物品输送系统控制.docx
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物品输送系统控制
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
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
引言
可编程序控制器是一种数字操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它将计算机控制技术、自动控制技术和通信技术融为一体。
它具有可靠性高、体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等一系列的优点，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<机电传动控制>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
输送系统由成直角分布的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P5表1所示：
4.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。
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2
YV1
YV2
YV3
YV4
M1
M2
M3
输送带1运行
+
SQ1
输送带1停，延时1S秒
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
+
SQ11
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
此次设计方案物品输送系统控制系统由主电路和控制电路两部分组成。
。
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（由电动机正反转实现），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。
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。
所需实现的功能
电器元件名称
输入信号
完成停止控制的按钮开关信号
SB1
完成点动调整的开关按钮开关信号，电器元件
SB2、SB3、SB4、SB5、SB6、SB8
移动机构复位按钮
B7、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
SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8、SQ9、SQ10、SQ11
输出信号
控制电动机电路接通与断开的交流接触器工作线圈
KM1、KM2、KM3、KM4
控制移动机构液压系统的电磁阀电磁铁
YV1、YV2、YV3、YV4
控制显示物品输送系统工作状态的指示灯
HL1、HL2、HL3、HL4、HL5
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
QF
PLC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
SB1
X000
总停按钮
HL1
Y000
输送带1工作指示灯
SB2
X001
输送带1起动按钮
HL2
Y001
输送带2工作指示
SB3
X002
输送带2点动按钮
HL3
Y002
小车运送工作指示灯
SB4
X003
小车点动按钮
HL4
Y003
移动机构1复位指示灯
SB5
X004
小车返回的点动按钮
HL5
Y004
移动机构2复位指示灯
SB6
X005
移动机构1点动前进按钮
KM1
Y010
输送带1起动接触器
SB7
X006
移动机构1返回复位
KM2
Y011
输送带2起动接触器
SB8
X007
移动机构2点动前
KM3
Y012
小车起动接触器
SB9
X010
移动机构2返回复位
KM4
Y013
小车返回接触器
SA
X011
自动/手动选择开关
YV1
Y020
控制移动机构1电磁阀电磁铁
SQ1
X012
输送带1始点行程开关
YV2
Y021
控制移动机构1电磁阀电磁铁
SQ2
X013
输送带1终点行程开关
YV3
Y022
控制移动机构2电磁阀电磁铁
SQ3
X014
输送带2始点行程开关
YV4
Y023
控制移动机构2电磁阀电磁铁
SQ4
X015
输送带2终点行程开关
SQ5
X016
移动机构1始点行程开关
SQ6
X017
移动机构1终点行程开关
SQ7
X020
移动机构2始点行程开关
SQ8
X021
移动机构2终点行程开关
SQ9
X022
小车复位行程开关
SQ10
X023
工件装入小车行程开关
SQ11
X024
小车左行终点
3.6I/O端子接线图
端子接线图如图5所示
图5I/O端子接线图
4.控制流程分析
4.1.功能流程图
控制系统选用三菱系列plc，采用的步进控制是用状态转移的方式简化控制条件，使得控制程序设计简洁方便，物品输送电气控制系统的工作过程为典型的顺序控制，因此采用步进控制，其控制流程设计采用与控制流程图功能一致的状态转移图（功能图）描述。
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
1、课程设计中遇到的问题：
画在功能图期间把选择分支和并行分支混淆，导致后期仿真调试不跳转。
2对系统的优化措施：
当电动机M1和M2中任何一个动时其对应的移动机构就会复位，以消除操作不当造成的安全隐患。
3体会：
此次对物品输送系统的设计使我们对PLC知识更加融会贯通。
在程序设计中，出现各种各样的问题，元器件的布置规则、按钮和开关的选择、以及流程的分支与并行的选择等等。
一些小的细节一旦不注意，就会造成整个系统调试出现问题。
期间，经过无数次对功能图的改进和完善，需要极大地耐心和细心。
仿真与调试，是我们最为头疼的，由于对软件不熟悉，总出现一些错误。
经过向同学及老师的请教，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。
在这短短的5天，在一步步设计过程中，我们拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。
学会运用软件解决实际问题，增强了系统设计能力。
学会了用机电传动控制技术解决生活中一些常见问题。
对CAD和三菱软件应用更加熟练。
6.附件图
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，2007，2
2.洪志育.例说PLC.北京：
人民邮电出版社,2006,6
3.付家才，PLC实验与实践.北京：
高等教育出版社,2006,5
4.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
5.海心.机电传动控制北京：
高等教育出版社,2007,11
6.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
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