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生产线上运输升降机的自动化设计.rar

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    编号:20180802233206133    类型:共享资源    大小:1.27MB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    金币
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    生产 线上 运输 升降机 自动化 设计
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    毕业设计说明书1第一章 引言在工厂中经常看见一些升降机械,这些升降机械很多由工频电机直接带动运行,电气控制部分一般都很简单,多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式。这些升降机械存在一些明显的问题,如启动停止和运行不平稳,升降运动过程动作不可靠,自动化程度不高,故障率较高,设备能耗高,无法应急运行,存在安全隐患等等。基于这些问题使得这些升降机械很难在工厂生产中发挥高效率的作用,同时也使得国内这些生产的升降机械无法与进口的自动化生产线配套使用,也无法根据实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作顺序。随着变频技术和 PLC 控制技术的发展,工厂中的自动化生产线也越来越多,由于一些行业的生产工艺的要求或是由于生产车间和场地的特殊情况,要求一些生产线需要配置相应的物件提升装置。通过本次简单设计过程,可以了解到在现实生产中的基本控制思想。认识到若要达到所设计的目的,不仅要做到知识的严谨,还要综合考虑所可能遇到的各种情况以及所处的环境。在运行的过程中,由于环境的不同可能得到不同的结果。因此,在现实生产过程中,要全面考虑设计所要达到的目的,最重要的还要将环境与所设计结合起来,才能可能达到设计的目的。1.1 可编程序控制器的特点 及应用1. PLC 的应用早期的可编程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC),主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展,可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体,具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点,以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能,在工业生产中得到了广泛的应用。1969 年,美国数字设备公司(DEC)研制出世界上第一台可编程控制器。早期的可编程控制器由分离元件和中小规模集成电路组成,主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。70 年代初期,体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于 PLC,使得 PLC 的功能大大增强。在机械系统方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模拟量模块、远程I/O 模块和各种特殊功能模块。在软件方面,PLC 采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言,除了保持原有的逻辑运算等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入 80 年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的毕业设计说明书2市场价格大幅度下跌,使得 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。而且,为了进一步提高PLC 的处理速度,各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片,大大提高了 PLC 软、机械系统功能。2. PLC 的特点在发达工业国家,PLC 已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界PLC 以及软件市场报告称,1995 年全球 PLC 及其软件的市场经济规模约 50 亿美元[5]。随着电子技术和计算机技术的发展,PLC 的功能得到大大的增强,具有以下特点:(1)可靠性高。PLC 的高可靠性得益于软、机械系统上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。(2)具有丰富的 I/O 接口模块。PLC 针对不同的工业现场信号,有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能,它还有多种人机对话的接口模块;为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块。(3)采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型 PLC 以外,绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 的各个部件,包括 CPU、电源、I/O 等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(4)编程简单易学。PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。(5)安装简单,维修方便。PLC 不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。在设计过程中要注意的一些细节:1.2 如何选购 PLC 产品1、系统规模首先应确定系统用 PLC 单机控制,还是用 PLC 形成网络,由此计算 PLC 输入、输出点。数,并且在选购 PLC 时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%) 。2、确定负载类型根据 PLC 输出端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,或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的。 3、存储容量与速度尽管国外各厂家的 PLC 产品大体相同,但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间完全兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同,而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的 PLC 价格就越高,但应该根据系统的大小合理选用 PLC 产品。 毕业设计说明书34、编程器的选购 PLC 编程可采用三种方式:(1)是用一般的手持编程器编程,它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低,但对于系统容量小,用量小的产品比较适宜,并且体积小,易于现场调试,造价也较低。(2)是用图形编程器编程,该编程器采用梯形图编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,但该编程器价格较高。(3)是用 IBM 个人计算机加 PLC 软件包编程,这种方式是效率最高的一种方式,但大部分公司的 PLC 开发软件包价格昂贵,并且该方式不易于现场调试。因此,应根据系统的大小与难易,开发周期的长短以及资金的情况合理选购 PLC 产品。5、尽量选用大公司的产品其质量有保障,且技术支持好,一般售后服务也较好,还有利于你的产品扩展与软件升级1.3 输入回路的选择特点1、电源回路 PLC 供电电源一般为 AC85—240V(也有 DC24V) ,适应电源范围较宽,但为了抗干扰,应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1 隔离变压器等) 。2、PLC 上 DC24V 电源的使用各公司 PLC 产品上一般都有 DC24V 电源,但该电源容量小,为几十毫安至几百毫安,用其带负载时要注意容量,同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响 PLC 的运行) 。3、外部 DC24V 电源 若输入回路有 DC24V 供电的接近开关、光电开关等,而 PLC 上DC24V 电源容量不够时,要从外部提供 DC24V 电源;但该电源的“—”端不要与 PLC 的 DC24V 的“—”端以及“COM”端相连,否则会影响 PLC 的运行。4、输入的灵敏度各厂家对 PLC 的输人端电压和电流都有规定,如日本三菱公司 F7n 系列 PLC 的输入值为:DC24V、7mA,启动电流为 4.5mA,关断电流小于 1.5mA,因此,当输入回路串有二极管或电阻(不能完全启动) ,或者有并联电阻或有漏电流时(不能完全切断) ,就会有误动作,灵敏度下降,对此应采取措施。另一方面,当输入器件的输入电流大于 PLC的最大输入电流时,也会引起误动作,应采用弱电流的输入器件,并且选用输人为共漏型输入的 PLC,Bp 输入元件的公共点电位相对为负,电流是流出 PLC 的输入端。 1.4 输出回路的选择特点1、各种输出方式之间的的比较 (1)继电器输出: 优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载,且电压也可不同,带负载电流可达毕业设计说明书42A/点;但继电器输出方式不适用于高频动作的负载,这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少,一般在几十万次至 Jl 百万次之间,有的公司产品可达 1000 万次以上,响应时间为 10ms。 (2)晶闸管输出: 带负载能力为 0.2A/点,只能带交交流负载,可适应高频动作,响应时间为 1ms。 (3)晶体管输出: 最大优点是适应于高频动作,响应时间短,一般为 0.2ms 左右,但它只能带 DC 5—30V的负载,最大输出负载电流为 0.5A/点,但每 4 点不得大于 0.8A。 当你的系统输出频率为每分钟 6 次以下时,应首选继电器输出,因其电路设计简单,抗干扰和带负载能力强。当频率为 10 次/min 以下时,既可采用继电器输出方式;也可采用PLC 输出驱动达林顿三极管(5—10A) ,再驱动负载,可大大减小。 2、抗干扰与外部互锁当 PLC 输出带感性负载,负载断电时会对 PLC 的输出造成浪涌电流的冲击,为此,对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管,对交流感性负载应并接浪涌吸收电路,可有效保护 PLC。当两个物理量的输出在 PLC 内部已进行软件互锁后,在 PLC 的外部也应进行互锁,以加强系统的可靠性。3、 “GOM“点的选择不同的 PLC 产品,其“COM”点的数量是不一样的,有的一个“COM”点带 8 个输出点,有的带 4 个输出点,也有带 2 个或 1 个输出点的。当负载的种类多,且电流大时,采用一个“COM”点带 1—2 个输出点的 PLC 产品;当负载数量多而种类少时,采用一个“COM”点带 4—8 个输出点的 PLC 产品。这样会对电路设计带来很多方便,每个“COM”点处加一熔丝,1—2 个输出时加 2A 的熔丝,4—8 点输出的加 5—10A 的熔丝,因 PLC 内部一般没有熔丝。 4、PLC 外部驱动电路对于 PLC 输出不能直接带动负载的情况下,必须在外部采用驱动电路:可以用三极管驱,也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动,同时应采用保护电路和浪涌吸收电路,且每路有显示二极管(LED)指示。印制板应做成插拔式,易于维修。 5、PLC 的输入输出布线也有一定的要求,请看各公司的使用说明书。1.5 软件编制 在编制软件前,应首先熟悉所选用的 PLC 产品的软件说明书,待熟练后再编程。若用图形编程器或软件包编程,则可直接编程,若用手持编程器编程,应先画出梯形图,然后编程,这样可少出错,速度也快。编程结束后先空调程序,待各个动作正常后,再在设备上调试。毕业设计说明书51.6 优化选择在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的起停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,工业现场中的这些自动控制问题,若采用可编程序控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为最有效的工具之一,目前市场上的 PLC 产品众多,除国产品牌外,国外有:日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJJ、anasonic,德国的 SIEMENS,韩国的 LG 等。近几年,PLC 产品的价格有较大的下降,其性价比越来越高,这是众多技术人员选用 PLC 的重要原因,所以在一些小型简单的自动化生产线上,厂家考虑其性价比还是选用 PLC 改造传统电气回路。同时西门子 PLC 可以根据要求选用不同的模块,在此基础上设计程序以达到所设计的功能,这种形式目前在工业现场应用最为广泛。另外它的电源模块也是集各大公司工业控制的经验而特别设计的,抗干扰性特别是抗电源干扰能力有很大提高,即使在电源很差和变频调速的干扰下仍能正常工作。还有要增加一个功能只要增加相应的模块和修正对应的程序,而PLC 的编程相对比较简单,这样对于开发周期会缩短。除此以外它本身有很强的自诊断功能,一旦系统出现故障,根据自诊断很容易诊断出故障元件,即使非专业人员也能维修,如果故障由于程序设计不合理引起,由于它提供完善的调试工具,要找出故障也较为简单。所以应用西门子 S7-200 PLC 和西门子 MM420 变频器组成的升降机控制和驱动系统,可以完成对升降机自动运行的智能化控制和管理,可以根据生产线的实际生产需要和具体工艺要求自动调整升降方向和速度快慢。也可以在变频器发生故障时自动将发生故障的电机切换到工频状态应急工作,系统设有西门子 TP170A 触摸屏,可以向工作人员提示设备的状态和故障信息。整个系统自动化程度高,应用范围广,可以在多个行业与国内外各型生产线配套使用。毕业设计说明书6第二章 运输升降机系统概述2.1 运输升降机机械系统的组成运输升降机的机械系统由升降机入口和出口传输机构,轿箱内部吊篮传输机构,轿箱升降机构,升降机厅门安全机构和升降电机安全抱闸机构组成。升降机入口和出口传输机构用于将生产线上的产品向升降机内或升降机外传送。轿箱内部吊篮传送机构用于将产品传入或传出轿箱。轿箱升降机构用于提升升降机轿箱或下降升降机轿箱。升降机厅门安全机构用于在升降机轿箱升降过程中关闭升降机井厅门入口,防止安全事故发生。升降电机安全抱闸机构用于在升降机轿箱停止运动时抱住升降电机主轴,防止升降机轿箱在停止运动时发生上下滑动,避免由此而产生的安全事故。2.2 运输升降机的自动控制系统的组成运输升降机的自动控制系统由程序逻辑控制器 PLC,外部光电传感器,触摸屏,变频驱动器,声光报警灯和检修手动盒等元气件组成。程序逻辑控制器 PLC 采集外部输入点的输入信号,如启动停止信号,各个光电传感器的状态信号,各限位开关的输入信号,人机界面上的输入信号,经过逻辑判断和运算后输出相应输出信号,控制电气系统中的相应交流接触器和变频器动作。来完成将一层楼的产品自动的转移到另外一层楼的生产线上。2.3 运输升降机的工作原理和控制要求运输升降机的工作状态分为自动运行状态和检修操作状态,两个工作状态相互独立彼此分开。当升降升降机处于自动运行状态下时,要求检修操作盒的所有按钮无效,同样当设备处于检修状态下时要求来自系统外部的控制信号无效,此时系统只能通过检修手动盒点动检修。在自动运行时要求升降机能够将一层楼的产品自动的传送到另外一层楼的生产输送带上,并自动返回到出发点进行下一个工作周期。这个过程当中要求 PLC 能根据外部生产线的速度自动调节升降机的运转速度。要求升降机的轿箱能够准确平层,能够判断进出口堵塞情况的发生,能够自动的连续点动正反转,以自动消除进出口的堵塞现象,减少不必要的停机发生。同时要求升降系统能够多楼层多顺序的传送运行,能根据生产需求调整传送方向。要求系统毕业设计说明书7有可靠的安全保护,能避免设备安全事故的发生。要求设备具有应急运行功能,减少因设备故障造成的生产线停机。在操作上要求通过人机界面能够方便地修改参数,记录生产情况和报警信息,要求在触摸屏上复位报警和点动功能。能够设置管理人员密码,能够记录生产批次和生产数量,具有历史数据查询功能。毕业设计说明书8第三章 运输升降机自动控制系统设计3.1 运输升降机的机械系统的组成运输升降机的传输机构分为入口输送带,出口输送带和升降机轿箱吊篮传送带。分别与各楼层的生产线输送带连接。见图 1-1。遮 光 板 反 光 板吊 篮 入 口 光 电 传 感 器吊 篮 电 机 反 光 板吊 篮 内 部 光 电 传 感 器 生 产 线 启 动 使 能 信 号 生 产 线 光 电 传 感 器反 光 板 楼 车 间 生 产 流 水 线 传 送 带楼 进 口 光 电 传 感 器 反 光 板 楼 生 产 线 传 送 带 电 机楼 入 口 电 机 流 动 方 向图 1-1 运输升降机入口输送带与吊篮输送带和生产线输送带的组合其中升降机入口输送带采用工业输送带,生产线输送带采用皮带式输送带,加置皮带张紧装置,入口输送带可以根据需要正反转。升降机轿箱吊篮传送带采用链条传动多个金属输送辊组成的辊道式传送带,机械结构牢靠,抗撞击能力强,正反转动作可靠,其作用是连接升降机入口传送带或出口传送带。见图 1-2。毕业设计说明书9遮 光 板反 光 板 反 光 板吊 篮 内 部 光 电 传 感 器吊 篮 电 机 吊 篮 入 口 光 电 传 感 器图 1-2 升降机轿箱吊篮内送辊道式输送带示意图 楼 出 口 电 机 楼 生 产 线 传 送 带 电 机反 光 板楼 出 口 光 电 传 感 器反 光 板吊 篮 电 机 吊 篮 入 口 光 电 传 感 器 反 光 板吊 篮 内 部 光 电 传 感 器 遮 光 板 楼 车 间 生 产 流 水 线 传 送 带流 动 方 向图 1-3 运输升降机出口输送带与吊篮输送带和生产线输送带的组合图 1-3 其中升降机出口输送带采用工业输送带,生产线输送带采用皮带式输送带,加置皮带张紧装置,出口输送带可以根据需要正反转。而升降机轿箱吊篮内送辊道式输送带则与升降机升降机构组合,在各楼层之间上下运动,输送货物,见图 1-4。毕业设计说明书10升 降 电 机上 部 定 轮升 降 机 构 遮 光 板电 动 抱 闸下 部 定 轮图 1-4 升降机的机械升降机构对重装置未画出
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