物品输送系统控制 2.docx
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物品输送系统控制2
南京工程学院
课程设计说明书（论文）
题目
物品输送系统控制
课程名称
机电传动控制课程设计
院（系、部、中心）
机械工程学院
专业
机械设计制造及其自动化
班级
机制121
学生姓名
学号
设计地点
工程实践中心2号楼
指导教师
设计起止时间：
2015年6月8日至2015年6月12日
目录
一、课程设计任务说明2
（一）课程简介2
（二）课程设计目的2
二、任务分析2
（一）设备机构组成分析2
（二）设备工作过程分析3
三、控制方案设计4
（一）控制要求4
1、物品输送系统的控制要求4
2、物品输送系统控制元件配置与工作要求4
（二）任务分析5
1、物品输送系统控制要求分析5
2、确定控制方案5
（三）主电路设计6
（四）PLC选型6
（五）I/O分配表8
（六）I/O端子接线图9
四、控制流程分析9
（一）流程图9
（二）梯形图10
（三）指令表14
五、总结16
六、图附件16
七、参考文献17
1、课程设计任务说明
（1）课程简介
物品输送系统结构：
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运送小车组成。
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，也可以采用液压系统驱动，运送小车为电动机驱动。
（2）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、任务分析
（1）设备机构组成分析
根据要求设计输送系统，包含成直角分布的2条传送带、附属带的物品移动机构和1辆物品运送小车。
当物品在传送带1的始端时，传送带运动将其运送到尾端，移动机构1再把它推到传送带2的始端，传送带2运动将其送到尾端，然后在由移动机构2将其推到小车上，由小车把它送到其他地方。
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。
系统设备结构如图1所示。
图1输送系统设备结构图
（2）设备工作过程分析
物品运送系统的工作过程为：
当传送带1始端有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，移动机构将工件推入输送带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。
工作图如图2。
图2物品输送系统工作过程图
输送系统的运动部件循环过程如图3所示：
图3物品输送系统运动部件循环图
3、控制方案设计
（1）控制要求
1、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）物品输送系统安全稳定工作要求
具有运动部件间安全工作的联锁功能
具有位置保护功能（如极限位、越位、相对位置保护）；
电气控制系统具有短路，电动机过载等保护功能；
具有应急操作功能；
具有照明、指示灯辅助功能。
2、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机为1.2KW，小车电机为2.2KW，移动机构动作方向用电磁阀控制。
自动循环工作时，所有工作状态切换行程开关控制。
电器元件工作关系如表1所示：
表1电器元件工作关系表
工作状态
（工步）
移动机构方向阀电磁铁
输送带电机
小车
电机
主令
电器
阀1
阀2
YV1
YV2
YV3
YV4
M1
M2
M3
输送带1运行
+
SQ1
输送带1停，延时1S秒
SQ2
移动机构1推工件
+
SQ5、KT1
移动机构1返回
+
+
+
SQ6
输送带2运行
+
SQ3
输送带2停，延时1S秒
SQ4
移动机构2推工件
+
SQ7、KT2
移动机构2返回
+
SQ8
小车运送工件
+
SQ9、SQ10
小车返回
+
SQ11
（2）任务分析
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、确定控制方案
（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，单方向转动。
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）主电路设计
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，主电路图如图4所示。
图4物品输送系统主电路图
（4）PLC选型
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 完成停止控制的按钮开关信号，电器元件为：
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、SB8；
3 移动机构复位按钮，电器元件：
SB7、SB9
4 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。
（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、HL4、HL5。
因此，根据输入输出端口数选择FX2n-48MR-001型号。
电器元件明细见表2
表2电器元件明细表
符号
名称及用途
符号
名称及用途
M1
输送带1电动机
FR1、FR2、FR3
电动机过载保护热继电器
M2
输送带2电动机
FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6
短路保护熔断器
M3
小车电动机
HL1、、HL2
输送带工作指示灯
KM1
输送带1起动接触器
HL3
小车启动指示灯
KM2
输送带2起动接触器
HL4、HL5
液压系统工作指示灯
KM3、KM4
小车起动/返回接触器
SB1
总停按钮
SQ1、SQ2
输送带1行程开关
SB2
输送带1起动按钮
SQ3、SQ4
输送带2行程开关
SB3
输送带2起动按钮
SQ5、SQ6
移动机构1行程开关
SB4
小车启动按钮
SQ7、SQ8
移动机构2行程开关
SB5
小车返回按钮
SQ9
小车返回原位行程开关
SB6
机构1点动按钮
SQ10
小车左行行程开关
SB7
机构1长动返回按钮
SQ11
小车左行终点行程开关
SB8
机构2点动按钮
SA
自动/手动选择开关
SB9
机构2长动返回按钮
QS
电源隔离开关
YV1、YV2
控制移动机构1电磁阀电磁铁
TC
控制变压器
YV3、YV4
控制移动机构2电磁阀电磁铁
QF
PLC电源开关
VC
整流器
（5）I/O分配表
电器元件信号与PLC通道分配的目的是为每一个需要plc处理的设备信号获得进入plc的通道和存放信号状态的地址，依据控制方案选定的三菱FX2n系列plc产品，以及对设备信号分析结果，电器元件信号与plc连续的通道分配如表4所示。
表4电器元件信号与PLC连接的通道分配表
输入
输出
元件
通道地址
说明
元件
通道地址
说明
SB1
X000
总停按钮
HL1
Y000
输送带1工作指示灯
SB2
X001
输送带1起动按钮
HL2
Y001
输送带2工作指示
SB3
X002
输送带2点动按钮
HL3
Y002
小车运送工作指示灯
SB4
X003
小车点动按钮
HL4
Y003
移动机构1复位指示灯
SB5
X004
小车返回的点动按钮
HL5
Y004
移动机构2复位指示灯
SB6
X005
移动机构1点动前进按钮
KM1
Y010
输送带1起动接触器
SB7
X006
移动机构1返回复位
KM2
Y011
输送带2起动接触器
SB8
X007
移动机构2点动前
KM3
Y012
小车起动接触器
SB9
X010
移动机构2返回复位
KM4
Y013
小车返回接触器
SA
X011
自动/手动选择开关
YV1
Y020
控制移动机构1电磁阀电磁铁
SQ1
X012
输送带1始点行程开关
YV2
Y021
控制移动机构1电磁阀电磁铁
SQ2
X013
输送带1终点行程开关
YV3
Y022
控制移动机构2电磁阀电磁铁
SQ3
X014
输送带2始点行程开关
YV4
Y023
控制移动机构2电磁阀电磁铁
SQ4
X015
输送带2终点行程开关
SQ5
X016
移动机构1始点行程开关
SQ6
X017
移动机构1终点行程开关
SQ7
X020
移动机构2始点行程开关
SQ8
X021
移动机构2终点行程开关
SQ9
X022
小车复位行程开关
SQ10
X023
工件装入小车行程开关
SQ11
X024
小车左行终点
（6）I/O端子接线图
端子接线图如图5所示
图5I/O端子接线图
4、控制流程分析
（1）流程图
控制流程图简洁明了的反映设备自动工作过程，以及工作过程中各个工作状态之间的相互关系，物品输送电气控制系统的工作过程为典型的顺序控制，因此采用步进控制，其控制流程设计采用与控制流程图功能一致的状态转移图（功能图）描述。
我们使用SA选择物品输送系统自动或手动（点动）调整，触发状态器S20进入自动工作状态，触发状态器S50进入手动调整工作状态。
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。
功能流程图如图6所示
图6功能流程图
（2）梯形图
梯形图如图7所示
图7梯形图
（3）指令表
指令表如图8所示
5、总结
这次课程设计时间虽短却让我学到了很多东西，从最开始的茫无头绪到项目的完成，让我感受到了同伴协助的重要性，也对这门课程有了更深入的了解。
当然过程中我们遇到了许多困难，比如1、结各个元器件的布置2、混淆了流程图中并行分支与选择分支3、仿真系统不熟悉4、对控制过程理解不够，等等。
不过在同学和老师的帮助下，最终完成了输送系统的设计。
同时，也学会了课本上没有的一些调试、仿真软件的使用，增强了实际操作能力和编程设计能力。
在这次课设中虽然学到的东西很多单存在的问题也依然很多，比如1、FX软件的许多使用方法还是不会，只学到了一点皮毛2、在具体的生产过程中，我们设计的产品是否能够满足厂家要求，生成效率会不会太低，等等。
但总的来说，这次课设收货颇丰，让我感到很充实。
6、图附件
7、参考文献
1.宋伯生.PLC编程实用指南.北京：
机械工业出版社，2007，2
2.洪志育.例说PLC.北京：
人民邮电出版社,2006,6
3.付家才，PLC实验与实践.北京：
高等教育出版社,2006,5
4.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
5.海心.机电传动控制北京：
高等教育出版社,2007,11
6.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.2006.8
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