总成和动力电气方案

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1、总装和动力线电气方案一、概述自行小车电气控制方案是为EMS自行小车输送线设计的，以可靠性和安全性为设计基本原则，充分考虑现场环境的适应性，为客户制定安全、可靠、适用、经济的电控方案。整个电气控制系统主要包括：电源单元、主控PLC控制单元、人机界面单元、手动操作遥控器单元、无线通讯单元、集电单元、随车电控单元采集单元等构成，如图1所示：图1：系统功能框图 在上图中，包含了两方面的内容：1、数据的传输；2、电源的流向。这两大功能独立工作，分工明确，大大提高系统的抗干扰性，保证了系统的稳定。现就这两大内容阐述如下。（1）数据传输作为环型输送系统，自行小车的数据通讯一直是一个难点，传统的分段时信号传输

2、虽然成本低，但受限于滑触线的排布数量，传送的信号点相应较少，在小车定点工作的情况下才有优势。随着总线技术的发展，一个阶段导轨放大器（PRB）技术作为新技术应用于自行小车上，但它的缺点同样难以克服，如集电器与滑触线的接触质量直接影响着系统的稳定性。随着近年电子信息技术的发展，无线通讯技术已经广泛应用于工业制造业， 在此，我们采用基于蓝牙通讯协议的无线控制方案，它有着连接方便、结构简单和智能化的特点。基于蓝牙通讯协议的无线通讯载波频段是2.4GHz，发射功率为100MW，频率高不易受别的设备干扰，功率低也不会干扰到别的设备。图2：系统数据传输网络图（2）电源流向小线取得，而滑触线电源由地面主控柜提

3、供。在本方案中滑触线电源线部分按工艺工位分车组的电源通过集电器从滑触段，分块明确，安全性高，提高了系统可靠性。电源系统框图如下：图3：滑触线供电图二、地面主控部分（1）电源供电电源：AC380V，50Hz，三相五线制电源容量：100KVA（2）主控A、主控柜：主控柜布置于地面，内装PLC、控制元件及电源装置，柜门上布置有人机界面、按钮及指示灯，柜顶装有三色塔式指示灯及报警器，其中红灯闪表示为故障信号寻求帮助，红灯持续亮表示停机，黄灯持续亮表示设备为维修或调整，而绿色持续亮表示设备正常运行。柜门上布置有急停按钮、试灯按钮、复位按钮、电源指示、运行指示等等按钮及指示灯。柜体采用拼装式柜体，拼装好的

4、柜内符合IP54防护等级。控制柜内装20W日光灯，侧装风扇调节散热，同时配有三孔插座和两孔插座各一个。照明、风扇和插座与柜门开关联锁，柜门打开，风扇停止工作，照明和插座通电。照明和插座的供电由漏电保护开关供电，以保证人身安全。整个系统的主电源空气开关与柜门机械联锁，当主电源空气开关为关断位置时，才能打开柜门。 图4：主控柜B、主控PLC： 主控PLC为整个系统的控制核心，它的运算速度、内存容量、总线架构关系到整个系统的稳定性，在此，我们选用SIEMENS公司的S7-300系列PLC，它集合了设备控制的理想功能，有结构紧凑，配置灵活等特点。 图5：S7-300系列PLCS7-300 PLC的特点

5、： 模块化中型 PLC 系统，满足中、小规模的控制要求； 各种性能的模块可以非常好地满足和适应自动化控制任务； 简单实用的分布式结构和通用的网络能力，使得应用十分灵活； 无风扇设计的结构，使用户的维护更加简便； 当控制任务增加时，可自由扩展； 大量的集成功能使它功能非常强劲。CPU带ProfiBus-DP接口，接无线基站耦合器。C、人机界面：人机界面作为人与设备的交流工具，必须选用稳定可靠、界面友好、组态方便的产品，在此，我们选用纬纶通公司的MT6100产品。 MT6100具有如下特点：采用高速的400MHz RISC CPU；高品质、宽屏设计，为使用者提供更多的页面空间来处更动力图形，采用L

6、ED背光模组，保证了液晶屏在长期使用后没有泛黄现象；内置电源隔离保护器，保证产品在环境下的稳定性；即插即拔的USB2.0接口和PC的MiniUSB下载线提供高速下载和数据存储；支持USB闪存和SD卡存储资料、工程档案下载、配方上传/下载等；128MB大容量内存，为使用者提供程序空间高达16MB，事件记录、资料取样等存储空间达48MB。图6：MT6100人机界面通过人机界面，操作人员可以在上面看到设备运行信息，维护人员可以在上面看到设备维修帮助文档，工艺人员输入口令可以修改工艺参数，管理人员可以了解设备的平均使用率及故障历史数据。(3）工位操作遥控器工位操作遥控器为现场操作人员控制设备运行时使用

7、，它为操作人员进行工件转挂时提供方便。当该按钮站上的手动/自动钥匙切换开关在手动位置时，处于相应工位的自行小车即停止自动动作而转入人工控制，人工操作上升、下降、前进、后退等功能按钮，小车能执行相应的动作。遥控器上布置有急停按钮。当有紧急情况出现时，操作人员可以按下此按钮，通过安全继电器切断滑触线电源，同时PLC切断相应的输出，使系统处于双重保护之下，避免安全事故的发生。遥控器选用台湾禹鼎品牌，其中上升、下降为双速按钮。三、随车电控部分随车电控单元用于接收地面主控PLC的指令，从而执行相应的动作，然后将执行完成情况反馈给地面主控PLC。小车安装有一组行程开关，用于检测自己所处的位置，同时还装有防

8、撞开关、上限位开关、吊具状态开关等状态检测开关。（1）随车电控柜每台车随车电控柜1个，用于安装变频器、无线I/O单元等。随车电控柜的安装加装防震块以解决震动问题。在柜底装有运行指示及故障指示，操作人员在地面可以看到小车运行状况（2）变频器自行小车的行走通过变频器控制，以保证运行的平稳性及安全性。行走电机为0.75-1KW电机，选用施耐德ATV31变频器。小车在积放段及返回段为高速行走，在装配段与地面装配线同步速度运行，变频器的输出频率由模拟量控制，行走速度能在人机界面上进行调整。图7：施耐德ATV31系列变频器（3）电动小车单元本方案电动小车采用单台电机驱动，由随车变频电源供电，采用常规电气保

9、护。（4）电动葫芦电动葫芦用于工件吊具的升降控制。由工频电源供电，采用常规电气保护。（5）电动吊具电动吊具用于工件吊具的张开、夹拢控制。由工频电源供电，采用常规电气保护。四、集电单元在本方案中，集电单元只是给小车单元提供电源，它包括安全滑触线和集电器二部分。本方案采用四根滑触线，集电器两套，两套集电器并接为小车提供稳定的电源。在小车运行轨道侧面装有四根U形滑触线，用作传递工位电源。滑触线封闭安装，全线贯通，大大减少了传统分段控制的断点接头，提高了集电器的使用寿命。每台小车配置一组集电器。集电器给小车组提供电源。滑触线选用国产优质产品，经久耐用，维修方便，集电器为双钩型结构，接触可靠。图8：滑触

10、线五、无线数据传输系统小车组单元包括小车行走、葫芦升降，它们所对应的返回信号包括小车位置的识别、葫芦高度信号。在下件合装工位，为了保证小车的前进速度与地面装配线同步，中控PLC采集地面装配线的速度，通过无线基站向小车发送速度信号，小车上的无线I/O通过模拟量输出速度信号给变频器。同时，人工通过遥控器可控制葫芦的升降。为了系统的高可靠性，输送线在每一个工位分为一个独立的段。而小车组的动作（如：小车进、退，葫芦升、降，吊具开、合）等由小车通过采集无线基站发来的指令信息进行控制，同时，小车组的信号（包括：小车的位置信号、葫芦的高度信号、吊具的开合信号）等通过无线基站发送到中控PLC。主控PLC完成所

11、有的逻辑控制。小车上所有开关状态，位置信息，运动状态，速度信息等信号都通过无线I/O模块进行采集和交换，这些信息通过基站到达PLC单元，PLC通过程序执行来完成所有的逻辑运算，把执行结果再通过基站传送给小车上的无线I/O模块予以输出。以此来完成各种工艺要求的动作和运动。原理图如下：图9：无线数据传输系统（1）自行小车的行走控制：小车的行走电机为变频供电，滑触线给变频器提供电源。同时变频器的速度信号由无线I/O上的模拟量控制，实现不同工段的无级调整速要求。小车除程序防撞外，还增加了防撞开关，一旦出现故障，该开关会从硬件上确保小车不会相撞。为了保证小车的定位精度，在各工作工位设置了定位开关。小车进

12、入工作工位后由高速转变为低速行走，在低速时检测到定位开关，小车停止，以此来保证小车定位精度。（2）葫芦的升降控制：本方案葫芦的升降采用单葫芦双速，吊具的升降这台葫芦完成，分自动和手动两种控制模式，由工频电源供电。环链葫芦由无线I/O控制。PLC采集到手动按钮站（遥控器）的升降指令信息，通过总线发布到无线基站上，无线基站实时传输到无线I/O，无线I/O接收到后即执行该指令控制葫芦的升降。葫芦设上限位开关，其限位信号经无线I/O再到无线基站传至PLC。（3）吊具的张夹控制：本方案的吊具采用电动推杆实现，吊具的张夹由电动推杆完成，由工频电源供电。电动推杆由无线I/O控制。PLC采集到手动按钮站（遥控

13、器）的张夹指令信息，通过总线发布到无线基站上，无线基站实时传输到无线I/O，无线I/O接收到后即执行该指令控制吊具的张夹。吊具设张合、合拢限位开关，其限位信号经无线I/O再到无线基站传至PLC。六、本系统的特点：（1）控制信号全部用无线方式传输，只需要为小车提供电源，没有了复杂的布线，减少了滑触线和碳刷的数量，减少了滑动带来的机械磨损和碳刷消耗，使备件和人员维护成本大大降低。（2）传统滑触线控制方式受滑触线级数的限制，小车的控制信号采用编码方式，一旦接触不良，容易出现误码和掉码，小车故障率高。采用无线通讯的方式，2.4G频段的蓝牙通讯协议保证了实时性通讯，通过跳频扩频技术，使系统抗干扰，稳定可

14、靠。大大降低故障率。（3）滑触线的控制方式要保证基本的控制保护功能是采用线体分段、通断的方式来传递信号的，信号受滑触线级数的限制，只能保证基本的控制和保护功能。而无线的方式的采用，可以突破限制滑线限制，增加更多的控制和保护功能，使小车的运行保护更加全面合理，安全可靠。（4）操作性强，扩展性好。小车上没有了复杂的接线回路，避免了小车故障，所有的小车诊断操作和参数设定都可以在地面主控进行，减少攀爬作业。即使停车位置改造或者小车数量变化，工艺变化等都不用做滑触线等硬件更改。只需要做相应的主控调试。（5）小车可以根据外围联锁设备的速度变化实现速度的自动调节。频率变化非常的灵活，大大的提高了设备的标准化

15、。七、软件概述：软件是EMS输送机系统中的一大部分,正是这一部分的存在，才体现出EMS输送机系统是一种具有高技术含量、高自动化程度、高生产效率、高智能性等诸多优点的柔性生产系统。一个好的系统软件不但能够保证系统正常运行，而且能够保证系统的安全性，能够有效抗各种干扰信号，能够自动检测故障并抑制故障的扩大。我们在多年从事EMS输送机系统软件的设计、调试的基础上，积累了丰富的经验，形成了模块式结构化程序设计模式，这样不但提高了软件编制的效率，而且使软件具有很高的可读性，易于调试及维护。针对本案，系统软件初步设计为如下模块组成：上件区功能块：由它来控制上件区小车的动作；下件区功能块：由它来控制下件区小

16、车的动作；工艺区功能块：由它来控制工艺区小车的动作；积放区、预停区功能块：由它来控制积放区和预停区；维修区功能块：由它来控制维修区和道岔的动作；抗干扰功能块：抵抗各种干扰信号，如：接触器动作迟缓、瞬时停电、电刷颤抖等，这些非正常信号会造成正常信号在传输过程中丢失、复位，给系统带来一种假信号、错误信息的指示，使得系统因此而产生误动作或误报警现象，系统软件加载了抗干扰功能块后，就能够把这些非正常信号转换成正常信号，让系统在碰到干扰信号时能够继续正常工作下去。联锁功能块：提供各种联锁信号，同时发出各种功能的联锁信号给相关联设备；故障功能块：系统出现故障时，能够及时地自动检测、自动处理（迅速切断故障部

17、位电源，停止故障部位动作输出）、自动报警，便于操作人员及时发现故障和迅速排除故障，同时避免了故障进一步扩大的可能。八、元器件选择PLC选用SIEMENS公司的S7-300系列产品，变频器选用施耐德公司ATV31系列产品 ，限位开关选用OMRON公司产品，自动开关和交流接触线、热继电器、按钮、指示灯等选用SIEMENS公司产品，电线电缆选用国产优质产品，电控柜选用仿威图产品。九、电气标准：（1）部品规格：（1）生产线PLCSIEMENS S7-300（2）变频器施耐德ATV31（3）限位开关 光电开关 接近开关OMRONa.开关托架强度大于20公斤b.开关加以保护罩，以间接碰触方式设计（4）指示

18、灯施耐德（5）继电器、接触器西门子（6）按钮施耐德 （7）电机减速机德国SEW（8）电磁阀 日本SMC（9）其它部品采用国家标准产品(2)、可编程控制器1) 通信接口要求：每个可编程序控制器（PLC）控制系统必须提供1个编程口。2) 每个可编程序控制器（PLC）控制系统在验收时必须保证以下预留量：a)I/O点输入、输出各按实际使用配置I/O总点数的20%以上。b)机板至少有2个及以上空槽。c)存储器剩余可编程空间不少于总存储容量的20%。d)PLC系统包括相关附件：备用电池、存储器、专用适配器、编程电缆、通信电缆、编程软件及授权盘等。3)可编程序控制器（PLC）软件设计规定：可编程序控制器（P

19、LC）编程软件必须为最高版本，控制程序为结构化程序设计，通过子程序或功能块间的调用来实现控制系统功能，严禁全程线性编程。4)控制程序注释要求：a)所有I/O地址、过程标志位等必须加地址注释以说明该地址的作用。b)所有I/O地址必须加符号地址，符号地址必须对应原理图中元件号。c)控制程序应加注各种注释。验收时交付的控制程序文件中注释语言必须为汉语（3）控制盘内：1) 盘内预留102) PLC之OUTPUT每16点设一熔断器，INPUT每16点设一共同端子。3) 一次侧设漏电断路器（于盘面外加一圆形转盘可直接由盘外控制）。4) 电机设NFB及过载保护。5) 盘内上方设照明20W以上。6) 盘内设散

20、热风扇。7) 控制盘门内设操作、维修手册放置盒。8) 控制盘内备有2组3孔插座，容量AC220V,15V,1P。9) 配线端子台采用一层式规划，内外控制线、PLC端子、各预备线配入主控盘、中继盒、操作盘之端子台，在转接各元件。10) 各控制盘内配线、元件之配置距地高300mm以上，侧边与底面不配置（除散热风扇外），各元件配置无重叠。11) 现场元件均采用电缆放线。12) 盘内类似元件一起顺序排列（排列顺序如：NFB、TRANS、变频器等），依承认图由业主认可。13) 配线完后端子台须留20接点数。14) 各元件、配线接头明确编号（含控制盘外各元件、配线接头）。(a) 控制盘内之部品元件之编号铭

21、牌采用亚力克，白底黑字。(b) 各配线端子台打印各接点编号。(c) 每一配线线号标注采用一体式胶套打印方法。（4）控制盘外：1）盘面配置(a)电压表 T/F/S共三个控制盘(b)颜色区分：异常复归钮为黄色，操作钮为黑色，启动钮为绿色，灯泡测试钮为绿色，暂停钮为黄色，确认钮为绿色控制盘/操作盘(c)铭板（中文化）设备名称操作按钮安全标示板（亚力克DD白底，尺寸为100X100mm），正面为“”（绿色），反面为“维护中，禁止送电”（红色）控制盘/操作盘(d)天逸报警音响装置控制盘/操作盘(e)盘面外之把手开关为附锁型控制盘2）各控制盘尺寸：2200mm800mm600mm含底座高度 型式：防尘密封

22、型3）各控制盘置地式，定位后固定避免人员碰撞发生倾倒。4）各控制盘上设一立柱式三色警示灯颜色区分： 正常运转绿色 ；异常停止红色；作业停止黄色。5）手动操作盘：设于看得见各动作单元处，并就近设置（立地或吊挂式由客户确认），各动作单元均设操作钮。（5）配线相关：1）配线颜色规范：(a)主电源回路A相为黄色；B相为绿色；C相为红色(b)接地黄绿色相间(c)PLC 端子台（AC电源）INPUT/OUTPUT为红色(d)端子台 元件（AC电源）控制为黄色；检知为红色(e)DC电源均为蓝色(f)盘内照明、风扇白色2）配线线材一律采用铜线，线径规格： 控制线:1.0平方毫米以上动力线:1.5平方毫米以上变

23、频器输出线: 1.5平方毫米以上,带屏蔽层3）设备紧急停止、异常超限、空压低下等异常或故障检知采用“B接点” 常闭配线方式。4）地面以上配管采用电缆桥架，附外盖以便维修距地2M以上，并注意美观；元件配线至中继分线盒超过1M以上则配设镀锌铁管；不足1M配设挠性软管；动力线/控制线隔离,避免干扰.5）地下配管线为镀锌钢管,且距地表20CM以上.6）配管、电缆桥架内预留空间。（6）电气部分总体设计及安装调试特点1）电控系统满足技术要求。2)小车每个按钮站具有手动兼自动的功能且设置急停按钮。3)系统具有联锁及小车具有积放功能，小车积放时停于积放工位（弯道不设置积放工位）。4）电控系统有意外停电后恢复供

24、电能继续正确完成未完成动作的功能（即停电记忆功能）。5）系统要求相应的软硬件保护及故障识别功能、并发出相应故障信息。6）控制柜应具备强制风冷；具有防倾倒措施。控制柜内具有照明装置。门上具有电源起动、停止、急停、复位按钮。7）系统有可靠的隔离、抗干扰功能。8）载物车之间具有互锁与联锁功能，确保运行小车在运行过程中不碰撞。9）电气设计、制造、安装、选型充分考虑环境的要求，能在现有环境下保证生产的连续和产品的质量。10）影响生产的关键部位有声光报警。11）行程开关、感应开关、光电开关选用进口件，使用施耐德变频器。12）控制系统应有完善的保护功能，如过载、短路、急停、联锁停止、故障报警等。13）关于电

25、缆走线的技术要求。a)信号采用多芯屏蔽电缆，布线要求采用电缆桥架方式，钢板厚度不小于1.5mm，表面喷塑处理，电缆与设备连接处采用标准锁紧头固定。b)电缆桥架固定可靠，桥架的转角、接头出线口等部位应过渡平滑，并加胶垫防护。c)系统各部件要求接地良好，电缆桥架、电柜、钢管之间必须做接地跨接。14）控制柜为“口”钥匙开关门。柜体加工工艺及涂装工艺应按行业有关标准规范进行。15）柜内有照明，柜内配置应符合温升标准。控制柜内应预留20%的空间。柜内走线用线槽，槽内走BVR软线，控制柜内侧应设置图纸资料盒。16）操作面板上的各元件应有正规标牌，标明功能。17）有PLC的控制柜内应备有电源插座：AC220V，15A（2孔），AC220V，15A（3孔）。18）要求元器件及配线布置整齐，所有元件标识齐全清楚，固定良好，导线两端压冷压端子，接线端子选用凤凰产品。19）所给的图纸资料要与设备的实际安装、接线相符合。20）关键部位按钮用钥匙开关代替，开关共用一把钥匙。21）电线电缆选用大型国有企业产品。