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1、机电传动控制课程设计目 录引言31 课程设计任务说明4 1.1 课程设计目的41.2 课程设计要求41.3 课题简介52 课程设计任务分析52.1 机构设备组成分析62.2 设备工作过程分析63 控制要求分析7 3.1 流水线产品检测与分选系统工作方式要求分析73.2 流水线产品检测与分选系统自动工作过程要求分析73.3 流水线产品检测与分选系统控制元件配置与工作要求分析73.4 流水线产品检测与分选系统安全稳定工作要求分析84 控制方案设计84.1主电路设计84.2 PLC选型设计94.3 I/O分配表105 控制流程设计115.1 I/O端子接线设计115.2 系统控制流程图设计115.3
2、 系统梯形图设计125.4 梯形图说明145.5 指令表设计166 结论18参考文献19引言可编程序控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。他是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于他具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外一广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产的支柱产品，近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除油许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产机床设备已越来越多的采用PLC控制系统取代传统的继电-接触器系统。PLC用存储逻辑代替接线逻
3、辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程变的可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC在国内外广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为以下几类（1） 开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制,既可用于控制单台设备,也可用于多机群控及自动化流水线。（2） 工业过程在工业生产过程中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各
4、种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。（3） 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块。（4） 数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。（5） 通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其他智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1 课程设计任务说明1.1 课程设计目的机电传动控制课程设计为该课程的实践环节，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
5、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。PLC课程设计以培养工程应用能力为主，在完成设计任务的同时，要注意学生多方面能力的培养与提高，主要包括以下几个方面：（1） 掌握PLC控制系统的设计原则、步骤及设计方法。（2） 具有初步设计PLC控制系统的能力，培养和提高独立工作的能力。（3） 培养理论联系实际的能力和创造能力。（4） 培养发现问题、分析问题、解决实际工程技术问题的能力以及严谨的工作作风
6、。（5） 培养通过查阅图书资料、产品手册以及电子图书、网络资源等获取相关资料的能力。（6） 具有设计、编程、调试及修改完善控制程序的能力。（7） 具有运用有关工具软件进行工程绘图及编写技术资料的能力。1.2 课程设计要求课程设计以学生的独立工作为主、教师的指导为辅，要充分调动学生的积极性，培养学生的自主性和创新意识。（1） 认真分析设计任务，详细了解课程设计的工艺要求、控制要求和设计指标。（2） 确定所需要的I/O点数，合理选择PLC及相关外围输入电器元件设备、驱动元件设备型号。（3） 分配I/O地址，绘制I/O接线图等，如有需要可制作硬件电路。（4） 结合软件设计方法设计控制梯形图，编写控制
7、程序。（5） 对初步设计的梯形图，上机进行调试、程序修改，直至满足系统的控制要求。（6） 整理控制系统的文件，完成课程设计报告的撰写。 1.3 课题简介流水线产品检测与分选系统是一种高效率自动化产品质量检测分类专用设备，系统由产品输送机构，产品质量检测机构，产品机构分类，及成品与次品收纳机构组成。流水线产品检测与分选系统的输送机构采用电动机驱动，分类机构采用气动系统驱动，由电气控制系统实现自动工作过程控制，是典型的机电或机电液一体化的自动化设备。流水线产品检测与分选系统工作时，待检测和装箱的产品由输送带1送往质量检测位置，质量检测头检测为合格产品将继续前移，通过计数传感器后落入成品箱，检测为不
8、合格的次品，则由推板推入次品箱。采用行程开关检测与控制推板的位置，同时采用行程开关检测空箱是否打到预定位置。流水线产品检测与分选系统机构与自动工作过程，如下图示。 流水线产品检测与分选系统组成结构与工作过程示意图2 课程设计任务分析流水线产品检测与分选是工业兜料的主要设备之一。广泛应用于自动流水线、冶金、有色金属、煤矿、港口、码头等行业，它主要在选择产品质量上有着很大的贡献，主要由两个电机带动。2.1 机构设备组成分析流水线产品检测与分选系统的输送机构采用电动机驱动，分类机构采用气动系统驱动，由电气控制系统实现自动工作过程控制，是典型的机电或机电液一体化的自动化设备。2.2 设备工作过程分析流
9、水线产品检测与分选系统工作过程如下图所示，由人工将产品放置在传送带上，启动自动工作过程，输送带1启动，待检测装箱的产品向前移动，达到检测位置，检测传感器检测产品是否合格，依据检测结果，成品进入成品箱，次品进入次品箱。进入成品箱的产品经过计数，满箱为100件，成品箱满箱后，输送带1停，输送带2启动，移出满箱，移入空箱到位，一次循环工作结束，输送带1运行，开始下一次工作循环。3 3 控制要求分析流水线产品检测与分选系统的控制要求,是控制系统的功能必须满足机床所有的工作要求.流水线产品检测与分选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,安全稳定要求.3.1流水线产品检测与分选系统工作方
10、式要求分析为保证流水线产品检测与分选系统能够处于正常工作,要求系统具备二种工作方式: (1) 输送带1,2,推板机构能够点动调整(2) 流水线产品检测与分选系统自动完成循环工作过程 3.2 流水线产品检测与分选系统自动工作过程要求分析流水线产品检测与分选系统工作需要满足如下工作要求:（1）按下启动按钮,流水线产品检测与分选系统开始工作,输送带1启动；（2）待测产品到达检测位检测；（3）检测合格产品继续前行，经过计数传感器检测计数，进入成品箱；（4）检测不合格产品，前移到推板位置，推板前移将产品推入成品箱，推板退回；（5）成品计数满100件，输送带1停，输送带2启动，移出满箱;（6）装成品空箱到
11、达接成品位置，输送带2停，输送带1启动，开始新的检测装箱循环。3.3 流水线产品检测与分选系统控制元件配置与工作要求分析流水线产品检测与分选系统输送带1，2驱动电动机为2.2KW，推板装置动作方向通过电磁阀控制。自动循环工作时，电器元件工作关系如表所示工步推板电动机主令电器YV1YV2带1，M1带2，M2启动系统+SB2检测+SQ3,SQ4合格+SQ1计数箱满+SQ2不合格次品捡出推进版+SQ5推板退回+SQ6注：加号，电器元件为得电状态，减号，电器元件为失电状态。3.4 流水线产品检测与分选系统安全稳定工作要求分析（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
12、、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。4 控制方案设计4.1 电路设计自动装箱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，系统主电路图及系统使用电器元件明细表如下所示。电器元件明细表：符号名称及用途M1输送带1电动机M2输送带2电动机KM1输送带1电动机的起动接触器KM2输送带2电动机的起动接触器SA手动/
13、自动 选择开关SB1总停按钮SB2系统起动按钮SB3自动循环工作启动按钮SB4自动循环工作停止按钮SB5输送带1点动按钮SB6输送带2点动按钮SB7推板点动按钮SQ1产品检测行程开关SQ2成品计数行程开关SQ3、SQ4空箱到位行程开关SQ5、SQ6推板行程开关QS电源隔离开关QFPLC电源开关TC控制变压器FU1-FU5短路保护熔断器FR1-FR2过载保护继电器HL1输送带1工作指示灯HL2输送带2工作指示灯HL3正品指示灯HL4次品指示灯HL5成品箱满指示灯HL6系统工作指示灯VC整流器YV1、YV2控制推板运动的电磁阀电磁铁主电路图4.2 PLC选型设计由设备条件和控制要求分析，流水线产品
14、检测与分选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，控制推杆电磁阀电磁铁的信号和各种照明、报警器及指示灯信号。1）输入信号分析输送系统工作要求，流水线产品检测与分选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： SB1、SB2；完成点动调整的开关按钮开关信号，电器元件为：SB5、SB6、SB7；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。2）输出信号分析输送系统工作要求，流水线产品
15、检测与分选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；控制显示物品输送系统工作状态的指示灯，电器元件为：HL；变压控制器，电器元件为：TC。4.3 I/O分配表输 入输 出元件通道地址说 明元件通道地址说 明SAX000手动/自动 选择开关KM1Y001输送带1电动机的起动接触器SB1X001总停按钮KM2Y002输送带2电动机的起动接触器SB2X002系统起动按钮YV1Y011控制推板前进的电磁阀电磁铁SB3X003自动循环工作启动按钮YV2Y012控制推板后退的电磁阀电磁铁SB4X004自动循环工作停止按钮HL1Y021输送带1
16、工作指示灯SB5X005输送带1点动按钮HL2Y022输送带2工作指示灯SB6X006输送带2点动按钮HL3Y023正品指示灯SB7X007推板点动按钮HL4Y024次品指示灯SQ1X011产品检测行程开关HL5Y025成品箱满指示灯SQ2X012成品计数行程开关HL6Y026系统工作指示灯SQ3X013次品空箱到位行程开关HL7Y027点动指示灯SQ4X014成品空箱到位行程开关HL8Y030检测指示灯SQ5X015推板行程开关（后）SQ6X016推板行程开关（前）5 控制流程设计5.1 I/O端子接线设计根据三菱电机FX系列，选择FX2N型，根据其I/O端口分配表确定端子接线图如下所5.2
17、 系统控制流程图设计 使用SA选择开关选择装箱系统自动或手动（点动）调整工作，根据选择不同，进入不同的工作状态。使用SB5,SB6按钮选择点动调整工作。流水线产品与分选系统控制流程图如下所示：5.3 系统梯形图设计根据控制流程图编写梯形图如下：5.5 指令表设计运用PLC编程软件编写指令表如下6 结论通过一周的机电传动控制课程设计，在经过控制系统设计，电气设计，PLC控制程序设计等过程后，对机电传动控制有了更深刻的了解。在巩固和加强了机电课程所学知识的基础上，进一步学会运用机电传动知识解决实际问题，同时在设计过程中通过对遇到问题的解决又增强了控制系统的设计能力。 按照任务计划，我们一步步地进行
18、课程设计，对流水线产品检测与分选系统进行结构分析后，按照控制要求，设计总体的电气控制系统设计，然后编制PLC程序，经过小组成员的共同努力，我们完成了对流水线产品检测与分选的控制系统设计。总的来说，还是进行的比较顺利，这是我们小组齐心协力的成果，很珍惜这次课程设计，让我学到了许多。 由于时间比较仓促，设计的难免有些错误，望老师予以指正参考文献1. 海心.机电传动控制 北京：高等教育出版社,2007,112. 宋伯生.PLC编程实用指南.北京：机械工业出版社，2007，23. 洪志育. 例说PLC. 北京：人民邮电出版社,2006,64. 付家才，PLC实验与实践.北京：高等教育出版社,2006,
19、55. 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2006，86. 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，2006，18. 束长宝. PLC应用实践. 南京：东南大学出版社，2008，129. 赵化启， 王越男, 于贵文. 电气控制与可编程控制器. 北京：电子工业出版社，2009，1210. 王阿根. PLC控制程序精编108例. 北京：电子工业出版社,2009，1211. 肖峰， 贺哲荣. PLC编程100例. 北京：中国电力出版社，2009，612. 马如宏. 机电传动控制. 西安：西安电子科技大学出版社，2009，217流水线产品检测与分选系统控制
机电传动控制课程设计PLC流水线产品检测与分选系统设计
