大小球分类选择传送PLC控制.docx
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大小球分类选择传送PLC控制
大、小球分类选择传送PLC控制
摘要
机械手的优越性正在进一步被人们了解，他能替代人的劳动并能达到生产要求，通过一系列的程序，来完成生产过程的控制，大大改善工人的劳动条件，减轻劳动者的工作强度，进一步加快实现生产过程的机械化和自动化的步伐，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，尤其是在高温，高压，粉尘、噪音的环境，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：
机械臂，PLC，大小球，自动控制
目录
第一章概述
1.1设计介绍……………………………………………
1.2控制要求……………………………………………
1.3PLC介绍……………………………………………
第二章硬件设计
2.1PLC的选择…………………………………………
2.2按钮和行程开关的选择……………………………
2.3接近开关、转换开关、刀开关的选择……………
2.4时间继电器、接触器的选择………………………
2.5熔断器、电动机的选择……………………………
2.6电磁阀的选择………………………………………
2.7电路设计及I/O接线方式…………………………
第三章软件设计
3.1程序设计……………………………………………
3.2程序分析……………………………………………
第四章结论
4.1程序调试……………………………………………
4.2使用说明……………………………………………
4.3设计感想……………………………………………
参考文献…………………………………………………
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（X1）和大球右限（X4）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X2接通。
1.3PLC介绍
PLC（ProgrammableLogicController）即可编程控制器，是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的产品，逐渐发展一微处理器为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动装置。
它有可编程性，且编程灵活简单，有在恶劣环境下工作的高抗干扰能力。
而且其体积小、重量轻、廉价等特点，在工业控制应用上越来越广泛。
第二章硬件设计
2.1PLC的选择
选择PLC，应该在PLC机型、容量及I/O点数等方面注意。
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，所以应适当留有裕量，如果事先留有余量。
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埋，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。
2.2按钮和行程开关的选择
（1）按钮的选择原则：
1）根据使用场合，选择控制按钮的种类。
2）根据用途，选用合适的型式。
3）按控制回路的要求，确定不同的按钮数。
4）按工作状态指示和工作情况的要求选择按钮及指示灯的颜色。
（2）行程开关的选择：
行程开关的分类：
直动式，滚动式和微动式三种。
直动式行程开关的优点是结构简单，成本低，但容易烧蚀触头。
滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺点，但其结构复杂，价格也较高，所以选择微动式行程开关体积小，动作灵敏，适用于小型机构中使用。
2.3接近开关、转换开关、刀开关的选择
（1）接近开关的选择：
接近开关是一种对接近它的物体有“感知”能力的元件一位移传感器，利用传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。
在设计中，接近开关PS0用于检测是否有球，SBl-SB5分别用于传送机械手上下左右运动的定位。
接近开关分为霍尔接近开关，超声波接近开关，高频振荡式接近开关，霍尔接开关用于检测磁场，一般用磁场钢作为被检测体。
超声波接近开关适用检测不能或不可触及的目标，其控制功能不受声、电、关等因素干扰，检测物体可以是固体、液体、或粉末状态的物体，只要能反射波用的电子装置及调节检测范围用的程控桥式开关等几个部分组成，高频振荡式接近开关用于检测各种金属，主要由高频振荡器，集成电路晶体管放大器和输出器三部分组成。
（2）转换开关的选择：
转换开关是一种多档位，多触点，能够控制多回路的主令电器，可以用于控制小容量电动机的启动、换向、调速、正反转控制等，常用的万能转换开关有LW2、LW5、LW6、LW8等系列，在设计机械手大小球分选系统中操作方式有手动，单周期，连续。
（3）刀开关的选择：
刀开关是一种手动电器，为了简单，方便，选择HD型单投刀开关，分为1级，2级，3级。
2.4时间继电器、接触器的选择
（1）时间继电器的选择：
时间继电器在控制电路中用于时间的控制，有JS23，JS27A，JSK口，7PR，SS-18等系列的时间继电器。
（2）接触器的选择：
接触器的选型要求：
1）根据负载性质选择接触器类别，一般交流负载选择交流接触器，直流负载选择直流接触器。
2）根据被控电路电流大小和使用类别选择接触器的额定电流。
3）根据被控电路电压等级来选择接触器的额定电压。
4）根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。
2.5熔断器、电动机的选择
（1）熔断器的选择：
熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路，熔断器具有结构简单，体积小，重量轻，使用维护方便，价格低廉，分断能力较高，限流能力良好等优点，熔断器有NT、RT、RL、RLS2、FA4等型式的熔断器，RT系列为有填封闭管式熔断器，可在500V以下交流系统中作过载及短路保护用，这种熔断器为螺栓连接，可直接连在母线排上，尤其适合开关熔断器组选用，RT15型熔断器最大额定电流400A，额定分断能力100KA。
（2）电动机的选择：
电动机是选交流的，而电动机分为异步电动机和同步电动机两大类，异步电动机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。
由于异步电动机具有结构简单，制造，使用方便，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得到广泛应用。
2.6电磁阀的选择
电磁阀的分类：
国内外的电磁阀从原理上分为三大类（即：
直动式、分步童先导式），而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类（直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构）。
电磁阀的优点：
耐高温电磁阀是间接先导式平衡电磁阀，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用范围广等。
2.7电路设计及I/O接线方式
主电路图如图2—1所示。
图2-1主电路图
I/O地址分配表如表2—1所示
表2-1I/O地址分配表
输入
输出
X0
左限位
Y0
左移动作
X1
右限位（小球）
Y1
右移动作
X2
上限位
Y2
上移动作
X3
下限位
Y3
下移动作
X4
右限位（大球）
Y4
抓球动作
X5
循环模式开关
Y7
原点指示
X10
启动开关
X11
手动模式选择开关
X12
自动模式选择开关
X13
手动模式抓球动作
X14
手动模式放球动作
X15
手动模式上移动作
X16
手动模式下移动作
X17
手动模式右移动作
X20
停止按钮
X21
手动模式左移动作
I/O接线图如图2-2所示。
图2-2I/O接线图
第三章软件设计
3.1程序设计
3.1.1工作流程图
工作流程图如图3-所示。
图3-1工作流程图
3.1.2顺序功能图
顺序功能图如图3-2所示。
图3-2顺序功能图
3.1.3梯形图
梯形图如图3—3所示。
图3-3梯形图
3.1.2程序指令表
程序指令表如下。
3.2程序分析
当电路接通后，M8002产生触发脉冲使系统初始化。
机械臂处于原点，原点指示灯Y7亮，按下启动按钮X10,系统进入模式选择状态，当按下X11，系统选择为手动模式，按下X12选择自动模式，如进入手动模式，系统通过按钮对各部动作进行操作，将停止按钮X20的常开触点接入，用于完成手动模式下的回原点动作，当进入自动模式时，系统开始运行，机械臂下降，通过机械臂是否达到下限位来判断所抓取球的类型，当接近开关闭合而下限位开关未动作时，那么可以判断是大球，电磁阀通电后延时2秒，吸球后机械臂上升至上限后右行，然后到了大球右限X4下降，到下限后电磁阀断电放球，延时2秒后原路返回，然后继续周而复始地运行。
若是接近开关闭合的同时下限位开关也动作，那么判断是小球，机械臂运行至小球右限再下降放球。
若要停止，只需将开关X20断开即可（X20的初始状态是常闭的），这样当本个动作周期完成后便不会跳转到下一个周期了，然后待机械臂回到原点时切断总电源即可。
另外，该设计在自动模式中还包括了单周期，连续及回初始状态等运行方式，通过X5的常开与常闭触点来实现运行方式间的转换。
第四章结论
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
将模式转换开关SA旋至各个挡，通过操作，观察机械手运动情况。
（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，SB0为启动按钮，SB2为停止按钮，SQ1为左限行程开关，SQ2为小球右限行程开关，SQ3为上限行程开关，SQ4为下限行程开关，SQ5为大球右限行程开关，SB1为自动模式下运行方式选择开关，SB3为手动模式选择开关，SB4为自动模式选择开关，SB4—SB10为手动模式下的抓球、放球、上移、下移、右移、左移控制开关，以上为使用说明，操作人员可根据此说明进行操作。
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。
参考文献
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