1、目录第 1 章 绪论 .11.1 系统概述 .11.1.1.11.2 功能要求 .1第 2 章 方案论证 .2第 3 章 系统硬件电路设计 .3第 4 章 系统程序设计 .4第 5 章 调试及性能分析 .5第 6 章 总结 .6附录 .7附 1：硬件原理图 .7附 2：源程序清单 .8附 3：实物图 .8参考文献 .9湖北理工学院 课程设计说明书0第 1 章 绪论1.1 系统概述电动专用行车是现代化生产中用于物料输送的重要设备，传统的控制方式下，大都采用人工操纵的半自动控制方式，在许多场合，为了提高工作效率，促进生产自动化和减轻劳动强度，往往需要实现电动行车的自动化控制，实现自动化控制，可以使
2、行车能够按照预定顺序和控制要求，自动完成一系列的工作。专用行车生产线自动化的程度在德国、意大利、美国等国家的发展水平已经较高，而在我国尚处于发展阶段。而本文介绍的工厂电镀车间的电镀专用行车，分别利用继电器接触控制和 PLC 构成一套自动控制系统，实现对电镀专用行车的自动控制过程。（1）本设计方案中的控制对象电机均由交流接触器完成开、停的控制，电动机需采用正、反向控制，正、反转之间具有互锁的功能，为了避免过多的使用接触器，互锁装置由 PLC 内部的软件完成。（2）为了精确的对各个行动部件（大车，小车）进行定位，采用行程开关和接近开关对其进行定位的设计，选用的开关在现场进行安装，在选型和安装硬件以
3、及编程时应考虑抗干扰性能。选用的开关由于要进行反复的使用和承受高强度的负荷，选用开关时还要考虑其耐磨损性。（3）导轨上的驱动电机，其内部设有过载保护开关，一般为常闭型触点。作为电机的过载保护信号，在设计 PLC 的控制电路时应考虑该信号的逻辑关系。（4）对于电镀车间小型行车系统而言，电镀环节是整个工序成败的关键，而进行电镀的镀槽定位的信号是由装在电镀现场的行程开关录入的，所以行程开关的工作状况，即行程开关在工作时的好坏对生产有极大的影响。而行程开关一般为无源电器元件，其动作为重复性的机械动作，磨损和受压的次数最多，因而是整个工作的电气元件中最容易出现故障的装置。所以在自动程序开始之前，先要对行
4、程开关进行检测，进行检测时，是用检测电机（小功率）驱动一个检测小车对行程开关进行通/断的测试。（5）起吊电机（M 1） 、横行电机（M 2） 、走行电机（M 3） 、检测用电机（M 4） 。分别采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点用过中间继电器 KA 的转换后，作为PLC 的输入触点，用以完成各个电机系统的过载保护。（6）主回路选用自动开关，各负载和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔断器实现短路的保护。（7）电气控制箱设置在控制控制室内。控制面板与控制箱内的电器板选用 BVR 型铜导线连接，电气控制箱与执行装置之间采用接线端子板连接。（8）设计方案中选用的 PLC 为继电器输出型。
5、（9）PLC 本身配有 24V 的直流电源，该接线端可为输入传感器提供直流 24V 电源。PLC 的接地线与机器的接地端相连，基本单元必须接地。为了抑止附加在电源设及输入湖北理工学院 课程设计说明书1端的干扰，应给 PLC 接以专用地线，接地点应与动力设备（电动机）的接地点分开，接地电阻应该小于 100，接地线面积应大于 2mm2，而且接地点应该尽可能靠近可编程控制器。（10）PLC 控制程序，均采用梯形图编程（LD） 。1.1.1 PLC 系统可编程控制器（PLC ）是一种数字型的电子系统，即为计算机产品，它为在工业环境下应用而设计，即为工业计算机。这种工业计算机与传统用于工业控制的继电器相
6、比具有独一无二的特性 1。 （1）高可靠性：PLC 在软硬、件的设计上采用了一系列的抗干扰措施，使目前其他任何一种工业控制设备都无法达到这样的可靠性。（2）编程方便，易于学用：它采用与实际继电器控制电路非常接近的梯形图方式编程，广大电气技术人员非常熟悉，易于掌握，易于推广。 （3）通用性强：PLC 用程序代替了接线，改变接线只要改变程序，因而柔性大。 （4）体积小、重量轻，是“机电一体化”特有的产品。第 2 章 方案论证PLC 与继电器控制系统的比较1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗
7、干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天，已经形成
8、了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种湖北理工学院 课程设计说明书2规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑
9、控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5）体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备6）功能强，性能价格比高 一台小型
10、 PLC 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 7）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。而继电器对生产工艺变化的适应性差，需要进行重新设计与接线。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC 有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。PLC 控制系统是从继电器控制系
11、统发展而来的，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，目前仍然在工业领域中大量应用。然而就其控制性能与自身的功能已无法满足现代工业控制的要求和发展，下面就用继电器控制和 PLC 控制系统来完成专用行车的设计。湖北理工学院 课程设计说明书3第 3 章 系统硬件电路设计专用行车装置的主要控制及原理2.3.1 电机的正反转控制本设计中，要求电机根据指令改变运动方向，即保证行车能够前/后、上/下、左/右移动，实际上也就是要求电动机能够实现正反转。由三相异步电动机转动原理 23可知，若要电机逆向运行，只要将接于电动机定子的三相电源线中的任意两相对调一下即可，可通过两个接触器来改变电动机定子绕组的
12、电源相序来实现 9。电机的正反转控制线路如图 3.11 所示。其中接触器 KM1为正向接触器，控制电机的正转；KM2 为反向接触器，控制电机 M 的反转。图 2.3.1 电机的正反转控制该正反转控制原理为:正转:合上刀开关按下复合开关 SB3反转线路断开, 线圈 KM1 通电KM1 常开开关吸合,常闭开关打开电机正转；反转:合上刀开关按下复合开关 SB2 正转线路断开,线圈 KM2 通电KM2 常开开关吸合,常闭开关打开电机反转；停止:直接按下 SB1，线路断开。该控制线路必须要求 KM1 和 KM2 不能同时通电，否则会引起主电路电源短路，所以要求电路设置必要的联锁环节，即将其中一个接触器的
13、常闭触头串入另一个接触器线圈电路中，则任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的启动按钮，另一个接触器也无法接通，这种利用两个接触器的辅助常闭触头实现相互控制的方式成为电气联锁。起互锁作用的常闭触头称为互锁触头。为提高生产效率，简便正反操作，常利用复合按钮组成“正反停”或“反正停”的互锁控制。复合按钮的常闭触头同样起到互锁作用，这样的互锁称为机械互锁 10-11。该电路既有接触器常闭触头的电气互锁又有复合按钮常闭触头的机械互锁，即具有双重互锁。2.3.2 能耗制动的控制耗制动是电气制动，三相异步电动机能耗制动时，切断定子绕组的交流电源后，在定子绕组任意两相通入直流电流，形成一个固定磁场，与旋转
14、着的转子中的感应 湖北理工学院 课程设计说明书4电流相互作用产生制动力矩。制动结束后，必须及时切除直流电源 12。能耗制动示意图如图 2.3.2 所示。3 继电接触控制设计3.1 专用行车主控制电路设计1、由接触器 KM1、KM2、KM3、KM4、KM5 和 KM6 分别控制电动机 M1、M2、M3 的正反转；2、M2、M3 由热继电器 FR1、FR2 实现过载保护，M1 为点动短时工作，故不设过载保护；3、FU1 实现短路保护，并由隔离开关 QS 作为电源控制；4、为保证准确定位，并考虑到进退与升降运动由同一信号电动机拖动，且不会同时工作（联锁） 。所以停车时，可采用同一个直流电源实现能耗制
15、动。直流电源可采用低压交流电源经单相桥式整流得到。能耗制动回路中设有单独的短路保护，由FU2、FU4 实现；5、考虑到升降运动中吊有一定的重量，在行车平移中，需设置电磁抱闸制动控制。三相电磁铁 YA 与 M3 并联，当 M3 得电时，YA 工作，松开刹车允许升降运动。M3失电时，YA 释放，抱闸刹车，使吊篮稳定停留在空中，能安全的前后平移。15-16。主控制电路如图 3.1湖北理工学院 课程设计说明书5M1 正转左移，反转右移，采用点动控制，两地操作（控制操作台或现场操作） 。在吊篮进退与升降运动中，不允许左右移动，故串联 KA1KA4 常闭触点，以实现联锁。左右极限位保护，由固定于左右两端的
16、限位开关 SQ6、SQ7 实现。2）根据电镀工艺要求，行车前进运动与升降运动为自动控制，其控制过程是：按下 SB11（见图） ，KM3 及 KA1 吸合，行车前进，当运行到需要停留的槽位，例如到1 槽清洗，由运动挡铁压下固定于道轨一侧的行程开关 SQ1，SQ1 常闭触点串在 M2 控制回路中。使 KM3、KA1 失电，M2 停止旋转，同时由 KA1 常闭及 SQ1 常开触点接通前进制动回路。KM7、KT1 得电，使 M2 制动行车准确停在 1 槽。制动时间由 KT1 调定，停留时间由 KT4 调定。若工艺要求 1 槽无需停留，则可扳动开关 SA1，使其常开触点闭合，常闭触点打开，则行车继续前进
17、。在 M2 制动的同时，由 KM7 常开触点接通KM6 与 KA4，使 M3 的正转，吊篮下降，至下限位，限位开关 SQ11 受压，使 KM6 失电。同时 SQ11 常开触点接通下降制动回路，而使其迅速停车。零件在槽内停留 时间由时间继电器 KT4 自动控制，由 KT4 延时闭合触点接通 KM5，KA3，使 M3 反转，吊篮上升。到上极限位压下限位开关 SQ10，使 M3 停转。同时 SQ10 常开触点接通上升制动回路，KM8 和 KT2 得电，在制动的同时，由 KM8 常开触点接通行车前进控制回路。如此循环，直至按工艺要求完成零件的过程，行车到达绺，压 SQ8 自动停止前进，同时由 SQ8
18、常开触点接通 KM4、KA2 使行车自动回到原位。进退与升降之间，由图 3.1 电镀专用行车控制线路的主电路湖北理工学院 课程设计说明书6KA1、KA2 及 KA3、KA4 常闭触点串于对方控制回路，实现联锁。过载保护由FR1、FR2 常闭触点串在 M2、M3 各自的控制回路中实现。3）根据控制要求，KM3KM6 的副触点数量不够，因而采用 KA1KA4 中间继电器办法来解决。4）因设备调整需要，进退及升降控制应有连续运转控制，也有点动控制。5）由 FU5 对控制电路进行短路保护。6）为节省控制变压器，控制电压直接采用电网电压。根据上述要求便可设计出如图 3.2 所示的控制电路。湖北理工学院
19、课程设计说明书7FU5L33SB1SB2SB3SB4SB11KM2KM1SQ6SQ7KM4SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SA1SA2 SA3 SA4 SA5KM3SB5SB9SB12SB6SQ8SQ9KM3KM8KM7KM4KA1KA2KA3KA4KA3KA4FR1SQ1SA1SQ2SA2SQ3SA3SQ4SA4SQ5SA5KT1KM7KA1SB10SB13KM5KT4SB7KT5KT6KT8KT7KM6SB8SB14KM7KM8KM6SQ10KA1KA2FR2KM9KM5SQ11SQ10KA3SQ10KA4SQ1SA1SQ1SA1SQ1SA1SQ1SA1SQ1SA1L23KM1左 移KM2右
20、 移KM3前进KA1KM4后 退KA2KM7前 进 制 动KT1制 动 时 间KM5上 升KA3KM6下 降KA4KM8上 升 制 动KT2制 动 时 间KM9下 降 制 动KT3制 动 时 间KT41槽 停 时 间KT52槽 停 时 间KT63槽 停 时 间KT85槽 停 时 间KT74槽 停 时 间图3.2电镀专用行车控制电路湖北理工学院 课程设计说明书83.3 辅助电路设计根据设计要求，设计出图 3.3 所示的辅助电路。HL0 为电源指示，HL1HL10为行车运行状态显示。3.4 主要参数计算a.FU1 熔体额定电流IRN7IN/25=7*199/25A=56A故选用 IRN=6 A,其余熔体额定电流选用 2 A。b.能耗制动参数计算制动电流 ID= 15IN=3 A直流电压 UD=IDR=30 V(R 为定子两相电阻,可查电工手册得知)整流变压器二次侧交流电流 I2=3/0. 9 A =333 A整流变压器二次侧交流电压 U2=30/0. 9 V=333 V整流变压器容量 S=I2U2=100 VA18图 3.3 辅助电路KA1KA2KA3KA4KT5KT6KT7KT8HL7HL8HL9HL10HL2HL3HL4HL5104105106108109110111KT4 HL1107112HL0101 103上上上上上上上上上上上1上上上2上上上3上上上4上上上5上上6.3V
