PLC課程設(shè)計(jì) 大小球分揀系統(tǒng)

大、小球分揀傳送系統(tǒng)的PLC控制設(shè)計(jì)專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 姓名： 指導(dǎo)老師：摘 要 本課程設(shè)計(jì)主要對(duì)PLC程序的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、各器件的性能以及對(duì)被公職對(duì)象的控制過程進(jìn)行具體研究，并通過PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)大小球分揀系統(tǒng)的控制，隨著工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械化進(jìn)程的加速，自動(dòng)控制正在逐步取代傳統(tǒng)的人工控制，在改善工作人員的工作環(huán)境的同時(shí)也使生產(chǎn)效率大大提升，為了最大限度的滿足被控制對(duì)象和生產(chǎn)過程的控制u。在本課程設(shè)計(jì)中對(duì)于一些原來用繼電接觸器線路不易實(shí)現(xiàn)的要求，試用PLC后，將很容易實(shí)現(xiàn)。在滿足控制要求前提下，采用多種控制模式來對(duì)被控制對(duì)象進(jìn)行安全可靠的控制操作，使功能更加全面，其中包括手動(dòng)控制，自動(dòng)控制模式，使其操作更強(qiáng)，便于企業(yè)各類人員操作，另外，該系統(tǒng)的手動(dòng)控制模式，也使生產(chǎn)設(shè)備的檢測(cè)和維護(hù)更加方便。關(guān)鍵字 PLC，大小球分揀，機(jī)械臂ABSTRACTThe course is designed for PLC program structure, the device performance as well as on public object control process carries on the concrete study, and through PLC to realize to the big ball sorting system control, along with the industrial automation, mechanization process is accelerated, the automatic control is gradually replacing the traditional manual control, in the improvement of work staff working environment and make the production efficiency is greatly improved, in order to maximize the meet was the control object and control of the production process U. On the curriculum design for some of the original relay contactor circuit not easy, try PLC, can be achieved easily. To meet the control requirements under the premise, uses many kinds of control mode to control object is safe and reliable control operation, make the function more comprehensive, including manual control, automatic control mode, the operation more convenient, different kinds of staff in the enterprise operation, in addition, the system of the manual control mode, also make the equipment testing and maintenance more convenient. Key Words：PLC，The size of the ball sorting，Mechanical arm1.緒論1.1選題背景大、小球選擇分類傳送作為工業(yè)中器件選擇傳送的一個(gè)寫照，在工業(yè)控制中它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬。它能夠通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，并能在各種復(fù)雜環(huán)境中工作，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其在人工智能方面大大地增加其效率，同時(shí)也改善了人類的工作環(huán)境與工作強(qiáng)度。中國(guó)在科技發(fā)展方面發(fā)展水平較低，在工業(yè)中分揀傳送勞動(dòng)密集型還占有相當(dāng)大的份額。由于人的勞動(dòng)能力有限，并且人不能持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度工作，因此在勞動(dòng)效率上往往是制約企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性因素，為了提高勞動(dòng)效率，搶占市場(chǎng)份額，各個(gè)企業(yè)也不斷的引進(jìn)和更新自動(dòng)化設(shè)備來提高效率，同時(shí)降低人的工作強(qiáng)度。因而這種自動(dòng)化控制在工業(yè)控制中有很大優(yōu)勢(shì)。1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容PLC的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，還應(yīng)著重考慮產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)等情況。最大限度地滿足被控對(duì)象或產(chǎn)生過程的控制要求。對(duì)于一些原來用繼電接觸器線路不易實(shí)現(xiàn)的要求，使用PLC后，將很容易實(shí)現(xiàn)。在滿足控制要求前提下，力求使控制簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作和維護(hù)方便。對(duì)一些過去較為繁瑣的控制可利用PLC的特點(diǎn)加以簡(jiǎn)化，通過內(nèi)部程序化外部接線及操作方式。保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。同時(shí)采取“軟件兼施”的辦法。考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，選擇PLC容量及I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。一個(gè)系統(tǒng)完成后，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些原來沒有考慮到的問題，或者新提出的問題 ，如果事先留有裕量。則PLC系統(tǒng)極易修改。同時(shí)對(duì)日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。當(dāng)然對(duì)于不同的用戶，要求的側(cè)重點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)的原則也應(yīng)有所區(qū)別，如果以提高產(chǎn)品和安全為目標(biāo)，則應(yīng)將系統(tǒng)可靠性放在設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，設(shè)置考慮采取冗余控制系統(tǒng)；如果要求系統(tǒng)改善信息管理，則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)加以強(qiáng)化；如果系統(tǒng)工藝經(jīng)常變更，則事先充分考慮。2.PLC在大小球的分揀系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的功能 機(jī)械手分揀大小球的控制功能要求為： 1）原位：機(jī)械手原始狀態(tài)為左上角原位處，即上限開關(guān)LS3及左限開關(guān)LS1壓合，同時(shí)機(jī)械手處于放松狀態(tài)和球槽內(nèi)有球（接近開關(guān)PS吸合），這時(shí)原位顯示亮，表示準(zhǔn)備就緒。 2）按下啟動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械手下降，經(jīng)過2s后機(jī)械手一定會(huì)碰到球。如果同時(shí)碰到下限開關(guān)LS2，則一定是小球；如果此時(shí)未碰到下限開關(guān)LS2，則一定是打球。 3）機(jī)械手吸住球后就提升，碰到上限開關(guān)LS3后就右行。 4）如果是小球，則右行到LS4處；如果是大球，則右行到LS5處。 5）機(jī)械手下降，當(dāng)碰到下限開關(guān)LS2時(shí)，將小球釋放到小球容器中；如果是大球，則釋放到大球容器中。 6）釋放后機(jī)械手提升，碰到上限開關(guān)LS3后，左行。 7）左行至碰到左限開關(guān)LS1時(shí)停下來，至此，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。2.2電路設(shè)計(jì)2.2.1大小球分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)j機(jī)械手分揀大小球的工作示意圖如圖2-1所示。 圖2.1 機(jī)械手分揀大小球的工作示意圖2.2.2主電路設(shè)計(jì)及流程圖大、小球分揀傳送實(shí)質(zhì)上是由電動(dòng)機(jī)控制的機(jī)械臂完,其主電路就是電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路。主電路電路圖如圖2-2所示。圖2-2大、小球分類選擇傳送PLC控制的主電路電路圖 主電路的繼電器控制電路圖如圖2-3所示。圖2-3繼電器控制電路根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)大、小球要分類傳送的控制要求，畫出系統(tǒng)流程圖，系統(tǒng)流程圖如圖2-4所示。圖2-4 控制流程圖2.2.3 PLC控制的I/O地址分配輸 入輸 出X0啟動(dòng)按鈕Y0原點(diǎn)顯示X1左限位開關(guān)Y1下行X2下限位開關(guān)Y2上行 X3上限位開關(guān)Y3 右行 X4中限位開關(guān)Y4 左行 X5右限位開關(guān)Y5 吸球2.2.4 大小球分揀的設(shè)計(jì)思想1) 當(dāng)輸送機(jī)處于起始位置時(shí)，上限位開關(guān)和左限位開關(guān)被壓下，極限開關(guān)斷開。2) 啟動(dòng)裝置后，撿球裝置下行，一直到極限開關(guān)閉合。此時(shí)。若碰到的是小球，則壓力傳感器仍為斷開狀態(tài)；若碰到的是大球，則壓力傳感器閉合狀態(tài)。3) 吸起小球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開關(guān)后，撿球裝置向右行；碰到右限位開關(guān)（小球的右限位開關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開關(guān)后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。4) 如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個(gè)右限位開關(guān)（大球的右限位開關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開關(guān)后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位。2.2.5硬件連接圖根據(jù)控制要求，設(shè)定好各個(gè)量的地址分配之后，我們把其對(duì)應(yīng)的I/O接線圖繪制出來，其硬件I/O接線圖如圖2-5所示。 圖2-5大、小球分類選擇傳送PLC控制的I/O接線圖2.3元件的選擇 在滿足控制要求的前提下，選型時(shí)應(yīng)選擇最佳的性能價(jià)格比，具體考慮以下幾點(diǎn)。 2.3.1 性能與任務(wù)相適應(yīng)對(duì)于開關(guān)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對(duì)控制要求不高時(shí)，可選用小型PLC（如西門子公司S7-200系列PLC或OMON公司系列CPM1A/CPM2A型PLC）就能滿足要求，如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。對(duì)于以開關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動(dòng)裝置，并且選擇運(yùn)算功能較強(qiáng)的中小型PLC，如西門子公司的S7-300系列PLC或OMRON公司的COM/CQM1H型PLC。對(duì)于比較復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、PID調(diào)節(jié)、通信聯(lián)信網(wǎng)4等，可選用中大型PLC（如西門子公司的S7-400系列PLC或OMRON公司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1等PLC）。當(dāng)系統(tǒng)的各個(gè)控制對(duì)象分布在不同的地域時(shí)，應(yīng)根據(jù)各部分的具體要求來選擇PLC，一組成一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。 2.3.2 PLC的處理速度應(yīng)滿足時(shí)實(shí)控制的要求PLC工作時(shí)，從輸入信號(hào)控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在12個(gè)掃描周期之后才能反映到輸出端，這對(duì)于一般工業(yè)控制是允許的。但有些設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求教高，不允許有教大的滯后時(shí)間。例如，PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在幾十到幾千點(diǎn)范圍內(nèi)，這時(shí)用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)有較大的差別。滯后時(shí)間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動(dòng)作時(shí)間。 2.3.3 PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。模塊式PLC的功能擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式靈活。維修更換模塊、判斷與處理故障快方便，適用于工藝過程變化教多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。在使用時(shí)，應(yīng)按實(shí)際具體情況進(jìn)行選擇。 結(jié)合以上幾點(diǎn)，在設(shè)計(jì)PLC機(jī)械手在大小球分選系統(tǒng)中用的PLC的選型為西門子S7-200系列的可編程控制器。2.4控制系統(tǒng)梯形圖及程序根據(jù)SFC圖繪制控制系統(tǒng)梯形圖，梯形圖如圖2-6所圖2-6梯形圖根據(jù)梯形圖寫出系統(tǒng)的指令表0 LD M8002 1 SET S0 2 STL S0 3 LD X1 4 AND X3 5 SET S20 6 STL S20 7 OUT Y0 8 LD X0 9 SET S21 10 STL S21 11 OUT Y1 12 LD X2 13 AND X6 14 SET S22 15 LDI X2 16 AND X6 17 SET S25 18 STL S22 19 SET Y5 20 OUT T0 21 K10 22 LD T0 23 SET S23 24 STL S2325 OUT Y226 LD X327 SET S2428 STL S2429 OUT Y330 LD X431 SET S2832 STL S2533 SET Y534 OUT T035 K1036 LD T037 SET S2638 STL S2639 OUT Y240 LD X341 SET S2742 STL S2743 OUT Y344 LD X545 SET S2846 STL S2847 OUT Y148 LD X2 49 SET S29 50 STL S29 51 RST Y5 52 OUT T1 53 K10 54 LD T1 55 SET S30 56 STL S30 57 OUT Y258 LD X359 SET S3160 STL S3161 OUT Y462 LD X163 ANI X1464 SET S2065 RET66 END 程序分析電路接通后，M8002產(chǎn)生觸發(fā)脈沖同時(shí)按下左限開關(guān)X1、上限開關(guān)X3對(duì)系統(tǒng)置位，顯示原點(diǎn)Y0燈亮。接著按下啟動(dòng)開關(guān)X0，系統(tǒng)啟動(dòng)，開始下行，Y1顯示，到達(dá)下限X2時(shí)，進(jìn)入選擇順序的兩個(gè)分支電路。如果此時(shí)吸盤吸起的是大球，則下限位開關(guān)X2的常開觸點(diǎn)閉合，電磁閥Y5通電吸球，延時(shí)1秒后開始上升，Y2顯示，到達(dá)上限X3后即右行；若是小球，則下限位開關(guān)X2常閉觸點(diǎn)閉合吸球，其余過程同大球。吸住小球向右運(yùn)行，Y3顯示，到達(dá)小球右限X4后開始下行（大球是在到達(dá)大球右限開關(guān)X5后開始下行），Y1顯示。到達(dá)下限X2之后電磁閥線圈Y5斷電放球，然后延時(shí)1秒，機(jī)械臂開始上行，Y2顯示，到達(dá)上限X3之后，開始向左移動(dòng)，Y4顯示，回到原點(diǎn)后，原點(diǎn)Y0顯示。3.設(shè)計(jì)總結(jié)短短兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)就要告一段落，縱觀整個(gè)設(shè)計(jì)過程，可以說在這一過程中我的收獲很大，充分認(rèn)識(shí)到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過理論分析與實(shí)踐的反復(fù)進(jìn)行和論證，許多問題都有了較好的解決方案。軟件部分采用各部分程序直接轉(zhuǎn)的方式，依次實(shí)現(xiàn)了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機(jī)械手控制方式。用此種方法編寫程序條理清晰，連貫性強(qiáng)，但若要增加其它機(jī)械手控制方式或進(jìn)行擴(kuò)展，程序會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜而且容易出錯(cuò)，出錯(cuò)后調(diào)試修改也很困難。收進(jìn)的方式是將各部分程序?qū)懗沙绦?，方便調(diào)用和調(diào)試。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序編寫比較簡(jiǎn)單，不需要再編寫分支、匯合狀態(tài)移圖的程序，且由于本課對(duì)定時(shí)精確度要求并不高，適宜采用。若是在對(duì)定時(shí)精度要求比較高的情況下，應(yīng)采用單片機(jī)的中斷功能進(jìn)行硬件定時(shí)。通過此次設(shè)計(jì)，了解了PLC機(jī)械手在大小球分選系統(tǒng)的工作原理，首次學(xué)習(xí)了一些機(jī)械手的工作原理及使用方法。其中電路及軟件實(shí)現(xiàn)是此次設(shè)計(jì)的主要部分。通過這次綜合實(shí)踐，我更加看清了自己的不足之處。為了搞好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過查閱資料以及在老師和同學(xué)的幫助下，最終基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。通過實(shí)踐，鞏固了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高了實(shí)際應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，還積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。特別是老師的態(tài)度給我啟發(fā)不小。在這次的設(shè)計(jì)實(shí)踐過程中，我認(rèn)識(shí)到不管做什么事，尤其是科學(xué)實(shí)踐，都需要大膽假設(shè)，小心求證。任何一個(gè)方案都要經(jīng)過詳細(xì)周全的論證后才能著手去做，否則即使很快做出來，但經(jīng)不起推敲和考驗(yàn)。對(duì)于那些要求能夠擴(kuò)展功能的課題更是如此參考文獻(xiàn)1 廖常初主編.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社,20042 簡(jiǎn)明維修電工手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社,19933 趙金榮主編.可編程序控制器原理及應(yīng)用 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院4 易傳祿主編.可編程序控制器應(yīng)用指南上?？破粘霭嫔? 方承遠(yuǎn)主編.工廠電氣控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社6 王永華主編.現(xiàn)代電氣及可編程技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 7 湯以范主編.電氣與可編程序控制器技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社