设计说明书《可编程控制器》课程设计设计题目：大、小球分拣传送机械PLC控制学院：学号：100204075 专业（方向）年级：电气工程及其自动化学生姓名：福建农林大学2013年 7 月 3日目录1引言 (1)2PLC基础知识和编程语言 (1)2.1 PLC的组成 (1)2.2 PLC的编程语言 (1)2.3 PLC主要技术性能指标 (1)2.4 PLC的性能与任务相适应 (2)2.5 PLC的选型 (2)3PLC在大小球分拣系统中的设计 (3)3.1 大小球分拣传送机器示意图与控制要求 (3)3.2 确定I/0地址分配 (3)3.3 绘制外部I/O接线图 (4)3.4 大小球分拣的设计思想 (4)4机械臂（手）分拣大小球系统的控制程序 (5)4.1 机械手分拣大小球控制的程序功能图 (5)4.2 梯形图控制程序 (5)4.3 程序操作说明 (10)4.4 创新设计内容 (10)4.5 系统的调试说明及注意事项。

(11)5总结 (11)参考文献 (12)1引言本课程设计的对象为机械手的自动化控制。

机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置,它是在机械自动化生产过程中发展起来的一种新型装置,在生产过程中起着非常重要的作用。

此设计的目的在于：机械手能代替人类完成危险、重复、枯燥的工作,减轻人类劳动强度,提高劳动生产力。

设计的内容为：机械手自动分拣大小球。

实现的目的在于：分拣大小球可以自动化操作。

本章主要介绍机械手在大小球分拣传送机械上如何与PLC相结合实现自动化操作。

2PLC基础知识和编程语言2.1 PLC的组成1)PLC由四部分组成：CPU模块、输入输出模块、编程器、电源。

2)CPU模块的作用：不断采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出。

3)输入输出模块的作用：是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。

4)编程器的作用：生成用户程序，并用来编辑、检查、修改用户程序，监控用户程序的执行情况。

5)电源的作用：为PLC提供电源。

2.2 PLC的编程语言PLC的编程语言有：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表、结构文本。

其中S7-200只有三种编程语言：梯形图、功能块图、指令表。

①梯形图（Ladder diagram）编程语言是一种图形语言 ,类似于继电器控制线路图的一种编程语言，它面向控制过程，直观易懂，是PLC编程语言中应用最多的一种语言。

②顺序功能图常用来编制顺序控制程序，它包括步、动作、转换三个要素。

顺序功能图法可以将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态。

对于这些小状态的功能依次处理后再把这些小状态依一定顺序控制要求连接成组合整体的控制程序。

③功能块图是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方块左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆点表示“非”运算，信号自左向右流动。

2.3 PLC主要技术性能指标①I/O点数指PLC外部输入和输出端子数。

②用户程序存储容量用来衡量PLC所能存储用户程序的多少。

③扫描速度指扫描1000步用户程序所需的时间，以ms/千步为单位。

④指令系统条数指PLC具有基本指令和高级指令种类和数量。

种类数量越多软件功能越强。

⑤内部寄存器⑥高功能模块2.4 PLC的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。

2.5 PLC的选型PLC的工作方式是循环扫描的工作方式。

存在输入信号控制滞后的现象，对于不需要精确控制要求的任务来说，这种滞后在一般工业控制上是允许的。

PLC的结构分为整体式和模块式。

整体式结构把PLC的I/0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，在大小球分拣机械臂控制系统中选择西门子S7-200系列CPU226作为可编程控制器。

3PLC在大小球分拣系统中的设计3.1 大小球分拣传送机器示意图与控制要求图3-1 大小球分拣传送机器示意控制要求：（1）机械臂起始位置在机械原点（见图），为左限、上限并有显示。

（2）有起动按钮和停止按钮控制运行，设停止时机械臂必须已回到原点。

（3）起动后，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”）。

3.2 确定I/0地址分配表3-1 I/O地址分配3.3 绘制外部I/O接线图(1) 外部I/O接线图3-2 外部I/O接线图3.4 大小球分拣的设计思想当传送机处于起始位置时，上限位开关和左限位开关被压下，此时原点显示。

启动装置后，捡球装置下行，通过压力传感器判断，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。

1.如果吸起小球后，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。

2.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。

4机械臂（手）分拣大小球系统的控制程序4.1 机械手分拣大小球控制的程序功能图图4-1 程序功能图4.2 梯形图控制程序4.3 程序操作说明给PLC上电，SM0.1在第一个扫描周期为1，M0.0得电，这时候机械臂在上限和左限开关的位置，此时Q0.6灯亮原点显示。

按下启动开关I0.0，M0.1得电机械臂下降同时电磁铁上电，电磁铁在下降的过程中会吸住铁球，此时通过电磁铁的压力感应器I0..6用来判断是吸住的大球还是小球，如果压力感应器I0.6的输出为0，说明吸住的是小球，I0.6的输出为1，则说明吸住的是大球。

①当电磁铁吸住小铁球后，这时候机械臂碰到下限开关I0.2。

转换条件满足，M0.3得电机械臂上升，碰到上限开关后开始右行，I0.4为小球位限位开关，这时候M0.4得电，机械臂下降碰到下限开关时候电磁铁Q0.5此时要断电保证小铁球的释放。

当碰到下限开关I0.2转换条件满足，M0.5得电机械臂上升，碰到上限开关I0.3，后M0.6得电左行至左限开关。

②当电磁铁吸住的是大球后，这时候机械臂未碰到下限开关。

由压力传感器I0.6输出为了1做为转换条件。

M1.0得电机械臂上升至上限开关I0.3，然后M1.1得电右行至右限开关I0.5，转换条件满足M1.2得电机械臂下降至I0.2下限开关，M1.3得电电磁铁Q0.5断电保证大球的释放，然后机械臂上升至上限开关I0.3，M1.4得电机械臂左行至左限开关。

如此循环不断的进行捡球和放球的过程，直到按下停止按钮I0.7，系统才停下来不工作。

此系统在连续运行时，停止方式是正常停止：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。

4.4 创新设计内容在这原有的基础上可以将机械臂（手）的控制过程再优化一下。

利用PLC的定时器，让电磁铁吸住铁球有一个时间上的延迟，保证电磁铁吸着铁球。

同时可以在机械手的前端装个传感器，在吸着铁球的时候，可以测量出铁球的实际大小的重量。

按铁球的重量来分拣大中小铁球，满足用户的需求。

4.5 系统的调试说明及注意事项。

由于此系统程序并没有设定电磁铁吸住铁球的具体时间，所以程序在实验室调试与现场应用有所区别。

区别在于实验室对电磁铁吸铁球是瞬间完成的，由于PLC的扫描时间很快，所以调试程序完成的时间比现场应用时候程序完成的时间要短。

在调试过程中，由于限位开关是人为启动的，例如机械臂下降如果碰到了下限开关后，机械臂将向上升，这时会碰到上限开关，在机械臂上升的过程中，记得要把下限开关关掉。

因为机械臂碰到下限开关的动作已经做完了。

在实验室中只能人为关掉限位开关，在实际现场中是传感器或者开关自动关闭的。

如果你没有关开前一步骤的限位开关，那么程序的运行就会出乱。

这就是在调试操作的时候要注意的地方。

5总结通过这次的课程设计，让我加强了对PLC的实际运用。

同时更熟练的掌握了由顺序功能图转换成梯形图的能力。

我收获很多，同时也意识到了自己比较薄弱的环节。

让我认识到：能否真正的掌握一个程序不单是你会写这个程序，而且还要学会程序的优化。

参考文献[1]冯毅摆动式机械手机构运动与PLC控制的研究[2]易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》上海科普出版社[3]方承远主编.《工厂电气控制技术》机械工业出版社[4]王永华主编.《现代电气及可编程技术》机械工业出版社。