【正文】 1 基于 PLC 的傳送帶自動(dòng)化流水線設(shè)備控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 摘 要 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，多品種混合裝配流水線也陸續(xù)上市。 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)混流裝配生產(chǎn)線是對(duì)不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)順序裝配的流水線工藝過程 ,混流裝配生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)的好壞決定了能否實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線負(fù)荷、品種、產(chǎn)量的均衡化生產(chǎn)。 帶式輸送線效率的提高可以通過操作水平的提高來實(shí)現(xiàn)。 通過協(xié)調(diào)兩個(gè)或兩個(gè)以上的內(nèi)部子系統(tǒng)的運(yùn)作效率，或通過系統(tǒng)組件和時(shí)間的協(xié)調(diào)，或通過系統(tǒng)和人工操作的協(xié)調(diào)來提高能源系統(tǒng)的運(yùn)作效率。 它們協(xié)調(diào)帶式輸送機(jī)的開 /關(guān)狀態(tài)和時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)作效率，以此 實(shí)現(xiàn)更高的性能效率。 關(guān)鍵詞 ：發(fā)動(dòng)機(jī)流水線；帶式輸送線；自動(dòng)控制； 2 THE DESIGN OF ENGINE CONTROL CONVEYOR MANIPULATOR SYSTEM Abstract Automobile engine market petition is increasingly more intensifying， Many kinds of mixed assembly line are designed by person and used for factories. Different kinds of mixed assembly line is used to product different kinds of automobile engine for different technologies, Mixed flow assembly line planning and design is good or not determines the realization of line load equalization, varieties, output enhance the efficiency of belt conveyors can be done by raising the level of the coordination of two or more than two operational efficiency of the internal subsystems, or through the coordination of system ponents and time, or through coordinate system and manual operation to improve the operational efficiency of the energy system .They coordinate the on/off state of belt conveyor and time, in order to achieve higher efficiency, to achieve higher performance efficiency. Keywords : The engine assembly line Belt conveyors Automatic Control 3 引 言 緒 論 第 1 章 總體方案設(shè)計(jì) 課題介紹 方案設(shè)計(jì)及工藝參數(shù) 方案設(shè)計(jì) 工藝參數(shù) 系統(tǒng)架構(gòu)及工作流程圖 第二章 傳送帶傳動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 電動(dòng)機(jī)的介紹及選用 電動(dòng)機(jī)選用及運(yùn)行參數(shù) 電力拖 動(dòng)系統(tǒng)及變頻調(diào)速 光傳感器的介紹及選用 光電傳感器的分類 常用參數(shù) 光電傳感器選用原則： 變頻調(diào)速及變頻器的選用 變頻器簡(jiǎn)介 變頻器的分類 變頻器中常用的控制方式 本章小結(jié) 第三章 物件搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 氣缸的介紹及選用 氣動(dòng)元件及雙向活塞式氣缸 氣缸工作原理 電磁閥的介紹及選用 電磁閥簡(jiǎn)介及分類 電磁閥工作原理圖 電磁閥的選 用 本章小結(jié) 第四章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及軟件編寫 可編程控制器簡(jiǎn)介 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn) PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 I/O 口確定及 PLC 的選取 控制要求分析 輸入接口確定： 輸出接口確定： I/O 分配及主要器件的 I/O 連接圖 第五章 變速箱參數(shù)計(jì)算與選擇 結(jié)論與展望 感謝 4 緒 論 自動(dòng)化流水線是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù) ，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展 , 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心 ,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí) , 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見的上下料工序 , 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低 。 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜 , 需較多繼電器 ,接線繁雜 , 易受車體振動(dòng)干擾 ,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題。自動(dòng)化流水設(shè)備的開發(fā)設(shè)計(jì)提高了工作效率。 自動(dòng)化流水 線設(shè)備技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 自動(dòng)化流水線設(shè)備是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。 在現(xiàn)今的中國(guó)，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)力密集型，自動(dòng)化流水線設(shè)備的使用已經(jīng)越來越普及。 那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國(guó)公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國(guó)的工廠中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化是那些分布在工業(yè)密集的華南、華東沿海地區(qū)的中國(guó)本土塑料加工廠也開始對(duì)自動(dòng)化 流水線設(shè)備表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及交帶來的挑戰(zhàn)。 隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，汽車工業(yè)的日益發(fā)展，汽車流水線生產(chǎn)以及迫不及待的出現(xiàn)歷史的舞臺(tái)上，配合可編程控制器（ PLC）控制性更強(qiáng)，應(yīng)變更靈活，操作更簡(jiǎn)單，已經(jīng)逐漸取代繼電器控制系統(tǒng)成為新的控制方式。 本次設(shè)計(jì)正是基于 PLC 控制系統(tǒng)，控制一個(gè)自動(dòng)化發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)流水線的設(shè)計(jì)。對(duì)于生產(chǎn)流水線的組成及自動(dòng)化的基礎(chǔ)建設(shè)有著重要的意義。 5 第 1 章 總體方案設(shè)計(jì) 課題介紹 本次設(shè)計(jì)是基于 PLC 的傳送帶自動(dòng)化流水線設(shè)備控制系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，有兩條傳送帶。當(dāng)物件 F 放置在甲傳送帶上，傳送到快要接近自動(dòng)化流水線設(shè)備的時(shí)候時(shí)，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速并前停止在自動(dòng)化流水線設(shè)備的正下方。自動(dòng)化流水線設(shè)備自動(dòng)降下抓起物件移至乙傳動(dòng)帶上方放下物件，物件 F 由乙傳送帶運(yùn)走，并在需要的時(shí)候自動(dòng)減速、停止。 在自動(dòng)化流水線設(shè)備抓起物件后，甲傳送帶繼續(xù)運(yùn)行并且將下一個(gè)物件運(yùn)至自動(dòng)化流水線設(shè)備的正下方。自動(dòng)化流水線設(shè)備放下物件在乙傳送帶后自動(dòng)返回原位抓起下一個(gè)物件。如圖 1－ 1： 圖 1－ 1 方案設(shè)計(jì)及工藝參數(shù) 方案設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)主要是要解決 3 個(gè)問題：傳送帶物件自動(dòng)減速停止的實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)化流水線設(shè)備自動(dòng)抓取放置返回的實(shí)現(xiàn)；傳送帶、自動(dòng)化流水線設(shè)備再啟動(dòng)的條件。其整體結(jié)構(gòu)入如下（圖 12）： 傳送帶物件自動(dòng)停止的實(shí)現(xiàn)主要是采取光傳感器的使用，在傳感器檢測(cè)到物件后，發(fā)送信息給 PLC，由 PLC 通過變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)傳送帶的減速、停止功能。 自動(dòng)化流水線設(shè)備移動(dòng)抓取是通過 PLC 控制電磁閥對(duì)汽缸進(jìn)行充氣來控制自動(dòng)化流水線設(shè)備 的上下左右移動(dòng)，并使用 PLC的定時(shí)功能實(shí)現(xiàn)抓放功能。 傳送帶甲 傳送帶乙 抓 放 F 6 傳送帶、自動(dòng)化流水線設(shè)備的自動(dòng)啟動(dòng)停止是 PLC直接控制。 圖 12整體結(jié)構(gòu)框圖 這里采用的是 FX2N 系列的 PLC，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的工作流程是一環(huán)環(huán)相套的。都是由前一個(gè)狀態(tài)觸發(fā)后一個(gè)狀態(tài)，所以這里采用的是步進(jìn)控制系統(tǒng)，傳感器、自動(dòng)化流水線設(shè)備的限位作為輸入信號(hào)，控制信號(hào)作為輸出信號(hào)。 在整體的設(shè)計(jì)構(gòu)思中，全部以工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的效果為出發(fā)點(diǎn)，所以要低成本，高效率、高安全性和穩(wěn)定性。同時(shí)考 慮到這種傳送帶自動(dòng)化流水線設(shè)備工作單元是流水線上使用較多的基礎(chǔ)單元，所以在傳感器的選取、自動(dòng)化流水線設(shè)備的控制方式上采用了較常見和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。這樣可以讓使用范圍更寬闊。如果有更為精確的需要，只要將其中的一些部件按照精度要求更換即可。 工藝參數(shù) 電動(dòng)機(jī)：功率為 12KW 傳送帶寬度： 1M 傳感器有效范圍 變頻器 PLC 傳感器 電磁閥 汽缸 自動(dòng)化流水線設(shè)備 傳送帶 變頻器 7 系統(tǒng)架構(gòu)及工作流程圖 根據(jù)此次設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，可以將整個(gè)工作單元分成三個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)： 傳送帶傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)； 物 件升降系統(tǒng)； 各部分硬件的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 其中，自動(dòng)控制系統(tǒng)又可以稱為中央控制系統(tǒng)，由一個(gè)中央處理器（這里使用可編程控制器即 PLC）為主控單元，接受從信號(hào)采集器件即傳感器處采集來的信號(hào)，經(jīng)過處理發(fā)送給各部分硬件執(zhí)行相應(yīng)的操作。從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)速功能。具體系統(tǒng)工作流程圖如下：（圖 13） 發(fā)動(dòng)機(jī)部件被放置 傳送帶 傳送帶停止 時(shí)間間隔止 發(fā)動(dòng)機(jī)移送到下降裝置 放下發(fā)動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)回收帶 回收帶減速 回收帶停止 上升裝置 傳感器 A 傳感器 B 傳感器 B1 傳感器A1 啟動(dòng)傳送帶 檢測(cè)回收帶是否停止 8 圖 13 工作流程圖 第二章 傳送帶傳動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 傳送帶傳動(dòng)及調(diào)速系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)將物件傳送至相應(yīng)位置并在需要的時(shí)候能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)減速、停止功能 的系統(tǒng)。由電動(dòng)機(jī)，信號(hào)采集器，調(diào)速控制器、傳送帶 4 個(gè)部件構(gòu)成。電動(dòng)機(jī)提供傳送帶傳送的源動(dòng)力，信號(hào)采集器采用光傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，調(diào)速控制器采用變頻器調(diào)速方式。在指定的位置安裝光傳感器后，物件傳送到相應(yīng)位置被傳感器檢測(cè)到后，由傳感器將此信息傳送給中央處理器件： PLC，再由 PLC發(fā)出指令給變頻器，由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到實(shí)現(xiàn)傳送帶減速、停止的功能。下面詳細(xì)介紹各個(gè)部件的工作方式及選取。 電動(dòng)機(jī)的介紹及選用 交流電動(dòng)機(jī)誕生于 19世紀(jì)末 ,由于它具有控制方便、適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)便利等一系列優(yōu)點(diǎn)，所以很快成為 工業(yè)社會(huì)的重要核心，是傳動(dòng)系統(tǒng)中的主力。同時(shí)根據(jù)不同生產(chǎn)過程的需要，孕育了各種各樣的電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置和技術(shù)，并逐步得到打發(fā)展。 電動(dòng)機(jī)選用及運(yùn)行參數(shù) 本次設(shè)計(jì)的設(shè)定，電動(dòng)機(jī)采用的是三相異步電動(dòng)機(jī)，需求功率為 11KW。 設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)滿載時(shí)輸送帶放置 80 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，再制造的現(xiàn)代小型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)分為鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)和鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)下主流發(fā)動(dòng)機(jī)排量為 至 不等， 鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)重量約 130Kg， 鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)重量約 100Kg，本設(shè)計(jì)以 鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車間輸送機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì) ， 帶速 v=。 P=W/t=μ mgV=（ 100*80） *10**2=800*= 電力拖動(dòng)系統(tǒng)及變頻調(diào)速 電動(dòng)機(jī)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的原動(dòng)機(jī) ,它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 ,去拖動(dòng)各種類型生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) ,以實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求 ,如驅(qū)動(dòng)軋鋼機(jī)的軋錕 ,起重機(jī)的提升機(jī)包括本次設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的傳送帶傳動(dòng)系統(tǒng)等等 .電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成如圖 21所示 : 圖 21 電源 電氣控制設(shè)備 電動(dòng)機(jī) 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 工作機(jī) 械 9 這里的調(diào)速采用變頻調(diào)速，由傳感器采集信號(hào)送 PCL控制變頻器完成，上圖中的電器控制設(shè)備一處可 細(xì)分為如下流程 (圖 22)： 圖 22 下面將詳細(xì)介紹光電傳感器和變頻器 光傳感器的介紹及選用 傳感器是現(xiàn)在及將來在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中最為重要的一個(gè)單元，其可以將外界模擬量的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)工作系統(tǒng)針對(duì)外界的變化而做出相應(yīng)控制動(dòng)作的功能。 在本次設(shè)計(jì)中，由于需要采集的信息是物體的移動(dòng)，所以采用的是光電傳感器， 光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測(cè)出其接收到的光強(qiáng)的變化。 在傳送帶自動(dòng)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的信息采集作用。 圖 23