自动装箱生产线系统的设计.docx

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自动装箱生产线系统的设计

诚信声明

本人郑重申明：

我所呈交的专科毕业设计论文是本人在导师的指导下进行研究工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所逻列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。

本人签名

日期：

2009年7月1日

毕业设计任务书

设计题目：

自动装箱生产线系统的设计

函授站：

陕西工业技术学院专业：

机电一体化

班级：

陕电专082学生姓名：

杨柳

指导教师：

周鸿博（高级讲师）

一、设计的主要任务及目标：

控制要求如下：

1）按SB1起动系统，传输线2起动运行，当箱子进入指定位置时SQ2动作，传输线2停止；

2）SQ2动作后延时1秒起动传输线1，物品逐一落入箱内，由SQl检测物品（在物品通过时发出脉冲信号），当落入箱内的物品达到10个，传输线1停止，同时起动传输线2；

3）按下停止按钮，传输线l和2均停止。

目标：

学生通过查阅大量资料，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，为今后从事生产技术工作打下必要的基础；学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。

二、设计的基本要求和内容

要求：

1、计任务进行分析。

2、PLC的输入输出端的个数。

3、选择PLC及输入输出模块4、PLC型号的选择。

5、I/O接点的分配及PLC接线图。

6、梯形图的设计。

7、指令表程序。

8、软件流程图。

9、继电－接触器控制：

主电路、控制电路、相应的保护、以及各元件的选择原则和方法并绘制接线图。

三、进度安排：

设计各阶段名称

起止日期

1

查阅相关资料，写出开题报告、熟悉PLC

2

进一步学习PLC相关知识

3

确定PLC的输入输出端的个数、选择PLC及输入输出模块、PLC型号的选择、I/O接点的分配及PLC接线图、梯形图的设计、指令表程序、软件流程图、主电路、过载保护、短路保护及它们的选择和方法并绘制接线图。

4

预答辩对所做的工作进一步完善

四、参考资料

[1]机床电气控制技术连赛英主编

[2]图解电气控制线路及应用【日】大浜庄司著冯仁剑张丹译

[3]可编程序控制器及其应用李建兴主编

[4]PLC开发与应用实例详解吴作明主编

[5]轻松看懂PLC控制系统梯形图金沙郑凤翼编著

[6]图解欧姆龙PLC入门郑宝林主编

[7]电气控制与PLC原理及应用程周主编

[8]PLC应用技术劳动和社会保障部教材办公室组织编写

[9]可编程控制器应用基础周四六主编

开题报告的字数一般要求1500字以上，其内容应包括：

1、学生根据任务书的要求进行资料的搜集，查阅有关的文献资料，阐明所选课题在其所属领域的发展现状，对其进行研究开发的价值和意义，并说明本课题的重点、难点和特色。

2、学生根据任务书的要求，说明拟设计的主要内容，以及拟提交的成果形式。

3、学生根据任务书的要求，说明为实现设计目的涉及到的理论基础及拟采用的方案。

4、将设计任务进行科学的分解，对各阶段完成的任务进行合理的时间分配，定出阶段成果形式，以便于指导教师的指导与检查。

自动装箱生产线系统的设计

摘要

在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数和包装，如果这些繁杂的工作由人工完成的话不但效率低，而且劳动强度大，不适合现代化的生产需要。

本文主要对基于生产线自动装箱的PLC控制系统进行了详细的研究。

该系统有两个传送带，即包装箱传送带和产品传送带。

包装箱传送带用来传送产品包装箱，其功能是把已经装满的包装箱运走，并用一只空箱来代替。

为使空箱恰好对准产品传送带的末端，使产品刚好落入包装箱中，在包装箱传送带的中间装一光电传感器，用以检测包装箱是否到位。

产品传送带将产品从生产车间传送到包装箱，当某一产品被送到传送带的末端，会自动落入包装箱内，并由另一传感器转换成计数脉冲。

本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。

关键词：

自动生产系统设计

前言

第1章系统概述

1.1生产线自动化的发展概况·····················1

1.2国内生产线自动化发展概况·············2

1.3国外生产线自动化发展概况·············4

第2章基本知识介绍

1.1安全保护电路·······················5

2.1熔断器的选择······················5

2.2电源开关的选择·····················7

2.3交流接触器·······················9

2.4热继电器························10

2.5时间继电器·······················11

2.6电动机·························12

2.7行程开关························14

2.8PLC的结构·······················16

2.9PLC的工作原理······················18

第2章系统分析

2.1本文主要研究内容·················20

2.2主要解决的问题·················21

第3章控制系统的设计

3.1继电接触器主电路·················22

3.2继电接触器控制电路················23

3.3自动装箱生产线的工作原理：

············24

3.4I/O分配端···················25

3.5接线图·····················26

3.6梯形图······················27

3.7指令图······················29

3.8流程图··························30

第4章

结论·························31

致谢·························33

参考文献·······················34

前言

在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率底，劳动强度大，不适合于现代化的生产需要，并且加重了工人的劳动强度。

   为了适应现代化的大规模生产某种产品，而且需要对其进行计数，包装，就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。

进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平。

本文主要对自动装箱控制系统进行研究，对所用到的各个器件的功能进行了详细的介绍。

文章先将设计的总体思路做了具体的概括，主体部分采用两条传送带，一条是包装箱传送带，另外一条是产品传送带，对产品计数采用光电传感器。

电机部分采用固态交流SSR，内部器件的数值大小根据所装箱的产品的重量进行设置。

主电路部分采用803174LS373  2764组成了一个单片机最小系统。

为了读键盘给定植，及完成检测和控制，该设计专门扩展一个8255A可编程接口及程序存储器EPROM2764。

对各控制进行程序编制，这样软硬件结合的方式完成整个自动装箱控制系统的设计

第1章

1.1.生产线自动化的发展状况：

现代社会中，无论在任何行业，从工厂的生产，到能源的输送，到与人民生活息息相关的市政工程，甚至人们的工作和休息的楼宇，到处都可以看到自动化系统的身影。

自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展水平的重要标志。

在自动化生产日渐普及的今天，包装机械的自动化程度直接影响到产品的质量和生产效率。

在现代化的工业生产中常常需要对产品进行计数，包装，如果这些繁杂的工作让人工去完成的话不但麻烦，而且效率低，劳动强度大，不适合现代化的生产需要，并且加重了工人的劳动强度。

为了适应现代化的大规模生产某种产品，而且需要对其进行计数，包装，就必须设计一套完整的自动化生产线，以便用这自动化的生产线来代替人工完成这些繁杂的工作。

进一步加快工业现代化的发展，提高国民经济，改善人民的生活水平。

自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。

近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成績。

2002年11月3至7日在芝加哥举行的国际PACKEXPO上，我們可以看到多家自动化公司展示的最新的包裝设备和新技术。

这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量。

可见自动装箱技术的应用前景十分广阔。

1.2.国内生产线自动化发展概况

自动化技术的提高能大幅度的提高经济效益，这在包装业中表现的特别明显。

近年来，包装生产线的自动化、电子监测和控制系统持续发展，使的包装企业以高速度、较少的停机时间和包装故障，以及产品损耗减少、工伤和老毛病降低等优点而获得出色的成?

。

2002年11月3至7日在芝加哥举行的国际PACKEXPO上，可以名明白多家自动化公司展示的最新的包?

设备和新技术。

这些经济实用的自动化技术将会成为未来的发展力量.可见自动装箱技术的应用前景十分广阔.

在中国，自动化技术还未成熟，还需要长时间的发展，所以将会有很大的空间来发展此技术。

这也是未来的发展方向和趋势。

中国的经济高速度发展也需要这项技术来促进和加速，相信在自动化技术成熟以后，中国的经济也将有飞跃性的进步。

当前中国的经济发展格局也是非常的需要高技术来支持。

这样中才会有稳定的发展状态。

向西部发展的经济战略思想必然需要有高技术随之转移，生产也将需要自动化技术的支持，这样发展高技术自动化也就是必然的趋势

通过此题目的设计可以把大学四年所学的专业知识融会贯通于实际并能锻炼独立思考的能力,经过对我们的锻炼必然成为未来自动化技术的骨干，也将为中国的发展贡献一份力量，也使得我们能适应未来中国以及世界自动化技术的发展趋

势。

现阶段我国自动化市场旺盛的发展势头拉动了对自动化人才的巨大需求。

另外，这一两年国外自动化企业实施的包括人员本土化在内的全方位本土化战略也使得我国对自动化人才的需求骤增。

ABB是一家国家背景淡化的跨国公司，业内人士称其为“多国部队”。

因为ABB更重视在它的业务发展到的每一个地方，不遗余力地推行人才本土化战略。

2004年10月25日，ABB集团董事长兼首席执行官杜曼先生在北京的新闻发布会上曾表示：

5年后，中国将取代美国和德国成为ABB的第一大市场。

为了顺利实现这一目标，ABB已经制定了清晰的5点战略，其中包括培养本地人才。

根据计划，到2008年ABB将在中国招聘新员工5000名。

届时，ABB在中国的雇员总数将达到约12,000名。

现在，与一系列的中国本土化战略相对应，更多的跨国企业都把大规模的招募计划排上了日程安排。

未来两年，施耐德中国将招收新员工2000名，今年的目标是1000名，其中“硕士以上学位的至少需要500名”。

施耐得电气自1979年进入中国，目前在华已拥有4000名员工，在这4000名员工中本土化的比率达到74%。

但显见，这个数字在今后的几年里将会更大提高。

除此之外，目前在中国已拥有31,000名本地员工的西门子公司也计划2005年再增加5000名员工。

西门子自动化与驱动集团（A&D）作为西门子股份公司最大的集团之一，预计，这5000名新员工中有很大一部分是为满足该集团迅猛发展需要的

1.3.国外生产线自动化发展概况

在一些工业发达国家中，配电自动化系统受到了广泛的重视，国外的配电自动化系统已经形成了集变电所自动化、馈线分段开关测控、电容器组调节控制、用户负荷控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统（DMS），其功能已多达140余种。

国外著名电力系统设备的制造厂家基本都涉足配电自动化领域，如德国西门子公司、法国施耐德公司、美国COOPER公司、摩托罗拉公司、英国ABB公司、日本东芝公司等，均推出了各具特色的配电网自动化产品。

日本是配电自动化发展得比较快的国家。

到1986年，全国9个电力公司的41610条配电线路已有35983条（86.5%）实现了故障后的按时限自动顺序送电，其中2788条（6.7%）实现了配电线开关（指柱上开关）的远方监控（包括一般的和计算机监控）。

日本从50年代开始在配电线上采用自动隔离故障区，并向健全区（无故障区）恢复送电的按时限顺序送电装置；60~70年代研究开发了各种就地控制方式和配电线开关的远方监视控制装置；70年代后半期开始利用计算机构成自动控制系统；其后由于电子技术、计算机技术及信息传送技术的发展，配电自动化计算机系统及配电线远方监视控制系统在实际应用上得到很大的发展。

新加坡公用电力局（PUB）在80年代中期投运并在90年代加以发展和完善的大型配电网的SCADA系统，其规模最初覆盖其22KV配电网的1330个配电站，目前已将网络管理功能扩展到6.6KV配电网，进而覆盖约4000个配电站。

芬兰“EspooSahko”电力配电公司的配电自动化覆盖了该公司的85000个用户，8座110/20KV的一次变电站，1100KM的20KV馈电线和1400个20/0.4KV的配电变电站。

从国外配电自动化系统采用的通信方式看，尚没有一种通信技术可以很好地满足于配电系统自动化所有层次的需要。

在一个配电自动化系统内，往往由多种通信技术组合成综合的通信系统，各个层次按实际需要采用合适的通信方式。

第2章

第1节安全保护电路

带熔断器FU、热继电器FR的线路为安全保护电路。

第2节各元器件的选择

2.1熔断器的选择：

熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中的保护电器，在使用时串接在所保护的电路中。

当电路出现短路或严重过载是，其内部低熔点的熔丝或熔片将自动熔断，将电路切断。

熔断器由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。

那么，如何在电路中选择熔断器的大小呢？

规格的选择：

（1）熔体额定电流的选择

1.对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流应略大于或等于负载电流；

2.对于输配电线路，熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流；

3.在电动机回路用作短路保护时，应考虑电动机的启动条件，按电动机启动时间的长短来选择熔体的额定电流。

电动机末端回路保护，选用aM型熔断器，熔断体的额定电流In稍大于电动机的额定电流；

4.电容补偿柜回路的保护，选用gG型熔断器，熔断体的额定电流In约等于线路计算电流1.8~2.5倍；如选用aM型熔断器，熔断体的额定电流In约等于线路电流的1~2.5倍。

5.线路上下级间的选择保护，上级熔断器与下级熔断器的额定电流In的比等于或大于1.6，就能满足防止发生越级动作而扩大故障停电范围的需要。

≥≥

6.保护半导体器件用熔断器，熔断器与半导体器件串联，而熔断器熔体的额定电流用有效值表示，半导体器件的额定电流用正向平均电流表示，因此，应按下式计算熔体的额定电流：

INR≥1.57INR≈1.6INR式中INR表示半导体器件的正向平均电流。

7.降容使用

在20℃的环境下，我们推荐熔断体的实际工作电流不应超过额定电流值。

选用熔断体时应考虑到环境及工作条件，如封闭程度、空气流动连接电缆尺寸（长度及截面）瞬时峰值等方面的变化；熔断体的电流承载能力实验是在20℃环境温度下进行的，实际使用时受环境温度变化影响。

环境温度越高，熔断体的工作温度就越高，其寿命也就越短。

相反，在较低的温度下运行将延长熔断体的寿命。

来源：

输配电设备网

8.在配电线路中，一般要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大2~3倍，以防止发生越级动作而扩大故障停电范围。

（2）熔断器的选择

1、UN熔断器≥UN线路。

2、IN熔断器≥IN线路

3、熔断器最大分断能力应大于被保护线路上的最大短路电流

类型的选择：

应根据使用场合选择熔断器。

电网配电一般用刀型触头熔断器（如HDLRT0RT36系列）；电动机保护一般用螺旋式熔断器；照明电路一般用圆筒帽形熔断器；保护可控硅元件则应选择半导体保护用快速式熔断器。

常用的熔断器有：

1、RC1A系列瓷插式熔断器、2、RL1系列螺旋式熔断器3、RM10系列无填料封闭式熔断器。

次外，还有RT0系列有填料封闭管式熔断器、RLS、RS0系列快速熔断器、自复式熔断器等。

本设计采用RL1系列螺旋式熔断器。

RL1系列螺旋式熔断器

2.2电源开关的选择

开关是用于接通和断开电路的电器。

常用的开关有刀开关、铁壳开关、组合开关和自动空气开关。

刀开关

它分单级、双级和三级。

适用于接通和断开有电压而无负载电流的电路。

因而结构简单、操作方便、价格便宜，在一般的照明电路小于5.5KW电动机的控制电路中常被采用。

用于照明电路是可选用额定电压220V或250V，额定电流等于或大于电路最大工作电流的两极开关；用于电动机的直接启动时，可选用额定电压280V或500V，额定电流等于或大于电动机额定电流3倍的三级开关。

在安装刀开关时刀口应朝上，防止热空气拉弧或重力闸。

铁壳开关

它又叫封闭式负荷开关。

是带有熔断器的刀开关放在用铸铁或薄钢板冲压而成的铁壳中。

铁壳开关配用的熔断器，额定电流为60A及以下者，配用瓷插式熔断器；额定电流为100A以下者，配用无填料封闭管式熔断器。

组合开关

也称转换开关，多用于机床控制线中作为电源的引入开关，也可以用作不频繁地接通和断开电路‘接线电源和负载以及控制5KW及一下的小容量异步电动机正反转、星三角启动。

自动空气开关

又叫自动空气断路器，它能对电路进行短路、欠压、严重过载保护，同时也可作不频繁地启动电动机。

本设计采用,梅兰日空气开关梅兰日兰断路器C65—4P16A

2.3交流接触器

交流接触器是一种自动控制电器可频繁接通和切断电路。

它主要由电磁部分、触头部分及灭弧罩组成。

灭弧罩用陶瓷制成的，盖在三个主触头上，使产生的电弧迅速熄灭，不外溅。

当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将铁芯吸合，由于触头系统是于动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。

当线圈失电时，吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。

同时交流接触器具有欠压保护。

选择接触器

1选择接触器主触头的额定电压：

应等于或大于负载的饿额定电压。

2选择接触器触头的额定电流：

被选用接触器触头的额定电流应不小于负载电路的额定电流。

也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。

如果接触器是用来控制电动机的频繁启动、正反或反接制动等场合，应将接触器的主初头额定电流降低使用，一般可降低一个等级。

3根据控制电路要求确定吸引线圈工作电压和辅助触点容量：

如果控制线路比较简单，所用接触器的数量较少，则交流接触器线圈的额定电压一般直接选用380V或220V。

如果控制线路比较复杂，使用的电器又比较多，为了安全起见，线圈的额定电压选低一些，这时需要加一个控制变压器

本设计采用,CJ10系列交流接触器

2.4热继电器

热继电器常用来对电动机进行过载保护。

电动机在运行过程中，由于种种原因，如长期过载、频繁启动、欠压运行、断相运行等均会使流过电动机的电流超过额定值。

若过电流的数值不足以使电路中的熔断器熔断，电动机绕组就会因过电流而导致发热，影响电动机的寿命，甚至烧毁电动机。

这时就需要热继电器进行过载保护。

通常热继电器的动作电流应等于电动机的额定电流

热继电器的选择

1.类型的选择：

类型的选择：

一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。

对于三角形接线的电动机，应选用带断保护装置的热继电器

2.热继电器额定电流的选择：

热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。

然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。

3.热元件额定电流的选择和整定：

热元件的额定电流应略大于电动机额定电流。

当电动机启动电流为其额定电流的6倍及启动时间不超过5S时，热元件的整定电流调节到等于电动机额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负载不允许停止时。

热元件整定电流调节到电动机额定电流的101—105倍

本设计采用,JR10系列热继电器

JR10系列热继电器

2.5时间继电器

时间继电器

时间继电器是一种呢感延时动作的控制电器，其特点是电磁线圈通电后其触头经过一定时间间隔动作。

选用时间继电器应注意：

其线圈（电源）的电流种类和电压等级应与控制电路相同，按控制要求选择延时方式和触点形式；校核触点容量和数量，若不够时，可用中间继电器扩展。

常用的时间继电器有JS7系列空气阻尼式、JS17系列电动式、JSJ系列晶体管式、JS20系列单结晶体管式。

本设计采用,JS7系列空气阻尼式时间继电器

JS7系列空气阻尼式时间继电器

2.6电动机

电动机,它是将电能转变为机械能的一种机器。

通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。

电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到万千瓦级。

电动机的使用和控制非常方便，具有自起动、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求；电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。

由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。

电动机的种类

1.按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。

其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

2.按结构及工作原理分类电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。

3.按起动与运行方式分类电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机.

4.按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机

5.按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。

6.按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机

2.7行程开关

行程开关（限位开关）的工作原理及符号表示行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。

因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。

在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。

（1）直动式行程开关其动作原理与按钮开关相同，但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度，不宜用于速度低于0．4m／min的场所。

字串2

直动式行程开关 

1-推杆 2-弹簧 3-动断触点 4-动合触点

（2）滚轮式行程开关 

当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时，撞杆转向右边，