1、完整版物品输送系统电气控制系统设计引言 11课程设计任务说明11.1课题简介11.2课程设计的目的 12课程设计任务分析22.1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 73.3PLC选型设计 83.4I/O 分配表 93.5I/O 端子接线图 114控制流程分析114.1流程图 124.2梯形图 134.3指令表 145课程设计总结156参考文献16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
2、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
3、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。图 3-1 输送系统设备机构及运动部件工作
4、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。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
5、，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。（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
6、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
7、关系表如表 3-1 。电器元件工作关系表如表 3-1工作状态移动机构方向阀电磁铁输送带小主令（工步）阀 1阀 2电机车电器YV1 YV2YV3 YV4M1 M2M3输送带 1运+SQ1输送带 1 停，SQ2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+SQ104） 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
8、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
9、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
10、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， 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物品输送系统
11、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 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、短路保护熔断器FU5、 FU6KM1输送带 1 起动接触器HL1输送带工作指示灯KM2输送带
12、 2 起动接触器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、 SB4YV1、 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SB6、 SB7YV3、YV4点动按钮关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SB9小车右行点动按钮关QFPLC电源开关YV1、 YV2控制移动机构 1 电磁阀电
13、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、SB
14、7、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、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择 FX2n-48MR-001型号。3.4I/O 分配
15、表见附图输入输出元通道地址说明元件通道地址说明件SB1X000总停按钮SQ6X017阀 1 到位行程开关SB2X001输送带 1 起动按钮SQ7X020阀 2 原位行程开关SB3X002阀 1 前进按钮SQ8X021阀 2 到位行程开关SB4X003阀 1后退按钮SQ9X022小车原位行程开关SB5X004输送带 2 点动按钮SQ10X023工件到位行程开关SB6X005阀 2前进按钮SQ11X024小车到位行程开关SB7X006阀 2后退按钮HL1Y021工作指示灯SB8X007小车左行点动按钮HL2Y022自动循环指示的灯SB9X010小车右行点动按钮HL3Y023手动调整工作指示灯SA
16、X011 自动 / 手动开关SQ1X012输送带 1 原位行程开关SQ2X013输送带 1 到位行程开关SQ3X014输送带 2 原位行程开关SQ4X015输送带 2 到位行程开关SQ5X016阀 1 原位行程开关3.5I/O 端子接线图见附图KM1Y001输送带 1启动接触器KM2Y002输送带 2启动接触器KM3Y003小车正转接触器KM4Y004小车反转接触器YV1Y011控制移动机构 1电磁阀电磁铁YV2Y012控制移动机构 1电磁阀电磁铁YV3Y013控制移动机构 2电磁阀电磁铁YV4Y014控制移动机构 2电磁阀电磁铁主电路端子图4 控制流程分析使用 SB3选择物品输送系统自动或手
17、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号，实现相应工作状态的转换。功能流程图4.2： 梯形图梯形图4.3 指令表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：
18、在调试过程中增强了实际操作能力。在这次课程设计中， 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。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：机械工业出版社， 2001,6
19、。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)i)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，洪志育，例说 PLC，北京：人民邮电出版社， 2006,6 。2006,1。
