基于三菱PLC控制的自动送料小车设计说明

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1、 . . . - 23 - / 26毕业论文设计设计题目：基于PLC的自动送料小车系统设计姓 名：王方来 班 级：机电082 院 系：纺织大学 学 号: 0811282140指导老师：乔 桥 时 间：2010年11月目录摘要.（1）第一章 绪论 1.1 课题的背景意义.(2) 1.2 设计容与要求.(2)第二章 系统硬件设计 2.1 系统硬件选型原则. .(3) 2.2 硬件的选型. .(4)2.2.1 PLC的选型.(4)2.2.2 传感器的设计.(5)2.2.3 分捡器的设计.(8)2.2.4 步进电机的设计.(8)2.2.5 三相异步电机的设计.(10)2.2.6 机械臂的设计.(12)

2、2.3 PLC输入输出地址分配(13)第三章 系统软件设计 3.1 梯形图的概述(15) 3.2 送料系统PLC梯形图设计(15) 3.3 电气控制设计(16)第四章 PLC控制送料小车的设计 4.1 自动送料小车的概述.(17)4.2 系统流程图的设计(18) 4.3 PLC控制系统的I/O接线图.(19) 4.4 PLC输入/输出系统分配图.(19)第五章 设计小节.（20）参考文献摘要随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的生产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量与经济效益是企业生成所必

3、须面临的重大问题。我们为各个装料生产领域所生产的可编程控制器装料系统。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。关键词:plc可编程控制器自动送料Along with sciences and technologys changing with each new day, the automaticity request is getting higher and higher, the orig

4、inal production feeds the installment not to be able to satisfy current highly automated by far the need. Reduces the labor intensity, the safeguard production reliability, the security, reduces the production cost, and reduces the environmental pollution, to enhance the product the quality and the

5、economic efficiency is the major issue which the enterprise produces must face. We feed the programmable controller charging system which one by one realm of production produces. It integrates the automatic control technology, the Measurement Technique, the new sensor technology, the computer manage

6、ment technology in a bodys integration of machinery product; Carries on the centralism surveillance, the control supervisor fully using the computer technology to the production process and disperses the control; Has absorbed the dispersion-like control system and the common control systems merit fu

7、lly, uses the standardization, the modulation, the systematized design, the disposition is nimble, the configuration is convenient.第一章 绪论1.1 课题的背景意义 随着现代工业设备的自动化越来越多的工厂设备采用PLC，变频器，人机界面自动化器件来控制，因此自动化程度越来越高。电器控制技术是随着科学技术的不断发展，生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不

8、开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人生安全事故，这样将给企业造成重大损失。自动化加工工艺基本容与特点: （1）自动化加工工艺基本容，随着机械加工自动化程度的发展，自动化加工的工艺围也在不断地扩大，自动花加工工艺的基本容已包括大部分切削加工，如钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、镗孔、车端面、车削、铣削、外圆磨削，拉削、珩磨以与滚压加工等，还有部分非切削加工也可实现自动化加工，如自动检测，自动装配、清洗、实验、自动打印、分类等工艺容。 （2）自动化加工工艺的特点 1） 自动化加工中的工件毛坯精度比普通加工要求高，

9、并且在结构工艺性上要考虑适应自动化加工需要。 2） 自动化加工的生产率比采用万能机床的普通加工一般要高几倍至几十倍。 3） 自动化加工中的工件加工精度稳定，受人为因素影响小。 4） 自动化加工中切削用量的选择，以与刀具尺寸控制系统的应用，是以保证加工精度，满足一定的刀具耐用度，提高劳动生产率为目的的。 5） 在多品种小批量的自动化加工中，在工艺方案上考虑以成组技术为 基础 基础 ，充分发挥数控机床等柔性加工设备在适应加工品种改变方面的优势。送料小车是基于PLC控制系统来设计的，控制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行，因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能

10、否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。 所以，对送料小车控制系统的设计要予以重视。1.2 设计容与要求本课题的主要设计容有：确定送料小车控制系统的总体设计方案；设计送料小车拖动电机的电器控制线路原理图；确定送料小车控制系统PLC的型号规格，确定PLC I/O元件，列出PLC I/O元件分配表；设计送料小车控制系统PLC I/O接线图；PLC程序的总体结构图和梯形图（包括公用程序、控制程序、信号显示和故障报警程序等）；液压系统的设计；产品检测器的设计等。设计题目：基于PLC的自动送料小车系统设计。设计目的：1） 熟练掌握PLC的指令系统，学会一些特殊设备在生产实际中的应用。2） 能使用

11、欧姆龙的CX-P软件或者三菱的FX-2N软件编程，本设计采用三菱的FX-2N软件。3） 通过设计牢固掌握用功能表图设计梯形图的方法、步骤与绘制梯形图所遵循的规则和设计技巧。学会时序控制程序的设计和调试方法。4） 能够绘制传动系统的电气图。5） 学会PLC输入/输出点的分配、接线。对PLC有系统的了解。设计要求：图1-1 系统整体原理图如图1所示，某车间有两个工作台，每个工作台都是由三相异步电机拖动，在一号工作台之间有一个用来检测物件尺寸的检测器J1，在二号工作台尾部有两个检测物件的检测器J2,J3，最左边的是提取、释放和转移物件机械臂S1（各关节都由步进电机控制），二号工作台上的分检器F1由液

12、压系统控制。第二章 系统硬件设计2.1 系统硬件的选型 1. 步进电机：步进电机有步角距、静力矩、电流三大要素组成。根据负载的控制精度要求选择步角的大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定根据电机矩频特性曲线来判断电机的电流。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了 2驱动器：遵循先选电机候选驱动的原则，电机的相数、电流大小是驱动器选择的决定因素：在选型中，还要根据PLC输出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。为了改善电机的运行性能和提高控制精度，通常通过选择带细分功能的驱动器来实现，目的驱动器的细分等级有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可达256倍细分。在实际应运中

13、，应根据控制要求和步进电机的特性选择合适的细分倍数，以达到更高的速度和更大的高速转矩。使电机运转精度更高，振动更小3.三相异步电动机：1）电动机的机械特性、启动、制动、调速与其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、波干扰等），应在容许的围；2）按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的围；3）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；4）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。 4. 传感器：传感器的选型原则可以从以下

14、六个方面来叙述：1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型2）灵敏度的选择3) 频率响应特性4）线性围5）稳定性6）测量精度根据具体的测量工作，从以上六个方面综合考虑，以选择最合适的传感器。 5.液压系统： 1）确定液压执行元件的形式； 2）进行工况分析，确定系统的主要参数； 3）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4）选择液压元件； 5）液压系统的性能验算； 6）绘制工作图，编制技术文件。 2.2 硬件的选型2.2.1 PLC的选型 此次设计选用的是日本三菱公司的FX-2NPLC，其速度块功能强。它的基本指令执行时间高达0.08us, 置的用户存储器为8K步。I/O点最多可扩展到256个，并

15、提供多种特殊功能模块或功能扩展板，可实现多轴定位控制，机又实时钟，PID指令可实现模拟量闭环控制，还有功能很强的数据运算指令集，如浮点数计算，开平方和三角函数等指令。每个FX-2N的基本单元可扩展8个特殊单元。通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据，如CC-Link,AS-I,PROFIBUS,Devieenet等开放式网络通信，和通信，N，并行，计算机和I/O。FX-2N系列PLC的基本单元2.2.2 传感器的设计 传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。 现代科学技术的发展，进入了

16、许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。此次设计采用的是红外传感器，光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的

17、传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。 光敏传感器的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图红外传感器的原理图（J2,J3示意图）当有物件经过时J2、J3时，机械臂s1得电，检测器J1的示意图当物件经过1，2，3三个传感器时，控

18、制分检器的1Y得电；当物件经过2，3时，控制分检器的2Y得电；当物件经过1时；控制分检器的2Y得电。2.2.3 分检器的设计分检器是为了将检测器J1判断出来的物件分配到不同的地方去，以达到不同尺寸物件分检的目的。分检器的液压系统设计仿照磨床的液压系统，下面是分检器液压系统的原理图。（分检器的液压系统原理图）2.2.4 步进电机的设计1） 步进电机概述 步进电机是将电脉冲信号转换为相应角位移或直线位移的一种特殊电动机。其工作方式是每输入一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度，由于运动形式是步进的，因此称为步进电机。2） 步进电机的选型3） 步进电机驱动器的选型输入电源接口： 采用一组交流供电，AC

19、接AC20-40V，3A或接一组直流供电DC24-50V，3A。警告：电压不能超出此围,否则会造成故障。电 机 接 口： 对于二相四线电机，可直接与驱动器相连(如下图)。2.2.5 三相异步电动机的设计1） 电机的基本常识小型三相异步电动机，通常包括H80-315MM的电机，其产量大、用途广，在电网的总负荷中，它的用电量为40%左右。六十年代初流行的为JO2系列电动机，该系列电机的功率等级、安装尺寸与国际市场上的通用标准不同，另外该电机启动转矩较低和缺乏噪声控制指标，因此现在我国现在使用的电机为Y系列电机。该电机坚固耐用、安全可靠因此使用围越来越广。然而有些用户使用的电机年损坏率高达5%，究其

20、原因多半是选型不当、使用不妥、保护不善的缘故。因此本次讲课的主要目的是：发现电机使用中发生的质量问题，妥善的解决。2） 小型异步电机的体系基本系列使用围广、生产量大，是一种通用电机，如Y系列（IP44）小型三相异步电动机。 派生系列按照不同的使用要求，在基本系列的基础上做了部分改动，另部件与基本系列有较高的通用性和一定程度的统一性。派生系列有电气派生（如高效电机，YX系列）、结构派生（如绕线转子电动机YR系列）、特殊环境派生（隔爆型电动机，YB系列）等几种。 专用系列-与一般用途不同，具有特殊使用要求和特殊防护条件系列，如YZ、YZR冶金与起重用异步电动机。3） 基本技术参数 1、 标准号/T

21、9616-1996 2、 外壳防护结构型式 Y系列小型三相异步电动机基本系列 有IP23、IP44两种外壳防护等级。IP23和IP44的含义是：IP-表示防护等级的标志符号，后面的两位数字的要求如下表： 级别 要求 IP23 第一位数字 能防止手指接触与机壳带电或转动部分，能防止直径大于12MM的小固体异物进入 第二位数字 与沿垂直线成60度或小于60度的淋水对电机应无有害影响 IP44 第一位数字 能防止厚度大于1MM的工具、金属线或类似的物体触与机壳带电或转动部分，能防止直径大于1MM的小固体异物进入，但不包括由外风扇吸风或送风的通风口和封闭式电机的泄水孔，这些部分应具有2级防护性能 第二

22、位数字 任何方向溅水于电机，应无有害影响。 3、 安装结构与型式 Y系列电动机的安装结构，分为地脚安装、用地脚附带凸缘端盖安装和用一个凸缘端盖安装等三种。根据三种基本安装结构，电动机的安装型式又分为卧式安装或立式安装与轴伸向上或向下，即B3、B35、B5、V1、V15等安装方式，具体型号查标准。 4）怎样正确选择电动机 1. 根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电动机.要求电源电压与电动机额定电压相符.2. 根据安装地点和工作环境选择不同型式的电动机.3. 根据容量、效率、功率因数、转数选择电动机.如果容量选择过小,就会发生长期过载现象,影响电动机寿命甚至烧毁.如果容量选择过大,电动机的输出机

23、械功率不能充分利用,功率因数也不高.因为电动机的功率因数和效率是随着负载变化的.4. 电动机在恒定负载运行下,功率计算公式如下:P1 P1式中: P-电动机的功率(KW); P1生产机械功率(KW);1生产机械本身效率; 电动机效率.2.2.6 机械臂的设计机械臂虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如：(1)机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。(2)在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装

24、零部件。(3)可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。（4）可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品与有害物的搬运等。(5）宇宙与海洋的开发。(6)军事工程与生物医学方面的研究和试验。 此次设计驱动机械臂的各个关节采用电气式，用步进电机来控制。而机械手采用电磁铁吸盘。大致图形如下所示，底座部位直接接步进电机，不用关节处的步进电机来设计。步进电机的示意图机械臂的示意图2.3 PLC输入输出地址分配PLC控制的电路PLC的I/O分配输入地址分配名称 地址 作用Sb1 x000 启动机械臂Sb2 x001 J1启动Sb3 x002 J1启动Sb4 x003 J1启动Sb5

25、x004 J2启动Sb6 x005 J3启动输出地址分配名称 地址 作用Km1 y000 提取物品Km2 y001 一号工作台启动Km3 y002 二号工作台启动Km4 y005 分检器启动第三章 系统软件设计3.1 梯形图的概述梯形图是使用的最多的图形编程语言，被称为为PLC的第一编程语言。梯形图与电气控制的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元，（软继电器），

26、每一个软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元为“1”状态。则表示梯形图中对应软继电器线圈“通电”，通常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态时软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态，使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。梯形图两侧的公共线称为母线（Bus bar），在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线(左母线和右母线)之间有 一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”，从左向右流动。右母线 可以不画出3.2 送料小车系统

27、PLC梯形图设计 此次设计有手动和自动两种PLC梯形图。 手动控制梯形图自动控制梯形图 3.3 电气控制的设计电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而得到迅速发展的。从最早的手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制设备，从又触电的硬接线继电控制系统发展到以计算机系统为中心的软件控制系统。现代电气控制技术综合应用了计数机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。 作为生产机械动力的电机拖动，已有最早的采用成组拖动方式单独拖动方式-生产机械的不同运动部件分别由不同的电机拖动的方式，发展成今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。

28、 继电器接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其它许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习更先进电气控制系统的基础。这种控制系统的缺点是采用固定接线方式，灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。 此次设计主要是针对两个工作台的拖动电机进行电气控制。电气控制示意图第四章 PLC送料小车的设计4.1 自动送料小车概述自动送料小车系统是用于物料输送的流水线设备，主要是用于煤粉、细砂等材料的运输。自动送料小车系统一般是由给料器、传送带、小车等单体设

29、备组合来完成特定的过程。这类系统的控制需要动作稳定，具备连续可靠工作的能力。送料小车控制系统采用了PLC控制。从送料小车的工艺流程来看，期控制系统属于自动控制与手动控制相结合的系统，因此，此送料小车电气控制系统设计具有手动和自动两种工作方式。在程序设计上采用了模块化的设计方法，这样就省去了工作方式程序之间复杂的连锁关系，从而在设计和修改任何一种工作方式的程序时，不会对其他工作方式的程序造成任何影响，使得程序的设计，修改和故障查找工作大为简化。4.2 系统流程图的设计 通过一号工作台位置上的检测器检测物件的大小，分检器做出相应的判断，再由二号工作台上的检测器判断物件是否通过，若通过在自动编程中将

30、反馈给进料部分，具体流程图如下所示：开始时按下km2，km3两个工作台电动机开始工作，然后选择是手动还是自动，接着分别按下sb2，sb3，sb4，sb5，sb6启动J1和J2，再接着按下sb1和启动机械臂，开始进料，紧接着按下km4启动分检器。调程序时时注意是自动还是手动，在上述流程图中自动程序的部分和手动过程一样，不同之处在于卸料之后还有一个反馈给进料部分。4.3 PLC控制系统的I/O接线图4.4 PLC控制系统的I/O接线图输入地址分配名称 地址 作用Sb1 x000 启动机械臂Sb2 x001 J1启动Sb3 x002 J1启动Sb4 x003 J1启动Sb5 x004 J2启动Sb6

31、 x005 J3启动输出地址分配名称 地址 作用Km1 y000 提取物品Km2 y001 一号工作台启动Km3 y002 二号工作台启动Km4 y005 分检器启动第五章 设计小结随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才

32、明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次设计中我深深的体会到自己在一些科目上还有所欠缺，对一些理论知识的认知度还不是很明朗，也是通过这次的设计将我以前学的东西再一次巩固了一遍，在这次设计中我利用了网络上的知识，也在图书馆查阅了大量的相关书籍，给自己也是好好的上了一课。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做

33、完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感我们的指导老师乔桥老师对我们悉心的指导，感乔桥老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献三菱FX系列PLC系统设计应用指南 志杰 机械工业机电传动控制技术 黎明等 国防工业传感技术与应用 周继明等 中南大学电气控制与可编程控制器 立定等 华南理工大学FX系列PLC的通信与VB图形监控 郭昌荣 航空航天大学液压与气压传动 许福玲 机械工业电气控制示意图手动梯形图自动梯形图