（机械电子工程专业论文）电池自动翻转机控制系统的设计.pdf

摘要 摘要 在铅酸电池的生产过程中，一些铁屑等杂质会掉进电池盒里，在注入电解 液前必须清理干净，否则会影响电池的质量和寿命。设计能够自动清洁杂质和 性能可靠新型的电池自动翻转机控制系统，对于提高生产效率、保证产品质量 以及改善工作条件等具有重要的意义。 首先，论文给出了选题的背景及意义，讨论了电池翻转机目前的发展状况和 需要解决的问题，给出了本论文需要完成的主要工作。接着分析了电池自动翻转 机的控制流程、工艺要求和当前各种控制方案，通过分析给出了电池自动翻转机 的总体设计方案。 其次，论文对控制系统特征进行分析，结合电池自动翻转机的控制要求，该 系统以三菱可编程控制器f x 删- 8 0 m r 型基本单元为核心和p w s l 7 6 0 触摸屏作为人机 界面，设计出系统的硬件原理框图。接着设计了系统的气动控制回路和电气控制 回路，并对其中的控制电路进行了较为详细的介绍。 最后，在硬件配置的同时，通过三菱f x 系列编程软件对p l c 程序进行了设计， 实现了自动控制的功能，用h i t e c h _ a d p 3 0 软件设计了人机界面，实现了监控和 设置等功能。最后，用仿真软件三菱g xs i m u l a t o r 6 - c 对系统程序进行了仿真。 本系统为铅酸蓄电池生产线提供了一个切实可行的方案，该系统已应用在铅 酸蓄电池的生产线上，具有性能可靠和生产效率高的特点。系统的构建思想和方 法对于其它自动化系统也有一定的借鉴意义。 关键词：电池翻转机；可编程序控制器；触摸屏 广东工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ep r o d u c t i o np r o c e s so ft h el e a d a c i db a t t e r y , an u m b e ro fi m p u r i t i e ss u c h a si r o nf i l i n g sc a l lf a l li n t ot h eb a t t e r yb o x ，a n dt h e ym u s tb ec l e a r e db e f o r et h e e l e c t r o l y t ei s 蛹e c t e d , o ri tw i l la f f e c tt h eq u a l i t ya n d l i f eo ft h eb a t t e r y i ti sd e s i g n e d t h a tt h ec o n t r o l l i n gs y s t e mo fb a t t e r ya u t o m a t i cu p e n d e r ( b a u ) w h i c hc a nc l e a r i m p u r i t i e sa u t o m a t i c a l l y , a n dw h o s ef u n c t i o ni sr e l i a b l ea n dn e w , i sv e r yi m p o r t a n tt o r a i s ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , c o n t r o lq u a l i t ya n di m p r o v ew o r k i n gc o n d i t i o n s a tf i r 瓯t h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h i ss e l e c t e ds u b j e c ta r ep r e s e n t e d i nt h i sp a p e ra n dt h ep r e s e n td e v e l o p m e n to ft h eb a t t e r yu p e n d e rc o n t r o l l i n gs y s t e m i sd i s c u s s e d a n dt h ep r o b l e mn e e d e dt ob es o l v e d ，a n dt h em a i nw o r kn e e d e dt ob e c o m p l e t e da r ep r o p o s e d i nt h ep a p e r t h e nt h ec o n t r o l l i n gp r o c e s s ，t e c h n o l o g y r e q u i r e m e n t so ft h eb a u a n dt h ev a r i o u sc o n t r o ls c h e m e si nt h eb a u c o n t r o l l i n g s y s t e ma r ea n a l y z e di n t h i sp a p e r , t h e nt h eo v e r a l ld e s i g no ft h eb a uc o n t r o l l i n g s y s t e ma r ep r e s e n t e d t h es e c o n d ，t h i sp a p e rm a k e sa na n a l y s i so nt h ef e a t u r e so ft h ec o n t r o l l i n g s y s t e m ，c o m b i n i n gw i t hc o n t r o l l i n gr e q u i r e m e n t so fb a u ，a n dd e s i g nt h eh a r d w a r e s c h e m a t i c so ft h ec o n t r o l l i n gs y s t e m a n dam o r ed e t a i l e di n t r o d u c t i o nt ot h e i n t e r f a c ec i r c u i ti sg i v e na n dt h ed e s i g np r i n c i p l ea n de x p a n s i o na b i l i t ya r e i n t r o d u c e db r i e f l y b a s e do nm i t s u b i s h ip l cf x 2 n 一8 0 m r , a n du s i n gp w s17 6 0 t o u c h i n g s c r e e n sa sm a n - m a c h i n ei n t e r f a c e ，p n e u m a t i cc o n t r o l l i n gl o o pa n d e l e c t r i c a lc o n t r o lc i r c u i ti sd e s i g n e d t h et h i r d ，w h e nh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o ni sb e i n gd o n e ，p l cp r o g r a m m i n gi s p u tu pt or e a l i z et h ef u n c t i o nt h a tp r o d u c t i o nl i n e ，t h e nm a n - m a c h i n ei n t e r f a c ei s d e s i g n e dw i t hh i t e c h a d p 3 0s o f t w a r e ，w h i c hr e a l i z et h ef u n c t i o no fm o n i t o r , d y n a m i ca d j u s t m e n to fp a r a m e t e r f i n a l l y , t h es y s t e mp r o c e d u r e si ss i m u l a t e dw i t h m i t s u b i s h ig xs i m u l a t o r 6 cs o f t w a r e t h i sp a p e rp r o v i d e sa na p p l i c a b l ep r o d u c t i o nl i n eo fl e a d a c i db a t t e r i e s ，i th a s s o m ea d v a n t a g e ss u c ha sr e l i a b l e ，h i 曲一p r o d u c f i 啊何i th a sb e e n u s e di np r o d u c t i o n l i n eo fl e a d a c i db a t t e r i e s t h ei d e aa n dm e t h o do ft h i ss y s t e mh a ss o m er e f e r e n c e a b s t r a c t t ot h eo t h e ra u t o m a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：b a t t e r yu p e n d e r ；p l c ；t o u c h i n gs c r e e n i i i 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人 在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 不包含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的， 论文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签字 论文作者签字：q 叶协秒 曙年f f 月；o 日 5 3 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 1 铅酸蓄电池产业发展趋势 ( 1 ) 铅酸蓄电池产业与产品结构现状 1 8 5 9 年普兰特发明铅酸蓄电池至今已有百余年的历史，铅酸蓄电池是目前世 界上广泛使用的一种化学电源，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围 广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大和用 途最广的一种电池，在整个电池行业中占有很大的比重，大约在6 5 以上【1 1 。 由于看好中国蓄电池市场的巨大潜力，以及发达国家对蓄电池行业的限制政 策，促使了像大力神蓄电池、汤浅蓄电池、松下蓄电池等全球主要蓄电池厂商近 年来纷纷在中国投资设厂，促进了国内铅酸蓄电池行业持续稳定的发展，中国铅 酸蓄电池产量超过世界蓄电池总产量的1 3 ，成为世界蓄电池主要生产地。据国 家统计局统计数据，2 0 0 5 年，铅酸蓄电池总产量达6 6 4 5 万千伏安时，销售额3 5 0 亿元左右。近五年来，我国铅酸蓄电池出口量快速增长，仅2 0 0 5 年，铅酸蓄电池 出口额就达到了8 2 亿美元，比2 0 0 4 年增长4 0 。出口量、出口额分别以4 0 年和 3 5 年的速度递增u 。 ( 2 ) 铅酸蓄电池产品与产业在国民经济中的作用与地位 铅酸蓄电池广泛应用于国防、航空、通讯、交通、电力、铁路、矿山、港口 和科研等国民经济各个领域，是社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产 品。在未来几十年里，依然会在市场中占主导地位，在近期国家产业发展中仍将 占主流地位。目前，其原有主要应用领域如汽车用、摩托车用、备用电源用等在 大幅增长，而且也在新的应用领域如电动助力车用、游览车用等得以发展，并不 断扩大使用领域，满足了高科技如：u p s 、电力、通信等设备用电源的需要嘲。 铅酸蓄电池在一定时期将仍然是重要的动力之源，必将继续有力地与其它重 大行业一起支持国民经济的发展，为国民经济的发展做贡献，并随着国民经济的 发展而发展。 2 铅酸蓄电池的生产工艺 铅酸蓄电池主要由电池槽、电池盖、正负极板、稀硫酸电解液、隔板及附件 广东工业大学工学硕士学位论文 构成。制造工艺简述如下”。 铅粉制造：将1 撑电解铅用铅粉机通过氧化筛选制成符合要求的铅粉。 板栅铸造：将铅锑合金、铅钙合金或其他合金铅，通常用重力铸造的方式铸 造成符合要求的不同类型各种板栅。 极板制造：用铅粉、稀硫酸及添加剂混合后，涂抹于板栅表面再进行干燥固 化即是生极板。 极板化成：正、负极板在直流电的作用下，与稀硫酸的氧化还原反应产生氧 化铅，再通过清洗和干燥即可用于电池装配所用正负极板。 装配电池：将不同型号不同片数的极板根据不同的需要，组装成各种不同类 型的蓄电池。 1 2 电池翻转机的现状 由于专业局限，有关电池翻转机的资料比较少。现有青岛泰域科技发展有限 公司制造的b r m 一6 2 电池翻转机，可用于重量和体积较大的胶封电池的翻转。已 有的电池翻转机产品，存在以下几个问题。 1 装置不能实现完全自动化，需要人工手动配合，降低了生产效率： 2 没有人机界面，工作人员很难监控生产过程； 3 功能单一，只是简单完成电池的翻转。 由于现有的电池翻转机类型比较少，并且有以上的一些问题，因此，设计性 能可靠、可实现自动控制、能自动清洁电池盒以及人机交互性能较好的新型电池 自动翻转机具有很高的应用价值和很大的经济效益。 1 3 论文的课题背景及意义 铅酸蓄电池的组装工艺流程是：焊极群一插隔板一装槽一装电池盖一端子焊 接一注入电解液【8 1 。在焊接极群这道工序中，焊接时会产生一些铁屑等杂质掉进 电池盒里面，在装电池盖和注入电解液前必须清理干净，否则会影响电池的质量 和寿命。目前在国内外的生产企业中，这一生产工序仍然主要是依靠手工完成， 即在焊好极板后，通过手工用吸尘器来吸铁屑及杂质，这种手工方法存在以下缺 点。 2 第一章绪论 1 手工清洁制约生产线的效率； 2 若电池较大较重时，单靠一人无法完成，必须靠两人或多人协作共同完 成，这样增加劳动力，导致生产成本加大； 3 靠手工翻转电池盒的工作量较大，容易出现生产事故或损坏电池； 4 手工清洁会存在因疏忽没有完全清洁干净，导致电池的质量受到影响， 无法保证产品的合格率。 随着生产自动化程度的提高，生产的每个环节都应采用自动控制，故针对上 述电池生产工序，本文设计“电池自动翻转机”，使用p l c 作为控制器解决上述 手工翻转的缺点。 电池自动翻转机是成本投入低、生产效率高和经济效益好的产品，在蓬勃发 展的国内铅酸蓄电池行业中，市场很大，而且p l c 控制系统开发周期短、应用见 效快以及程序维护方便。 1 4 本论文的主要工作 论文研究的主要内容。 1 分析电池翻转机的现状和发展，提出研制电池自动翻转机控制系统的目 的和意义。 2 研究适用电池自动翻转机控制系统的总体方案。 3 研究电池自动翻转机的硬件控制系统。对可编程控制器、驱动电机和气 动元件等器件进行选型；分配i o 端口和绘制接线图。 4 设计电池自动翻转机控制系统的软件和编写人机界面。 5 电池自动翻转机控制系统的调试分析和评价。 1 5 本章小结 本章给出了选题的背景及意义，讨论了目前电池翻转机的发展状况及需要解 决的问题，给出了本论文需要完成的主要工作。 3 广东i 业大学i 学硕学位论文 第二章电池自动翻转机控制系统总体方案 21 电池自动翻转机 21 1 电池自动翻转机的组成 电池自动翻转机主要由以下部件构成：三相异步电动机、探路气缸、大气 缸、光电传感器、滚道、滚道夹、电池挡板气缸、铁箱、铁箱左右夹气缸、铁 箱前后央气缸、铁箱翻转气缸、电池压气缸、电池定位挡板、中盖定位气缸。 电池自动翻转机的机械结构如图2 1 所示。 图2 - 1 电池自动翻转机的机械结构囤 f i g2 1t h e c h a r to f m e c h a n i c a ls t r u c t u r eo f m e b a t t e r y a u t o m a t i c u p e n d e r 1 三相异步电动机用于带动滚道运动； 2 探路汽缸1 用于封盖前，检测电池盖和电池是否准确对位： 3 大气缸用于运送铅酸蓄电池到达铁箱位置： 4 探路汽缸2 用于封盖前，检测电池盖和电池是否准确对位； 5 该光电传感器用于检测第一个铅酸蓄电池已经进到指定位置，电池拦截 第二章电池自动翻转机控制系统总体方案 气缸伸出； 6 该光电传感器用于检测第二个铅酸蓄电池已经进到指定位置，滚道夹夹 紧第二个蓄电池； 7 滚道用于输送铅酸蓄电池到达指定位置，开机后滚道一直在工作； 8 滚道夹用于输送过程中夹紧铅酸蓄电池，防止后面电池继续向前运动； 9 电池拦截气缸用于控制蓄电池进入翻转机构的时间； 10 铁箱左右夹气缸用于左右夹紧蓄电池，防止蓄电池在翻转时脱落； 1 1 铁箱翻转气缸、齿轮和齿条构成的翻转机构用于将夹紧电池的铁箱翻转 1 8 0 0 角； 1 2 电池压气缸用于压紧电池盖； 1 3 铁箱用于固定蓄电池的位置，便于翻转； 1 4 电池定位挡用于准确定位蓄电池到达指定位置； 1 5 铁箱前后夹气缸用于前后夹紧蓄电池，防止蓄电池在翻转时脱落； 1 6 中盖定位气缸用于将电池盖往上托举一点高度，避免电池盖随着滚道 滚动而偏离位置。 2 1 2 电池自动翻转机的工作原理 电池自动翻转机的基本工作原理如下。 1 电池自动翻转机启动后，三相异步电动机l 带动滚道7 连续运动； 2 滚道7 带动已经完成上一道工序的铅酸蓄电池前进，当电池经过第一对 光电传感器5 时，电池拦截气缸9 伸出，挡住电池继续前行；当电池经过第二 对光电传感器6 时，滚道夹8 夹紧后面第二个电池，后面的电池暂停前行( 因 为滚道一直在运转，后面的电池会随着滚道前行) ，延时3 秒后，电池拦截气缸 9 收回，电池定位挡板1 4 完全伸出，电池进入预定位置，电池拦截气缸9 再次 伸出，等待下一个电池的到来； 3 电池进入预定位置后，延时3 秒后，大气缸3 上升，托举电池到铁箱 1 3 处，当大气缸3 上升到上限时，铁箱左右夹气缸1 0 夹紧和前后夹气缸1 5 夹 紧，大气缸3 下降； 4 大气缸3 下降到下限时，铁箱1 3 翻转气缸推动齿条和齿轮，使铁箱顺 5 广东工业大学工学硕士学位论文 时针翻转1 8 0 。角，从而达到清洁因焊接极板时留在电池盒里面的杂质； 5 铁箱1 3 翻转到极限时，中盖定位气缸1 6 推动托板上升，将电池盖往上 托举一点高度，电池定位挡板1 4 后缩； 6 电池定位挡板1 4 后缩到极限，探路汽缸2 和探路汽缸4 上升，确定电 池盖和电池准确对位后，中盖定位气缸1 6 下降，大气缸3 上升，探路汽缸4 下 降，铁箱左右夹紧气缸1 0 、前后夹紧气缸1 5 松开，电池压气缸1 2 下降拍打电 池两下，电池盖压紧； 7 电池盖压紧后，大气缸3 下降，电池随着滚道前行送出翻转机进入下一 工序，铁箱回转1 8 0 。角，等待下一个电池的进入。 2 2 控制系统总体方案 机电一体化系统的性能在很大程度上决定于控制系统。为了实现各种复杂的 控制任务，重点是从系统工程的角度出发，研究如何设计控制器并合理选择执行 元件、检测元件、导向与支承元件和传动机构等，并由此组成合适的控制系统， 使整个系统达到最优化阳，。 2 2 1 控制系统方案 1 控制系统方案 本系统，需要控制各个气缸协调运动才能完成电池翻转的任务。控制系统 核心控制器需要提供合适的控制信号，使各气缸协调运动，完成整个动作。系 统具有手动控制和自动控制两种工作方式，自动工作方式为设备开始运行以后 整个系统按照设定的程序周期运转；手动控制工作方式为通过手动按钮单独控 制其中任意一步运行。 针对上述功能要求，提出以下三种控制方案。 方案一采用多单片机系统。由于需要设定的控制信息比较多，因此系统采 用双单片机构架。其中一个单片机作为主控制器，主要完成输入输出设备的集 中控制功能；另一个单片机作为系统的人机交互界面，完成显示和输入功能， 两个单片机进行串行通信。 方案二采用工业计算机控制系统，用组态软件编写人机界面。 6 第二章电池自动翻转机控制系统总体方案 方案三采用以p l c 为控制器的系统。解决p l c 应用系统的人机交互界面 有以下两个方法。 方法一采用p c 机为上位机，用v b 或v c 制作控制界面，实现对p l c 的 操作和监控。 方法二运用可编程终端( p r o g r a m m a b l et e r m i m a l ) ，简称p t ，它是新一代高 科技图形化人机界面产品，有触摸屏和可编程功能键两种产品。 2 各方案分析 方案一为典型的单片机控制系统。单片机具有结构简单、扩展方便、成本 低廉等优点，一般用于数据采集和仪器仪表控制。与p l c 相比，单片机更擅长 于数据采集和数据处理，通用性和适应性较强。由于本次系统设计需要考虑现 场设备与主机的连接，接口的扩展、输入输出信号的处理、接口工作方式和驱 动能力等，所以除了要设计控制程序，用单片机实现自动控制，还需要在输入 输出接口上做大量工作，需要在外围做很多软件和硬件方面的工作。考虑到程 序设计较为复杂，以及以后系统改正增加功能的开发成本和周期都会增加，一 旦单片机系统出现故障，很难诊断出故障元件。因此，本次系统设计不考虑多 单片机系统。 方案二为工业计算机控制系统。工业控制计算机是利用了个人计算机的 p c i 总线和p c 1 0 4 总线、采用功能板卡扩展控制i o 点来实现控制的一种方便 的控制设备，具有性能可靠、软件丰富和价格低廉等优点n ”。由于本系统设计 需要考虑现场设备与主机的连接数量较大，接口的扩展较多，增加一个功能就 要重新设计对应的程序，而工控机的编程相对比较复杂，这样对于开发周期会 增加；一旦工控机系统出现故障，很难诊断出故障元件，会增加维修周期，而 且非专业人员不能维修。因此，本次系统设计不考虑工业计算机控制系统。 方案三为p l c 控制系统。可编程程序控制器( 简称p l c ) 以其可靠性高、抗 干扰强和开发周期短而广泛应用于工业生产与控制的各个领域中，特别是擅长 于开关量和顺序控制。考虑到本系统的控制主要是顺序控制，以及工作在粉尘 和酸性腐蚀等恶劣的环境；以后系统增加一个功能只要增加相应的模块和修正 对应的程序，编程相对比较简单，开发周期较短，安装简单、调试方便和维护 工作量小；采用触摸式操作终端，人机界面详尽的操作指南，降低了对操作人 7 广东工业大学工学硕士学位论文 员的要求，一般工人也能很快掌握。因此，本次系统设计采用p l c 控制系统。 该方案需要解决一个问题：人机交互界面如何设计? 上述各设计方案评价如下。 方法一作为一种设备产品，使用不方便。采用p c 机作为人机交互界面， 虽然可发挥p c 机强大的数据处理优势来增强系统的信息处理能力，但用v b 或v c 制作控制界面，编程较为复杂些。 方法二的人机界面友好，控制简单，安装在显示屏前端的输入设备，一些 机械按键完全可以用触摸屏取代。 综上所述，本系统采用p l c 为控制器，用触摸屏作为人机交互界面。 2 2 2 控制系统总体设计方案 控制系统总体结构如图2 - 2 所示。 图2 2 控制系统结构图 f i g 2 - 2s k e t c hm a po fc o n t r o l l i n gs y s t e m 控制系统以p l c 为核心，包括传感器检测系统、输入控制按钮电路、触摸 屏、电磁阀控制气缸电路、电机、系统运行提示及报警电路。 2 3 本章小结 本章介绍了电池自动翻转机的结构组成和工作原理，根据需求分析了三种 控制方案，本文提出“p l c + 触摸屏”方式作为电池自动翻转机控制系统的总体 设计方案。 第三章电池自动翻转机硬件控制系统设计 第三章电池自动翻转机硬件控制系统设计 3 1 电池自动翻转机的工作流程分析 电池自动翻转机的工作流程如图3 - 1 所示。 电池自动翻转机的工作步骤 1 铅酸蓄电池处于初始位置，按自动方式启动按钮后，控制系统发送信号 给三相异步电动机，电机启动，带动滚道上的铅酸蓄电池前行； 2 电池定位挡板伸出，确定电池行进的位置； 3 当滚道两端完全夹紧，并且电池定位挡板完全伸出时，确定电池到位， 电池挡板收回； 4 当光电传感器感应到电池到达指定位置时，铅酸蓄电池进入指定的位置， 同时滚道两端松开，大气缸上升，托举电池到铁箱处； 5 当大气缸完全上升到极限时，铁箱左右夹紧，左右松开，铁箱前后夹紧， 铁箱左右夹紧；当完全夹紧时，大气缸下降； 6 大气缸下降到指定位置后，铁箱翻转1 8 0 。角，清洁焊接极板的杂质； 7 中盖定位托板上升；电池探路汽缸上升，对铅酸蓄电池进行封盖； 8 延时1 0 秒后，中盖定位托板下降；大气缸上升，电池探路汽缸下降； 铁箱左右松开；铁箱前后夹松开； 9 延时1 秒后，电池压紧；同时启动定时器定时1 秒，定时时间到，大气 缸下降，铁箱回转1 8 0 。角，等待下一个铅酸蓄电池的进入。 3 2 可编程控制器的选型 3 2 1 可编程序控制器的工作原理 p l c 采用循环( 巡回) 扫描工作方式，而中大型p l c 还增加了中断工作方 式。将程序设计、调试后，下载到p l c 的存贮器中，并将现场的输入信号和被 驱动的执行元件相应地接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上，然后用 p l c 的控制开关使其处于运行工作方式，p l c 就以循环扫描工作方式进行工作。 9 广东工业大学工学硕士学位论文 异始 上 机器处于原位置 l l r l 完成回转 电池定位挡板伸出 i j i 到i 铁竿转l l 滚道掌紧忆 到达下限tl o 王”硷兀寻 延时 大气缸下降 ll 电池拦登气缸收回l 传感器厦 + 。 铁箱松开 电池压紧电池拦我气缸伸出 j 铁箱前后夹松开 滚道两端松开 士鲁扣茎嵌 l l l t1 l i 大气缸上升 铁箱左右夹松开i 到达上雕 t 到汰卜陧 电池探路气缸下降 铁箱左右夹紧 到达紧雕 j 到达下限 气警_ 升 i i 铁箱左右松开 l 到达开网 丁 到i 盘上限 中盖定位托板下降 l 铁箱前后夹紧 l 到达紧同 + t 到汝摊阻l 电池探路气缸上升 i ii 铁箱左右夹紧 l 到达紧网 到达推限l 1 - i + 电池定位挡板后缩大气缸下降 到达下同 到扶l 限、完成翻转干 i “ ij l 中薷市位托板卜升 铁箱翻转 手动 +l 图3 1 电池自动翻转机的工作流程图 f i g 3 - 1w o r kf l o wc h a r to f b a t t e r ya u t o m a t i cu p e n d e r l o 第三章电池自动翻转机硬件控制系统设计 在输入信号、用户程序的控制下，产生相应的输出信号，完成预期的控制任务。 p l c 典型的循环顺序扫描工作过程如图所示。从扫描过程中的某个过程开始， 顺序扫描后又回到该过程成为一个扫描周期，进行一个扫描周期所需的时间称 为一个扫描周期时间。 n 采集现场信号 j 执行用户程序 j 输出服务 超时? 机 显示 停机 y 出错显示 图3 2p l c 循环顺序扫描工作流程图 f i g 3 - 2f l o wc h a r tb yc i r c u l a r l yo r d i n a ls c a no fp l c 3 2 2p l 0 机型的选择 1 p l _ c 结构 p l c 分为整体式、模块式和叠装式。整体式每一i 0 点的平均价格比模块 式便宜，模块式和叠装式可编程控制器的功能扩展方便灵活，i 0 点数的多少、 输入点数与输出点数的比例、i 0 模块的种类和块数等的选择，比整体式可编 程控制器灵活得多m “。 2 p l c 输入输出点数 根据电池自动翻转机的控制要求，输入输出及控制信号共有7 8 个，其中 广东工业大学工学硕士学位论文 输入信号5 4 个，输出信号2 4 个，系统的输入都为小型开关控制量，加上1 0 一1 5 的余量。 3 p l c 存储器容量 p l c 存储器容量的计算，对于仅有开关量输入输出信号的控制系统，存储 容量( 字节) = 开关量i 0 点数( 1 0 1 5 ) ，就是所需p l c 存储器的存储容量( 单 位为b y t e ) n 羽。本系统共有7 8 个输入输出点，则需要的内存大概在1 k 步左右。 4 开关量输出 p l c 输出有继电器型、晶体管型和双向可控硅型三种n 朝。 继电器型输出的触点工作电压范围广，导通电压较小，承受瞬间过电压和 过电流的能力较强，每一点的输出容量较大( 可达2 a ) ，在同一时间内对导通的 输出点个数没有限制，但动作速度较慢，寿命( 动作次数) 有一定的限制。 晶体管型与双向可控硅型输出分别用于直流负载和交流负载，它们的可靠 性高，反应速度快，寿命长，但是过载能力稍差，每一点的输出容量只有0 5 a ， 四点同时输出的总容量不得超过2 a 。 电池自动翻转机控制对象对p l c 输出点的动作速度要求不高，继电器型输 出的动作速度完全能够满足要求，且每一点的输出容量较大，在同一时间内对 导通的输出点个数没有限制，所以，本系统选用继电器型的输出。 本系统没有模拟量检测和控制的特殊任务，不需要特殊的控制模块，经过 分析和比较各厂家各型号的p l c 选用日本三菱公司生产的f x 洲- 8 0 m r 型基本单 元、f x 删- 8 e x 型输入扩展模块和台湾h i t e c h 公司生产的p w s l 7 6 0 型触摸屏，完 全能够满足上述要求，且性价比较高。其主要技术性能指标如下：该p l c 为整 体式结构，继电器型输出，其输入点数为4 0 点，输出点数为4 0 点，用户存储 器容量5 k b ，输入电压为a c 2 2 0 v ，f x 删- 8 e x 输入模块的输入点数为8 点，输入 电压由基本模块提供d c 2 2 v m 嘲。 3 3 电池自动翻转机控制系统的i o 端口分配 3 3 1 系统i o 分配 1 对p l c 输入元件分配的要求 1 2 ( 1 ) 按类分配，即同一类输入元件应尽量分配在具有连续编号的一组输入 点上。 ( 2 ) 操作类元件在前，检测类元件在后，即将前者集中分配在p l c 编号较 小的输入点上，将后者集中分配在p l c 编号较大的输入点上。 按上述要求分配p l c 输入元件，便于对p l c 输入元件的查找和阅读理解。 2 对p i _ c 输出元件分配的要求 ( 1 ) 按类分配，即同一类输出元件应尽量分配在具有连续编号的一组输出 点上。 ( 2 ) 按单机分配，即同一个单机的同一类元件尽量集中分配在一起，并按 先通电动作的元件在前，后通电动作的元件在后的原则进行分配。 按上述要求分配p l c 输出元件，便于对p l c 输出元件的查找和阅读理解。 据此，将电池自动翻转机控制系统中p l c 的所有输出元件分配到p l c 的各个输 出点上。 3 电池自动翻转机的i o 分配表 本控制系统设计输入5 4 点，输出2 4 点，i 0 分配表如表3 - 1 和表3 - 2 所 示。 表3 1 输入分配表 t a b3 1c h a r to fi n p u ta d d r e s sa s s i g n 序输入输入器输入点定义序输入输入器输入点定义 号 占 件 号点 件 1x 0 0 0s b 0 0 0 紧急停止 2 8x 0 3 3 s q - 0 3 3 电池拦截气缸伸出限 2x o o ls b 0 0 1 自动控制 2 9x 0 3 4 s q - 0 3 4 电池拦截气缸缩回限 3 x 0 0 2s b 一0 0 2 手动控制3 0 x 0 3 5 s q - 0 3 5 电池定位挡板伸出限 4 x 0 0 3 s b 0 0 3自动启动3 1x 0 3 6s q - 0 3 6电池定位挡板缩回限 5x 0 0 4s b 0 0 4 机器复位 3 2x 0 3 7 s q - 0 3 7铁箱左右夹紧限 6 x 0 0 5s b 0 0 5 滚道两端夹紧 3 3x 0 4 0 s q - 0 4 0铁箱左右夹紧开限 7 x 0 0 6s b 0 0 6滚道两端松开 3 4 x 0 4 1 s q - 0 4 1 电池出限 8x 0 0 7 s b 一0 0 7 电池拦截气缸伸出3 5 x 0 4 2 s q - 0 4 2大气缸上限 9x 0 1 0s b 0 1 0电池拦截气缸缩回3 6x 0 4 3 s q - 0 4 3 大气缸下限 1 0x 0 1 1s b 0 1 l 电池定位挡板伸出 3 7x 0 4 4s q - 0 4 4中盖定位托板上限 1 1x 0 1 2s b 0 1 2 电池定位挡板缩回 3 8x 0 4 5 s q - 0 4 5中盖定位托板下限 1 2 x 0 1 3s b 0 1 3 大气缸上升3 9 x 0 4 6 s q - 0 4 6探路气缸上限 1 3 x 0 1 4s b 一0 1 4 大气缸下降4 0 x 0 4 7s l 0 4 7 探路气缸下限 1 4x 0 1 5s b 0 1 5 铁箱左右夹紧 4 1x 0 5 0s q - o s o电气压紧限 1 5x 0 1 6s b 0 1 6 铁箱左右松开 4 2x 0 5 1 s q - 0 5 1电气压松限 1 6x 0 1 7 s b 0 1 7 铁箱前后夹紧4 3 x 0 5 2 s q - 0 5 2铁箱翻转限 1 3 1 7x 0 2 0s b 0 2 0铁箱前后松开4 4 x 0 5 3 s q - 0 5 3铁箱回转限 1 8x 0 2 1s b 0 2 1铁箱翻转4 5x 0 5 4 s q 一0 5 4 铁箱前后夹紧开限 1 9x 0 2 2s b 0 2 2 铁箱回转 4 6x 0 5 5 s q - 0 5 5铁箱前后夹紧紧限 2 0x 0 2 3 s b 0 2 3 中盖定位托板上升4 7x 0 5 6 s l 0 5 6 电池感应器 2 1x 0 2 4s b 0 2 4 中盖定位托板下降 4 8x 0 5 7 s q - 0 5 7电池到位行程开关 2 2x 0 2 5s b 0 2 5 探路气缸上升4 9x 0 6 0 s b 0 6 0 电机启动 2 3x 0 2 6s b 一0 2 6 探路气缸下降5 0 x 0 6 1s b 0 6 1 电机停止 2 4x 0 2 7 s b 0 2 7 电池压上升5 1 x 0 6 2 s b 0 6 2电机过载 2 5x 0 3 0s b 0 3 0电池压下降5 2x 0 6 3s b 0 6 3 报警复位 2 6x 0 3 l s q 一0 3 1滚道两端松限 5 3x 0 6 4s b 一0 6 4 动作按钮 2 7x 0 3 2 s q 一0 3 2 滚道两端紧限5 4 x 0 6 5s l 一0 6 5 进电池传感器 表3 - 2 输出分配表 t a b3 - 2c h a r to fo u t p u ta d d r e s sa s s i g n 序输出输出器输出点定义序输出输出器输出点定义 号点件号 占 件 1y 0 0 0h l 0 0 0 原位置指示 1 3y 0 1 4y v - 0 1 4 铁箱左右松开 2y 0 0 1h l 0 0 1自动指示1 4y 0 1 5y v - 0 1 5铁箱前后夹紧 3y 0 0 2h l 0 0 2手动指示1 5y 0 1 6y v 二0 1 6铁箱前后松开 4y 0 0 3y v 二0 0 3 滚道两端夹紧 1 6y 0 1 7y v - 0 1 7 铁箱翻转 5 y 0 0 4 ，弘0 0 4 滚道两端松开 1 7y 0 2 0w - 0 2 0 铁箱回转 6 y 0 0 5 厂弘0 0 5电池拦截气缸伸出1 8y 0 2 1y v 二0 2 l中盖定位托板上升 7y 0 0 6，弘0 0 6 电池拦截气缸收回 1 9y 0 2 2y 弘0 2 2 中盖定位托板下降 8y 0 0 7y v 二0 0 7 电池定位挡板伸出 2 0y 0 2 3，弘0 2 3 电池探路气缸上升 9y 0 1 0w - 0 1 0 电池定位挡板后缩 2 1y 0 2 4r 弘0 2 4 电池探路气缸下降 1 0y 0 1 1w - 0 1 1大气缸上升2 2y 0 2 5w - 0 2 5电池压紧 1 1y 0 1 2，弘0 1 2 大气缸下降 2 3y 0 2 6m s 一0 2 6滚道电机启动 1 2y 0 1 3y v 二0 1 3 铁箱左右夹紧 2 4y 0 2 7h a 0 2 7 蜂鸣器 3 3 2 输入输出分配表 根据分配好的输入分配表和输出分配表，绘制i o 连接图，本控制系统的 i o 分配图如图3 - 3 和图3 - 4 所示。 基本模块f x 。n - 8 0 m r 的输入电压为交流电2 2 0 v ，输入扩展模块f x z 。- s e x 由 基本模块内部进行供电，输入端接按钮开关、限位开关、传感器，输出端接指 示灯、报警器、电动机起动器、电磁阀。 1 4 第三章电池自动翻转机硬件控制系统设计 nr s t 0 5 jl 一i -c 叫l ? 号吖 ，l c 口h 1 y 0 0 0 鼍臼苎指示 ”。o o oe 弓 一 y 0 0 0 自动指示札一0 0 1 ，。、 。 一 y 1 ny 0 0 1 u y o o 己手动指示舡一0 0 2o 、 2 4 + y 0 0 2 口 y 0 0 3 壤道两夹景 y v - 0 0 3i - i c ，h y 0 0 3 u c o h 己 2 4 + c 口h 己 y 0 0 4 蕞遁两墙橙开y 、毗n c 口h y 0 0 4 个t h 栅 曩童停止 x 0 0 0 x 0 0 0 y 5 电治拦叠气缸伸出 w o 惦t n j 1 v y 0 0 5 ：s _ 岫自动盎1 t 0 0 6 电池拦蕾气缸收回1 一d 爿 _ x 0 0 1y d 0 6 ：ps | - 2 手动。x 0 0 2 y 0 0 7电池定位挡板伸出 y v 0 0 7 爿 _ x 0 0 2 y 0 0 7 ：ps _ 一啪自动启动ax 0 0 3c o h 3 u _ x 0 0 3 c d m 3 1 s _ 一o 机器复位一 x 0 0 4 y 0 1 d 电地定俺挡板后鳙 y v - 0 1 0 几 w x 0 0 4 y 0 1 0 。】 t - m s 渡道两螭爽紧虑5 y 0 1 1大气缸上升 y y - 0 11n i _ 1 、掣 x 0 0 5 y 0 1 i ps a o 惦滚道两端松开一x 0 0 6y o i 己大气缸下降 ”- 0 1 2 爿 x 0 0 5 y 0 1 2 y 0 1 3 帙箱左右夹鬟y v - 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