1、 摘要 隨著經濟不斷發展，人們的生活水平不斷提高，將PLC應用到分離機的電氣控制系統，可實現分離機的自動化控制，降低系統的運行費用。在生產過程中，經常要對流水線上的產品進行分揀，本課程設計擬設計大小球分揀傳送機控制系統的PLC設計，采用的德國西門子 S7-200 系列（cpu-224）PLC，對機械臂的上下、左右以及抓取運動進行控制，用于分撿大小球的機械裝置。我們利用可編程技術，結合相應的硬件裝置，控制機械手完成各種動作。 目錄摘要1第一章 PLC應用系統設計基礎知識31.1 可編程控制器的產生與發展31.2 可編程控制器的用途及特點51.3 可編程控制器基本工作原理61.4 PLC控制系統設

2、計的原則和內容71.5 PLC的選型8第二章 PLC在大小球的分揀系統中的設計102.1 大、小球分棟傳送機械示意圖102.2 分揀系統的控制要求112.3 大小球分揀的設計思想122.4 I/O編址132.5 機械手分揀球控制系統的接線圖14第三章 軟件設計153.1 順序功能圖概述153.2 機械手分揀大小球控制程序流程圖163.3 機械手分揀大小球控制程序的梯形圖183.4 機械手分揀大小球控制程序的指令表 .24第四章 總結28參考文獻29第一章 PLC應用系統設計基礎知識1.1 可編程控制器的產生與發展 可編程控制器（Programmable Controller，PC），是近幾年迅

3、速發展并得到廣泛應用的新一代工業自動化控制裝置。早期主要用于計數、定時以及開關量的邏輯控制，為了和個人計算機相區別，把可編程控制器縮寫為PLC（Programmable Logic Controller ）。 國際電工委員會（IEC）于1985年發布的可編程器標準草案中，對可編程控制器的定義如下。“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算數操作的指令，并通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械和生產過程。可編程控制器及其有關外圍設備，都應按易于與工業系統聯成一個整體，易于擴充

4、其功能的原則設計。” 早期的可編程控制器主要有分立元件和中小規模集成電路組成。隨著微電子計數和集成電路的發展，特別是微處理器和微計算機的迅速發展，在20世紀70年代中期，美、日、德等國的一些廠家在可編程控制器中開始引入微處理器及其他大規模集成電路芯片，是可編程控制器具有了自診斷功能，可靠性有了大幅提高，性能價格比產生了新的突破。到20世紀80年代可編程控制器都采用了微處理器、只讀存儲器、隨機存儲器或是單片機作為其核心，處理速度大大提高。20世紀90年代末，PLC幾乎完全計算機化，速度更快，功能更強，各種智能模塊不斷被開發出來，不斷地擴展著它在各類工業控制過程中的作用。現在，PLC，不僅能進行邏

5、輯控制，在模擬閉環控制、數字量智能控制。數據采集、監控、通信聯網及集散控制系統等各發面都得到了廣泛用用。展望未來，可編程控制器在規模和功能上將向兩大方向發展：一是大型可編程控制器向高速、大容量和高功能方向發展。二是發展簡易經濟的超小型可編程控制器，以適應單機控制及小型設備自動化的需要。1.2 可編程控制器的用途及特點簡要概括PLC的用途如下：(1)數字量邏輯控制 這是PLC應用最廣泛的領域，用以取代傳統的繼電器邏輯控制。含觸點的串、并聯及組合邏輯控制、定時。計數控制等。可用于單機控制。多機控制、生產自動線控制。(2)運動控制 PLC使用專用運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度

6、進行控制，可以實現單軸、雙軸、三軸和多軸位置控制。(3)過程控制 通過模擬量I/O模塊PLC能控制大量的物理參數，如溫度、壓力、速度和流量等。(4)數據處理 現代可編程控制器具有數學運算、數據傳送、轉換、查表、排序、微操作等功能。可以完成數據的采集處理。(5)通信聯網 可編程控制器通信包括主機與遠程I/O之間的通信、多臺可編程器之間的通信、可編程控制器與其他智能控制設備，極大地提高了控制的可靠性。簡要概括PLC的特點如下：(1)可靠性高，抗干擾能力強(2)配套齊全，適應性強，應用靈活(3)編程方便，易于使用(4)功能強，拓展能力強，性價比高(5)PLC控制系統設計、安裝、調試方便(6)維修方便

7、，維修工作量小1.3 可編程控制器基本工作原理 可編程控制器有二種基本的工作狀態，即運行（RUN）狀態和停止（STOP）狀態，其中運行狀態是執行應用程序的狀態，停止狀態一般用于程序的編制與修改。在運行狀態，可編程控制器通過執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使可編程控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶不是只執行一次，而是反復不斷地重復執行，直至可編程控制器停機或切換到停止工作狀態。除了執行用戶程序之外，在每次循環過程中，可編程控制器還要完成內部處理、通信處理等工作，一次循環和分為（內部處理、通信服務、輸入處理、程序執行、輸出處理）5個階段,可編程控制器這種周而復始的循環

8、工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執行指令的速度極高，從外部輸入/輸出關系來看，處理過程似乎是同時完成的。1.4 PLC控制系統設計的原則和內容PLC的選擇除了應滿足技術指標的要求外，還應著重考慮產品的技術支持與售后服務等情況。最大限度地滿足被控對象或產生過程的控制要求。對于一些原來用繼電接觸器線路不易實現的要求，使用PLC后，將很容易實現。在滿足控制要求前提下，力求使控制簡單、經濟、操作和維護方便。對一些過去較為繁瑣的控制可利用PLC的特點加以簡化，通過內部程序化外部接線及操作方式，保證控制系統的安全、可靠，同時采取“軟件兼施”的辦法。考慮到生產的發展和工藝的改進，選擇PLC容量及I/O點

9、數時，應適當留有裕量。一個系統完成后，往往會發現一些原來沒有考慮到的問題，或者新提出的問題 ，如果事先留有裕量。則PLC系統極易修改。同時對日后系統工藝的變更提供方便。當然對于不同的用戶，要求的側重點不同，設計的原則也應有所區別，如果以提高產品和安全為目標，則應將系統可靠性放在設計的重點，設置考慮采取冗余控制系統；如果要求系統改善信息管理，則應將系統通信能力與總線網絡設計加以強化；如果系統工藝經常變更，則事先充分考慮。1.5 PLC的選型 在滿足控制要求的前提下，選型時應選擇最佳的性能價格比，具體考慮以下幾點。（1） 性能與任務相適應對于開關量控制系統的應用系統，當對控制要求不高時，可選用小型

10、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。對于以開關量控制為主，帶有部分模擬量控制的應用系統，如對工業生產中常遇到的溫度、壓力、流量、液位等連續量的控制，應選用帶有A/D轉換的模擬量輸入模塊和帶有D/A轉換的模擬量輸出模塊，配接相應的傳感器、變送器和驅動裝置，并且選擇運算功能較強的中小型PLC，如西門子公司的S7-300系列PLC或OMRON公司的COM/CQM1H型PLC。對于比較復雜的中大型控制系統，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/CVM

11、1等PLC）。（2） PLC的處理速度應滿足時實控制的要求PLC工作時，從輸入信號控制存在著滯后現象，即輸入量的變化，一般要在12個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般工業控制是允許的。但有些設備的實時性要求教高，不允許有教大的滯后時間。（3）PLC應用系統結構合理、機型系列應統一S7-200系列PLC是西門子公司20世紀90年代推出的整體式小型可編程控制器，其結構緊湊、系列完整、功能完善，具有很高的性能價格比，可用于代替繼電器的簡單控制場合，也可以用于復雜的自動控制系統，在中小規模控制系統中應用廣泛。結合以上幾點，在設計PLC機械手在大小球分選系統中用的PLC的選型為西門子S7-200系

12、列的可編程控制器。S7-200系列PLC提供5種不同的基本單元（CPU），型號為CPU221、CPU222、CPU24、CPU226、CPU224XP,不同型號的CPU內部芯片基本相同，實際安裝的輸入輸出及通信接口數量不同。第二章 PLC在大小球的分揀系統中的設計2.1 大、小球分棟傳送機械示意圖機械手分揀大小球的工作示意圖如圖2.1所示。圖2.1 機械手分揀大小球的工作示意圖2.2 分揀系統的控制要求大小球分揀的控制功能要求：1）機械臂起始位置在機械原點，為左限、上限并有顯示。2）有啟動按鈕和停止按鈕控制運行，停止時機械臂必須已回到原點。3）啟動后，機械臂動作順序為：下降吸球上升（至上限）右

13、行（至右限）下降釋放 上升（至上限）右行返回（至原點）。4）機械臂右行時有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分：下降時，當電磁鐵壓著打球時，下限開關LS2斷開（=“0”）；壓著小球時，下限開關LS2接通（=“1”）。2.3 大小球分揀的設計思想1）當輸送機處于起始位置時，上限位開關和左限位開關被壓下，極限開關斷開。2）啟動裝置后，撿球裝置下行，一直到極限開關閉合。此時，若碰到的是小球，則下限開關為斷開狀態；若碰到的是大球，則下限開關為閉合狀態。3）吸起小球后，則撿球裝置向上行，碰到上限位開關后，撿球裝置向右行；碰到小球的右限位開關后，再向下行，碰到下限位開關后，將小球釋放到小球箱里，然后

14、返回到原位。4）如果吸起的是大球，撿球裝置右行碰到另一個右限位開關（大球的右限位開關）后，再向下行，碰到下限位開關后，將大球釋放到大球箱里，然后返回到原位。2.4 I/O編址輸入地址對應的外部設備輸出地址對應設備的操作I0.0停止按鈕Q0.0(M10.1，M10.2)機械臂下降I0.1啟動按鈕Q0.1（M11.1，M11.2）機械臂抓球I0.2左移限位開關Q0.2(M10.3，M10.4，M10.5)機械臂上升I0.3下移限位開關Q0.3(M12.1，M12.2)機械臂右移I0.4上移限位開關Q0.4機械臂左移I0.5小球右移限位開關Q0.5原點I0.6大球右移限位開關定時器定時時間定時器定時

15、時間T372ST392ST382ST402S2.5 機械手分揀球控制系統的接線圖圖2.2 機械手分揀大小球的I/O接線圖第三章 軟件設計3.1 順序功能圖概述 順序控制就是按照生產工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態和時間的順序，使生產過程中各個執行機構自動而有序的進行工作。本設計由于整個動作過程都是按照一定的順序進行的，故使用順序控制法比較容易。 順序控制設計法是一種先進的設計方法，很容易被接受，也很適合廣大學者的學習，因為在現在很多工廠所使用的機械，其大多都是按照一定的先后動作進行運作的。其程序的調試、修改和閱讀也很容易，并且大大縮短了設計周期，提高了設計效率。 繪制順

16、序功能圖的注意事項：（1）兩個步絕對不能直接相連，必須用一個轉換將它們隔開。（2）兩個轉換絕對不能直接相連，必須用一個步將它們隔開。（3）順序功能圖中的初始步一般對應于系統等待啟動的初始狀態，初始步可能沒有輸出處于ON 狀態，但初始步是必不可少的。（4）自動控制系統應能多次重復執行同一工藝過程，因此在順序功能圖中一般應有由步和有向連線組成的閉環。（5）在順序功能圖中，只有當某一步的前級步是活動步時，該步才有可能變成活動步。3.2 機械手分揀大小球控制程序流程圖根據要求，該控制流程根據吸住的是（大球、小球）有兩個分支，此處應為分支點，且屬于選擇性分支。分支在機械臂下降之后根據接近開關（I0.3）

17、的通斷，分別將球吸住、上升、右行到大、小球右限開關，此處應為匯合點。然后再下降、釋放、上升、左移到原點。圖3.1 分揀大小球程序控制流程 當PLC在RUN方式下第一個掃描周期SM0.1置1，使S0.0得電，按下啟動按鈕I0.1機械臂下降，當下降碰到下限開關I0.3時停止下降，選擇小球（當吸的是大球時I0.3不動作，且M11.2得電），M11.1得電，撿球裝置給平板處的電磁線圈通電，撿球平板產生電磁吸力吸住鋼球，開始上升，碰到上限開關I0.4后開始右行，I0.5為小球右限位開關，I0.6為大球右限位開關，在右行的過程中，如果吸住的是大球，M12.2得電，則要到碰到I0.6才停止右行，S1.0得電

18、，下降一段時間后,碰到下限開關I0.3，S1.1得電，釋放大球，放球完畢后S1.2得電上升到上限開關I0.4位置停止上升，S1.3得電，開始左行，碰到左極限I0.2停止左行；而如果是吸住的小球，則在右行的時候碰到I0.5就停止右行，S1.0得電，下降一段時間后,碰到下限開關I0.3，S1.1得電，釋放小球，放球完畢后S1.2得電上升到上限開關I0.4位置停止上升，S1.3得電，開始左行，碰到左極限I0.2停止左行。如此循環不斷的進行撿球和放球的過程，直到按下停止按鈕，系統才停止工作并回到原點位置。3.3 機械手分揀大小球控制程序的梯形圖梯形圖的設計 繪制梯形圖時要注意很多細節性的知識，設計中選

19、用的是FX系列的可編程控制器，其設計必須遵循FX系列可編程控制器梯形圖的設計方法。 FX系列可編程控制器梯形圖的設計具有以下幾個原則：（1）水平不垂直，即梯形圖的接點應畫在水平線上,不能畫在垂直分支上。（2）線圈右邊無接點，即不能將接點畫在線圈右邊,只能在接點的右邊接線圈。（3）有串聯電路并聯時,應將接點最多的那個串聯回路放在梯形圖最上面。有并聯電路相串聯時,應將接點最多的并聯回路放在梯形圖的最左邊。（4）雙線圈輸出不可用。 機械臂大小球分揀傳送機械控制系統設計程序的梯形圖見下圖3.2，共有55個網絡。圖3.2 分揀大小球控制程序的梯形圖3.4 機械手分揀大小球控制程序的指令表28Networ

20、k 1 LD SM0.1S S0.0，1Network 2LSCR S0.0Network 3LD I0.4A I0.2AN Q0.1= Q0.5Network 4LD I0.1AN I0.0A I0.2A I0.4AN Q0.1SCRT S0.1Network 5SCRE Network 6LSCR S0.1Network 7LD SM0.0LPS= M10.1LPPTON T37，+20Network 8LD T37A I0.3SCRT S0.2Network 9LD T37AN I0.3SCRT S0.5Network 10SCRENetwork 11LSCR S0.2Network 1

21、2LD SM0.0LPSS M11.1,1LPPTON T38，+20Network 13LD T38SCRT S0.3Network 14SCRENetwork 15LSCR S0.3Network 16LD SM0.0= M10.3Network 17LD I0.4SCRT S0.4Network 18SCRENetwork 19LSCR S0.4Network 20LD SM0.0= M12.1Network 21LD I0.5SCRT S1.0Network 22SCRENetwork 23LSCR S0.5Network 24LD SM0.0LPSS M11.2,1LPPTON T3

22、9，+20Network 25LD T39SCRT S0.6Network 26SCRENetwork 27LSCR S0.6Network 28LD SM0.0= M10.4Network 29LD I0.4SCRT S0.7Network 30SCRENetwork 31LSCR S0.7Network 32LD SM0.0= M12.2Network 33LD I0.6SCRT S1.0Network 34SCRENetwork 35LSCR S1.0Network 36LD SM0.0= M10.2Network 37LD I0.3SCRT S1.1Network 38SCRENetwork 39LSCR S1.1Network 40LD SM0.0LPSR M11.1,1LPPTON T40，+20Network 41LD T40SCRT S1.2Network 42SCRENetwork 43LSCR S1.2Network 44LD SM0.0= M10.5Network 45LD I0.4SCRT S1.3Network 46SCRENetwork 47LSCR S1.3Network 48LDN I0.2= Q0.4Network 49