自动送料装车系统

PLC大型设计任务书自动送料撞车系统系别：电气工程系班级：电气1004班姓名：蔡英杰指导老师：前言送料小车控制系统采用了PLC控制，从自动装车送料小车的工艺流程来看，它的控制系统属于自动和手动控制相结合的系统。

传统的运料小车大都是继电器控制，而继电器控制有着接线繁多，故障率高的缺点，且维护维修不易等缺点。

作为目前国内控制市场上的主流控制器，PLC在市场、技术、行业影响等方面有重要作用，利用PLC控制来代替继电器控制已是大势所趋。

在国际上PLC迅速发展的形势下，我国多数PLC厂家还没有拥有自主知识产权，能够参与国际竞争的PLC产品，其中之一就是研发实力不够。

虽然资金投入、生产和质量管理等因素也占有非常大的比重，但对产品的质量起着决定性作用的是研发投入、研发成果产品化以及生产工艺等。

而技术则是贯穿着其中每一个环节，PLC核心技术的开发、产品的后续开发、生产工艺的技术水平是决定产品质量的前提，如何在技术上进一步增强自己的实力，将是国产品牌取得市场竞争优势的关键。

依据得到的样本分析，初步得出正在使用的众多PLC的品牌中，西门子、三菱及omron占据绝对的优势，60%左右的用户使用了这些品牌的PLC产品，而rockwell/ab、ge-fanuc和富士等品牌也占有相当的市场份额。

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。

最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。

接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。

目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。

上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。

此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。

可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台PLC。

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

本设计的任务设计一个PLC控制的自动送料装车系统，系统控制要求如下：初始状态：绿灯（L1）亮，红灯（L2）灭，表示允许汽车开进装料，此时，进料阀门（K1），料斗阀门（K2），电动机（M1，M2，M3）皆为OFF状态。

当汽车到来时，检测开关S3接通（负载板上未设，可从通用器件板选取），红色信号灯L2亮，绿色L1灭，传送带驱动电动机M3运行；2s后，电动机M2运行；再经过2s，M1运行，依次顺序起动送料系统。

电动机M3运行后，进料阀门K1打开料斗进料，料斗装满时，检测开关S1=1，进料阀门K1关闭（设1料斗物料足够装满1车）；料斗出料阀门K2在M1运行及料满（S1=1）后，打开放料，物料通过传送带的传送，装入汽车。

当装满汽车后，称重开关S2动作，料斗出料阀门K2关闭，同时电动机断电停止，2s后M2停止，再过2s，M1停止，L1亮，L2灭，表示汽车可以开走。

控制系统的组成本文设计中的自动送料装车系统由送料小车、轨道、料斗等设备装置组成，来完成对物料的运料、传输、装料的过程。

这类系统的控制需要运行平稳等特性，具有连续可靠的工作能力。

当绿灯L1亮时，表示表示允许汽车进来装料。

此时，进料阀门(K1)，送料阀门(K2)，电动机(M1、M2、M3)皆为OFF状态。

当汽车到来时，车辆检测开关S2接通，红灯L2亮，绿灯L1灭，电动机M3运行，电动机M2在M3接通2秒后运行，电动机M1在M2启动2秒后运行，依次顺序起动整个送料系统。

传送带和一辆运料小车配合，才能稳定有效率地进行自动送料装车过程。

系统示意图如图1-1所示。

图1-1 自动送料装车控制系统示意图1.2 控制系统的元件1.2.1 可编程控制器可编程控制器(Programmable Controller，PC)由于和个人计算机(Personal Computer，PC)混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的简称。

PLC是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC采用了典型的计算机结构,主要由CPU、存储器、采用扫描方式工作的I/O接口电路和电源等组成，PLC 硬件系统如图1-2。

按钮继电器触电行程开关接触器电磁阀指示灯图1-2 PLC 硬件系统结构框图三相异步电动机异步电动机之所以得到如此广泛的应用，是因为和其他电动机相比，具有结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、效率高等一系列优点。

和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，而其价格仅为直流电动机的三分之一。

异步电动机的缺点是不能经济地在较大范围内平滑调速而必须从电网吸收滞后的无功功率，使电网功率因数降低。

不过，由于大多数生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采用其他办法进行补偿。

图1-4 三相异步电动机T = f （s ）曲传感器传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

其中，敏感元件是指传感器中直接感受被测量的部分，转换元件是指传感器能将敏感元件的输出转换为适于传输和测量的电信号部分。

传感器输出信号有很多形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的原理确定。

通常，传感器由敏感元件和转换元件组成。

但是由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或变换为容易传输、处理、记录和显示的形式。

随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调节与转换可以安装在传感器的壳体里或与敏感元件一起集成在同一芯片上。

因此，信号调节与转换电路以及所需电源都应作为传感器的组成部分。

如图1-6所示。

图1-6 传感器组成框图变频调速技术变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。

大家知道，从大范围来分，电动机有直流电动机和交流电动机。

由于直流电动机调速容易实现，性能好，因此，过去生产机械的调速多用直流电动机。

但直流电动机固有的缺点是，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来不少的麻烦。

因此人们希望，让简单可靠价廉的笼式交流电动机也能像直流电动机那样调速。

这样就出现了定子调速、变极调速、转子串电阻调速和串极调速等交流调速方式。

直到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了变频调速技术。

它的出现就以其优异的性能逐步取代其他交流电动机调速方式，乃至直流电动机调速系统，而成为电气传动的中枢。

元器件的选择2.2.1 PLC的选择目前市场上的PLC产品众多，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。

除国产品牌外，国外有：日本的OMRON、MITSUB、ISHI、FUJI、ANASONIC，德国的SIEMENS，韩国的LG等。

一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。

机型的选择具体可以从一下12个方面来考虑：1. 选择自己需要的机种和机型若已有设备（或产品）上已经用了某一种型号的PLC，再要选用PLC开发新的产品，在满足工艺条件的前提下，建议还是选用已经用过的PLC为好，这样就可以做到资源共享。

2. 不要大材小用什么样的规模设计任务就选用什么样的规模的PLC，避免造成太多的硬件资源浪费。

3. 具体的控制对象具体选择根据不同的设计任务，来选择PLC的机型。

4. 选用易采购的机型5. 经常了解PLC产品的发展动态6. 对I/O点的选择要先弄清控制系统的I/O点的总点数，再按实际所需要的总点数的15%~20%留出备用量后确定所需PLC的点数。

7. 对存储容量的选择对用户存储容量只能做粗略的估算。

在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘10字/点+输出总点数×5字/点来估算；计数器/定时器按(3~5)字/个来估算；有运算处理时按(5~10)字/个来估算；在有模拟量I/O出的系统中，可以按每输入（或输出）一路模拟量约需（80~100）字左右的存储量来估算；有通信处理时按每个接口200字以上的数量粗略估算。

8. 对I/O响应时间的选择PLC的I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在2~3个扫描周期）等。

9. 根据输出负载的特点选型根据PLC输出所带的负载是直流型还是交流型、是大电流还是小电流以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出。

10. 对PLC结构形式的选择在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式比模块式价格低。

11. 选择性能相当的机型PLC选型中还有一个重要问题就是性能要相当。

12. 选择新机型由于PLC产品更新换代很快，所以选用相应的新机型很有必要。

在本次设计由于输入量基本是开关量，而对于PLC的开关量输入回路，西门子公司( Siemens) 的S7-200可编程序控制器基本满足设计要求。

2.2.2 电动机的选择电动机按转子结构形式分类：三相笼型异步电动机和三相绕线型异步电动机。

电动机型号根据以下几个方面选择：1. 功率的选择要为某一生产机械选配一台电动机，首先考虑电动机的功率需要选择多大，合理选择电动机的功率具有重大的经济意义。

在本次设计中运料小车装满料重500kg，小车的车轮半径0.2m，小车与轨道之间的摩擦系数μ=0.1，假设在启动阶段加速时的加速度为动摩擦力矩T=500kg×9.8×0.1/100=441Nm。

2. 电动机结构的选择因为用的是三相交流电源，在交流电动机中，三相笼型异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、工作可靠、价格低廉。

主要的弊端是调速困难，功率因数比较低，启动性能比较差，由于送料小车要求的机械特性比较硬而且没有特殊的调速要求，所以可以采用笼型电动机。