2022年物品输送系统电气控制系统设计 .pdf

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1、目录引言1 1 课程设计任务说明11.1 课 题 简 介 1 1.2 课程设计的目的12 课程设计任务分析2 2.1 设备机构组成分析22.2 设备工作过程分析23 控制方案设计43.1 任务分析63.2 设计主电路73.3 PLC选型设计83.4 I/O 分配表9 3.5 I/O 端子接线图114 控制流程分析11 4.1 流程图124.2 梯形图13 4.3 指令表145 课程设计总结156 参考文献16 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 17 页 -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

2、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课程设计任务说明11课题简介自动化生产过程中，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输送小车等组成。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，页可以采用液压系统驱动，运送小车为电动机驱动。1.2课程设计的目的机电传动控制课程设计为该课程的爱你环节，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机电传动控制课程所学的知识，掌握课程知识实际应用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 17 页 -的能力。学会运用机电传动控制的原

3、理和分析问题、解决问题的方法。同时在设计过程中，综合已学的知识，完成简单完整的控制系统设计，以增加控制系统设计能力；并在联机程序调试过程中，增加实际操作能力。2课程设计任务分析2.1设备机构组成分析本题目针对上图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 辆物品运送小车组成。物品运送系统将位于传送带 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

4、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3-1 所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 17 页 -图 3-1 输送系统设备机构及运动部件工作循环图2.2 设备工作过程分析物品运送系统的工作过程如图3-2 所示，当传送带 1 始端由工件时启动自动输送过程。经过输送带1 到达尾端，在检测工件停靠到位的情况下，移动机构工件入输送带 2 始端。在测工件停靠到位的情况下，输送带启动。经过输送带2 到达尾端，在检测小车停靠到位的情况下，移动机构推工件入小车，小车启动离开，卸空后返回，结束一次输送循环过程。名师资料总结-精品资料欢迎下

5、载-名师精心整理-第 4 页，共 17 页 -图 3-2 物品输送系统工作过程3 控制方案设计3.1任务分析物品运送系统控制要求（1）物品运送系统工作过程物品物品输送系统的工作过程如图3-2 所示，当传送带1 始端由工件时启动自动输送过程。经过输送小车到达输送带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。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 17 页 -（2）物品输送系统的控制要求物品输送系统的控制要求是通过满足物品输送系统工作要求形成的，控制系统的功能必须满足物品的输送系统所有的工作要求。物品输送系统的工作要求包

6、含三个方面，工作方式要求、工作过程要求、安全稳定工作要求。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，要求其具备两种工作方式：整机全自动循环工作 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）物品运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要求：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；检测输送工件到达输送带2 尾端，停止输送带 1,1 秒钟后，移动机构将工件推入输送带 2；检测输送带 2 始端有工件，输送带2 启动输送工件；检测输送工件到达输送带2尾端，在

7、检测小车空车停靠到位的情况下，推工件入小车；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动机为1.2kw，小车电机为 2.2kw，移动机构动作方向通过电磁阀控制。自动循环工作时，所有工作状态切换由行程开关控制。电器元件工作关系表如表3-1。电器元件工作关系表如表3-1 工作状态（工步）移动机构方向阀电磁铁输送带电机小车主令电器阀 1 阀 2 YV1 YV2 YV3 YV4 M1 M2 M3 输送带 1 运+SQ1 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 17 页 -输送带 1 停，SQ2

8、 移动机构 1+SQ5、KT1 移动机构 1+SQ6 输送带 2 运+SQ3 输送带 2 停，SQ4 移动机构 2+SQ7、KT2 移动机构 2+SQ8 小车运送工+SQ9、SQ10 小车返回+SQ10 4）物品输送系统安全稳定工作要求 具有运动部件间安全工作的联锁功能 具有位置保护功能（如极限位、越位、相对位置保护）；电气控制系统具有短路，电动机过载等保护功能；具有应急操作功能；具有照明、指示灯辅助功能。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

9、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名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 17 页 -护等功能；4）设备驱动电动机由设计人员选定，

10、设备配置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

11、控制，M1、M2单方向转动 M3可正反转。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。3.2 设计主电路主电路设计见下图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 17 页 -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

12、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PLC设备需要的电源电压，系统电路图如图3 所示，系统使用电器元件明细表如表2 所示。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VC 整流器M3 小车电动机FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6 短路保护熔断器名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 17 页 -KM1 输送带 1 起动接触器HL1 输送带工作指示灯KM2 输送带 2 起动接

13、触器HL2 自动工作指示灯KM3 小车电机正转接触器HL3 手动调整工作指示灯KM4 小车电机反转接触器SB0 急停按钮SQ1、SQ2 输送带 1 行程开关SB1 总停按钮SQ3、SQ4 输送带 2 行程开关SB2 输送带 1 点动按钮SQ5、SQ6 移动机构 1 行程开关SB3、SB4 YV1、YV2 的点动按钮SQ7、SQ8 移动机构 2 行程开关SB5 输送带 2 点动按钮SQ9 小车返回原位行程开关SB6、SB7 YV3、YV4点动按钮SQ10 小车左行行程开关SB8 小车左行点动按钮SQ11 小车左行终点行程开关SB9 小车右行点动按钮QF PLC电源开关YV1、YV2 控制移动机构

14、 1 电磁阀电磁铁QS 电源隔离开关YV3、YV4 控制移动机构 2 电磁阀电磁铁TC 控制变压器SA 自动/手动选择开关3.3PLC选型设计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：完成起、停控制的按钮开关信号，电器元件为：SB0、SB1；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、

15、SB7、SB8、SB9；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、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 17 页 -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：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；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；控制显示物品输送系统工作状态的指示灯，电器元件为：HL1、HL2、HL3。因此，根据输入输出端口数选

16、择FX2n-48MR-001型号。3.4I/O 分配表见附图输入输出元件通道地址说明元件通道地址说明SB1 X000 总停按钮SQ6 X017 阀 1 到位行程开关SB2 X001 输送带 1 起动按钮SQ7 X020 阀 2 原位行程开关SB3 X002 阀 1 前进按钮SQ8 X021 阀 2 到位行程开关SB4 X003 阀 1 后退按钮SQ9 X022 小车原位行程开关SB5 X004 输送带 2 点动按钮SQ10 X023 工件到位行程开关SB6 X005 阀 2 前进按钮SQ11 X024 小车到位行程开关SB7 X006 阀 2 后退按钮HL1 Y021 工作指示灯SB8 X00

17、7 小车左行点动按钮HL2 Y022 自动循环指示的灯SB9 X010 小车右行点动按钮HL3 Y023 手动调整工作指示灯名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 17 页 -SA X011 自动/手动开关KM1 Y001 输送带 1 启动接触器SQ1 X012 输送带 1 原位行程开关 KM2 Y002 输送带 2 启动接触器SQ2 X013 输送带 1 到位行程开关 KM3 Y003 小车正转接触器SQ3 X014 输送带 2 原位行程开关 KM4 Y004 小车反转接触器SQ4 X015 输送带 2 到位行程开关 YV1 Y011 控制移动机构1 电磁阀电磁铁SQ

18、5 X016 阀 1 原位行程开关 YV2 Y012 控制移动机构1 电磁阀电磁铁 YV3 Y013 控制移动机构2 电磁阀电磁铁 YV4 Y014 控制移动机构2 电磁阀电磁铁3.5I/O 端子接线图见附图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 17 页 -主电路端子图4 控制流程分析使用 SB3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S30进入手动调整工作状态。使用 SB4选择传送带 2 自动或手动（点动）调整工作。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

19、号，名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 17 页 -实现相应工作状态的转换。功能流程图4.2：梯形图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 17 页 -梯形图4.3 指令表名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 17 页 -5 课程设计总结这次课程设计虽然只有短短的五天时间，也不知道是否我门设计的最终是否正确，整个过程感觉挺实在的，也许过程中有体验平时所学知识的应用，夹杂着一些我们自己的东西，在设计过程中，综合了已学知识，学会用几点传动控制技术解决一些小的问题，增强了系统设计能力：在调试过程中增强了实际操作能力。在这次

20、课程设计中，我们虽然设计出来了但是还是有一些问题遗留下来。比如，PLC应用软件的应用当然最重要的是PLC的选择、接口如何接线除了简单的机械设计问题还可以在那些生活中常见的地方应用。所有的这些问题都必须建立在我们对 PLC深刻理解和与之相关的软件的熟悉。现在我们所了解的不过是皮毛，如管中窥豹只见一斑。如果时间允许可以对步进指令进一步的了解，那是非常有用、简洁方便的程序语言。能把复杂的问题简单化。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 17 页 -6 参考文献a)海心、赵华主编，机电传动控制。高等教育出版社出版，2008 年。b)周军、海心，电气控制及PLC。北京：机械工业

21、出版社，2001,6。c)海心、马银忠、刘树青主编，西门子PLC开发入门与典型实例。人名邮电出版社，2009 年1 月。d)宋伯生，PLC编程实用指南，北京：机械工业出版社，2007,2。e)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，2006,8。f)付家才，PLC实验与实践，北京：高等教育出版社，2006,5。g)胡健，西门子S7-300PLC应用教程，北京：机械工业出版社，2007,3。h)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，2006,1。i)洪志育，例说PLC，北京：人民邮电出版社，2006,6。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 17 页，共 17 页 -