机械手分拣大小球毕业设计.docx
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机械手分拣大小球毕业设计
滁州职业技术学院机电系
毕业设计
GRADUATIONDESIGN
题目：
基于PLC控制的分捡系统
控制程序设计
系部：
机电工程系
班级：
机电一体化（6）班
姓名：
刘亚洲
学号：
601
指导老师：
冯巧红
设计时间：
摘要
机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，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捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用OMRON公司的CPMIA-20CDR-A-V1系列PLC，对机械手的上下、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：
机械手、PLC、大小球
致谢
本设计从选题到完成，每一步都是冯巧红老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。
在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
今天终于可以顺利的完成毕业设计的谢辞了，想了很久，要怎样写下这一段谢词。
求学期间的点点滴滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，大学三年的努力与付出，随着毕业设计的完成，终于让大学的生活，得以划下了完美的句点。
毕业设计得以完成，要感谢的人实在太多了，首先要感谢指导老师，因为毕业设计是在冯老师的悉心指导下完成的。
冯老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深深。
在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，毕业设计提纲的确定，中期毕业设计的修改，后期毕业设计格式调整等每一步都是在冯老师的悉心指导下完成的。
冯老师指引我的毕业设计的写作的方向和架构，并对本毕业设计初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给了我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。
同时，毕业设计的顺利完成，离不开其他各位老师、同学和朋友的关心和帮助。
在整个的毕业设计写作中，各位老师、同学和朋友积极帮助我查资料和提供有利于毕业设计写作的建议和意见，在他们的帮助下，毕业设计得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个毕业设计。
另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是毕业设计得以完成的基础。
感谢所有给我帮助的老师和同学，谢谢你们！
第一章概述---------------------------------------------------1
设计介绍---------------------------------------------------1
控制要求---------------------------------------------------1
PLC的定义--------------------------------------------------1
PLC的工作原理----------------------------------------------2
PLC控制系统设计的原则和内容--------------------------------3
第二章硬件设计----------------------------------------------4
系统的功能--------------------------------------------------4
大小球分拣系统的结构---------------------------------------4
大小球分拣系统的分析图--------------------------------------5
I/O编址及工作框图------------------------------------------5
大小球分拣的设计思想---------------------------------------5
电路图和液压图-------------------------------------------6
I/O接线方式------------------------------------------------7
第三章软件设计-----------------------------------------------8
流程图------------------------------------------------------8
梯形图------------------------------------------------------9
程序指令表-------------------------------------------------11
第四章软硬件调试-------------------------------------------13
程序调试---------------------------------------------------13
使用说明---------------------------------------------------13
设计感想--------------------------------------------------13
心得体会----------------------------------------------------------14
参考文献----------------------------------------------------------15
第一章概述
设计介绍
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控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的提高，为了最大限度地满足被控对象和产生过程的控制要求。
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，使用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，使其操作性更强，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。
控制要求
1、系统开机运行后，自动检测分捡杆是否在原始位置（电磁铁Y4失电、SQ1和SQ4压合）。
若不在原始位置，则自动调整到原始位置。
2、分捡杆必须位于原始位置时系统才能启动，启动后的工作流程如图所示。
3、磁铁下降碰球过程时间为2s，大球还是小球由SQ5的状态判定。
考虑到工作的可靠性，规定磁铁吸牢和释放铁球的时间为1s。
4、分捡杆的垂直运动和横向运动不能同时进行。
PLC的定义
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC
PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。
为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义
“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。
用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。
一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。
”以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”
总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。
但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
PLC的工作原理
PLC的工作原理：
电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：
噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
（二）用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
（三）输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是PLC的真正输出。
PLC控制系统设计的原则和内容
PLC的选择除了应满足技术指标的要求外，还应着重考虑产品的技术支持与售后服务等情况。
最大限度地满足被控对象或产生过程的控制要求。
对于一些原来用继电接触器线路不易实现的要求，使用PLC后，将很容易实现。
在满足控制要求前提下，力求使控制简单、经济、操作和维护方便。
对一些过去较为繁琐的控制可利用PLC的特点加以简化，通过内部程序化外部接线及操作方式。
保证控制系统的安全、可靠。
同时采取“软件兼施”的办法。
考虑到生产的发展和工艺的改进，选择PLC容量及I/O点数时，应适当留有裕量。
一个系统完成后，往往会发现一些原来没有考虑到的问题，或者新提出的问题，如果事先留有裕量。
则PLC系统极易修改。
同时对日后系统工艺的变更提供方便。
当然对于不同的用户，要求的侧重点不同，设计的原则也应有所区别，如果以提高产品和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点，设置考虑采取冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化；如果系统工艺经常变更，则事先充分考虑。
第二章硬件设计
系统的功能
机械手分拣大小球的控制功能要求为：
1）原位：
机械手原始状态为左上角原位处，即上限开关SQ4及左限开关SQ1压合，这时原位灯亮，表示准备就绪。
2）按下启动按钮0001后，机械手下降，延时2秒，开始吸球：
当压着大球时，下限开关SQ5断开；压着小球时，下限开关SQ5接通，此处延时1秒。
3）机械手吸住球后1秒就提升，碰到上限开关SQ4.和SQ1后就右行。
4）如果是小球，则右行到SQ2处；如果是大球，则右行到SQ3处。
5）机械手下降，当碰到下限开关SQ5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1秒机械手提升，碰到上限开关SQ4后，左行。
7）左行至碰到左限开关SQ1时，等待再次启动。
大小球分拣系统的结构图
机械手分拣大小球的工作示意图如图
（1）所示
图
（1）
大小球分拣系统的分析图
I/O编址及工作框图
地址
对应的外部设备
地址
对应设备的操作
输
入
0000
启动按钮（SB1）
0003
大球右限开关（SQ3）
0001
左限位开关（SQ1）
0004
上移限位开关（SQ4）
0002
小球右限开关（SQ2）
0005
下移限位开关（SQ5）
输
出
0500
机械手向左移Y0（KM1）
0503
机械手向下移Y3（KM4）
0501
机械手向右移Y1（KM2）
0504
电磁铁（YA）
0502
机械手向上移Y2（KM3）
0505
原位指示灯HL
大小球分拣的设计思想
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，原点灯亮。
若不是则自动调整到原始位置。
2）启动装置后，分捡杆下行。
此时。
若碰到的是小球，则下限开关SQ5接通状态；若碰到的是大球，则下限开关SQ5断开状态，磁铁下降碰球过程时间为2s，两秒后吸球。
3）1秒后磁铁吸起小球，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，1秒后返回到原位。
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）后，再向下行，碰到下限位开关后，将大球释放到小球箱里，1秒后返回到原位。
电路图
I/O接线图
根据系统总方框图和设计要求，选用OMRON-CPMIA-20CDR-A-V1型号，共有20点CPU，12个输入接线口和8个输出接线口。
基于PLC机械手分拣大小球控制系统的外部接线图如图下图所示。
SB1是点动开关，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5是限位开关，是外部输入设备。
机械手分拣大小球控制系统用SB1启动，按下启动按钮相应的设置就导通。
其中，输入采用的是汇点式，共接两个COM端子，电源由PLC内部电源提供。
0500、0501表示电动机正反转接触器线圈，0502、0503表示液压系统的电磁阀线圈，0504表示电磁铁的线圈，0505表示原位灯。
0500、0501、0502、0503、0504、0505共用两个COM端子，而输出共用一个电源。
根据I/O的通道分配，其I/O如图所示
第三章软件设计
流程图
梯形图
程序指令
地址
指令
数据
地址
指令
数据
0000
LD
1815
0038
ANDNOTTIM
03
0001
OR
1000
0039
TIM
01
0002
ANDNOT
0000
#0010
0003
OUT
1000
0040
LD
0002
0004
LD
0001
0041
AND
1007
0005
AND
0004
0042
OR
0003
0006
OUT
1001
0043
AND
0005
0007
LD
1000
0044
OUT
1006
0008
OR
0502
0045
TIM
02
0009
ORTIM
01
#0010
0010
ORTIM
02
0046
LD
0005
0011
ORTIM
04
0047
OR
1007
0012
ANDNOT
0004
0048
AND
0504
0013
ANDNOT
0503
0049
OUT
1007
0014
OUT
1002
0050
LD
0005
0015
LDNOT
0504
0051
ANDNOT
0002
0016
ANDNOT
0001
0056
ANDNOT
0003
0017
AND
0004
0057
ORTIM
00
0018
OUT
1003
0058
OR
1005
0019
LD
0000
0059
ANDNOT
1006
0020
AND
0001
0060
OUT
1005
0021
AND
0004
0061
TIM
03
0022
LD
0002
#0010
0023
AND
1006
0062
LD
0002
0024
AND
0504
0063
AND
0005
0025
ORLD
0064
TIM
04
0026
LD
0003
#0010
0027
AND
0504
0065
LDNOT
1007
0028
ORLD
0066
ANDNOT
0003
0029
OR
1004
0067
LD
1007
0030
ANDNOTTIM
OO
0068
AND
0002
0031
AND
0005
0069
ORLD
0032
OUT
1004
0070
AND
0504
0033
LD
0503
0071
AND
0004
0034
ANDNOT
0002
0072
OUT
1008
0035
ANDNOT
0003
0073
LD
1001
0036
TIM
00
0074
OUT
0505
#0020
0075
LD
1002
0037
LD
0504
0076
OUT
0502
0077
LD
1003
0082
OUT
0504
0078
OUT
0500
0083
LD
1008
0079
LD
1004
0084
OUT
0501
0080
OUT
0503
0085
END
0081
LD
1005
第四章软件硬件调试
程序调试
4.1.1基本指令顺序控制程序
（1）将指令语句输入到TVT90学习机里。
（2）对程序进行调试运行
（3）记录程序调试的结果
4.1.2基本指令与步进指令控制程序
（1）将梯形图转换为指令语句输入到TVT90学习机里。
（2）对程序进行调试运行。
启动按钮，观察机械手是否运行。
（3）记录调试程序的结果。
4.1.3基本指令、初始状态指令配合步进指令顺序控制程序
（1）将控制程序输入到TVT90学习机。
（2）对程序进行调式运行与基本指令顺序控制的相同。
（3）记录调试程序的结果。
使用说明
本设计采用多种控制模式来来实施对被控对象的控制，0000为启动、停止按钮，SQ1为左限行程开关，SQ2为小球右限行程开关，SQ4为上限行程开关，SQ5为下限行程开关，SQ3为大球右限行程开关。
设计感想
通过本次课程设计，对我们以前的学习进行了一个验证。
本次设计中，主要用OMRON系列PLC机械臂在大小球分拣系统进行控制。
使我了解了PLC机械臂在大小球分拣系统的工作原理，首次学习了一些机械臂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。
通过这次毕业设计，我更加看清了自己的不足之处。
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。
在实践的基础上，不仅巩固了理论知识，也提高了将所学知识实际应用的能力，对PLC有了新的认识。
心得体会
一月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。
通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。
为了搞好这次毕业设计，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。
特别是老师严谨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。
通过合作，我们的合作意识得到加强。
合作能力得到提高。
上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。
在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说明自己的想法。
能过比较选出最好的方案。
在这过程也提高了我们的表过能力。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。
做事要学思结合
参考文献
[1].高钦和《可编程控制器应用技术与设计实例》北京:
人民邮电出版社，2005
[2].胡学林《可编程控制器应用技术》[m]北京：
高等教育出版
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