大小球分拣系统6

大小球分拣系统6 西安航空职业技术学院 毕 业 设 计(论 文) 论文题目:基于PIC的大小球分拣系统控制 所属系部:自动化工程系 指导教师: 刘荣荣 职 称: 副教授 学生姓名: 朱毅波 学 号: 08603301 专 业: 电气自动化 西安航空职业技术学院制 1 西安航空职业技术学院 毕业(论文)任务书 题目: 基于PLC的大小球分拣系统 任务与要求: 时间: 年 月 日 至 年 月 日 共 周 所属系部: 自动化工程系 学生姓名: 朱毅波 学 号: 80603301 专业: 电气自动化 指导单位或教研室: 指导教师: 刘荣荣 职 称: 副教授 西安航空职业技术学院制 2 目录 目录 ............................................................................................................................................... 3 摘要 ................................................................................................................................................... 5 ABSTRACT ...................................................................................................................................... 6 第一章 前言 .................................................................................................................................. 11(1 研究的目的及意义 ............................................................................................................... 1 1.1.1 机械手在生产中的应用 ............................................................................................... 1 1.1.2 机械手的现状和发展趋势 .......................................................................................... 1 1.2 PLC的优点 ............................................................................................................................ 2 1.3 用 PLC设计控制系统的思路 ................................................................................................ 3 1.3.1 PLC控制系统的设计原则 ........................................................................................... 3 1.3.2 本课题的设计思路 ..................................................................................................... 5 第二章 PLC控制系统硬件设计 .................................................................................................... 6 2.1 PLC的组成 ............................................................................................................................ 6 .................................................................................. 6 2.1.1CPU(Central Process Unit) 2.1.2 系统程序存储器 ........................................................................................................... 7 2.1.3 用户存储器 .................................................................................................................. 7 2.1.4 输入输出组件(I/0模块) ......................................................................................... 8 2.1.5 编程器 .......................................................................................................................... 8 2.1.6 外部设备 ...................................................................................................................... 9 2.1.7电源................................................................................................................................. 9 2.2 I/O点数 .............................................................................................................................. 9 2.3 CPU的选择 .......................................................................................................................... 9 2.4 输出部分 ............................................................................................................................. 9 2.5 生产中各元器件的选择 .................................................................................................... 10 2.5.1 按钮和行程开关的选择 ............................................................................................. 10 2.5.2 接近开关、转换开关、刀开关的选择......................................................................... 11 2.5.3 时间继电器、接触器的选择 ...................................................................................... 12 2.5.4 熔断器、电动机的选择............................................................................................ 13 2.5.5 电磁阀的选择 ......................................................................................................... 14 第三章 PLC大小球分拣系统的设计 ......................................................................................... 15 3.1 系统的功能及控制要求 ...................................................................................................... 15 3.1.1 系统的主要功能 ............................................................................................................ 15 3.1.2 系统的控制要求 ......................................................................................................... 15 3.2 大小球分拣系统的结构 ...................................................................................................... 15 3.3大小球分拣系统的工作原理 ................................................................................................ 16 3.3.1 大小球分拣系统I/O口分配 ...................................................................................... 17 3.3.2 大小球分拣系统PLC外部接线图 ............................................................................ 17 第四章 大小球分拣系统的PLC程序设计 .................................................................................. 19 3 4.1 状态流程图 ....................................................................................................................... 19 4.2相关指令介绍 ....................................................................................................................... 20 4.3程序梯形图 ........................................................................................................................... 22 第五章 总结 .................................................................................................................................... 24 谢 词 ............................................................................................................................................... 27 参考文献 ......................................................................................................................................... 28 4 摘要 本文在纵观了近年来机械手发展状况的基础上，结合机械手方面的设计，对机械手技术进行了系统的分析，提出了传感器和PLC控制的设计。采用整体化的设计思想，充分考虑了软、硬件各自的特点并进行互补优化。对大小球分拣机械手的整体结构、执行结构、驱动系统和控制系统进行了分析和设计。控制系统中选择PLC的控制单元来完成系统功能的初始化、机械手的移动障、大小球的抓取与分类放置放置。最后提出了一种简单、易于实现、理论意义明确的控制策略。将此系统用于分拣大小球的装置，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。 通过以上部分的工作，得出了经济型、实用型、高可靠型物料分拣机械手的设计方案，对其他经济型PLC控制系统的设计也有一定的借鉴价值。 关键词 机械手;PLC;自动控制系统; 5 Abstract Based On The Ball Out Of The PLC System This article in the plots for mechanical hand development in recent years, on the basis of the design combining mechanical hand technology, the systematic analysis, sensors and plc the design of control. the integration of design, give full consideration the different features of soft, hardware and complementary. To optimize the ball out of the overall structure mechanical hand, implementation, the drive system and control system for analysis and design. Control system to control unit of the plc to complete system of the initialization, mechanical hand mobile users, the ball with a grab a classification. Finally, a simple, easy to achieve, of theory point clear control strategy. This system is used to sort out the size of the devices we use programmatic technology, combined with the relevant hardware device, mechanical hand complete control of movements. Through the work above, a practical, economical, high-reliability sorting material manipulator was designed, which also had certain reference value for the other types of economical PLC control system design. Key words: mechanical hand;programmable logic controller (PLC); automatic control 6 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 第一章 前言 1(1 研究的目的及意义 1.1.1 机械手在生产中的应用 机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物、分拣物品、代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温、腐蚀及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 随着工业的高速发展，机械手作为前沿的产品应自动化设备更新时的需要，已经在工业生产中得到了广泛的应用。它可以搬运货物、分拣物品、用以代替人的繁重及单调劳动，实现生产的机械化和自动化;并能在高温、腐蚀及有毒气体等有害环境下操作以保护人身安全，被广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。 机械手的使用正被人们所认识，它能代替部分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作的传递。因为，它能大大改善工人的劳动条件，加快工业生产的机械化和自动化进程。因此，收到个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、噪音的场合，应用的更为广泛。在我国，近几年内也有较快的发展，并取得了一定的成果，收到给工业部门的重视。在生产实际中，经常要对流水线上的产品进行分拣，本课题拟开发物料搬运机械手，采用德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取物料进行控制。 1.1.2 机械手的现状和发展趋势 机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。机械 1 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动系统可组成柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。 目前，国际上的机械手公司主要分为日系和欧系。日系中主要有安川、oTC、松下、FANLUC、不二越、川崎等公司的产品。欧系中主要有德国的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的C0毗U及奥地利的工GM公司。 我国机械手起步于20世纪70年代初期，经过30多年发展，大致经历了3个阶段:70年代萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用化期。在我国，机械手市场份额大部分被国外机械手企业占据着。在国际强手面前，国内的机械手企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给机械手产业发展注入新的动力。 随着机械手发展的深度和广度以及机器人智能水平的提高，机械手已在众多领域得到了应用。从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸。如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统用于维护维修的机器人等。在国防军事、医疗卫生、食品加工、生活服务等领域机械手的应用也越来越多。 在未来几年，传感技术，激光技术，工程网络技术将会被广泛应用在机械手工作领域，这些技术会使机械手的应用更为高效，高质，运行成本低。据猜测，今后机器人将在医疗、保健、生物技术和产业、教育、救灾、海洋开发、机器维修、交通运输和农业水产等领域得到应用。 1.2 PLC的优点 PLC的特点是:可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是电气控制设备的关键2 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 性能。PLC带有有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息。应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护;配套齐全，功能完善，实用性强。现代PLC大多都具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域，PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中;易学易用，深受工程技术人员欢迎。它接口容易，编程语言易于被工程技术人员接受，梯形图语言的图形符号与表达方式和继电气电路图相当接近;系统的设计、建造工程量小、维护方便，容易改造;体积小、重量轻、能耗低。 PLC的选择除了满足技术指标的要求外，还应注重考虑产品的技术支持与售后服务等情况。 最大限度满足被控对象或生成过程的控制要求。对于原来用继电器线路不容易实现的要求，应用PLC后，将变得很容易实现。 在满足控制要求的前提下，力求是控制简单、经济、控制和维护方便。对一些过去细微繁琐的控制可利用PLC的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。同时采用“软件兼实”的办法。 考虑到生产的发展和工艺的的改进，选择PLC容量及I/O点数时，应适当留有裕量。一个系统完成以后，往往会发现原来没有考虑到的问题，或者新提出的的问题，如果事先留有裕量，则PLC系统极易修改。同时为以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，则将系统可靠性放在设计重点，设置考虑采取缀余控制系统;如果系统要求改善信息管理，则应将系统通信能力与总线网络强化加以强化;如果系统工艺经常变更，则事先充分考虑。 目前，PLC在国内外已被广泛用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及娱乐等行业，使用情况大致可归纳为以下几类:开关量的逻辑控制;模拟量的控制;运动控制;过程控制;数据处理;通讯及网络; 1.3 用 PLC设计控制系统的思路 1.3.1 PLC控制系统的设计原则 3 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点: (1) 确定合理的结构型式 PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。 整体式PLC的每一个I,O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中;而模块式PLC的功能扩展灵活方便,在I,O点数、输入点数与输出点数的比例、I,O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。 考虑此系统控制比较简单，应用于小批量的生产线故此选择整体试PLC的结构形式较为合适。 (2) 确定合理的安装方式 PLC系统的安装方式分为集中式、远程I,O式以及多台PLC联网的分布式。 集中式不需要设置驱动远程I,O硬件，系统反应快、成本低;远程I,O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I,O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I,O电源;多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。 在工厂小批量生产中降低成本是很重要的，所以此系统选择集中试的安装方式。 (3) 满足相应的功能要求 一般小型( 低档) PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。 对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A,D和D,A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。 对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 此系统只需用开关量控制，选用一般小型PLC即可。 (4) 满足响应速度要求 PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I,O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。 4 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 本系统不需要跨范围使用PLC对某些功能或信号也没有特殊的速度要求，不需要选用具有高速I,O处理功能的PLC。 (5) 满足系统可靠性要求 对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。本系统选用一般系统PLC能够满足要求，不需要考虑太多此方面的问题。 (6) 机型尽量统一 一个企业，应尽量做到PLC的机型统一。以保证其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理;有利于技术力量的培训和技术水平的提高;其外部设备可以通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。 本课题的要求不高，不需要考虑配备上位计算机，但为了方便采购和管理等我们还是要求机型要统一。 1.3.2 本课题的设计思路 本课题试图开发PLC对物料分拣机械手的控制，并借助必要的精密传感器，使其能够对不同颜色的物料按预先设定的程序进行分拣，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中小批量自动化生产，广泛应用于柔性生产线。采用PLC控制，是一种预先设定的程序进行物料分拣的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并且在产品变化或临时需要对机械手进行新的分配任务时，可以允许方便的改动或重新设计其新部件，而对于位置改变时，只要重新编程，并能很快地投产，降低安装和转换工作的费用。本设计主要完成机械手的硬件部分与软件部分设计。主要包括执行系统、驱动系统和控制系统的设计。 5 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 第二章 PLC控制系统硬件设计 2.1 PLC的组成 PLC是以微处理器为核心的计算机控制系统。作为计算机系统，它同样由硬件系统和软件系统两部分组成。PLC的硬件系统主要由中央处理器(CPU)、I/O接口、I/O拓展接口、存储器、电源等几部分组成。 2.1.1CPU(Central Process Unit) CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是: a、按PLC中系统程序赋予的功能，•接收并存储从编程器输入的用户程序和 数据。 b、用扫描方式接收现场输入装置的状态式数据，并存入映象寄存器或数据 寄存器中。 c、诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 d、在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令规定的任务，产生相应的信号，去启闭有关控制门电路。分时分渠道地去执行数据的存取、传送、组合、比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑式算术运算等任务。根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，再由输出映象寄存器的位状态式数据寄存器的有关内容，实现输出控制、制表、打印式数据通讯等。 PLC常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机或双极型位片式微处理器。通用的微处理器常用的是8位机和16位机，如Z80A、8085、8086、6502、M6800、M6809、M68000等。单片机常用的有8039、8049、8031、8051等。双极型位片式微处理器常用的有AMD2900、AMD2903等。 ?用通用微处理器作CPU 在低档PLC中，用Z80A做CPU较为普遍，Z80A用于PLC有如下长处: Z80(或Z80A)CPU及其配套的芯片廉价、普及、通用，用这套芯片制成的PC，给维修及推广普及带来方便。Z80有独立的输入/输出指令,而且指令格式较短，•执行时间也较短，这样有利于扫描周期的缩短。Z80输入/输出指令格式较短，相应的输入/输出设备编码也较短，所以相应的译码硬件器较简单。由于Z80的6 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 信息是采用输入/输出映射方式，因而设计流程序时，对输入/输出与存储器寻址容易区别。 ?用单片机作CPU 自从1974年出现单片机以来，•已有不少产品采用单片机做可编程序控制器。日本三菱F系列PLC就采用美国INTEL公司MES,48系列的单片机8049和8039做处理器，8039单片机在一块片子上集成了8位的CPU，•128×8的数据存储器。27条输入/输出线，T0、T1、INT测试线及8位定时器/计数器，时钟振荡电路等。 自80年代以来，出现了集成度更高。功能更强，并带有“布尔机”而又便于作数据通信的MCS-51系列单片机以及功能更高的16位单片机，大有取代MCS,48系列之势。日本三菱的F2系列PLC即采用CPU8031。MCS,51系列单片机是美国INTEL公司在MCS,48单片机基础上，于80年代初推出的产品，具有高集成度、高可靠性、高功能、高速度、低价格等特点。它有三个代表产品:8051、8751和8031，它们分别有不同的应用特性。8051是以4K字节EPR0M代替4K字节的R0M的8051; 8031是内部无R0M8051。必须外接EPR0M;INTEL公司的96系列的单片机，字长为16，运算速度比51系列更高，这必将为高档次的PLC开发和应用带来美好的远景。用单片机制成的PLC有以下显著特点:为机电设备一体化创造了条件，因为由单片机制成PLC，体积更小。同时PLC逻辑功能很强，并且具有数值运算和通信接口。 ?用位片式微处理器作CPU 位片式微处理器的主要特点是:速度快、灵活性强、•效率高等特点。可以进行“级联”，易于“流水线”操作。 2.1.2 系统程序存储器 它用以存放系统工作程序(监控程序)、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，•以及对应定义(I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统)参数等功能。 2.1.3 用户存储器 用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序。PLC的用户存储器通常以字(16位/字)为单位来表示存储容量。同时，由于前面所说的系统程序直接关系到PLC的性能，不能由用户直接存取。因而通常PLC产品资料中所指的存储器型式或存储方式及容量，是对用户程序存储器而言。 7 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M。信息储存常用盒式磁带和磁盘。 CM0SRAM存储器是一种中高密度、低功能、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源。•一旦交流电源停电，用锂电池来维持供电，可保存RAM内停电前的数据。•锂电池寿命一般为1―5年左右。 EPR0M存储器是一种常的只读存储器，定入时加高电平，擦除时用紫外线照射。•PLC通过写入器可将RAM区的用户程序固化到R0M盒中的EPR0M中去。在PLC机中插入R0M盒，PLC则执行R0M盒中用户程序;反之，不插上R0M盒，•PLC则执行RAM区用户程序。 EEPR0M存储器是一种可用电改写的只读存储器。 2.1.4 输入输出组件(I/0模块) I/•0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/0模块和各种用途的I/0组件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换数据、•误码较验、A/D或D/A转换以及其它功能模块等。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象(包括开关量和模拟量)，以确保整个系统正常工作。 输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。PLC输出有三种型式:继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。 2.1.5 编程器 编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。 编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。 8 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2.1.6 外部设备 一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、•高分辨率屏幕彩色 图形监控系统等外部设备。 2.1.7电源 根据PLC的设计特点，它对电源并无特别要求，可使用一般工业电源。 2.2 I/O点数 I/O点数是指所能支持的最多可访问的I/O端子数，一般大于PLC面板上的 I/O端子的个数。I/O点数越多，可连接的I/O设备越多，控制规模就越大，因 而I/O点数是衡量PLC性能的重要指标之一。 2.3 CPU的选择 S7-200系列PLC(简称-200)PLC.S7-200系列PLC以其高可靠性、指令丰 富、内置功能丰富、强劲的通讯能力、较高的性价比等特点，在工业控制领域中 被广泛应用。 S7-200系列PLC有CPU21X和PU22X两代五种产品，其中不同型号主要 通过集成的输入输出点数、程序和数据存储器容量可扩展性区分。不同的CPU 的性能参数如表-所示: S7—200系列PLC CPU221 CPU 222 CPU 224 CPU224XP CPU 226 集成数字量输入输出 6入4出 8入6出 14入10出 14入10出 24入16出 可连接的拓展模块数量(最大) 2 7 7 7 最大可拓展的数字量输入输出点数 78 168 168 248 最大可拓展的模拟量输入输出 10 35 38 35 数据存储区/kB 2 2 8 10 10 PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，当PLC投入用行后， 其工作过程一般分为输入采样、执行用户程序、处理通讯请求、CPU自诊断和 输出刷新五个阶段。完成以上五个阶段称为一个人扫描周期。 则选用CPU 224型即可满足生产要求。 2.4 输出部分 9 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 CPU224的输出电路有晶体管输出和继电器输出供用户选用。在晶体管输出电路中，PLC由24V直流供电，负载采用了MOSFET功率驱动器件，所以只能用直流为负载供电。输出端将数字量输出风味两组，每组有一个公共端，共有1L和2L两个公共端，可接入不同电压等级的负载电源。 在继电器输出电路中，PLC由220V交流电源供电，负载采用了继电器驱动，所以既可以选用直流为负载供电，也可以选用交流为负载供电。在继电器输出电路中，输出分为三组，每组的公共端为本组的电源供给端，Q0.0~Q0.3共用1L，Q0.4~Q0.6共用2L，Q0.7~Q1.1共用3L。 2.5 生产中各元器件的选择 在基于PLC的大小球分拣系统中，使用刀开关、接近开关、转换开关、接触器来保证此系统的可靠供电，我们需要用按钮来控制此系统的启动与停止，用行程开关控制机械手的位置，实现机械手的准确抓取，时间继电器在系统中保证机械手按时间要求动作，是控制系统的工作更加协调。具体的电器元件型号规格选择如下: 2.5.1 按钮和行程开关的选择 按钮选择的原则 (1)按钮分为:常开按钮——开关触点断开的按钮;常闭按钮——开关触点接通的按钮;常开常闭按钮——开关触点既有接通也有断开的按钮。 电子产品大都有用到按键这个最基本人机接口工具，随着工业水平的提升与创新，按键外观的也变的越来越多样化及丰富的视觉效果。 (1)根据使用场合，选用控制按钮的种类，如开启式，防水式和紧急式等。 (2)根据用途，选用合适的型式，如钥匙式，紧急式，带灯式等。 (3)按控制回路的要求，确定不同的按钮数，如单钮，双钮，三钮，多钮等。 (4)按工作状态指示和工作情况的要求选择按钮和指示定的颜色。 行程开关的选择 行程开关又称限位开关,用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中,将行程开关安装在预先安排的位置,当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时,行程开关的触点动作,实现电路的切换。因此,行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器,它的作用原理与按钮类似。行程开关广10 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 泛用于各类机床和起重机械,用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中,还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位,轿厢的上、下限位保护。 行程开关分为:直东式，滚动式和微动式三种。其动作原理与按钮开关相同,但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度,不宜用于速度低于0(4m,min的场所。直动式行程开关的优点是结构简单，成本低，但容易烧蚀触头滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺点，但其结构也较复杂，价格也较高，所以选择微动式行程开关，它体积小，动作灵活，适宜小型机构中使用。 2.5.2 接近开关、转换开关、刀开关的选择 接近开关的选择 接近开关是一种毋需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而驱动交流或直流电器或给计算机装置提供控制指令。 接近开关是种开关型传感器(即无无触点开关)，它即有行程开关、微动开关的特性，同时具有传感性能，且动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等、并具有防水、防震、耐腐蚀等特点。产品有电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。在设计中，接近开关SB0用于检测是否有球，SB1-SB5分别用于传送机械手的上下左右运动的定位。 接近开关分为霍尔接近开关、超声波接近开关、高频振荡式接近开关。霍尔接近开关用于检测磁场，一般用磁场钢作为被检测体。超声波接近开关适用于检测不能或不可触及的检测对象，其控制功能不受声、点、光等因素的干扰，检测物体可以是固体、液体或是粉末状的物体，它是由只要能反射波用的 电子装置及调节监测范围用的程控桥式开关登记部分组成。高频振荡式接近开关用于检测各种金属，它主要有高频振荡器、集成电路晶体管放大器和输出器三大部分构成。 转换开关的选择 转换开关是一种具有多档位且能对电路进行多种转换的主令开关，由于它的触点档位多，换接的线路多，能控制多个回路，用途广泛，装换开关主要用 11 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 于各种控制线路的转换、电压表、电流表的换向测量控制，在操作不太频繁的情况下，可以控制小容量电机的启动、换向、调速、正反转的控制等。 常用的万能装换开关有LW2、LW5、LW6、LW8、LW9、LW10-10、LW12、LW15和3LB、3ST1、JXS2-20等系列。 在设计机械手大小球分拣系统中的操作方式有手动、单周期、连续。 刀开关的选择 刀开关是一种手动电器，为了简单方便，刀开关在电路中的作用是:隔离电源，以确保电路和设备维护的安全;分断负载;选择HD型弹头刀开关，分为1级、2级、3级。刀开关主要根据电源种类、电压等级、电动机容量、所需级数及适用场合来选用，其原则如下: 刀开关的额定电压应等于或大于电路额定电压。 刀开关的额定电流应等于(在开启和通风良好的场合)或稍大于(在封闭的开关柜内或散热条件较差的工作场合，一般 选1.15倍)电路工作电流。 在开关柜内使用还应考虑操作方式，如杠杆操作机构、旋转式操作机构等。 当用到开关控制电动机是，器额定电流不小于电动机额定电流的3倍。 2.5.3 时间继电器、接触器的选择 时间继电器的选择 时间继电器是预先的整定值时，触点闭合或断开的控制电器，按工作原理与结构不同，时间继电器可分为电磁式、空气阻尼式、电子式和晶体管式等类型。在控制电路中应用较多的是空气阻尼式和晶体管式时间继电器。一种线圈通电延时到时间继电器在在控制电路中用于时间的控制，有JS23、JS27A、JSK、7PR、SS—等系列的时间继电器。 接触器的选择 接触器在电力拖动系统和自动控制系统中着广泛的应用，它是利用线圈流过的电流产生磁场，是触点闭合，已达到控制负载的电器。它是一种电磁自动切换电器。 由于接触器能快速切断交、直流主电路，也可以频繁地接通与断开大电流控制(某些型号的可达800A)的电流，因此接触器主要用于电机的控制，也可以用于负载如电热器、电焊机、电炉电压器等的控制。 接触器不仅能自动地接通和断开电路，还具有控制容量大、低电压释放保护，寿命长、能远距离控制等优点。根据接触器主触点流过的电流种类，可分为交流12 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 接触器和直流接触器。 接触器的选择要求: 根据负载性质选择接触器类别，一般交流负载选择交流接触器，直流选择直流选择直流接触器。 根据被控电路电流大小和使用类别选择接触器的额定电流。 根据被控电路的电压等级选择接触器的额定电压。 根据控制电路的电压等级选择接触器线圈的额定电压。 2.5.4 熔断器、电动机的选择 熔断器的选择 熔断器是一种过电流保护电器，它是由绝缘底座即熔断管、触点、熔体等组成。熔体是熔断器的主要工作部件，熔体常作成丝状、栅状或片状。熔体具有相对熔点低、特性稳定、易于熔断的特点。一般采用铝锡合金、镀银铜片以及锌、银等合金。 熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路，熔断器具有结构简答，体积小，重量轻，使用维护方便，价格低廉，分断能力较高，限流能力良好等优点，熔断器有NT、RT、RL、RLS2、FA4等型式的熔断器。RT系列是有填充封闭式熔断器，可以在500V以下交流系统中作过载及短路保护，这些熔断器为螺栓连接，可以直接连在母线排上，尤其适合开关断路器组选择，RT15型熔断器最大额定电流为400v,额定分断能力100KV。 注意:在熔体熔断切断电路的过程中会产生电弧，为了安全有效地熄灭电弧，一般均将熔体安装在熔断器壳体内，并采取灭弧，快速熄灭电弧。 电动机的选择 电动机是选择交流电动机，而电动机分为异步电动机和同步电动机两大类，异步电动机是主要使用的电动机，无拖动各类生产机械。由于异步电动机具有结构简单，制造、使用简单，运行可靠，成本低廉，效率较高等优点而得广泛应用。例如，在生产工业中，异步电机用于拖动小中型轧钢设备，各种金属切削机床，轻工机械和矿山机械等;在农业生产中，异步电机用于拖动水泵，粉碎机以及其他农副产品加工机械;在民用电器方面的电扇，洗衣机、空调、冰箱等也都是异步电动机拖动的。 13 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2.5.5 电磁阀的选择 电磁阀的分类:国内外的电磁阀根据原理可分为三大类(即)，而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的的区别又分为六类(直动薄膜结构、分布重片结构、先导模式结构、制动活塞结构、分步制动活塞结构、先导活塞结构)。电磁阀的优点:耐高温电磁阀是间接先导平衡电磁阀，具有耐高温，耐腐蚀，耐磨损，适用范围广等。 14 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 第三章 PLC大小球分拣系统的设计 3.1 系统的功能及控制要求 3.1.1 系统的主要功能 为了实现大、小球的分拣控制，所设计系统必须实现以下主要功能: (1)该系统可以完成大小球的自动识别，自动运送到大球缸和小球缸释放对应当的球。 (2)该系统可实现控制系统的多种工作方式。 (3)该系统在发生故障时，捡球装置必须复位。 3.1.2 系统的控制要求 1)当输送机处于起始位置(~P SQl、SQ3压下)，并且分拣箱中确有需分拣的球(接近开关SP接通)时，按下起动按钮，则机械手下行。 2)如果机械手下行2s后压合下限开关SQ2(即分拣位置处的球为小球)，则电磁铁线圈得屯，机械手抓紧; Is后，机械手上行;压合上限开关SQ3时，机械子再右行;压合小球箱位置开关SQ4，机械手下行，然后电磁铁线圈失电，机械手放松，球落入小球箱内; Is后，机械手上行、左行返回原位。 3)如果机械手下行2s后未压合下限位开关SQ2(即分拣位置处的球为大球)，则电磁铁线圈得电，机械手抓住大球; Is后，机械手上行;压合上限开关SQ3时，机械子再右行;压合大球箱位 置开关SQ5，机械手下行，然后电磁铁线圈失电，机械手放松，球落入大球箱内; Is后，机械手上行、左行返回原位。 4)机械手在原位时，要由指示灯显示。输送机由电动机M拖动，电动机M正转，机械手向右运行，电动机M反转，机械手向左运行。机械子的下行和上行由双线圈两位电辙阀驱动气缸实现，放松/抓紧操作是由1个单线圈两位电磁阀驱动气缸来实现。 3.2 大小球分拣系统的结构 15 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 由下图可知，大小球分拣系统主要由各种限位开关、捡球装置、横梁、 及球缸组成，其中捡球装置内部有两台电机，一台控制捡球平板装置上升和下降，另一台电机控制捡球装置的在横梁上的左行和右行。 3.3大小球分拣系统的工作原理 在PLC的控制下，执行机构可实现手动、自动等多种工作方式。手动:利用按钮对机械手每一动作手动进行控制，可实现上升、下降、抓取、放置、放物等操作;自动:按下循环按钮后机械手从原点位置开始连续不断的执行分拣大小球的各步。 按下启动按钮SB1，系统初始化?垂直机械手下降?抓取球?垂直机械手上升?机械手右行?垂直机械手下降?放置球?垂直机械手上升?机械手左行?回初始位置。 16 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3.3.1 大小球分拣系统I/O口分配 根据机械手动作流程分析及I/O点数确定，可以确定电气控制系统的I/O点分配，如表3-1: 输入 输出 启动按钮 I0.0 电动机M右行 Q0.0 左限位开关SQ1 I0.1 电动机M左行 Q0.1 下限位开关SQ2 I0.2 机械手上、下行Y1 Q0.2 上限位开关SQ3 I0.3 机械手放松、加紧Y2 Q0.3 小球箱位置开关SQ4 I0.4 指示灯L Q0.4 大球箱位置开关SQ5 I0.5 接近开关SP I0.6 大小球分辨传感器 I0.7 停止按钮 I1.0 表3-1大小球分拣系统的I/O分配 3.3.2 大小球分拣系统PLC外部接线图 根据表3-1分配输入/输出信号与PLC输入/输出接口分配情况及所选定的PLC，得到PLC的外部接线图如图: 17 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 图 大小分拣系统硬件接线图 18 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 第四章 大小球分拣系统的PLC程序设计 4.1 状态流程图 要画出系统的顺序功能图，必须了解什么是顺序控制。顺序控制是在各个输入信号的作用下，按照生产工艺的过程顺序，各执行机构自动有序地进行控制操作。顺序功能图就是使用图形方式将生产过程表现出来。 根据控制要求，系统的顺序功能图如图4.1所示。 图4.1 大小球分拣系统顺序功能图 对于按下停止按钮，当前工作周期的操作结束后才停止操作的控制要求，在顺序功能图中用M实现。 19 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4.2相关指令介绍 PLC控制线路中也有与继电器电路相似的触点和线圈。它的触点和线圈是以指令的形式体现的。出的和线圈的指令格式及功能如表: 类型 梯形图程序 语句表程序 指令功能 LD bit LD:装载常开触点 常开触点 A bit A:串联常开触点 O bit O:并联常开触点 20 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 LDN bit LDN:装载常开触点 常闭触点 AN bit AN:串联常开触点 ON bit ON:并联常开触点 线圈 = bit =:输出指令 定时器 S7-200系列PLC的定时器相当于继电器控制中的时间继电器，用于对内部时钟计时间增量记性计时，分辨率是指定时器单位时间的时间增量，也称时基增量，S7-200提供1ms、10ms、100ms三种分辨率的计时器。 定时器与分辨率的关系 定时器与分辨率的关系见下表,定时器的定时精度、定时范围和刷新方式也不相同，定时器的设定时间等于设定值与分辨率的乘积，即 =设定值 分辨率 设定时间 定时器类型 分辨率/ms 最大定时范围/s 定时器号 1 32.767 T0，T64 TONR 10 327.670 T1~T4，T65~T68 100 3276.700 T5~T31，T69~T95 1 32,767 T32,T96 TON、TOF 10 327.67 T33~T36,T97~T100 100 3276.700 T37~T63,T101~T255 定时器的当前值寄存器用于存储定时器累计的基增量值，存储值是16位有符号整数1~32767。定时器为用来描述定时器延时动作触点的状态。定时器为为ON时，梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开;定时器位为0时，则触点状态相反。 定时器指令格式及功能 定时器类型 梯形图程序 语句表程序 指令功能 是能输入的端入电路接通时开始定 时。当前值大于等于预置时间PT端指定接通延时定时器 TON 的设定值时，定时器位变为ON，梯形图中(TON) T ,PT 对应的定时器的常开触点闭合，常闭触点 断开。达到与设定值后，当前值继续计数， 21 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 知道最大值时停止 使能输入端接通时，定时器当前值被清 零，同时定时器位变为ON.当输入端断开 断电延时定时器 TOF 时，当前值从0开始增加到达设定值，定 (TOF) T ,PT 时器位为OFF,对应梯形图中常开触点断 开，常闭触点闭合，当前值不变 4.3程序梯形图 22 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 23 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 24 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 25 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 第五章 总结 短短的一个月的毕业设计就要告一段落， 纵观整个设计构成， 说我在这个过程中的收获很大，充分认识到了自己的薄弱环节，通过理论分析与实践的反复进行和论证，写多问题都有了较好的解决。 软件部分采用各部分程序直接转换的方式，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楚，连贯性强，单弱要增加其他机械手方式或进行拓展，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。收进方式是将各部分写程序，方便调试和调用。此种方法的优点是程序编写比较简单，不需要在编写分支、汇合状态移图的程序，且由于本课题对定时的精确度要求并不高，适宜采用。如是在对定时精确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，了解了机械手在大小球分拣系统中的工作原理，首次了解并学习了机械手的工作原理及其使用方法。其中电路和软件实现是本次设计的主要部分。 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，通过查找相关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。通过实践不但巩固了现有的理论知识，而且还掌握了一些其他专业基础知识，收获颇多。提高了自己对知识的应用能力，还积累了很多宝贵经验。特别是老师的严谨态度给了我不少启发。在这次设计实践过程中，我认识到无论是做什么事，特别是科学知识，应该大胆的去探索，小心的去求证。在做一个课题时，应该思维缜密，积极思考，最终是问题较为完美的解决。 26 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 谢 词 本课题从选题到完成，每一步都是在刘荣荣老师的指导下完成的，倾注了刘老师的大量心血。在此，我谨向刘老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。 今天终于可以完成毕业设计的写词了，求学期间的点点滴滴涌上心头，大学的努力与付出，随着毕业设计的完成，大学的生活也要画上了句号。 毕业设计的完成，要感谢的人实在太多，在此首先我感谢我的指导老师，在刘老师的耐心辅导下我毕业设计才得以按时完成。刘老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作风，毁人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的高尚风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我的影响很深。在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期设计的格式的调整的每一步，都是在刘老师悉心的指导下完成的。刘老师知道我论文的写作方向和框架，并对本论文的初稿进行了逐字批阅，指正出了其中的谬误，使我有了思考方向，她循循善诱的教导和不拘一格的思路给了我不少的启发，她的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直指导我的工作、学习、生活。 同时，课程设计的顺利完成，离不开其他老师和同学的关心和帮助。在整个论文的过程中，各位老师和同学积极帮助我查阅资料，提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断地完善，最终工作得以顺利完成。另外，还要感谢在大学期间的每一位授课老师，是在你们悉心的指导下我才拥有了这些有用的专业知识，这也是毕业设计得以顺利完成的基础，感谢所有帮助过我的所有老师和同学，谢谢你们～ 27 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 参考文献 ,1,张建民等.机电一体化系统设计,M,.北京:北京理工大学出版社，2007.169,183. ,2,袁子荣.液气压传动与控制,M,.重庆:重庆大学出版社，2007.39,241. ,3,陈恳，杨向东，刘莉，等.机器人技术应用,M,.北京:清华大学出版社，2006.106,111. ,4,陈奎生.液压与气压传动,M,.武汉:武汉理工大学出版社，2001.47,106. ,5,张铁，谢存禧.机器人学,M,.广州:华南理工大学出版社，2001.115,138. ,6,费仁元，张慧慧.机器人设计和分析,M,.北京:北京工业大学出版社，1998.190,234. ,7,王永章，杜君文，程国全.数控技术,M,.北京:高等教育出版社，2001.251,273. 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毕业设计,论文,答辩委员会对学生 所完成的题目为 的毕业设计,论文,及答辩评语为: 经答辩委员会研究～确定成绩为: 毕业设计,论文,答辩委员会主任: 答辩委员会委员: 年 月 日 该生毕业设计,论文,最终成绩评定: 审阅成绩,权重评阅成绩,权重答辩成绩,权重最终成绩 0.4, 0.4, 0.2, 答 辩 记 录 答辩人姓名 答辩人学号 答辩时间: