机械手分拣大小球课程设计111

内容摘要

1111机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手的积极作用正日益为人们所认识，其一，它能部分地代替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件的传送。因为，它能大大地改善工人的劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因此，受到各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、噪声的场合，应用得更为广泛。在我国，近代几年来也有较快的发展，并取得一定的成果，受到各工业部门的重视。在生产过程中，经常要对流水线上的产品进行分捡，本课题拟开发物料搬运机械手，采用的德国西门子S7-200系列PLC，对机械手的上下、左右以及抓取运动进行控制。用于分捡大小球的机械装置。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。

关键词：机械手； PLC； 大小球

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目 录

第1章引言............................................................................................................................. 1

1.1.系统的功能 ................................................................................................................. 1 1.2. 大小球分拣的设计思想 ........................................................................................... 1

第2章 PLC应用系统设计基础知识 .......................................................................... 2

2.1 PLC控制系统设计的原则和内容 .............................................................................. 2 2.2 PLC的选型 .................................................................................................................. 2

2.2.1 性能与任务相适应 .......................................................................................... 2 2.2.2 PLC的处理速度应满足时实控制的要求 ..................................................... 3 2.2.3 PLC应用系统结构合理、机型系列应统一 ................................................. 3

第3章 PLC在大小球的分拣系统中的设计............................................................... 4

3.1大小球分拣系统的结构 .............................................................................................. 4 3.2 I/O编址及工作框图 .................................................................................................. 4 3.3 机械手分拣球控制系统的接线图 ............................................................................. 5

第4章 机械手分拣大小球系统的PLC程序 ............................................................. 6

4.1 机械手分捡大小球控制程序工作框图 ..................................................................... 6 4.2 机械手分拣大小球控制程序的梯形图(见附录1) .................................................. 7 4.3 机械手分拣大小球控制程序的指令(见附录2) ...................................................... 7

总结 ........................................................................................................................................... 8 设计总结 ................................................................................................................................. 9 谢辞 ..........................................................................................................................................10 附录1.梯形图 ...................................................................................................................... 11 附录2.指令程序 .................................................................................................................19 参考文献 ................................................................................................................................28

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第1章引言

1.1.系统的功能

机械手分拣大小球的控制功能要求为：

1) 机械臂起始位置在原点，为左限、上限并有显示。

2) 有启动按钮和停止按钮控制运行，设停止时机械臂必须已回到原点。

3) 启动后，机械臂动作顺序为：下降→吸球→上升（至上限）→右行（至右限）→

下降→ 释放→上升（至上限）→左行返回（至原点）。

4) 机械臂右行时有小球右限（LS4）和大球右限（LS5）之分；下降时，当电磁铁压

着大球时，下限开关LS2断开（=“0”）；压着小球时，下限开关LS2接通（=”1”）。

1.2. 大小球分拣的设计思想

1) 当机械臂处于起始位置时，上限位开关和左限位开关被压下，接近开关闭合，

原点指示灯亮。

2) 启动装置后，捡球装置下行，当碰到球时，检测开关闭合，停止下行，电磁铁

带电。

3) 如果下限位开关断开，吸住的是大球;下限位闭合，吸住的是小球。 4) 吸起球后，则捡球装置向上行，碰到上限位开关后，捡球装置向右行；小球时

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。

5) 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。 6) 如果检测有没球的开关闭合，则循环运行;如果检测开关断开，则运行停止。 7) 按下即停按钮，机械臂无论运行到哪，都立即停止，电磁铁带电。

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第2章 PLC应用系统设计基础知识

PLC应用系统设计主要包括硬件设计、软件设计、施工设计和安装调试等内容。本课程设计着重在系统设计和程序设计。

2.1 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。

2.2 PLC的选型

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。

2.2.1 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

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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。

2.2.2 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。

2.2.3 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 CPU 224的可编程控制器.

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