南京工程学院机械设计制造及其自动化论文(13页).doc

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1、-南京工程学院机械设计制造及其自动化论文-第 10 页成绩南京工程学院课程设计说明书(论文)题 目 物品输送系统控制 课程名称 机电传动控制课程设计 院（系、部、中心） 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制121 学生姓名 学 号 设计地点 工程实践中心2号楼 指导教师 设计起止时间：2015年 6月8日至 2015年 6月12日 目 录引言11. 任务说明11.1 课程简介11.2 课程设计目的12. 任务分析12.1设备机构组成分析12.2输送系统的工作过程23. 控制方案设计43.1 控制要求43.2 任务分析53.3 主电路设计63.4 PLC选型73.5 I/O

2、分配表83.6 I/O端子接线图104. 控制流程分析104.1 功能流程图104.2 梯形图124.3 指令表165. 总结186. 图附件197. 主要参考文献20引言可编程序控制器是近年来发展极为迅速的新型工业控制装置。它将计算机控制技术、自动控制技术和通信技术融为一体，专门为工业环境而设计，已广泛应用于机械制造、冶金、化工、轻工、电力、建筑、交通等行业。1. 任务说明1.1 课程简介物品输送系统结构：自动化生产过程中，物品输送系统是连接各个生产单元的关键设备，系统通常由传送带机构、物品移动机构和物品运送小车组成。传送带一般采用电动机驱动，物品移动机构可以采用电动机驱动，也可以采用液压系

3、统驱动，运送小车为电动机驱动。1.2 课程设计目的本次课程设计为机电传动控制课程的实践环节，在本课程设计的过程中，通过课程设计实践环节巩固和加强课程所学习的知识，掌握课程知识实际应用的能力。学会运用机电传动控制的原理和分析问题，解决问题的方法。同时在设计过程中，综合已学知识，完成简单完整的控制系统设计，以增强控制系统设计能力，完成PLC控制程序设计，增强编程软件使用的能力，并在联机程序调试过程中，增强实际操作能力。2. 任务分析2.1设备机构组成分析本题目针对图1所示运送系统设备设计相应的电气控制系统。图示输送系统有成直角分布的2条传送带、附属带的物品移动机构和1辆物品传送小车组成。物品输送系

4、统将位于传送带1始端的物品送至尾端，然后通过物品移动机构将物品移送到传送带2始端，传送带2传送物品到带尾端，并通过物品移动机构将物品推入运送小车，运送小车运送物品到其他指定地点。系统中传送带和运送小车由电动机驱动，物品移动机构采用液压系统驱动，通过行程开关检测各个运动部件是否到达预定位置。系统设备结构及运动部件工作循环如图1所示图1 输送系统设备结构及运动部件工作循环图2.2输送系统的工作过程物品输送系统的工作过程如图2所示，当传送带1始端有工件时启动自动输送过程。经过输送工件到达输送带2尾端，在检测小车停靠到位的情况下，推工件入小车，小车启动离开，卸空后返回，结束一次输送循环过程。图2 物品

5、输送系统工作过程图输送系统的运动部件循环过程如图3所示：图3 物品输送系统运动部件循环图3. 控制方案设计3.1 控制要求1. 物品输送系统工作方式要求为保证物品输送系统能够处于正常工作，要求其具备二种工作方式：（1）整机全自动循环工作；（2）运动部件能够点动向前调整，以及不在原位时能够快速复位。2. 物品输送系统自动工作过程要求物品输送系统工作过程是正常输送工件时整机全自动循环的工作过程，物品输送系统输送过程需要满足如下工作要求:(1) 当输送带1始端检测有工件，其他位置无工件，停靠到位时，启动自动输送过程；(2) 检测输送工件到达输送带1尾端，停止输送带1,1秒钟后，移动机构将工件推入输送

6、带2；(3) 检测输送带2始端有工件，输送带2启动输送工件；(4) 检测输送工件到达输送带2尾端，在检测小车空车停靠到位的情况下，推工件如小车；(5) 确认工件到达小车内，小车启动离开，卸空后返回到位，结束一次输送循环过程。 3. 物品输送系统控制元件配置与工作要求物品输送系统输送带电机为1.2KW，小车电机为2.2KW，移动机构动作方向用电磁阀控制。自动循环工作时，所有工作状态切换行程开关控制。电器元件工作关系如表1所示：表1-电器元件工作关系表工作状态（工步）移动机构方向阀电磁铁输送带电机小车电机主令电器阀1阀2YV1YV2YV3YV4M1M2M3输送带1运行+SQ1输送带1停，延时1S秒

7、SQ2移动机构1推工件+SQ5、KT1移动机构1返回+SQ6输送带2运行+SQ3输送带2停，延时1S秒SQ4移动机构2推工件+SQ7、KT2移动机构2返回+SQ8小车运送工件+SQ9、SQ10小车返回+SQ114. 物品输送系统安全稳定工作要求（1） 具有运动部件安全工作的连锁功能；（2） 具有位置保护功能（如极限位、越位、相对位置保护）；（3） 电气控制系统具有短路、电动机过载等保护功能；（4） 具有应急操作功能呢；（5） 具有照明、指示灯辅助功能。3.2 任务分析任务分析阶段是设计的初步阶段，有此阶段通过对设备的工作要求分析、工作环境和条件分析、操作和安全要求分析、电气控制装置技术可行性和

8、经济性分析，确定电气控制系统装置的技术性能、基本构建形式及主要技术参数。1、物品输送系统控制要求分析依据物品输送系统电气控制系统设计任务分析，确定设备条件个控制要求如下：（1）电气控制系统的控制对象为自动循环运输零件的机械设备，采用电气-液压-机械组合的传动方式进行驱动和控制。设备位于温带室内空间，工作环境较好，对控制系统无特殊要求；（2）设备安装在生产线上，由车间低压电网供电，设备驱动电压380V，供电频率50赫兹；（3）设备电气控制为普通开关量控制，要求自动完成零件运输过程，单个输送带或小车能够独立调整操作，同时设备具有电气保护及联锁保护等功能；（4）设备驱动电动机由设计人员选定，设备配置

9、有三台异步交流电动机，2台输送带电动机功率为1.2kw，小车电动机功率为2.2kw，电源要求交流电源电压380V，电动机无制动要求，电动机功率不大，可采用直接启动方式启动；液压系统使用电磁换向阀，阀电磁铁工作电压为直流24V；2、物品输送系统控制要求分析结果可确定控制方案如下：（1）物品输送系统控制采用开关量控制；（2）基于设备自动工作的要求，选择PLC为主要控制器件构成控制系统，由于控制对象为单机设备，控制系统属于小型系统，因此选用三菱公司型号为FX2N的PLC产品；（3）由于工作要求确定，控制系统可运行在2种模式下，即全自动工作循环和手动调整工作。（4）3台电动机均为直接启动控制，单方向转

10、动。电动机无制动控制；（5）电动机驱动电路三相电源供电，线电压380V；（6）PLC主机工作电源为交流电源，电压220V，交流接触器线圈使用交流电源，电压220V；电磁阀的电磁铁使用24V直流电源，主令控制电器及行程开关等使用24V直流电源；（7）控制系统具有短路和过载保护功能，机床各运动部件之间具有联锁保护功能；（8）使用信号灯显示机床工作状态。3.3 主电路设计物品输送系统电气控制系统主要由两部分组成，即电动机驱动系统（主电路）和由PLC设备构成的控制部分，驱动系统通过交流接触器主触点控制电动机电路的接通与断开，采用熔断器和热继电器进行短路过载保护，同时通过控制变压器，提供满足系统工作以及

11、PLC设备需要的电源电压。在整个物品输送系统结构中，需要三个驱动电机分别使输送带1、输送带2、小车运动（通过两个接触器改变电源相序来实现电动机正反转控制从而实现小车的左右行），主电路设计如图4所示图4 物品输送系统主电路图3.4 PLC选型由设备条件和控制要求分析，物品输送系统信号分为输入信号和输出信号两大类，其中，输入信号又包括主令控制信号（按钮及选择开关信号）和传感器信号（现场设备检测信号），输出信号包括控制交流接触器工作线圈信号，控制电磁阀电磁铁的信号和各种照明及指示灯信号。1） 输入信号分析输送系统工作要求，物品输送系统有下列几类输入开关信号：1、完成停止控制的按钮开关信号，电器元件为

12、： SB1；2、完成点动调整的开关按钮开关信号，电器元件为：SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB8；3、移动机构复位按钮，电器元件：SB7、SB94、完成设备自动运行过程中获得设备状态信号的传感器信号，电器元件为：SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9、SQ10、SQ11。2） 输出信号分析输送系统工作要求，物品输送系统有如下几类输出驱动电器元件：1、控制电动机电路接通与断开的交流接触器工作线圈，电器元件为：KM1、KM2、KM3、KM4；2、控制移动机构液压系统的电磁阀电磁铁，电器元件为：YV1、YV2、YV3、YV4；3、控制显示物品输送系统工作状态

13、的指示灯，电器元件为：HL1、HL2、HL3、HL4、HL5。因此，根据输入输出端口数选择FX2n-48MR-001型号。电器元件明细见表2表2-电器元件明细表符号名称及用途符号名称及用途M1输送带1电动机FR1、FR2、FR3电动机过载保护热继电器M2输送带2电动机FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6短路保护熔断器M3小车电动机HL1、HL2输送带工作指示灯KM1输送带1起动接触器HL3小车启动指示灯KM2输送带2起动接触器HL4、HL5液压系统工作指示灯KM3、KM4小车起动/返回接触器SB1总停按钮SQ1、SQ2输送带1行程开关SB2输送带1起动按钮SQ3、SQ4输送带2行程开

14、关SB3输送带2起动按钮SQ5、SQ6移动机构1行程开关SB4小车启动按钮SQ7、SQ8移动机构2行程开关SB5小车返回按钮SQ9小车返回原位行程开关SB6机构1点动按钮SQ10小车左行行程开关SB7机构1长动返回按钮SQ11小车左行终点行程开关SB8机构2点动按钮SA自动/手动选择开关SB9机构2长动返回按钮QS电源隔离开关YV1、YV2控制移动机构1电磁阀电磁铁TC控制变压器YV3、YV4控制移动机构2电磁阀电磁铁QFPLC电源开关VC整流器3.5 I/O分配表电器元件信号与PLC通道分配的目的是为每一个需要PLC处理的设备信号获得进入PLC的通道和存放信号状态的地址，依据控制方案选定的三

15、菱FX2n系列PLC产品，以及对设备信号分析结果，电器元件信号与PLC连续的通道分配如表4所示表4-电器元件信号与PLC连接的通道分配表输入输出元件通道地址说明元件通道地址说明SB1X000总停按钮HL1Y000输送带1工作指示灯SB2X001输送带1起动按钮HL2Y001输送带2工作指示SB3X002输送带2点动按钮HL3Y002小车运送工作指示灯SB4X003小车点动按钮HL4Y003移动机构1复位指示灯SB5X004小车返回的点动按钮HL5Y004移动机构2复位指示灯SB6X005移动机构1点动前进按钮KM1Y010输送带1起动接触器SB7X006移动机构1返回复位KM2Y011输送带2

16、起动接触器SB8X007移动机构2点动前KM3Y012小车起动接触器SB9X010移动机构2返回复位KM4Y013小车返回接触器SAX011自动/手动选择开关YV1Y020控制移动机构1电磁阀电磁铁SQ1X012输送带1始点行程开关YV2Y021控制移动机构1电磁阀电磁铁SQ2X013输送带1终点行程开关YV3Y022控制移动机构2电磁阀电磁铁SQ3X014输送带2始点行程开关YV4Y023控制移动机构2电磁阀电磁铁SQ4X015输送带2终点行程开关SQ5X016移动机构1始点行程开关SQ6X017移动机构1终点行程开关SQ7X020移动机构2始点行程开关SQ8X021移动机构2终点行程开关S

17、Q9X022小车复位行程开关SQ10X023工件装入小车行程开关SQ11X024小车左行终点3.6 I/O端子接线图端子接线图如图5所示图5 I/O端子接线图4. 控制流程分析4.1 功能流程图使用SA选择物品输送系统自动或手动（点动）调整工作，根据选择不同，进入不同的工作状态。触发状态器S20进入自动工作状态，触发状态器S50进入手动调整工作状态。行程开关SQ的触点，时间继电器触点T0、T1等信号为各状态器触发信号，实现相应工作状态的转换。功能流程图如图6所示图6 功能流程图4.2 梯形图梯形图如图7所示图7 梯形图4.3 指令表指令表如图8所示图8-指令表5. 总结本次课程设计虽然只有短短

18、的五天时间，但整个过程让我感到很充实。从一开始的程序设计到最后的仿真与调试，我们经历了很多，同时也收获了很多。在程序设计中，存在着各种各样的问题，按钮和开关的选择与布置以及流程的分支与并行的选择，都加大了整个设计的难度。一些细小的因素往往是成败的关键，按钮与开关的状态，稍有不同都将导致整个系统的瘫痪。当然，流程的每一步出现差错，也将会系统无法工作。在仿真与调试的过程中，我们也吃了很大的苦头。当然，这主要与我们对软件的不熟有关。经过老师的指导以及同学的帮助，我们最终克服了困难，成功的完成了物品输送系统电气控制系统的设计。通过这次课程设计，我们学会用机电传动控制技术解决一些小的问题，增强了系统设计

19、的能力。在调试过程中也增强了实际操作能力，掌握了使用计算机软件编制PLC程序的应用方法（包括PLC选型设计，I/O分配，I/O端子接线，控制流程图分析等）。6. 图附件7. 主要参考文献1. 宋伯生.PLC编程实用指南.北京：机械工业出版社，2007，22. 洪志育. 例说PLC. 北京：人民邮电出版社,2006,63. 付家才，PLC实验与实践.北京：高等教育出版社,2006,54. 陈志新，宗学军.电器与PLC控制技术.北京：北京大学出版社，中国林业出版社2006，85. 海心.机电传动控制 北京：高等教育出版社,2007,116. 胡健. 西门子S7-300PLC应用教程. 北京：机械工业出版社.2007，3 7. 汪小澄，袁立宏，张世荣. 可编程序控制器运动控制技术.北京： 机械工业出版社.2006.8