1 目錄 摘要 1 1 長短物件自動分揀控制的功能要求 1.1 控制要 求 2 1.2 控制系統的操作方式 2 1.3 工作原理及操作控制面 .3 2 長短物件自動分揀控制的硬件設計 2.1控制系統的輸入輸出端口分配 4 2.2控制系統的接線圖 5 3 長短物件分揀控制系統的軟件設計 3.1 初始化的設定 7 3.2 手動操作方式 .7 3.3 回原點操作方式 .8 3.4 自動操作方式 .10 3.4.1 自動程序 SFC .10 3.4.2 自動程序梯 圖 12 3.4.3 自動程序指令表 19 4 通電調試，監控運行 4.1通電調試，監控運行 24 參考文獻 25 2 長短物件的自動分揀控制 【摘要】 本設計主要是用 FX-2N系列 PLC 編寫的長短 物件 自動分揀 控制 ，長短 物件 自動分揀 控制 是以 PLC 控制為核心， 根據機械手的工作原理， 結合兩臺電動機，一臺電動機驅動傳送帶傳送物件，物件位置傳感器和長度 判別傳感器對物件進行區分，另一臺電動機驅動氣缸的左右移動將物件投入不同的物件籃 。另外根據功能指令 IST 將物件分揀分為手動操作、回原點操作、自動操作三種方式，其中主要講的是自動操作 方式。本設計內容分為三部分即功能 要求、硬件設計、軟件設計。 【關鍵字】可編程控制器 PLC 功能指 IST 梯形圖 長度判別傳感器 第一章 長短物件自動分揀控制的功能要求 3 1.1 控制要 求 原點：原點為初始狀態即設備處于中限位、上限位、手柄為張開狀態 。 自動生產過程的控制要求為： （ 1） 啟動設 備， 用 物件位置傳感器開始檢測是否有物件。 （ 2） 若沒有檢測到物件，啟動馬達 A 利用轉送帶 傳送物件。 （ 3） 若檢測到物件， 氣缸下降，碰到 下限位開關 手柄抓起 ，氣缸上升至上限位的同時 ， 用長度 叛別傳感器叛別物件， 若是長物件 馬達 B 正轉 ， 帶動氣缸向右移動，到達右限位氣缸停止右移，開始下降，下降至下限位，手柄釋放物件，計數器記數 ， 氣缸上升 ，上升 至 上限位 馬達 B 反轉 帶動氣缸向左移動，碰到 中限位 停止移動。繼續檢測物件。 （ 4） 若是短物件，馬達 B 反轉帶動氣缸向左移動，到達左限位氣缸停止左移，開始下降，下降至下限位，手柄釋放物件， 氣缸開始上升， 計數器 記數。上升至 上限位 馬達 B 正轉帶動氣缸向右移動，碰到 中限位 停止移動。繼續檢測物件。 （ 5） 到達原點后，繼續循環下一次的運行。 執行長短物件自動分揀控制。 1.2 控制系統的操作方式 在實際生產控制過程中，為了滿足生產需要，要求長短物件自動分揀設置三種工作方式，即手動、回原點和自動三大類，手動方式是用各自的按扭使各個負載單獨接通或斷開的方式，而自動方式又分為全自動、半自動及單步三中工作方式。 單步操作：。每按動一次啟動按鈕、設備只執行一個工步操作。 半自動操作：又稱單周期運行，設備起始于原點按下啟動按鈕，就自動運行一個 周期，然后停于原點。要重復第二個工作周期，必須再按一下啟動按鈕。當按動停止按鈕，設備立即停車，再按動啟動按鈕后，設備從斷點處繼續運行，回到原點自動停止。 全自動 操作 ：當氣缸回到原點后，檢測有無物件，有物件氣缸自動下降，手柄接觸物件自動抓起后，氣缸自動上升后，碰到上限位開關自動向左（右）移。按照工作過程要求不停循環。當按動停止按鈕，設備并不立即停車，而是返回原點后停車 4 1.3 工作原理 及操作 控制面 a 圖 b 圖 圖 1-1 長短物 件 分揀 控制示意圖 a 圖 實物圖 b 圖 控制模板圖 為了便于物件分揀控制系統的調試和維護，在操作面板 B 圖 上設置了 6 個指示燈，分別表示：啟動、停止、上限位開關、下限位開關、左限位、中限位、右限位，用指示燈的亮和滅，表示是否到達指定位置。 物件分揀的操作控制面板如下：旋轉按鈕指向 X020 表示手動操作、 X021表示回原點操作、 X022 表示單步操作、 X023 表示半自動操作、 X024 表示全自動操作。 5 長短物件分揀控制的工作原理 ：啟動 設備 用物件位置傳感器檢測有無物件，若沒有物件時啟動馬達 A 利用轉送帶轉送物件 ；若有物件氣缸 自動 下降碰到SQ4 手柄停止下降轉向抓起物件 ，定時 氣缸 自動 上升至 SQ5， 用長度判別傳感器判斷物件長短 若是長（短）物件馬達 B 正（反）轉帶動氣缸向右（左）移動碰到 SQ3（ SQ2）氣缸停止右（左）移氣缸 自動 下降至 SQ4 將物件釋放到 C（ D）籃氣缸上升至 SQ5馬達 B 反 （ 正 ）轉帶動氣缸向左（右）移動碰到SQ1 停止移動，繼續檢測物件 。到達中限位 LS1，上限位開關 LS5 復位，手柄恢復到原始的張開狀態 （即原位） 第 2 章 長短物件自動分揀控制的硬件設計 控制系統的硬件設計主要是對控制系統輸入輸出進行定義，以及描繪出 PLC的輸入輸出接線圖。 2.1控制系統的輸入輸出端口分配 表 2-1 地址 信號名稱 輸 入 信 號 X1 SQ1 氣缸中限位開關 X2 SQ2 氣缸左限位開關 X3 SQ3 氣缸右限位開關 X4 SQ4 氣缸 下 限位開關 X5 SQ5 氣缸 上 限位開關 X6 SQ6 物件位置感測 X7 SQ7 長度判別感測 X10 SB1 手動氣 缸 下降 X11 SB2 手動氣缸 上升 X12 SB3 手動氣缸向左 X13 SB4 手動氣缸向右 X14 SB5 手動 手柄抓起 X15 SB6 手動 手柄 釋放 X20 S0 手動操作方式選擇 X21 S1 回原點操作方式選擇 X22 S2 單步操作方式選擇 X23 S3 半自動操作方式選擇 6 X24 S4 全自動操作方式選擇 X25 SB7 回原點啟動 X26 SB8 自動運行啟動 X27 SB9 自動運行停止 輸 出 信 號 Y0 KM1 手柄 Y1 KM2 馬達 A Y2 KM3 馬達 B正轉 Y3 KM4 馬達 B反轉 Y4 KM5 氣缸上升 Y5 KM6 氣缸下降 Y6 HL1 短物件滿指示燈 Y7 HL2 長物件滿指示燈 Y10 FM 報警蜂鳴器 2.2控制系統的接線圖 控制系統的接線 控制系統的接線圖中定義了 7 個限位開關，分別是：氣缸中限位開關 X001、氣缸左限位開關 X002、氣缸右限位開關 X003、氣缸下限位開關X004、氣缸上限位開關 X005、物件位置傳感器檢測開關 X006、長度判別傳感器開關 X007； 9 個按鈕開 關，分別是：手動氣缸下降按鈕 X010、手動氣缸上升按鈕 X011、手動氣缸向左按鈕 X012、手動氣缸向右按鈕 X013、手動手柄抓起按鈕X014、手動手柄釋放按鈕 X015、回原點啟動按鈕 X025、自動啟動按鈕 X026、自動停止按鈕 X027； SA 為控制狀態選擇開關，可選“手動”、“回原點”、“單步”、“半自動”、“全自動”控制。當為手動控制時，主要用于步進操作，按動相應的手動按鈕可校驗相應的動作 。 7 圖 2-1 分揀控制系統的接線圖 8 第 三 章 長短 物件 分揀 控制 系統的軟件設計 此 設計 用了功能指令 IST， IST 指令對于有多種運行方式的控制系統，能自動進入所設置的運行方式，系統能自動設定與各個運行方式相應的初始狀態，包括：手動操作、回原點操作、單步操作、半自動操作、全自動操作這 5 個方式的動作。 3.1 初始化的設定 根據工作要求， 設定初始化位置為氣缸 上 限位，氣缸中限位，手柄為松開狀態，使原點到達回答信號 M8044 導通，只要 PLC 運行處于“ RUN”狀態，則 M8000導通，使用功能指令 IST 控制系統的初始化的設定如下 IST 指令的含義是， X020 是操作方式輸入的首組件號， S20 是自動方式的最小 狀態號， S50 是自動方式的最大狀態號。 從首組件號 X020開始的連續 8個的輸入的功能是固定的。當功能指令 FNC60滿足條件時，下面的初始狀態自動被指定如下功能： S0 手動操作初始狀態 S1 回原點初始狀態 S2 自動操作初始狀態 M8000 運行監控信號 M8002 起始脈沖 M8041 狀態轉移允許控制信號 M8043 回原點動作結束信號 M8044 原點到達回答信號 3.2 手動操作方式 功能指令 IST 自動規定狀態 S0 為手動操作初始狀態，在初始狀態下，編入用于手動的各操作程序，手動操作隨時可以進行，沒有動作時序的要求，所以不需要使用狀態元件進行狀態的轉移。 手動操作程序 ： 9 3-1 圖手動操作梯形圖 上述 程序為手動操作程序。在 物件的分揀與控制 的操作控制面板上，將 旋轉按扭 扳到 X020 位置，程序自動進入手動操作初始狀態 S0，按 下手動氣缸下降按鈕X010， 禁止氣缸上升，使其下降；按 下手動 手柄抓起 按鈕 X014，置位 手柄 Y000，使其導通 ， 手柄開始抓起物件 ， 按下手動氣缸上升按鈕 X011，禁 止氣缸下降，使其上升 ， 按下手動氣缸向右按鈕 X013 同時保證氣缸下限位開關 X005 導通，禁止馬達 B 反轉，使其正轉。按下手動手柄釋放按鈕 X015，復位手柄 Y000，使其 松開 ，手柄釋放物件， 按下手動氣缸向左按鈕 X012 同時保證氣缸 上 限位開關 X005導通，禁止馬達 B 正轉，使其反轉 。 3.3 回原點操作方式 功能指令 IST 自動規定狀態 S1 為回原點操作初始狀態?；卦c操作，應該按照規定的步驟進行操作，使用狀態元件編程， IST 指令自動規定了初始狀態S10S19 作為回原點用的狀態元件。 回原點操作程序如下： 10 3-2 圖 回原點操作 SFC 3-3 圖 回原點操作梯形圖 11 此程序為實現回原點的程序。在 物件的分揀與控制 的操作控制面板上，將手柄扳到 X021 位置，程序自動進入回原點狀態 S1，當按下回原點啟動按鈕 X025，X025 的常開觸點閉合導通，置位指令 SET 使 S10 置位為 1 導通。 進入狀態 S10， X007 未導通，物件為短物件，并且 氣缸左限位開關 X002 導通，置位指令 SET 置位 S11 為 1 導通； X007 導通，物件為長物件，并且 氣缸右限位開關 X003 導通，置位指令 SET 置位 S12 為 1 導通。 進入狀態 S11， Y002 未導通 ，禁止馬達 B 反轉，使其正轉。 進入狀態 S12， Y003 未導通 ，禁止馬達 B 正轉，使其反轉。 進入狀態 S13，復位指令 RST 復位 Y000，禁止 手柄抓起物件 ； Y004 未導通，禁止氣缸下降使氣缸上升， 氣缸上升至上限位開關 X005，使其常開觸頭閉合，置位指令 SET 使回原點動作結束信號 M8043 置位為 1 導通 ，當其常開觸點導通時， 復位指令 RST 使狀態 S13 復位。 進入狀態 S11、 S12 后，若氣缸中限位開關導通都將轉向轉態 S13。 3.4 自動操作方式 功能指令 IST 自動規定狀態 S2 為自動操作初始狀態。在 S2 中編入用于自動循環操作的各指令，在自動操作中，指令通過參數規定了狀態元件 S20S50，不可以使用其他狀態元件。 在 物件的分揀與控制 的操作控制面板上，將手柄扳到 X024 位置，程序自動進入全自動操作方式，只要在原點位置按下啟動按鈕，設備 自動操作程序如下： 3.4.1自動程序 SFC 順序功能圖 （ Sequential Function Chart） 是一種新穎的、按照工藝流程圖進行編程的圖形編程語言； 是一種描述順序控制系統功能的圖解表示法。流程圖主要有三種基本方式：單流程結構、選擇結構、并行結構。而我們設計的長短物件分揀控制系 統主要用到的是選擇結構 選擇結構 SFC： 選擇結構是在多個分支結構中，當狀態的轉移條件在一個以上時，需要根據轉移條件來選擇轉向那個分支， 。 順序功能圖編程在 PLC 程序中，通過不同的編程元件（稱為狀態元件），對每一步都賦予一定的標記，程序執行時， PLC 將根據控制系統的狀態條件，對不同的狀 12 態元件進行“置位”或者“復位”，選擇實際需要執行的“步”。 3-4 圖 自動操作 SFC 13 3.4.2自動程序梯形圖 梯形圖（ Ladder diagram,簡稱 LAD）是一種 沿用了 繼電器的觸點、線圈、連線等圖形與符號的圖形編程語言，它在 PLC 編程中最為常用。 采用梯形圖編程時， PLC 程序中的“與”、“或”邏輯運算利用觸點的串、并聯表示；“非 ”邏輯運算利用“常閉”觸點表示；邏輯運算結果利用“線圈”的形式輸出 14 15 16 17 3-5圖 自動操作梯形圖 打開啟動脈沖和啟動開關，首先對加一指令中的計數器進行復位，然后系統自動 進入自動操作的初始狀態 S2， 對 S20至 S50 中間的狀態進行復位， 狀態轉換允許控制信號 M8041 導通、原點到達回 答信號 M8044 導通時，置位指令 SET 使 S20置位為 1導通。 進入狀態 S20，物件位置檢測傳感器 X006未導通，即未檢測到物件，輸出 Y001，是馬達 A驅動傳送帶傳送物件；物件位置檢測傳感器 X006導通，即檢測到物件 。 進入狀態 S21，氣缸中位 X001導通， 下 限為開關 X004未導通時，輸出 Y004，即氣缸 下降 ，直至碰到氣缸 下 限位開關 X004，使其導通，置位指令 SET使 S22置位為 1導通。完成氣缸 下降 。 進入狀態 S22，置位指令 SET使 手柄 Y000 置位為 1導通， 手柄抓起物件 ，定時器 T0定時 10秒，定時時間到，使 T0常開觸點導通，置位指令 SET使 S23置位為 1導通。完成 手柄抓起 物件。 進入狀態 S23， 上 限位開關 X005未導通時，輸出 Y005，即氣缸 上升 ，直至碰 18 到氣缸 上 限位開關 X005，置位指令 SET使 S24 置位為 1導通。完成氣缸 上升 。 進入狀態 S24, 長度判別傳感器 X007未導通，即檢測到為短物件，置位指令SET使 S25置位為 1導通；長度判別傳感器 X007 導通，即檢測到為長物件，置位指令 SET使 S40置位為 1導通。 進入狀態 S25， 左限位開關 X002未導通 時，輸出 Y003，即馬達 B反轉，直至碰到氣缸左限位開關 X002，使其導通，置位指令 SET使 S26置位為 1導通。完成氣缸左移。 進入狀態 S40，右限位開關 X003未導通時，輸出 Y002，即馬達 B正轉，直至碰到氣缸右限位開關 X003，使其導通，置位指令 SET使 S41置位為 1導通。完成氣缸右移。 進入狀態 S26， 下 限位開關 X004未導通時，輸出 Y004，即氣缸 下降 ，直至碰到氣缸 上 限位開關 X004，置位指令 SET使 S27 置位為 1導通。完成氣缸 下降 。 進入狀態 S41， 下 限位開關 X004未導通時，輸出 Y004，即氣缸 下 降 ，直至碰到氣缸 下 限位開關 X004，置位指令 SET使 S42 置位為 1導通。完成氣缸 下降 。 進入狀態 S27，復位指令 RST復位 手柄 Y000 為 0斷開，使 手柄 釋放 物件 ，定時器 T1定時 10秒，定時時間到，使 T1常開觸點導通，置位指令 SET使 S28置位為 1導通。完成 手柄 釋放物件。 進入狀態 S42，復位指令 RST復位 手柄 Y000 為 0斷開，使 手柄 釋放 物件 ，定時器 T6定時 10秒，定時時間到，使 T6常開觸點導通，置位指令 SET使 S43置位為 1導通。完成 手柄 釋放物件。 進入狀態 S28， 上 限位開關 X005未導通時，輸出 Y005，即 氣缸 上升 ，當 Y005導通時，脈沖方式加 1 指令 INCP 使 D200 內存儲的數據加 1，斷電保持數據寄存器 D200具有斷電保持功能，狀態轉換時內部所存儲的數據不變，直至碰到氣缸上限位開關 X005，置位指令 SET使 S28置位為 1 導通。完成氣缸 上升 并記錄分揀的短物件的個數。 進入狀態 S43， 上 限位開關 X005未導通時，輸出 Y005，即氣缸 上升 ，當 Y005導通時，脈沖方式加 1 指令 INCP 使 D201 內存儲的數據加 1，斷電保持數據寄存器 D201具有斷電保持功能，狀態轉換時內部所存儲的數據不變，直至碰到氣缸 上限位開關 X005， 置位指令 SET使 S44置位為 1 導通。完成氣缸 上升 并記錄分揀的 19 長物件的個數。 進入狀態 S29，中限位開關 X001未導通時，輸出 Y002，馬達 B正轉。直至碰到中限位開關 X001，使其常開觸點閉合，置位指令 SET使 S30置位為 1 導通。完成馬達 B正轉，帶動氣缸向右移動。 進入狀態 S44，中限位開關 X001未導通時，輸出 Y003，馬達 B反轉。直至碰到中限位開關 X001，使其常開觸點閉合，置位指令 SET使 S45置位為 1 導通。完成馬達 B反轉，帶動氣缸向左移動。 進入狀態 S30，脈沖方式的比較指令 CMPP 將十進制數 100 和 D200 內存儲的數據進行比較，當 100（ D200）時， M0 導通；當 100（ D201）時， M3 導通；當 100（ D201）時， M5 導通 ；當100=（ D201）時， M4 導通。當 M4導通時，定時器 T7未導通時，輸出 Y007，即長物件籃滿指示燈亮，定時器 T7定時 20秒，當長物件籃滿指示燈 Y007導通時，定時器 T8未導通時，輸 出 Y10,即報警蜂鳴器響，定時器 T8定時 30秒，定時器 T7和定時器 T8 都是為了使長物件籃滿指示燈 Y007 亮 20 秒和報警蜂鳴器 Y10 響 30秒，以提示長物件籃滿。當定時器 T7和定時器 T8定時時間到，使其常開觸點都導通時，復位指令 RST 使斷電保持數據寄存器 D201復位，并使定時器 T9 定時 30秒，當 M3或者 T9常開觸點導通時，置位指令 SET使 S39置位為 1 導通。完成檢測長物件籃滿并發出換籃信號。 進入狀態 S46，狀態組件 S46導通，轉向自動操作初始狀態 S2。 進入狀態 S30，當 M0或者 T4常開觸點導通時，置位指令 SET使 S46 置位為 1 20 導通。 進入狀態 S45，當 M3或者 T9常開觸點導通時，置位指令 SET使 S46 置位為 1導通。輸出 RET，步進階梯結束。 結束指令 END，表示自動程序結束。 3.4.3自動程序指