廣州大學松田學院畢業(yè)論文（設計）題目基于PLC的自動識別分選系統(tǒng)設計二O—三年六月畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本畢業(yè)論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔.作者簽名:20年月日畢業(yè)論文版權使用授權書本畢業(yè)論文作者完全了解學校有關保障、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關畢業(yè)論文管理部門或機構送交畢業(yè)論文的復印件和電子版，允許畢業(yè)論文被查閱和借閱.本人授權優(yōu)秀畢業(yè)論文評選機構將本畢業(yè)論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文.本畢業(yè)論文屬于1、保密囗，在10年解密后適用本授權書2、不保密囗。（請在以上相應方框內打“y”作者簽名：20年月日導師簽名：20年月日基于PLC的自動識別分選系統(tǒng)設計摘要:現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應,生產(chǎn)出小批量、多品種、低成本和高質量的產(chǎn)品，為了滿足這一要求，生產(chǎn)設備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性,可編程序控制器正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的新型工業(yè)控制裝置，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。機械手的積極作用正日益為人們所認識。其一，它能部分地代替人的勞動并能達到生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時間和位置來完成工件的傳送。因為它能大大地改善工人的勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的步伐.因此，受到各先進單位的重視并投入了大量的人力物力加以研究和應用，尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲的場合，應用得更為廣泛。因此被廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。關鍵詞：機械手，可編程控制器,自動化控制，大小球辨識DesignofautomaticrecognitionsystembasedonPLCAbstract：Themodernsocietyrequiresthemanufacturingindustrytomakerapidresponsetothemarketdemand,productionofsmallbatch，variety,lowcostandhighqualityproducts,inordertomeettheserequirements，reliabilityandflexibilityofthecontrolsystemofproductionequipmentandautomaticproductionlinemusthavehigh，programmablecontrolleristoconformtotherequirementsoftheitisanewtypeofindustrialcontroldevices,microprocessorbased，hasbecomeoneofthemainpillarsofmodernindustrialautomation。Thepositiveroleofmanipulatorarebecomingincreasinglyrecognized.First,itcanpartiallyreplacehumanlaborandcanmeettherequirementsofproductionprocess,followcertainprocedures,timeandlocationtocompletethetransferofworkpiece。Becauseitcangreatlyimprovetheworkingconditionsofworkers，acceleratetherealizationofindustrialproductionmechanizationandautomation.Therefore,advancedunitsarevaluedandputalotofmanpowerandmaterialresourcestostudyandapplication，especiallyinhightemperature，highpressure,dust，noise，usedmorewidely。Itiswidelyusedinmachinerymanufacturing,metallurgy，electronics，lightindustryandatomicenergyandotherdepartments.Keywords：Mechanicalhand,programmablecontroller，automaticcontrol，sizeballidentification目錄TOC\o"1-5"\h\z緒論61。1研究背景和意義61。1。1PLC與機械手市場背景61。1。2本課題的研究意義61。2PLC可編程控制器概述71。2.1PLC的發(fā)展：.71。2。2PLC系統(tǒng)結構組成.71。3PLC國內外研究現(xiàn)狀91.3.1國際pic市場91。3.2中國pic市場9PLC系統(tǒng)硬件的設計10按鈕和位置開關的選擇102.1。1按鈕的選擇原則102。1.2位置開關的選擇10時間繼電器、接觸器的選擇102。2。1時間繼電器的選擇102。2。2接觸器的選擇11電動機的選擇11機械手夾子的選用11自動識別分選系統(tǒng)設計總體方案12整體運作原理12控制要求13自動控制設計分析133。4機械手操作面板14系統(tǒng)軟件設計154。1I/O口點分配及I/O口設備154.1.1I/O口分配154。1.2I/O口設備16自動模式流程圖174。3步進梯形圖18程序調試235.1手動模式程序調試235。2自動模式模擬說明23軟件編程24參考文獻：28致謝291。1研究背景和意義1.1。1PLC與機械手市場背景PLC是一種專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.PLC及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計.工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設備.工業(yè)機械手的是工業(yè)機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業(yè)任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應性。機械手作業(yè)的準確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟各領域有著廣闊的發(fā)展前景。1。1。2本課題的研究意義機械手是工業(yè)機器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務執(zhí)行機構，是機器人的關鍵部件。機械手在先進制造領域中扮演著極其重要的角色，它可以搬運貨物、分選物品、代替人的繁重勞動。隨著工業(yè)自動化、機械化進程的加速，自動控制正在逐步取代傳統(tǒng)的人工控制，在改善工作人員工作環(huán)境的同時也使生產(chǎn)效率大大的提高,能夠最大限度地滿足被控對象和生產(chǎn)過程的控制要求。因此被廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。本次畢業(yè)設計任務是通過PLC實現(xiàn)機械手分選大小球的自動控制。論文主要對PLC可編程控制器的概述、特征、大小球分選自動系統(tǒng)中的設計進行具體闡明,并通過PLC來實現(xiàn)大小球分選系統(tǒng)的控制?設計中采用日本三菱公司具有高性價比的微型可編程控制器FX2系列PLC,實現(xiàn)自動分選大小球的控制系統(tǒng).系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（PLC）多方面的設計知識和方法，精確的實現(xiàn)了機械手從圓點下降、抓取、上升、右行、下降、釋放、上升、左行還原等一系列的動作，完成一整套。1.2PLC可編程控制器概述1。2。1PLC的發(fā)展：80年代后,隨著集成電路技術和計算機技術的發(fā)展，PLC得到了飛速發(fā)展,在概念、設計、性能價格比等方面有了重大突破.它以功能齊全、穩(wěn)定可靠、維護方便等優(yōu)點，在工業(yè)自動化控制中得到了廣泛的應用。近年來，隨著IEC6113—1的推廣和工控技術對開放式結構的要求，使得PC有可能替代傳統(tǒng)PLC,成為新型的PLC—軟PLC。軟PLC（SoftPLC）是基于IPC或EPC的開放結構的控制系統(tǒng)。它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特點，利用軟件技術可將標準的工業(yè)PC轉換成全功能的PLC過程控制器。軟PLC綜合了計算機和PLC的開關量控制、模擬量控制、數(shù)學運算、數(shù)值處理、通信網(wǎng)絡等功能，通過一個多任務控制內核，提供了強大的指令集、快速而準確的掃描周期、可靠的操作和連接各種I/O系統(tǒng)及網(wǎng)絡的開放式結構。軟PLC提供了與硬PLC同樣的功能,而同時具備了PC環(huán)境的各種優(yōu)點°IEC6113-1是關于PLC的硬件、安裝、編程、通信等方面的國際標準，共分5個部分。IEC61131-3是第一個為工業(yè)自動化所設計的標準化編程語言，它規(guī)定了控制邏輯編程中的語法、語義和顯示，從現(xiàn)有編程語言中挑選了5種,并進行修改。它們是:順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、語句表（STL）、功能塊圖（FBD）、結構文本（ST）。IEC并不要求每種產(chǎn)品都可以使用這5種語言，可以是其中的一種或幾種，但均必須符合標準?？稍谕豁椖恐羞\用多種編程語言，相互嵌入.1。2.2PLC系統(tǒng)結構組成PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC、I/O電路和外圍設備等組成.PLC中的核心模塊是主控模塊（也稱CPU模塊），它包括:CPU、存儲器、通信接口等部分.PLC與控制對象的聯(lián)系是通過I/O模塊實現(xiàn)，且這些模塊應具有較好的抗干擾能力。常用的PLC外圍設備是編程器，其主要任務是輸入、調試程序和監(jiān)控程序的執(zhí)行過程。PLC系統(tǒng)結構由開發(fā)系統(tǒng)和運行系統(tǒng)兩部分構成。開發(fā)系統(tǒng)即編輯環(huán)境，包括編輯器、編譯器、調試環(huán)境等。編輯器給用戶提供符合IEC61131-3標準的編程環(huán)境，各編程語言可相互轉化，經(jīng)編譯器檢查錯誤，生成目標代碼。調試環(huán)境提供動態(tài)調試，尋找程序邏輯錯誤，將編譯的錯誤信息及警告信息提供給用戶，方便用戶修改。開發(fā)系統(tǒng)的底層是核心層，包括算法庫和數(shù)據(jù)庫。算法庫中包括豐富的功能模塊，并支持用戶嵌入自己的功能模塊。數(shù)據(jù)庫包括實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫.運行系統(tǒng)是軟PLC的核心，其主要功能是完成系統(tǒng)配置、輸入輸出處理、實時監(jiān)控、故障診斷等工作。由I/O接口、通信接口、內核解釋器等組成。軟PLC向下通過I/O板卡采集工業(yè)控制現(xiàn)場信息，控制被控對象。作為一開放式結構，接口應符合OPC標準。PLC向上由TCP/IP通信協(xié)議組件、FTP服務器等組成，可在本地、遠程訪問運行環(huán)境。PLC編譯過程概述編譯程序是計算機的一個十分復雜的系統(tǒng)程序。為便于構造或分析一個編譯程序，宜將整個編譯程序分解為若干個組成部分,每一部分都用一段相對獨立的程序取完成整個編譯過程的一部分功能。就一個典型的編譯程序而論，一般都含有如下八個部分：①詞法分析程序（也稱為掃描器）；②語法分析程序（有時也稱為分析器）；③語義分析程序；④中間代碼生成程序；⑤代碼優(yōu)化程序；⑥目標代碼生成程序；⑦錯誤檢查和處理程序;⑧各種信息表格的管理程序?在編譯程序工作的過程中，需要不斷收集記錄和使用源程序中一些語法符號（簡稱為符號）的類型和特征等相關信息。一般的做法是讓編譯程序在其工作過程中，建立并保持一批表格，如常數(shù)表、變量名表、數(shù)組名表、過程或子程序名表及標號表等等，即符號表或名字表.符號表的每一項登記項，將填入名字標識符以及與該名字相關聯(lián)的一些信息名字表中的各種信息將在編譯程序工作過程中的適當時候填入。當從源程序中識別出一個單詞（名字）時,就以此名字查符號表，若表中尚無此登記項,則將該名字列入表中。幾乎在編譯程序工作的全過程中，都需要對符號表進行頻繁的訪問（查表或填表），且耗費的時間在整個編譯過程所需時間中占很大的比例。因此合理的組織符號表，并相應的選擇好填表的方式，實為提高編譯工作效率的有效途徑之一.1.3PLC國內外研究現(xiàn)狀1.3.1國際pic市場目前，世界上有pic廠商200多家，各種型號產(chǎn)品幾千種。pic產(chǎn)品按地域上分成三個流派，分別是美國產(chǎn)品、歐洲產(chǎn)品、日本產(chǎn)品。美國：a—b(allen-bradly)、ge(generalelectric)；歐洲：德國的西門子(siemens)、法國的te(telemecanique);日本:三菱電機(mitsubishielectric)、歐姆龍(omron).此外控制工程網(wǎng)版權所有,國內市場上還有韓國、臺灣地區(qū)等plc產(chǎn)品。從plc問世至今，一直表現(xiàn)出強大的生命力和高速增長態(tài)勢，在工業(yè)控制領域，plc始終處于工業(yè)控制自動化領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供非?？煽康目刂品桨?plc與dcs(分布式控制系統(tǒng)、和ipc(工業(yè)pc)形成了三足鼎立之勢(見表1)。現(xiàn)代的plc在功能、網(wǎng)絡化、標準化、專業(yè)化及開放性上得到了大大的增強?另外，ipc加軟件能實現(xiàn)plc的主要功能，在一些場合能代替plc進行控制，即實現(xiàn)軟plc的功能。2003年全球plc市場銷售額超過了60億美元。今后5年年平均增長率有望達到4.6%,2008年市場規(guī)模將超過75億美元。美國調查公司arc對中國的plc市場進行調查并發(fā)表上述預測，2004年plc的銷售市場規(guī)模。1.3。2中國plc市場我國工業(yè)企業(yè)的自動化程度普遍較低,如機械行業(yè)80%以上的設備仍采用傳統(tǒng)的繼電器和接觸器控制.加入wto后控制工程網(wǎng)版權所有,中國正日益成為世界新的制造業(yè)基地，制造業(yè)的控制主要以邏輯控制為主，大量傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的自動化改造也為plc的應用提供廣闊的發(fā)展空間。arc咨詢集團近期發(fā)布的《中國可編程序控制器(plc、展望》報告指出：中國制造業(yè)增長迅速，某些行業(yè)的增長率甚至達到20%。在未來五年內，中國plc市場的綜合年增長率預計將達到14.1%。2003年這一市場為3。7億美元，預計2008年這一市場還將翻一翻。2PLC系統(tǒng)硬件的設計2。1按鈕和位置開關的選擇2.1。1按鈕的選擇原則根據(jù)使用場合選擇控制按鈕的種類，如開啟式，防水式，緊急式等。根據(jù)用途選用合適的型式，如鑰匙式，緊急試，帶燈式等。按控制回路的要求確定不同的按鈕數(shù)，如單鈕，雙鈕，三鈕，多鈕等.按工作狀態(tài)指示和工作情況的要求選擇按鈕及指示燈的顏色。按鈕的參數(shù)一般規(guī)格為交流500V,允許持續(xù)電流為5A,紅色按鈕表示停止按鈕，綠色表示啟動為了區(qū)別按鈕顏色。2。1。2位置開關的選擇位置開關是利用運動部件的行程位置實現(xiàn)控制的電器元件。常用于自動往返的生產(chǎn)機械中。按結構不同可分為直動式、滾動式和微動式三種。直動式行程開關的優(yōu)點是結構簡單，成本低，但容易燒蝕觸頭。滾動式行程開關克服了直動式行程開關的缺點，但其結構復雜，價格也較高，所以選擇微動式行程開關體積小，動作靈敏，適用于小型機構中使用.2.2時間繼電器、接觸器的選擇2.2。1時間繼電器的選擇從得到輸入信號開始，經(jīng)過一定的延時后才輸出信號的繼電器，稱為時間繼電器。它在電氣控制系統(tǒng)中是一個非常重要的元器件。一般分為通電延時和斷電延時兩種類型。從動作的原理上有電子式、機械式等。電子式的是采用電容充放電再配合電子元件的原理來實現(xiàn)延時動作。通電延時：接受輸入信號后延遲一定的時間，輸出信號才發(fā)生變化。我當中的設計就是用到了這個通電延時，基于三菱FN系列沒有斷電延時就沒采用.機械式的樣式較多，有利用氣囊、彈簧的氣囊式，也有使用小型罩極同步電機帶動凸輪的，現(xiàn)在會有更多的新式的時間繼電器出現(xiàn)。時間繼電器的用途就是配合工藝要求執(zhí)行延時指令。2。2.2接觸器的選擇接觸器是一種用來自動接通或斷開大電流電路的電器.它可以頻繁地接通或斷開交直流電路，并實現(xiàn)遠程控制。其主要控制對象是電動機，也可以用于電熱設備、電焊機、電容器組等其他負載.它具有低壓釋放保護功能,還具有控制容量大、過載能力強、壽命長、設備簡單經(jīng)濟等特點,是電力拖動自動控制線路中使用最為廣泛的電器元件之一。在設計中用于電動機的控制，就是靠接觸器來驅動的。2。3電動機的選擇電動機是選交流的,而電動機分為異步電動機和同步電動機兩大類。異步電動機主要用作電動機，去拖動各種生產(chǎn)機械。由于異步電動機具有結構簡單,制造，使用方便，運行可靠,成本低廉，效率較高等優(yōu)點而得到廣泛應用。例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機用于拖動中小型軋鋼設備，各種金屬切削機床，輕工機械和礦山機械等。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，異步電動機用于拖動水泵，粉碎機以及其他農(nóng)副產(chǎn)品的加工機械，在民用電器方面的電風扇、洗衣機、電冰箱、空調機等也都是用異步電動機拖動的。所以電動機選交流異步電動機為好,即選三相異步電動機，為籠型異步電動機。2。4機械手夾子的選用考慮到機械手能否穩(wěn)穩(wěn)捉住球,我特意在機械手夾子右端加上一個可折疊的小短臂，便于在夾住小球時能順勢彎曲，保證球不會落下，夾子的右端是不會動的，右端和擋板正好抵齊，左端就是夾子收緊時的動作。在夾子當中，內置了對大小球的位置開關，這就是能分辨大小球的主要原理。

3自動識別分選系統(tǒng)設計總體方案3.1整體運作原理在我們平時的生活中，難免會碰上需要分揀的時候，而對于流水線的工作，更是習以為常，如圖3—1為本系統(tǒng)將大小球分選的示意圖。用其機械手將捉住的小球通過電動機和限位開關的控制，將大小球分選的各個位置上，而該系統(tǒng)由PLC控制，可以達到全程自動運行。其自動工作的順序是：先向下，夾住球，向上，向右運動到所需位置，向下，釋放，向上，向左運動然后再循環(huán)，直至按了停止按鈕為止.圖3—1整體原理圖3。2控制要求機械手的控制要求分為手動操作和自動操作兩種方式。（1）手動操作，能對機械手進行一步一步的操作，方便于檢修。如，按“上升”按鈕，機械手上升，松開“上升"按鈕，停止上升。（2）自動連續(xù)運行，當機械手在原點并按下啟動按鈕時，機械手周而復始地執(zhí)行各步動作.直到按下停止按鈕，機械手就停止。3.3自動控制設計分析該設計的機械結構和基本運行原理如上圖所示，其功能就是將機械手辨識大小球然后將分選好的大小球放入相應的位置。主電路:1．電動機控制機械臂上下左右運動和架子的收放。由繼電器控制電動機正反轉?？刂齐娐罚河蒔LC控制繼電器線圈來控制主電路的上下左右運動和抓釋小球.PLC控制繼電器和電燈的輸出，從而控制主電路。1。當輸送機處于起始位置時，上限位開關SQ1和左限位SQ3開關被壓下，原點顯示燈亮。2.啟動裝置后,機械臂下行，一直到下極限開關SQ2閉合?此時，若碰到的是小球，則小球的限位開關SQ4閉合（這里閉合時一瞬間，基于后面又要用到小球的限位開關，一閉合由步進指令直接執(zhí)行下一步指令）；若碰到的是大球，則打球的限開關SQ5閉合。3。夾住小球后,則機械臂向上行，碰到上限位開關后,撿球裝置向右行；碰到右限位開關（小球的右限位開關SQ4）后，再下行，下行至下限位開關后，機械臂將小球釋放到小球箱里,然后機械臂返回到原位。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SQ5）后，再向下行，碰到下限位開關后，將大球釋放到小球箱里，然后返回到原位.5.當機械臂回原位后，一個工作循環(huán)結束,則繼續(xù)下一循環(huán)，直至按了停止按鈕?？紤]到機械手會在移動時產(chǎn)生搖擺和不穩(wěn)定，在每個動作后都有0。5s和1s的緩沖時間，加入時間繼電器來實現(xiàn)這功能.3。4機械手操作面板機械手操作面板示意圖，如下見圖3-2百動模式手動模式識用干測試百動模式手動模式識用干測試圖3-2操作面板圖如上圖所示，面板有兩種模式選擇，基于設計實驗沒有實物，只能用燈模擬,所以將限位開關也設入其中，其中左邊的5個按鈕為手動模式下的按鈕?而右邊兩個則是自動模式的啟動按鈕，在模擬的時候,按了啟動按鈕，由于沒有現(xiàn)實中的位置開關，則需要手動按下限位開關，達到模擬效果。

4系統(tǒng)軟件設計4。1I/O口點分配及I/O口設備4.1。1I/O口分配輸入分配輸出分配I口功能O口功能X0返回原點Y0機械手上升XI手動模式Y1機械手下降X2自動模式Y2機械手向左運動X3自動模式的啟動按鈕Y3機械手向右運動X4自動模式的停止按鈕Y4機械手夾子收緊X5手動上升控制Y5自動模式指示燈X6手動下降控制Y6手動模式指示燈X7手動向左運動Y7原點位置X10手動向右運動X11機械手夾子收緊X12SQ1上升限位開關X13SQ2下降限位開關X14SQ3向左限位開關X15SQ4小球限位開關X16SQ5大球限位開關共15點共7點圖4—1I/O口分配圖4。1.2I/O口設備圖4—2PLC連接圖PS：由于難以以實物來演示，所以用指示燈來表示機械手的動作4.2自動模式流程圖圖4—3整體流程圖如上圖所示,在自動模式下，機械手從原點出發(fā)，向下運動碰到限位開關停止運動把球夾住然后上升，到了上的限位開關自動向右運動至相應位置再向下運

動，松開夾子，再上升向左運動，直到原點位置完成自動模式的一個周期，直至按下停止結束。4.3步進梯形圖

5程序調試5。1手動模式程序調試此次調試用的是GXDeveloper程序，其中運用到GXsimulator進行仿真調試。(1)將梯形圖程序輸入電腦。(2)對程序進行調試運行。旋至“手動"擋XI,按下相應的動作按鈕，觀察機械手的指示燈是否能亮。再按一下回原點的按鈕X0看機械手是否能回到原點。5。2自動模式模擬說明只需要點動按下X2后，再持續(xù)按下X3啟動按鈕，理論上機械手就自動工作，基于材料有限，限位開關只能自己來按來演示。限位開關都是點動的，只有一直處于那位置才會一直閉合，按鈕順序如下圖5-1所示圖5—1按鍵流程圖

5。3軟件編程0LDX00030OUTY0011SETS60031LDM73LDX01432ORM84ANDX01233ORM95OUTY00734LDM106LDX00135LDM107OUTY00636ORM118LDX00137ORM229SETS60138OUTY00311LDX00239LDM1212OUTY00540ORM1313LDX00241ORM1414ANDX00342ORM1515SETS60243ORM1617LDT144ORM1718ORM3045ORM1819ANIX00446ORM1920OUTM3047ORM2021LDM048OUTY00422ORM149STLS60023ORM250LDIX01024ORM351OUTM025ORM2152LDX01026OUTY00053SETS62027LDM455STLS62028ORM556LDIX01229ORM657OUTM7

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