PLC大小球分拣系统.docx
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PLC大小球分拣系统
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，采用三菱公司的FX2N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
第一章概述
1.1设计介绍------------------------------------------3
1.2控制要求------------------------------------------3
1.3PLC的定义---------------------------------------3
1.4PLC的工作原理---------------------------------4
1.5PLC控制系统设计的原则和内容------------
-----------------------------------------------------5
第二章硬件设计
2.1系统的功能----------------------------------------6
2.2大小球分拣系统的结构-------------------------6
2.3I/O编址及工作框图-----------------------------7
2.4大小球分拣的设计思想-------------------------7
2.5电路设计及I/O接线方式-----------------------8
第三章软件设计
3.1顺序流程图---------------------------------------9
3.2梯形图---------------------------------------------10
3.3程序指令表---------------------------------------11
第四章软硬件调试
4.1程序调试-----------------------------------------13
4.2使用说明-----------------------------------------13
4.3设计感想-----------------------------------------13
心得体会
----------------------------------14
参考文献
----------------------------------15
第一章概述
1.1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。
1.2控制要求
本次设计的大、小球分类选择传送PLC控制系统的机械臂起始位置在机械原点，为左限、上限并有显示；通过起动按钮和停止按钮控制运行，停止时机械手臂运行完本次吸球及放球整套动作然后回到原点;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（X5）和大球右限（X6）之分，下降时，当电磁铁压着大球时下限开关X3断开，压着小球时下限开关X3接通。
1.3PLC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。
1.4PLC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。
1.5PLC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
2.1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LS3及左限开关LS1压合，这时原位显示亮，表示准备就绪。
2）按下启动按钮X0后，机械手下降，到接近开关PS0时，开始吸球：
当压着大球时，下限开关LS2断开；压着小球时，下限开关LS2接通，此处延时50秒。
3）机械手吸住球后就提升，碰到上限开关LS3.和LS1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LS6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，开始下移，进入第二个循环中。
2.2大小球分拣系统的结构
机械手分拣大小球的工作示意图如图
（1）所示
图
（1）
2.3I/O编址及工作框图
输入地址
对应的外部设备
输出地址
对应设备的操作
X0
启动按钮
Y0
机械臂下降
X1
接近开关PS0
Y1
机械臂吸球
X2
上移限位开关LS3
Y2
机械臂上升
X3
下移限位开关LS2
Y3
机械臂右行
X4
左限位LS1
Y4
机械臂左行
X5
小球右限开关LS4
Y5
机械臂放球
X6
大球右限开关LS5
Y6
原点显示
定时器
定时时间
T1
5秒
T2
2秒
2.4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，原点显示。
2）启动装置后，捡球装置下行，一直到接近开关闭合。
此时。
若碰到的是小球，则下限开关LS2接通状态；若碰到的是大球，则下限开关LS2断开状态。
3）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。
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，然后返回到原位。
2.5电路设计及I/O接线方式
主电路图图
（2）
I/O接线图图（3）
第三章软件设计
3.1顺序流程图
顺序流程图（4）
3.2梯形图
3.3程序指令表
第四章软件硬件调试
4.1程序调试
4.1.1基本指令顺序控制程序
（1）将梯形图程序输入到计算机
（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）将顺序功能图转换为梯形图输入到计算机。
（2）对程序进行调试运行。
启动连续运行方式按钮，观察机械手是否连续运行。
（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）将控制程序输入到计算机。
（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。
4.2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，X0为启动、停止按钮，X4为左限行程开关，X5为小球右限行程开关，X2为上限行程开关，X3为下限行程开关，X6为大球右限行程开关。
4.3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FX2N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。
通过这次综合实践，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
一周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。
参考文献
[1]周亚军张卫编著.《电气控制与PLC原理及应用》.西安电子科技大学出版社，2010
[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
[8]刘顺禧.电气控制技术.北京：
北京理工大学出版社，2000
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