基于plc控制机械手自动装箱系统设计毕业论文

基于plc控制机械手自动装箱系统设计毕业论文内容摘要：

.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 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 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 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 格的技术标准保证了其可靠稳定的性能，即使在恶劣的工业环境下 仍然能正常运行。 更经过高低温的考验，使得该 PLC 可以适用在特殊的场合。 178。 通讯功能增强提供内置的 RS232C 端口和 RS422 端口。 西门子完全开放的通 讯协议可以方便的实现上位机远程监控功能，用户可以随心所欲自己定制开发通 讯监控系统。 178。 高速的程序执行速度更快的程序指令执行速度，使得控制过程精确无误。 （ 4） 系统 I/O 点的分配 系统 I/O 点的分配如表 23所示。 输入 输出 启动 系统指示灯 停止 传送带 A输出 光电开关 PS1 输入 传送带 B输出 光电开关 PS2 输入 原点 自动 上升 手动 下降 传送带 A手动输入 左移 传送带 B手动输入 右移 手动上升 加紧与松开 手动下降 手动指示灯 手动左移 15 手动右移 手动加紧 手动松开 上限 下限 左限 右限 图 23 系统 I/O 点的分配如表 系统输入 /输出接线图如图 24 所示。 1M M L+24V 1L KM KM KM KM KM KM KM KM KM AC220V 启动 停止 自动 手动 上限 下限 左限 右限 传送带 A 输入 传送带 B 输入 手动上升 手动下降 手动左移 手动右移 手动夹紧 手动放松 原点 上升 下降 左移 右移 夹紧与松开 传送带 A输 出 传送带 B输出 指示灯 16 图 24 系统输入 /输出接线图 （ 5） 传感器的选择 近年来，随 着生产自动化程度的提高，光电传感器的功能不断完善，现已成 为与 PLC 相配套的系列产品，广泛用于自动包装、打胶、罐装、以及自动装配流 水线。 针对本文设计要求，我们可采用光电开关来对产品计数和空箱到位检测。 这 类光电传感器利用光电元件受光照或无光照时“有”“无”电信号输出的特性将 被测量转换成断续变化的开关信号。 为此，要求光电元件灵敏度高，而对光照特 性的线性要求不高。 这类传感器主要应用于零件或产品的自动记数、光控开关、 电子计算机的光电输入设备、光电编码器以及光电报警装置等方面。 光电开关可分为两类：透 射型和反射型两种。 透射型光电开关是由分离的发射器和接收器组成并相对放置。 发射器发射的 红外线直接照射到接收器上，当有物品通过时，将红外线光源切断遮挡住了，接 收器收不到红外光，于是就发出一个信号。 可用于产品计数。 反射型光电开关的接收部分和发射部分合做在一起，利用物体对发射部分发 射出的红外线反射回去，由接收部分接收，从而判断是否有物体存在。 当有物体 通过，接收器接收不到红外光，于是就发出一个信号。 可用于空箱是否到位检测。 当采用接近开关、光电开关等两线式传感器时，由于传感器的漏电流较大，可 能出现 错误的输入信号而导致 PLC 的误动作，此时可在 PLC 输入端并联旁路电 阻Ｒ，如图 25 所示。 当漏电流不足 lmA 时可以不考虑其影响。 图 25 PLC 与光电开关的连接 反射式光电传感器的工作原理如图 26所示。 光电开关 输入电 源 R IN PLC COM 反射物 发光 反射式光电传感器 接受 17 图 26反射式光电传感器原理图 该系统选择的反射式光电传感器型号为 PM2LF10,其性能参数如表 27 所示。 性能 参数 检测距离 ~8mm(中心 :5mm)白色无光泽纸 (15179。 15mm) 最小检测物体 φ 铜线 (设定距离 :5mm) 应差 使用白色无光泽纸 (15179。 15mm)工作距离的 20%以下 重复精度 (垂直于检测轴 ) 以下 电源电压 5~24V DC177。 10% 脉动 PP5%以下 消耗电流 25mA 80mA 以下 输出 NPN 开路集电极晶体管 100mA 30V DC 以下 (输出和 0V之间 ) 1V 以下 (流入电流为 100mA 时 ) 以下 (流入电流为 16mA 时 ) 短路保护 装 备 反应时间 以下 表 27 PM2LF10 反射式光电传感器的性能参数 (6) 电动机的选择 型也数不胜数。 基于该系统的控制要求与各类型电动机的结构特点和工作场合，并考虑到经济性和实用性，本系统选择的电动机是 kinco 三相步进电动机3S57Q04056，与之配套的驱动器为 Kinco 3M458 三相步进电动机驱动器，它的部分技术参数如表 28 所示。 表 28 3S57Q04056 型电动机的性能参数 参数名称 步距角 相电流（ A） 保持扭矩 阻尼扭矩 电动机惯量 参数值 176。 （ 7）接触器的选型 接触器是一种用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器 ,主要控制对象是电动机。 通用接触器可大致分以下两类。 1) CJ 0CJ1 CJ12B 等系列。 2) .一般用于控制直流电器设备 ,线圈中通以直流电 ,直流接触器的 18 动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。 接触器的选型有诸多因素外与负载 密切相关一般三相异步电机的起动电流为额定电流的 35 倍。 所以接触器的额定电流为 : 4IN=36A CJ1040 40A,额定电压为 380V。 （ 8） 热继电器的选型 热继电器由两部分组成 .每一部分安装的位置不同。 一部分是主触点 ,接在电动机与接触器 KM 之间。 另一部分是接在控制电路中 ,与接触器 KM 的线圈电路相串联。 热继电器在控制线路中起过载保护的功能。 热继电器是采用双金属热元件 ,动作机构 ,常闭触头和常开触头 ,复位按钮及整定电流 调节旋钮等构成。 根据双金属热元件的数目可分为两极和三极型热器 ,而三极型又分带断相保护和不带断相保护两种。 电动机的额定电流 15A,FR1 可以选用 JR16,热元件电流为 20A,电流整 定范围为 1422A 工作时将额定电流调整为 15A。 （ 9） 开关电器、熔断器的选型 行程开关是一种由物体的位移来决定电路通断的开关 ,选用型号为 LXK2131型。 熔断器选用 RL115 型熔点器 ,熔体的额定电流为 30A。 控制系统软件设计 控制系统逻辑分析 自动装箱系统的控制设计考虑到其动作的连续性以及各个 被控制设备动作 之间的相互关联性 ,最佳的实现方案就是采用顺序控制。 这样就考虑针对不同的 工作状态，进行相应的动作控制输出，从而实现自动装箱系统从传送带 A开始工 作到产品进入空箱之中并完成精确的计数这样一个周期控制工作的程序实现。 设计使用一系列的中间状态信号来传递状态。