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1、苏州工业园区职业技术学院毕业项目 2014 届项目类别： 毕业设计 项目名称：搬运装置的电气控制系统专业名称： 机电一体化 姓 名： 吴红生 学 号： 201100990 班 级： 机电11303 指导教师： 齐美星 2014年5月18日IVT-REJX-51苏州工业园区职业技术学院毕业项目任务书（个人表）系部：机电工程系毕业项目类别：毕业设计毕业项目名称：搬运装置的电气控制系统校内指导教师：齐美星职称：讲师类别：专职校外指导教师：职称：类别：学生：吴红生专业：机电一体化技术班级：机电113031.毕业项目的主要任务及目标主要任务：完成切割搬运生产线的搬运装置电气控制系统设计，要求采用PLC为
2、控制核心，应用伺服或变频技术实现机械手的运动控制。目标：（1）完成搬运对象的结构和工艺流程分析。设计出电气图及PLC程序。（2）提交一份符合格式要求的项目报告。2.毕业项目的主要内容1）项目背景2）方案确定3）系统硬件部分设计4）系统软件部分设计5）安装及调试6）项目总结3、主要参考文献无4、进度安排毕业项目各阶段任务起止日期1毕业项目的选题、项目实施计划2013/9/1-2013/10/12毕业项目资料的搜集和整理2013/10/8-2014/1/203毕业项目初稿的完成及实物的安装调试2014/1/21-2014/4/304对毕业项目的修改完善2014/5/1-2014/5/145.最终完
3、成及准备答辩2014/5/15-2014/5/20注：此表在指导老师的指导下填写。苏州工业园区职业技术学院诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业项目报告搬运装置的电气控制系统是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。工业案例中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在工业案例中以明确方式标明。本人声明的法律结果由本人独自承担。作者签名：年月日摘要当今工业自动化越来越发达，许多企业为了提高生产效率和生产质量，都实行了自动化的生产线。搬运和切割物料生产线装置由三部分组成即锯床切割部分、传送带部分和机械手臂搬运部分。由于整套装置很复杂，本项目主要选取机械手臂搬运部分为研究对象,设计了电
4、气控制系统。主要采用西门子S7-400PLC作为控制核心，首先仔细分析了设备的结构组成和动作工艺流程及控制功能要求，然后详细地设计了硬件电路和软件流程图及程序，其中硬件电路包括电机主电路、PLC外部I/O接线图等。最后对整个项目进行了总结及展望。关键词：机械手 伺服电机 PLC 定位控制目 录第章 绪 论41.1项目背景41.2项目的主要任务与内容4第2章 系统整体说明及方案设计62.1整体说明62.2系统方案设计7第3 章系统硬件部分93.1控制系统的组成93.2电气接线图93.3PLC的选型143.4伺服电机和变频电机的选型及参数设置163.5气动部分设计18第4章 系统软件部分214.1
5、程序设计流程图214.2过程分析21总结23致谢24第章 绪 论1.1项目背景如图1-1所示为青岛某环保公司的搬运切割生产装置，原来搬运等动作都是由人工来完成，每根料的长度是1.2米，重量在10kg左右。另外料是化学产品时间长了对人体有一定的伤害，并且由于市场需求量比较大。这样如果是靠人工来完成这些动作的话，投入的成本将会很大，且不能满足所需要的效率。所以后来对设备进行了改造。改造后的整个设备分为三个部分，切割部分（锯床）、传送部分（传送带）和搬运部分（机械手臂）。机械手的左右移动和升降以及锯床中间结构采用伺服电机驱动，机械手的取料通过真空吸盘来取放。上料传送带采用普通三相异步电动机作为的动力
6、，下料传送带采用交流变频异步电机作为其动力系统。锯床中间结构采用普通双作用气缸来完成一系列动作。图1-1搬运切割生产线1.2项目的主要任务与内容本项目是我结合我所学的专业知识，以PLC为基础，对这套设备搬运部分进行研究。项目共5章，第一章绪论，主要对项目的研究背景和主要研究对象进行了说明；第二章系统的整体说明及方案设计，对搬运系统整体进行了说明，以及对控制要求提供了好的设计方案；第三章系统硬件部分，主要分析了系统的组成部分以及各部分器件的工作原理，对各种元件的选择和参数确定等控制系统的硬件配置；第四章系统软件部分，主要对PLC控制的流程进行了设计和分析；第五章项目总结，对设计和调试过程所遇到的
7、问题进行分析和解决。第2章 系统整体说明及方案设计2.1整体说明图2-1整体布局图如图2-1所示，是系统整体布局图。通过人工去取出出料口的料，然后放置到后置传送带的V型块上，通过后置传送带传送到锯床进行切割，切割完了以后平稳的放置到前置传送带上，再通过前置传送带传送到横梁那边，这时前置传送带的最前端的传感器检测到信号，传送带停止工作，此时横梁上的机械手臂开始工作，向有物料的那个方向运动，运动到物料上方以后手臂下降到指定位置，到指定位置后，吸盘开始工作，把物料吸起来，最后运动到浸液池进行浸液，浸完后运动到托料盘上方，把料放到托料盘上。其中主要难点就是，伺服电机的调速。如图2-2所示机械手布局图，
8、机械手主要完从传送带上取料，到浸液池上方后机械手吸盘部分翻转90，然后浸液，完成这系列动作后，再把料堆放到码垛区。如图2-3所示，为本项目所研究的搬运部分的视图。图2-2机械手布局图图2-3搬运部分的视图2.2系统方案设计2.2.1功能要求搬运的控制系统必需具备以下几个功能要求；第一，要求控制系统要非常稳定可靠；第二，由于设备现场温度差比较大，且粉尘严重，所以必需能适应恶劣的工作环境；第三，要求它要易操作，方便调试，和以后的维护；第四，灵活性要好，操作方便，监视和控制要十分容易。2.2.2方案确立我们提出了用一整套机械自动化设备来代替人工完成这一系列动作。考虑到所生产的产品是易碎产品，且市场价
9、格比较昂贵，所以我们需要用一套比较稳定的控制系统。利用西门子S7-400PLC作为核心，选用伺服电机作为机械手的左右移动和升降以及锯床中间结构的动力系统，用普通三相异步电动机作为上料传送带的动力系统，用变频电机作为下料传送带的动力系统。锯床中间结构采用普通双作用气缸来完成一系列动作，机械手的取料通过真空吸盘来取放。一些主要位置通过传感器来定位。这样我们就能保证，把生产出来的料，从指定位置取走，平稳的完成一些小的加工动作。本项目的主要难点在于，伺服电机和变频电机的控制，再有就是整套设备的逻辑顺序的设计。根据上述要求，本项目选用西门子400PLC作为核心控制器。因为西门子400PLC，有以下几个优
10、点：西门子400PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用；西门子400PLC配有多种通用功能的模板，可以根据需要组合成不同的专用系统；西门子400PLC具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件，采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低；西门子400PLC有较高的易操作性；西门子400PLC编程方法的多样性使编程简单、应用面拓展。操作十分灵活方便，监视和控制变量十分容易。第3 章系统硬件部分3.1控制系统的组成硬件系统主要由西门子400PLC、伺服驱动器、变频器、电机、电磁阀和气缸组成。通过以PLC为核心控制元件，接受输入信号，得到相应的输出信号给伺服驱动器让电机工作让机械手臂给电磁阀
11、，让气缸和吸盘工作。搬运系统的控制系统组成如图3.1所示。图3.1控制系统的硬件结构图3.2电气接线图整个一套设备用到4个电控箱。搬运装置主要用的是四号电控箱，跟机械手臂安装在一起，并且跟随机械手臂一起运动，PLC放置在一号电柜里，一号电箱也是总的电控箱，四号电箱的电源也是从总电柜引进来的。3.2.1一号电控箱如图3-2所示是一号电控箱的接线图，由图我们可以看到，一号电控箱从外面引入三相五线制电源，然后通过变压器分别给PLC提供220V的单相电，给一号线提供三相200V的电压，给二号线提供220V单相和380V三相电，给机械手提供200V三相电和220V单相电。图3-3一号电控箱主要元件布置图
12、及控制面板板。图3-2一号电控箱接线图图3-3一号电控箱主要元件布置图及控制面板3.2.2四号电控箱如图3-4所示为四号电控箱的接线图，从主电控箱，引出一个三相200V的电压，给伺服驱动器供电。图3-4四号电控箱的接线图3.2.3PLC的I/O地址表及输入输出接线图如表3-1所示为PLC的I/O地址表表3-1.PLC的I/O地址表I3.4备用Q5.4备用I3.5备用Q5.5黄灯I3.6码垛区有木托Q5.6绿灯I3.7码垛区料满Q5.7红灯I7.0机械手平移伺服电机故障PID576机械手平移伺服电机I7.1机械手升降伺服电机故障PID580I7.2机械手升降上限位PQD576I7.3机械手升降下
13、限位PQD580I7.4翻转气缸收缩到位PID584机械手升降伺服电机I7.5翻转气缸伸出到位PID588I7.6备用PQD584I7.7备用PQD588Q4.0机械手平移伺服使能Q4.1机械手平移伺服抱闸Q4.2机械手升降伺服使能Q4.3机械手升降伺服抱闸Q4.4翻转气缸升降Q4.5机械手吸盘电磁阀吸松Q4.6备用Q4.7备用3.2.4PLC的接线图如图3-4所示为PLC的主电源电路，从一号电柜引入一路单相220V电源，再通过一个小的变压器把单相220V的交流电变成直流24V的电压提供给PLC使用。图3-4 PLC的主电源如图3-5为机械手臂部分PLC接线图，输入部分主要是气缸位置检测传感器
14、，机械手臂位置检测传感器和按钮；输出部分主要是气缸和真空发生器的电磁阀以及伺服驱动器的动作信号。其中的六个传感器的安装位置分别是，左右传送带各一个，机械手的左右极限位置各一个，机械手的上下限位各一个。图3-5PLC接线图图3-6 PLC布置图图3-7 PLC电气柜实物图3.3PLC的选型在PLC选型时，有以下几个步骤：（一）输入输出（I/O）点数的估算，I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。（二）存储器容量的估算，存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。（三）控制功能的选择，该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（四）机型的选择，包括PLC的类型，PLC按结构分为整体型和模块型两类；输入输出模块的选择，输入
