【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)任務(wù) 這次設(shè)計(jì)為自主設(shè)計(jì)，來自于鋁廠陽極組裝現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)新型鋁廠電解鋁的陽極組裝工藝要求，完成陽極組裝工藝中小車、運(yùn)輸電機(jī)及夾鉗動(dòng)作控制系統(tǒng)的主電路、 PLC 控制電路設(shè)計(jì)和機(jī)械控制程序設(shè)計(jì)。自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程控制控 制柜、電機(jī)控制臺(tái)、運(yùn)輸小車等控制系統(tǒng)組成 ,。該系統(tǒng)以 PLC 為主，加上電氣控制、敏感的檢測(cè)部分、電動(dòng)機(jī)，液壓閥等相互協(xié)調(diào)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)碳素陽極組裝過程的自動(dòng)化控制。 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求 （ 1）控制小車的前后運(yùn)行和停止，夾鉗的上下、翻轉(zhuǎn)等； （ 2） PLC 控制變頻器的起停，調(diào)速、制動(dòng)使能轉(zhuǎn)換、軌道電機(jī)啟停； （ 3）完成 10 個(gè)電機(jī)起、停信號(hào)的檢測(cè)、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自由起、停； （ 4）對(duì)小車和軌道電機(jī)各種信號(hào)的互鎖和監(jiān)控進(jìn)行控制； （ 5）由軌道的運(yùn)行情況，決定電機(jī)的起停和過載保護(hù)控制以及故障處理； （ 6）控制系統(tǒng)具有電機(jī)過載、過流保護(hù)及短路保護(hù)等必要的保護(hù)環(huán)節(jié)； 3 第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制兩部分包括小車的前后運(yùn)動(dòng)和電機(jī)啟停，其中小車的結(jié)構(gòu)包括夾鉗和小車電機(jī)，夾鉗功能是由液壓驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)夾住和釋放托盤。而小車電機(jī)將托盤運(yùn)送到對(duì)面的軌道上，然后再次返回，即往返運(yùn)動(dòng)。為使小車在運(yùn)動(dòng)過程中防止盤子滑落，平穩(wěn)運(yùn)行，需要控制小車運(yùn)行情況。軌道電機(jī)共有 8 臺(tái)，分別驅(qū)動(dòng) 8 條軌道，分別由 8 條軌道托運(yùn)托盤。使用機(jī)械手夾具來讓托盤從 5軌道向 6軌道完成 夾緊、放松，上升、下降，翻轉(zhuǎn)、復(fù)位和前進(jìn)、后退等動(dòng)作。于此同時(shí)通過變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)小車移動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)、變頻調(diào)速、正反轉(zhuǎn)等的控制。對(duì)于電機(jī)的控制，每條軌道上都安裝有一個(gè)傳感器，可用來判斷前后有無盤子并檢測(cè)到位的盤子，發(fā)布命令進(jìn)行調(diào)整。 各部分功能分述 本次設(shè)計(jì)主要完成軌道電機(jī)對(duì)托盤小車的運(yùn)送和陽極小車夾具動(dòng)作的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，故用作業(yè)范圍大，效率高且便于操作的 PLC 控制來完成鋁錠生產(chǎn)過程的夾具動(dòng)作過程。 托盤小車上料過程 本設(shè)計(jì)中的小車在實(shí)際生產(chǎn)上是生產(chǎn)線上的運(yùn)送小車 ，設(shè)計(jì)中的托盤小車也稱為 碳素陽極小車，其運(yùn)輸過程分為上車過程和下車過程。每個(gè)過程有一個(gè)軌道，而且每個(gè)軌道又被分成 4 段小軌道 ,每一段都由一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，整個(gè)運(yùn)料系統(tǒng)中共有 8 臺(tái)軌道電機(jī)，分別拖動(dòng) 8 條軌道，由該 8 條軌道托運(yùn)托盤 ,根據(jù)生產(chǎn)工藝要求：上車過程中的 4軌道 和下車過程中的 7軌道設(shè)計(jì)的 比其他幾段要長(zhǎng) [3]。 小車上料的運(yùn)輸過程如下： 4 1軌道 2軌道 3軌道 。 4軌道 圖 托 盤小車上料軌道示意圖 夾具動(dòng)作過程 夾具動(dòng)作過程如下： 圖 夾具小車運(yùn)動(dòng)圖 陽極小車下料過程 下料過程： 6軌道 7軌道 8軌道 。 9軌道 圖 托盤小車下料軌道示意圖 翻轉(zhuǎn)裝置 按照碳素陽極組裝工藝的要求，都必須按上述設(shè)計(jì)進(jìn)行操作運(yùn)行。 升 上 右 移 位置 左 移 反 下 降 位置 右 移 反 上 升 左 移 升 上 反 下 降 下 降 時(shí)間 5 控制方案的比較、論證和確定 方案的比較 能夠?qū)崿F(xiàn)鋁廠陽極組裝工藝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案有多種。單片機(jī)和工業(yè)計(jì)算機(jī)還有可編程控制器都行，下面比較三方面的內(nèi)容： （一）單片機(jī) 由于單片機(jī)的所有器件均不是工業(yè)級(jí)的， 抗擾性能差，系統(tǒng)硬件復(fù)雜多變 ，可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 而且 一旦單片機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很難 快速 診斷出故障元件， 不是專業(yè)人士不能很快找到故障原因，使用起來不方便，單片機(jī)選擇不合理。 圖（一） 單片機(jī)控制系統(tǒng) （二）工業(yè)計(jì)算機(jī)（ IPC） 由于 IPC的主要器件 都 不是 適用工業(yè)級(jí) 的 ， 抗 干擾能力雖然有一定提高， 系統(tǒng)不和變頻器相適應(yīng)，不穩(wěn)定 。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，非專業(yè) 人士 不能 檢查和維修。 如果故障由于程序 的 設(shè)計(jì)不合理引起， 且 缺乏合適的調(diào)試工具，要找出故障原因很困難 ,而且編程很難， 雖然 系統(tǒng) 界面 完整 ，但對(duì)于不熟悉計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人來說， 還是不太方便 。 （三）可編程邏輯控制器 (簡(jiǎn)稱 PLC) 圖（三） PLC 控制系統(tǒng) 方案論證及確定 通過對(duì)以上幾種控制方案的比較發(fā)現(xiàn)采用 PLC控制能夠達(dá)到碳素陽極組裝控制系統(tǒng) 6 需要的要求。 PLC 控制技術(shù)在工程實(shí)際應(yīng)用中的時(shí)間較長(zhǎng)，范圍廣，技術(shù)成熟，在工程技中有不可替代的地位。最重要的是 PLC 可根據(jù)電流保護(hù)的要求準(zhǔn)確輸出，完成保護(hù)動(dòng)作。 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 7 設(shè)計(jì)依據(jù) 軟 件設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn) 怎樣去 控制所要控制的 對(duì) 象，怎 樣 把整 個(gè) 自動(dòng)化控制系 統(tǒng) 的功能完整地實(shí)現(xiàn)，硬件的 設(shè)計(jì) 則主要是要能體 現(xiàn) 出整 個(gè) 控制系 統(tǒng) 的流程。硬件 設(shè)計(jì)是軟 件設(shè)計(jì) 的基 礎(chǔ) ， 軟 件 設(shè)計(jì) 是硬件 設(shè)計(jì) 功能的集中體 現(xiàn) 。在本章主要是硬件 設(shè)計(jì) 及器件選擇。 通過對(duì)系統(tǒng)的功能要求和性能指標(biāo)的分析，整 個(gè) 控制系 統(tǒng) 的硬件 設(shè)計(jì) 分為兩個(gè)模塊來完成： （ 1） 主電 路 圖 設(shè)計(jì) （ 2） 系統(tǒng)控制 圖 設(shè)計(jì)。硬件 設(shè)計(jì) 要考 慮 到 供電 。 供電 的 設(shè)計(jì)直接影 響 到控制系 統(tǒng) 的適用性，故在 設(shè)計(jì) 硬件 時(shí) 是要按照以下幾方面 來設(shè)計(jì) ： 入 電 源 電壓 在一定的 允許 范 圍內(nèi)變 化； 控制系 統(tǒng) 不 允許斷電的場(chǎng) 合，要考 慮 備用電源的使用； 綜 合考 慮 以上幾方面，可以把 供電線 路 設(shè)計(jì) 如下： 供電使用電網(wǎng)提供的 380V 動(dòng)力電。主電路設(shè)計(jì)中，給 PLC 供電時(shí)，應(yīng)該注意對(duì)電能的質(zhì)量進(jìn)行控制。 主電路設(shè)計(jì) （ 1） 電器總配線主電路圖如下圖 （ 1）所示： 8 圖 （ 1）電器總配線主電路圖 9 圖 （ 2）陽極小車總配電圖 （ 3）軌道電機(jī)控制主電路圖下圖 （ 3）所示： 圖 （ 3）軌道電機(jī)控制主電路圖 10 元器件選型 斷路器 斷路器又稱為自動(dòng)開關(guān)，功能包括有短路、過載和欠電壓保護(hù)等。 斷路器型號(hào)選擇： 油泵電機(jī)選型號(hào)： DZ2060 液壓站冷卻電機(jī) 選型號(hào)： DZ 15L— 10 皮帶運(yùn)輸電機(jī)選型號(hào)為： DZ 15L— 40 小車移動(dòng)電機(jī)選型 號(hào)為： DZ 15L— 60 1－ 10軌道電機(jī) DZ 15L— 40 加熱器和 PLC 選用型號(hào)： DZ 15L— 10 輸入和輸出模板斷路器型號(hào)均選用： DZ 15L— 10 熔斷器 熔斷器時(shí)一種簡(jiǎn)單有效的保護(hù)電器。 熔斷器選型：油泵電機(jī)： FU1— FU3 熔斷器選用型號(hào)為： RT1463/1 電源模塊： FU4— FU12 熔斷器選用型號(hào)為： RC1A— 10 低壓隔離器 低壓隔離器也稱刀開關(guān)，主要用于電氣線路中隔離電源之用，也可作為不頻繁地接通和分?jǐn)嗫蛰d電路或小電流電路之用 [7]。 選擇刀開關(guān)選用型號(hào)為： HG1— 63/31 接觸器 本設(shè)計(jì)選用 CJ10 系列交流接觸器。該系列交流接觸器的功能強(qiáng)大，其輔助設(shè)備也很完備，主要用于交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和控制。 （ 2）液壓站冷卻電機(jī)選型：由于該電動(dòng)機(jī)雖然是經(jīng)常啟動(dòng)；但是其不用正、反轉(zhuǎn)工作，它們的功率也是很小。 故選擇型號(hào)： CJ10— 10 （ 3）油加熱器選型：電