包装自动线控制.docx

成绩

南京工程学院

课程设计说明书(论文)

课程名称
机电传动控制课程设计
题 目
包装自动线控制
院（系、部、中心）
机械工程学院
专 业
机械电子工程
班 级
机电124
学生姓名
徐保福
学 号
201121031
设计地点
工程中心2－206
指导教师
韩亚丽 欧益宝

设计起止时间：2015 年 6 月 23日至 2015 年 6 月 26 日

目 录

一．包装自动线电气控制系统设计任务...........................................................1
1包装自动线结构 ............................................................................................................1

2包装自动线控制要求.....................................................................................................1

二．包装自动线控制系统设计...........................................................................3
1总体方案设计..................................................................................................................3

2电气系统设计.................................................................................................................4

3电气控制系统.................................................................................................................6

4控制流程分析..................................................................................................................7

三．设计过程中的困难及解决方案..................................................................13

四．小结及体会................................................................................................................14

五．参考文献 ....................................................................................................15

一、包装自动线电气控制系统设计任务
1.包装自动线结构 
包装自动线是依据包装工作过程要求而设计制造的一种高效率自动化设备，具有计数，移动功能。题中包装生产线由输送待包装产品的输送带，产品计数装置，产品分离与推送装置组成。包装自动生产线的输送带采用电动机驱动，分离产品的挡板机构和退出产品的推送机构采用气动系统驱动，由电气控制系统实现工作自动循环的控制，是典型的机电或机液（气）一体化的自动化工作设备。 
包装自动线输送带持续转动，源源不断的将待包装产品送往打包工作台；待包产品随机摆放在输送带上，通过到位检测传感器检测是否到位，旋转编码器计算进入包装工作台的产品数目，挡板机构在计数产品达到指定数目（4个）时上升，挡住后面的产品；推板机构将计数好的产品推到打包位置，从而完成一次打包循环。包装自动生产线结构及运动部件工作循环如图所示。 

2.包装自动线控制要求
2.1包装自动线打包工作过程 
包装自动线打包工作时，由于人工不断将待包装产品放置在输送带上，包装自动完成计数，分离和送出，其工作过程如图所示。 

2.2 包装自动线的控制要求 
包装自动线的控制要求，是必须能满足自动线所有的工作要求。包装自动线的工作要求包含三个方面，工作方式要求，工作过程要求，安全稳定要求。
（1）包装自动线工作方式要求 ：
为保证包装自动线能够处于正常工作，要求具备二种工作方式； 
1、输送带能够点动向前调整；挡板，推板能够分别调整； 
2、整机全自动工作循环 。
（2）包装自动线工作过程要求：
包装自动线工作过程是自动线在正常包装时整机全自动循环的工作过程，其过程需要满足如下工作要求： 
1、按下启动按钮，输送带启动，输送带包装产品；
2、挡板与推板在原位，待包装产品到达检测位置，检测传感器信号出发计数； 
3、到达计给定数值后，挡板上升2秒后，推板前移推出工件； 
4、推板退回，到达原位后，挡板下降； 
5、按下停止按钮，生产系统停止。 
（3）包装自动线控制系统元件配置与工作要求：
包装自动线输送带电机为2.2KW，挡板机构与推板机构由气压系统驱动，供气站气泵电动机为2KW，挡板和推板动作方向通过电磁阀控制。自动循环工作时，所有工步切换由行程开关控制。电器元件工作关系如表所示 。
电器元件工作关系表 

工步
挡板
推板
输送带
主令电器
YV1
YV2
YV3
YV4
M1
启动

＋
SB2
产品计数

SQ6，SQ1，EA4
挡板上升
＋

＋
＋
C
推板前移
＋

＋

＋
SQ5
推板后移

＋
＋
SQ3
挡板下降

＋

＋
SQ2

（4）包装自动线安全稳定工作要求：
1、具有运动部件间安全工作的联锁功能； 
2、具有位置保护功能（如限位,越位,相对位置保护）； 
3、电气控制系统具有短路，电动机过载等保护功能； 
4、具有应急操作功能 ；
5、具有照明，指示灯辅助功能。
二、包装自动线控制系统设计
1.总体方案设计
1.1设备机构组成分析: 
依据包装自动线控制系统设计任务书分析可知：包装自动生产线由输送待包装产品的输送带，产品计数装置，产品分离与推送装置组成。包装自动生产线的输送带采用电动机驱动，分离产品的挡板机构和退出产品的推送机构采用气动系统驱动，由电气控制系统实现工作自动循环的控制。

1.2设备工作过程分析： 
包装自动线输送带持续转动，源源不断的将待包装产品送往打包工作台；待包产品随机摆放在输送带上，通过到位检测传感器检测是否到位，旋转编码器计算进入包装工作台的产品数目，挡板机构在计数产品达到指定数目（4个）时上升，挡住后面的产品；推板机构将计数好的产品推到打包位置，从而完成一次打包循环。 
1.3控制方案设计 
1.3.1控制要求分析 
(1)、包装自动线能够处于正常工作，要求具备二种工作方式，即： 
1）输送带能够点动向前调整；挡板，推板能够分别调整 
2） 整机全自动工作循环 
(2)、包装自动线工作过程是自动线在正常包装时整机全自动循环的工作过程，其过程需要满足的工作要求有： 
1）按下启动按钮，输送带启动，输送带包装产品；
2）挡板与推板在原位，待包装产品到达检测位置，检测传感器信号出发计数； 
3）到达计给定数值后，挡板上升2秒后，推板前移推出工件； 
4）推板退回，到达原位后，挡板下降；
5）按下停止按钮，生产系统停止。

1.3.2控制方案 
由设备条件和控制要求分析结果可以确定控制方案如下：
（1）、 输送带电机启动和气泵启动采用开关量控制 
（2）、基于设备自动工作的要求，选择PLC为主要控制器件构成控制系统由于控制对象为单机设备，控制系统属于小型系统，因此选用三菱公司型号为FX2N的PLC产品； 
（3）、由于工作要求确定，控制系统可运行在2种模式下，即全自动工作循环和手动调整工作； 
（4）、 2台电动机均为直接启动控制，单方向转动。电动机无制动控制； 
（5）、 电动机驱动电路三相电源供电，线电压380V 
（6）、PLC主机工作电源为交流电源，电压220v，交流接触器线圈使用交流电源，电压为220v；电磁阀的电磁铁使用24v直流电源，主令控制电器及行程开关等使用24v直流电源。 
（7）、 控制系统具有短路和过载保护功能； 
（8）、使用信号灯显示机床工作状态。

 2.电气系统设计 
包装自动线电气控制主要由两部分组成，即电动机驱动系统（主电路）和由PLC设备构成的控制部分，系统电路图如图所示。    

（1）下表为系统使用电气元件明细表：

符号
名称及用途
符号
名称及用途
M1
输送带电动机
SB1
总停按钮
M2
气泵电动机
SB2
启动按钮
KM1
输送带接触器
SB3
输送带点动按钮
KM2
气压系统接触器
SB4
挡板上升点动
KM3
检测器接触器
SB5
推板前移点动
KM4
挡板上升自锁接触器
SB6
推板后移点动
KM5
推板后移自锁接触器
SB7
挡板下移点动
KM6
挡板下降自锁接触器
SB8
停止自动循环按钮
KM7
推板前移自锁接触器
SB9
恢复自动循环按钮
QF
PLC电源开关
SA1
自动/手动选择开关
QS
电源隔离开关
SQ1
产品到位检测
FU1、FU2、FU3
FU4、FU5、FU6
短路保护熔断器
SQ2、 SQ3
推板前、后移极位开关

SQ5、SQ6
挡板上升、下降极位开关
HL1
气压系统指示灯
FR1、FR2
电机过载保护热继电器
HL2
输送带电机指示灯
YV1、YV2、
挡板移动电磁阀电磁铁
HL3
自动运行指示灯
YV3、YV4
推板移动电磁阀电磁铁

VC
整流器
HL4
手动指示灯
TC
变压器

3.电气控制系统
电气控制系统中由PLC构成控制部分，控制部分需要接受机床设备的控制信号，需要对所有信号按程序要求进行计算，并将计算结果作为输出信号送达机床设备上被控制电气，以实现设备的电气控制。其输入信号、输出信号分配如图:

输入
输出
元件
通道地址
说明
元件
通道地址
说明
SB1
X001
总停按钮
HL1
Y002
气压系统指示器
SB2
X002
启动按钮
HL2
Y004
输送带电机指示灯
SB3
X003
输送带点动按钮
HL3
Y005
自动运行指示灯
SB4
X004
挡板上升点动
HL4
Y006
手动指示灯
SB5
X005
推板前移点动
YV1
Y007
控制挡板上升电磁铁
SB6
X006
推板后移点动
YV2
Y011
控制挡板下降电磁铁
SB7
X007
挡板下移点动
YV3
Y010
控制推板前移电磁铁
SB9
X101
恢复自动循环按钮
YV4
Y011
控制推板后移电磁铁
SA1
X010
自动、手动选择按钮
KM1
Y003
输送带接触器
SQ1
X020
产品到位检测
KM2
Y001
气压系统接触器
SQ2
X021
推板后移极位开关
KM3
Y013
检测器接触器
SQ3
X022
推板前移极位开关
KM4
Y012
挡板上升自锁接触器
SQ5
X023
挡板上升极位开关
KM5
Y014
推板后移自锁接触器
SQ6
X024
挡板下降极位开关
KM6
Y015
挡板下降自锁接触器

KM7
Y016
推板前移自锁接触器

其对应I\O端子接线图

4.控制流程分析
由于控制系选择三菱系列PLC，该产品具有顺序控制的特殊用法，即步进控制。步进控制采用状态转换的方式简化控制条件，使得控制程序设计简洁方便，包装自动控系统工作过程为典型顺序控制，因此采用步进控制，其控制流程设计采用与控制流程图功能一致的状态转移图描述。流程图如下所示：

根据流程图及上述分析，编制SFC如下

由梯形图变换

指令由此可知

三.设计过程中的困难及解决方案
（1）在进入循环前必须置一个条件，否则程序无法变换
（2）在步进控制中，当前状态转移到下一状态时，当前状态中所有输出将自动关闭，对于需要在多个状态中保持接通的输出电器，必须采用强制置位（SET）和复位（RST）的方法保证电器能够正常接通和断开。
四．小结及体会
通过这四天的课程设计，虽然时间很少 ，我们学到了不少的东西。PLC这门课程我们早就学过了，在课程设计之前我们都忘了差不多了，我们通过这一次的课程设计我们也顺便复习了一下。我做的是第八组包装设计自动控制线的，一开始我根据老师的讲解，有大体的轮廓如何去做的步奏，我们组分任务，我来写流程图，STL图。我先去了解了这条自动控制线的工作过程，通过此来写它的的流程图，在写流程图过程中我翻阅了以前的PLC教材，我得去回忆去了解一些基本知识，用到什么元器件，以及它们与IO口的连接。通过每个过程来确定元件，以及来进一步去翻阅资料去看看它们的作用。比如这次我们就用到定时器，计数器，确定用到这些得去了解它们的用法。作为一个流水线得有手动自动，一开始我就在前面设计一个手动/自动开关，当然运动部件间安全工作得去联锁，所以我用了它们的常闭元件来为彼此联锁。在打开启动开关时，选着手动和自动，一开始我去让挡板推板复位，等它们复位好后在进行开传送带，等产品到计数位置时，计数，等计数到4时，在档板向上，推板向下等一系列动作，这期间有联锁。在手动方面，我用了自锁。为了方便用了一系列指示灯。
课程设计是一个重要的教学环节，通过课程设计使我们了解到一些实际与理论之间的差异。通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们所学的课本知识与实践结合起来，起到温故而知新的作用。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同提升了实践能力 ，我希望能再次有这样的课程。

五.参考文献 
1. 宋伯生.PLC编程实用指南.北京：机械工业出版社，2007，2
2. 洪志育. 例说PLC. 北京：人民邮电出版社,2006,6
3. 付家才，PLC实验与实践.北京：高等教育出版社,2006,5

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4. 陈志新，宗学军.电器与PLC控制技术.北京：北京大学出版社，中国林业出版社2006，8
5. 海心.机电传动控制 北京：高等教育出版社,2007,11
6. 胡健. 西门子S7-300PLC应用教程. 北京：机械工业出版社.2007，3
7. 汪小澄，袁立宏，张世荣. 可编程序控制器运动控制技术.北京：机
械工业出版社，2006，1

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