专业综合设计与实践.docx
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专业综合设计与实践
目录
一、前言-1-
二、系统工作原理-2-
2.1JDP2000物流系统结构介绍-2-
2.2JDP2000生产线的动作过程-2-
三、堆垛单元控制介绍-3-
3.1堆垛控制动作介绍-3-
3.3堆垛单元控制面板-4-
四、硬件设计-5-
4.1元器件的选择-5-
4.2输入/输出分配表-10-
4.3主回路电路图-9-
4.4PLC外部接线图-9-
五、软件设计-10-
5.1程序流程图-11-
5.2程序解释-11-
六、小结-12-
七、参考文献-12-
八、附录-13-
8.1主电路图-13-
8.2PLC外部接线图-14-
8.3梯形图-15-
现代物流模拟系统
——堆垛单元
一、前言
科技部近日发布了《现代服务业科技发展“十二五”规划》，现代物流业作为六大行业之一列入规划中。
不过目前我国物流业尚未做大做强,全社会物流运行效率偏低，制造业物流整合外包的比例偏低，综合交通运输体系尚未理顺，地方封锁和行业垄断仍然存在，技术和标准体系不健全，等等，这些突出问题一直制约着物流业及其信息化的提升。
只有解决好以上问题与瓶颈，我国物流信息化才能进一步做强，为国民经济建功立业，并带动国内软件产业进一步成长。
物流系统技术是先进制造技术中的重要组成部分，从其广义内涵分析可以看出它已经从以前简单的物流搬运发展到今天的集机械设计、计算机科学、管理学和自动化控制技术等于一身的综合技术。
可编程控制器PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、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。
专业综合设计与实践是电气工程及其自动化专业的一门重要的实践课。
实践中的主要目的是使我们学习、训练、提高电气测量与景致方面的设计、实践能力。
通过JDP2000现代物流模拟系统提供的综合应用设计的教学培训平台，主要训练和学习PLC技术、传感器检测技术、气动技术、电机驱动技、机械结构与系统安装调试技术、电器技术基本技能及故障检测技能及系统日常维护技术。
使学生在分析、测绘、设计、调试等方面得到进一步的提高。
二、系统工作原理
2.1JDP2000物流系统结构介绍
本系统共有装配、缓冲、堆垛和仓储四个单元组成，各单元根据其动作要求完成相应的动作。
1）装配单元
装配单元主要由可编程控制器、井式供料机、传送带、转盘输送带、气动机械手装配机、步进电机控制的机械手搬运机等组成。
2）缓冲单元
缓冲单元主要由可编程控制单元、带式传送机、斗式缓冲库、气动装料、移货装置、货物检测传感器等组成。
3）堆垛单元
堆垛单元主要由可编程控制单元、带式传送机、链式传送机等组成。
4）仓储单元
仓储单元主要由可编程控制单元和单元货格式仓库组成。
单元货格式仓库由高层货架、具有位置控制系统的巷道起重机、接收货物载货台等组成。
巷道起重机由运行机构、起升机构、货物托盘机构组成。
2.2JDP2000生产线的动作过程
1）装配单元
装配单元首先通过井式供料机进行方料的供给，由转盘输送带将未进行装配的方料输送至装配位置，当到达装配位置后由气动机械手装配机完成圆料的装配，装配完成后由传送带将装配完成的货物输送至搬运位置，最后由步进电机控制的机械手搬运机将货物搬运到缓冲单元。
图2.2.1装配单元工作流程图
2）缓冲单元
装配单元首先由装配单元进行货物的供给，由带式传送机将货物输送到A/B库进料处，再由气动装料装置将货物移进斗式缓冲库。
当堆垛单元需要货物时，移货装置将货物移至出料传送带，并通过出料传送带将货物送到堆垛单元。
斗式
缓冲库的A库和B库可以通过面板上的按钮进行预选。
图2.2.2缓冲单元工作流程图
3）堆垛单元
堆垛单元主要完成货物的堆垛。
货物由带式传送机输送到堆垛位置，当堆垛位置的货物达到指定数量时进行货物的堆垛，再由链式传送机等装置将货物输送到仓储单元进行货物的仓储。
图2.2.3堆垛单元工作流程图
4）仓储单元
仓储单元主要完成货物的自动仓储。
货物由堆垛单元输送到接收货物载货台后，巷道起重机起动，并将货物搬运、存储在高层货架上。
图2.2.4仓储单元工作流程图
三、堆垛单元控制介绍
3.1堆垛控制动作介绍
货物由带式传送机传送到堆垛单元，根据需要手动选择货物的排放方式：
为0°或90°，同时托盘机构部分放下一托盘，当接近开关检测到托盘后由链式传送带传送到指定位置，当堆垛位置的货物达到指定数量后（由接近开关检测），带式传送带停止，货车运行；当货车运动到接受货物处，接近开关检测到货车后，堆垛处送货执行元件把货物推送到货车上，接近开关检测到货车上的货物排放到指定数量后，货车上升；接近开关检测到货车上升到指定位置后，货车前进；前
进到指定位置，被接近开关检测到后，货车下降到托盘上；当接近开关检测到货车到位后，挡板翻转到与托盘垂直挡住货物以保持货物在托盘上；接近开关检测到挡板到指定位置后货车返回到原来位置；托盘由链式传送机等装置输送到接受货物载物台，堆垛过程结束。
图3.1.1堆垛单元工作流程图
3.2堆垛单元控制面板
图3.2.1控制面板图
1）堆垛单元电源控制区域（POWER）
OFF：
急停按钮，可切断堆垛单元电源；
ON：
堆垛单元上电。
2）堆垛单元自动操作区域（AUTO）
RESET：
复位按钮；
START：
自动运行开始；
HOLD：
进给保持。
3）堆垛单元功能选择旋钮（MODE）
功能选择旋钮可选择自动（AUTO）或手动（JOG）。
4）缓冲单元手动操作区域（JOGSTART）
物料：
将上单元的货物以0°或90°进行排放，并推进小车；
物料翻转：
货物0°或90°排放选择；
托架：
传送一栈板至堆垛位置；
堆垛：
将小车内货物，堆放在栈板上；
出库：
将货物输送至下单元的接受货物载货台。
图3.2.2手动操作区域图
四、硬件设计
4.1元器件的选择
1.可编程控制器：
选择型号为FX2N-48MR/MT，由于本次设计中有17个输入，11个输出，所以选择有24个输入和24个输出的此型号的可编程控制器。
2.PLC的驱动装置：
选择型号为FX2N-20GM，它能够控制两根轴，并可作为输出脉冲序列的专用单元，允许用户使用步进电机或伺服电机并通过驱动单元来控制定位。
3.直流电机：
在系统的运行过程中，送货机构的前后运动，货车上升、下降、前进、后退以及挡板的翻转等都是由直流电机来控制的。
直流电动机是将直流电能和机械能相互转换的旋转电动机。
直流电动机的优点：
1、优良的调速特性，调速平滑、方便、调速范围宽广。
2、过载能力大，能承受频繁的冲击负载。
3、可实现频繁的无级快速启动、制动和反转。
4、满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。
选择直流电机时，直流电机的参数要比计算出来的实际额定电流大一些，
所以选择直流电机型号为36ZY02型直流电机额定电流为0.75A
其主要参数为：
额定电压：
12V
空载电流：
0.28A
额定电流：
0.75A
额定转矩：
5.0kgcm
额定转速：
75~80rpm
图4.1直流电机电气控制原理图
直流电机M5控制货车的上升和下降；当KA16线圈得电，使得KA16常开触点闭合，电机正转，则执行“货车升”动作；当KA17线圈得电，使得KA17常开触点闭合，电机反转，则执行“货车降”动作。
4.电路中的空气开关、断路器都是起到了保护电路的作用。
我分别选择了：
DZ47-60C15、CJX1-9系列。
5.接触器的选择：
主电路中的额定电流，即接触器主触点电流：
主电路中的额定电流，即接触器主触点电流：
公式
（1）
式中Ie——主电路的额定电流（A）
IC——接触器的主触点电流（A）
PN——电动机的额定功率（KW）
K——经验系数，一般取1～1.4
UN——电动机的额定电压（V）
接触器的额定电流要大于或者等于控制电路电流，电压也要满足电动机的额定电压。
由直流电机的参数选择，接触器选择电压为12V，电流大于0.75A的，通过比较选择，最后确定型号为：
CJX1-9。
6.继电器的选择：
公式
（2）
K取1，则
=
=0.75A
选择型号为JZX-22FD/4Z，这种继电器是一种小型功率继电器，具有重量轻、可靠性高、通断容量大、寿命长等特点，并且适用于交流50Hz，电压220v的控制电路，所以符合这次设计的要求。
7.变压器：
选择型号为GBK3-1000系列，这类变压器符合我国供电的标准电压220v和标准频率50Hz的要求，同时也满足了设计的控制电路对电压频率的要求。
8.触点传感器：
选择型号为LJ8A3-2-Z/BX，它由高性能的敏感元件组成，故此类传感器具有感应灵敏的特点，能够在物料传到的同时发出信号，便于整个物流系统的操作流程紧凑，使得其效率提高。
9.接近开关：
选择型号为LJ12A3-4-2/BX，它是用来检测物体的有无通过的，是一种非接触检测，避免的对传感器本身和目标物的损坏，而且他是无触点输出，操作寿命长。
10.熔断器的选择：
当电机运行时候，考虑到电机对电流的冲击影响，熔体的额定电流
公式（3）
熔体电流选择为2A。
4.2元器件型号表
元器件
型号
数量
备注
可编程控制器（PLC）
FX2N-48MR/MT
1
三菱
PLC驱动装置
FX2N-20GM
1
三菱
空气开关
DZ47-60C15
6
CHINT
断路器
CJX1-9
1
CHINT
中间继电器
JZX-22FD/4Z
9
CHINT
变压器
GBK3-1000
1
220/45，220/30，50~60HZ
直流电机
JINYF36ZY1202C
3
接收货物载物台运动
触点传感器
LJ8A3-2-Z/BX
7
用于判断货物托盘等到位
接近开关
LJ12A3-4-2/BX
1
用于检测货物的数目
表1：
元器件型号表
4.3直流电机驱动图
图4.3直流电机驱动原理图
F6和F7为空气开关，闭合F6、F7。
当线圈KA12和线圈KA14得电时，KA12、KA14常开触点闭合，电机M1和电机M2正转（既货车前进，上升）。
反之当线圈KA11和线圈KA13得电时，KA11、KA13常开触点闭合，（既货车返回，下降）。
4.4主回路电路图
图4.4主回路电路图
4.5PLC外部接线图
图4.5PLC外部接线图
五、软件设计
5.1输入/输出分配表
输入点
功能
输出点
功能
X00
托盘进料传感器
Y02
货车前进
X01
托盘到位传感器
Y04
货车上升
X02
接近开关
Y05
货车返回
X03
检测送料架传感器
Y06
货车下降
X04
货车送货到位传感器
Y14
START灯
X05
货车回位传感器
Y15
HOLD灯
X06
推板推货传感器
Y16
RESET灯
X07
推板回位传感器
Y17
物料灯
X12
START按钮
Y20
堆垛灯
X13
HOLD按钮
Y21
托架灯
X14
RESET按钮
Y22
出库灯
X15
JOG/AUTO
X16
物料按钮
X17
堆垛按钮
X20
托架按钮
X21
出库按钮
X22
检测货物到盘传感器
表2：
输入/输出分配表
5.2程序设计思想
本次设计主要利用梯形图编写程序，根据功能的需要进行编程，其中软件设计所用的软件主要是MicrosoftOfficeVisio软件，FXGPWIN软件。
PLC是周而复始的循环扫描的工作方式，系统必须周而复始的依一定顺序完成这一系列的具体动作。
PLC的编程，从梯形图来看，其根本点是找出符合控制要求的系统各个输出的条件，这些条件总是各个器件有机组合起来的并按照一定逻辑关系组合实现起来的。
根据这一要求，找出货车前进，返回，上升，下降的限定条件。
然后按照动作过程的先后顺序，绘制流程图。
最后根据流程图，编写梯形图。
编写流程图之前可以通过手动操作来体验各个动作的联系。
5.3程序流程图
图5.3程序流程图
5.4程序解释
托盘由链式传送机等装置输送到接受货物载物台。
接近开关闭合,送料架将货物送至货车，货车开始送货。
接近开关检测到货车上的货物排放到指定数量后，货车上升
推板动作结束，货车返回到原位。
运行到指定位置，被接近开关检测到后，货车下降到托盘上。
六、小结
在这两周中，我们通过JDP2000现代物流模拟系统提供的综合应用设计的教学培训平台，主要训练和学习PLC技术、传感器检测技术、气动技术、电机驱动技、机械结构与系统安装调试技术、电器技术基本技能及故障检测技能及系统日常维护技术。
可编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
本次专业综合设计我们进行的是现代物流模拟系统设计与实践。
在本次设计中我是对堆垛单元下的货车动作进行设计的。
在本次设计中让我对现代物流模拟这一技术有了一定的了解，让我知道了它是由装配、缓冲、堆垛、仓储这四部分组成的。
通过对元器件的选择以及输入输出口的确定，我设计出了主回路电路图，PLC外部接线图。
在这次专业综合实践中，通过对实物的观察、动画的体验，以及实物动作过程的逻辑分析，深入了对物流模拟系统的认识。
通过绘制流程图，编写模块的PLC梯形图培养了我的编程思。
对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。
在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
通过这次课程设计，我了解了PLC基本逻辑指令的应用，理解了区间比较指令的应用范围，熟悉了编程的方法和技巧，知道怎样去设计一个PLC应用程序，也感觉得到了PLC在控制方面的巨大优势和潜力，同时也更增强了我学好PLC的决心和信心。
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。
在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。
做事要学思结合。
七、参考文献
1.《可编程序控制器应用技术》李建兴机械工业出版社
2.《电气控制与可编程控制技术》史国生化学工业出版社
3.《可编程控制器应用技术实训指导》李俊秀化工工业出版社
4.《可编程控制器应用技术与实力》袁任光华南理工大学出版社
5.齐占庆王振臣电气控制技术机械工业出版社
6.郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术北京大学出版社
7.张万忠可编程控制器应用技术化学工业出版社
8.吴晓君杨向明电气控制与可编程控制器应用机械工业出版社
9.李道霖电气控制与PLC原理及应用化工工业出版社
八、附录
8.1主电路图
8.2PLC外部接线图
8.3梯形图
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