基于電阻應變式傳感器電子秤畢業(yè)設計.doc

大小球分離機的自動控制系統(tǒng)的設計作者：林振摘 要 隨著經(jīng)濟不斷發(fā)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(tǒng)，可實現(xiàn)分離機的自動化控制，降低系統(tǒng)的運行費用。在設計中，選擇了可編程控制器(PLC)作為工業(yè)中常用分離機的控制系統(tǒng)，這對提升工業(yè)分離機的整體技術性能起到了良好的作用。分離機的主體部分也就是工業(yè)中常用的機械手，結(jié)合部分的先進的電子技術（傳感器）而構(gòu)成的統(tǒng)一整體。 關鍵詞 PLC 機械手 傳感器 大小球 第一章 緒論隨著科學技術的高速發(fā)展，自動控制技術在人類活動的各個領域中的應用越來越廣泛，它的水平已成為衡量一個國家生產(chǎn)和科學技術先進與否的一項重要標志。自動控制技術作為自動化的強有力的手段，越來越多地與計算機技術、電子技術、信息技術結(jié)合起來，對促進我國的現(xiàn)代化建設起到越來越重要的作用。目前，在一些自動化、智能化等機電設備中，計算機技術與自動控制技術精密地結(jié)合，進一步推動了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，可見計算機基礎知識、計算機控制技術在機電設備控制中的應用。所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置操縱被控對象，使其按照一定規(guī)律的運動和變化。要實現(xiàn)對各種生產(chǎn)過程和生產(chǎn)設備的限制，常常需要使其中的某些物理量（如溫度、壓力、位置、速度等）保持恒定，或者讓它們按照一定的規(guī)律變化。要滿足這種需要，就應該對生產(chǎn)機械或設備進行及時地控制和調(diào)整，以抵消外界的干擾和影響。目前絕大多數(shù)自動控制系統(tǒng)都是使用計算機來實現(xiàn)的，而計算機的廣泛應用也大大促進了自動控制技術的應用與發(fā)展，并且出現(xiàn)了許多新的自動控制理論，使得自動控制技術正在向著深度和廣度兩個發(fā)向發(fā)展。在廣度方面，已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各個領域，從工業(yè)過程控制、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防技術到家用電器等都已廣泛使用計算機來進行自動控制，控制對象也從單一對象的局部控制發(fā)展到對整個工廠、整個企業(yè)等大規(guī)模復雜對象進行控制。在深度方面，則向著智能化方向發(fā)展，出現(xiàn)了自適應、自學習等智能控制方法。1.1控制對象的介紹企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大和深化，使得生產(chǎn)物的分離成為生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，諸如根據(jù)物體的大小、重量、質(zhì)量等將不同的產(chǎn)品送往生產(chǎn)商所希望的地方。大小球分離機的自動控制正是用來實現(xiàn)此類需要的控制系統(tǒng)，隨著PLC的發(fā)展，國外生產(chǎn)線上的物品分類控制系統(tǒng)多采用該控制系統(tǒng)，而且有些制造廠還開發(fā)研制了出了專用的邏輯處理控制芯片，在我國的大部分企業(yè)中，有關物品的分類的自動控制系統(tǒng)大多是從國外引進的，成本高，為了滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，讓PLC技術與自動化技術相結(jié)合，充分的利用到我國企業(yè)的生產(chǎn)線上，讓該系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能夠工作，而且成本低，易控制，安全可靠，效率高。在我國的大部分企業(yè)中，對于物品分類這一塊，基本上都是將PLC與機械手和相應的傳感器相結(jié)合，來達到對物品的分類；本設計正是運用此方法來達到控制對大小球的分類的，此類控制方法所需設備投入少，技術含量不太高，適應于我國現(xiàn)在的大多數(shù)企業(yè)的需要。1.2 PLC的簡介1. 可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展與繼電器有很密切的關系。繼電器由于在故障的查找和排查中有很大的困難，又可能會花費大量的時間，嚴重的影響生產(chǎn)。這就要求一種新的控制裝置來取代老式的繼電器控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)的工作更可靠、更容易維護、更能適應經(jīng)常變動的工藝條件。于是可編程控制器應運而生了。可編程控制器是一種專門為在工業(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(nèi)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?？删幊炭刂破髦阅軌蚋咚侔l(fā)展，除了順應工業(yè)自動化的客觀需要外，還由于其具有許多適合工業(yè)控制的獨特優(yōu)點，它較好地解決了工業(yè)控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。其主要特點有：（1）可靠性高，抗干擾能力強 2編程簡單，操作方便（3）系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試工作量小、維護方便4）體積小、能耗低可編程控制器將朝著以下幾個方面發(fā)展：（1）向微型化、專業(yè)化的方向發(fā)展2）向大型化、高速度、高性能方向發(fā)展（3）編程語言日趨標準（4）與其他工業(yè)控制產(chǎn)品更加融合（5）與現(xiàn)場總線結(jié)合（6）通信聯(lián)網(wǎng)能力增強2. 可編程控制器的基本組成PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖(1-1)所示PLC軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大類。系統(tǒng)程序包含系統(tǒng)的管理程序、用戶指令的解釋程序，另外還包括一些供系統(tǒng)調(diào)用的專用標準程序塊等。系統(tǒng)管理程序用以完成機內(nèi)運行相關時間分配、存儲空間分配管理、及系統(tǒng)自檢等工作。用戶指令的解釋程序用以完成用戶指令變換為機器碼的工作。系統(tǒng)程序在用戶使用可編程控制器之前就已經(jīng)裝入機內(nèi)，并永久保存，在各種控制工作中并不需要做什么調(diào)整。用戶程序是用戶為達到某種控制目的，采用PLC廠家提供的編程語言編寫的程序，是一定控制功能的表述。同一臺PLC用于不同的控制目的時就需要編制不同的用戶程序。用戶程序存入PLC后，如需改變控制目的，還可以多次改寫。輸入模塊中央處理器CPU存儲器編程器輸出模塊圖1-1 PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖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(tài)，即運行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)，其中運行狀態(tài)是執(zhí)行應用程序的狀態(tài)，停止狀態(tài)一般用于程序的編制與修改。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)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(zhí)行一次，而是反復不斷地重復執(zhí)行，直至可編程控制器停機或切換到停止工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程控制器還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)和分為（內(nèi)部處理、通信服務、輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理）5個階段,可編程控制器這種周而復始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執(zhí)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。 第二章 總體設計2.1 控制要求1. 任務要求左上為原點，按下啟動按鈕后，其動作順序為：下降 抓球（延1秒） 上升 右行（左行） 下降 釋放球（延1秒） 上升 左行（右行）依次往復運行，依次將大小球分別放到兩邊的容器當中；當按下停止按鈕后，其停止動作。2. 設計要求左上為原點，按下啟動按鈕SB1后 ，傳送帶開始由A點把球往B點傳送（機械手位于B點的上方），當球到達B點時，傳感器1產(chǎn)生信號開關，使機械臂下降，到達下限位開關后，機械手抓球（延時1秒）后上升；當機械臂到達上限位時，機械臂根據(jù)傳感器2(力敏傳感器)感測到大球或小球的重量產(chǎn)生不同的開關量，若是大球，則將其送到右邊的大球容器中，若為小球信號，則將其送往左面的小球容器中。當機械手將其送到相應的容器后按照原路線返回到原點。等到下一個球的到來時，機械手再次動作，并根據(jù)傳感器產(chǎn)生的不同的信號開關量，將大小球送往相應的容器中，然后再回到原點，依次往復運行。當按下停止按鈕時，傳送帶停止運動，機械手完成一個周期的運動后回到原點后也停止運動。 注：(1)機械手完成一個周期所用的時間少于另一個球到達傳感器1所需的時間。(2)力敏傳感器產(chǎn)生的開關量在一個周期內(nèi)不會消失。2.2 順序功能圖順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，使生產(chǎn)過程中各個執(zhí)行機構(gòu)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工作順序進行的，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(xiàn)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(diào)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(zhuǎn)換將它們隔開。（2）兩個轉(zhuǎn)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(tǒng)等待啟動的初始狀態(tài)，初始步可能沒有輸出處于ON 狀態(tài)，但初始步是必不可少的。（4）自動控制系統(tǒng)應能多次重復執(zhí)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(huán)。（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。本設計的順序功能圖中多次使用到了選擇序列結(jié)構(gòu)，使其更加適合現(xiàn)在很多工廠機械控制的需要。根據(jù)設計的控制要求的順序功能圖如圖(2-1)所示。本設計的順序功能圖中除了使用最基本的單序列結(jié)構(gòu)外，還多次使用了選擇序列結(jié)構(gòu)。選擇序列的分支是指前一級步后面緊跟著若干個后續(xù)步可供選擇各分支都有相應的轉(zhuǎn)換條件，分支表示的轉(zhuǎn)換的短線只能標在水平線之下。選擇序列的合并是指將幾個選擇分支合并到一個公共序列上，各分支也都有各自的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件只能標在水平線上。第三章 大小球分離機的PLC控制的硬件組成3.1 大小球分離機的原理圖為了便于分析，根據(jù)控制的要求，本設計結(jié)合了一幅大小球分離機的原理圖。使我對其大體的動作過程有了大概的了解，也使自己的思維更加清晰，圖中給出了大小球分離機的在整個運動過程中所需的一些主要元器件和一些文字說明如圖(3-1)所示。3.2 大小球分離機的外部接線圖設計中使用三菱FX2N-48MR型可編程控制器實現(xiàn)大小球分離機的PLC控制的輸入/輸出接線，根據(jù)順序功能圖可知，設計所需的輸入與輸出，故其外部接線圖如圖(3-2)所示。3.3 輸入/輸出元件的地址分配在大小球分離機的PLC控制中,有9個輸入控制元件,有7個輸出元件。系統(tǒng)輸入/輸出元件的地址分配如表（3-1）所示。本設計選用三菱FX2N-48MR型可編程控制器，實現(xiàn)大小球分離機的PLC控制的輸入/輸出接線。由于分離機的PLC控制的輸入/輸出較多及設備的限制，可只接輸入部分，輸出由對應觸頭的LED是否亮來指示。表3-1 I/O 口分配表輸入輸出輸入元件輸入點輸出元件輸出點啟動按鈕SB1X0下降KM1Y0傳感器1產(chǎn)生的信號開關SB2X1夾緊KM2Y1下限位開關SQ1X2上升KM3Y2上限位開關SQ2X3右行KM4Y3壓力傳感器產(chǎn)生的開關信號（大球）SB3X4左行KM5Y4壓力傳感器產(chǎn)生的開關信號（小球）SB4X5松開KM6Y5右限位開關SQ3X6傳送帶KM7Y6左限位開關SQ4X7停止按鈕SB5X10（注：由于在模擬實驗中，受實驗器材的限制，在模擬實驗中用相應的輸入開關作為輸入量；輸出量用相應的指示燈代替，其中輸入量SB3 SB4 SB5 用常閉開關代替。）第四章 大小球分離機的PLC控制的軟件組成4.1梯形圖的設計繪制梯形圖時要注意很多細節(jié)性的知識，設計中選用的是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，梯形圖如圖(4-1)所示。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(lián)電路并聯(lián)時,應將接點最多的那個串聯(lián)回路放在梯形圖最上面。有并聯(lián)電路相串聯(lián)時,應將接點最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左邊。（4）雙線圈輸出不可用。 4.2 程序分析按下啟動按鈕后，傳送帶開始從A點向B點傳送球（大球或小球），當球到達B點后，由傳感器1 感測到有球到達B點，產(chǎn)生的信號開關（X1）促使機械臂開始下降，當機械手到達下限位后，機械手開始抓緊球（延時1秒）后開始上升；與此同時傳感器2 依據(jù)大小球的重量產(chǎn)生不同的開關信號（大球信號開關X4，或小球信號X5）給機械臂，若傳感器2 感測到的是大球信號，則大球信號開關X4接通，當機械手到達上限位開關SQ2后，就把信號傳給機械臂，使機械臂向右運動，到達右限位SQ3后機械臂就開始向下運動；當機械手碰到下限位SQ1時，機械手開始松開，把球放在大球容器中，延時1秒后開始機械臂向上運動，到達上限位開關SQ2后向左運動，使其回到原點。若傳感器2 感測到的是小球信號，則當機械手在抓住球后，運動到達上限位SQ2的時候，由于小球信號開關X5接通機械臂開始向左運動，到達左限位開關SQ4后開始向下運動，當機械手到達下限位開關SQ1后機械手開始松開，把球放在小球容器中延時1秒后向上運動；到達上限位開關SQ2后，機械臂向右運動，到達右限位開關SQ3后停止運動，使機械手回到原點。當傳感器1再次感測到信號時，再次使信號開關X1接通，使其循環(huán)往復的進行。當需要停止機械手運動時，在機械手回到原點時按下停止按鈕X10，機械手停止運作。7