碳素阳极组装工艺的plc设计(论文)设计.doc
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1、学科代码:* 学 号:* 大 学(本 科)毕 业 论 文题 目:碳素阳极组装工艺的PLC设计 学 院:机电工程学院 专 业:电气工程及其自动化 年 级:20*级 姓 名:* 指导教师:* 完成时间:*碳素阳极组装工艺的PLC设计摘 要随着生产自动化水平的提高,PLC的应用范围变广。本次设计是以西门子公司S7-300软件为基础,编写程序设计出某铝厂碳素阳极组装PLC自动化控制系统。该系统主要是针对托盘小车的控制和轨道电机的控制,通过对控制系统各个系统设计和参数计算,初步确定控制系统完整的控制电气原理图以及流程图。根据组装阳极的生产工艺的要求,用STEP 7编制了一套适用于该组装工艺的自动化控制系
2、统。在这次设计过程中有很多的开关量输入输出点,因此选用模块式结构PLC以提高系统的工作效率和灵活性。关键词: 可编程控制器;自动控制系统;模块式结构 AbstractProduction automation degree rising makes the application of PLC more and more extensive and practical. This design is based on Siemens S7-300 programmable controller, the programming design of smelting anode assembly
3、 process automatic control system of PLC control. The system is mainly aimed at pallet car motor control and orbit control, the process is the collection machine, electricity, liquid, gas in one of the large automated processing equipment. System is mainly composed of mechanical part of the motor, o
4、il heater, hydraulic station, belt conveyor, mobile car motor and control of the software part of the system. Through the control system of main circuit, control circuit design and parameter calculation, the initial control system complete electrical principle diagram and flowchart. According to the
5、 requirements of assembly of anode production process with STEP 7 created a set of suitable for PLC control system of the assembly process. This design that involved a lot in the process of switch input and output points, so choose flexible configuration of PLC modular structure used to improve the
6、practicability and efficiency of the system.Key words: programmable controller; Automatic control system; Modular structure目录摘 要I第一章 绪论11.1课题的研究背景及意义11.2课题研究的内容及前景分析1第二章 设计任务、设计要求及设计参数22.1设计任务2第三章 系统方案设计23.1设计依据23.2各部分功能分述3 3.2.1托盘小车上料过程33.3 控制方案的比较、论证和确定5第四章 系统硬件设计84.1设计依据84.2 主电路设计94.3元器件选型124.4变频
7、器设计154.5系统控制电路设计154.5.1设计依据15第五章 系统软件设计225.1软件设计分析225.2系统流程图22总 结27参考文献28附 录129附 录230附 录331附 录434附 录538II第一章 绪论1.1课题的研究背景及意义 目前在国内碳素阳极组装工艺中比较先进的在贵铝,较之于国内的工艺发展,外国组装工艺的先进性较高。因为实际情况的不同,比如市场环境的差异,作业环境的不同,所有不能照搬国外的技术,而是有自己的技术特点,根据实际情况设计组装工艺,提高生产效率。碳素阳极的组装是电解铝生产的不可缺少的环节,随着国内铝业水平的提高,碳素阳极的组装要求也随之提高。电解铝的过程当中
8、对于碳素阳极的需求量特别大,并且碳素阳极的组装和拆卸量巨大,传统作业方式是使用人力,这会造成劳动力的大量使用,增加生产成本,影响作业效率,不利于扩大生产。在这样的背景下面急需改变行业现状,随着电气自动化行业的快速发展,自动化的应用领域不断扩大,国民经济的各行各业都能看到自动化发展带来的影响和推动。在碳素阳极组装工艺的发展过程当中,自动化随之应用到作业过程中,使得组装更加安全可靠,组装的结构变的更加简单合理,工作条件得到极大的改善,工作效率不断提升,设备运行自动化。 1.2课题研究的内容及前景分析 阳极组装是生产系统的最后一个生产过程,研究的主要研究内容是碳素阳极组装工艺的自动化设计,在设计的过
9、程当中研究问题,分析问题,解决问题。利用PLC的编程功能进行程序设计,实现碳素阳极的组装自动化,提高生产效率。自动化系统的设计包括阳极小车上料过程、夹具动作过程、阳极小车下料过程、翻转装置等,还有硬件的分析设计,整个过程包含硬件和软件的设计。自动化控制是未来的发展方向,技术成熟之后逐渐成为系统设计的主流。目前使用的自动化系统是PLC自动化控制系统。在行业发展的先进之列中,自动化控制系统占有首要位置。第二章 设计任务、设计要求及设计参数2.1设计任务这次设计为自主设计,来自于铝厂阳极组装现场,根据新型铝厂电解铝的阳极组装工艺要求,完成阳极组装工艺中小车、运输电机及夹钳动作控制系统的主电路、PLC
10、控制电路设计和机械控制程序设计。自动控制系统由可编程控制控制柜、电机控制台、运输小车等控制系统组成,。该系统以PLC为主,加上电气控制、敏感的检测部分、电动机,液压阀等相互协调动作,实现碳素阳极组装过程的自动化控制。2.2设计要求2.2.1设计要求(1)控制小车的前后运行和停止,夹钳的上下、翻转等;(2)PLC控制变频器的起停,调速、制动使能转换、轨道电机启停;(3)完成10个电机起、停信号的检测、实现电机的自由起、停;(4)对小车和轨道电机各种信号的互锁和监控进行控制;(5)由轨道的运行情况,决定电机的起停和过载保护控制以及故障处理; (6)控制系统具有电机过载、过流保护及短路保护等必要的保
11、护环节;第三章 系统方案设计3.1设计依据系统设计的控制两部分包括小车的前后运动和电机启停,其中小车的结构包括夹钳和小车电机,夹钳功能是由液压驱动来实现夹住和释放托盘。而小车电机将托盘运送到对面的轨道上,然后再次返回,即往返运动。为使小车在运动过程中防止盘子滑落,平稳运行,需要控制小车运行情况。轨道电机共有8台,分别驱动8条轨道,分别由8条轨道托运托盘。使用机械手夹具来让托盘从5#轨道向6#轨道完成夹紧、放松,上升、下降,翻转、复位和前进、后退等动作。于此同时通过变频器实现对小车移动电机的启动、变频调速、正反转等的控制。对于电机的控制,每条轨道上都安装有一个传感器,可用来判断前后有无盘子并检测
12、到位的盘子,发布命令进行调整。3.2各部分功能分述本次设计主要完成轨道电机对托盘小车的运送和阳极小车夹具动作的PLC控制系统的设计,故用作业范围大,效率高且便于操作的PLC控制来完成铝锭生产过程的夹具动作过程。3.2.1托盘小车上料过程本设计中的小车在实际生产上是生产线上的运送小车,设计中的托盘小车也称为碳素阳极小车,其运输过程分为上车过程和下车过程。每个过程有一个轨道,而且每个轨道又被分成4段小轨道,每一段都由一个电动机驱动,整个运料系统中共有8台轨道电机,分别拖动8条轨道,由该8条轨道托运托盘,根据生产工艺要求:上车过程中的4#轨道和下车过程中的7#轨道设计的比其他几段要长3。小车上料的运
13、输过程如下: 1#轨道 2#轨道 3#轨道 。 4#轨道 图3.2.1 托盘小车上料轨道示意图3.2.2夹具动作过程夹具动作过程如下:右 移位置升上右 移升上位置下降反下 降时间反上升反下 降左 移左 移图3.2.2 夹具小车运动图3.2.3阳极小车下料过程下料过程:6#轨道 7#轨道 8#轨道 。 9#轨道 图3.2.3 托盘小车下料轨道示意图3.2.4翻转装置 按照碳素阳极组装工艺的要求,都必须按上述设计进行操作运行。3.3 控制方案的比较、论证和确定3.3.1方案的比较能够实现铝厂阳极组装工艺控制系统设计的方案有多种。单片机和工业计算机还有可编程控制器都行,下面比较三方面的内容:(一)单
14、片机 由于单片机的所有器件均不是工业级的,抗扰性能差,系统硬件复杂多变,可能引起系统的不稳定。而且一旦单片机系统出现故障,很难快速诊断出故障元件,不是专业人士不能很快找到故障原因,使用起来不方便,单片机选择不合理。图(一) 单片机控制系统(二)工业计算机(IPC)由于IPC的主要器件都不是适用工业级的, 抗干扰能力虽然有一定提高,系统不和变频器相适应,不稳定。一旦系统出现故障,非专业人士不能检查和维修。如果故障由于程序的设计不合理引起,且缺乏合适的调试工具,要找出故障原因很困难,而且编程很难,虽然系统界面完整,但对于不熟悉计算机系统的人来说,还是不太方便。 (三)可编程逻辑控制器(简称PLC)
15、 图(三) PLC控制系统3.3.2方案论证及确定通过对以上几种控制方案的比较发现采用PLC控制能够达到碳素阳极组装控制系统需要的要求。PLC控制技术在工程实际应用中的时间较长,范围广,技术成熟,在工程技中有不可替代的地位。最重要的是PLC可根据电流保护的要求准确输出,完成保护动作。第四章 系统硬件设计4.1设计依据软件设计目的是实现怎样去控制所要控制的对象,怎样把整个自动化控制系统的功能完整地实现,硬件的设计则主要是要能体现出整个控制系统的流程。硬件设计是软件设计的基础,软件设计是硬件设计功能的集中体现。在本章主要是硬件设计及器件选择。通过对系统的功能要求和性能指标的分析,整个控制系统的硬件
16、设计分为两个模块来完成:(1)主电路图设计(2)系统控制图设计。硬件设计要考虑到供电。供电的设计直接影响到控制系统的适用性,故在设计硬件时是要按照以下几方面来设计:1.输入电源电压在一定的允许范围内变化;3.当控制系统不允许断电的场合,要考虑备用电源的使用;综合考虑以上几方面,可以把供电线路设计如下:供电使用电网提供的380V动力电。主电路设计中,给PLC供电时,应该注意对电能的质量进行控制。4.2 主电路设计 (1)电器总配线主电路图如下图4.2(1)所示: 图4.2(1)电器总配线主电路图 图3.2(2)阳极小车总配电图(3)轨道电机控制主电路图下图4.2(3)所示: 图4.2(3)轨道电
17、机控制主电路图4.3元器件选型4.3.1断路器断路器又称为自动开关,功能包括有短路、过载和欠电压保护等。断路器型号选择: 油泵电机选型号:DZ20-60 液压站冷却电机选型号:DZ 15L10皮带运输电机选型号为:DZ 15L40小车移动电机选型号为:DZ 15L60 1#10#轨道电机DZ 15L40 加热器和PLC选用型号:DZ 15L10 输入和输出模板断路器型号均选用:DZ 15L104.3.2熔断器熔断器时一种简单有效的保护电器。熔断器选型:油泵电机:FU1FU3熔断器选用型号为:RT14-63/1 电源模块:FU4FU12熔断器选用型号为:RC1A104.3.3低压隔离器低压隔离器
18、也称刀开关,主要用于电气线路中隔离电源之用,也可作为不频繁地接通和分断空载电路或小电流电路之用7。选择刀开关选用型号为: HG163/314.3.4接触器本设计选用CJ10系列交流接触器。该系列交流接触器的功能强大,其辅助设备也很完备,主要用于交流电动机的起动和控制。(2)液压站冷却电机选型:由于该电动机虽然是经常启动;但是其不用正、反转工作,它们的功率也是很小。故选择型号:CJ1010 (3)油加热器选型:电阻炉选择AC1接触器即可以满足要求。故选择型号:CJ1010 (4)皮带运输电机选型:由于该电动机是经常启动;但不用使其正、反转。选择AC3类(降一级使用)的接触器可以满足要求。故选择型
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