基于plc控制的大小球分檢系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題　　目 基于PLC控制的大小球分檢系統(tǒng) </p><p>　　作　　者： 溫杲 </p><p>　　系 （部）： 機電控制工程系 &

2、lt;/p><p>　　專業(yè)班級： 機電一體化三 </p><p>　　指導教師： 　 </p><p>　　職　　稱：　　 講師 　 </p><p>　　200年 月 日</p><p>　　基

3、于PLC控制的大小球分檢系統(tǒng)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機械手的積極作用正日益為人們所認識，其一，它能部分地代替人的勞動并能達到生產工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因為，它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產機械化和自動化的步伐。因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應用。尤其在

4、高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應用得更為廣泛。在我國，近代幾年來也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產過程中，經常要對流水線上的產品進行分撿，本課題擬開發(fā)物料搬運機械手，采用的德國西門子S7-200系列PLC，對機械手的上下、左右以及抓取運動進行控制。用于分撿大小球的機械裝置。我們利用可編程技術，結合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。</p><p>　　關鍵詞：機械手、 PLC、

5、大小球</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　第一章 PLC應用系統(tǒng)設計基礎知識1</p><p>　　1.1 PLC控制系統(tǒng)設計的原則和內容。1</p><p>　　1.2 PLC的選型1<

6、/p><p>　　1.2.1 性能與任務相適應1</p><p>　　1.2.2 PLC的處理速度應滿足時實控制的要求2</p><p>　　1.2.3 PLC應用系統(tǒng)結構合理、機型系列應統(tǒng)一2</p><p>　　第二章 PLC控制系統(tǒng)硬件設計3</p><p>　　2.1 按鈕和行程開關的選擇3&

7、lt;/p><p>　　2.1.1按鈕的選擇原則：3</p><p>　　2.1.2行程開關的選擇：3</p><p>　　2.2接近開關、轉換開關、刀開關的選擇3</p><p>　　2.2.1接近開關的選擇：3</p><p>　　2.2.2轉換開關的選擇：4</p><p>　　2.

8、2.3 刀開關的選擇：4</p><p>　　2.3時間繼電器、接觸器的選擇4</p><p>　　2.3.1時間繼電器的選擇：4</p><p>　　2.3.2接觸器的選擇：4</p><p>　　2.4熔斷器、電動機的選擇5</p><p>　　2.4.1熔斷器的選擇：5</p><

9、p>　　2.4.2電動機的選擇：5</p><p>　　2.5電磁閥的選擇5</p><p>　　第三章 PLC在大小球分選系統(tǒng)中的設計6</p><p>　　3.1系統(tǒng)的功能6</p><p>　　3.2分撿大小球系統(tǒng)的結構6</p><p>　　3.3分撿大小球系統(tǒng)的工作原理7</p>

10、<p>　　3.4分撿大小球系統(tǒng)的輸入/輸出地址及定時器分配7</p><p>　　3.5分撿大小球的設計思想8</p><p>　　3.6分揀大小球控制系統(tǒng)的接線圖9</p><p>　　第四章 大小球分選系統(tǒng)的PLC程序設計9</p><p>　　4.1狀態(tài)流程圖9</p><p>　　4.

11、2 其梯形圖如下11</p><p><b>　　第五章 總結17</b></p><p><b>　　致謝18</b></p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p>　　第一章 PLC應用系統(tǒng)設計基礎知識</p><p>

12、;　　PLC應用系統(tǒng)設計主要包括硬件設計、軟件設計、施工設計和安裝調試等內容。本課程設計著重在系統(tǒng)設計和程序設計。</p><p>　　1.1 PLC控制系統(tǒng)設計的原則和內容。</p><p>　　PLC的選擇除了應滿足技術指標的要求外，還應著重考慮產品的技術支持與售后服務等情況。</p><p>　　最大限度地滿足被控對象或產生過程的控制要求。對于一些原來用繼電接

13、觸器線路不易實現(xiàn)的要求，使用PLC后，將很容易實現(xiàn)。</p><p>　　在滿足控制要求前提下，力求使控制簡單、經濟、操作和維護方便。對一些過去較為繁瑣的控制可利用PLC的特點加以簡化，通過內部程序化外部接線及操作方式。</p><p>　　保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。同時采取“軟件兼施”的辦法。</p><p>　　考慮到生產的發(fā)展和工藝的改進，選擇PLC容量及I/

14、O點數(shù)時，應適當留有裕量。一個系統(tǒng)完成后，往往會發(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。同時對日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。當然對于不同的用戶，要求的側重點不同，設計的原則也應有所區(qū)別，如果以提高產品和安全為目標，則應將系統(tǒng)可靠性放在設計的重點，設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，則應將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡設計加以強化；如果系統(tǒng)工藝經常變更，則事先充分考慮。</p&

15、gt;<p>　　1.2 PLC的選型</p><p>　　在滿足控制要求的前提下，選型時應選擇最佳的性能價格比，具體考慮以下幾點。</p><p>　　1.2.1 性能與任務相適應</p><p>　　對于開關量控制系統(tǒng)的應用系統(tǒng)，當對控制要求不高時，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PL

16、C）就能滿足要求，如對小型泵的順序控制、單臺機械的自動控制等。</p><p>　　對于以開關量控制為主，帶有部分模擬量控制的應用系統(tǒng)，如對工業(yè)生產中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應選用帶有A/D轉換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器和驅動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型PLC，如西門子公司的S7-300系列PLC或OMRON公司的COM/CQM1H型PL

17、C。</p><p>　　對于比較復雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、PID調節(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）。當系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同的地域時，應根據(jù)各部分的具體要求來選擇PLC，一組成一個分布式的控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.2 PLC的處理速

18、度應滿足時實控制的要求</p><p>　　PLC工作時，從輸入信號控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在1～2個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般工業(yè)控制是允許的。但有些設備的實時性要求教高，不允許有教大的滯后時間。例如，PLC的I/O點數(shù)在幾十到幾千點范圍內，這時用戶應用程序的長短對系統(tǒng)的響應速度會有較大的差別。滯后時間應控制在幾十毫秒之內，應小于普通繼電器的動作時間。</p>&l

19、t;p>　　1.2.3 PLC應用系統(tǒng)結構合理、機型系列應統(tǒng)一</p><p>　　PLC的結構分為整體式和模塊式兩種。整體式結構把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點的平均價格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡單的系統(tǒng)。模塊式PLC的功能擴展，I/O點數(shù)的增減，輸入與輸出點數(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

20、程變化教多、控制要求復雜的系統(tǒng)。在使用時，應按實際具體情況進行選擇。</p><p>　　結合以上幾點，在設計PLC機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。</p><p>　　第二章 PLC控制系統(tǒng)硬件設計</p><p>　　2.1 按鈕和行程開關的選擇</p><p>　　2.1.1按鈕的選

21、擇原則：</p><p>　　(1)根據(jù)使用場合，選擇控制按鈕的種類，如開啟式，防水式，緊急式等。</p><p>　　(2)根據(jù)用途，選用合適的型式，如鑰匙式，緊急試，帶燈式等。</p><p>　　(3)按控制回路的要求，確定不同的按鈕數(shù)，如單鈕，雙鈕，三鈕，多鈕等。</p><p>　　(4)按工作狀態(tài)指示和工作情況的要求選擇按鈕及指示

22、燈的顏色。</p><p>　　2.1.2行程開關的選擇：</p><p>　　行程開關的分類：直動式，滾動式和微動式三種。直動式行程開關的優(yōu)點是結</p><p>　　構簡單，成本低，但容易燒蝕觸頭。滾動式行程開關克服了直動式行程開關的缺點，但其結構復雜，價格也較高，所以選擇微動式行程開關體積小，動作靈敏，適用于小型機構中使用。 </p><p

23、>　　2.2接近開關、轉換開關、刀開關的選擇</p><p>　　2.2.1接近開關的選擇：</p><p>　　接近開關是一種對接近它的物體有“感知”能力的元件—位移傳感器，利用傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關通或斷的目的，當有物體移向接近開關，并接近到一定距離時，位移傳感器才有“感知”，開關才會動作。在設計中，接近開關SBO用于檢測是否有球，SB1—SB5分別用于傳送機械手

24、上下左右運動的定位。 </p><p>　　接近開關分為霍爾接近開關，超聲波接近開關，高頻振蕩式接近開關，霍爾接開關用于檢測磁場，一般用磁場鋼作為被檢測體。超聲波接近開關適用檢測不能或不可觸及的目標，其控制功能不受聲、電、關等因素干擾，檢測物體可以是固體、液體、或粉末狀態(tài)的物體，只要能反射波用的電子裝置及調節(jié)檢測范圍用的程控橋式開關等幾個部分組成，高頻振蕩式接近開關用于檢測各種金屬，主要由高頻振蕩器，集成電

25、路晶體管放大器和輸出器三部分組成。</p><p>　　2.2.2轉換開關的選擇：</p><p>　　轉換開關是一種多檔位，多觸點，能夠控制多回路的主令電器，可以用于控制小容量電動機的啟動、換向、調速、正反轉控制等，常用的萬能轉換開關有LW2、LW5、LW6、LW8等系列，在設計機械手大小球分選系統(tǒng)中操作方式有手動，單周期，連續(xù)。</p><p>　　2.2.3

26、刀開關的選擇：</p><p>　　刀開關是一種手動電器，為了簡單，方便，選擇HD型單投刀開關，分為1級，2級，3級。</p><p>　　2.3時間繼電器、接觸器的選擇</p><p>　　2.3.1時間繼電器的選擇：</p><p>　　時間繼電器在控制電路中用于時間的控制，有JS23，JS27A，JSK□，7PR，SS—18等系列的時間

27、繼電器。</p><p>　　2.3.2接觸器的選擇：</p><p><b>　　接觸器的選型要求：</b></p><p>　?。?）根據(jù)負載性質選擇接觸器類別，一般交流負載選擇交流接觸器，直流負載選擇直流接觸器。</p><p>　?。?）根據(jù)被控電路電流大小和使用類別選擇接觸器的額定電流。</p>

28、<p>　　（3）根據(jù)被控電路電壓等級來選擇接觸器的額定電壓。</p><p>　?。?）根據(jù)控制電路的電壓等級選擇接觸器線圈的額定電壓。</p><p>　　2.4熔斷器、電動機的選擇</p><p>　　2.4.1熔斷器的選擇：</p><p>　　熔斷器在電路中主要起短路保護作用，用于保護線路，熔斷器具有結構簡單，體積小，重量

29、輕，使用維護方便，價格低廉，分斷能力較高，限流能力良好等優(yōu)點，熔斷器有NT、RT、RL、RLS2、FA4等型式的熔斷器，RT系列為有填封閉管式熔斷器，可在500V以下交流系統(tǒng)中作過載及短路保護用，這種熔斷器為螺栓連接，可直接連在母線排上，尤其適合開關熔斷器組選用，RT15型熔斷器最大額定電流400A，額定分斷能力100KA。</p><p>　　2.4.2電動機的選擇：</p><p>

30、　　電動機是選交流的，而電動機分為異步電動機和同步電動機兩大類，異步電動機主要用作電動機，去拖動各種生產機械。由于異步電動機具有結構簡單，制造，使用方便，運行可靠，成本低廉，效率較高等優(yōu)點而得到廣泛應用。例如，在工業(yè)生產中，異步電動機用于拖動中小型軋鋼設備，各種金屬切削機床，輕工機械和礦山機械等；在農業(yè)生產中，異步電動機用于拖動水泵，粉碎機以及其他農副產品的加工機械；在民用電器方面的電風扇、洗衣機、電冰箱、空調機等也都是用異步電動機拖動

31、的。</p><p><b>　　2.5電磁閥的選擇</b></p><p>　　電磁閥的分類：國內外的電磁閥從原理上分為三大類(即：直動式、分步童先導式)，而從閥瓣結構和材料上的不同與原理上的區(qū)別又分為六個分支小類(直動膜片結構、分步重片結構、先導膜式結構、直動活塞結構、分步直動活塞結構、先導活塞結構)。電磁閥的優(yōu)點：耐高溫電磁閥是間接先導式平衡電磁閥，具有耐高溫、

32、耐腐蝕、耐磨損、使用范圍廣等。</p><p>　　第三章 PLC在大小球分選系統(tǒng)中的設計</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)的功能</b></p><p>　　為實現(xiàn)大小球的分撿控制，所設計系統(tǒng)程序必須實現(xiàn)以下主要功能：</p><p>　　1）該系統(tǒng)可完成大小球的自動識別，自動運送和自動到大球缸和小球缸釋放對應的

33、球。</p><p>　　2）該系統(tǒng)可實現(xiàn)控制系統(tǒng)的多種工作方式。</p><p>　　3）該系統(tǒng)在發(fā)生故障時，撿球裝置必須復位。</p><p>　　3.2分撿大小球系統(tǒng)的結構</p><p>　　由下圖所示，分撿大小球控制系統(tǒng)主要由各種限位開關，撿球裝置，橫梁，各種球缸組成，其中撿球裝置內部有兩臺電動機，一臺控制撿球平板裝置上升和下降，一

34、臺控制撿球裝置在橫梁上左行和右行。</p><p>　　3.3分撿大小球系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　當撿球裝置停在左極限SB3處時，按下啟動按鈕SB0，撿球裝置下降撿球平板，當下降的撿球平板碰到下限開關SB2時，停止下降，撿球裝置給平板處的電磁線圈（KM）通電，撿球平板產生電磁吸力吸住鋼球，此時壓力感應器用來判斷是吸住的大球還是小球，如果壓力感應器的輸出Y1斷開，說明吸住的是小球，

35、而Y1如是閉合的，則說明吸住的是大球。當吸住鋼球后，撿球平板上升，碰到上限開關后開始右行，SB4為小球位限位開關，SB5為大球位限位開關，在右行的過程中，如果吸住的是大球，則要到碰到SB5才停止右行，下降到下限開關位置，斷電釋放鋼球，然后上升到上限開關位置停止上升，開始左行，碰到左極限停止左行；而如果是吸住的小球，則在右行的時候碰到SB4就停止右行，下降到下限開關出停止下行，斷電釋放鋼球，然后上升到上極限位置停止上升，開始左行，到左極限

36、停止左行，重新開始新一輪撿球過程，如此反復執(zhí)行。（吸球時間為2s，釋放球時間也為2s）</p><p>　　3.4分撿大小球系統(tǒng)的輸入/輸出地址及定時器分配</p><p>　　3.5分撿大小球的設計思想</p><p>　　當輸送機處于起始位置時，上限位開關和左限位開關被壓下，極限開關斷開。</p><p>　　啟動裝置后，撿球裝置下行，一

37、直到極限開關閉合。此時。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)。</p><p>　　吸起小球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開關后，撿球裝置向右行；碰到右限位開關（小球的右限位開關）后，再向下行，碰到下限位開關后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。</p><p>　　如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個右限位開關（大球的右限位開關）后，再

38、向下行，碰到下限位開關后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位。</p><p>　　3.6分揀大小球控制系統(tǒng)的接線圖</p><p>　　第四章 大小球分選系統(tǒng)的PLC程序設計</p><p><b>　　4.1狀態(tài)流程圖</b></p><p>　　根據(jù)工藝要求，該控制流程根據(jù)吸住的是（大球、小球）有兩個分支，此處應

39、為分支點，且屬于選擇性分支。分支在機械臂下降之后根據(jù)接近開光（X0）的通斷，分別將球吸住、上升、右行到SB4 或 SB5 處下降，此處應為匯合點。然后再釋放、上升、左移到原點。</p><p>　　當按下SM0.1時，S0.0得電，如果轉換條件滿足，S0.1得電撿球裝置下降撿球平板，當下降的撿球平板碰到下限開關SB2時，S0.2得電，停止下降，撿球裝置給平板處的電磁線圈（KM）通電，撿球平板產生電磁吸力吸住鋼球，

40、此時壓力感應器I0.4用來判斷是吸住的大球還是小球，如果壓力感應器I0.4的輸出斷開，說明吸住的是小球，而如是閉合的，則說明吸住的是大球。當吸住鋼球后，S0.3得電撿球平板上升，碰到上限開關后開始右行，I0.5為小球位限位開關，I0.6為大球位限位開關，在右行的過程中，如果吸住的是大球，S0.6得電，則要到碰到I0.6才停止右行，S0.7得電，下降到下限開關位置，S1.0得電，斷電釋放鋼球，然后S1.0得電上升到上限開關位置停止上升，S

41、1.2得電，開始左行，碰到左極限停止左行；而如果是吸住的小球，則在右行的時候碰到I0.5就停止右行，S0.7得電，下降到下限開關出停止下行，S1.0得電，斷電釋放鋼球，然后上升到上極限位置停止上升，S1.2得電，開始左行，到左極限停止左行，吸球時間T37為2s，釋放球時間T38也為2s）</p><p>　　當將旋鈕開關I1.0后，系統(tǒng)由開始撿球到放球，返回再次開始撿球，如此循環(huán)不斷的進行撿球和放球的過程，直到按

42、下停止按鈕，系統(tǒng)才停下來不工作。</p><p>　　當系統(tǒng)在連續(xù)運行時，停止方式有兩種，一種是正常停止：就是按下停止按鈕后，系統(tǒng)要將整個周期剩下的步驟全部進行完，然后回到原點才停止工作。另外一種是緊急停止：就是用來處理緊急情況下來及時停止整個系統(tǒng)工作的，一按緊急停止，系統(tǒng)立刻停止，不管已經工作到什么位置。</p><p>　　4.2 其梯形圖如下</p><p>

43、;<b>　　第五章 總結</b></p><p>　　短短一個多月的畢業(yè)設計就要告一段落，縱觀整個設計過程，可以說在這一過程中我的收獲很大，充分認識到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過理論分析與實踐的反復進行和論證，許多問題都有了較好的解決方案。</p><p>　　軟件部分采用各部分程序直接轉的方式，依次實現(xiàn)了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機械手控制方式。用此種方法編寫程序條

44、理清晰，連貫性強，但若要增加其它機械手控制方式或進行擴展，程序會變得相當復雜而且容易出錯，出錯后調試修改也很困難。收進的方式是將各部分程序寫成程序，方便調用和調試。此種方法的優(yōu)點是程序編寫比較簡單，不需要再編寫分支、匯合狀態(tài)移圖的程序，且由于本課對定時精確度要求并不高，適宜采用。若是在對定時精度要求比較高的情況下，應采用單片機的中斷功能進行硬件定時。</p><p>　　通過此次設計，了解了PLC機械手在大小球分

45、選系統(tǒng)的工作原理，首次學習了一些機械手的工作原理及使用方法。其中電路及軟件實現(xiàn)是此次設計的主要部分。</p><p>　　通過這次綜合實踐，我更加看清了自己的不足之處。為了搞好這次畢業(yè)設計，通過查閱資料以及在老師和同學的幫助下，最終基本達到了設計目的。通過實踐，鞏固了理論知識的學習，提高了實際應用所學知識的能力，還積累了許多寶貴的經驗。特別是老師嚴謹冶普的態(tài)度給我啟發(fā)不小。在這次的設計實踐過程中，我認識到不管做什

46、么事，尤其是科學實踐，都需要大膽假設，小心求證。任何一個方案都要經過詳細周全的論證后才能著手去做，否則即使很快做出來，但經不起推敲和考驗。對于那些要求能夠擴展功能的課題更是如此。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本論文從選題到完成，每一步都是老師的指導下完成的，傾注了老師大量的心血。在此，謹向老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！</p&

47、gt;<p>　　今天終于可以順利的完成論文的謝辭了，想了很久，要怎樣寫下這一段謝詞。求學期間的點點滴滴歷歷涌上心頭，時光匆匆飛逝，大學兩年的努力與付出，隨著論文的完成，終于讓大學的生活，得以劃下了完美的句點。</p><p>　　論文得以完成，要感謝的人實在太多了，首先要感謝指導老師，因為論文是在老師的悉心指導下完成的。老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴

48、以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深深。在我做畢業(yè)設計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調整等每一步都是老師的悉心指導下完成的。老師指引我的論文的寫作的方向和架構，并對本論文初稿進行逐字批閱，指正出其中誤謬之處，使我有了思考的方向，他循循善誘的教導和不拘一格的思路給了我無盡的啟迪，他的嚴謹細致、一絲不茍的作風，將一直是我工作、學習中的榜樣。</p>&l

49、t;p>　　同時，論文的順利完成，離不開其他各位老師、同學和朋友的關心和幫助。在整個的論文寫作中，各位老師、同學和朋友積極幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個論文。另外，要感謝在大學期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是論文得以完成的基礎。感謝所有給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W，謝謝你們！ </p>

50、<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 廖常初主編.《PLC基礎及應用》. 機械工業(yè)出版社,2004</p><p>　　[2] 《簡明維修電工手冊》 機械工業(yè)出版社,1993</p><p>　　[3] 趙金榮主編.《可編程序控制器原理及應用》 上海應用技術學院</p><p&g