供水管道管片模具搬运小车控制系统设计【优秀毕业课程设计】
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供水管道管片模具搬运小车控制系统设计【优秀毕业课程设计】,供水,管道,管片,模具,搬运,小车,控制系统,设计,优秀,优良,毕业,课程设计
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中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计任务书 系 名： 机械工程系 专 业 ： 机械设计制造及自动化 学 生 姓 名： 赵虹 学 号： 12020143 计 题 目 ： 供水管道管片模具搬运小车 控制系统设计 起 迄 日 期 : 2016 年 2 月 29 日 2016 年 6 月 5 日 指 导 教 师 : 曾志强 系 主 任 : 暴建岗 发任务书日期 :2016 年 2 月 29 日 毕 业 设 计 任 务 书 1毕业设计的任务和要求： 解管道管片模具搬运小车的作用及加工使用要求； 计自动搬运工作方案； 设计的搬运小车控制系统要求工作可靠，使用维修方便，成本低； 动化程度高，能够实现所有动作（包括运行控制、换轨控制、举升控制等）。 2毕业设计的具体工作内容： 定自动搬运小车工作原理； 成小车整个控制系统的整体搭建，选定控制方法，元件； 成控制系统原理图的绘制； 成控制程序的编制； 成程序的验证； 计必须达到的基本要求：起顶能力需要达到 7 吨。 毕 业 设 计 任 务 书 3对毕业设计成果的要求： 提交毕业设计开题报告和说明书各一份； 提供液压系统原理图和布局图； 所设计控制系统的控制原理图及相关程序； 提交相关内容的外文翻译一份。 4毕业设计工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2016 年 2 月 29 日 3 月 26 日 3 月 27 日 5 月 28 日 5 月 29 日 6 月 5 日 资料收集、方案设计、开题报告撰写； 结构设计、控制系统设计、毕业设计说明书撰写； 资料整理、打印、论文提交、评阅、答辩。 学生所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 原 创 性 声 明 本人郑重声明：所呈交的毕业设计说明书 /毕业论文，是本人在指导教师的指导 下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本文不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 作者签名： 日期： 使 用 授 权 声 明 本人完全了解中北大学信息商务学院有关保管、使用 毕业设计说明书 /毕业论文 的规定，其中包括： 学院有权保管、并向有关部门送交毕业设计说明书 /毕业论文 的原件与复印件； 学院可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存毕业设计说 明书 /毕业论文； 学院可允许毕业设计说明书 /毕业论文被查阅或借阅； 学院可以 学术交流为目的，复制赠送和交换毕业设计说明书 /毕业论文； 学院可以公布毕业 设计说明书 /毕业论文的全部或部分内容。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： of a C to a dc to ac In as an C to in to of I a an in dq I A of is of a to an in to a of on is to of of in of to in a PC is it a of To a PC In is a as an of of PC in of In we an PC We to PC by PC a a In a is a of is in of of of In we to by of of We a it of in it us in of to an a is PC in it C is it is a a be in in is of it to at or it on a is as I II is V. an I. of A an C is to be of in be by of of we s on we of k is k , k , k of WM of In we at k + k + k = 1.5 a A to a PC it , be in of 1 , 2 , 3 , 4 on . To in to be on be as is as a of on an of be is of of a , c . is to it a by of of In of is n we an on be to in we to is no is is or is no is be by of to k it to to he of in , . by a a 7 2 To of PC it PC of PC 74 to a of . of PC a to 20 20 it be is an C is as to by of to of to on of at on a or a I. of a 0 mH 0 is is s. It be on to a of it is by It be is is to 三相逆变器输出 波器有效的隐式模型预测控制 三相逆变器通常用于能量从一个直流源转移到一个交流负载。应用在不间断电源和变频驱动器 ,三相逆变器常用的 波器输出为正弦电压提供低谐波失真。 在本文中提出了几个控制器来控制三相逆变器。磁滞和比例积分 (制器常用的三相逆变器的电压调节。传统静止帧 制器不实现零稳态误差一个正弦参考 ,和增加的错误与参考信号频率的增加。同步 标系 制器和比例谐振调节器实现零稳态误差 ,但不能处理约束条件。滞环控制器方法的一个缺点是可变开关频率 ,可减少由于提高变换器的效率转换损失。其他控制方案包括赖账的控制和线性二次调节器 (等 )控制。赖账的控制器已经广泛用于控制逆变器 ,和整流器。等方面提供了良好的动态性能。然而 ,没有上述控制器可以系统地处理限制峰值滤波器电流所需保证逆变器的保护组件。 模型预测控制 (广泛应用于电力电子由于其灵活性 ,包括约束的控制方案。然而 , 模型预测控制的一个主要缺点是 ,它需要大量的在线计算。减少计算需求 ,称为明确提出了模型预测控制的变体。在明确的模型预测控制 ,使用多参数优化问题是解决离线编程。多参数编程产生一个查找表 ,提供最优控制行动的显函数。这种方法减少了在线计算的数量。然而 ,显式模型预测控制不能直接占实时变化模型 ,及其计算复杂度成倍增加的状态数和约束。在本文中 ,我们提出一个隐式的 决了在线优化问题 ,计算需求低于明确模型预测控制。 我们已经能够实现计算需求低于显式 过使用隐式 一个定制的有效集方法单步预测地平线。在有效 集方法 ,一个工作集 ,这是一组潜在积极约束 ,维护和更新的每个迭代算法。有效集方法的计算复杂性呈指数级增长的总数量限制。在该方案中 ,我们已经能够这种计算需求相结合的一些约束 ,从而减少的总数限制。我们也使用一个单步预测地平线。虽然减少数量的计算隐式和显式 我们的例子中 ,它进一步帮助我们减少数量的限制导致了一种有效的优化算法。而单步地平线在 般并不常见 ,三相逆变器的原因 ,它的工作原理与 不需要很长的预测地平线。出于这个原因 ,单步预测地平线功率变换器在其他应用程序中也可 以看到。减少了计算需求是感兴趣的 ,因为它允许控制器工作在更高的频率或交替它允许在更便宜的硬件上实现。 本文组织如下。第二部分处理变换器建模。第三部分描述我们的问题公式化。该方案将在第四部分讨论。模拟结果归纳负荷提出了部分 五部分比较了计算需求所提出的控制方案和明确的政策委员会。 三相逆变器的输出 波器产生正弦电压。负载被认为是未知的和平衡的。每条腿的逆变器有两个开关在互补工作的模式。逆变器有八个不同的开关状态可以表示为三个二进制开关信号 ,每个逆变器的腿 ,一个声明下面而不是开关信号。利用状态空间平均和离散化 ,我们获得以下取样时间 散时间状态空间模型基于上述开关信号 ,我们可以找到以下逆变器的连续时间状态空间模型 :指数 k 是采样时间 ,和 da,k,db,k 和直流 ,k 是各自的逆变器的脉宽调制信号的占空比腿。在获得上述离散时间模型 ,我们也使用在任何瞬间 , k + db,k +dc,k = 衡负载。 二次成本函数来调节输出电压一个单步预测范围 。然而 ,它使用 ,成本函数可以表示的 1,2,3,和 4 常系数取决于和 L 和 c 的值 ,以避免大电流 ,从而导致输出电 压峰值和损坏组件 ,电感电流必须是有界的。电感电流的约束可以表示为电流和电压的定义。输出电流被当作一个障碍 ,因为它依赖一个未知的负载。建模中可以找到的细节。 模型是非线性的 ,因为开关信号的离散特性 人 ,常是采用了状态平均技术用 似模型利用逆变器的每条腿的责任周期。 在每个迭代中活跃的设置方法、拉格朗日乘数法是计算和更新工作集。 n 我们的例子中 ,我们只有两个约束条件 ,即。 ,一个上界和下界的工作周期。此外 ,这两个约束也是互补的。 ,下界和上界约束约束不能同时活跃。因此 ,为了避免计算参与更新 管用 ,我们建议计算所有可能的工作集的成本和选择成本最低的工作周期是可行的。有三种可能的工作集 :没有约束是活跃的 ,活跃的上界或下界是活跃的。 当没有约束是活跃的 ,最优工作周期可以计算使用成本函数的导数 表达为da,k 和等同为零 ,计算的数量参与提 出 的控制 方法 ,即算法 1,该 算法所需的集总单步预测 范围 和单相乘 以 27 并且 添加 22。 计算的显式计算 制器 ,它是实现优化问题使用 具盒。明确 参数 编程产生 274 区域 ,导致一个二叉搜索树的深度等于 9。计算显式 围 和单相变成乘 120 和添加 120。 比较计算需求 ,它可以观察到 ,该算法 控制效率 大 于 5 倍显式的 相器的输出 波器。该方案是计算有效而明确的 方案减少了计算负载利用逆变器的结构模型和约束。模拟表明 ,该算法执行调节逆变器的输出电压限制滤波器电流和工作周期。控制器的计算需求的减少可能会帮助操作在更高的频率 ,更便宜的硬件上实现 ,或它们之间的权衡。 该方案使用仿真软件模拟给出的参数 证实， 输出电流估计使用观察者。提出了一系列隐式控制器的性能感应电阻负载 10 20。负载 反应时间 为 s。可以看出 ,控制器提供了所需的 输出电压 ,同时 对应 限制工作周期和电感电流。最初 ,滤波电容器试图吸引大量的电流 ;但是 ,它是制约控制器。可以指出 ,由于状态空间平均使用 ,而忽略了交换行为 ,过滤器目前预计略有违反约束。 of a of to of is of is to a of by of of a to a on of of is is of is up is in of an in As of of of is 0% of is in a is in is of is an to of on of is Ho a on a of 2% 9%. ao an to of by is be or is to in it as or to is a be to or It is in To on of an is of of A to on et of by a to on of in it a of in on of in a an by an of of a of on in of in a to is a a is of is in on of of of of is is as of is to of of in in of in of a on OC of of is in in of to be to 1. of be to 2. of It of is by to is is in . of 1: 2: 3: or 4: 5: 6: 7: 8: 9: 10, 12: 11: 13: 14: e, m, l, of on 1. e . is by of is by in as a in 2. e in is to 3. e . is by in of in It be f e ne of a is of In to of be is by e = c1 k1 k2 c1 is a . of engin 中 北 大 学 信 息 商 务 学 院 毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 赵虹 学 号： 12020143 名 ： 机械工程系 专 业 ： 机械设计制造及自动化 设 计 题 目 ： 供水管道管片模具搬运小车 控制系统 设计 指 导 教 师 : 曾志强 2016 年 3 月 21 日 毕 业 设 计 开 题 报 告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1 研究背景与意义 究背景 在山西的某供水项目中，祁县东山的 20 多公里的自来水输送是通过开掘隧道来完成的。隧道开掘采用盾构机（ 元，美国设计的，长 380 多米）完成。但是由于隧道是为了输送水体的，因此需要对开掘的岩体进行全程的管路铺设，以避免水体泄露。目前，隧道管路铺设采用水泥预制件来实现。在盾构机掘进的过程中，其中有一道工序能够实现自动铺设（管道直径 4 米，四块预制件可以合成一个完整的圆）。 究意义 通过构建模具搬运小车系统，培养设计并实现自动控制系统的能力。智能作为现代的新发明，它可以按照预先设定的模式 自动的运行，不需要人的参与。自动小车就是其中的一个体现，本系统就是以小车自动搬运为目的进行研究的 。自动小车主要实现小车的自动循迹及卸物功能。这样的小车自动化程度高，易维护，降低产品损伤，安全性能好，成本较低，有较小的场地要求，美观方便。 2 国内外研究现状 及分析 搬运车作为物流搬运中的主力军，其作用 不容忽视。实 现 空间的移动活动 叫物流 ， 其中 垂直移动称为堆高（堆垛）物流，平行移动称为搬运物流，这两个物流活动是物流活动中最常见的物流，还有装卸物流，这些物流过程均离不开搬运车的参与。搬运车的价值正日益凸显，搬运车 主要功能是完成搬运物流活动。 搬运车发展历史，经历 3 代发展，搬运车发展正在向第四代发展。第一代搬运车为手动搬运车 ,其特点是自动化、智能化程度不高，但它为人工搬运向机械化搬运转化做出了巨大的贡献，时至今日，它在搬运车市场仍然具备一定的市场份额；第二代搬运车是以内燃叉车为代表的内燃搬运车，具备较高的自动化，内燃叉车以发动机为动力，动力强劲，缺点是有废气排放污染环境，效能较低，有害人类健康，不适合食品行业使用；第三代搬运车是以电动叉车为代表的 全电动搬运车 ,其自动化程度和内燃叉车相当，但它是节能环 保理念推动的 动力 技术更新，使用的是电池动力，电动搬运车具备节能、无废气排放 、 噪音小等优点，是食品行业的最佳选择，由于其节能的突出优点，被搬运车行业认为是未来最有潜力的叉车之一，但目前遇到了发展瓶颈，由于其受电瓶容量的限制，功率小，作业时间短。 传统搬运方式 ， 一般采用人工及半人工搬运方式 ， 这种方法通常会造成人员设备投资高、利用率低下。因此 ， 我们需要设计一种能够实现自动寻迹、自动搬运货物的搬运车 ,从而对传统搬运方式的智能化和现代化程度进行改善和提升 ， 进而实现降低生产成本的目的。 第四代搬运车发展是以自动无人搬运车 （ 无人搬运车 (为现代柔性制造系统中的关键设备 ，是当今柔性制造系统 (自动化仓储系统中物流运输的有效手段，现代的自动无人搬运车是由计算机控制，多数的 于对 作业过程进行优化，发出搬运指令，跟踪传送中的构件以及控制 路线，无人搬运车的引导方 式主要有电磁感应引导、激光引导和磁铁陀螺引导等方式，可以给无人搬运车编程序输入引导搬运车完成搬运工作，是一种智能化比较高的搬运车。 智能化 搬运系统的开发 ， 可编程序控制器 (到了广泛应用，而且 已在工业生产过程的自动控制中得到了广泛的应用。它是以微处理器为核心 ,综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的自动控制装置 ,它具有结构简单、易于编程、性能优越、可靠性高、灵活通用和使用方便等一系列优点 ；液压 技术也是实现工业自动化的重要手段 ,并且已广泛地应用于各工业部门 ， 在机械产品自动化、工业自动化及企业技术改造方面占有重要的地位。 搬运车主要由发动机总成、防爆抗污染系统、液压系统、承载动力源的前机架、行走系统、 电控 系统、承载液压支架、 提升机构 组成 。 3 文献综述 液压技术作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段，液压技术在国民经济各领域得到了广泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电液一体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。 为了保证设备运行的可靠与安全，需要有许多辅助电气设备为之服务，能够实现某项 控制功能 ，即 控制回路或二次回路。这些设备要有以下 功能： (1)自动控制功能 ： 高压和大电流开关设备的体积是很大的，一般都采用操作系统来控制分、合闸，特别是当设备出了故障时，需要开关自动切断电路，要有一套自动控制的电气操作设备，对供电设备进行自动控制。 (2)保护功能 ： 电气设备与线路在运行过程中会发生故障，电流 (或电压 )会超过设备与线路允许工作的范围与限度，这就需要一套检测这些故障信号并对设备和线路进行自动调整 (断开、切换等 )的保护设备。 (3)监视功能 ：设备能够正常工作至关重要， 设备是否带电 ，关系到设备控制逻辑正常运转 ，从外表看 设备带电否 无法分辨，这 就需要设置各种视听信号，如灯光和音响等，对设备进行电气监视。 (4)测量功能 ： 灯光和音响信号只能定性地表明设备的工作状态 (有电或断电 )，如果想定量地知道电气设备的工作情况，还需要有各种仪表测量设备，测量线路的各种参数，如电压、电流、频率和功率的大小等。 在设备操作与监视当中，传统的操作组件、控制电器、仪表和信号等设备大多可被电脑控制系统及电子组件所取代，但在小型设备和就地局部控制的电路中仍有一定的应用范围。这也都是电路实现微机自动化控制的基础。常用的控制线路的基本回路由以下几部分组成 ： (1)电源供电回 路 ： 供电回路的供电电源有 220V 等多种。 (2)保护回路 ： 保护 (辅助 )回路的工作电源有单相 220、 36V 或直流 220、 24V 等多种，对电气设备和线路进行短路、过载和失压等各种保护，由熔断器、热继电器、失压线圈、整流组件和稳压组件等保护组件组成。 (3)信号回路 ： 能及时反映或显示设备和线路正常与非正常工作状态信息的回路，如不同颜色的信号灯，不同声响的音响设备等。 (4)自动与手动回路 ： 电气设备为了提高工作效率，一般都设有自动环节，但在安装、调试及紧急事故的处理中，控制线路中 还需要设置手动环节，通过组合开关或转换开关等实现自动与手动方式的转换。 (5)制动停车回路 ： 切断电路的供电电源，并采取某些制动措施，使电动机迅速停车的控制环节，如能耗制动、电源反接制动，反接制动和再生发电制动等。 (6)自锁及 互 锁回路 ： 启动按钮松开后，线路保持通电，电气设备能继续工作的电气 环节叫自锁环节，如接触器的动合触点串联在线圈电路中。两台或两台以上的电气装置和组件，为了保证设备运行的安全与可靠，只能一台通电启动，另一台不能通电启动的保护环节，叫 互 锁环节。如两个接触器的动断触点分别串联在对方线圈电路 中。 参考文献 ： 1杨秀茹 北京：机械工业出版社， 2015 2张宏友 M连理工大学出版社， 2009 2 3马宪亭 M学工业出版社， 2009 4李国强 . 控制液压系统生产工艺配方技术 控制液压系类资料 M学工业出版社， 2002 5柳玉龙 煤矿机械， 2010， 31（ 7）， 206王明普 . 支架搬运车的设计 2005, 4: 217张梅美 硕士学位论文 北林业大学 , 2013 8 胡彬 . 面向柔性制造系统的无人搬运车控制器研究 上海 ： 上海交通 大学 , 2012 9王得胜，韩红彪 北京： 电子 工业出版社， 2011 10 张兵，韩霞 用 电子 工业出版社， 2015 11王得胜，韩红彪 北京： 电子 工业出版社， 2011 12纪青松，唐莹著 . 术与应用（三菱机型） 项目教程 电子 工业出版社， 2013 13杨后川 用 100 例 电子 工业出版社， 2011 14常同立 北京： 清华大学 出版社， 2014 15张利平 . 液压控制系统及设计 化学 工业出版社， 2006 16张彤，张文涛，张瓒 . 气设计实例入门 京航空航天大学出版社， 2014 17 2015,74:175 18,of 015,81(92123 毕 业 设 计 开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 本设计要根据工厂现场实际的工作空间，在搬运车机械运动机构的基础上进行液压系统及控制电路的设计，搬运车在重载的情况下，如果应用电机来进行驱动运 行，将会对动力电源的供电方式有特殊的要求，如果小车的动力电机直接通过供电电缆来供电，在运动过程中会有将电缆拉断或碾压的可能，存在一定的安全隐患。 搬运车要求实现自动控制运行，所以要有工作可靠、性能优良的 行控制，并且在小车或现场出现故障的时候能够迅速将搬运车立即停止运行，搬运车在运动转向停止时，由于其重量大，不可能立即停止，这样在硬件电路设计和程序编程时都要注意到这些细节，所以在编程设计上有一定的经验要求，并且搬运车运行前要进行调试改良然后再投入运行。 根据以上总结的注意事项和问题，为了保证安全可靠的 控制系统的设计，前期要对控制电路进行严格的设计和审核，选择质量可靠、寿命较长的电气控制元器件，在机械部分设计完成后，要很好的将机械部分和电气控制逻辑结合起来，达到将控制和机械完美结合，现提出以下设计步骤： 据现场的实际条件选择合适的动力电机，然后将小车的控制主电路进行设计校验，然后根据电路要求，选择控制元器件，即选型，根据小车要完成的动作，和小车的行走路线，选择合适的控制 考虑 点数够用； 据搬运过程中小车工作台的抬高、降低，以及小车运行方向的转换要求，设 计好液压控制系统； 步完成机电液控制系统的总体设计，熟悉电路图的相关元器件的表示方法，熟悉液压控制系统中控制原理图的绘制。 格按照电路设计标准绘制控制系统电路。 型的基础上，根据实际控制点数的要求，设计 序控制系统，并考虑控制逻辑的要求。 过 供水管道管片模具搬运小车控制系统 的 设计 ，完成设计说明书的撰写， 总结设计过程中遇到的问题，并把解决针对性的问题的方式方法进行详细阐述。完成电路图和液压控制图的绘制，以及控制程序 的编写。 毕 业 设 计 开 题 报 告 指导教师意见 ： 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主任： 年 月 日 液压缸共有两组，其中换向液压系统四个缸联通，为了实现，换向时四个轮同时 到达运行轨道，其中工作台面液压系统，四个缸联通实现的工作平面平行移动。 变频器选择单相220V，所以选择的变频器型号是功率为3机为单相异步电机，电机厂型号： 中北大学信息商务学院 毕业设计说明书 供水管道管片模具搬运小车 控制系统设计 学生姓名： 赵 虹 学号： 12020143系 别： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导老师： 曾志强 职称： 副教授 2016年 6 月 2 日 中北大学信息商务学院 2016 级毕业设计说明书 I 水管道管片模具搬运小车控制系统设计 摘要： 搬运车作为物料搬运车中的主力军，其作用不容被忽视。本次设计是在早期的机械部分的设计基础上， 现在做相关的电气控制系统的任务以实现供水管道管片模具搬运小车的各种装卸货、转换向、搬运等任务。 本次设计的供水管道管片模具搬运小车控制系统，是以三菱的 搬运小车的整个运动过程进行控制，控制中的运动系统有：液压控制系统、电机拖动系统、换向系统。 小车主要能够实现沿着纵、横向轨道的移动，从而实现把水泥预制件模具及其附属装备进行转送。小车行走动力通过行走轮接通轨道上加载的35V 交流电，经变压器升压到 220V 后供电机使用。系统共计使用 3 个电机，分别是两个方向的行走电机（交流变频调速电机） 和液压泵使用的电机。纵向行走时横向部分通过 4 个液压缸提起与轨道脱开，横向行走时这 4个液压缸把横向行走系统往下推，整个车身上台，从而使纵向行走系统脱离轨道，以防止行走时发生干涉。当小车纵向行走把填充好的模具送到养护炉前后，最上面的矩形平台在4个液压缸的推动下上举至最高处，横向行走系统下推，同时平台液压缸上顶，横向行走系统工作，把模具送入养护炉内，平台下行，模具由炉内固定结构支撑，小车行走到炉外。 本次设计 可以设计出实现进行手动和自动操作功能的搬运小车，工人可以通过控制器对其进行控制，整个系统也可以完成自动控制 ，并且可以调整小车的运行速度，并且液压控制系统可以通过改变速度，然后改变方向和工作台面的运行速度。 关键词 ： 搬运小车； 变频调速 ；液压控制系统 ；电气控制系统 中北大学信息商务学院 2016 级毕业设计说明书 as in be is on of of my of on 64 s to to of so as to on 5 v 20 v of of in of ac of so in to of by on to on at a by 中北大学信息商务学院 2016 级毕业设计说明书 he be of to be by of of 64 - of of 北大学信息商务学院 2016 级毕业设计说明书 录 摘要 . I . 录 . . 1 2 可编程器简介 . 2 . 3 - . 4 . 5 央处理单元 (. 6 储器 . 6 入 /输出模块 . 7 展模块 . 7 程器 . 7 . 8 . 8 件功能 . 9 程软件 . 9 3. 搬运小 车控制系统设计总方案 . 13 . 13 . 14 . 15 . 15 . 15 . 16 . 17 中北大学信息商务学院 2016 级毕业设计说明书 V 设计 . 19 压系统简介 . 19 运小车液压系统设计 . 19 . 22 编程控制器的选 型 . 22 . 22 . 24 . 24 硬件连接图 . 25 控制系统的 I/O 地址分配 . 27 论 . 29 . 29 . 29 参考文献 . 32 致 谢 . 32 附 录 A . 33 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 1 为了给山西省某供水工程设计一个自动搬运车，在早期的机械部分的设计基础之上，现在做相关的电气控制系统的任务，要完 成小车的装货、搬运、卸货的整个任务，在此过程中，小车要在车间完成换向转弯的任务，这就需要根据实际需要设计一台专用的处理以提高运输效率的搬运小车，以达到缩短工程周期的目的。 搬运车是物流搬运车中的主要使用工具，其作用不应被忽视。能够实现空间移动的活动叫做物流 ，其中垂直移动称之为 堆高物流，也叫堆垛物流， 平行移动称为搬运物流。 堆高物流和 搬运物流都是物流活动中最常见的物流，以及装卸物流，这些物流过程都离不开搬运小车的参与。搬运车的价值越来越高，搬运车的主要功能是完成运输的物流活动。 回看搬运小车的整个发展历史，已经 经历了三代的发展变迁 ，搬运车现在正在向第四代快速发展起来。第一代搬运小车是手动搬运车，它的特点是其自动化以及智能化程度不是很高，但它却为人工搬运到机械化搬运的转化做出了很大的贡献，直到今天，它在搬运车的市场上仍占据很大比重的市场份额；第二代搬运车是内燃烧叉车高自动化，动力很大，但有尾气会排放出去，会严重污染环境和人体健康，所以不能用于食品行业。第三代的搬运小车是全电动搬运车，自动化程度高，用电池供电，所以有节能、 无污染、 噪音低等优点，所以可以在食品行业中使用，因为它有节能的功效，所以是未来普遍会使用的叉车之 一，但在目前的发展仍受到了局限，因为它的电池容量是有限的、功率也比较小、作业的时间就比较地短。 传统的搬运方法，通常采用人工和半人工搬运方式，然而这种方法通常会导致较高的投资和人员和设备的利用率低下。因此，我们必须要设计一种能实现自动跟踪寻迹、自动搬运货物的搬运车，这对传统的搬运方式的现代化和智能化程度进行了改善和提高，从而达到降低生产成本的目的 2。 第四代发展的搬运车是以自动无人搬运车 (无人搬运车（ 为现代柔性制造系统中的关键设 备，是当下柔性制造系统 (和自动化仓储系统在物流运输的有效手段，现代的自动无人搬运车中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 2 是由计算机控制，大多数的 布有系统集中控制和管理计算机，用于对 工作过程进行优化，并发出搬运指令，跟踪传输中的构件，以及控制 人搬运、自动引导的车主要有电磁感应引导、 激光引导和磁铁陀螺等方式去引导，可以输入编程程序给无人搬运车，以此来引导搬运车来完成搬运工作，这是一种高智能化的搬运车。 发展智能化搬运系统的实现，使得可编程序逻辑控制器 (已被广泛应用，并已被 广泛应用于工业生产过程的自动控制中。搬运车主要由发动机 装配、行走系统、液压系统、 源的前机架、承载液压支架等组成。 本次设计的供水管道管片模具搬运小车控制系统，以三菱的 搬运小车的运动进行控制，控制中的运动系统有：电机拖动系统、液压系 统、换向系统。 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 3 2 可编程器简介 编程控制器的产生 可编程序控制器控制装置诞生 1870年代 ，是集微处理器，输入接口，输出，储存器，和中断于一体的设备，主要应用于机械制造、 冶金、 化工、 能源、 运输和其 他行业。不论是单个或多个机器控制，流水线线控制还是过程控制，均可以采用可编程控制器，而且可编程序控制器的推广和普及对提高我国工业自动化生产和生产效率具有非常重大的意义和作用。 可编程 器 (也可称 控制器(是一微 器为核心的 自动控 用装置，是计算 族的一名成员，简称 了与个人 简称 混淆通常将可编程 器称为 继电器 接触器控制系统对 可编程序控制器的出现与 有着很大的影响， 其优点有： 操作简单、直观的电路、维修方便、简单的结构、低廉的价格。这种电磁开关是用一个弱电信号去控制强电信号。对工作模式固定，简单的要求的情况下很实用，目前仍有着广泛的用途。 对市场来说，继电器 接触器控制是很难满足的其要求的， 司美国通用汽车公司最先把这一问题提交上去。通用汽车 (司为了适应变化，不断地翻新汽车型号，以满足用户对产品多样性的需求，公开招标，要求创建一种新型的工业控制装置，而不是传统的 继电器 接触器控制模型。新设备性能的要求被称为 （ 1） 方便，现场可修 ； （ 2） 方便，采用模块化 ； （ 3） 性高于继电器控制 ； （ 4） 小于继电器控制 ； （ 5） 可直接送入管理计 ； （ 6） 可与继电器控制装置 ； （ 7） 可以是交流 ； （ 8） 输出为 115V， 2直 电磁阀，接触器等； 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 4 (9)在 时，原系统只要很 更； (10) 程序存储器容量至少能扩 。 可编程控制器比继电 的控制 的地方是，它的逻 制的功能 算机功能灵活性较好、通用性能很 程序代替硬接 且具有计算 活、通用性能强等突出优 且用程序代替硬接线，降低了重新设计，重新接线的繁琐工作，而且此种控制器是用自然语言进行编程 用计 高级语言是非常容易被 人员掌握的梯形图语言 对于那些不 计算机的人 很方便地去操作使 过这种方式，工作员 必花 力和时间在编程 要集中精力思考怎 操作，去发 装置地功能就可以 输入、输出电平与市电接口，市控制系统就可 易地 地方运行。所以，可编程控制器广泛 各工业领域。 现的时间不长，可是由于微处理器的逐步发展，数据通信技术在不断地进步，进而一 个大型的、超大规模的集成电路也不断的随之出现，所以 11。在九十年代以后，几乎所有的工业控制领域都被 占领。曾有位外国专家预测，在工业自动化的三大支柱（机器人、 ， 在我国，开始使用 八零年代初，目前我国使用到的 由日本欧姆龙（ 司 菱公司 系列等引进的。 制器系统 2个输入控制点，有 32个输出控制点，并能进行模拟量和数字量模块的扩展，前端有数据通讯电缆，进行程序的下载和设备调试，同时还可以进行设备通讯扩展，与上位机进行通信联网组态，如图 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 5 图 2基本结构 质 是一种专 门 用于工业控制计算机 中 ， 其 硬件结构基本上与微型计算机 相同 ，中央处理单元 (如下图 2 图 2件结构 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 6 央处理单元 (中央处理单元 ( 。 统程序的功能 从编程 用户程序和数据；检查 I/O、存储 以及警戒定时 并能诊 用户程 语法错误。当 操作时，首先扫描接收每个输入设备的状态和数据，并将其分别存入 I/O 映象区，然后从用户程 逐条读取用 细的命令解释指令执行规 算数运算结果送入 I/O 数据寄存器内。等所有用 行完毕之后，最后将 I/O 映象区各输出状态 寄存器内数据传送到相 ，如此循环运行，直到停止运行。 储器 1、 （ 1） 这是一种 (随机存储器 )，其访问速度最快，由锂电池支持。 （ 2） 是一种 除只读存储器。关闭电源的情况下，所有 存储的内容保持不变。连续暴露在阳 线下可擦除存储器内容 )。 （ 3） 这是一种电可 程只读存储器。 使用编程器就能 改存储的内容。 2、 种类不同 相应的最大寻址空间是各不相同，根据 对应的存储空间通常有以下三种不同的区域： （ 1）用户 （ 2）系统 （ 3）系统 （包括 I/） 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 7 系统程序存储区 ：系统程序存储区中 统程序。包括监控 、命令解释程序、功能子 序等。由制造厂商将其固化 户不 取。它和硬件一起决定了该 。 系统 区：系统 储区包括 I/O 映象区以 备，如：逻辑线 寄存器；计时 数器；变址寄存器；累 存储器 。 用户 区 ：主要用来 的应用程序。所谓用户 使用户根据工程 过程和工艺要求编写的控制程序。 者通过编程器输 的 贮器中，以便于用户随时修 户程序存放在 入 /输出模块 输入 /输出模块是可编程序控制器与工业生产 的接口。现场的输入 开关，行程开关、 开关以及传感 关量或模拟 、压力、电 流、温度）等，都要通过输入模块送到 编程控制器有多种输入 /输出模块，其类型有 输入 /输出模块和模拟量输入 /输出模块。数字量输出有 三种方式。模拟量输入 /输出模块主要用来实现 之间的转换，即 A/。 展模块 系统之所以要进行扩展，是因为一个 心单元的 ，而扩展接口的作用就是 的。 本次设计应用个的是三菱的模拟量扩展模块 模块具有 的输出通道，输出通道接收数字信号，并将其转换成等价的模拟量的输出， 是12位。通过对 压的控制进而改变对变频器的控制，随之变频器的 就在 0到 100 程器 它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。在此次设计中使用的是三菱 程软件，同时实现控制程序的编制、调试、下载。编程器一般分为专用编程器和个人计算机两类。由于专用编程器只能对相应 016 级毕 业设计说明书 8 生产厂家的产品编程，使用范围有限，价格也比较高。因此，现在的趋势是使用个人计算机为基础的编程装置。 基本工作原理 从 可知， 能控制系统与 制系统在结构上基本相同，所不同的是 （用户程序）来实现，而继电器 来实现。 的工作方式，在每个循环周期中采样所有的输入信号，并执行一系列操作。 就是 扫描循环工作过程，一个循环扫描周期主要可分为 3个阶段， 。其整个工作过程可分为 、 、 、 和输出刷新五个阶段。如图 2 的扫描工作过程。 图 2扫描工作过程 主 要应用 经过 20多年的工业运行， 的应用范围大致包括以下几个方面： （ 1）逻辑控制 （ 2）定时控制 （ 3）计数控制 （ 4）步进（顺序）控制 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 9 （ 5） （ 6）数据处理 （ 7）通信和联网 （ 8） 用于各种特殊控制的要求，例如：定位控制模块， 块等。 列 件功能 1. 数据类型 数据类型 列 数据类型可以是字符串、 布尔型（ 0 或 1）、整数型和实数型（浮点数）。布尔型数据指字节型无符号整数；整数型数包括 16位符号整数（ 32位符号整数（ 2. 编程元件 （ 1） 输入映像寄存器 X（输入继电器） （ 2） 变量存储器 D （ 3） 内部标志位存储器（中间继电器） M （ 4） 输 出 映像寄存器 Y （ 5） 定时器 T （ 6） 计数器 C 列 程软件 编程软件 的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。在此次设计中使用的是三菱 时实现控制程序的编制、调 试、下载。 三菱 编程软件，如图 2用于 Q、 全系列可编程控制器。支持允许梯形图、指令表、 言程序设计， ，可进行程序的线上更改、 及调试，具有 序功能。 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 10 图 2件工作界面 能够用各种方法和可编程控制器 接 : (1)经由串行通讯口（ 2）经由 85通信接口（ 3）经由 0圆孔插口 (4)计算机插板 (5)还 可以用日本 用的 讯协议 (6)经由以太网口。 有特别的调试功能，由于运用了梯形图逻辑测试功能。本次的程序设计中应用了该软件的调试功能，程序调试过程中用到了，软元件的监视功能，以及虚拟设备，将编辑好的逻辑控制程序，虚拟下载到软件的功能模块中，则软件会进入虚拟 ，然后通过监视软元件的数据，并且根据程序控制的需要，将对应的软元件置位，或者设定对应寄存器中的数值参数，如图 2 2 2 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 11 图 2序装载到虚拟 图 2元件测试登录 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 12 图 2元件状态设置 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 13 3. 搬运小车控制系统设计总方案 运小车控制逻辑 搬运小车的设计要求：小车行走动力通过行走轮接通轨道上加载的 35V 交流电，经变压器升压到 220统共计使用 3个电机，分别是两个方向的行走电机（交流变频调速电机）和液压泵使用的电机。纵向行走时横向部分通过 4 个液压缸提起与轨道脱开，横向行走时这 4 个液压缸把横向行走系统往下推，整个车身上台（约 70从而使纵向行走系统脱离轨道，以防止行走时发生干涉。当小车纵向行走把填充好的模具送到养护炉前后，最上面的矩形平台在 4 个液压缸的推动下上举至最高处，横向行走系统下推，同时平台液压缸上顶（约 50横 向行走系统工作，把模具送入养护炉内，平台下行，模具由炉内固定结构支撑，小车行走到炉外。 根据设计要求的功能，现设计小车的控制逻辑路线图，如图 3制逻辑。 图 3制逻辑路线图 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 14 制方式 供水管道管片模具搬运小车控制系统要有手动和自动控制的切换功能，在手动模式下，工人可以通过遥控器进行控制，在自动模式下，搬运小车在得到模具到位之后能够，完成自动控制。 通电后，开启 动 动了变频器，此时可以根据设置好的转速，运行小车，当小车处于原始位置时候，小车会等待模具下放到位，当模具下放到位后会触碰行程开关，此时经过程序延时 3秒后，会进行小车运动控制，则小车进行 到小车运行触碰接近开关，则表明小车运动到位，此时小车会延时 3秒， 会发出转换运动方向的指令，小车会转向 行正向运动，当小车运行到位后会触碰行程开关，表示小车 时小车延时，会进行运行方向转换的命令，此时会驱动液压泵，将 触到导轨，直到转换到位位置，转换到位会有行程开关给与 馈信号。转换完成后，小车进入 车运行到位后，就会 进入模具下放工作间，经过 车工作台面会下移，此时是进行的模具放置的工作，当模具下放到位后，停止下移的动作，则此时会触碰下移行程开关，触碰之后，小车会转向 小车反向移动是进入的是小车的返程运行，此时小车的 X、 Y 向都是进行的反向运动。反向时，小车先进行 到小车运行触碰接近开关，则表明小车运动到位，此时小车会延时 3秒， 会发出转换运动方向的指令，小车会转向 行反向运动，当小车运行到位后会触碰行程开关，表示小车 时小车 延时，会进行运行方向转换的命令，会控制液压系统执行换向动作，将 触到导轨，直到转换到位位置，转换到位会有行程开关给与 馈信号。转换完成后，小车进入车运行到位后，就会等待下一次的模具运送过程，当小车执行的是自动运行时候，小车会自动等待模具的到来，然后根据传感器系统执行模具的而搬运，具体自动控制执行路线如图 3 如果小车的控制模式是手动控制，则会根据操作者的意图执行，但是每条指令都会在小车运动到位后停止指令的执行，其中限制指令执行的是开关量反馈点，此时小车只 能执行下位的动作，或者是执行之前的动作，即返回动作。 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 15 变频器工作原理 一般的变频器是通过三相电供电进行工作的其中，三相电通过整流器，将交流转化成直流电，但是此时的交流电的波动很大，需要通过滤波器和稳压器，对直流中的交流成分进行稳压处理，使得电压的波动范围处于 1后，通过逆变器调制成目标控制频率的交流电输出，对设备进行控制，其中逆变器的对应逆变设备的开启控制需要控制器执行，所以，电子技术的发展为变频调速性能的改进提供了先决行的条件，变频器电气原理图， 如图 示。 图 4频器控制原理图 频调速控制系统设计 容易实现自动化控制的变频器的应用，目前电机的而控制都是用的是变频器控制，由于其易于实现电机转速的调节，比其他的调速控制性能好，本设计使用的是施耐德变频器，选择的系列是 列的，由于小车的电源是单向交流供电，变频器选择单相 220V，所以选择的变频器型号是 功率为 3机为单相异步电机，电机厂型号： 率为 变频器 以通过控制端子进行控 制，也可以通过通讯电缆对变频器的运行控制器进行控制，从而实现调速的目的。 频器使用前，需要通过前期对变频器进行设置，在本设计所用的变频器要根据需要，根据输入控制点进行设置，本次设计中对变频器控制要求实现正反转控制，通过模拟量进行变频调速，如图 4 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 16 图 4频器控制端子 本设计使用的是端子控制，由于通讯式的变频控制，需要大量的程序设置，这就需要熟练的而编程技巧，而且 号线干扰弱，其次通讯式的变频控制适合在大系统中的自动控制，因为通讯的控制容易实现组网， 这样就可以进行组态，实现数据记录。对于本次的小型的控制系统，只需要简单的端子线控制就可以实现，所以，选择了端子线控制的方式。 频调速控制系统设计 （ 1）电动机转子串电阻调速方法 电动机转子串电阻调速方法，异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。电动机的转速是和串入的电阻大小成反比。这种方法比较容易控制，设备较简单，缺点就在于转差功率大部分都消耗在电阻上，以发热的形式消耗。这属于有级调速，而且机械特性较软。 （ 2）定子调压调速方法 定子调压 调速方法， 不断发生变化时，其 线也是不一样的，不同的电压对应不同的机械特性曲线，从而可以得到不同的速度。 的笼式电动机，这样可以扩大速度 围，中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 17 如力矩马达，或者使用 。为了扩大 范围，就应采用 来实现自动调节转速的目的。电压调节过程中 了转子电阻中，以 出去，这样的效率相对比较低。 （ 3）根据转速的公式是 n=(f/p) 60 调速 转速的计算公式是 n=(f/p) 60，其中 改变其中任何一参数就会改变电机的转速，实现调速目的。 三菱 过读取寄存器内的速度控制寄存器，对变频器的电源输出频率进行调节，对 应到变频器中接线端子，控制电压 0拟量的变化，对应到正确的变频输出频率，实现小车搬运过程中要求的搬运速度设定。 部接线 见下图 4 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 18 图4气控制下电路图中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 19 压系统简介 机电液一体化技术其中不可或缺的就是液压控制技术，今年来液压控制系统在工业的各个控制场合都会见到他的身影，因为其承载能力大，尤其应用在直线驱动系统中，本次设计中小车的工作台面的上下移动和小车移动方向的转换，都需要液压控制系统的驱动控制。液压控制系统工作时需要：液压泵、换向阀、油路压力保护器、油路过滤装置、调速装置 。换向阀、调速装置、液压泵等就是通常所说的液压控 制与换能元件。液压技术作为一个重要的自动化控制技术，它在很多方面被使用。悬壁式起重机，由于融合了液压系统，这样就导致，起重设备的体积减小，同时提升物体的质量反而增加，且不想机械式的提升机构，通过电机的转动进行提升，电机机械式的而提升机构，使得起重机的构成复杂化，设备维护麻烦，然而液压的使用使得控制简单，并且工作可靠。 运小车液压系统设计 液压系统工作原理图如图所示。系统采用 ，执行器采用缸固 。使用电磁换向阀的标准是具有良好的 原系统 自动动力滑台的工作循环， 要保证工作时的进给的速度要稳定。 循环时，换向阀电 电器动作序列表，结合 在不同的操作条件下对系统在 动路线指导和方向。 （液压控制原理图见下页） 中北大学信息商务学院 2016 级毕 业设计说明书 20 图5压控制原理图中北大学信息商务
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