PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及及基礎(chǔ)知識(shí)

PLC課程設(shè)計(jì)專業(yè)：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：設(shè)計(jì)報(bào)告格式20分設(shè)計(jì)內(nèi)容60分10分10分總計(jì)得分封面3頁(yè)面布局5目錄格式3圖表質(zhì)量4間距、行距、字體6工藝過(guò)程分析8系統(tǒng)控制要求8I/O分配5設(shè)備選型5電氣原理圖系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)10動(dòng)手實(shí)踐能力10總印象評(píng)分10主電路8控制電路8外圍接線圖82010年06月目錄摘要 3第一章PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí) 4PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容。 4PLC的選型 4性能與任務(wù)相適應(yīng) 5PLC的處理速度應(yīng)滿足時(shí)實(shí)控制的要求 5PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一 5PLC在大小球的分揀系統(tǒng)中的設(shè)計(jì).................................................................................6系統(tǒng)的功能.......................................................................................................................6大小球分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)...................................................................................................6I/O編址及工作框圖..........................................................................................................7大小球分揀的設(shè)計(jì)思想...................................................................................................8機(jī)械手分揀球控制系統(tǒng)的接線圖...................................................................................9第三章機(jī)械手分揀大小球系統(tǒng)的控制程序................................................................................10機(jī)械手分揀大小球控制的程序流程圖.........................................................................10機(jī)械手分揀大小球控制程序的梯形圖.........................................................................11總結(jié).....................................................................................................................................17參考文獻(xiàn)..........................................................................................................................................18摘要機(jī)械手的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)，其一，它能部分地代替人的勞動(dòng)并能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送。因?yàn)?，它能大大地改善工人的勞?dòng)條件，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因此，受到各先進(jìn)單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應(yīng)用。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近代幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的成果，受到各工業(yè)部門的重視。在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要對(duì)流水線上的產(chǎn)品進(jìn)行分撿，本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用的德國(guó)西門子S7-200系列PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。用于分撿大小球的機(jī)械裝置。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。關(guān)鍵詞：機(jī)械手、PLC、大小球第一章PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試等內(nèi)容。本課程設(shè)計(jì)著重在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容。PLC的選擇除了應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)的要求外，還應(yīng)著重考慮產(chǎn)品的技術(shù)支持與售后服務(wù)等情況。最大限度地滿足被控對(duì)象或產(chǎn)生過(guò)程的控制要求。對(duì)于一些原來(lái)用繼電接觸器線路不易實(shí)現(xiàn)的要求，使用PLC后，將很容易實(shí)現(xiàn)。在滿足控制要求前提下，力求使控制簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作和維護(hù)方便。對(duì)一些過(guò)去較為繁瑣的控制可利用PLC的特點(diǎn)加以簡(jiǎn)化，通過(guò)內(nèi)部程序化外部接線及操作方式。保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。同時(shí)采取“軟件兼施”的辦法?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，選擇PLC容量及I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。一個(gè)系統(tǒng)完成后，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)一些原來(lái)沒(méi)有考慮到的問(wèn)題，或者新提出的問(wèn)題，如果事先留有裕量。則PLC系統(tǒng)極易修改。同時(shí)對(duì)日后系統(tǒng)工藝的變更提供方便。當(dāng)然對(duì)于不同的用戶，要求的側(cè)重點(diǎn)不同，設(shè)計(jì)的原則也應(yīng)有所區(qū)別，如果以提高產(chǎn)品和安全為目標(biāo)，則應(yīng)將系統(tǒng)可靠性放在設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，設(shè)置考慮采取冗余控制系統(tǒng)；如果要求系統(tǒng)改善信息管理，則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)加以強(qiáng)化；如果系統(tǒng)工藝經(jīng)常變更，則事先充分考慮。PLC的選型在滿足控制要求的前提下，選型時(shí)應(yīng)選擇最佳的性能價(jià)格比，具體考慮以下幾點(diǎn)。性能與任務(wù)相適應(yīng)對(duì)于開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對(duì)控制要求不高時(shí)，可選用小型PLC（如西門子公司S7-200系列PLC或OMON公司系列CPM1A/CPM2A型PLC）就能滿足要求，如對(duì)小型泵的順序控制、單臺(tái)機(jī)械的自動(dòng)控制等。對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶有部分模擬量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，如對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續(xù)量的控制，應(yīng)選用帶有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，配接相應(yīng)的傳感器、變送器和驅(qū)動(dòng)裝置，并且選擇運(yùn)算功能較強(qiáng)的中小型PLC，如西門子公司的S7-300系列PLC或OMRON公司的COM/CQM1H型PLC。對(duì)于比較復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、PID調(diào)節(jié)、通信聯(lián)信網(wǎng)4等，可選用中大型PLC（如西門子公司的S7-400系列PLC或OMRON公司的C200HE/C200HG/C200HX、CV/CVM1等PLC）。當(dāng)系統(tǒng)的各個(gè)控制對(duì)象分布在不同的地域時(shí)，應(yīng)根據(jù)各部分的具體要求來(lái)選擇PLC，一組成一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。PLC的處理速度應(yīng)滿足時(shí)實(shí)控制的要求PLC工作時(shí)，從輸入信號(hào)控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在1～2個(gè)掃描周期之后才能反映到輸出端，這對(duì)于一般工業(yè)控制是允許的。但有些設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求教高，不允許有教大的滯后時(shí)間。例如，PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在幾十到幾千點(diǎn)范圍內(nèi)，這時(shí)用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)有較大的差別。滯后時(shí)間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動(dòng)作時(shí)間。PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，適用于工藝過(guò)程比較穩(wěn)定、控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。模塊式PLC的功能擴(kuò)展，I/O點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式靈活。維修更換模塊、判斷與處理故障快方便，適用于工藝過(guò)程變化教多、控制要求復(fù)雜的系統(tǒng)。在使用時(shí)，應(yīng)按實(shí)際具體情況進(jìn)行選擇。結(jié)合以上幾點(diǎn)，在設(shè)計(jì)PLC機(jī)械手在大小球分選系統(tǒng)中用的PLC的選型為西門子S7-200系列的可編程控制器。PLC在大小球的分揀系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能機(jī)械手分揀大小球的控制功能要求為：1）原位：機(jī)械手原始狀態(tài)為左上角原位處，即上限開(kāi)關(guān)LS3及左限開(kāi)關(guān)LS1壓合，同時(shí)機(jī)械手處于放松狀態(tài)和球槽內(nèi)有球（接近開(kāi)關(guān)PS吸合），這時(shí)原位顯示亮，表示準(zhǔn)備就緒。2）按下啟動(dòng)按鈕SB1后，機(jī)械手下降，經(jīng)過(guò)2s后機(jī)械手一定會(huì)碰到球。如果同時(shí)碰到下限開(kāi)關(guān)LS2，則一定是小球；如果此時(shí)未碰到下限開(kāi)關(guān)LS2，則一定是打球。3）機(jī)械手吸住球后就提升，碰到上限開(kāi)關(guān)LS3后就右行。4）如果是小球，則右行到LS4處；如果是大球，則右行到LS5處。5）機(jī)械手下降，當(dāng)碰到下限開(kāi)關(guān)LS2時(shí)，將小球釋放到小球容器中；如果是大球，則釋放到大球容器中。6）釋放后機(jī)械手提升，碰到上限開(kāi)關(guān)LS3后，左行。7）左行至碰到左限開(kāi)關(guān)LS1時(shí)停下來(lái)，至此，一個(gè)工作循環(huán)結(jié)束。大小球分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機(jī)械手分揀大小球的工作示意圖如圖所示。圖機(jī)械手分揀大小球的工作示意圖I/O編址及工作框圖輸入地址對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備輸出地址對(duì)應(yīng)設(shè)備的操作設(shè)備的啟動(dòng)按鈕機(jī)械臂上升上移限位開(kāi)關(guān)機(jī)械臂下降下移限位開(kāi)關(guān)機(jī)械臂左行左移限位開(kāi)關(guān)機(jī)械臂右行大小球的選擇開(kāi)關(guān)機(jī)械臂吸球/放球小球的選擇開(kāi)關(guān)定時(shí)器定時(shí)時(shí)間大球的限位開(kāi)關(guān)T372S設(shè)備的停止按鈕T382S連續(xù)運(yùn)行按鈕單周期運(yùn)行按鈕單不運(yùn)行按鈕回原點(diǎn)運(yùn)行單步運(yùn)行的輔助按鈕大小球分揀的設(shè)計(jì)思想當(dāng)輸送機(jī)處于起始位置時(shí)，上限位開(kāi)關(guān)和左限位開(kāi)關(guān)被壓下，極限開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。啟動(dòng)裝置后，撿球裝置下行，一直到極限開(kāi)關(guān)閉合。此時(shí)。若碰到的是小球，則壓力傳感器仍為斷開(kāi)狀態(tài)；若碰到的是大球，則壓力傳感器閉合狀態(tài)。吸起小球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開(kāi)關(guān)后，撿球裝置向右行；碰到右限位開(kāi)關(guān)（小球的右限位開(kāi)關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開(kāi)關(guān)后，將小球釋放到小球箱里，然后返回到原位。如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個(gè)右限位開(kāi)關(guān)（大球的右限位開(kāi)關(guān)）后，再向下行，碰到下限位開(kāi)關(guān)后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位。機(jī)械手分揀球控制系統(tǒng)的接線圖機(jī)械手分揀大小球系統(tǒng)的PLC程序機(jī)械手分撿大小球控制程序流程圖根據(jù)要求，該控制流程根據(jù)吸住的是（大球、小球）有兩個(gè)分支，此處應(yīng)為分支點(diǎn)，且屬于選擇性分支。分支在機(jī)械臂下降之后根據(jù)接近開(kāi)光（X0）的通斷，分別將球吸住、上升、右行到SB4或SB5處下降，此處應(yīng)為匯合點(diǎn)。然后再釋放、上升、左移到原點(diǎn)。當(dāng)按下時(shí)，得電，如果轉(zhuǎn)換條件滿足，得電撿球裝置下降撿球平板，當(dāng)下降的撿球平板碰到下限開(kāi)關(guān)SB2時(shí)，得電，停止下降，撿球裝置給平板處的電磁線圈（KM）通電，撿球平板產(chǎn)生電磁吸力吸住鋼球，此時(shí)壓力感應(yīng)器用來(lái)判斷是吸住的大球還是小球，如果壓力感應(yīng)器的輸出斷開(kāi)，說(shuō)明吸住的是小球，而如是閉合的，則說(shuō)明吸住的是大球。當(dāng)吸住鋼球后，得電撿球平板上升，碰到上限開(kāi)關(guān)后開(kāi)始右行，為小球位限位開(kāi)關(guān)，為大球位限位開(kāi)關(guān)，在右行的過(guò)程中，如果吸住的是大球，得電，則要到碰到才停止右行，得電，下降到下限開(kāi)關(guān)位置，得電，斷電釋放鋼球，然后得電上升到上限開(kāi)關(guān)位置停止上升，得電，開(kāi)始左行，碰到左極限停止左行；而如果是吸住的小球，則在右行的時(shí)候碰到就停止右行，得電，下降到下限開(kāi)關(guān)出停止下行，得電，斷電釋放鋼球，然后上升到上極限位置停止上升，得電，開(kāi)始左行，到左極限停止左行，吸球時(shí)間T37為2s，釋放球時(shí)間T38也為2s）當(dāng)將旋鈕開(kāi)關(guān)后，系統(tǒng)由開(kāi)始撿球到放球，返回再次開(kāi)始撿球，如此循環(huán)不斷的進(jìn)行撿球和放球的過(guò)程，直到按下停止按鈕，系統(tǒng)才停下來(lái)不工作。當(dāng)系統(tǒng)在連續(xù)運(yùn)行時(shí)，停止方式有兩種，一種是正常停止：就是按下停止按鈕后，系統(tǒng)要將整個(gè)周期剩下的步驟全部進(jìn)行完，然后回到原點(diǎn)才停止工作。另外一種是緊急停止：就是用來(lái)處理緊急情況下來(lái)及時(shí)停止整個(gè)系統(tǒng)工作的，一按緊急停止，系統(tǒng)立刻停止，不管已經(jīng)工作到什么位置。機(jī)械手分揀大小球控制程序的梯形圖第四章總結(jié)短短兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)就要告一段落，縱觀整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，可以說(shuō)在這一過(guò)程中我的收獲很大，充分認(rèn)識(shí)到自己的薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)理論分析與實(shí)踐的反復(fù)進(jìn)行和論證，許多問(wèn)題都有了較好的解決方案。軟件部分采用各部分程序直接轉(zhuǎn)的方式，依次實(shí)現(xiàn)了PLC流程圖、梯形圖、指令表三種機(jī)械手控制方式。用此種方法編寫程序條理清晰，連貫性強(qiáng)，但若要增加其它機(jī)械手控制方式或進(jìn)行擴(kuò)展，程序會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜而且容易出錯(cuò)，出錯(cuò)后調(diào)試修改也很困難。收進(jìn)的方式是將各部分程序?qū)懗沙绦颍奖阏{(diào)用和調(diào)試。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序編寫比較簡(jiǎn)單，不需要再編寫分支、匯合狀態(tài)移圖的程序，且由于本課對(duì)定時(shí)精確度要求并不高，適宜采用。若是在對(duì)定時(shí)精度要求比較高的情況下，應(yīng)采用單片機(jī)的中斷功能進(jìn)行硬件定時(shí)。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，了解了PLC機(jī)械手在大小球分選系統(tǒng)的工作原理，首次學(xué)習(xí)了一些機(jī)械手的工作原理及使用方法。其中電路及軟件實(shí)現(xiàn)是此次設(shè)計(jì)的主要部分。通過(guò)這次綜合實(shí)踐，我更加看清了自己的不足之處。為了搞好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱資料以及在老師和同學(xué)的幫助下，最終基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。通過(guò)實(shí)踐，鞏固了理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高了實(shí)際應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，還積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。特別是老師嚴(yán)謹(jǐn)冶普的態(tài)度給我啟發(fā)不小。在這次的設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程中，我認(rèn)識(shí)到不管做什么事，尤其是科學(xué)實(shí)踐，都需要大膽