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1、徐州工程学院机电学院专业综合训练 -1- 目 录 1绪论绪论.2 1.1系统设计背景.2 1.2系统设计功能.2 1.3系统设计思路.3 2设计总体方案设计总体方案.4 3机械结构及关键零部件设计机械结构及关键零部件设计.5 4传动系统设计传动系统设计.10 5控制系统设计控制系统设计.11 5.1系统总体控制方案.11 5.2控制器选型设计.11 5.3传感器选型及安装.13 5.4硬件电路设计.15 5.5系统控制流程图设计.17 5.51 总体控制流程图17 5.5.2 子程序控制流程图.18 5.2.3 子程序控制流程图.19 6系统编程系统编程.20 6.1程序开发硬件配置.20 6
2、.2程序开发软件配置.20 6.3子程序.20 6.4子程序.21 6.5 子程序21 6.6 .子程序23 6.7子程序.23 6.8 子程序.24 7设计总结.28 参考文献参考文献29 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -2- 1 绪论 1.1系统设计背景 当前运料小车电气控制系统多为继电器接触器组成的复杂系统，这种系 统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，无数据处理和通信功能，必须有 专人负责操作，将 PLC 应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动 化控制，降低系统的运行费用，PLC 运料小车电气控制系统具有连线简单，控 制速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等
3、优点。通信和数据 连接功能选项使得 PLC 在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完 美。随着经济的发展，运料小车不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形 成了机械化、自动化。 表 1-1 数据参数 长宽高厚度 1.5m0.6m0.6m0.1m 1.2系统设计功能 1 号站2 号站3 号站4 号站5 号站 运料小车 自动化生产线 图 1-2 小车运行示意图 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -3- 运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向右行，电机反转， 小车向左行。在生产线上有 5 个编码为 15 的站点供小车停靠，在每个停靠站 安装一个行程开关以监测小车是否到达该站点。对
4、小车的控制除了启动按钮和 停止按钮之外，还设有 5 个呼叫按钮开关（HJ1- HJ5）分别与 5 个停靠站点 相对应。小车在按下启动按钮装料后，经过每一个停靠点，能进行卸料。 1.3 系统设计思路 先确定设计的总体方案，明确系统由控制器，传感器，电机驱动三大部分 组成。然后设计小车的机械结构以及一些关键零部件结构。包括电动机，热继 电器，熔断器，开关等。接着进行传动系统的设计，确定一套准确高效的传动 系统。最后是最重要的控制系统的设计。包括控制器的选择设计，传感器的选 择设计，以及整个小车的电路设计。 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -4- 2 设计总体方案 本系统利于PLC作为主控控制器。
5、利用传感器进行外部信号的采集， PLC将根据传感器的信息判别目前状态并进行相应的调整，如循迹走动、路径 测量、速度测量等。 系统框图如图 5-1 所示。该系统主要由 PLC 控制器部分、电机驱动模块、 传感器模块等组成。其中各模块主要完成的功能如下： PLC 控制器部分：系统主控制器 电机驱动模块：电机的驱动电路 传感器模块：完成速度和路程的实时测量 启动按钮 停止按钮 5 个呼叫按钮 5 个行程开关 三 菱 P L C 三相异步电动机传感器 系统总体方案图 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -5- 3 机械结构及关键零部件设计 3.1 热继电器 热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同
6、膨胀系数的双金属片 发 生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而 使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过 载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。 热继电器的主要技术参数： 额定电压：热继电器能够正常工作的最高的电压值，一般为交流 220V，380V，600V。 额定电流：热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流 额定频率：一般而言，其额定频率按照 4562HZ 设计。 整定电流范围：整定电流的范围有本身的特性来决定。它描述的是在一定 的电流条件下热继电器的动作时间和电流的平方成正比。 热继电器的作用是：
7、主要用来对异步电动机进行过载保护，他的工作原理 是过载电流通过热元件后，使双金属片加热弯曲去推动动作机构来带动触点动 作，从而 将电动机控制电路断开实现电动机断电停车，起到过载保护的作用。 鉴于双金属片受热弯曲过程中，热量的传递需要较长的时间，因此，热继电器 不能用作短路保护，而只能用作过载保护热继电器的符号为 FR， 选择方法： 热继电器主要用于保护电动机的过载，因此选用时必须了解电动机的情况， 如工作环境、启动电流、负载性质、工作制、允许过载能力等。 原则上应使热继电器的安秒特性尽可能接近甚至重合电动机的过载特性， 或者在电动机的过载特性之下，同时在电动机短时过载和启动的瞬间，热继电 器应
8、不受影响(不动作)。当热继电器用于保护长期工作制或间断长期工作制的 电动机时，一般按电动机的额定电流来选用。例如，热继电器的整定值可等于 0.951.05 倍的电动机的额定电流，或者取热继电器整定电流的中值等于电动 机的额定电流，然后进行调整。当热继电器用于保护反复短时工作制的电动机 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -6- 时，热继电器仅有一定范围的适应性。如果短时间内操作次数很多，就要选用 带速饱和电流互感器的热继电器。对于正反转和通断频繁的特殊工作制电动机， 不宜采用热继电器作为过载保护装置，而应使用埋入电动机绕组的温度继电器 或热敏电阻来保 护。 综合以上及控制要求选择热继电器型号如下
9、： 型号:JY1 型 具有两个常开触点、两个常闭触点 触电额定电压为 380V 额定电流为 2A 工作频率：50Hz 工作时间、转数：3000 转/分 频繁起动、制动：30 次/分 动作轴转、转数：200 转50 抗电强度：AC1500V/分 工作环境：-50至+50 3.2 电压及开关 电动机电压等级的选择，要根据电动机类型、功率以及使用地点的电源电 压来决定。Y 系列鼠笼式电动机的额定电压只有 380V 一个等级。 综合以上考虑以及控制要求选用电机型号如下： 电机型号：JYZ-12-4 额定频率：50HZ 额定功率:0.81KW 额定电流：2A 转速：1410r/min 由于 IQF 1.
10、7 INE 1.72 3.4 A 故应选用 IQF 4A 的自动开关 我们选择开启式负荷开关，开关型号为 HK24/3，级数 3，额定电流 4A。 3.3 熔断器 熔断器在电路中起主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器以其自身 产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短路保护及过载保护。它具 有结构简单、体积小、重量轻、使用维护方便、价格低廉、分断能力较高、限 流能力良好等优点，因此在电路中得到广泛应用。常用的熔断器有以下几种： 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -7- 插入式熔断器、螺旋式熔断器、RM10 型密封管式熔断器、RT 型有填料密封 管式熔断器等。 熔断器的选择要求是： 在电
11、气设备正常运行时，熔断器不应熔断；在出现短路时，应立即熔断； 在电流发生正常变动（如电动机起动过程）时，熔断器不应熔断；在用电设备 持续 过载时，应延时熔断。对熔断器的选用主要包括类型选择和熔体额定电流 的确定。 选择熔断器的类型时，主要依据负载的保护特性和短路电流的大小。 熔断器的额定电压要大于或等于电路的额定电压，熔断器的额定电流要依据负 载情况而选择。 常用熔断器有 RC1A、RL6、RL7、RLS2、RM10、RT12、RT14、RT15、RS3 和 RS2 等系列 综合以上内容及设计要求，选择如下型号： 型号：RC1A10 额定电压：415V 额定电流：100A 工作频率：50Hz
12、熔断器电流计算的方法为： IFU IS /(2.53) IQF 熔体额定电流；IS 电机的启动电流 对于 JYZ-12-4 型号电机，其额定电流 IN 2 A， 启动电流 IS6.5213A，熔体额定电流 IFU IS /(2.53)4.35.2（A）， 故选择熔断器类型为：RC1A10，熔丝的额定电流 6A； 3.4 行程开关 行程限位开关又称限位开关,用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际 生产中,将行程限位开关安装在预先安排的位置,当装于生产机械运动部件上的 模块撞击行程开关时, 行程限位开关的触点动作,实现电路的切换。因此, 行程 限位开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器
13、,它的作用原理与按 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -8- 钮类似。行程开关广泛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,还利用行程限位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。 行程限位开关按其结构可分为直动 式、滚轮式、微动式和组合式。 常用的行程开关有 LX19、LXW5、LXK3、LX32 和 LX33 等系列 根据控制要求选择如下型号： 型号：LX32 额定电压：380V 额定电流：5A 工作频率：50Hz 3.5 转换开关 转换开关是一种多档式、多触点以及能够控制多回路的主令电器。其主要 用于各种控制线路的转换、电压
14、表、电流表的换相测量控制、配电装置线路的 转换和遥控等。也可以用于直接控制小容量电动机的起动、调速和换向。 转换开关的主要参数有型式、手柄类型、触点通断状态表、工作电压、触 头数量及其电流容量。常用的有 LW2、LW5、LW6、LW8、LW9、LW12、LW16、VK、3LB 和 HZ 系列，其中 LW2 系列 用于高压断路器操作回路的控制，LW5、LW6 系列多用于电力拖动系统中对线路 或电动机实行控制。 转换开关的选择可以根据以下几个方面进行： （1）额定电压和工作电流； （2）手柄型式和定位特征； （3）触点数量和接线图编号； （4）面板型式及标志。 根据控制要求，选择 LW6 系列型号
15、，具体参数如下： 型号：LW6-2 绝缘电压:500V 频率：50Hz 额定电压:380V 额定电流:5A 极数:2 3.6 电源开关选择 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -9- 电源开关主要用于供电气设备中电源的通断使用，电源开关是整个电路系 统的安全保障所在，在这里选用 KAD4102 型号的电源安全性开关。其主要技 术参数为：额定电压级及电流 220V，6A，接触电阻 0.010.05，绝缘电阻 500100M，工作压力 16N，寿命 50000 次。 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -10- 4 传动系统设计 本次设计主要由三相异步电动机 YZ 型驱动，电动机 M1 驱动装料机加料
16、， 电动机 M2 驱动装料车升降，电动机 M3 驱动卸料机卸料。 4.1 电动机 电动机有交流电动机和直流电动机之分，一般工厂采用三相交流电，因而 采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机分 为笼形和绕线型两种，其中以普通笼型电动机应用最多，因所设计送料小车的 场合需经常启动，工作环境条件差，以及频繁制动及正反转，则要求电动机转 动惯量小，过载能力大。由此我们可知应该选用起重及冶金用三相异步电动机 YZ 型，同时根据用户要求可知道我们选用两台电动机应型号 Y100L142.2 型 N=1430r/min，它表示电动机型号为 Y100L1-4，额定功率为 2.2kw，满载转 速为 1430r/min，额定转矩和最大转矩都为 2.2，级数为 4 级。载荷平稳，对起 动无特殊要求，选 YR 型异步电动机封闭式结构。具体传动如图： 图 4-1 传动图 徐州工程学院机电学院专业综合训练 -11- 5 控制系统设计 5.1
