基于plc控制机械手自动装箱系统设计

基于plc控制机械手自动装箱系统设计内容摘要：

B 动 PS2检测 传送带B 停 A动 第 9 页 共 30 页 9 对准机械手松开端，使饮料瓶装进包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。 为使产品传送带将产品从生产车间传送到合适位置，在产品传送带的中间也装有一光电传感器。 当产品被送到传送带的末端，会自动 停止并由机械手将其送到包装箱中。 依据提出的要求，我们需要解决的关键是对机械手的上升，下降，左转，右和夹紧，松开的执行；对传送带 A 拖动饮料瓶到指定位置的控制；对传送带 B拖动空箱到指定位置的控制；以及传送带 A 制动后机械手的运行，对这一循环的计数和传送带 B的运动，怎么使其形成一个循环的过程；对机械手和传送带的控制还应该设置报警功能；同时机械手，传送带 A 和传送带 B 应有独立点动控制，以便于调试和维修；最后还要对机械手运送的产品进行指定数量的检测。 对于传送带的控制可采用步控指令实现步进控制；而对于传送带的独立点 动 控制可设置一个手动控制按钮，当其按下时，系统可进行独立点动控制。 对于 PLC 这些都可通过软件完成要求；其中需要用传感器来进行位置检测和产品计 数。 第 2 章 控制系统的设计 方案论证 采用传统继电 ———— 接触器电气控制系统 由于继电 — 接触器电气控制线路简单，价格低廉，多年来在各种生产机械的电气控制领域中，应用十分广泛，而且技术上也十分成熟，因此受到大力推广。 但是在一些较为复杂的控制系统中，特别是涉及到时序控制的自动控制系统，必须使用大量的中间继电器、时间继电器、接触器等，而且控制线路 复杂、器件多、接点多，因而在这类控制系统中可靠性低、可维护性差。 采用 PLC 可编程序控制器控制系统 PLC 可编程序控制器其实就是工业控制计算机，用以取代传统的中间继电 器、时间继电器、计数器等，并具有一切计算机控制系统的功能。 目前 PLC 已成 为工业控制的标准设备，其应用面几乎覆盖了整个工业企业，广泛应用于化工、 石油等企业的现代过程控制中。 第 10 页 共 30 页 10 方案比较与选择 采用传统据电 — 接触器电气控制系统，虽然价格低廉，但大量的中间继电器、 时间继电器，使得线路复杂、器件多、接点多、可靠性低 ，而且一旦出现故障， 检修困难。 用于自动控制系统中，其反应时间、跟踪能力差，有可能使得系统不 能正常运行。 而采用 PLC 可编程序控制器，其优点如下： （ 1）具有高可靠性。 PLC 除采用优质器件等外，在硬件方面采用了较先进的 电源，用以防止由电源回路串入干扰。 其内部采用了电磁屏蔽，以防辐射干扰。 而外部输入 /输出电路则一律采用光电隔离，加上常规滤波和数字滤波；软件方 面设置了警戒时钟 WDT、自诊断等措施。 因而使得 PLC 的平均无故障时间达到 30万小时，被称为“永远不坏的控制器”，因而可靠性优于传统继电 — 接触器电气 控制系统。 （ 2）灵活性高、扩展性好、通用性强。 它采用程序使得硬件软件化，对于不 同的控制系统，只需改变程序即可，因而通用性强。 而且现场接口容易，设计周 期短。 （ 3）功能强。 PLC 具有自诊断、监控和各种报警功能既可完成过程控制，又 可进行闭环回路的调节控制，而且在将来的工控领域，可以说是无所不能。 由于生产线上的恶劣环境和电磁干扰，一般的电子仪器都会受到干扰。 而 PLC 是从取代工厂内继电器线路、进行顺序控制发展开来的工业控制产品。 PLC 由于具有可靠性高、稳定性好、 抗干扰能力强，以及编程简单，维护方便，通讯 灵活等优点。 在电器控制系统中得到广泛应用。 PLC 不仅能实现复杂的逻辑控制， 还能完成定时、计算、计数和各种闭环控制功能。 整个控制系统利用 PLC 的控制实现了空箱传送、产品运输、产品计数等功能。 并且有手动控制和自动控制两种控制方式。 在生产线自动装箱控制的控制系统应用，可使生产线的控制更加灵活、可靠。 进而提高生产效率，突现节约用工，改善工人工作环境，减轻工人劳动强度，节约材料消耗和用工。 因此，本文选择 PLC 控制系统。 PLC 的硬件结构及工作原理 PLC 采用的是典型的计算机结构，主要包括 CPU,RAM,ROM 和输入、输出接口 电路等。 其内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。 如果把 PLC 看作一个系 统，该系统由输入变量→ PLC→输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、 传感器检测信号等均作为 PLC 的输入变量，它们经 PLC 外部输入端子输入到内部 第 11 页 共 30 页 11 寄存器中，经 PLC 内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子，作为 PLC 的输出变量，对外围设备进行控制。 PLC 的一般内部逻辑结构框图如图 21 所示。 图 21 PLC 的逻辑硬件结构框图 PLC 控制系统组成 ①输入部分：如按钮开关、限位开关等，直接与 PLC 输入端子相连接，用以产生 输入控制信号，这些信号一般来自操作台上的人工指令。 ②控制部分 :反复执行根据被控对象的实际控制要求所编制的处理程序，并产生各种输出号。 ③输出部分 :如接触器、电磁阀等，它们与 PLC 输出端子相连接，用以控制被控对象的动作。 PLC 的工作过程 ①输入处理 :PLC 以重复扫描方式执行用户处理程序，在执行程序前首先按地址 编码顺序将所有输入端子的通断状态 (输入信号 )读入输入映象寄存器中，然后开 始执行用 户处理程序 .在执行过程中，即使输入信号发生变化，输入映象寄存器 的内容也不变，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才重新读取输入状态。 ②程序控制 :在程序执行阶段， PLC 顺序扫描用户程序，每执行一条程序所需要 的信息都从输入映象寄存器和其他内部寄存器中读出并参与计算，然后将执行结 果写入有关输出映象寄存器中。 ③输出处理 :当全部指令执行完毕后，将输出映象寄存器中的状态全部传送到输 第 12 页 共 30 页 12 出锁存寄存器中，构成 PLC 的实际输出并由输出端子送出。 随着微电子技术的发展，可编程序控制器（ PLC）以微处理器为核心，适用 于开关量、模拟量和数字量的控制，已进入过程控制和位置控制等领域，成为一 种多功能、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。 控制系统构成图和工作流程 控制系统构成图 生产线自动装箱的 PLC 控制系统图如图 22所示。 图 22 生产线自动装箱的 PLC 控制系统图 控制系统工作流程 1 按下启动按钮后，传送带 A 运行直到光电开关 PS1 检测到饮料瓶，才停止。 2 传送带 A 停止后，机械手下降。 下降 到位后机械手夹紧饮料瓶， 2s 后开始上升，而机械手保持加紧。 上升到位右转，右转到位下降，下降到位机械手松开，将饮料瓶放进 B 传送带上的空箱内， 2s 后机械手上升。 上升到位左转，左转到位下降，开始下一循环，用 PLC 作计数控制，对机械手这一循环计数。 3 计到 24 次循环后，传送带 B 开始运行，当 PS2 检测到下一空箱后，传送带 B停止。 4 上述过程周而复始的进行，直到按下停止按钮，传送带 A和传送带 B同时停止。 其工作流程图如图 所示。 启动按钮 独立点动输入 停止按钮 限位开关信号 光电传感器 传送带控制电机输出 报警灯 指示灯 机械手控制电机输出 PLC 第 13 页 共 30 页 13 5 当按下手动选择按钮后，系统停止上述的自动控制运行，而可以手动进行 控制传送带 A和 传送带 B的运行，以便于调试和维修。 控制系统硬件设计 根据自动装箱系统的控制要求 ,系统应有手动控制和自动控制功能。 为了避 免意外事故或故障的发生，系统设有报警器。 系统的具体设计过程如下： （ 1） I/O 点数的估算 系统输入信号： 自动控制按钮，需要 1个输入端； 手动控制按钮，需要 1个输入端； 停止按钮，需要 1 个输入端； 手动控制时，传送带 A和传送带 B独立点动控制按钮需要 2 个输入端； 产品数量检测信号 SQ1 和空箱位置检测信号 SQ2，需要 2个输入端； 机械手的上升下降，左移右 移，夹紧放松，需要 6个输入端； 故障报警消音按钮，需要 1个输入端。 以上共需 14 个输入信号点。 系统输出信号： 机械手的上升下降，左移右移，夹紧放松，需要 5个输出端； 传送带 A和传送带 B，需用 2 个控制输出端； 系统上电指示和手动指示、装箱指示需要 3 个输出端； 一个报警器，需要 1个输出端。 以上共需 11 个输出信号点。 （ 2） 用户应用程序占用内存大小的估算 用户应用程序占用多少内存与 I/O 点数、控制要求、运算处理量、程序结构 等因素有关，因此在程序设计之前只能粗略地估算。 根据经验，此应用程序占用 内 存的大小可作如下估算： 开关量输入： 8*10=80 字节； 开关量输出： 6*8=48 字节； 定时器 /计数器：（ 2*3+1*3） =9字节。 共计 137 字节，在加上程序存储空间和备用存储空间，初步估计共需 1K 字节。 （ 3） PC 型号的选择 因为本系统是对开关量进行控制的应用系统，而且对控制速度要求不高，所 以可选用西门子 S7200 系列的 CPU226 型可编程控制器 PLC 作为控制核心，该单第 14 页 共 30 页 14 元为 40 点 I/O， 24 点输入， 16 点输出，所以满足系统输入、输出点需要。 西门子 S7200 系列 CPU224 型 PLC 的特点： 178。 高速计数器能方便的测量高速运动的加工件。 178。 扩展能力增强，最大到 12ch 的模拟量。 178。 带高速扫描和高速中断的高速处理。 178。 可方便的与西门子的可编程序终端 (PT)相连接，为机器操作提供一个可视化 界面。 178。 可进行分散控制和模拟量控制。 178。 通讯功能增强，提供内置 RS232C 端口及 RS485 的适配器。 西门子小型系列 PLC 具有优异的性能价格比，所组成的控制系统具有如下技 术特点： 178。 稳定的性能西门子系列 PLC 外型小巧结构紧 凑，西门子公司长期积累的生产 控制经验和严。