目 录
摘要 .................................................................................................................................................. 3 第一章 PLC应用系统设计基础知识 ............................................................................................ 4
1.1 PLC控制系统设计的原则和内容。 ................................................................................ 4 1.2 PLC的选型 ........................................................................................................................ 4
1.2.1 性能与任务相适应 ............................................................................................... 5 1.2.2 PLC的处理速度应满足时实控制的要求 ........................................................... 5 1.2.3 PLC应用系统结构合理、机型系列应统一 ....................................................... 5
第二章 PLC在大小球的分拣系统中的设计.................................................................................6 2.1 系统的功能.......................................................................................................................6 2.2 大小球分拣系统的结构...................................................................................................6 2.3 I/O编址及工作框图..........................................................................................................7 2.4 大小球分拣的设计思想...................................................................................................8 2.5 机械手分拣球控制系统的接线图...................................................................................9 第三章 机械手分拣大小球系统的控制程序................................................................................10 3.1 机械手分拣大小球控制的程序流程图.........................................................................10 3.2 机械手分拣大小球控制程序的梯形图.........................................................................11 第四章 总结...................................................................................................................................17 参考文献..........................................................................................................................................18
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、 大小球
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。
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
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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。
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
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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.
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，则一定是大球。
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。
下行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LS2下限电磁铁PS0接近开关 小 - 4 -
大
图1.1 机械手分拣大小球的工作示意图
2.3 I/O编址及工作框图
输入地址 对应的外部设备 输出地址 I0.0 设备的启动按钮 Q0.0 I0.1 上移限位开关 Q0.1 I0.2 下移限位开关 Q0.2 I0.3 左移限位开关 Q0.3 I0.4 大小球的选择开关 Q0.4 I0.5 小球的选择开关 定时器 I0.6 大球的限位开关 T37 I0.7 设备的停止按钮 T38 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 单步运行的辅助按 I1.4 钮 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 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。
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。
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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，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
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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
为期三周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。特别是老师严谨冶普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
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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
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 [6] 王永华主编.《现代电气及可编程技术》 机械工业出版社 [7] 汤以范主编.《电气与可编程序控制器技术》 机械工业出版社
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