自動,送料裝車系統(tǒng)

1、自動送料裝車系統(tǒng)控制設(shè)計摘要送料裝車控制系統(tǒng)在冶金、采礦運輸、和生產(chǎn)制造等許多領(lǐng)域中都得到了普遍的應(yīng)用，它通過自動輸送設(shè)備實現(xiàn)物料的傳輸、接收、裝運、處理、裝配和存儲的自動化，把工廠的各個生產(chǎn)部門、各個儲存點聯(lián)系起來。送料裝車控制系統(tǒng)的工作環(huán)境通常比較惡劣，設(shè)備所處環(huán)境一般粉塵較大、操作分散，所以對送料裝車控制系統(tǒng)工作的安全性、可靠性、維護簡便性要求比較高。用可編程控制器（PLC）控制的自動送料裝車動作穩(wěn)定，具備連續(xù)可靠的工作的能力。本文以日本三菱FX2N系列PLC為主控制器控制運料小車的自動往返順序的控制，實現(xiàn)了送料車的裝料、送料、卸料的功能。次系統(tǒng)主要是由基本設(shè)備、運料存儲裝置和控制系統(tǒng)三

2、大部分組成，重點研究自動化生產(chǎn)線的控制。關(guān)鍵詞自動送料裝車，PLC,控制系統(tǒng)ABSTRACTKeyWords:1緒論1.1 自動送料裝車控制的發(fā)展送料裝車設(shè)備廣泛地應(yīng)用于建材、冶金、煤炭、電力、化工、輕工等工業(yè)生產(chǎn)部門。老式送料裝車設(shè)備因為沒有計量而存在多裝、少裝的問題。特別是在運輸?shù)倪^程中，不允許車輛超載，多裝了，得卸掉，少裝了，得進行二次裝車，使得裝車工作進行非常緩慢。隨著當今社會科學技術(shù)的發(fā)展，各類物料輸送的生產(chǎn)線對自動化程度的要求越來越高，原有的生產(chǎn)送裝料設(shè)備已經(jīng)遠遠的不能滿足當前高度自動化的需要。由于控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展和革新，使得生產(chǎn)線的運輸控制也將得到不斷的改善和生產(chǎn)效率的不斷提高

3、，送料裝車的控制經(jīng)歷了以下幾個階段：1 .手動控制：在20世紀60年代末70年代初期，便有一些工業(yè)生產(chǎn)采用PLC來實現(xiàn)送料裝車的控制，但是限于當時的技術(shù)還不夠成熟，只能采用手動的控制方式來控制機器設(shè)備，而且早期送料裝車控制系統(tǒng)多為繼電器和接觸器所組成的復(fù)雜控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須要有專人負責操作。2 .自動控制：在20世紀80年代，由于計算機的價格普遍下降，這時的大型工控企業(yè)將PLC充分的與計算機相結(jié)合，通過機器人技術(shù)，自動化設(shè)備終于實現(xiàn)了PLJE送料裝車控制系統(tǒng)中自動控制方面的應(yīng)用。3 .全自動控制：現(xiàn)階段，由于PLC技術(shù)向高性能

4、、高速度、大容量發(fā)展，大型PLC大多數(shù)采用多CPU吉構(gòu)，不斷向高性能、高速度、大容量方向發(fā)展。將PLC運用到送料裝車控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)送料裝車的全自動控制，降低了系統(tǒng)的運行費用。PLC控制的送料裝車自動控制系統(tǒng)具有連線簡單、控制速度快、精度高、可靠性和可維護性好、維修和改造方便等優(yōu)點。1.2 自動送料裝車在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀在國內(nèi)，大多數(shù)還是還是人工管理，智能控制及需普及，國外工程機械產(chǎn)品以電子、信息技術(shù)為先導(dǎo)，開發(fā)出各種工程機械相匹配的軟、硬件系統(tǒng)，使工程機械向信息化、智能化前進。國外大多數(shù)PLC品牌都有與之相應(yīng)的開發(fā)平臺和組態(tài)軟件，軟件和硬件的相互結(jié)合使系統(tǒng)的性能大幅度的提高，人機界面更加的

5、友好。通訊技術(shù)的發(fā)展、現(xiàn)場總線的發(fā)展及以太網(wǎng)的發(fā)展時通訊能力大大加強。在國外的送料裝車控制系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛的應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，而采用可靠性比較高的FX2N系列PLC軟件來控制該系統(tǒng)，實現(xiàn)送料裝車系統(tǒng)的自動控制過程，滿足了系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和實時性的要求。1.3 自動送料裝車控制系統(tǒng)設(shè)計的目的和意義送料裝車控制系統(tǒng)的工作環(huán)境通常比較惡劣，設(shè)備周圍所處的環(huán)境一般粉塵比較大、空氣濕度相對高且操作分散，所以對送料裝車控制系統(tǒng)工作的安全性、可靠性、維護簡便性要求比較高。在早期的送料裝車控制中通常都采用繼電器邏輯控制，繼電器控制系統(tǒng)中大多數(shù)采用分立的繼電器、接觸器等電器元件作為控制元件，其控制系統(tǒng)復(fù)雜、操

6、作難度大，并且安裝接線時工作量大、修改控制策略難、維護量大等問題，嚴重影響了正常的工業(yè)生產(chǎn)。PLC所控制的系統(tǒng)可以方便地通過改變用戶程序，以實現(xiàn)各種控制功能，從根本上解決了電器控制系統(tǒng)控制電路難以改變的問題。同時，PLC控制的系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯運算，還具有數(shù)值運算及過程控制等復(fù)雜的控制功能。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/21/10。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，從而可以節(jié)省下大量的配線和附件，減少了大量的安裝接線工作時，可以減少大量費用。PLC不僅用于開關(guān)量控制，

7、還可用于模擬量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理。PLC已日益成為工業(yè)控制裝置家族中一個重要的角色。2,自動送料裝車控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 控制系統(tǒng)的組成本文設(shè)計中的自動送料裝車系統(tǒng)由送料小車、軌道、料斗等設(shè)備裝置組成，來完成對物料的運料、傳輸、卸料的過程。這類系統(tǒng)的控制需要運料小車能夠?qū)崿F(xiàn)加速、減速、運行平穩(wěn)等特性，具有連續(xù)可靠的工作能力。通過3條軌道和一臺運料小車配合，才能穩(wěn)定有效率地進行自動送料裝車過程。系統(tǒng)示意圖如圖2-1所示:圖2-1自動送料裝車控制系統(tǒng)示意圖卸料倉庫2.2 控制系統(tǒng)的元件2.2.1 可編程控制器可編程

8、控制器（ProgrammableController,PQ由于和個人計算機（PersonalComputer,P。混淆，故人們?nèi)粤晳T地用PLC作為可編程序控制器的簡稱。PLC是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程PLC采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要由CPU存儲器、采用掃描方式工作的I/O接口電路和電源等組成，如圖21所示:按鈕繼電器觸電輸入電路CPUROMRAM輸出設(shè)備接觸器電磁閥行程開關(guān)編輯器或外圍設(shè)備圖2-2PLC硬

9、件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖PLC采用循環(huán)掃描工作方式，集中進行輸入采樣，集中進行輸出刷新。I/O映像區(qū)分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結(jié)果的狀態(tài)。PLC循環(huán)掃描工作方式一般包括五個階段：內(nèi)部處理與自診斷、與外設(shè)進行通信處理、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新五個階段,如圖2-2所示：(開始.I內(nèi)部處理自診斷，通信處理STOP方式開關(guān)':丁RUN輸入采樣J程序執(zhí)行I輸出刷新I一圖23PLC循環(huán)掃描的工作過程當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述

10、三個階段。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況主要分為如下幾類：1.開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2,工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制

11、在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。3 .運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4 .數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5,通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.2.2三相交流異步

12、電動機三相交流異步電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的電力拖動裝置。它主要由定子、轉(zhuǎn)子和它們之間的氣隙構(gòu)成。對定子繞組通往三相交流電源后，產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場并切割轉(zhuǎn)子，就獲得轉(zhuǎn)矩。三相交流異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強及使用、安裝、維護方便等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。圖2-4圖2-5三相異步電動機T=f(s)曲線三相異步電動機n=f(T)曲線2.2.3 傳感器傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中直接感受被測量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指傳感器能將敏感元件的輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測量的電信號部分。

13、傳感器輸出信號有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是由于傳感器輸出信號一般都很微弱，需要有信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換可以安裝在傳感器的殼體里或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信號調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需電源都應(yīng)作為傳感器的組成部分。如圖2-6所示：圖26傳感器組成框圖2.2.4 變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速技術(shù)是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調(diào)速目的的技術(shù)。大家知道，從大范圍來分，電動機有直流電動機和交

14、流電動機。由于直流電動機調(diào)速容易實現(xiàn)，性能好，因此，過去生產(chǎn)機械的調(diào)速多用直流電動機。但直流電動機固有的缺點是，由于采用直流電源，它的滑環(huán)和碳刷要經(jīng)常拆換，故費時費工，成本高，給人們帶來不少的麻煩。因此人們希望，讓簡單可靠價廉的籠式交流電動機也能像直流電動機那樣調(diào)速。這樣就出現(xiàn)了定子調(diào)速、變極調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串極調(diào)速等交流調(diào)速方式。直到20世紀80年代，由于電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，才出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)。它的出現(xiàn)就以其優(yōu)異的性能逐步取代其他交流電動機調(diào)速方式，乃至直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，而成為電氣傳動的中樞。2.3控制系統(tǒng)的要求自動送料裝車系統(tǒng)是由電機、運料軌道、限位開關(guān)等來

15、控制的。本系統(tǒng)的設(shè)計要求：1 .本系統(tǒng)有三個不同的軌道（軌道1與軌道2、軌道2與軌道3之間都相差30度角），運料小車運料時要對軌道進行選擇。故本設(shè)計采用了在運料小車上增加一個步進電機來控制運料小車的轉(zhuǎn)向。2 .要求運料小車運三種物料時每次裝車重量要相同（500kg）。一般可以采用定時、電子秤或稱重傳感器等方法。本設(shè)計中采用了在小車底部安裝一個稱重傳感器來測量所裝的物料重量。3 .要求小車在每個運料軌道上都可以往復(fù)運動，即要求電動機的正反轉(zhuǎn)。4 .要求系統(tǒng)為一個循環(huán)系統(tǒng)，運料小車先在軌道1上運物料1,再在軌道2上運物料2,接著在軌道3上運物料3,如此循環(huán)往復(fù)直到停止按鈕發(fā)出指令，整個系統(tǒng)停止運作

16、。5 .特別要求運料小車運料過程中小車要穩(wěn)，加速、穩(wěn)速、減速要嚴格控制，即對調(diào)速系統(tǒng)要求比較高。本設(shè)計采用了變頻調(diào)速技術(shù)。6 .三種物料都卸放到同一個卸料倉庫，且卸料時要由一個卸料油泵提供。7 .對于運料小車在運送軌道上的運行要求要有行程開關(guān)的控制，以確定小車的準確到位。8 .對于運料裝車系統(tǒng)要有一個照明及信號顯示系統(tǒng)，當系統(tǒng)裝料或者是卸料時，信號顯示系統(tǒng)會給我們提示。2.4控制系統(tǒng)的分析3自動送料裝車控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 送料裝車控制系統(tǒng)的元件選擇3.1.1 送料裝車控制系統(tǒng)PLC的選擇目前市場上的PLC產(chǎn)品眾多，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的PLC產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無

17、所適從。除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的OMRONMITSUBISHI、FUJI、ANASONIC德國的SIEMENS韓國的LG等。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費。機型的選擇具體可以從一下12個方面來考慮：1 .選擇自己熟悉的機種和機型若已有設(shè)備（或產(chǎn)品）上已經(jīng)用了某一種型號的PLC再要選用PLC開發(fā)新的產(chǎn)品，在滿足工藝條件的前提下，建議還是選用已經(jīng)用過的PLC為好，這樣就可以做到資源共享。2 .不要大材小用什么樣的規(guī)模設(shè)計任務(wù)就選用什么樣的規(guī)模的PLC避免造成太多的硬件資源浪費。3 .具體的控制對象具體選擇根據(jù)不同的設(shè)計任務(wù)，來選擇PLC的

18、機型。4 .選用易采購的機型5 .經(jīng)常了解PLC產(chǎn)品的發(fā)展動態(tài)6 .對I/O點的選擇要先弄清控制系統(tǒng)的I/O點的總點數(shù)，再按實際所需要的總點數(shù)的15%-20陽出備用量后確定所需PLC的點數(shù)。7,對存儲容量的選擇對用戶存儲容量只能做粗略的估算。在僅對開關(guān)量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘10字/點+輸出總點數(shù)X5字/點來估算；計數(shù)器/定時器按（35）字/個估算：有運算處理時按（5-10）字/個估算：在有模擬量I/O出的系統(tǒng)中，可以按每輸入（或輸出）一路模擬量約需（80100）字左右的存儲量來估算：有通信處理時按每個接口200字以上的數(shù)量粗略估算。8,對I/O響應(yīng)時間的選擇PLC的I/O響應(yīng)時

19、間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在23個掃描周期）等。9 .根據(jù)輸出負載的特點選型根據(jù)PLC輸出所帶的負載是直流型還是交流型、是大電流還是小電流以及PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出還是晶體管輸出。10 .對PLC吉構(gòu)形式的選擇在相同功能和相同I/O點數(shù)的情況下，整體式比模塊式價格低。11 .選擇性能相當?shù)臋C型PLC選型中還有一個重要問題就是性能要相當。12 .選擇新機型由于PLC產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，所以選用相應(yīng)的新機型很有必要。在本次設(shè)計由于輸入量基本是開關(guān)量，而對于PLC的開關(guān)量輸入回路，日本三菱公司的比較好，其主要原因是三菱公司做了些優(yōu)

20、化設(shè)計：1、采用漏輸入，輸入端本來就設(shè)計為對地短路就引發(fā)斷開輸入有效，不會對電源系統(tǒng)構(gòu)成危害，最多只影響到自己的回路。也不會由于電源故障而影響其他輸入回路的正常工作，而很多歐美PLC采用源輸入方式，有一定弊端（當然有的PLC可選擇源、漏輸入）。2、采用源輸入，是共電源輸入端。在工程實際應(yīng)用中往往有太多的電纜，你可能無法保證電纜的相互接觸、破損，說不定共電源的開關(guān)量線路會無意的接觸到設(shè)備地、外殼、其他低電位。因此可能造成短路電源供應(yīng)回路。造成電源損壞或者燒掉保險，從而可能影響其他輸入回路的正常工作。除非，每個輸入回路加保險，而這樣的應(yīng)用成本較高也容易出現(xiàn)其他故障。FX2N系列PLC是FX系列PL

21、C中最先進的超級微型PLCFX2N系列PLC擁有非常高的運行速度、高級的功能邏輯選件以及定位控制等特點。FX2N系列PLC是從16路到256路I/O的多種應(yīng)用的選擇方案。FX2N系列PLC的控制規(guī)模為16256點（基本單元:16/32/48/64/80/128點）FX2N系列PLC編程元件有輸入輸出繼電器（X和Y）、輔助繼電器（附、狀態(tài)繼電器（S）、定時器（T）、計數(shù)器（C）、數(shù)據(jù)寄存器（D）、和指針（P、I、N）等七大類。具有靈活的配置、高速運算、突出的寄存器容量、豐富的器件資源、較強的數(shù)學指令集。選用FX2N-32MR輸入16點（X0-X17）,輸出16點（Y0-Y17）,可擴展2432點

22、數(shù)。3.1.2送料裝車控制系統(tǒng)電動機的選擇電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式分類：三相籠型異步電動機和三相繞線型異步電動機。電動機型號根據(jù)以下幾個方面選擇：1 .功率的選擇要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先考慮電動機的功率需要選擇多大，合理選擇電動機的功率具有重大的經(jīng)濟意義。在本次設(shè)計中運料小車裝滿料重500kg，小車的車輪半徑0.2m,小車與軌道之間的摩擦系數(shù)w=0.1，假設(shè)在啟動階段加速時的加速度為0.3m/s2,則勻速行駛的滾動摩擦力矩T=500kgX9.8X0.1/100=441Nm2 .電動機結(jié)構(gòu)的選擇因為用的是三相交流電源，在交流電動機中，三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維護方便、工作可

23、靠、價格低廉；主要的弊端是調(diào)速困難，功率因數(shù)比較低，啟動性能比較差，由于送料小車要求的機械特性比較硬而且沒有特殊的調(diào)速要求，所以可以采用籠型電動機。3 .結(jié)構(gòu)形式的選擇生產(chǎn)機械的種類繁多，它們的工作環(huán)境也不盡相同。因此，有必要要保證在不同環(huán)境中能安全的可靠運行。電動機常有下列幾種結(jié)構(gòu)型式：(1)開啟式在構(gòu)造上無特殊防護裝置，運用于干燥、無塵場所。通風好。(2)防護式在機殼或端蓋下面有通風罩，以防止雜物掉進去。(3)封閉式封閉式電動機外殼嚴密封閉，電動機靠風扇冷卻,并且在外殼帶有散熱片。使用在灰塵多、潮濕、鹽堿、腐蝕性強的場所。(4)防暴式整個電機嚴密的封閉，多用于礦井中。綜上所述，運料小車所處

24、的環(huán)境而選擇封閉式的電動機。4 .電動機電壓的選擇Y系列的電動機的額定電壓只有380V一個等級。5 .電動機轉(zhuǎn)速的選擇電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。通常情況下轉(zhuǎn)速不低于500r/min,異步電動機通常采用4個極的，則同步轉(zhuǎn)速no=1500r/min的。表3-1運料小車電動機的參數(shù)符號名稱型號規(guī)格臺數(shù)M三相異步電動機Y160M1-2功率7.5kw額定電流21.8A轉(zhuǎn)速2930r/min重量68kg13.1.3送料裝車控制系統(tǒng)步進電動機的選擇步進電動機又稱為脈沖電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉(zhuǎn)動

25、一個角度或前進一步，如圖13所示：步進電動機輸出軸控制電脈沖控制電脈沖I.轉(zhuǎn)角|一脈沖分配器和功效-1II圖13步進電機的功用步進電動機的角位移量0或線位移量s與脈沖數(shù)k成正比，如圖1-4(a)所示；它的轉(zhuǎn)速n,或線速度v與脈沖頻率f成正比，如圖14(b)所示。在負載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化。因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化。步進電動機可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；能夠快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計算機控制。I二-二I3.1.4送料裝車控制系統(tǒng)傳感器的選擇1 .稱重傳感器

26、的選擇重量傳感器又稱稱重傳感器，是將壓力信號轉(zhuǎn)換成電壓或電流控制信號。其輸出格式是標準的控制信號類型：010VDC-1010VDC420mA020mA。有的智能稱重傳感器也能輸出開關(guān)量信號，但是其動作量（檢測到的壓力信號）是可調(diào)的。本次設(shè)計中稱重傳感器選擇CS-20型。2 .霍爾傳感器的選擇本次設(shè)計選用HAL815可編程線性霍爾傳感器，其可用于角度或距離測量。HAL815是一個可編程的霍爾傳感器，內(nèi)置DSP可設(shè)置的比例電壓輸出，具有高精度，多個可編程磁特性存儲在具有冗余和鎖定功能的非易失性存儲器（EEPRQM多種保護功能如：開路（地和電源線突變檢測）、過壓和欠壓檢測，保證了傳感器的高可靠性，可

27、逐個編程或通過選擇拉低輸出腳來編幾個并聯(lián)在相同供電電壓上的傳感器，溫度特性可編程可匹配所有常見的磁性材料?？删幊痰奶匦苑奖懔丝蛻舻脑O(shè)計。1.1.5 送料裝車控制系統(tǒng)變頻器的選擇本次設(shè)計米用日本二菱變頻器：FR500系列通用型FR-E540,其變頻器參數(shù)的確定和設(shè)置表3-3所不參數(shù)名稱設(shè)定值Pr1上限頻率45HzPr2下限頻率5HzPr7加速時間3sPr8減速時間3sPr9電子過電流保護22.6APr13起動頻率5HzPr14適應(yīng)負荷選擇0Pr15點動頻率5HzPr16點動加減速時間1sPr20加減速基準頻率45HzPr79操作模式選擇21.1.6 送料裝車控制系統(tǒng)繼電器的選擇繼電器是一種根據(jù)特

28、定形式的輸入信號而發(fā)生動作的自動控制電器。它與接觸器不同，主要用于反應(yīng)控制信號，具觸點一般接在控制電路中。繼電器的種類有很多，分類的方法也很多，常用的分類方法有：1 .按輸入量的物理性質(zhì)可分為電壓繼電器、電流繼電器、功率繼電器、時間繼電器和溫度繼電器等;2,按動作原理可分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等；3,按動作時間可分為快速繼電器、延時繼電器和一般繼電器；4,按執(zhí)行環(huán)節(jié)作用原理可以分為有觸點繼電器和無觸點繼電器；5,按用途可分為電器控系統(tǒng)用繼電器和電力系統(tǒng)用繼電器。繼電器的主要特性是輸入、輸出特性、繼電器的返回系數(shù)、吸合時間、釋放時間。吸合時間是從線圈接

29、收型號到銜鐵完全吸和時所需要的時間，釋放時間是從線圈失電導(dǎo)銜鐵完全釋放時所需要的時間。一般繼電器的吸合時間與釋放時間為0.050.15s,它的大小會影響繼電器的操作頻率。本次設(shè)計所選擇的繼電器有：時間繼電器JR0,熱繼電器JR16-20/3。1.1.7 送料裝車控制系統(tǒng)接觸器的選擇接觸器是用來接通或者切斷電動機或其他負載主電路的一種控制電器。它通?？煞譃榻涣鹘佑|器和直流接觸器。接觸器的基本參數(shù)有主觸點的額定電流、主觸點的允許切斷電流、觸點數(shù)、線圈電壓、操作頻率、動作時間、機械壽命和電壽命。選用接觸器時通常是交流負載的選擇交流接觸器，直流負載選用直流接觸器，但由于交流負載頻繁動作時可采用直流吸引

30、線圈的接觸器。通常選用的是直流110V、220V,交流220V、380V。直流接觸器斷開時產(chǎn)生的過電壓可達1020倍，故不宜采用高電壓等級（440V的已經(jīng)停止生產(chǎn)）。而電壓太低時，接通此線圈用的繼電器或接觸器的聯(lián)鎖觸點不可靠（如灰塵或由層存在）額定操作頻率是指每小時接通的次數(shù)。交流接觸器最高可達600次每小時；直流接觸器可高達1200次/小時。綜上所述，接觸器的選擇可按下列步驟進行：根據(jù)負載性質(zhì)確定工作任務(wù)類型；并根據(jù)類型確定接觸器系列；根據(jù)負載額定電壓確定接觸器的額定電壓；根據(jù)負載電流確定接觸器的額定電流，并根據(jù)外界實際田間加以修正。本次的設(shè)計中所選用的接觸器型號為：交流接觸器CJ10-20

31、O1.1.8 送料裝車控制系統(tǒng)行程開關(guān)的選擇行程開關(guān)又叫限位開關(guān)，是用于控制機械設(shè)備的行程和限位保護。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先要設(shè)置的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊到行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，就實現(xiàn)了電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運動部件模塊的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕有些類似。行程開關(guān)廣泛應(yīng)用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。本次設(shè)計我選用LX1-11型限位開關(guān)。參數(shù)如

32、表1-6型號溫度范圍額定電壓額定電流LX1-110(C)380(V)10(A)3.2 控制系統(tǒng)的電器元件表M1M2SB1-SB3SB4、SB5QSKM1-KM3三相異步電動機反應(yīng)式步進電機啟動控制按鈕停止控制按鈕組合開關(guān)交流接觸器Y90S-411KW、380V、22.6A、1400r/min36BF013相、額定電壓27V、步距角3度、靜態(tài)電流0.5A、空載啟動頻率1800HzLA-2綠色LA-2紅色HZ10-25/3三極，500V,25ACJ10-40113213K1-K4FR1FR2FU中間繼電器熱繼電器熱繼電器熔斷器J27-445A,線圈電源JR0-40熱元件額定電流流22.6AJR0-

33、40熱元件額定電流電流0.5ARL1-15127V25A,整定電0.64A,整定4111TSQ1-SQ4二相變壓器行程限位開關(guān)NDK380/27VLX1-1114ELHL1-HL4照明燈指示燈JC236V、40WZSD-06.3V黃、紅143.3 自動送料裝車控制系統(tǒng)的主電路圖自動送料裝車控制系統(tǒng)它的主電路圖主要由運料小車主電動機、轉(zhuǎn)向步進電動機、變頻器、組合開關(guān)、三相電源組成。如圖3-3所示:UVW圖3-3自動送料裝車系統(tǒng)的主電路圖根據(jù)設(shè)計的要求選用兩個電動機，三相異步電動機M1是主電動機，反應(yīng)式步進電動機M2為轉(zhuǎn)向電動機。運料小車的運行由電動機M1來控制，電動機M1的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM1K

34、M2來控制，電動機M1由變頻器調(diào)速。對于電動機M1設(shè)置了過載保護（FR1）。步進電動機M2的起停由接觸器KM3來控制，對于電動機M2設(shè)置了過載保護(FR2表3-4輸入指號分配表信號名稱啟動按鈕SB1X0使電動機M1正轉(zhuǎn)運行啟動按鈕SB2X1使電動機M1反轉(zhuǎn)運行啟動按鈕SB3X2使步進電機M痣行停止按鈕SB4X3使電動機M1停止運行停止按鈕SB5X4使步進電機M2停止運行限位開關(guān)SQ1X5對小車進行行程保護限位開關(guān)SQ2X6對小車進行行程保護限位開關(guān)SQ3X7對小車進行行程保護限位開關(guān)SQ4X10對小車進行行程保護稱重傳感器WSX11對小車裝料料重進行檢測霍爾傳感器HSX12對步進電動機轉(zhuǎn)向進行

35、檢測開關(guān)按鈕SX13對照明燈EL進行檢測表輸出信號分配表接觸器KM1Y0使電動機M1正轉(zhuǎn)運行接觸器KM2Y1使電動機M1反轉(zhuǎn)運行接觸器KM3Y2使步進電機M2運行中間繼電器K1Y3對物料1進行檢測中間繼電器K2Y4對物料2進行檢測中間繼電器K3Y5對物料3進行檢測中間繼電器K4Y6對卸料油泵的控制照明燈ELY7對系統(tǒng)進行照明指7K燈HL1Y10對小車裝物料1時的顯示指7K燈HL1Y11對小車裝物料2時的顯示指7K燈HL1Y12對小車裝物料3時的顯示指7K燈HL1Y13對小車裝卸料的顯示FUSB1irriX0SB2一miX1SB3_mX2SB4TX3fSB5e1iX4,I-SQ1產(chǎn)X5SQ2卡X

36、6SQ3卡X7SQ4片X10SX13WS上X11HSX12COMKM1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y13Y11Y13KM2KM3K1K2K3K4EL-H2)HL1THL20HL30HL4COMFU4.1 自動送料裝車系統(tǒng)的總流程圖本次設(shè)計的自動送料裝車系統(tǒng)先對小車軌道進行判斷，然后進入既定軌道開始正轉(zhuǎn)運行，再通過限位開關(guān)使運料小車停車并開始裝料，當小車裝料到位后就開始反轉(zhuǎn)運行，再通過限位開關(guān)使運料小車停車并開始卸料，當卸料結(jié)束后再由步進電機進行小車軌道判斷，又進行下一次的送料裝車過程，如此循環(huán)下去。如圖4-1所示：圖41自動送料裝車系統(tǒng)的總流程圖4.2 自動送料裝車控制系統(tǒng)的功能表圖

37、圖4-2自動送料裝車系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖M8002Y4Y11圖42中M300M1正轉(zhuǎn)變頻調(diào)速；M301:M1正轉(zhuǎn)繼續(xù)減速；M302M1停車并裝料1;M303M1停車并裝料2;M304M1停車并裝料3;M305M1反轉(zhuǎn)變頻調(diào)速；M306M1反轉(zhuǎn)繼續(xù)減速；M307M1停車并卸料；M308卸料完畢M2啟動；M11:稱重傳感器與500kg值比較，若相等則啟動輔助繼電器MHM31:霍爾傳感器與步進電機轉(zhuǎn)向值比較，若相等則啟動輔助繼電器M314.3 自動送料裝車控制系統(tǒng)的軟件分部設(shè)計4.3.1 電動機的起停控制設(shè)計運料小車電動機M1:當按下啟動控制按鈕SB1(X0)時，電動機M1正轉(zhuǎn)運行；當按下啟動控制按鈕SB

38、2(X1)時，電動機M1反轉(zhuǎn)運行；當按下停止控制按鈕SB4(X3)時，電動機M1停止運行。步進電機M2當按下啟動控制按鈕SB3(X2)時，步進電機M2啟動；當按下停止控制按鈕SB5(X4)時，步進電機M2停止運行。運料小車啟?？刂迫鐖D4-3所示：圖4-3運料小車啟?？刂?.3.2 電動機的正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計當電動機上電時或卸料完畢步進電機轉(zhuǎn)向后，運料小車開始正轉(zhuǎn)運行，進行變頻調(diào)速，直到碰到限位開關(guān)SQ1(X5)、SQ2(X6)、SQ3(X7)電動機停止運行，此時小車開始裝料；當小車裝料完畢后開始反轉(zhuǎn)運行，直到碰到限位開關(guān)SQ4(X10)電動機停止運行，此時小車開始卸料。運料小車正反轉(zhuǎn)控制如圖4-4

39、所示：(圖中M31霍爾傳感器的值與步進電機轉(zhuǎn)向值比較若相等則啟動輔助繼電器M3DM300M305M308M300T0M300M301M305M306M305圖4-4運料小車正反轉(zhuǎn)控制4.3.3 變頻調(diào)速控制設(shè)計如表3-3所不本次設(shè)計對運料小車電動機進行了變頻調(diào)速控制，對變頻器的參數(shù)進行設(shè)定。上限頻率45Hz,下限頻率5Hz,加速時間3s,減速時間3s,由PLC設(shè)定的T0定時時間為10s1則電動機的調(diào)速如圖45所示：f/H圖4-5電動機M1的變頻調(diào)速4.3.4 時間控制設(shè)計本次設(shè)計對電動機變頻器調(diào)速設(shè)置了10s的定時時間，在這10s內(nèi)完成運料小車的加速、穩(wěn)速、減速運行。在卸料時也采用了時間控制設(shè)

40、計，卸料時設(shè)置了3s的定時時間，使系統(tǒng)更加方便、簡單，利于控制，使運料系統(tǒng)自動化程度提高。4.3.5 送料小車行程控制設(shè)計本次設(shè)計中，當運料小車變頻調(diào)速后繼續(xù)減速時，會碰到限位開關(guān)來控制運料小車，使小車停止運行并開始裝料或卸料。當小車碰到限位開關(guān)SQ1(X5)時，運料小車開始裝物料1;當小車碰到限位開關(guān)SQ2(X6)時，運料小車開始裝物料2;當小車碰到限位開關(guān)SQ3(X7)時，運料小車開始裝物料3;當小車碰到限位開關(guān)SQ4(X10)時，運料小車開始卸料。4.3.6 系統(tǒng)照明和信號顯示控制設(shè)計其中127V給接觸器KM1KM2KM獅口中間名K電器K1、K2、K3、K4進行供電，36V給EL照明電路

41、供電，6.3V給信號顯示系統(tǒng)供電，如圖4-6所示：M302M303M304M307X13照明和信號顯示系統(tǒng)控制圖4-6當運料小車裝物料1(M302時Jt號燈HL1(Y10)燈(綠色)亮；當運料小車裝物料2(M303時Jt號燈HL2(Y11)燈(橙色)亮；當運料小車裝物料3(M304時Jt號燈HL3(Y12)燈(黃色)亮；當運料小車卸料(M307時，信號燈HL4(Y13)燈(紅色)亮13當開關(guān)S(X13)按下時，照明系統(tǒng)啟動，照明燈EL(Y7)亮。4.3.7 電動機轉(zhuǎn)向控制設(shè)計本次設(shè)計中，運料小車的轉(zhuǎn)向是由步進電機M2控制的，其步距角為3度，啟動頻率為1800H4當運料小車由軌道1進入軌道2時,

42、需轉(zhuǎn)向30度，即霍爾傳感器輸出1V;當運料小車由軌道2進入軌道3時，需轉(zhuǎn)向30度，即霍爾傳感器輸出1V;當運料小車由軌道3進入軌道1時，需轉(zhuǎn)向300度，即霍爾傳感器輸出10V。把霍爾傳感器應(yīng)輸出值賦值到數(shù)據(jù)寄存器D3里。脈沖輸出指令PLSY脈沖頻率為1800Hz，步進電機每一個脈沖，前進一步即轉(zhuǎn)3度，則當需轉(zhuǎn)30度時，則脈沖個數(shù)應(yīng)為K10,當需轉(zhuǎn)300度時，則脈沖個數(shù)應(yīng)為K100O為使程序循環(huán)簡單，不繁瑣，則在先把應(yīng)設(shè)的脈沖個數(shù)寄存到數(shù)據(jù)寄存器D0里。當運料小車碰到限位開關(guān)SQ1時，表示運料小車在軌道1上運行，卸料后將轉(zhuǎn)向軌道2,由軌道1轉(zhuǎn)向軌道2步進電機需轉(zhuǎn)向30度，則此時應(yīng)把K10賦值到數(shù)據(jù)寄存器D0里；當運料小車碰到限位開關(guān)SQ2時，表示運料小車在軌道2上運行