大小球分拣传送机械控制系统设计

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 1.1 大小球分拣传送机械控制系统设计内容简介..........1 1.2 大小球分拣传送机械控制系统功能分析..............2 第2章 大小球分拣传送系统的硬件电路.................4 2.1 按控制要求进行功能分析........................4 2.2确定I/O信号数量，选择PLC的类型.................5 2.3 分拣大小球控制的I/O接线图.....................6 2.4 分拣大小球控制的电器元件配置表.................7 第3章 大小球分拣传送系统的软件设计.................8 3.1分拣大小球控制的运行框图......................8 3.2 分拣大小球控制程序的梯形图....................9 3.3 分拣大小球控制程序的指令表...................11 第4章 软件硬件调试.............................14 心得体会......................................15 参考文献......................................16

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

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”）

1.2 大小球分拣传送机械控制系统功能分析

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）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。

第2章 大小球分拣传送系统的硬件电路

2.1 主电路原理图

图2-1中主回路采用两个接触器，即正转接触器KM1和反转接触器KM2。当接触器KM1的三对主触头接通时，三相电源的相序按U―V―W接入电动机。当接触器KM1的三对主触头断开，接触器KM2的三对主触头接通时，三相电源的相序按W―V―U接入电动机，电动机就向相反方向转动。电路要求接触器KM1和接触器KM2不能同时接通电源，否则它们的主触头将同时闭合，造成U、W两相电源短路。为此在KM1和KM2线圈各自支路中相互串联对方的一对辅助常闭触头，以保证接触器KM1和KM2不会同时接通电源。

图2-1 电动机正反转

2.2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S7—200系列（CPU--224）PLC。

2.3 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S7—200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

2.4 分拣大小球控制的电器元件配置表

S7—200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

第3章大小球分拣传送系统的软件设计

3.1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2-2所示

图3-1 分拣大小球控制的运行框图

3.2 分拣大小球控制程序的梯形图

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