自动送料装车系统控制设计

自动送料装车系统控制设计

摘要送料装车控制系统在冶金、采矿运输、和生产制造等许多领域中都

得到了普遍的应用，它通过自动输送设备实现物料的传输、接收、装运、处理、

装配和存储的自动化，把工厂的各个生产部门、各个储存点联系起来。送料装

车控制系统的工作环境通常比拟恶劣，设备所处环境一般粉尘较大、操作分散,

所以对送料装车控制系统工作的平安性、可靠性、维护简便性要求比拟高。用

可编程控制器〔PLC〕控制的自动送料装车动作稳定，具备连续可靠的工作的

能力。本文以日本三菱FX2N系歹4PLC为主控制器控制运料小车的自动往返顺

序的控制，实现了送料车的装料、送料、卸料的功能。次系统主要是由根本设

备、运料存储装置和控制系统三大局部组成，重点研究自动化生产线的控制。

关键词自动送料装车，PLC,控制系统

ABSTRACT

KeyWords:

1绪论

1.1自动送料装车控制的开展

送料装车设备广泛地应用于建材、冶金、煤炭、电力、化工、轻工等工

业生产部门。老式送料装车设备因为没有计量而存在多装、少装的问题。特别

是在运输的过程中，不允许车辆超载，多装了，得卸掉，少装了，得进行二次

装车，使得装车工作进行非常缓慢。

随着当今社会科学技术的开展，各类物料输送的生产线对自动化程度的要

求越来越高，原有的生产送装料设备已经远远的不能满足当前高度自动化的需

要。由于控制系统的不断开展和革新，使得生产线的运输控制也将得到不断的

改善和生产效率的不断提高，送料装车的控制经历了以下几个阶段：

1.手动控制：在20世纪60年代末70年代初期，便有一些工业生产采用

PLC来实现送料装车的控制，但是限于当时的技术还不够成熟，只能采用手动

的控制方式来控制机器设备，而且早期送料装车控制系统多为继电器和接触器

所组成的复杂控制系统，这种系统存在设计周期长、体积大、本钱高等缺陷，

几乎无数据处理和通信功能，必须要有专人负责操作。

2.自动控制：在20世纪80年代，由于计算机的价格普遍下降，这时的大

型工控企业将PLC充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于

实现了PLC在送料装车控制系统中自动控制方面的应用。

3.全自动控制：现阶段，由于PLC技术向高性能、高速度、大容量开展,

大型PLC大多数采用多CPU结构，不断向高性能、高速度、大容量方向开展。

将PLC运用到送料装车控制系统中，可实现送料装车的全自动控制，降低了系

统的运行费用。PLC控制的送料装车自动控制系统具有连线简单、控制速度快、

精度高、可靠性和可维护性好、维修和改造方便等优点。

1.2自动送料装车在国内外的开展现状

在国内，大多数还是还是人工管理，智能控制及需普及，国外工程机械产

品以电子、信息技术为先导，开发出各种工程机械相匹配的软、硬件系统，使

工程机械向信息化、智能化前进。

国外大多数PLC品牌都有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的

相互结合使系统的性能大幅度的提高，人机界面更加的友好。通讯技术的开展、

现场总线的开展及以太网的开展时通讯能力大大加强。

在国外的送料装车控制系统中已经广泛的应用PLC控制系统，而采用可

靠性比拟高的FX2N系列PLC软件来控制该系统,实现送料装车系统的自动控

制过程，满足了系统可靠性、稳定性和实时性的要求。

1.3自动送料装车控制系统设计的目的和意义

送料装车控制系统的工作环境通常比拟恶劣，设备周围所处的环境一般

粉尘比拟大、空气湿度相对高且操作分散，所以对送料装车控制系统工作的平

安性、可靠性、维护简便性要求比拟高。

在早期的送料装车控制中通常都采用继电器逻辑控制，继电器控制系统中

大多数采用分立的继电器、接触器等电器元件作为控制元件,其控制系统复

杂、操作难度大，并且安装接线时工作量大、修改控制策略难、维护量大

等问题，严重影响了正常的工业生产。

PLC所控制的系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，

从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。同时，PLC控制的系

统不仅能够实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。

对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继

电器，小型PLC的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到

原来的1/2〜1/10。

PLC的配线比继电器控制系统的配线要少得多，从而可以节省下大量的配

线和附件，减少了大量的安装接线工作时，可以减少大量费用。

PLC不仅用于开关量控制，还可用于模拟量及数字量的控制，可采集与存

储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的

控制与管理。PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。

2.自动送料装车控制系统设计

2.1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、卸料的过程。这类系统的控制需要运料小车能够

实现加速、减速、运行平稳等特性，具有连续可靠的工作能力。通过3条轨道

和一台运料小车配合，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2-1所示：

料斗1

图2T自动送料装车控制系统示意图

2.2控制系统的元件

可编程控制器

可编程控制器(ProgrammableController,PC)由于和个人计算机

(PersonalComputer,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E勺指令，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，如图2—1所示：

电源

按钮接触器

继电器

—电磁阀

输

触电输

出

入

设

电

备

路

行程开关指示灯

编辑卷或外围设备

图2-2PLC硬件系统结构框图

PLC采用循环扫描工作方式，集中进行输入采样，集中进行输出刷新。I/O

映像区分别存放执行程序之前的各输入状态和执行过程中各结果的状态。

PLC循环扫描工作方式一般包括五个阶段：内部处理与自诊断、与外设进

行通信处理、输入采样、用户程序执行、输出刷新五个阶段，如图2—2所示:

图2—3PLC循环扫描的工作过程

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用

户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械

制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分

为如下几类：

1.开关量逻辑控制

取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的

控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组

合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2.工业过程控制

在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续

变化的量（即模拟量），PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控

制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用

得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有

非常广泛的应用。

3.运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模

块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种

机械、机床、机器人、电梯等场合。

4.数据处理

PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数

据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数

据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

5.通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动

化网络的开展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

2.2.2三相交流异步电动机

三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置。它主要

由定子、转子和它们之间的气隙构成。对定子绕组通往三相交流电源后，产生

了旋转磁场并切割转子，就获得转矩。三相交流异步电动机具有结构简单、运

行可靠、价格廉价、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点，被广泛应用

于各个领域。

图2-4三相异步电动机T=f(s)曲线

图2-5三相异步电动机n=f(T)曲线

2.2.3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

接感受被测量的局部，转换元件是指传感器能将敏感元件的输出转换为适于传

输和测量的电信号局部。

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兀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局部。如

图2—6所示：

图2—6传感器组成框图

2.2.4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到达交流电动机调

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，本钱高，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开展，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。

2.3控制系统的要求

自动送料装车系统是由电机、运料轨道、限位开关等来控制的。本系统的

设计要求：

1.本系统有三个不同的轨道（轨道1与轨道2、轨道2与轨道3之间都相

差30度角），运料小车运料时要对轨道进行选择。故本设计采用了在运料小车

上增加一个步进电机来控制运料小车的转向。

2.要求运料小车运三种物料时每次装车重量要相同（500kgh一般可以采

用定时、电子秤或称重传感器等方法。本设计中采用了在小车底部安装一个称

重传感器来测量所装的物料重量。

3.要求小车在每个运料轨道上都可以往复运动，即要求电动机的正反转。

4.要求系统为一个循环系统，运料小车先在轨道1上运物料1,再在轨道

2上运物料2,接着在轨道3上运物料3,如此循环往复直到停止按钮发出指

令，整个系统停止运作。

5.特别要求运料小车运料过程中小车要稳，加速、稳速、减速要严格控制,

即对调速系统要求比拟高。本设计采用了变频调速技术。

6.三种物料都卸放到同一个卸料仓库，且卸料时要由一个卸料油泵提供。

7.对于运料小车在运送轨道上的运行要求要有行程开关的控制，以确定小

车的准确到位。

8.对于运料装车系统要有一个照明及信号显示系统，当系统装料或者是卸

料时，信号显示系统会给我们提示。

2.4控制系统的分析

3自动送料装车控制系统的硬件设计

3.1送料装车控制系统的元件选择

3.1.1送料装车控制系统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.选择自己熟悉的机种和机型

假设已有设备（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PIC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,防止造成太多的硬件

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产品的开展动态

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X5字/点来估算；计数器/定时器按

（3-5）字/个估算：有运算处理时按（5-10）字/个估算：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"0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根本是开关量，而对于PLC的开关量输入回路，

日本三菱公司的比拟好，其主要原因是三菱公司做了些优化设计：

1、采用漏输入，输入端本来就设计为对地短路就引发断开输入有效，

不会对电源系统构成危害，最多只影响到自己的回路。也不会由于电源故障

而影响其他输入回路的正常工作，而很多欧美PLC采用源输入方式，有一定

弊端（当然有的PLC可选择源、漏输入）。

2、采用源输入，是共电源输入端。在工程实际应用中往往有太多的电

缆，你可能无法保证电缆的相互接触、破损，说不定共电源的开关量线路会

无意的接触到设备地、外壳、其他低电位。因此可能造成短路电源供给回路。

造成电源损坏或者烧掉保险，从而可能影响其地输入回路的正常工作。除非，

每个输入回路加保险，而这样的应用本钱较高也容易出现其他故障。

FX2N系列PLC是FX系列PLC中最先进的超级微型PLC。FX2N系列PLC拥

有非常高的运行速度、高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点。

FX2N系列PLC是从16路到256路I/O的多种应用的选择方案。

FX2N系列PLC的控制规模为16〜256点（根本单元：16/32/48/64/80/128点）

FX2N系列PLC编程元件有输入输出继电器（X和Y）、辅助继电器（M）、

状态继电器（S）、定时器（Th计数器（C）、数据存放器⑴）、和指针（P、I、

N）等七大类。具有灵活的配置、高速运算、突出的存放器容量、丰富的器件

资源、较强的数学指令集。

选用FX2N-32MR,输入16点（X0-X17）,输出16点（Y0-Y17）,可扩展24〜

32点数。

3.1.2送料装车控制系统电动机的选择

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u=0.1,假设在启动阶段加速时的加速度为0.3m/s^2,那

么匀速行驶的滚动摩擦力矩T=500kgX9.8X0.l/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、巩固耐用、维护方便、工作可靠、价格低廉；主要的弊端是调速困难，功

率因数比拟低，启动性能比拟差，由于送料小车要求的机械特性比拟硬而且没

有特殊的调速要求，所以可以采用笼型电动机。

3.结构形式的选择

生产机械的种类繁多，它们的工作环境也不尽相同。因此，有必要要保证

在不同环境中能平安的可靠运行。电动机常有以下几种结构型式:

(1)开启式在构造上无特殊防护装置，运用于枯燥、无尘场所。通风

好。

(2)防护式在机壳或端盖下面有通风罩，以防止杂物掉进去。

(3〕封闭式封闭式电动机外壳严密封闭，电动机靠风扇冷却，并且在

外壳带有散热片。使用在灰尘多、潮湿、盐碱、腐蚀性强的场所。

(4)防暴式整个电机严密的封闭，多用于矿井中。

综上所述，运料小车所处的环境而选择封闭式的电动机。

4.电动机电压的选择

Y系列的电动机的额定电压只有380V一个等级。

5.电动机转速的选择

电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。通常情况下转运不低于

500r/min,异步电动机通常采用4个极的，那么同步转速n(=1500r/min的。

表3-1运料小车电动机的参数

符号名称型号规格台数

M三相异步电Y160M1-2功率7.5kw1

动机额定电流2L8A

转速2930r/min

重量68kg

3.1.3送料装车控制系统步进电动机的选择

步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其

功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，

电动机就转动一个角度或前进一步，如图1—3所示：

步进电动机

输出轴।控制电脉冲

11-----1|,-111~~1~~1--------*

控制电脉冲

1转角

脉冲分配器

和功效卜—IUUUULII—।~

图1—3步进电机的功用

步进电动机的角位移量J或线位移量s与脉冲数k成正比，如图1-4(a)

所示；它的转速〃，或线速度v与脉冲频率f成正比，如图1—4(b)所示。在

负载能力范围内这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。

因而可适用于开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。步进电动机可以

在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速；能够快速启动、反转和制动。它不

需要变换能直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微型计算机控制。

3.1.4送料装车控制系统传感器的选择

1.称重传感器的选择

重量传感器又称称重传感器，是将压力信号转换成电压或电流控制信号。

其输出格式是标准的控制信号类型：0〜10VDC,-10-10VDC,4〜20mA,

0~20mAo

有的智能称重传感器也能输出开关量信号，但是其动作量（检测到的压

力信号）是可调的。

本次设计中称重传感器选择CS-20型。

2.霍尔传感器的选择

本次设计选用HAL815可编程线性霍尔传感器,其可用于角度或距离测量。

HAL815是一个可编程的霍尔传感器，内置DSP,可设置的比例电压输出，

具有高精度，多个可编程磁特性存储在具有冗余和锁定功能的非易失性存储器

（EEPROM）,多种保护功能如；开路（地和电源线突变检测）、过压和欠压检测,

保证了传感器的高可靠性，可逐个编程或通过选择拉低输出脚来编几个并联在

相同供电电压上的传感器，温度特性可编程可匹配所有常见的磁性材料。可编

程的特性方便了客户的设计。

3.1.5送料装车控制系统变频器的选择

本次设计采用日本三菱变频器：FR500系列通用型FR-E540,其变频器参

数确实定和设置表3-3所示

参数号参数名称设定值

Prl上限频率45Hz

Pr2下限频率5Hz

Pr7加速时间3s

Pr8减速时间3s

Pr9电子过电流保护22.6A

Prl3起动频率5Hz

Prl4适应负荷选择0

Prl5点动频率5Hz

Prl6点动加减速时间Is

Pr20加减速基准频率45Hz

Pr79操作模式选择2

送料装车控制系统继电器的选择

继电器是一种根据特定形式的输入信号而发生动作的自动控制电器。它与

接触器不同，主要用于反响控制信号，其触点一般接在控制电路中。继电器的

种类有很多，分类的方法也很多，常用的分类方法有：

L按输入量的物理性质可分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时

间继电器和温度继电器等；

2.按动作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继

电器和电子式继电器等；

3.按动作时间可分为快速继电器、延时继电器和一般继电器；

4.按执行环节作用原理可以分为有触点继电器和无触点继电器：

5.按用途可分为电器控系统用继电器和电力系统用继电器。

继电器的主要特性是输入、输出特性、继可器的返回系数、吸合时间、释

放时间。吸合时间是从线圈接收型号到衔铁完全吸和时所需要的时间，释放时

间是从线圈失电导衔铁完全释放时所需要的时间。一般继电器的吸合时间与释

放时间为0.05〜0.15s,它的大小会影响继电器的操作频率。

本次设计所选择的继电器有：时间继电器JR0,热继电器JR16-20/3。

送料装车控制系统接触器的选择

接触器是用来接通或者切断电动机或其他负载主电路的一种控制电器。它

通常可分为交流接触器和直流接触器。接触器的根本参数有主触点的额定电

流、主触点的允许切断可流、触点数、线圈电压、操作频率、动作时间、机械

寿命和电寿命。

选用接触器时通常是交流负载的选择交流接触器，直流负载选用直流接触

器，但由于交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器。通常选用的是

直流110V、220V,交流220V、380Vo直流接触器断开时产生的过电压可达10〜

20倍，故不宜采用高电压等级（440V的已经停止生产〕。而电压太低时，接

通此线圈用的继电器或接触器的联锁触点不可靠（如灰尘或由层存在）。

额定操作频率是指每小时接通的次数。交流接触器最高可达600次每小

时；直流接触器可高达1200次/小时。

综上所述，接触器的选择可按以下步骤进行：根据负载性质确定工作任务

类型；并根据类型确定接触器系列；根据负载额定电压确定接触器的额定电压;

根据负载电流确定接触器的额定电流，并根据外界实际田间加以修正c本次的

设计中所选用的接触器型号为：交流接触器CJ10-20o

送料装车控制系统行程开关的选择

行程开关又叫限位开关，是用于控制机械设备的行程和限位保护C在实际

生产应用中，将行程开关安装在预先要设置的位置，当装于生产机械运动部件

上的模块撞击到行程开关时，行程开关的触点动作，就实现了电路的切换。因

此，行程开关是一种根据运动部件模块的行程位置而切换电路的电器，它的作

用原理与按钮有些类似。行程开关广泛应用于各类机床和起重机械，用以控制

其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开

关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。

行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。

本次设计我选用LX1T1型限位开关。参数如表1-6

型号温度范围额定电压额定电流

LX1-110(℃)380(V)10(A)

3.2控制系统的电器元件表

名称型号及规格数量

M1三相异步电动机Y90S-41

11KW、380V、22.6A、

1400r/min

M2反响式步进电机36BF011

3相、额定电压27V、步距角

3度、静态电流0.5A、空载启

动频率1800Hz

SB1-SB3启动控制按钮LA-23

绿色

SB4、SB5停止控制按钮LA-22

红色

QS组合开关HZ10-25/31

三极,500V,25A

KM1-KM3交流接触器CJ10-403

K1-K4中间继电器J27-444

5A,线圈电源127V

FR1热继电器JR0-401

热元件额定电流25A,整定电

流22.6A

FR2热继电器JR0-401

热元件额定电流0.64A,整定

电流0.5A

FU熔断器RL1-151

T三相变压器NDK1

380/27V

SQ1-SQ4行程限位开关LX1-114

EL照明灯JC21

36V、40W

HL1-HL4指示灯ZSD-04

6.3V,绿、楂、黄、红

3.3自动送料装车控制系统的主电路图

自动送料装车控制系统它的主电路图主要由运料小车主电动机、转向步进

电动机、变频器、组合开关、三相电源组成。如图3-3所示：

QS

图3-3自动送料装车系统的主电路图

根据设计的要求选用两个电动机，三相异步电动机Ml是主电动机，反响

式步进电动机M2为转向电动机。运料小车的运行由电动机Ml来控制，电动机

Ml的正反转由接触器KM1、KM2来控制，电动机Ml由变频器调速。对于电动

机Ml设置了过载保护(FR1)。步进电动机M2的起停由接触器KM3来控制，对

于电动机M2设置了过载保护(FR2)0

3.4自动送料装车系统I/O通道分配表

表3-4输入信号分配表

信号名称端号功能说明

启动按钮SB1X0使电动机Ml正转运行

启动按钮SB2XI使电动机Ml反转运行

启动按钮SB3X2使步进电机M2运行

停止按钮SB4X3使电动机Ml停止运行

停止按钮SB5X4使步进电机M2停止运行

限位开关SQ1X5对小车进行行程保护

限位开关SQ2X6对小车进行行程保护

限位开关SQ3X7对小车进行行程保护

限位开关SQ4X10对小车进行行程保护

称重传感器WSXII对小车装料料重进行检测

霍尔传感器HSX12对步进电动机转向进行检测

开关按钮sX13对照明灯EL进行检测

表输出信号分配表

信号名称端号功能说明

接触器KM1Y0使电动机Ml正转运行

接触器KM2Y1使电动机Ml反转运行

接触器KM3Y2使步进电机M2运行

中间继电器K1Y3对物料1进行检测

中间继电器K2Y4对物料2进行检测

中间继电器K3Y5对物料3进行检测

中间继电器K4Y6对卸料油泵的控制

照明灯ELY7对系统进行照明

指示灯HL1Y10对小车装物料1时的显示

指示灯HL1Y11对小车装物料2时的显示

指示灯HL1Y12对小车装物料3时的显示

指示灯HL1Y13对小车装卸料的显示

3.5自动送料装车控制系统PLC控制接线图

FV

U

SB1mKM1

___________xoYO

FR-E54O

SB2mKM2

小

XIY1UVW

SB3mKM3

X2Y2

SB4mKI

1

X3Y3

SB5m1K2

X4Y4：MlI

SQlK3

aX5Y5

SQ2K4

______户_______X6Y6

SQ3EL

___u____X7Y7c

SQ4HL1

X10Y10O

sHL2

——X13Y13O

wsHL3

----<——XllYllO

HSHL4

____/____

X12Y13c

COM

COM

RJ

4自动送料装车控制系统的软件设计

4.1自动送料装车系统的总流程图

本次设计的自动送料装车系统先对小车轨道进行判断，然后进入既定轨道

开始正转运行，再通过限位开关使运料小车停车并开始装料，当小车装料到位

后就开始反转运行，再通过限位开关使运料小车停车并开始卸料，当卸料结束

后再由步进电机进行小车轨道判断，又进行下一次的送料装车过程，如此循环

下去。如图4—1所示：

图4—1自动送料装车系统的总流程图

4.2自动送料装车控制系统的功能表图

图4—2中M300：Ml正转变频调速;M301：Ml正转继续减速；M302：Ml

停车并装料1；M303：Ml停车并装料2；M304：Ml停车并装料3；M305：Ml

反转变频调速;M306：Ml反转继续减速;M307：Ml停车并卸料；M308：卸料

完毕M2启动；Mil：称重传感器与500kg值比拟，假设相等那么启动辅助继电

器MiloM31：霍尔传感器与步进电机转向值比拟，假设相等那么启动辅助继

电器M31。

4.3自动送料装车控制系统的软件分部设计

电动机的起停控制设计

运料小车电动机Ml：当按下启动控制按钮SB1(X0)时，电动机Ml正转

运行；当按下启动控制按钮SB2(XI)时，电动机加反转运行；当按下停止

控制按钮SB4(X3)时,电动机Ml停止运行。

步进电机M2：当按下启动控制按钮SB31X2)时，步进电机M2启动；当

按下停止控制按钮SB5(X4)时，步进电机M2停止运行。

运料小车启停控制如图4—3所示：

图4-3运料小车启停控制

电动机的正反转控制设计

当电动机上电时或卸料完毕步进电机转向后，运料小车开始正转运行，进

行变频调速，直到碰到限位开关SQ1(X5)、SQ21X6)、SQ3(X7)电动机停

匚运行，此时小车开始装料；当小车装料完毕后开始反转运行，直到碰到限位

开关SQ4(X10)电动机停止运行，此时小车开始卸料。

运料小车正反转控制如图4—4所示：（图中M31：霍尔传感器的值与步进

电机转向值比拟假设相等那么启动辅助继电器M31）

M308M31

--------------------------------------------------SETM300

-SETM308

—M300H-------------O。/

M300TO

--------------------------------------------------SETM300

-SETJ308

M300X51/X6|/X7.i

-A।Z——e

M301

—M305|-------------cu：

M305T1

SETM300

-SET|M308

M306X10/

「----------w

M305

图4-4运料小车正反转控制

变频调速控制设计

本次设计对运料小车电动机进行了变频调速控制，如表3-3所示对变频器

的参数进行设定。上限频率45Hz,下限频率5Hz,加速时间3s,减速时间3s,

由PLC设定的TO定时时间为10s[,0],那么电动机的调速如图4-5所示：

f/H

图4-5电动机Ml的变频调速

时间控制设计

本次设计对电动机变频器调速设置了10s的定时时间，在这10s内完成运

料小车的加速、稳速、减速运行。在卸料时也采用了时间控制设计，卸料时设

置了3s的定时时间，使系统更加方便、简单，利于控制，使运料系统自动化

程度提高。

送料小车行程控制设计

本次设计中，当运料小车变频调速后继续减速时，会碰到限位开关来控制

运料小车，使小车停止运行并开始装料或卸料。当小车碰到限位开关SQ1(X5)

时，运料小车开始装物料1；当小车碰到限位开关SQ2(X6)时，运料小车开

始装物料2；当小车碰到限位开关SQ3(X7)时，运料小车开始装物料3；当

小车碰到限位开关SQ4(X10)时，运料小车开始卸料。

系统照明和信号显示控制设计

其中127V给接触器KM1、KM2、KM3和中间继电器KI、K2、K3、K4进行供

电，36V给EL照明电路供电，6.3V给信号显示系统供电，如图4—6所示:

M302

Y10

M303

Yll)

M304

-Y12

M307

-Y13

——X1311---------9

图4-6照明和信号显示系统控制

当运料小车装物料1(M302)时，信号灯HL1(Y10)灯(绿色)亮；当运

料小车装物料2(M303)时，信号灯HL2(Y11)灯(橙色)亮；当运料小车装

物料3(M304)时，信号灯HL3(Y12)灯(黄色)亮；当运料小车卸料(M307)

时，信号灯HL4(Y13)灯1红色)亮1⑶。

当开关S(X13)按下时，照明系统启动，照明灯EL(Y7)亮。

电动机转向控制设计

本次设计中，运料小车的转向是由步进电机M2控制的，其步距角为3度,

启动频率为1800Hzo当运料小车由轨道1进入轨道2时、需转向30度，即霍

尔传感器输出IV；当运料小车由轨道2进入轨道3时，需转向30度,即霍尔

传感器输出IV；当运料小车由轨道3进入轨道1时，需转向300度，即霍尔

传感器输出10Vo把霍尔传感器应输出值赋值到数据存放器D3里。

脉冲输出指令PLSY,脉冲频率为1800Hz,步进电机每一个脉冲，前进一

步即转3度，那么当需转30度时，那么脉冲个数应为K10,当需转300度时,

那么脉冲个数应为K100。

为使程序循环简单，不繁琐，那么在先把应设的脉冲个数存放到数据存放

器DO里。当运料小车碰到限位开关SQ1时，表示运料小车在轨道1上运行，

卸料后将转向轨道2,由轨道1转向轨道2步进电机需转向30度，那么此时

应把K10赋值到数据存放器D0里；当运料小车碰到限位开关SQ2时，表示运

料小车在轨道2上运行，卸料后将转向轨道3,由轨道2转向轨道3步进电机

需转向30度，那么此时应把K10赋值到数据存放器D0里；当运料小车碰到限

位开关SQ3时、表示运料小车在轨道3上运行，卸料后将转向轨道1,由轨道

3转向轨道1步进电机需转向300度，那么此时应把K100赋值到数据存放器

D0里。

脉冲频率为1800Hz,脉冲个数为DO,那么输出脉冲放入辅助继电器为0里。

假设霍尔传感器的值与D3的值相同，那么启动辅助继电器M31。

4.4自动送料装车控制系统程序设计

自动送料装车控制系统梯形图见附录。

5结论

本次设计名称为自动送料装车系统的PLC控制设计，采用了由浅入深，从

局部到整体的设计思想。先对PLC、步进电机、变频器等进行概述，后对自动

送料装车系统深入研究。在对自动装车设计时，分为运料小车启停控制设计、

正反转控制设计、变频调速控制设计、时间控制设计、行程控制设计、照明及

信号显示系统控制设计以及转向控制设计7个设计方面，并逐一分析，再组合

成一个整体一一自动送料装车系统。

通过这次论文的学习和实践，使我了解了自动送料装车系统在自动化生产

中的应用及其重要性，并对PLC技术有了更深入的了解。虽然过程中遇到了一

些困难，但是在解决这些问题的过程无疑也是对自己自身专业素质的一种提

高。本次设计的成功是对自己的一次考验，更是对自己的一种肯定。在当前金

融危机大的社会背景下，我们毕业生最重要的是能否适应社会大潮流的需要，

契合企业的要求即又较硬的动手操作及设计能力。总之，通过本次毕业设计，

使我更好地掌握了专业知识，拓宽了我的知识面，增强了我的动手能力，为将

来未知的前程增添了一些信心。

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