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1、自动供料系统的设计毕业论文自动供料系统的设计-毕业论文南京信息职业技术学院 作者 权亮亮 学号 21014X25 系部 机电学院 专业 机电一体化技术 题目 自动供料系统的设计 指导教师 王春峰 评阅教师 日 完成时间: 2013年 4 月 22毕业设计(论文)中文摘要 题目:提升机 摘要:目前，现代工业控制设备(PLC、变频器、触摸屏、现场总线、上位机)在电子产品装配线的应用越来越普及，随着技术进步和设备更新，对现场技术人员和维护人员的要求也越来越高。不能充分结合现场工艺发挥功能和效益，尤其在设备出现故障时，不能快速有效地判断和处理故障，影响了正常生产秩序。采用变频控制的提升电机，其优越的制

2、动可以使提升机获得平稳、安全、可靠的制动运行状态，避免严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机的使用寿命。变频调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，能很好的防止提升机过卷和过放事故发生。 关键词:可靠性;变频控制;控制系统;PLC;自动控制;提升机;机电一体化 毕业设计(论文)外文摘要 Title : elevating conveyor Abstract: Currently, modern industrial control equipment (PLC, inverter, touch screen, field bus, the host com

3、puter) in the application of electronic product assembly lines is becoming increasingly popular. With the development of technology and equipment innovation, on-side technical personnel and maintenance personnel are increasingly high requirements. Not fully integrated on-site process function and ef

4、ficiency, especially in the event of equipment failure, you can not judge and deal with faults quickly and effectively, affecting the normal production order. The lifting motor adopts frequency control, its superior braking can hoist to obtain stable, safe, reliable braking operation state, to avoid

5、 serious mechanical wear, prevent the large mechanical impact, reduce the workload of the mechanical parts, extend the service life of the machine. Frequency control can be achieved hoist constant acceleration and constant deceleration control, and can be very good to prevent hoist volumes and over-

6、discharge accident. keywords: Reliability; frequency control; control system; PLC; automation; elevating conveyor; mechanical-electrical integration 1 引言 . 1 2 整体设计方案 . 1 2.1 控制部分方案的确定 . 4 2.2 动力部分方案的确定 . 9 2.2.2 直流电机 . 10 2.2.3 变频电机 . 10 2.3 传动部分方案的确定 . 13 2.3.1 齿轮传动 . 13 2.3.2 链传动 . 13 3 提升机的机械结构的

7、设计 . 14 3.1 提升机的主要组成部分 . 14 3.2 电动机功率计算 . 18 3.3 链的计算 . 19 3.4 轴的设计 . 21 4 提升机的电器控制 . 24 4.1 变频器的选择 . 24 4.2 外部电路介绍 . 26 4.3 软件流程图 . 28 结论 . 36 致谢 . 36 参考文献 . 37 1 引言 提升机作为一种垂直运输工具，在各种社会生产中占有极其重要的地位。我国早在公元前1100年左右就发明和使用了辘轳提水和提升重物，这就是现代提升机的始祖。 随着科学技术的发展，“创新”和“发展”已逐渐成为世界各国所关注的最重要的内容。社会的进步、国家的发展依靠创新，提升

8、机的发展同样离不开创新。目前，现代工业控制设备(PLC、变频器、触摸屏、现场总线、上位机)在电子产品装配线的应用越来越普及，随着技术进步和设备更新，对现场技术人员和维护人员的要求也越来越高。不能充分结合现场工艺发挥功能和效益，尤其在设备出现故障时，不能快速有效地判断和处理故障，影响了正常生产秩序。 因此我们提出了一种新型提升机设计方法。 采用变频控制的提升电机，其优越的制动可以使提升机获得平稳、安全、可靠的制动运行状态，避免严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机的使用寿命。变频调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，能很好的防止提升机过卷和过放事故发生。

9、2 整体设计方案 在大型工业生产线中，由于受到空间的限制，往往要将一条生产线分割为几个工艺段，分别安装在几个楼层中，这样各个工艺段的货物如果使用传统的货物电梯进行传送，将会给生产带来许多不便，而且还会影响生产效率。因此，设计一个直接连接不同楼层的生产线的提升机是必要的。由于在某一时间段内生产线的传送带都是向固定某一方向运行的，因此在工程设计上，把提升机设计为单向载货，但可以通过手动开关进行传送方向的转换。 工艺流程简介 由于向下运行和向上运行的控制方法是相同的，在此以向上运行为例说明工艺流程，工艺流程简化框图如图1所示。 当按下启动按钮后，位于传送线上的光电继电器开始检测传送带上是否有板，有板

10、通过门控电机开门，传送带电机和提升机小车电机进板，实现自动进板;进板到位后门电机关门，提升机自动上升;上升到位，门控电机开门，传送带电机和提升机小1 车电机起动开始自动出板;出板完成 后进入下一个循环。 启 动 检 测 N 传送线有板, Y 自动进板 N 自动进板完成, Y 自动上升 N 上升到位, 自动出板 Y N 出板完成, Y 图2-1 工艺流程简化框图 硬件设计 提升机的硬件设计包括信号检测环节、门控制环节、传送电机控制环节、提升机小车电机控制环节、变频调速及电机拖动环节它们之间的互相关系如图2所示。 2 门控电机 传送带电机 可检 编 测 程 控信 制 提升机小车电机 器号 变频器

11、提升机电机 图2-2 提升机控制原理框图 提升机是典型的顺序控制，控制信号决定其运行状态。提升机信号检测主要由一系列的行程开关和光电传感器完成。本设计采用光电传感器和LSX型行程开关。 门控电机和传送带电机实现自动门的开关和货物的传送，采用直流他励电机，工作时要求有简单的刹车过程。 提升机采用变频器的矢量自动转矩提升控制方式;变频电动机为4极三相电动机。变频器三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为自身主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，N、P端接制动单元和制动电阻，以减少制动时间，加快制动过程，制动过程中电梯机械系统的动能转换成热能，消耗在制动电阻上，因此电梯控制柜要保

12、持良好的散热条件。 自动控制 由于急停或停电恢复后无须通过点动操作完成剩下的操作或者复位，因此辅助继电器采用断电保护型继电器，定时器也需要具备断电保护功能。自动上升模块和自动下降模块都可以通过两个条件来实现，一个是载货自动，另一个是被邀自动。载货自动是指传送货物时运行条件满足时自动运行，被邀自动是指出现传送方向转换时半周期空载自动运行，但无论哪种自动一旦遇到卡板信号或急停信号都会立即复位。 由于采用了PLC和变频器进行控制，使得控制精度提高，可靠性增强，提高了生产效率。在实际应用中取得了良好的效果。 3 2.1 控制部分方案的确定 变频结合PLC控制 2.1.1 变频器简介 (1)变频器的基本

13、结构 变频器是把工频电源(50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。 (2)变频器的分类 变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器; 按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器; 按照工作原理分类，可以分为 V/f 控制变频器、转差频率控制

14、变频器和矢量控制变频器等; 按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 (3)变频器中常用的控制方式 非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有 V/f 协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。 V/f 控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f 控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开 环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。 转差频率控制是一种直接控制转矩的控制

15、方式，它是在 V/f 控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需4 要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在 d、q、0 坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种 PWM 波，达到

16、各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的 PWM 波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩

17、电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕 组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。 直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出 100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。 最优控制在实际中的应用根据

18、要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 其他非智能控制方式:在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。 智能控制方式: 5 智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。 神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少， 因此神经网

19、络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在 多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。 模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。 专家系统是利用所谓专家的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库

20、与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。 学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的 PWM 信号(例如中心调制 PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要 1-2个学习周期，因此快速性相对较 差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。 2.1.2 PLC简介 (1)PLC的基本结构 PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务

21、。 1)CPU模块 CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，存程序和数据。 2)I/O模块 输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。 6 输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号;模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。 开关是输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装

22、置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。 CPU模块的工作电压一段是5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏PLC模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模块中，用光耦合器、光电晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路，I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。 3)编程器 编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一段用

23、来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护. 使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能回程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。 4)电源 PLC一般使用220V交流电源或24v直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V，24v等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关)提供24v直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。 (2) PLC的特点 1)编程方法简单易学 梯形图是使用得最多的PLC的编

24、程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形国语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，译成汇编语言后再去执行。 2)功能强，性能价格比高 7 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 3)硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进

25、行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。 硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方便快速地适应工艺条件的变化。 4)可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的十分之一到百分之一，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，乎均无故障时

26、间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已经被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 5)系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、 器件，使控制柜的设计、安装、接线工作员大大减少。 PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，如果掌握了正确的设计方法，设计梯形图的时间比设计继电器系统电路图的时问要少得多。 可以在实验室模拟调试PLC的用户程序，输入信号用小开关来模拟，可通过PLC上的发光二极管观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题

27、一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 6)维修工作量小，维修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息方便地查明故8 障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 7)体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型毗的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2,l/10。 PLC控制系统的配线比继电器控制系统的少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少很多安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节

28、省大量的费用。 (3) PLC的原理 PLC是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。 这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上有某些相似之处。由于以上原因，在介绍PLC的工作原理之前，首先简要介绍物理继电器的结构和工作原理。 1) 继电器 继电器有两种不同的触点，在线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点，处于闭合状态的触点称为常闭触点。 当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合。线圈电流消失后，复位弹簧使衔铁返回原来的位置，常开触点断开，常闭触点闭合。2)逻辑运算 使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算。PLC的梯形图，梯形图中某些编程元件(如输出继电器和辅助继电器)的线圈“通电”时，其常开触点闭合，常闭触点断开，称该编程元件为1状态。当它们的线圈“断电”时，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为0状态。 用继电器电路或梯形图可以实现基本逻辑运算，触点的串联可实现“与”运算，触点的并联可实现“或”运