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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


目 录
................................................ 摘要 ................................................ 2 第一章 PLC 应用系统设计基础知识 ..................... 3

控制系统设计的原则和内容。 1.1 PLC 控制系

统设计的原则和内容。 .................... 3 ........................................ 1.2 PLC 的选型 ........................................ 3
.................................... 1.2.1 性能与任务相适应 .................................... 4 1.2.2 PLC 的处理速度应满足时实控制的要求 ................... 4 1.2.3 PLC 应用系统结构合理、机型系列应统一 ................. 4 应用系统结构合理、

在大小球的分拣系统中的设计............ .....5 第二章 PLC 在大小球的分拣系统中的设计............ .....5
系统的功能....................................... .......................5 2.1 系统的功能.......................................5 大小球分拣系统的结构............................ ............................5 2.2 大小球分拣系统的结构............................5 编址及工作框图................................ ................................6 2.3 I/O 编址及工作框图................................6 大小球分拣的设计思想............................7 ............................ 2.4 大小球分拣的设计思想............................7 机械手分拣球控制系统的接线图..................... .....................8 2.5 机械手分拣球控制系统的接线图.....................8

第三章机械手分拣大小球系统的控制程序.................9 第三章机械手分拣大小球系统的控制程序.................9 机械手分拣大小球系统的控制程序.................
机械手分拣大小球控制的程序流程图................. ................ 3.1 机械手分拣大小球控制的程序流程图.................9 机械手分拣大小球控制程序的梯形图...............10 3.2 机械手分拣大小球控制程序的梯形图...............10

总结..........................................17 .......................................... 第四章 总结..........................................17 致谢......................... .............18 致谢................................... .............18 ........................ 参考文献............................................ 参考文献............................................19 ......................... ........

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,采用的德国西门子 S7-200 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、 关键词:机械手、 PLC、 大小球

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第一章

PLC 应用系统设计基础知识

PLC 应用系统设计主要包括硬件设计、软件设计、施工设计和安装调试等内 容。本课程设计着重在系统设计和程序设计。

控制系统设计的原则和内容。 1.1 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。

1.2 PLC 的选型
在满足控制要求的前提下,选型时应选择最佳的性能价格比,具体考虑以 下几点。 1.2.1 性能与任务相适应 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

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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 4 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,一组成一个分布式的控制系统。 1.2.2 PLC 的处理速度应满足时实控制的要求 PLC 工作时,从输入信号控制存在着滞后现象,即输入量的变化,一般要在 1~2 个扫描周期之后才能反映到输出端,这对于一般工业控制是允许的。但有 些设备的实时性要求教高,不允许有教大的滞后时间。例如,PLC 的 I/O 点数在 几十到几千点范围内, 这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差 别。滞后时间应控制在几十毫秒之内,应小于普通继电器的动作时间。 应用系统结构合理、 1.2.3 PLC 应用系统结构合理、机型系列应统一 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。 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。

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第二章 PLC 在大小球的分拣系统中的设计
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,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 大小球分拣系统的结构
机械手分拣大小球的工作示意图如图 1.1 所示。
LS1 左限 原点 显示 LS3 上限 LS4 右限 LS5 右限

M

+

左行

右行

+

上行 当吸住大球时,活塞未达 到下限位置,LS2不动作 下行 LS2 下限 电磁铁


PS0 接近 开关



图 1.1

机械手分拣大小球的工作示意图

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2.3 I/O 编址及工作框图
输入地址 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 对应的外部设备 设备的启动按钮 上移限位开关 下移限位开关 左移限位开关 大小球的选择开关 小球的选择开关 大球的限位开关 设备的停止按钮 连续运行按钮 单周期运行按钮 单不运行按钮 回原点运行 单步运行的辅助按 钮 输出地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 定时器 T37 T38 对应设备的操作 机械臂上升 机械臂下降 机械臂左行 机械臂右行 机械臂吸球/放球 定时时间 2S 2S

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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,极限开 关断开。 2) 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。 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。

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2.5 机械手分拣球控制系统的接线图

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第三章 机械手分拣大小球系统的 PLC 程序
3.1 机械手分捡大小球控制程序流程图
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光 (X0) 的通断, 分别将球吸住、上升、右行到 SB4 或 SB5 处下降,此处应为汇合点。然后再释 放、上升、左移到原点。

当按下 SM0.1 时,S0.0 得电,如果转换条件满足,S0.1 得电捡球装置下降 捡球平板,当下降的捡球平板碰到下限开关 SB2 时,S0.2 得电,停止下降,捡 球装置给平板处的电磁线圈(KM)通电,捡球平板产生电磁吸力吸住钢球,此时 压力感应器 I0.4 用来判断是吸住的大球还是小球, 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。 当吸住钢球后,
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S0.3 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,S0.6 得电,则 要到碰到 I0.6 才停止右行,S0.7 得电,下降到下限开关位置,S1.0 得电,断电 释放钢球, 然后 S1.0 得电上升到上限开关位置停止上升, S1.2 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,S0.7 得电,下降到下限开关出停止下行,S1.0 得电,断电释放钢球,然 后上升到上极限位置停止上升,S1.2 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) 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。 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 机械手分拣大小球控制程序的梯形图

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第四章 总结

短短两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。 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

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致谢

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题, 锻炼实践能力的重要环节,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。我开 始先认真审题,考虑设计系统的要求及条件,之后多方收集相关资料并截选,再 与同学交流、请教司老师。 回顾起此次西门子 plc 课程设计,令我仍感慨颇多。三个多星期的时间里, 付出了不少时间和精力,努力地查找资料、绘制电路图等,但学到了很多很多东 西。同时,不仅巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到 过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理 论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,才能提高自己 的思维能力。在设计的过程中常遇到问题,可以说是困难重重,第一次做此类设 计, 难免会遇到过各种各样的问题, 同时在设计的过程中发现了自己的不足之处, 对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。这次课程设计之后,一 定把以前所学过的知识重新巩固。 通过本次课程设计,我在司老师的精心指导和严格要求下,获得了丰富的理 论知识,极大地提高了实践能力,这对我今后进一步学习这方面的知识有极大的 帮助。在此,忠心感谢司老师的指导和同学的帮助。

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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 机械工业出版社 机械工业出版社

[6] 王永华主编.《现代电气及可编程技术》

[7] 汤以范主编.《电气与可编程序控制器技术》

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