1.3
回原点运行

I1.4
单步运行的辅助按钮

表2-1 I/O分配表
2.7控制系统的接线图
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，输入端分两组共十四个接口，输出端共四个接口，具体如图2-3。

图2-3 机械臂分拣大、小球控制的I/O接线图
第三章 控制系统设计
3.1大、小球分拣传送机械的运行流程
根据要求，该控制流程根据吸住的是（大球、小球）有两个分支，此处应为分支点，且属于选择性分支。分支在机械臂下降之后根据接近开关的通断，分别将球吸住、上升、右行到LS4 或 LS5 处下降，此处应为汇合点。然后再释放、上升、左移到原点。
1）当按下SM0.1时，M0.0得电，如果转换条件满足，M0.1得电捡球装置下降捡球平板.
2）当下降的捡球平板碰到下限开关LS2时，M0.2得电，停止下降，捡球装置给平板处的电磁线圈（QA）通电，捡球平板产生电磁吸力吸住钢球.
3）此时压力感应器I0.4用来判断是吸住的大球还是小球.
4）如果压力感应器I0.4的输出断开，说明吸住的是小球，而如是闭合的，则说明吸住的是大球。
5）当吸住钢球后，M0.3得电捡球平板上升，碰到上限开关后开始右行，I0.5为小球位限位开关，I0.6为大球位限位开关，在右行的过程中，如果吸住的是大球，M0.6得电，则要到碰到I0.6才停止右行，M0.7得电，下降到下限开关位置，M1.0得电，断电释放钢球，然后M1.0得电上升到上限开关位置停止上升，M1.2得电，开始左行，碰到左极限停止左行；而如果是吸住的小球，则在右行的时候碰到I0.5就停止右行，M0.7得电，下降到下限开关出停止下行，M1.0得电，断电释放钢球，
6）然后上升到上极限位置停止上升，M1.2得电，开始左行，到左极限停止左行，吸球时间T37为2s，释放球时间T38也为2s）
7）当将旋钮开关I1.0后，系统由开始捡球到放球，返回再次开始捡球，如此循环不断的进行捡球和放球的过程，直到按下停止按钮，系统才停下来不工作。
8）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。
3.2大、小球分拣传送机械控制程序流程图
小球
开始
初始状态
在原点？
下降
大小球选择
启动开关
吸球 延时
时间到？
上升
到上限？
右移
到小球限？
吸球 延时
时间到？
上升
到上限？
右移
到大球限？
下降
到下限？
放球 延时
时间到？
上升
到上限？
左移
到左限？
结束
大球
单周期运行
连续运行
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y

3.3大、小球分拣传送机械控制程序的梯形图

3.4大、小球分拣传送机械控制程序的语句表
// 网络1 程序启动
LD SM0.1
S M0.0, 1
// 网络2 机械手回到原点判断
LD M0.0
A I0.0
A I0.1
A I0.3
AN M2.0
S M0.1, 1
// 网络3 机械手下行判断
LD M0.1
A I0.2
AN M2.0
S M0.2, 1
R M0.1, 1
TON T37, 20
// 网络4 大小球选择 延时2s（小球）
LD M0.2
A T37
AN I0.4
AN M2.0
S M0.3, 1
R M0.2, 1
// 网络5 机械手上行判断
LD M0.3
A I0.1
AN M2.0
S M0.4, 1
R M0.3, 1
// 网络6 机械手右行至小球判断
LD M0.4
A I0.5
AN M2.0
S M0.7, 1
R M0.4, 1
// 网络7 大小球选择（大球）
LD M0.2
A T37
A I0.4
AN M2.0
S M0.5, 1
R M0.2, 1
// 网络8 机械手上行判断
LD M0.5
A I0.1
AN M2.0
S M0.6, 1
R M0.5, 1
// 网络9 机械手右行至大球判断
LD M0.6
A I0.6
AN M2.0
S M0.7, 1
R M0.6, 1
// 网络10 小球 机械手下行判断
LD M0.7
A I0.2
AN M2.0
S M1.0, 1
R M0.7, 1
TON T38, 20
// 网络11 延时2s
LD M1.0
A T38
AN M2.0
S M1.1, 1
R M1.0, 1
// 网络12 机械手左行返回判断
LD M1.1
A I0.3
AN M2.0
S M1.2, 1
R M1.1, 1
// 网络13 机械手返回原点 连续运作
LD M1.2
A I1.0
A I0.3
AN M2.0
S M0.0, 1
R M1.2, 1
// 网络14 机械手单周期运行
LD M1.2
A I1.1
A I0.3
AN M2.0
S M0.0, 1
R M1.2, 1
// 网络15 机械手上升
LD M0.1
O M0.7
= Q0.0
// 网络16 机械手吸球
LD M0.2
S Q0.4, 1
// 网络17 机械手上行
LD M0.3
O M0.5
O M1.1
= Q0.0
// 网络18 机械手右行
LD M0.4
O M0.6
= Q0.3
// 网络19 机械手放球
LD M1.0
R Q0.4, 1
// 网络20 机械手左行
LD M1.2
= Q0.2
// 网络21 单周期运行和点动控制
LD I1.2
AN I1.4
= M2.0
// 网络22 机械手返回原点（上行）
LD I1.3
O Q0.0
AN I0.1
= Q0.0
// 网络23 机械手返回原点（左行）
LD I0.1
AN I0.3
= Q0.2
// 网络24 停止
LD I0.7
R M0.1, 1
S M0.0, 1

第四章 结束语

短短一个星期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。
在这次设计中，发现自己还有好多不，课本的知识还有好多没有详细的了解，真正体会了实践是验证真理的唯一标准，设计中还有好多软件不会运用，不太熟悉。
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。
通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次课程设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。特别是老师的态度给我启发不小。在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此

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] 《简明维修电工手册》 机械工业出版社,1993
[3] 赵金荣主编.《可编程序控制器原理及应用》 上海应用技术学院
[4] 易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》上海科普出版社
[5] 方承远主编.《工厂电气控制技术》 机械工业出版社
[6] 王永华主编.《现代电气及可编程技术》 机械工业出版社
[7] 汤以范主编.《电气与可编程序控制器技术》 机械工业出版社