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1、南京工程学院课程设计说明书(论文)题 目 流水线产品检测与分选控制 课程名称 机电传动控制课程设计 院（系、部、中心） 专 业 班 级 学生姓名 学 号 设计地点 指导教师 设计起止时间：2011年 06月 06日至2011年06月 10日目 录课程设计任务书 31 课程设计任务说明4 1.1 课题简介 41.2 课程设计的目的 52 课程设计任务分析 62.1 设备机构组成分析62.2 设备工作过程分析82.2.1流水线产品检测与分选系统工作过程82.2.2 流水线产品检测与分选系统的控制要求93 控制方案设计113.1 总体方案设计113.1.1控制要求分析113.1.2控制方案113.2
2、 电气系统设计133.3 电气控制系统设计163.3.1系统控制与信号分析163.4 I/O分配表173.5 I/O端子接线图204 控制流程分析214.1 功能图214.2 梯形图224.3 指令表245 课程设计总结26参考文献28机电传动控制设计任务书专业机械设计制造及其自动化 班级 设计者学号 设计题目：选择第 10 个题目。1、物品输送系统控制2、多工步机床的PLC控制3、生产线自动装箱系统控制4、注塑机控制5、金属压铸机控制6、电镀流水线生产系统控制7、工业污水处理设备控制8、包装生产线控制9、送料小车工作系统控制10、流水线产品检测与分选控制设计任务：1、熟悉典型设备分析的一般方
3、法，分析电气控制系统的需要和条件；2、查阅技术资料和手册，合理选用设计方案；3、根据设计方案，完成电气控制系统的电气原理图设计4、掌握使用计算机软件编制PLC程序的应用方法，完成PLC程序设计；5、撰写规范的设计总结报告。工作量安排：1、绘制设备与信号布置简图2、绘制电气控制系统电路图（包括PLC端子图）3、设计与编制PLC用户程序（控制流程图、梯形图）4、撰写课程设计说明书任务说明；任务分析；控制方案设计；控制流程分析；总结；附件。设计期限： 2011 年06月06日 至 2011 年06月10日指导老师： 1 设计任务说明1.1课题简介自动化生产过程中，物品输送系统是连接各个生产单元的关键
4、设备，系统通常由传送带机构、物品移动机构和物品输送小车等组成。传送带一般采用电动机驱动，物品移动机构可以采用电动机驱动，页可以采用液压系统驱动，运送小车为电动机驱动。本题目针对运送系统设备设计相应的电器控制系统。图示输送系统有成直角分布的2条输送带、附属带的物品移动机构和1辆物品运送小车组成。物品输送系统将位于传送带1始端的物品送至尾端，然后通过物品移动机构将物品送到传送带2的始端，传送带2传送物品至尾端，并通过物品移动机构将物品推入传送小车，运送小车运送物品到其他指定地点。系统中传送带和运送小车由电动机驱动，物品移动机构采用液压系统驱动，通过行程开关检测各个运动部件是否达到预定位置。1.2
5、课程设计的目的机电传动控制课程设计为该课程的实践环节，在本课程设计的过程中，通过课程设计实践环节巩固和加强机电传动控制课程所学的知识，掌握课程知识实际应用的能力。学会运用机电传动控制的原理和分析问题、解决问题的方法。同时在设计过程中，综合已学的知识，完成简单完整的控制系统设计，以增加控制系统设计能力；并在联机程序调试过程中，增加实际操作能力。2 课程设计任务分析2.1 设备机构组成分析流水线产品检测与分选系统是一种高效率自动化产品质量检验分类专用设备，系统由产品输送机构，产品质量检测机构，产品分类机构，及成品与次品收纳机构组成。流水线产品检测与分选系统的输送机构采用电动机驱动，分类机构采用气动
6、系统驱动，由电气控制系统实现自动工作过程控制，是典型的机电或机电液一体化的自动化的自动化设备。流水线产品检测与分选系统工作时，待检测和装箱产品由输送带1送往质量检测位置，质量检测头检测为合格产品将继续前移，通过计数传感器后落入成品箱，否则由推板推入次品箱。采用行程开关检测与控制推板的位置，同时采用行程开关检测空箱是否到达预定位置。流水线产品检测与分选系统结构与自动工作过程功能如图31所示。图31流水线产品检测与分选系统组成结构与工作过程示意图2.2 设备工作过程分析2.2.1流水线产品检测与分选系统工作过程流水线产品检测与分选系统工作过程如图320所示。由人工将产品放置在传送带上，启动自动工作
7、过程，输送带1启动，待检测装箱的产品向前移动，到达检测位置，检测传感器检测产品是否合格，依据检测结果，成品进入成品箱，次品进入次品箱，进入成品箱的产品经过计数，满箱为100件，成品满箱后。输送带1停，输送带2启动，移出满箱，移入空箱到位，一次循环工作结束，输送带1运行，开始下一次工作循环。 图32 流水线产品检测与分选系统工作过程 2.2.2 流水线产品检测与分选系统的控制要求流水线产品检测与分选系统的控制要求，是控制系统的功能必须满足所有的工作要求。流水线产品与分选系统的工作要求包含三个方面，工作方式要求，工作过程要求，安全稳定工作要求。（1）流水线产品检测与分选系统工作方式要求为保证流水线
8、产品检测与分选系统能够处于正常工作，要求系统具备二种工作方式： 输送带1、2，推板机构能够点动调整； 流水线产品检测与分选系统自动完成循环工作过程。 （2）流水线产品检测与分选系统工作过程要求流水线产品检测与分选系统自动循环工作过程需要满足如下工作要求：按下启动按钮，流水线产品检测与分选系统开始工作，输送带1启动；待测产品到达检测位检测；检测合格产品继续前行，经过计数传感器检测技术，进入成品箱；检测不合格产品，前移到推板位置，推板前移将产品推入次品箱，推板退回；成品计数满100件，输送带1停，输送带2启动，移出满箱；装成品空箱到达接成品位置，输送带2停，输送带1启动，开始新的检测装箱循环。（3
9、）流水线产品检测与分选系统元件配置与工作要求流水线产品检测与分类系统输送带1、2驱动电动机为2.2KW，推板装置动作方向通过电磁阀控制。自动循环工作时，电器元件工作如表320所示。表31电器元件工作关系表工 步输送带推板主令电器带1，M1带2，M2YV1YV2启 动 系 统+-SB2检 测+-SQ3、SQ4合 格+-SQ1计 数 箱 满-+-SQ2不合格次品出推板进+-+-SQ5推 板 退 回+-+SQ6注：加号，电器元件为得电状态，减号，电器元件为失电状态。 （4）流水线产品检测与分选系统安全稳定工作要求具有运动部件安全工作的联锁功能；具有位置保护功能（如极限位、越位、相对位置保护）电气控制
10、系统具有短路，电动机过载保护功能；具有应急操作功能；具有照明、指示灯辅助功能。3 控制方案设计3.1 总体方案设计总体方案设计阶段是设计的初步阶段，在此阶段，通过对设备的工作要求分析、工作环境和条件分析、操作与安全要求分析、电气控制装置技术可行性分析和经济性分析，确定电气控制系统装置的技术性能、基本构建形式以及主要技术参数。3.1.1控制要求分析 依据流水产品检测与分选控制系统设计任务分析，确定设备条件和控制要求如下（1）电气控制系统的控制对象为一进行自动循环流水线产品检测与分选的设备，采用电气-液压-机械组合的传动方式进行驱动和控制。设备位于温带室内车间，工作环境较好，对控制系统无特殊要求；
11、（2） 设备安装在加工车间，由车间低压电网供电，设备驱动电压380V，供电频率50赫兹；（3）设备电气控制为普通开关量控制，要求自动完成检测与分选过程，单个运动部件能够独立调整操作，同时设备具有电气保护及联锁保护等功能；（4）设备驱动电动机由设备设计人员选定，设配置有2台交流异步电动机，电源要求交流电压380V，电动机无制动要求，电动机功率不大，可采用直接启动方式启动；液压系统使用气动换向阀阀电磁铁工作电压为直流24v.3.1.2 控制方案由设备条件和控制要求分析结果可确定控制方案如下（1） 流水线产品检测与分选控制系统采用开关量控制；（2） 基于设备自动工作的要求，选用PLC为主要控制器件构
12、成控制系统，由于控制对象为单片设备，控制系统属于小型系统，因此选用三菱公司型号为FX2N-48MR-D的PLC产品；（3） 由工作要求确定，控制系统可运行2种模式下即全自动工作循环，手动调整工作；（4） 2台电动机均为直接启动控制，单方向转动。电动机无制动控制；（5） 电动机驱动电路为三相电源供电，线电压380V；（6） PLC主机工作电源为交流电源，电源220V，交流接触器线圈使用交流电源，电压220V；气动阀使用24V直流电源，主令控制电器及行程开关等使用24V直流电源；（7） 控制系统具有短路和过载保护功能，机床各运动部件之间具有联锁保护功能；（8） 使用信号灯显示机床工作状态。3.2
13、电气系统设计统设计流水线产品检测与分类系统的电气控制系统主要有两部分组成，即电动机驱动系统（主电路）和由PLC设备构成的控制部分，驱动系统通过交流接触器主触点控制电动机电路的断开与接通，采用熔断器和热继电器进行短路和过载保护，同时采用控制变压器和整流器。系统电路图如图3-3所示，电器元件明细表如表3-2所示： 图3-3 流水线产品检测与分类系统的电气控制系统电路图表3-2电器元件明细表符号名称及用途符号名称及用途M1输送带1电动机TC控制变压器M2输送带2电动机FU1一FU5短路保护熔断器KM1输送带1电动机的起动接触器FR1一FR2过载保护继电器KM2输送带2电动机的起动接触器HL1气阀系统
14、工作指示灯SQ1产品合格检验HL2M1工作状态指示灯SQ2产品计数传感器HL3M2工作状态指示灯SQ3次品空箱到位行程开关HL4调整工作状态指示灯SQ4成品空箱到位行程开关HL5正品指示灯SQ5推板原位行程开关HL6次品指示灯SQ6推板前移行程开关SB1总停按钮SA1自动工作方式选择开关SB2M1启动按钮SA2M1工作选择开关SB3开始自动循环按钮SA3M2工作选择开关SB4停止自动循环按钮QFPLC电源开关SB5M1点动前进QS电源隔离开关SB6M2点动前进FR1、FR2过载保护热继电器SB7推板前进按钮YV1控制推板电磁阀电磁铁SB8推板复位按钮YV2控制推板电磁阀电磁铁3.3 电气控制系
15、统设计电气控制系统中由PLC构成控制部分控制部分需要接受机床设备的控制信号，需要对所有信号按程序要求进行计算，并将计数结果作为输出信号送到机床设备上被控制电器，以实现设备的运动控制。控制部分的工作要求及PLC的使用特点，形成控制系统的三个主要工作内容，即设备的控制与驱动信号分析，制定控制流程和编制控制程序。3.3.1 系统控制与信号分析由设备条件和控制要求分析，流水线产品检测与分类系统信号分为输入信号和输出信号两大类，其中，输入信号又包括主令控制信号和传感器信号，输出信号包括控制交流接触器工作线圈，控制气动阀电磁铁的信号和各种照明及指示灯信号。（1）输入信号分析机床设备中要求，流水线产品检测与
16、分类系统有如下几类输入开关信号完成起、停控制的按钮开关信号，电器元件为：SB1、SB2；完成工作方式选择的选择开关信号，电器元件为：SA1、SA2、SA3；完成点动调整的按钮开关信号，电器元件：SB3、SB4、SB5、SB6、SB7；完成设备自动运行过程中获得设备状态信号的传感器信号，电器元件为：行程开关SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6。（2）床设备中要求，流水线产品检测与分类系统有如下几类输出驱动电器元件控制电动机电路接通与断开的交流接触器工作线圈，电器元件为：KM1、KM2；控制驱动的气动阀电磁铁，电器元件为：YV1、YV2；控制显示机床设备工作状态的显示灯，电器元件为：HL
17、1、HL2、HL3、HL4、HL5、HL6； 3.4 I/O分配表电器元件信号与PLC通道分配的目的是为每一个需要PLC处理的设备信号获得进入PLC的通道和存放信号状态的地址。依据控制方案选定的三菱FX2n系列PLC产品，以及对设备信号分析结果，电器元件与PLC连接的通道分配如表3-3所示。 表3-3电器元件信号与PLC连接的通道分配表输 入输 出元件通道地址说 明元件通道地址说 明SQ1X011产品合格检验HL1Y001气阀系统工作指示灯SQ2X012产品计数传感器HL2Y002M1工作状态指示灯SQ3X013次品空箱到位行程开关HL3Y003M2工作状态指示灯SQ4X014成品空箱到位行程
18、开关HL4Y004调整工作状态指示灯SQ5X015推板原位行程开关HL5Y005正品指示灯SQ6X016推板前移行程开关HL6Y006次品指示灯SA1X006自动工作方式选择开关YV1Y021控制推板电磁阀电磁铁SA2X007M1工作选择开关YV2Y022控制推板电磁阀电磁铁SA3X010M2工作选择开关KM1Y010输送带1电动机的起动接触器YV1Y021控制推板电磁阀电磁铁KM2Y012输送带2电动机的起动接触器YV2Y022控制推板电磁阀电磁铁X021旋转编码器SB1X000总停按钮SB2X001M1启动按钮SB3X002开始自动循环按钮SB4X003停止自动循环按钮SB5X004M1点
19、动前进SB6X005M2点动前进SB7X017推板前进按钮SB8X020推板复位按钮3.5 I/O端子接线图根据流水线产品检测与分类系统的电气控制系统电路图绘制出多流水线产品检测与分类系统的电气控制系统I/O端子接线图，如图3-4所示：图3-4 流水线产品检测与分类系统的电气控制系统I/O端子接线图4 控制流程分析4.1 功能图设计完成的设备自动工作流程图如图4-1所示 图4-1 流水线产品检测与分选系统控制流程图4.2 梯形图根据前一节的流程图，在三菱编程软件fxgpwin上绘制梯形图，如图4-2所示图4-2 流水线产品检测与分选系统自动工作梯形图4.3 指令表在三菱编程软件fxgpwin上
20、把梯形图自动转化为指令表如图4-3所示图4-3 流水线产品检测与分选系统自动工作指令表 5 课程设计总结短暂的课程设计已经结束，我感觉这次课设的时间有些紧张，但着实受益匪浅。当初拿到课题时，由于平时基础不扎实，不知道如何下手，但是紧迫的时间又不容我拖拉。在把课本内容复习了下后，仿照课程设计指导书的范例，用了一晚上的时间构思了一下控制流程图的基本布局，将所需要的元器件对应列好了表格。周三下午和晚上完成了控制流程图，周四编程和进一步改进。首先需要完成控制流程图的设计。由两条传送带确定用两电机直接启动运行；在系统开始工作之前需要用X006(自动/手动工作方式选择开关)进行模式判断；自动循环运行时，在
21、各个行程开关到位、M1电机选择按钮按下的情况下方可启动运行；在产品经过SQ1（产品合格检验传感器）时需要对产品进行计次品判别，所以需要用到移位寄存器，次品将在下一个脉冲（由旋转编码器输出）时被推板推入次品箱；在成品进入成品箱之前需要进行计数，因此需要用到计数器；从完善的角度考虑，在推板将次品推出时，M1电机应有一个延时启动的过程，确保下一个产品到达推板位置时推板已经回到原位，产品不会因为触碰到推板而影响生产过程；完成一次循环后需要判别是否有停止循环信号；在手动控制推板的前进后退时需要用到互锁，在推板到达两个极限位置时需要自动停止推板的运动。以上是控制流程图设计的基本思路。在涉及移位寄存器的问题
22、时，三个接入端分别为SQ1（产品合格检验传感器）、X021（旋转编码器）、X003(停止循环按钮)，其中X021是旋转编码器，这是精确控制和判断产品的关键，此图中未提供旋转编码器，与老师讨论后已经在图中加上。在控制流程图中不论从正品还是次品分支走，均需判断完成相关动作后是否有停止自动循环信号输入，有无此信号影响到下一步系统的动作。完成控制流程图后进行绘制梯形图。其中移位寄存器命令花了挺长时间，查阅资料后确定使用左移命令SFTL X021 K8 K1，其中K8表示M0-M7八位，在所借得的可编程控制器入门与应用实例（三菱FX2n系列）中，M7M0依次由左到右从高到低排列，左移时先从M0开始依次向
23、左移至M7，高位溢出，K1表示从X021开始的一位同时表示在X021有输入的条件下每次左移一位，通过M0位判断是正品还是次品，因从SQ1产品检验传感器到推板只移动了一个产品位置，所以通过M1位判断次品是否到达推板位置。由于时间有些紧张，在绘制梯形图时难免手忙脚乱，有些转移点和转移条件没有搞清楚，不是十分完善，对一些诸如定时器、计数器、移位寄存器的使用很生疏，我想如果平时上课更集中一点课后花点时间，这样的情况会有所改善。本次课程设计中，我认为整体的控制流程图、通道分配、端子接线、梯形图的编制完成地还可以，本来不是很懂这方面的东西现在相当于很好地复习了一下。但是在控制流程图的自动循环与停止自动循环
24、的衔接那里布置得不是很好，因此可能会影响到局部的梯形图编制，自己感觉在这一块有点混乱，没有范例中那么次序井然。虽然这次课设遇到的困难不少，但是通过自己的分析、老师的讲解能够较好的解决。通过这次实践，极大地增强了自己对PLC及其工业应用的理解，提高了继续学习的兴趣。参考文献6 海心、赵华主编.机电传动控制.高等教育出版社出版.2008年6 周军、海心.电器控制及PLC.北京：机械工业出版社,2001,66 海心、马银忠 刘树青主编.西门子PLC开发入门与典型实例.人民邮电出版社.2009年1月6 宋伯生.PLC编程实用指南.北京：机械工业出版社，2007，26 陈志新，宗学军.电器与PLC控制技
25、术.北京：北京大学出版社，中国林业出版社2006，86 付家才，PLC实验与实践.北京：高等教育出版社,2006,56 胡健. 西门子S7-300PLC应用教程. 北京：机械工业出版社.2007，3 6 汪小澄、袁立宏，张世荣. 可编程序控制器运动控制技术.北京：机械工业出版社，2006，16 洪志育. 例说PLC. 北京：人民邮电出版社,2006,66 孙晋、张万忠. 可编程控制器入门与应用实例（三菱FX2n系列）.中国电力出版社，2010,1028程序库名：- 数据名：MAIN2017/8/128 0 X006手动选择X000急停M0手动模式 3 M0手动模式M104手动指示 灯2X004
26、 M1点动M100 M1手动X005 M2点动M101 M2手动X017推板前进 按钮X020推板复位 按钮X016推板前进 行程M102推板前进 手动M102推板前进 手动17X020推板复位 按钮X017推板前进 按钮X015推板原位 行程开关M103推板后退 手动M103推板后退 手动24 25 X000急停X006手动选择SETM1自动M1MOVH0FK1M10自动29MOVK0D100产品计数 统计M1X015自动推板原位 行程开关M150推板后退 初始29X014成品箱到 位行程开 关M151 M2初始X015推板原位 行程开关X014成品箱到 位行程开 关X013次品箱到 位行程
27、开 关MOVPK1D10自动流程 60 X006手动选择RSTM1自动X000急停MOVK0D10自动流程M1 69 自动=D10K1自动流程X013次品箱到 位行程开 关X014成品箱到 位行程开 关Y012 M2输送带SETM200 m1自动2955215X022工件检测 到位RSTM200 m1自动X022工件检测 到位MOVPK2D10自动流程M1 92 =D10K2X022K8T0自动自动流程工件检测 到位检测延时2955T0检测延时SFTLPX011M10K2K199K1T1T1MOVPK3D10自动流程112M1 121 自动=D10K3自动流程M11检测判定D100产品计数 统
28、计K100X014成品箱到 位行程开 关MOVPK1D10自动流程295538M11检测判定MOVPK4D10自动流程M1 147 自动=D10K4自动流程M11检测判定X016推板前进 行程M201 推板前（ 自动）2955X016推板前进 行程MOVPK5D10自动流程M1 164 自动=D10K5自动流程X015推板原位 行程开关M202 推板退（ 自动）2955X015推板原位 行程开关MOVPK1D10自动流程M1 180 自动X012产品计数INCPD100产品计数 统计29=D100产品计数 统计K100SETM203成品箱满 标志38M203成品箱满 标志MOVK0D100产品
29、计数 统计192SETM204 M2输送带 自动X014成品箱到 位行程开 关RSTM204 M2输送带 自动RSTM203成品箱满 标志 207 M100 M1手动Y010 M1输送带7M200 m1自动80 210 Y010 M1输送带Y002 M1工作指 示灯209 212 M101 M2手动Y012 M2输送带10M151 M2初始50M204 M2输送带 自动201 216 Y012 M2输送带Y003 M2工作指 示灯215 218 M102推板前进 手动Y021推板前进17M201 推板前（ 自动）156 221 M103推板后退 手动Y022推板后退24M202 推板退（ 自动）172M150推板后退 初始47 225 M0手动模式Y004手动指示2 227 M11检测判定Y005正品指示 灯 229 M11检测判定Y006次品指示 灯 231 Y021推板前进X016推板前进 行程K300 T100推板气缸动作异常 延迟220Y022X015推板后退推板原位 行程开关224 239 T100推板气缸 动作异常 延迟M900推板气缸 异常236 241END