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1、摘要机械臂自动分拣机构的积极作用正日益为人们所认识，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筛选与传送。 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拣，本课程设计拟设计大小球分拣传送机控制系统的PLC 设计，采用的德国西门子 S7-200 系列（cpu-224）PLC，对机械臂的上下、左右
2、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：大小球分拣控制系统； PLC； 行程开关目录第 1 章 引言1.1 大小球分拣传送机械控制系统设计内容简介1.2 大小球分拣传送机械控制系统设计要求1.3 大小球分拣传送机械控制系统设计思想第 2 章 大小球分拣传送系统的硬件电路2.1 按控制要求进行功能分析2.2 分拣大小球控制的运行框图2.3 确定 I/O 信号数量，选择 PLC 的类型2.4 分拣大小球控制的电器元件配置表2.5 分拣大小球控制的 I/O 接线图第 3 章大小球分拣传送系统的程序设计3.1 分拣大小球控
3、制程序的梯形图3.2 分拣大小球控制程序的指令表设计总结谢辞参考文献第 1 章 引言1.1 大小球分拣传送机械控制系统设计内容简介学院此次安排我们进行了为其两周的机电传动课程设计实习，对我们即将进行毕业设计是很有益处的。这学期我们学习了机电传动控制课程，此次实习主要是对课本中的知识进行实践，比如继电器-接触器控制和可编程控制器控制等重要章节更是练习紧密。让我们把课本知识很好的应用于实践中去，有助于总体实力的提高。 本次我的课程设计的主要内容：大小球分拣传送机械控制系统设计，如图 1-1。图 1-1 大小球分拣传送机械示意图1.2 大小球分拣传送机械控制系统设计要求本次设计的控制要求如下： 1.
4、机械臂起始位置在机械原点（见图 1-1） ，为左限、上限的交点位置。 2.有启动按钮和停止按钮控制运行，按下设备停止按钮后机械臂必须回到原点。 3.启动后，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） 。 4.机械臂有形式有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降时，当电磁铁压着大球时，下限开关 LS2 断开（=“0” ）；压着小球是，下限开关 LS2 接通（=“1” ）1.3 大小球分拣传送机械控制系统设计思想我对于本次课程设计的总体思路如下：本设计主要要求控制电路 PLC 的设计，故对于主电路就不做过多阐述。主电路有两部分： 1电动
5、机控制机械臂上下左右运动。 2主电路给机械臂的电磁铁加电产生磁场吸住球运动。由继电器控制液压缸伸缩运动,也控制电动机正反转. 控制电路：由 PLC 控制继电器线圈来控制主电路的上下左右运动和抓释小球.PLC 控制继电器和电灯的输出，从而控制主电路。 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，机械臂下行，一直到极限开关 SQ 闭合。此时。若碰到的是小球，则下限开关 LS2 为闭合状态；若碰到的是大球，则下限开关 LS2 仍为断开状态。 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
6、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。第 2 章 大小球分拣传送系统的硬件电路2.1 按控制要求进行功能分析分拣大小球的控制功能要求为： 1.原位：机械臂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，同时机械臂处于有磁状态状态和球槽内有球（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，机械臂的电磁铁断磁，机械臂下降，接近开关 SQ 闭合后后机械臂会碰到球，接着电磁
7、铁加磁。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.机械臂吸住球后就提升，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.机械臂下降，当碰到下限开关 LS2 后，经过 1S 后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.释放后机械臂提升，碰到上限开关 LS3 后，左行。 7.左行至碰到左限开关 LS1 后，一个工作循环结束，如果此时接近开关 PSO 显示球槽内还有球，则继续下一循环 8.控制系统停止有两种情况；（1）接近开关 PSO 显示球槽内五球则循环结束；（2
8、）按下停止按钮 SB2 则运行完此次循环后停止到原点。 （3）按下急停按钮 SB3 9.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。2.2 分拣大小球控制的运行框图运行框图分为 12 个网络，共 11 层控制，加循环控制流程，一直到没有球之后便自动远点停止，也可以按停止按钮到这一循环结束后停止在原点位置。重新按下启动按钮后，再次开始，具体过程如图 2-1 所示图 2-1 分拣大小球控制的
9、运行框图2.3 确定 I/O 信号数量，选择 PLC 的类型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
10、 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。 根据系统分析得输入点有 9 个，分别为 I0.0-I1.1;输出点有6 个，分别为 Q0.0-Q0.5。I/O 点共 14 个，故选择 S7200 系列（CPU-224）PLC 。2.4 分拣大小球
11、控制的电器元件配置表S7200 系列（ CPU-224）PLC 有 14DI/10DO，本次设计只需 9 个输入，6 个输出，具体原件配置表如表 2-1表 2-1 电器组件分配表输入地址编码 信号名称 元件名称 元件信号I0.0 启动信号 常开按钮 SB1I0.1 停止信号 常开按钮 SB2I0.2 急停信号 常开按钮 SB3I0.3 左限信号 常开按钮 LS1I0.4 下限信号 常开开关 LS2I0.5 上限信号 常开开关 LS3I0.6 小球的右限信号 常开开关 LS4I0.7 大球的右限信号 常开开关 LS5I1.1 料口有无球信号 常开开关 PS0I1.0 大小球的接近信号 常开开关
12、SQ输出地址编码 对应的外部设备 元件名称 元件符号Q0.7 显示灯亮信号 原点显示灯 HLQ0.1 电磁铁控制信号 电磁铁线圈 KQ0.2 机械臂下降信号 接触器 KM1Q0.3 机械臂上升信号 接触器 KM2Q0.4 机械臂右行信号 接触器 KM3Q0.5 机械臂左行信号 接触器 KM42.5 分拣大小球控制的 I/O 接线图由 PLC 控制继电器线圈来控制主电路的上下左右运动和抓释小球.PLC 控制继电器和电灯的输出，从而控制主电路。采用 S7200 系列（CPU-224）PLC，输入端分两组，输出端分两组共六个接口，具体如图 2-2。图 2-2 机械臂分拣大小球控制的 I/O 接线图第
13、 3 章大小球分拣传送系统的程序设计3.1 分拣大小球控制程序的梯形图机械臂大小球分拣传送机械控制系统设计程序的梯形图见下图 3-1，共有 14 个网络，11 层控制系统，具体详析见图所示。图 3-1 分拣大小球控制程序的梯形图3.2 分拣大小球控制程序的指令表根据梯形图转的指令表见下表 3-1 表 3-1 指令表 Network 1 / 启动和停止命令 LD I0.0 O M0.0 AN I0.1 = M0.0 Network 2 / 急停命令 LD I0.2 O M1.0 AN I0.0 = M1.0 Network 3 / 接触球后机械臂加磁 LD I1.0 AN T37 = Q0.1
14、Network 4 / 原点灯亮 LD I0.3 A I0.5 AN I0.1 = Q0.7 Network 5 / 启动后机械臂下行 LDN M1.0 A M0.0 A I0.3 AN I1.0 A I1.1 = M0.2 Network 6 / 按急停后触球前返回 LDN M1.0 AN M0.0 A I0.3 AN I1.0 AN I0.5 = M0.3Network 7 / 抓球后上行 LDN M1.0 A Q0.1 A I0.3 AN I0.5 = M1.3 Network 8 / 判断大小球 LD I0.4 O M0.1 A Q0.1 = M0.1 Network 9 / 抓球右行
15、至大或小球右限 LDN M1.0 LDN M0.1 AN I0.7 LD M0.1 AN I0.6 OLD ALD A Q0.1 A I0.5 = Q0.4 Network 10 / 抓球下行至下限后过 1s 断磁 LDN M1.0 A Q0.1 LDN M0.1 A I0.7 LD M0.1 A I0.6 OLD ALD LPS AN I0.4 = M1.2 LPP A I0.4 AN T37 TON T37, 10 Network 11 / 上行至上线停止LDN M1.0 LD I0.7 O I0.6 ALD AN Q0.1 AN I0.5 = M2.3 Network 12 / 左行至左限停止，开始下次循环 LDN M1.0 AN Q0.1 A I0.5 AN I0.3 = Q0.5 Network 13 / 中间继电器输出下行 LD M0.2 O M1.2 = Q
