物品输送系统电气控制系统设计

目录

引言 (1)

1 课程设计任务说明 (1)

1.1 课题简介 (1)

1.2 课程设计的目的 (1)

2 课程设计任务分析 (2)

2.1 设备机构组成分析 (2)

2.2 设备工作过程分析 (2)

3 控制方案设计 (4)

3.1 任务分析 (6)

3.2 设计主电路 (7)

3.3 PLC选型设计 (8)

3.4 I/O分配表 (9)

3.5 I/O端子接线图 (11)

4 控制流程分析 (11)

4.1 流程图 (12)

4.2 梯形图 (13)

4.3 指令表 (14)

5 课程设计总结 (15)

6 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、交通等行业。

1课程设计任务说明

1．1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，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：

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满足如下要求：

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；

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，

推工件入小车；

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。电器元件工作关系表如表3-1。

电器元件工作关系表如表3-1

4）物品输送系统安全稳定工作要求

①具有运动部件间安全工作的联锁功能

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；

⑤具有照明、指示灯辅助功能。

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，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

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：

①完成起、停控制的按钮开关信号，电器元件为：SB0、 SB1；

②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、

SB7、SB8、SB9；

③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：

①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；

②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；

③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分配表

见附图

3.5I/O端子接线图见附图

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：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。

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)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，2006,1。

i)洪志育，例说PLC，北京：人民邮电出版社，2006,6。