大、小球分拣传送机械控制系统设计

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1、机电工程学院课 程 设 计 说 明 书设计题目: 大、小球分拣传送机械控制系统设计 学生姓名： 学 号： 20094805 专业班级： 机制 F09 指导教师： 12012 年 12 月 12 日内容摘要机电一体化产品的积极作用正日益为人们所认识，如本设计产品机械手，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。而且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

2、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 设计； 机械手1目 录第 1章 引言 11.1 大、小球分拣传送机械控制系统设计内容简介11.2 大、小球分拣传送机械控制系统设计要求 11.3 大、小球分拣传送机械控制系统设计思想 2第 2章 大、小球分拣传送系统的硬件电路设计32.

3、1 大、小球分拣传送系统功能说明 32.2 设计主电路原理图32.3 机械臂分拣大、小球控制的运行框图42.4 确定 I/O信号数量，选择 PLC的类型42.5 机械臂分拣大、小球控制的电器元件 I/O分配表52.6 机械臂分拣大、小球控制的 I/O接线图 5第 3章 大、小球分拣传送系统的程序设计83.1 机械臂分拣大、小球控制程序的梯形图83.2 机械臂分拣大、小球控制程序的指令表11第 4章 软件硬件调试13结 论16设计总结17谢 辞 18参考文献192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

4、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联系紧密。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、小球分拣传送机械工作示意图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.机械臂起始位置在机械原点（见图） ，为左限、上限并有显示。12.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

5、限）下降释放上升（至上限）左行返回（至原点） 。4.机械臂右行时有小球右限（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” ） ；压着小球时，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：1电动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。

6、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，原点显示灯亮。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（SQ 开关闭合） ，则机械臂向上行，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 LS4）后，再下行，下行 1秒后机械臂电磁铁失电，将小球释放到小球箱里，然后机械臂返回到原位。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LS5）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。5.当机械

7、臂回原位后，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。若接近开关 PS0断开即球槽内无球，则机械臂回原位，整个装置停止运行。2第 2章 大、小球分拣传送系统的硬件电路设计2.1 大、小球分拣传送系统功能说明机械手分拣大小球的控制功能如下：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，同时机械臂处于无磁状态和球槽内有球或无球状态（接近开关 PS吸合或断开） ，这时原位显示灯亮，表示准备就绪。2.按下启动按钮 SB1后，机械臂的电磁铁无磁，机械臂下降，接近开关 SQ闭合后，机械臂会碰到球，接着电磁铁加磁。如果同时碰到下限开关 L

8、S2，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（接近开关 SQ闭合后）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，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，开始左行。7.机械臂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；若无球，则工作停止。8.控制系统停止有两种情况；（1）接近开关 PSO显示球槽内无球则循环结束；（2）按下停止按钮 SB2则运行完

9、此次循环后停止到原点；（3）按下急停按钮 SB3，系统立刻停止工作，不管已经工作到什么位置。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，一按紧急停止按钮 SB3，系统立刻停止工作，不管已经工作到什么位置。但此时，电磁铁线圈仍处于有电状态，以保证紧急停止后不放球，保证安全。2.2 设计主电路原理图如图 2-1中，主电路采用两个电动机、四个接触器即正转接触器 KM1（KM3）和反转接触器 KM2(KM4)控制。当接触器 KM1（KM3）的

10、三对主触头接通时，三相电源的相序按 UVW 接入电动机。当接触器 KM1（KM3）的三对主触头断开，接触器 KM2(KM4)的三对主触头接通时，三相电源的相序按 WVU 接入电动机，电动机就向相反方向转动。利用两台电动机的正反转，分别控制机械臂的上、下、左、右行。3图 2-1 主电路原理图2.3 机械臂分拣大、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原点复位停止，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 2-2所示。2.4 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

11、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

12、节、通信联信网等，可选用中大型 PLC（如西门子公司的 S7-400系列 PLC或 OMRON公司的4C200HE/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，组成一个分布式的控制系统。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

13、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。根据系统分析得输入点有 10个，分别为 I0.0-I1.1;输出点有 6个，分别为 Q0.1-Q0.5、Q0.7。I/O 点共 16个。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（CPU-224）PLC。2.5 机械臂分拣大、小球控制的电器元件 I/O分配表S7200系列（CPU-224）PLC 有 14DI/10DO，本次设计只需 10个输入，6 个输出，具体 I/O分配表如表 2-1。2.6 机械臂分拣大小球控制的 I/O接线图由 PLC控制

14、继电器线圈来控制主电路的上下左右运动和机械臂抓释小球.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，输入端分两组共十个接口，输出端分两组共六个接口，具体如图 2-3。5N Y大球 小球N Y开 始020406080100第 一 季 度 第 三 季 度东 部西 部北 部机械臂在原位，LS1 、LS3 被压下按下启动按钮，机械臂下行下限开关 LS2 闭合？吸盘电磁阀线圈通电机械臂吸住球后，接近开关 SQ 闭合机械臂上行，压下 LS3 后右行机械臂压下 LS5 后下行机械臂压下 LS2 后，球放到球箱，机械臂返回原位吸盘电磁阀线圈通电机械臂吸球后，接近开关 SQ 闭合机械臂上行，压下 LS3 后右行机械臂压下 LS4 后下行机械臂压下 LS2 后，球放到球箱，机械臂返回原位球槽内是否有球（接近开关是否闭合）？停 止020406080100第 一 季 度 第 三 季 度东 部西 部北 部按下急停按钮，设备急停nt