PLC课程设计 大小球分拣系统

摘 要 本课程设计主要对PLC程序的结构、特点、各器件的性能以及对被公职对象的控制过程进行具体研究，并通过PLC来实现对大小球分拣系统的控制，随着工业自动化、机械化进程的加速，自动控制正在逐步取代传统的人工控制，在改善工作人员的工作环境的同时也使生产效率大大提升，为了最大限度的满足被控制对象和生产过程的控制u。在本课程设计中对于一些原来用继电接触器线路不易实现的要求，试用PLC后，将很容易实现。在满足控制要求前提下，采用多种控制模式来对被控制对象进行安全可靠的控制操作，使功能更加全面，其中包括手动控制，自动控制模式，使其操作更强，便于企业各类人员操作，另外，该系统的手动控制模式，也使生产设备的检测和维护更加方便。 关键字 PLC，大小球分拣，机械臂

ABSTRACT

The course is designed for PLC program structure, the device performance as well as on public object control process carries on the concrete study, and through PLC to realize to the big ball sorting system control, along with the industrial automation, mechanization process is accelerated, the automatic control is gradually replacing the traditional manual control, in the improvement of work staff working environment and make the production efficiency is greatly improved, in order to maximize the meet was the control object and control of the production process U. On the curriculum design for some of the original relay contactor circuit not easy, try PLC, can be achieved easily. To meet the control requirements under the premise, uses many kinds of control mode to control object is safe and reliable control operation, make the function more comprehensive, including manual control, automatic control mode, the operation more convenient, different kinds of staff in the enterprise operation, in addition, the system of the manual control mode, also make the equipment testing and maintenance more convenient.

Key Words：PLC，The size of the ball sorting，Mechanical arm

1.绪论

1.1选题背景

大、小球选择分类传送作为工业中器件选择传送的一个写照，在工业控

制中它的应用领域不断拓宽。它能够通过编程来完成各种预期的作业任务，并能在各种复杂环境中工作，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其在人工智能方面大大地增加其效率，同时也改善了人类的工作环境与工作强度。

中国在科技发展方面发展水平较低，在工业中分拣传送劳动密集型还占有相当大的份额。由于人的劳动能力有限，并且人不能持续长时间的高强度工作，因此在劳动效率上往往是制约企业发展的关键性因素，为了提高劳动效率，抢占市场份额，各个企业也不断的引进和更新自动化设备来提高效率，同时降低人的工作强度。因而这种自动化控制在工业控制中有很大优势。

1.2 PLC控制系统设计的原则和内容

PLC的选择除了应满足技术指标的要求外，还应着重考虑产品的技术支持与售后服务等情况。

最大限度地满足被控对象或产生过程的控制要求。对于一些原来用继电接触器线路不易实现的要求，使用PLC后，将很容易实现。

在满足控制要求前提下，力求使控制简单、经济、操作和维护方便。对一些过去较为繁琐的控制可利用PLC的特点加以简化，通过内部程序化外部接线及操作方式。

保证控制系统的安全、可靠。同时采取“软件兼施”的办法。 考虑到生产的发展和工艺的改进，选择PLC容量及I/O点数时，应适当留有裕量。一个系统完成后，往往会发现一些原来没有考虑到的问题，或者

新提出的问题 ，如果事先留有裕量。则PLC系统极易修改。同时对日后系统工艺的变更提供方便。当然对于不同的用户，要求的侧重点不同，设计的原则也应有所区别，如果以提高产品和安全为目标，则应将系统可靠性放在设计的重点，设置考虑采取冗余控制系统；如果要求系统改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络设计加以强化；如果系统工艺经常变更，则事先充分考虑。

2.PLC在大小球的分拣系统中的设计

2.1系统的功能

机械手分拣大小球的控制功能要求为：

1）原位：机械手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，同时机械手处于放松状态和球槽内有球（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，机械手下降，经过2s后机械手一定会碰到球。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，则一定是打球。

3）机械手吸住球后就提升，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）机械手下降，当碰到下限开关LS2时，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）释放后机械手提升，碰到上限开关LS3后，左行。

7）左行至碰到左限开关LS1时停下来，至此，一个工作循环结束。

2.2电路设计

2.2.1大小球分拣系统的结构j

机械手分拣大小球的工作示意图如图2-1所示。

LS1左限原点显示LS3上限LS4右限LS5右限

M+左行右行+上行下行当吸住大球时，活塞未达到下限位置，LS2不动作

LS2下限电磁铁PS0接近开关小大图2.1 机械手分拣大小球的工作示意图

2.2.2主电路设计及流程图

大、小球分拣传送实质上是由电动机控制的机械臂完,其主电路就是电动机的正反转电路。主电路电路图如图2-2所示。

L1L2L3QSFUKM1KM2KM3KM4FR1FR2 M1 M2

图2-2大、小球分类选择传送PLC控制的主电路电路图

主电路的继电器控制电路图如图2-3所示。

图2-3继电器控制电路

根据设计要求，对大、小球要分类传送的控制要求，画出系统流程图，系统流程图如图2-4所示。

图2-4 控制流程图

2.2.3 PLC控制的I/O地址分配

输 入 X0 X1 X2 X3 X4 X5 启动按钮 左限位开关 下限位开关 上限位开关 中限位开关 右限位开关 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 输 出 原点显示 下行 上行 右行 左行 吸球

2.2.4 大小球分拣的设计思想

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，捡球装置下行，一直到极限开关闭合。此时。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。

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。

2.2.5硬件连接图

根据控制要求，设定好各个量的地址分配之后，我们把其对应的I/O接线图绘制出来，其硬件I/O接线图如图2-5所示。

X0X0Y0YV1X1X1Y1YV2X11X2Y2YV3X3X3Y3YV4X4X4Y4YV5X5X5Y5HLCOM0X6X7X6COM1X7COM2COM3COMCOM424VFUKM4左行KM3右行KM2 上升KM1下降原 点吸球 图2-5大、小球分类选择传送PLC控制的I/O接线图

2.3元件的选择

在满足控制要求的前提下，选型时应选择最佳的性能价格比，具体考虑

以下几点。

2.3.1 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。

2.3.2 PLC的处理速度应满足时实控制的要求

PLC工作时，从输入信号控制存在着滞后现象，即输入量的变化，一般

要在1～2个扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般工业控制是允许的。但有些设备的实时性要求教高，不允许有教大的滞后时间。例如，PLC的I/O点数在几十到几千点范围内，这时用户应用程序的长短对系统的响应速度会有较大的差别。滞后时间应控制在几十毫秒之内，应小于普通继电器的动作时间。

2.3.3 PLC应用系统结构合理、机型系列应统一

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。

2.4控制系统梯形图及程序

根据SFC图绘制控制系统梯形图，梯形图如图2-6所

图2-6梯形图

根据梯形图写出系统的指令表

0 LD M8002 1 SET S0 2 STL S0 3 LD X1 4 AND X3 5 SET S20 6 STL S20 7 OUT Y0 8 LD X0 9 SET S21 10 STL S21 11 OUT Y1 12 LD X2 13 AND X6 14 SET S22 15 LDI X2 16 AND X6 17 SET S25 18 STL S22 19 SET Y5 20 OUT T0 21 K10 22 LD T0 23 SET S23 24 STL S23 25 OUT Y2 26 LD X3 27 SET S24 28 STL S24 29 OUT Y3 30 LD X4

31 SET S28 32 STL S25 33 SET Y5 34 OUT T0 35 K10 36 LD T0 37 SET S26 38 STL S26 39 OUT Y2 40 LD X3 41 SET S27 42 STL S27 43 OUT Y3 44 LD X5 45 SET S28 46 STL S28 47 OUT Y1

48 LD X2 49 SET S29 50 STL S29 51 RST Y5 52 OUT T1 53 K10 54 LD T1 55 SET S30 56 STL S30 57 OUT Y2 58 LD X3 59 SET S31 60 STL S31 61 OUT Y4 62 LD X1

63 ANI X14 64 SET S20 65 RET 66 END

程序分析

电路接通后，M8002产生触发脉冲同时按下左限开关X1、上限开关X3对系统置位，显示原点Y0灯亮。接着按下启动开关X0，系统启动，开始下行，Y1显示，到达下限X2时，进入选择顺序的两个分支电路。如果此时吸盘吸起的是大球，则下限位开关X2的常开触点闭合，电磁阀Y5通电吸球，延时1秒后开始上升，Y2显示，到达上限X3后即右行；若是小球，则下限位开关X2常闭触点闭合吸球，其余过程同大球。吸住小球向右运行，Y3显示，到达小球右限X4后开始下行（大球是在到达大球右限开关X5后开始下行），Y1显示。到达下限X2之后电磁阀线圈Y5断电放球，然后延时1秒，机械臂开始上行，Y2显示，到达上限X3之后，开始向左移动，Y4显示，回到原点后，原点Y0显示。

3.设计总结

短短两个星期的课程设计就要告一段落，纵观整个设计过程，可以说在这一过程中我的收获很大，充分认识到自己的薄弱环节，通过理论分析与实践的反复进行和论证，许多问题都有了较好的解决方案。

软件部分采用各部分程序直接转的方式，依次实现了PLC流程图、梯形图、指令表三种机械手控制方式。用此种方法编写程序条理清晰，连贯性强，但若要增加其它机械手控制方式或进行扩展，程序会变得相当复杂而且容易出错，出错后调试修改也很困难。收进的方式是将各部分程序写成程序，方便调用和调试。此种方法的优点是程序编写比较简单，不需要再编写分支、汇合状态移图的程序，且由于本课对定时精确度要求并不高，适宜采用。若是在对定时精度要求比较高

的情况下，应采用单片机的中断功能进行硬件定时。

通过此次设计，了解了PLC机械手在大小球分选系统的工作原理，首次学习了一些机械手的工作原理及使用方法。其中电路及软件实现是此次设计的主要部分。

通过这次综合实践，我更加看清了自己的不足之处。为了搞好这次毕业设计，通过查阅资料以及在老师和同学的帮助下，最终基本达到了设计目的。通过实践，巩固了理论知识的学习，提高了实际应用所学知识的能力，还积累了许多宝贵的经验。特别是老师的态度给我启发不小。在这次的设计实践过程中，我认识到不管做什么事，尤其是科学实践，都需要大胆假设，小心求证。任何一个方案都要经过详细周全的论证后才能着手去做，否则即使很快做出来，但经不起推敲和考验。对于那些要求能够扩展功能的课题更是如此

参考文献

[1] 廖常初主编.《PLC基础及应用》. 机械工业出版社,2004

[2] 《简明维修电工手册》 机械工业出版社,1993

[3] 赵金荣主编.《可编程序控制器原理及应用》 上海应用技术学院 [4] 易传禄主编.《可编程序控制器应用指南》上海科普出版社 [5] 方承远主编.《工厂电气控制技术》 机械工业出版社 [6] 王永华主编.《现代电气及可编程技术》 机械工业出版社 [7] 汤以范主编.《电气与可编程序控制器技术》 机械工业出版社