大小球分拣传送机械PLC控制梯形图的设计与调试.docx

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大小球分拣传送机械PLC控制梯形图的设计与调试

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。

③PLC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-Q0.4I/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2-1I/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

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

LDSM0.1

SM0.0,1

//网络2机械手回到原点判断

LDM0.0

AI0.0

AI0.1

AI0.3

ANM2.0

SM0.1,1

//网络3机械手下行判断

LDM0.1

AI0.2

ANM2.0

SM0.2,1

RM0.1,1

TONT37,20

//网络4大小球选择延时2s（小球）

LDM0.2

AT37

ANI0.4

ANM2.0

SM0.3,1

RM0.2,1

//网络5机械手上行判断

LDM0.3

AI0.1

ANM2.0

SM0.4,1

RM0.3,1

//网络6机械手右行至小球判断

LDM0.4

AI0.5

ANM2.0

SM0.7,1

RM0.4,1

//网络7大小球选择（大球）

LDM0.2

AT37

AI0.4

ANM2.0

SM0.5,1

RM0.2,1

//网络8机械手上行判断

LDM0.5

AI0.1

ANM2.0

SM0.6,1

RM0.5,1

//网络9机械手右行至大球判断

LDM0.6

AI0.6

ANM2.0

SM0.7,1

RM0.6,1

//网络10小球机械手下行判断

LDM0.7

AI0.2

ANM2.0

SM1.0,1

RM0.7,1

TONT38,20

//网络11延时2s

LDM1.0

AT38

ANM2.0

SM1.1,1

RM1.0,1

//网络12机械手左行返回判断

LDM1.1

AI0