【正文】 1 基于 PLC 的傳送帶自動化流水線設(shè)備控制系統(tǒng) 設(shè)計 摘 要 汽車發(fā)動機市場競爭日益加劇，多品種混合裝配流水線也陸續(xù)上市。 汽車發(fā)動機混流裝配生產(chǎn)線是對不同型號發(fā)動機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)計的好壞決定了能否實現(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現(xiàn)。 通過協(xié)調(diào)兩個或兩個以上的內(nèi)部子系統(tǒng)的運作效率，或通過系統(tǒng)組件和時間的協(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)的運作效率。 它們協(xié)調(diào)帶式輸送機的開 /關(guān)狀態(tài)和時間，以實現(xiàn)更高的運作效率，以此 實現(xiàn)更高的性能效率。 關(guān)鍵詞 ：發(fā)動機流水線；帶式輸送線；自動控制； 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 課題介紹 方案設(shè)計及工藝參數(shù) 方案設(shè)計 工藝參數(shù) 系統(tǒng)架構(gòu)及工作流程圖 第二章 傳送帶傳動及調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 電動機的介紹及選用 電動機選用及運行參數(shù) 電力拖 動系統(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 物件搬運系統(tǒng)的設(shè)計 總體設(shè)計思路 氣缸的介紹及選用 氣動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 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計及軟件編寫 可編程控制器簡介 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和主要特點 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)計算與選擇 結(jié)論與展望 感謝 4 緒 論 自動化流水線是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點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器各自的優(yōu)點，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強度的同時 , 大大提高了勞動生產(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化裝置。前者費時費工、效率低 。 后者因設(shè)計復(fù)雜 , 需較多繼電器 ,接線繁雜 , 易受車體振動干擾 ,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題。自動化流水設(shè)備的開發(fā)設(shè)計提高了工作效率。 自動化流水 線設(shè)備技術(shù)涉及到力學(xué)、機械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 自動化流水線設(shè)備是一種能自動化定位控制并可重新編程序以變動的多功能機器，它有多個自由度，可用來搬運物體以完成在各個不同環(huán)境中工作。 在現(xiàn)今的中國，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動力密集型，自動化流水線設(shè)備的使用已經(jīng)越來越普及。 那些電子和汽車業(yè)的歐美跨國公司很早就在它們設(shè)在中國的工廠中引進(jìn)了自動化生產(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)的中國本土塑料加工廠也開始對自動化 流水線設(shè)備表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因為他們要面對工人流失率高，以及交帶來的挑戰(zhàn)。 隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動化程度的迅速提高，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)歷史的舞臺上，配合可編程控制器（ PLC）控制性更強，應(yīng)變更靈活，操作更簡單，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)計正是基于 PLC 控制系統(tǒng)，控制一個自動化發(fā)動機生產(chǎn)流水線的設(shè)計。對于生產(chǎn)流水線的組成及自動化的基礎(chǔ)建設(shè)有著重要的意義。 5 第 1 章 總體方案設(shè)計 課題介紹 本次設(shè)計是基于 PLC 的傳送帶自動化流水線設(shè)備控制系統(tǒng)。在這個系統(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化流水線設(shè)備的時候時，在實現(xiàn)自動減速并前停止在自動化流水線設(shè)備的正下方。自動化流水線設(shè)備自動降下抓起物件移至乙傳動帶上方放下物件，物件 F 由乙傳送帶運走，并在需要的時候自動減速、停止。 在自動化流水線設(shè)備抓起物件后，甲傳送帶繼續(xù)運行并且將下一個物件運至自動化流水線設(shè)備的正下方。自動化流水線設(shè)備放下物件在乙傳送帶后自動返回原位抓起下一個物件。如圖 1－ 1： 圖 1－ 1 方案設(shè)計及工藝參數(shù) 方案設(shè)計 為了實現(xiàn)既定目標(biāo)主要是要解決 3 個問題：傳送帶物件自動減速停止的實現(xiàn)；自動化流水線設(shè)備自動抓取放置返回的實現(xiàn)；傳送帶、自動化流水線設(shè)備再啟動的條件。其整體結(jié)構(gòu)入如下（圖 12）： 傳送帶物件自動停止的實現(xiàn)主要是采取光傳感器的使用，在傳感器檢測到物件后，發(fā)送信息給 PLC，由 PLC 通過變頻器控制電機實現(xiàn)傳送帶的減速、停止功能。 自動化流水線設(shè)備移動抓取是通過 PLC 控制電磁閥對汽缸進(jìn)行充氣來控制自動化流水線設(shè)備 的上下左右移動，并使用 PLC的定時功能實現(xiàn)抓放功能。 傳送帶甲 傳送帶乙 抓 放 F 6 傳送帶、自動化流水線設(shè)備的自動啟動停止是 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，因為整個系統(tǒng)的工作流程是一環(huán)環(huán)相套的。都是由前一個狀態(tài)觸發(fā)后一個狀態(tài)，所以這里采用的是步進(jìn)控制系統(tǒng)，傳感器、自動化流水線設(shè)備的限位作為輸入信號，控制信號作為輸出信號。 在整體的設(shè)計構(gòu)思中，全部以工業(yè)實際應(yīng)用的效果為出發(fā)點，所以要低成本，高效率、高安全性和穩(wěn)定性。同時考 慮到這種傳送帶自動化流水線設(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、自動化流水線設(shè)備的控制方式上采用了較常見和簡單的設(shè)計。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) 電動機：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)計所要實現(xiàn)的目標(biāo)，可以將整個工作單元分成三個運行系統(tǒng)： 傳送帶傳動調(diào)速系統(tǒng)； 物 件升降系統(tǒng)； 各部分硬件的自動控制系統(tǒng)。 其中，自動控制系統(tǒng)又可以稱為中央控制系統(tǒng)，由一個中央處理器（這里使用可編程控制器即 PLC）為主控單元，接受從信號采集器件即傳感器處采集來的信號，經(jīng)過處理發(fā)送給各部分硬件執(zhí)行相應(yīng)的操作。從而實現(xiàn)傳動系統(tǒng)的調(diào)速功能。具體系統(tǒng)工作流程圖如下：（圖 13） 發(fā)動機部件被放置 傳送帶 傳送帶停止 時間間隔止 發(fā)動機移送到下降裝置 放下發(fā)動機 啟動回收帶 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 啟動傳送帶 檢測回收帶是否停止 8 圖 13 工作流程圖 第二章 傳送帶傳動及調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 傳送帶傳動及調(diào)速系統(tǒng)是實現(xiàn)將物件傳送至相應(yīng)位置并在需要的時候能實現(xiàn)自動減速、停止功能 的系統(tǒng)。由電動機，信號采集器，調(diào)速控制器、傳送帶 4 個部件構(gòu)成。電動機提供傳送帶傳送的源動力，信號采集器采用光傳感器進(jìn)行信號采集，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，由變頻器控制電機的轉(zhuǎn)速達(dá)到實現(xiàn)傳送帶減速、停止的功能。下面詳細(xì)介紹各個部件的工作方式及選取。 電動機的介紹及選用 交流電動機誕生于 19世紀(jì)末 ,由于它具有控制方便、適應(yīng)性強、維護(hù)便利等一系列優(yōu)點，所以很快成為 工業(yè)社會的重要核心，是傳動系統(tǒng)中的主力。同時根據(jù)不同生產(chǎn)過程的需要，孕育了各種各樣的電動機調(diào)速裝置和技術(shù)，并逐步得到打發(fā)展。 電動機選用及運行參數(shù) 本次設(shè)計的設(shè)定，電動機采用的是三相異步電動機，需求功率為 11KW。 設(shè)計帶式輸送機滿載時輸送帶放置 80 臺發(fā)動機，再制造的現(xiàn)代小型汽車發(fā)動機分為鑄鐵發(fā)動機和鑄鋁發(fā)動機，現(xiàn)下主流發(fā)動機排量為 至 不等， 鑄鐵發(fā)動機重量約 130Kg， 鑄鋁發(fā)動機重量約 100Kg，本設(shè)計以 鑄鐵發(fā)動機裝配車間輸送機進(jìn)行設(shè)計 ， 帶速 v=。 P=W/t=μ mgV=（ 100*80） *10**2=800*= 電力拖動系統(tǒng)及變頻調(diào)速 電動機是電力拖動系統(tǒng)中的原動機 ,它將電能轉(zhuǎn)化為機械能 ,去拖動各種類型生產(chǎn)機械的工作機構(gòu)運動 ,以實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求 ,如驅(qū)動軋鋼機的軋錕 ,起重機的提升機包括本次設(shè)計所實現(xiàn)的傳送帶傳動系統(tǒng)等等 .電力拖動系統(tǒng)的組成如圖 21所示 : 圖 21 電源 電氣控制設(shè)備 電動機 傳 動 機 構(gòu) 工作機 械 9 這里的調(diào)速采用變頻調(diào)速，由傳感器采集信號送 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)在及將來在自動化控制系統(tǒng)中最為重要的一個單元，其可以將外界模擬量的變化轉(zhuǎn)化為電信號的輸出，從而實現(xiàn)了一個工作系統(tǒng)針對外界的變化而做出相應(yīng)控制動作的功能。 在本次設(shè)計中，由于需要采集的信息是物體的移動，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，它可以檢測出其接收到的光強的變化。 在傳送帶自動控制系統(tǒng)中實現(xiàn)自動控制的信息采集作用。 圖 23