生产线皮带运输机控制系统设计【优秀机械毕业设计论文】
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生产线皮带运输机控制系统设计【优秀机械毕业设计论文】,生产线,皮带,运输机,控制系统,设计,优秀,优良,机械,毕业设计,论文
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密级： 学号： 本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 生产线皮带运输机控制系统的设计 学 院： 机械工程学院 年 级： 2012 级机械设本（ 3）班 专 业： 机械设计制造及其自动化计 学生姓名： 魏启家 指导老师： 黄雪梅 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的设计（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。 学位论文作者签名（手写）： 签字日期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 江西科技学院 可以将本论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 （请在以上相应方框内打“” ） 学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日本学位论文属于 保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 摘要 生产线皮带运输机作为运输机的一种，在各大型公司应用得十分普遍，但传统的生产线皮带运输机控制系统的控制采用执行功能单一的单片机控制系统控制，当皮带运输机上面的产品需要多元化控制，例如随输送线前进指 定的距离，然后后退指定的距离，对于这种多元化的控制，单片机系统与 制系统相比，还是存在很多不足。 制系统相对于单片机控制系统来，更加多地是体现在智能化控制方面，操作人员只需要按下一个功能按钮，就可以使通过 制程序中的相应的功能一一实现，灵活，智能化是当今生产线皮带运输机控制系统迫切需要解决的问题。 本文研究的这个系统的控制是采用 编程语言 梯形语言是可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上增加了许多功能，指令清晰明白，使逻辑关系清晰直观，编程容易， 可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，性能优越，可以适应恶劣的生产环境。其采用的是可编程序存储器，用于内部的存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数及算术等操作的指令，并且选用数字式，模拟式的输入与输出，控制合式各样的机械或生产的过程。 关键词： 生产线皮带运输机 ； 能；控制 as a of in of as a a a of to LC is is in to a LC in by is s of is an to In we of is LC is of is it in on in of is of of is a of in It in of as of or 目录 摘要 . 1 . 1 绪论 . 1 题的来源与研究的目的和意义 . 1 课题研究的内容 . 1 带运输机的结构 . 2 第二章 生产线皮带运输机的总体设计 . 3 带输送机的结构 . 3 带输送机控制的电气要求 . 3 带输送机控制方案的确定 . 3 第三章 生产线皮带运输机控制系统的硬件设计 . 5 选型 . 5 动机的 选型 . 6 频器的控制 原理 . 7 频器的选择 . 7 电路及控制电路设计 . 7 电路的设计 . 7 制电路的设计 . 8 ，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。其结构相对简单、运转可靠、能耗较低、利于集中控制和实现自动化及管理维护，在连续装载的情况下可以实现持续运输。对输送带的控制，它的控制形式也多种多样，它可以由单片机， 及计算机来控制，以前都采用接触继电器控制系统。而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。 其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接 触继电器控制系统已逐步为 取代。 本系统的控制是采用 梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言， 因为它在继电器的基础上 增加 了许多功能， 指令清晰明白 ，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 其性能优越 ， 能够适应恶劣的生产环境。它选用的是可编程序的存储器，用于内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制多种机械或生产过程。 现代以来 ， 工业自动化控制领域一直处于主导地位，为各式各样的自动化设备提供可靠的控制应用，它为自动化控制应用提供安全可靠和较为完善的解决方案，适用于当前工业和企业对自动化的需求。到了上世纪 80 年代，计算机技术和微电子技术的飞速发展，极大地推动其发展，使得它的功能日益完善。目前，在先进国家中，它已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有企业。它综合了计算机和自动化技术，发展越发的平稳、快速，功能越发强大、齐全，因此，它能够更广泛地适用于多种行业。 采用 制系统对生产线皮带运输机控制系统进行优化和改进， 在原有的控制系统的基础上面，了解生产线皮带运输机的工作原理，从而运用 制系统来对这些动作进行程序的实现，通过模块化的设计，使程序更加简练，操作也更加方便快捷。 课题研究的内容 本次设计主要针对生产线皮带运输机控制系统进行设计，从生产线皮带运输机控制系统的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面： 1、查阅资料，撰写开题报告。 2、制定、比 较并确定解决方案。 3、确定生产线皮带运输机控制系统的控制原理。 4、对控制元器件进行选型。 5、绘制控制系统的接线图、控制程序流程图。 26、编写控制程序并仿真调试。 7、整理并撰写毕业论文。 带运输机的结构 皮带运输机主要结构有：机架、皮带（或输送带）、机 头滚筒、机尾滚筒、驱动装置、上下托轮、拉紧装置及清扫装置等组成。其具体结构图如下图 示： 图 带运输机具体结构图 3第二章 生产线皮带运输机的总体设计 带输送机的结构 皮带输送机由皮带、机架、驱动辊、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成，组成结构示意图如图 示；原材料输送机示意图由图 示： 1、皮带 2、托辊 3、转动轮 图 皮带输 送机的组成部分 原材料皮带输送机输送示意图 带输送机控制的电气要求 1）启动时先启动最后一台 后每间隔 15 秒，依次向前启动 2）停车 时先停最前面一台 料运送完毕后，每间隔 30 秒，向后 次停止运行。 3）当某台皮带机发生故障时，该皮带机和前面的皮带机立即停止运行，而该皮带机后面的皮带机待料运送完毕后依次每隔 30 秒停止，如： 生故障， 即停止运行，待料送完后，经过 30止运行，再经过 30止运行。 带输送机控制方案的确定 皮带输送机通常采用采用传统的继电器控制和 制两种控制方法，两种控制3 1 2 1 2 3 3 4方法比较如下： 1） 方式：传统的继电器是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的 滞后动作等组合方式形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制； 用存储逻辑，其控制逻辑是以程序的方式存在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变逻辑程序即可，不需要硬件连接，是软的连接。 2） 速度：传统的继电器控制逻辑是依靠触电的机械动作实现控制的，工作速度低、毫秒级的、且机械触点有抖动现象； 制是由程序指令控制电子电路来实现的，速度快、微妙级、严格同步且无抖动现象。 3） 控制：传统的继电器控制系统是靠时间继电器的时间滞后动作来实现延时控制的，时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难且是有级调时。 制是 采用集成电路做成的计时器，时钟脉冲是由晶体振荡产生，精度高，调整时间方便且是无级调时，不受环境影响。 通过对两种控制方式的大概比较， 制方式控制效果比较好，可实现皮带输送机的自动化控制，而采用传统继电器控制方式，还停留在以人工手动操作为主（当然也可以实现自动化控制，但是线路较为复杂，使用硬件元器件太多，不经济也不划算，且维修困难），控制效果也就不是很明显，为此采用 制是很好的选择。 当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，采用的是和 合使用。变频器利用内部继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件 (如晶体管 )与 接。 为整个系统的“大脑”，负责接收外部信号 (主令控制器、变频器、转速传感器、限位等 )，经过程序运行处理后，再提供指令通断信号 (正转、反转、档数等 )给变频器和其它动作单元，由变频器控制电机的转向、速度 (频率 )。整个系统接线见图 图 5第 三 章 生产线皮带运输机控制系 统 的 硬件设计 选型 我国市场上流行的有如下几家 品： 施耐德公司 要有原 下的 产品； 罗克韦尔公司 品，目前有 产 品 ； 西 门 子 公 司 的 产 品 ， 目 前 有700/200 系列产品； 司的产品；日本欧姆龙、三菱、富士、松下等公司产品。 本次设计选用西门子 床电气控制系统只需要逻辑运算等简单功能，西门子 列 常适用于单机自动化控制系统。现选择西门子 制， 电， 点输入，继电器型交流 3 点输出。 图 门子 7编程控制器是小型化的 于社会各种行业，各种场合的逻辑控制，自动检测和运算功能都适用。 编程控制器具有强大的运算功能和通讯功能，能使用在比较复杂的自动化控制场合。 编程控制器提供了 4 个不同的型号， 8 中型可以选择使用。本 次设计选择的是 型可编程控制器。其中这种类型的可编程控制器可以生成 24 输入和 16 输出 I/O 点。可以扩展成 7 个模块，最大扩展到 248路数字量 I/O 亦可以扩展到 35 路模拟量 I/O 点。 26K 字节程序和数据存储空间， 6 个独立的 30速计数器，具有 制器以及 2 路独立的 20速计数器输出。 讯协议，并且 I/O 端子也很容易地实现整体拆卸。一般是用于要求较高的控制系统。其输入和输出点、模块扩展能力、运行速度和功能、内部集成特殊功能都异常的完善，可完 全适应于一些复杂的中小型控制系统。 动机的选型 为生产机械的电力拖动系统选用电动机，主要内容包括确定电动机的种类、电动机的型号、电动机的额定电压、额定转速和额定功率等。选择电动机的基本原则如下： （ 1）电动机在工作过程中，其额定功率应得到充分利用。要求温升接近但不超过规定的允许数值。 （ 2）电动机应满足生产机械需要的有关机械特性的要求。保证一定负载下的转速稳定，有一定的转速范围及具有良好的启动和制动性能。 （ 3）电动机的结构型式应满足设计提出的安装要求和适应周围的工作环境。例如防止灰尘进入电动 机内部，或者防止绕组绝缘受气体腐蚀等。电力拖动系统应用电动机来拖动生产机械工作的，由于生产机械种类繁多，工艺要求不一，驱动的电动机分类有很多。例如，工作原理的分类、运动方式的分类、工作电源分类等等，其中工作电源的分类包括有直流电动机和交流电动机。 为了合理选用电动机的种类，应同时考虑两个方面的问题：一是电动机的性能，例如机械特性、启动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求， 具体从以下几个方面考虑： （ 1）电动机的机械特性； （ 2）电动机的启动性能； （ 3）电 动机的调速性能； （ 4）电动机的电源； （ 5）电动机的经济性；最后着重强调的是综合的观点：一方面是以上的内容在选择电动机时必须都考虑到都能得到满足；另一方面能满足以上条件的电动机可能不是一种类型，还应综合其他情况，例如节能、货源、技术情况等。综上所述，经过综合考虑本系统采用 电机，是隔爆型三相异步电动机。 频器的控制 原理 如何实现变压变频，输出平滑规则的正弦波形，实现良好的驱动性能，是变频器的根本任务，变频器控制中出现了多种控制方式，现在此做一简单介绍： 制 电压和频率成正比。控制电路的特点是结构简单、低成本和良好的机械性能 ,可以满足一般传播的平滑调速的要求。 转差频率控制电动机转速的角度 ,这是一种实际的发动机和电动机的速度滑移速度控制模式的逆变器输出频率决定。 矢量控制 (量控制是用来计算定子电流的磁场分量和转矩分量，直接转矩控制(用作直接转矩控制的控制 ,而不是间接控制电流和磁链。 频器的选择 因为该生产线皮带运输机长时间运作，其电动机一直在低速高扭矩中转动。对于这点可以与西门子 配变频器 用，它是一种矢量型通用变频器 ，具有良好的低速高转矩输出和良好的动态性能。 频器的输出频率的控制有以下四种方式： （ 1）操作的基本操作面板（ 式，该模式是通过操作板键手动调整操作模式的输出频率，以这种方式不适合自动调整。 （ 2）其频率选择操作模式变频器的外部输入端子的数量通常配备有多个固定频率选择性操作功能。固定频率值由功能码设定，且频率范围内选择由外部终端。由于这种方法可实现的频率的数目有限，所以不使用这种方式。 （ 3）作为外部输入端子的模拟频率选择性操作模式 置有模拟输入端子，并且当该终端的电流或电压在 一定范围内改变时，反相器的输出频率在一定范围内，通常改变。这种方式可以由 以扩展到一个模拟输出模块，模拟转换器，以控制逆变器的输出，这种方法是扩大一个模块的缺点，从而增加成本。 为了便于与网络的接口，该频率转换器具有一个网络接口，其可以通过通信模式接收的频率控制命令。西门子公司设计的通信协议，该协议是通用串行端口协议（ 这是基于对串行总线的原理。总线可以连接到 1 个主站和 1 到 31 个从属站。其中主站是通过通信消息中的地址的字符传送过来的数据从而自主选择其从属站。这种方法可以设置由指令所需的频率输出 ，并且只需要一个通信线路到 接到转换器。因此与四种方式相比，通信的选择，操作的最佳方式。 电路及控制电路设计 电路的设计 在图 示中，通电后，当闭合开关 ，电流就会通过接触器的线圈联通 8主电路，从而使得主电路吸合，主电路吸合后，四台电机就会启动，控制着皮带机的运作。图中，线圈 别控制着不同的电机 主电路中，如果某一台电机发生故障，都有相对应的低压电器来切断电路从而达到保护作用。刀开关 电源隔 离作用。熔断器 为电路后备短路保护。热继电器 电动机的反时限特性配。 图 电路图 制电路的设计 根据以上分析，设计出的控制电路图如下图 示： 9图 编程控制器接线 图 ，输出点与输出控制一一对应。分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点，各报警因素按逻辑关系并联后接到报警输出点。 I/O 分配表如表 示。 输入信 号 输出信号 启动按钮 机 车按钮 机 号按钮 机 号按钮 机 号按钮 0,4 报警灯 号按钮 车输出 动自动按钮 1 故障 1 热继 2 故障 2 热继 3 故障 3 热继 4 故障 10 继 图 ，制定生产线皮带运输机控制系统流程图如下： 形图程序的设计 根据以上硬件电路的设计以及 I/O 分配点的确定，该生产线皮带运输机梯形图程序如下： 12 13 14 15 16 第五章 生产线皮带运输机控制系统仿真设计 控系统设计的方法 （ 1）、安装好 008 软件后，在 开始 /程序 / 008下找到相应的可执行程序点击，打开触摸屏软件。界面如下： （ 2）、点击菜单 选项 里的 创建一个空项目 ，在弹出的界面中选择触摸屏 00,点击确定，进入如下界面。 17 （ 3）、在上述界面中，左侧菜单选择通讯下的双击“连接”，选择通讯驱动程序（ 7 300），采用以太网通信。设置完成，再双击左侧菜单选择通讯下的“变量”，建立变量表。如下图 （ 4）、变量建立完成，再双击左侧菜单选择画面下的“添加 画面”，可以增加画面的数量，再选择画面一，进行画面功能制作。 （ 5）、制作画面，按照说明书要求进行编辑。效果如下图所示。 18 程下载 1）、通过 2）、触摸屏需开启用数据通道选择“ 在弹出窗口激活“ 选框选中后关闭，后选择“ 动下载。 3）、点击下载按钮下载工程。如下图 : 4） 、下载完成 ，触摸屏需在开启用数据通道选择“ 在弹出窗口取消选中后关闭，用专用连接电缆连接 触摸屏就可以实现所设定的控制。 统仿真运行分析 在仿真的时候，可以启动每一个电机，观察相应的 出点是否灯亮，可以启动每一个 电机 ，观察相应的 出点是否灯亮。在生产系统打到自动状态时，就可以观 19 察生产部分的电机启动顺序，程序中编写了许多联锁功能，在某一个功能条件成熟满足下，下一步工序就可以启动运行。 仿真画面如下： 20 结 论 本次毕业设计的题目是生产线皮带运输机控 制系统的设计，直到今天，毕业设计总算接近尾声了，通过这次对于生产线皮带运输机控制系统的设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是生产线皮带运输机控制系统的设计，通过初期的方案的制定，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下 ，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 至此，感觉自己受益良深，在以后的工作中，我将继续努力，以期做到更好。 21 参考文献 1 徐灏等 制原
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