本科毕业设计（论文）
煤港斗轮取料机电气控制系统
设计
武立纳
燕山大学
2012年 6 月
本科毕业设计（论文）
煤港斗轮取料机电气控制系
统设计
学院（系）：里仁学院
（电气工程系）
专业：工自1班
学生姓名：武立纳
学号： 0812********
指导教师：王振臣
答辩日期：2012年6月
燕山大学毕业设计（论文）任务书
摘要
摘要
悬臂式斗轮取料机是一种重要的机械，其作为连续、高效地挖掘散状物料的大型工业装备，主要用于港口、火力发电厂、冶金和焦化等行业，装运各种矿石、煤、砂石、焦碳、化工原料等。随着现代化工业技术的发展，港口对设备的高效率、低能耗等方面的需求耗越来越明显。
本论文对斗轮取料机生产过程工艺和其控制概况与原理进行了详细的分析，阐明了斗轮堆取料机各机构驱动原理与控制方式，给出了斗轮取料机工艺过程控制系统的设计原则和设计方案，其中悬臂回转和行走电机采用交流变频驱动，斗轮机构由液压马达驱动，悬臂俯仰设计成液压驱动控制。在整个系统中设有监控系统，实现对各个系统的集中监视。
在硬件方面，以PLC、变频器、触摸屏为核心，以现场总线、传感器等为辅助，对斗轮机实现实时控制和管理；在软件方面，针对斗轮取料机的取料工艺等作业特点设计了自动控制和手动控制两种工作方式。
关键词取料机；PLC；变频器；自动控制
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Abstract
Cantilever bucket wheel reclaimer is a kind of important machinery, as a continuous, efficient mining of bulk material, large industrial equipment, mainly used in ports, power plant, metallurgy and coking industry, shipping all kinds of ores, coal, sand, coke, chemical raw materials. With the modernization of the development of industrial technology, the port on the equipment of high efficiency, low energy consumption and other aspects the demand is more and more obvious.
In the thesis, I on bucket wheel reclaimer production process and its control situation andprinciple in detail , explained the mechanism of bucket wheel stacker / reclaimer drive principle and control mode, gives the bucket wheel reclaimer process control system principle of design and design scheme.
In the aspect of hardware, PLC, inverter, touch screen as the core, based on the field bus, sensor as auxiliary, the bucket to achieve real-time control and management; on the software side, the bucket wheel reclaimer reclaiming technology operation design of the automatic control and manual control of two working modes.
Keywords Reclaimer; PLC; inverter; automatic control
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
第1章绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.1.1 港口装卸机械的国内外发展现状 (1)
1.1.2 斗轮取料机的发展概述 (2)
1.1.3课题研究背景及意义 (2)
1.2 本课题研究的主要内容 (4)
第2章悬臂式斗轮取料机 (4)
2.1 斗轮取料机概述 (4)
2.2 斗轮取料机生产工艺 (4)
2.3斗轮取料机的工作原理 (4)
2.4 电气控制系统概述 (5)
2.5 本章小结 (6)
第3章斗轮取料机机械结构设计 (7)
3.1 设备基本参数设计 (7)
3.2 斗轮取料机传动机构设计 (8)
3.2.1 回转电机传动机构设计 (8)
3.2.2行走电机传动机构设计 (9)
3.2.3 俯仰传动机构设计 (10)
3.2.4 皮带传动机构设计 (10)
3.2.5 斗轮传动机构设计 (10)
3.3 本章小结 (10)
第4章斗轮取料机硬件电路设计 (12)
4.1 斗轮取料机配电系统设计 (12)
4.2 斗轮取料机传动控制系统设计 (15)
4.2.1走行机构 (15)
4.2.2回转机构 (16)
4.2.3俯仰机构 (17)
4.2.4皮带机构 (18)
4.2.5斗轮机构 (18)
4.3斗轮取料机PLC及网络系统设计 (19)
4.3.1 PLC控制系统设计 (19)
4.3.2斗轮取料机网络系统设计 (20)
4.4斗轮取料机检测系统设计 (22)
4.4.1位置检测设计 (22)
4.4.2保护开关设计 (22)
4.5本章小结 (23)
第5章斗轮取料机调试程序设计 (24)
5.1 程序编制软件 (24)
5.2 功能编程 (24)
5.3 各机构控制程序设计 (25)
5.4 本章小结 (32)
第6章斗轮取料机监控系统设计 (33)
6.1 监控系统功能说明 (33)
6.2监控系统画面设计 (33)
6.3 本章小结 (34)
结论 (35)
参考文献 (36)
致谢 (38)
附录1 (39)
附录2 (45)
附录3 (51)
附录4 (55)
附录5 (81)
第1章绪论
第1章绪论
1.1 课题背景
1.1.1 港口机械的国内外发展现状
国际上有代表性的斗轮堆取料机制造厂商主要在欧洲、日本等国家和地区，主要有德国的KRUPP公司，日本的三菱公司，奥地利的奥钢联公司等。改革开放以来德国、同本的一些制造商先后多次为中国的港口、电厂、钢厂设计制造各种类型的斗轮堆取料机。六十年代我国自行设计制造的第一台斗轮堆取料机获得了国家科技进步二等奖和
国家中大技术装备一等奖，这标志着我国有了自己的大型散料输送设备的制造能力。但从制造的设备水平角度来讲，国外堆取料机的设备可靠性相对较好。国内斗轮堆取料机的制造商主要有大连重工?起重、哈尔滨重型、长春电力、振华港机、华电、长春发电等。
上个世纪早期的堆取料机的控制系统主要是采用以普通交流异步电机驱动的继电器控制技术，继电器系统控制复杂、系统庞大、造价高、可靠性差、自动化程度低、操作性差，全部为单机手动控制。
对国际而言，随着计算机和网络技术快速发展，带动了各行各业的技术革新，随着社会对产品的质量、产量以及精度要求越来越高，自动化生产方式越来越多地应用在各个领域。斗轮堆取料机的作业能力、作业效率以及工作可靠性和环境适应性随着机电技术的快速发展也不断提高。
而我国由于斗轮堆取料机是应用于特殊企业的专用设备，受企业需求和设备成本的影响，其控制技术发展缓慢。二十一世纪以前生产的堆取料机仍然采用老式的控制技术，即使有采用PLC替代继电器系统的设备，由于受到早期PLC功能所限，其控制技术并没有全面发展。近几年，一部分对设备性能要求高的企业，从国外技术领先的公司采购设备，从而加大了企业的投资成本。随着我国国民经济的持续增长，和全球经济一体化格局的形成，斗轮取料机产品在国内外的设计与制造技术已经逐步走向成熟，在新技术新工艺等方面差距正在逐渐地缩小，同时也将对港口设备提出新的要求。运用现代科技、新工艺，实现港口装卸机械的现代化，已经成为港口行业适应物流发展的必然趋势。
未来港口机械的发展趋势主要涉及自动智能化、大型高效化、专业多用化、环保化等方面。虽然目前，我国的煤港装卸机械自动化水平基本已于国际接轨，但由于技术水平的限制，还存在一些问题，如技术发展不平衡、高新技术发展有待加强、产品质量有待进一步提高等。
斗轮取料机是现代化大型企业贮运料场所必备的设备之一，是一种高效率连续作业的散料装卸输送设备，广泛应用在电厂、港口、矿山、钢铁、水
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泥等重要工业领域中发挥了重要作用。
1.1.2斗轮取料机的发展概述
在国民经济发展过程中，需要对一些散料进行装卸。如热力发电厂需要把储料场的燃料(煤)取走，进行磨碎、喷烧；大型港口需要把运送来的某些散料，如矿石、煤炭等装船、卸船，但是非常耗能费力。斗轮挖掘机等采挖的矿物和废弃物要运到储存场或排到排土场等。如果采用“装载机一自卸汽车”系统作业，装载机在铲入—举升—旋转—行走—卸载—空转—空行程等一个作业循环中，既要完成取料任务，又要完成输送任务，辅助作业时间几乎占用2/3还多。自卸汽车载重量受到限制，往返路程多，工作效率很低，满足不了电厂发电的用煤需求。连续装卸机械的采用，大大缩短了装卸时间，提高了工作效率，减轻了工人劳动强度。在功率相同的情况下，斗轮堆取料机的生产率约为单斗装载机的1.2~2.5倍。连续装卸机械形成了搬运机械的一大类别，斗轮堆取料机是散货料场专用堆取设备。斗轮堆取料机主要用于散料的堆存、挖取和均料。它既可以通过旋转的斗轮在储料场进行取料运走，又可以将来料经斗臂架带式输送机反向运行而将物料堆存到料场，属于连续高效的堆取合一的装卸设备。
斗轮取料机工作效率高，可节省大量劳动力、改善劳动条件，因此被国内外广泛采用。随着国民经济现代化事业的迅速发展，对斗轮取料机的需求逐渐加大，这种大型设备越来越显示出了它的优越性。国家加大对港口、钢厂、电厂等重要企业的经济投入。如今科学技术飞速发展、全面合理的采用新的控制技术，将会提高堆取料机的自动化技术含量，解决设备的不稳定运行等因素，同时改善操作人员的工作强度，提高设备的使用效率。
1.1.3课题研究的背景及意义
国内斗轮取料机的发展在近五六年里十分迅速，尤其受国民经济固定资产投资加速的影响，国内的需求量增长比较大，是近十几年来所少有的，主要表现在港口、电厂、钢铁企业的煤炭和铁矿石的料场增长迅速，能源、原材料工业的发展也给斗轮取料机产业的发展创造了十分良好的市场环境。市场需求的增加，发展了国内制造企业对斗轮取料机研发和常新的信心，特别是一些大型取料机的改造和研发，提高了国内企业自行设计制造大型设备的能力。国内斗轮取料机无论在产量上还是质量上都有了非常大的提高，，近五年新增斗轮机的总和几乎达到之前所制造的斗轮机数量的总和。
针对，现今国内对煤港斗轮取料机的需求加大，自动化程度要求加强，本设计运用当今先进技术设备，本着优化设计的原则，对斗轮机的电气控制系统进行综合设计，提高系统性能，降低人工和维护成本，对促进国内港口机械的发展有重要意义。
第1章绪论
1.2 本课题研究的主要内容
本文以悬臂式斗轮取料机生产过程为背景，阐述各机构优化的驱动控制方式，对其电气控制系统进行全面设计。主要包括斗轮取料机的工作原理，采用总线网络技术，配置合理的控制方案，开发设计斗轮堆取料机更加完善、优化的控制系统来提高该设备的稳定性和可靠性，从而节约了人工成本和维护成本，增强设备实用性。
本设计的内容包括取料机的行走回转变幅系统设计、斗轮回转驱动控制系统设计、取料机的状态检测与保护等，涉及到PLC编程、触摸屏监控、变频器驱动调速[1]、现状总线通讯等技术[2]。
论文设计流程为：
（1）分析斗轮取料机的取料工艺；
（2）取料机配电系统设计；
（3）取料机控制系统设计与编程；
（4）取料机控制系统监控界面开发。
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第2章悬臂式斗轮取料机
2.1 斗轮取料机概述
煤港斗轮取料机选用悬臂式，为轨式装卸机械。整机主要由回转系统、
行走系统、俯仰机构、斗轮机构、悬臂皮带机构和电气控制系统组成。
在煤港，生产工艺主要分为运输，经由翻车、堆料工序卸料，再由取料
机完成取料作业，经皮带机、装船机实现装船工序。在整个过程中，取料机是极为重要的工作环节。
2.2斗轮取料机生产工艺
斗轮堆取料机能能把贮料场的物料按一定的取料工艺取走，运送到用料场所，即完成取料作业[3]。
实际的运行过程中，斗轮堆取料机是散料输送系统的始端或末端。斗轮堆取料机最常用的工艺流程有：
①翻车机卸车—带式输送机系统—斗轮堆取料机堆料到料场；
斗轮堆取料机取料—带式输送机系统—电厂配煤仓；
②翻车机卸车—带式输送机系统—斗轮堆取料机堆料到料场；
斗轮堆取料机取料—带式输送机系统一装船机装船；
③卸船机卸船—带式输送机系统—斗轮堆取料机堆料到料场；
斗轮堆取料机取料—带式输送机系统—装火车系统装车。
进行取料作业时，启动斗轮机构使斗轮转动，轮斗便切入料堆挖取物料，靠自重使物料从斗内落到固定料槽上，进而滑到悬臂皮带机构上，然后经中心料斗送入地面带式输送机上。取料作业要求，斗轮堆取料机在取料时以回转为主的分层取料。其过程是取上部第一层—>几个走行进尺与回转几个单程—>第二层—>几个走行进尺与回转几个单程—>第三层—>几个走行进尺与回转几个单程—>第N层—>几个走行进尺与回转几个单程—>返回第一层—>几个走行进尺与回转单程。如此反复达到连续取料的目的。在取料时料堆的形状仍然保持是规则的料堆形状。机上皮带机双向运行，回转机构和走行机构采用连续调速功能。俯仰机构采用液压油缸形式。
2.3斗轮取料机的工作原理
取料机的供电方式采用6000V电压通过扁电缆上机，通过机上控制室安装6KV/0.4KV降压变压器降低后经传动控制系统输送给各个电机。取料机电缆收放装置由电缆卷盘、力矩电机、摆线针轮式减速机、电磁制动器等组成。
第2章悬臂式斗轮取料机
这种形式的电缆卷筒主要以力矩电动机来驱动。收揽时，力矩电机运行于电动状态；收揽时，电机处于制动状态，依靠大车行走将电缆从卷筒拉出。
大车行走机构设有12太交流电动机，由变频器驱动，每台电机设置独立的制动器，变频器与中控室的控制手柄之间有连接，用于实现前进后退快换挡。取料机的回转机构由回转支撑和驱动装置组成，作业任务是完成臂架左右旋转。回转调速方式为无极调速。该系统的回转由两台电机驱动，并分别带有回转制动器。取料机的皮带设置在旋臂上用以输送物料并带有皮带制动器，由一台电机驱动；悬臂俯仰机构由液压系统驱动控制，液压俯仰油泵由电机驱动，俯仰范围设有行程开关加以限制。斗轮机够的设置包括斗轮及其驱动。斗轮选用无格式结构，即铲斗没有斗底，靠自重滑落。斗轮机构由液压马达驱动。
表2—1斗轮取料机主要装置功能
2.4 电气控制系统概述
斗轮取料机电气控制系统以可编程控制器（PLC）为核心[4]，通过无线数传系统，实现PLC与中控室的无线通讯。在驾驶室设有触摸屏，对取料机工作状态进行监视。电气柜配有进线柜、配电柜、变频柜和控制柜[5]。
悬臂回转驱动系统通过变频系统实现调速。大车行走变频驱动系统设有12台行走电机，通过柜内电器元件实现过在等各种保护。PLC系统利用梯形图编程，附加中文注释，控制动作包括斗轮机构控制系统、取料悬臂皮带驱
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动控制系统、高压卷缆控制系统、大车行走和制动控制系统、悬臂回转和俯仰控制系统以及上位机和司机是操作系统[6]。
2.5 本章小结
本章主要围绕悬臂式斗轮取料机的整体结构展开描述，主要介绍了取料机的各个结构组成，生产工艺方面主要介绍了取料机的具体取料作业过程，另外针对取料机的工作原理进行深入分析，最后对取料机的整个电气控制系统进行综合描述。本章的写作目的是对悬臂式斗轮取料机进行总体上的把握。
第3章斗轮取料机机械结构设计
第3章斗轮取料机机械结构设计
3.1 设备基本参数设计
在本次设计中，对斗轮取料机的主要机械结构做了设备选型和参数设计。基于斗轮取料机所在的煤港料场布局和项目能力，现提供合理的设备基本参数。设备型号为QL3000.45斗轮取料机，根据参数，设计各个机械传动机构，以满足设备功能需要[7]。
斗轮机构的液压马达驱动系统为132kW交流电机，是取料工作的重要机构。悬臂带式输送机用来输送物料。回转机构方面，为保证臂架在任意位置都能使铲斗装满，回转速度要求在0.01~0.02转/分的范围内按一定规律实现自动无极调速，回转电机的参数为：功率22kW，电流56A，转速1150转/分，励磁电压120VDC，励磁电流4.3A[8]。
其中取料机主要电气设备的选择见表3—1，取料机的基本参数设计见表3—2所示。
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表3—2 取料机基本技术参数
3.2 斗轮取料机传动机构设计
3.2.1回转电机传动机构设计
由于斗轮取料机在取料作业时，设备的工艺要求回转机构能够满足不同速度工
作，因此经过长期以来技术发展，从早期的频敏电阻方式到直流调速方式，逐渐成熟，虽然直流调速很完美，但是由于直流电机的本身运行过程中碳刷易产生火化，电机易损坏，维护费用高，且电机设计功率受限制。
本此设计采用变频驱动电机，回转速度采用0.04~0.13rpm调整物料流量，且保证恒定料量自动作业需要，保证作业流程所需。
取料机的回转系统包括齿轮齿盘机械传动部分、两台22KW的交流电机，并用一台45KW的变频器采用一拖二的方式驱动两台交流电机。回转平台座在回转轴承上，采用机械传动，回转机构设置两套回转驱动装置，对称布置在回转平台上，每台驱动装置电动机设有安全联轴器，可以保护电机、减速机及钢结构，当超载时安全联轴器打滑。
交流电动机的转速是由电动机的同步速度和转子的转差率决定的，其中，转速n和频率f成正比，即改变f便可以改变n。
变频器用的是电力半导体器件的通断作用将工频电源的变换成另一电能控制装置。变频器一般由整流、中间直流环节、逆变和控制、制动等部分
第3章斗轮取料机机械结构设计
组成。其中整流环节采用三相桥式不可控整流器件，逆变环节采用IGBT三
相桥式逆变器，输出的是PWM波形，中间直流部分为滤波、直流储能和缓冲
无功功率。在本次设计中，回转变频驱动选用ABB的ACS800系列变频器[9]，
该变频器的核心技术是直接转矩控制。
交流电机的同步转速表达式为：
n=60f（1-s）/p
式中：n—异步电动机的转速；
f—异步电动机的频率；
s—电动机转差率；
p—电动机极对数。
3.2.2行走电机传动机构设计
行走机构设计应确保驱动机构的同步，使电机载荷均匀，行走平稳，无
冲击，不啃轨。应有防止斗轮机在暴风中滑移的有效措施，设置夹轨器、清
轨器、二级行程限位开关、终端缓冲阻进器、锚定装置等，并配有行走灯光、
音响信号。应设有位置编码器，并在一定位置设有位置校正装置。
驱动台车应与夹轨器、锚定装置相联锁[10]，以便行走驱动装置动作前，
夹轨器能自动松开。当断电时，夹轨能可靠制动[10]。本机根据当地环境条
件，斗轮堆取料机的工作风速为20m/s风速仪必须与夹轨装置联锁。当风速
超过20m/s时自动风速仪能预先报警，自动夹轨器必须能承受35m/s的风速。
锚定装置必须能承受55m/s的风速，堆取料机能在25m/s风速时逆风行驶到
锚定位置，并设有防风系缆设施，可在锚定位置系缆固定斗轮机。行走速度
6m/min~30m/min走行驱动设计为12台5.5kW电机驱动。行走机构的驱动
方式为：变频器、交流电机和电机保护器组合控制的方案速度调节为平滑的
无极调速，运行方式为向前和向后，设定取料机的行走速度范围为
9-30m/min 具体驱动过程是：当给PLC发出指令后，PLC控制变频器，此时变频器从输
入端子接到运行指令，根据输入状态和预先设定的参数，由内部闭环电子线
路控制逆变器，同时利用脉宽调制方法产生所要求的频率幅值和相序的电压
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源，驱动电机运行。
3.2.3俯仰传动机构设计
一直以来均采用机械钢丝绳俯仰形式，使用双钢丝绳相互独立工作的方式，此种驱动控制方式，对设备运行平稳性较差，有明显的跳跃式启动，晃动较大。且对大吨位，长臂长的堆取料机的俯仰机构驱动设计要求高、难度大。此种俯仰形式设备维护量大，运行不平稳。
本此设计悬臂俯仰采用液压油缸驱动，设置液压站，采用双油缸工作，两油缸同步工作。设置斗轮中心俯仰角度为+6.5°~-10°。驱动油泵功率设计为1台30Kw[11]。
3.2.4皮带传动机构设计
悬臂皮带机驱动装置由驱动滚筒、减速机、液力耦合器、制动器、电动机组成，交流电动机驱动功率为1台110kW。
3.2.5斗轮传动机构设计
一直以来斗轮驱动装置采用减速机、交流电动机组成。本此设计采用液压马达形式驱动斗轮机构，马达电机驱动功率为1台110kW通过调整压力值来调整斗轮速度，且可以返回液压马达系统运行反馈模拟量信号，判断斗轮的切削受力情况，从而来调整半自动取料时的回转速度，来保证取料过程中设备运行的稳定和取料的恒定。
3.3 本章小结
本章主要围绕斗轮取料机的机械结构展开描述，主要介绍了取料机的各个结构组成，并完成了主要设备的选型和传动机构的设计。首先给出了取料机整机设备的主要参数，另外针对取料机的机械结构特性，逐次分步展开，完成进一步结构设计，设计包括回转电机、行走电机、俯仰、皮带和斗轮的传动机构设计。本章的写作目的是对悬臂式斗轮取料机机械结构的初步确定，以及传动机构的整体设计。
第3章斗轮取料机机械结构设计本章主要为以后的具体电气控制路做铺垫。
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第4章斗轮取料机硬件电路的设计
4.1斗轮取料机配电系统设计
本次设计为斗轮取料机提供了6000V电源[12]，机上设有高压控制柜和高压变压器，为各机构控制等辅助系统提供低压电源，其配电电路图如图4-1所示。
图4-1 配电电路图
本次设计的电气室包括针对取料机结构特点的各个控制柜，配电柜以及受电柜。1
号配电柜如图4-2所示，2号配电柜的接线图如图4-3所示，750kw受电柜如图4-4所
示。两个受电柜为6000V/400V变压器。
如图4-4所示，该受电柜的主要功能是使变压器输出400V交流低压动力电源并进行初次分配，分为五路，分别通过空气断路器进行分断和保护。第一路为3相动力供电线路，通过电压互感器和电流互感器进行电压电流指示；第二路通过变压器进行电压转换，主要为行程开关、电磁阀线圈供电；第三路为备用三相电源；第四路主要为PLC 控制柜供电。其他电路图中均有详细标注，在此不再赘述。
综合毕业实践报告(论文) 综合毕业实践题目：小型立体仓库电气控制系统的设 计 系部: 电气工程系所学专 业： 现代应用电器与电 子 学生姓名：*** 班 级： 440310 学号： ******** 起迄日期：2006.2至2006.6 实践地点：江苏省移动通信第二话务中心 指导教师：*** 专业技术职 务： 讲师
顾问 教师： 2006 年 6 月
摘要 随着国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。 本课题的电气控制是由日本三菱公司生产的FX2型可编程序控制器(PLC)、步进电机驱动电源模块、开关电源、位置传感器等器件组成。该电气控制系统分手动和自动两种方式。它实现的功能主要有：取（由零位出发到指定仓位号取货并送到入货台）；入（到零位取货并送入指定仓位号）等等，在执行完任务后自动返回到零位等待下一个指令。 本文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本控制系统的核心——软件进行了编写，论文中即有梯形图又有相应的语句表；最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结，并对本论文有待完善的地方进行扼要的说明。 关键词:立体仓库电气控制 PLC 步进电机物流管理
目录 第1章绪论 (1) 1.1 立体仓库在自动化生产过程中 (1) 1.2 此课题的设计内容及主要思路 (1) 1.3 设计此课题的可行性 (2) 1.4 设计此课题的实用价值及现实意义 (3) 第2章硬件部分 (4) 2.1 立体仓库的基本结构 (4) 2.2 立体仓库的硬件原理 (5) 2.2.1 步进电机的原 理 (5) 2.2.2 步进电机驱动器的原理 (5) 2.2.3 传感器的工作原理 (6) 2.2.4 开关型稳压电源的原
JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月
目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。
计算机控制系统设计性实验报告 学生姓名:学号： 学院:自动化工程学院 班级: 题目:
设计性实验撰写说明 正文：正文内容层次序号为： 1、1.1、1.1.1 2、2.1、2.1.1……。 1、选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。 2、方案论证(设计理念)：说明设计原理（理念）并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。 3、过程论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明、表达确切。 4、结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。 5、结论或总结：对整个研究工作进行归纳和综合。 6、设计心得体会。 课程设计说明书（报告）要求文字通顺，语言流畅，无错别字，用A4纸打印并右侧装订。
《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下7个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 指导教师：毛卫平 2017年 6月 目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19)
五：参考文献 (20) 一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。 1.2气动回路图
基于PLC的立体仓库控制系统的设计 摘要 随着国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。自动化立体仓库是现代物流系统的重要组成部分，是一种多层存放货物的高架仓库系统，由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。 本仓库模型控制系统是根据自动化立体仓库运行的基本原理而设计的。在整个控制系统中以三菱FX2N系列PLC作为核心控制元件，专用键盘作为人机接口部件，控制步进电机来驱动一个有三自由度的仓库模型在高强度导轨上做三维运动。以步进电机每转输出的脉冲数为基础，通过键盘对每个仓位予以地址编码，通过PLC对命令键盘进行扫描并得到相应的仓位号，当PLC接收到来自键盘的输入命令后，便输出对应仓位的脉冲数，经过驱动器驱动步进电机按设定的方向转动一定的角度，进而控制传动部件丝杠旋转进行准确的定位，以完成货物的存取功能。另外，为了保证整个控制系统运行的稳定性和可靠性，我们还采用了限位开关对其进行限位保护。 本文首先对该课题的可行性及课题实现的现实意义和价值进行了介绍；其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析；再次对本控制系统的核心——软件进行了编写，论文中即有梯形图又有相应的语句表；最后对设计本课题所学到的知识和结论进行归纳和总结，并对本论文有待完善的地方进行扼要的说明。 关键字：立体仓库可编程控制器（PLC）步进电机物流管理
目录 1.绪论 (3) 1.1本课题设计的背景 (3) 1.2 本课题设计的内容 (4) 1.3本课题设计的目的和意义 (5) 2.系统控制方案的确定 (5) 2.1自动化立体仓库的概述 (5) 2.2采用PLC控制立体仓库的优点 (6) 2.3系统设计的基本步骤 (6) 2.4 系统控制方案 (8) 2.5立体仓库技术参数的确定 (10) 3.系统硬件设计 (10) 3.1 控制系统结构设计 (10) 3.2可编程控制器(PLC)的选型 (11) 3.2.1 PLC概述 (11) 3.2.2 PLC的选型 (12) 3.3步进电机的选择 (14) 3.3.1 步进电机的原理 (14) 3.3.2 步进电机的选择 (14) 3.4步进电机驱动器的选择 (17) 3.5传感器的选择 (19) 3.6微动开关的选择 (21) 3.7 PLC输入输出分配表 (21) 3.8 电气原理图的设计 (22) 4系统控制软件设计 (23) 4.1 PLC梯形图概述 (23) 4.2 三菱编程软件的特点 (24) 4.3 系统流程图 (25) 4.4梯形图的设计 (27) 5.系统调试及结论 (27) 5.1梯形图程序的下载（传送） (27) 5.2程序运行过程记录 (28) 5.3结论 (29) 附录I PLC设计的梯形图 (30) 参考文献 (40)
PLC课程设计 设计题目： 摇臂钻床电气控制系统课程设计
一摇臂钻床简单介绍 钻床是一种专门进行孔加工的机床，主要用于钻孔，扩孔，铰孔和攻丝等。钻床得主要类型有台式钻床，立式钻床，卧式钻床，深孔钻床和多轴钻床等。摇臂钻床是立式钻床中的一种，具有操作方便灵活，应用范围广的特点，特别适用于单件或批量生产中带有多孔大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常见的机床。 图1 摇臂钻床示意图 1—内外立柱；2—主轴箱；3—摇臂；4—主轴；5—工作台；6—底座；SB1—主电动机停止按钮；SB2—主电动机启动按钮；SB3—摇臂上升按钮；SB4—摇臂下降按钮；SB5—松开按钮；SB6—夹紧按钮 二电气控制要求 (1) 主要控制电器为四台电机：主电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电机。 (2)主电动机和液压泵电机采用热继电器进行过载保护，摇臂升降电动机、冷却泵电机均为短时工作，不设过载保护。
(3)摇臂的升降，主轴箱、立柱的夹紧放松都要求拖动摇臂升降电动机、液压泵电动机能够正反转。 (4)摇臂的升降控制：按下摇臂上升起动按钮，液压泵电动机起动供给压力油，经分配阀体进入摇臂的松开油腔，推动活塞使摇臂松开。同时摇臂升降电动机旋转使摇臂上升。如果摇臂没有松开，摇臂升降电动机不能转动，必须保证了只有摇臂的可靠松开后方可使摇臂上升或下降，可使用限位开关控制。 当摇臂上升到所需要的位置时，松开摇臂上升起动按钮，升降电动机断电，摇臂停止上升。当持续1~3s后，液压泵电动机反转，使压力油经分配阀进入的夹紧液压腔，摇臂夹紧，同时液压泵电动机停止，完成了摇臂的松开—上升—夹紧动作。 (5)摇臂升降电动机的正转与反转不能同时进行，否则将造成电源两相间的短路。 (6)因为摇臂的上升或下降是短时的调整工作，所以应采用点动方式。 (7)摇臂的上升或下降要设立极限位置保护。 (8)立柱和主轴箱的松开与夹紧控制：主轴箱与立柱的松开及夹紧控制可以单独进行，也可以同时进行。由开关SA2和按钮SB5（或SB6）进行控制。SA2有三个位置：在中间位置（零位）时为松开及夹紧控制同时进行，扳到左边位置时为立柱的夹紧或放松，扳到右边位置时为主轴箱的夹紧或放松。SB5是主轴箱和立柱的松开按钮，SB6为主轴箱和立柱的夹紧按钮。 (9)主轴箱的松开和夹紧为的动作过程：首先将组合开关SA2扳向右侧。当要主轴箱松开时，按下按钮SB5，经1～3s后，液压泵电动机正转使压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱放松。主轴箱和立柱松开指示灯HL2亮。当要主轴箱夹紧时，按下按钮SB6，经1～3s后，液压泵电动机反转，压力油经分配阀进入主轴箱液压缸，推动活塞使主轴箱夹紧。同时指示灯HL3亮，HL2灭，指示主轴箱与立柱夹紧。 (10)当将SA2扳到左侧时，立柱松开或夹紧。SA2在中间位置按下SB5或SB6时，主轴箱和主柱同时进行夹紧或放松。其他动作过程和主轴箱松开和夹紧完全相同，不再重复。 (11)机床要有照明设施
前言 随着企业的持续稳定发展，经济全球化步伐也迅速加快，我国的工业也出现了翻天覆地的变化，一方面高科技的加工工艺越来越得到推广，加工效率也得到了大大的提高。与此同时原有的物流和仓储系统已不能满足新形势的要求,建立一个集物流、信息流和资金流于一身的自动化物流管理中心,从而降低企业综合物流成本,提高企业综合效益便成为目前亟待解决的问题。自动化立体仓库是指在不直接进行人工处理的情况下, 自动地完成物品仓储和取出的系统, 它以高层立体货架为主体, 以成套搬运设备为基础, 是集自动控制技术、通信技术、机电技术于一体的高效率、大容量存储机构。PLC 作为一种工业控制计算机, 具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能, 是目前广泛应用的控制装置之一。自动化立体仓库的出现, 实现了仓库功能从单纯保管型向综合流通型的转变，而且自动化立体仓库是现代物流与仓储系统的重要组成部分，具有货物存取效率高和自动化程度高、很强的入出库能力等优点。而PLC功能强大，可靠性高，抗干扰能力强，维修方便，易于实现机电一体化。完全满足立体仓库工作环境和控制系统的要求。。 但是由于立体仓库前期投入大，需要专业人才从事维护，维持费用高，只有资本雄厚的企业才会重视立体仓库，成本成为立体仓库发展的限制因素，因此如何降低立体仓库的成本或者设计中小型立体仓库自然成为重中之重更利于推广与普及。本设计就是针对那些中小型企业而设计的采用三菱FX1N系列PLC作为核心控制元件的中小型字体仓库，而且结构可以灵活调整，它既可以是单排或者双排货架的自动化立体仓库，也可以是自动化立体车库，可以根据需求调
成都理工大学工程技术学院电气综合控制系统课程设计 院系：自动化工程系 专业：建筑电气与智能化 班级：2013建电1班 学号： 姓名： 同组成员： 指导老师：
完成时间：2015年12月25日
目录 概述 (1) 一、PLC的分类及特点 (1) 二、PLC的结构与工作原理 (1) 三、S7-200 PLC的硬件组成及指令系统 (2) 四、常用低压电器介绍 (3) 第一部分 (6) 课题一电动机带延时正反转控制实操模拟 (6) 课题二天塔之光控制模拟 (10) 课题三机械手控制模拟 (15) 第二部分 (20) 课题一电动机点动控制 (20) 课题二电动机自锁控制 (22) 课题三两台电动机顺序起、停控制 (24) 课题四三台电动机顺序起动控制 (26) 总结 (28)
概 述 一、PLC 的分类及特点 可编程控制器简称PLC （Programmable Logic Controller ），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee ）颁布的PLC 标准草案中对PLC 做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 PLC 的分类：按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等；按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等；按结构分，可分为整体式和模块式；按功能分，可分为低档、中档、高档三类。 PLC 的特点：1.可靠性高，抗干扰能力强2.配套齐全，功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎3.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造4.体积小，重量轻，能耗低 二、PLC 的结构与工作原理 PLC 的结构：PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。其组成框图如图1所示。 图1 整体式PLC 的组成框图 PLC 的工作原理：PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮
扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：数字PID控制系统设计（I） 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：
第一部分 任 务 书
《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 数字PID 控制系统设计（I ） 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。 1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。 2. 控制算法：增量型的PID 控制。 3. 控制算法仿真：在simulink 中建立系统仿真图，编写S-function, 对算法进行仿真。 四、课程设计要求 1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。 3. 每个同学选择不同的被控对象： 4 4(), ()(0.21) (0.81) G s G s s s s s = = ++ 5 5 (), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) G s G s s s s s = = ++++ 5 10 (), ()(1)(0.81) (1)(0.41) G s G s s s s s == ++++ 8 8 (), ()(0.81)(0.41) (0.41)(0.51) G s G s s s s s s s == ++++ 4. PID 参数整定，根据情况可用扩充临界比例度法，扩充响应曲线法等。
江苏省农村试验区自学考试毕业论文 机电综合课程设计 机电综合课程设计 摘要：本设计是完成一两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统的设计； 完成交流电机启停的电气控制系统设计。其硬件部分共包括键盘操作、单片 机控制、输入电路、控制电路、显示电路等五个主要组成部分。设计的总体 思路是准确安全的对工作台和电机进行控制。 位置信号和按键信息通过传输线传送给单片机和键盘接口芯片，数据经过处理，将按键信息串行方式传送给单片机，单片机通过相应的程序， 向控制回路发送控制信号，进而控制工作台的动作，实现对硬件设备的控制。 关键词：键盘操作，单片机控制，数码管显示。 一．前言 机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的
产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。 本设计中提到的微机数控机床是利用单板或单片微机对机床运动轨迹进行数控及对机床辅助功能动作进行程序控制的一种自动化机械加工设备。采用微机数控机床进行机械加工的最大优点是能够有效地提高中、小批零件的加工生产率，保证加工质量。此外，由于微型计算机具有价格低、体积小、性能可靠和使用灵活等特点，微机数控机床的一次性投资比全功能数控机床节省得多，且又便于一般工人掌握操作和维修。因此将专用机床设计成微机数控机床已成为机床设计的发展方向之一。本设计中用到的步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。 本设计完成了如下要求： （1）单片机控制系统电路原理图的设计 （2）控制系统电路印制版的绘制 （3）利用单片机编程实现两坐标系统的手动、自动和回位等运动 （4）实现两坐标工作台极限移动的保护及显示、报警 （5）设计交流电机的点动、正反转控制和星-三角形启动的电气控制原理图 （6）电气控制电路有相应的保护电路（过载、过压、欠压等） （7）熟悉机电系统常用元器件（PLC、交流电机、直流电机、步进电机） 此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。设计两坐标步进电机驱动运动工作台控制系统和交流电机启停的电器控制系统，单元模块包括：单片机控制电路，键盘接口电路，键盘电路，显示电路，输入电路，控制电路，PC接口电路等。由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正。
基于S7-200 PLC控制的小型自动化立体仓库设计 XX大学 毕业设计论文任务书 课题名称基于S7-200 PLC控制的小型自动化立体仓 库设计 学院电气信息学院 专业班级自动化084班 姓名XX 学号089064444 毕业设计论文的主要内容及要求: (1)了解自动化立体仓库的组成及基本功能,熟悉PLC控制系统设计的一般步骤。 (2)结合相关资料设计立体仓库的系统结构图; 本课题所设计的立体仓库具有以下功能: 1、堆垛机(机械手)要有三个自由度,即:前进、后退;上、下;左、右 2、堆垛机的运动由步进电机驱动 3、堆垛机前进(或后退)运动和上(或下)运动可同时进行 4、堆垛机前进、后退和上、下运动时必须有超限位保护 5、每个仓位必须有检测装置(微动开关),当操作有误时发出错误报警信号
6、当按完仓位号后,没按入或取前,可以按取消键进行取消该操作 7、整个电气控制系统必须设置急停按钮,以防发生意外 起止时间: 2012 年 2 月21 日至2012 年 6 月 5 日共15 周 指导教师 签字系主任 签字院长 签字 摘要 自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分,是一种多层存放货物的高架仓库系统,由自动控制与管理系统、高位货架、巷道堆垛机、自动入库、自动出库、计算机管理控制系统以及其他辅助设备组成。它具有节约用地、减轻劳动强度、消除差错、提高仓储自动化水平及管理水平、提高管理和操作人员素质、降低储运损耗、有效地减少流动资金的积压、提高物流效率等诸多优点。如今我国国民经济的飞速发展,自动化立体仓库必然会在各行各业中得到越来越广泛的应用。 本课题的电气控制主要由西门子公司的PLC、步进电机驱动器、步进电动机、直流电动机等器件组成。本文首先对本课题进行简要的介绍,包括背景,研究意义,现状等;其次对该系统的硬件组成、结构、原理进行了阐述和分析;再次对本系统用到的器件分别进行介绍,重点对PLC程序进行了编写;最后对设计本课题所学到的知识进行归纳和总结。 关键字:立体仓库可编程控制器(PLC) 西门子S7-200
机电一体化系统课程设计 X-Y数控工作台设计说明书 学校名称：湖北文理学院 班级学号：2013279129 学生姓名：张亮 班级：机电1321 2015年11月
一、总体方案设计 1.1 设计任务 设计一个数控X-Y工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量G=150N；台面尺寸C×B×H＝145mm ×160mm×12mm；底座外形尺寸C1×B1×H1＝210mm×220mm×140mm；最大长度L=388mm；工作台加工范围X=55mm，Y=50mm；工作台最大快移速度为1m/min。 1.2 总体方案确定 （1）系统的运动方式及伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y工作台。 （2）计算机系统 本设计采用了及MCS-51系列兼容的AT89S51单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 控制系统由微机部分、键盘、LED、I/O接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED显示数控工作台的状态。
（3）X-Y工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双V形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。 考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。 图1-1 系统总体框图
第四章机电控制系统的总体设计 本章教学要点和要求 1、掌握机电控制系统的设计方法 2、掌握机电控制系统的总体设计内容 3、掌握机电控制系统的总体设计步骤 第一节机电控制系统总体设计的概念 一、总体设计的概念 机电控制工程是一门涉及光、机、电、液等综合技术的一项系统工程。机电控制系统设计是按照机电控制的思想、方法进行的机电控制产品设计，它需要综合应用各项共性关键技术才能完成。 随着大规模集成电路的出现，机电控制产品得到了迅速普及和发展，从家用电器到生产没备，从办公自动化设备到军事装备机与电紧密结合的程度都在迅速增强形成了一个纵深而广阔的市场。市场竞争规律要求产品不仅具有高性能．而且要有低价格这就给产品设计人员提出了越来越高的要求。另一方面，种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电控制系统设计人员提供了众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。如何充分利用这些条件，应用机电控制技术开发出满足市场需求的机电控制产品，是机电控制总体设计的重要任务。 系统的总体设计概念： 机电控制系统的总体设计是应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的功能要求和机电控制系统各组成模块的特性，选择最合理的模块组合方案，实现机电控制系统整体优化。 第二节机电控制工程总体设计的类型和方法 一机电控制工程总体设计的类型 机电控制产品设计一般可分为三种类型，即开发性设计、适应性设计和变异性设计。 开发性设计：是在没有参照产品的情况下进行的设计，仅仅是根据抽象的设计原理和要求，设计出在质量和性能方面满足目的要求的产品。例：最初的录像机、摄像机、电视机等的设计就属于开发性设计。开发性设计要求设计者具备敏锐的市场洞察力、丰富的想象力和广泛而扎实的基础理论知识。 例：料位器就是开发性设计 适应性设计：在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更新，或用微电子技术代替原有的机械结构或成为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加值。例：电子式照相机采用电子快门代替手动调
自动控制原理实验报告 题目：数字控制系统设计 专业班级：电气工程及其自动化02 学号： 学生姓名： 指导教师： 学院名称：电气信息学院 完成日期： 2012年 5月20日 1．熟悉本实验涉及的部分MATLAB 函数 函数c2d 调用示例 某离散系统如图5.4 所示,利用函数c2d 获取其z 传递函数的程序段及运行结果如图5.5 所示。
图5.4 某离散系统 图5.5 例1 系统z 传递函数的获取及相关程序 函数step、impulse、lsim等可用于离散系统的仿真，其调用方法分别见图5.6、图5.7 和图5.8。 图5.6 函数step 的调用
图 5.7 函数impulse 的调用 图5.8 函数lsim 的调用 2．数字闭环系统的单位阶跃响应 利用本实验所附程序lab5_1.m，求取图5.4 所示系统的单位阶跃响应，并分析改变采样周期的后果。 程序段如下： num=[1]; den=[1 1 0]; sysc=tf(num,den); sysd=c2d(sysc,1,'zoh'); sys=feedback(sysd,[1]); T=[0:1:20]; step(sys,T) 实验结果如下 当T=1时，
当T=2时, 当T=3时，
改变采样周期了，系统的稳定性降低，采样输出不能真实反映实际输出。3．数字控制系统的根轨迹及其参数设计 图5.9 所示数字控制系统中，() () ()() 0.36780.7189 10.3680 z G z z z + = -- ， () () 0.3678 0.2400 K z D z z - = + ，其中，参数K待定。试利用本实验所附程序lab5_2.m 选取使该系统稳定的K 值。 图 5.9 某数字控制系统 程序段为 num=[0.3678 0.2644]; den=[1 -0.76 -0.24]; sys=tf(num,den); x=[-1:0.1:1];y=sqrt(1-x.^2); rlocus(sys);grid,hold on plot(x,y,'--',x,-y,'--') 结果如下
《机电控制技术》课程设计指导书 第一节、课程设计的目的及要求 《机电控制技术》课程是高等院校机械电子工程专业比修一门专业基础课，可编程序控制器应用技术、单片机应用技术是机电控制技术的重要组成部分，也是工程技术人员用以实现各种控制功能的常规方法。结合《机电控制技术》这门课程，开设本课程设计，其目的是加强实践环节，让学生通过对从生产实践中精心提炼出来的具有典型意义课题进行系统设计、编程、调试，使得学生对如何设计和开发一个PLC或单片机应用系统有一定的感性认识，同时可培养和提高学生解决工程问题的能力，启发学生的创造性思维，从而改变以往学生遇到面宽一点、复杂程度大一点的机电结合型测控系统课题，就一筹莫展而不能进入角色的局面，并为他们以后的实际工作打下基础。通过本课程设计，要求学生能综合运用本课程的基础知识，进行融汇贯通的独立思考，在规定的时间内完成指定的设计任务。 第二节、汽车连杆半精镗专用机床PLC控制系统的设计 1、设计任务 设计一汽车连杆半精镗专用机床PLC控制系统，并用编程器调试、开发该系统的硬件和软件。 2、控制系统设计要求 汽车连杆半精镗专用机床由以下几个部分组成：左滑台、右滑台、左动力头、右动力头、工件定位夹具及液压站。图2为机床的大致轮廓。机床的左、右滑台动作及工件的定位夹紧都由液压提供动力。 左动力头 右 动 力 头定位夹具 左滑台右滑台 图2 机床轮廓 M 汽车连杆的加工工艺过程要求一面两销定位，同时装卡两件，两件同时加工。机床在原始状态，两件人工认销，认销完成后，首先同时按SB7、SB8启动循环，然后同时按SB1、SB2按钮，将工件夹紧（继电器YV5、YV7、YV9得电）。夹紧力到后（夹紧压力继电器SP0得电），进行拔销（YV11继电器得电）。拔销到位后SQ2继电器得电发出指示信号。接着右动力头在右滑台带动下快进（继电器YV1得电），同时右主轴启动（接触器KM1得电），右滑台快进一段距离，碰到工件后，液压系统内压力升高，（右滑台压力继电器SP1发出得电信号后），右滑台通过液压行程调速自动转为工进，同时镗工件的两个大孔和两个小孔，镗完孔到终点，碰到右滑台终点行程开关SQ3时，右滑台后退（继电器YV2得电）。右滑台碰到原位行程开关SQ4时，右主轴停止（KM1断电），同时左滑台带动左动力头快进（继电器YV3带动），与此同时，左主轴启动（左主轴接触器KM2得电）。当左滑台快进一段距离碰到加工工件后，液压系统压力升高（左滑台压力继电器SP2得电），左滑台通过液压行程阀自动调整为工进，加工左边的孔，碰到左滑台终点行程开关SQ5后，左滑台快退（继电器YV4得电）。左滑台退回原位，
一、总体方案设计 1.1 设计任务 设计一个数控X-Y 工作台及其控制系统。该工作台可用于铣床上坐标孔的加工和腊摸、塑 料、铝合金零件的二维曲线加工，重复定位精度为±0.01mm ，定位精度为0.025mm。 设计参数如下：负载重量 G=150N ；台面尺寸 C×B × H＝ 145mm × 160mm× 12mm ；底座外形尺寸 C1 × B1 × H1 ＝ 210mm × 220mm × 140mm ；最大长度 L=388mm ；工作台加工范围 X=55mm ， Y=50mm ；工作台最大快移速度为 1m/min 。 1.2 总体方案确定 （1）系统的运动方式与伺服系统 由于工件在移动的过程中没有进行切削，故应用点位控制系统。定位方式采用增量坐标控 制。为了简化结构，降低成本，采用步进电机开环伺服系统驱动X-Y 工作台。 （ 2）计算机系统 本设计采用了与MCS-51 系列兼容的AT89S51 单片机控制系统。它的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，有较高的性价比。 控制系统由微机部分、键盘、LED 、I/O 接口、光电偶合电路、步进电机、电磁铁功率放大 器电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现。LED 显示数控工作台的状态。 （3）X-Y 工作台的传动方式 为保证一定的传动精度和平稳性，又要求结构紧凑，所以选用丝杠螺母传动副。为提高传 动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。 由于工作台的运动载荷不大，因此采用有预加载荷的双 V 形滚珠导轨。采用滚珠导轨可减少两个 相对运动面的动、静摩擦系数之差，从而提高运动平稳性，减小振动。 考虑电机步距角和丝杆导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，需采用齿轮降速传动。 图 1-1系统总体框图
课程设计 X-Y数控工作台机电系统设计 教学单位: 机电工程学院 专业: 机械设计制造及其自动化 班级: 13机电b 学号: 姓名: 指导教师: 何伟 完成时间: 2017年1月10日 电子科技大学学院机电工程学院
课程（产品）设计任务书
目录 1. 总体方案设计 (1) 1.1. 设计目的 (1) 1.2. 设计任务 (1) 1.3. 总体方案的确定 (2) 2. 机械传动部件的计算与选型 (4) 2.1. 导轨上移动部件的重量估算 (4) 3. 总结 (16) 4. 附录 (18) 4.1. 机械装配图 (18) (注意：目录容宋体小四)
1.总体方案设计 1.1.设计目的 机电一体化系统课程设计是一个重要的实践性教学环节。要求学生综合运用所学过的机械、电子、计算机和自动控制等方面的知识，独立进行一次机电结合的设计训练，主要目的是： 1.学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。 2.通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。如齿轮/同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。 3.通过对尽给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移/速度传感器；如交流、步进伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。 4.通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则，CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电动机的控制软件等。 5.培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。 6.锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。 1.2.设计任务 设计任务和参数。 题目：X-Y数控工作台机电系统设计
摘要 随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，搬运机械手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求，本课题就是模拟实际现场的机构而设计制作的。 本课题运用STEP7软件进行对西门子S7-300进行编程硬件组态，完成对机械气爪的控制。运用子程序调用、程序循环、初始地点赋值等方法，实现定点取货后在指定地点存放，存放货物完毕后能够控制其自动完成码四层货任务，过程中可以控制其运行速度，运行点等。 关键词：西门子；PLC编程；机械气爪；自动码货
Abstract With the popularization and development of industrial automation, controls the d emand increases every year, handling robot applications are becoming more common, mainly in the automotive, electronics, machining, food, medicine and other fields of production lines or cargo transported, can be more Good energy conservation and imp rove the efficiency of transport equipment or products, other transport modes to reduc e restrictions and inadequate to meet the requirements of modern economic developm ent, this project is to simulate the actual scene of institutions designed and manufactur ed. This topic using STEP7 software programming and configurate of Siemens S7-300 hardware, complete control of the mechanical air https://www.doczj.com/doc/4010554996.html,ing the subroutine calls, program loop, the initial location methods of assignment, load goods at fixed point than unload them at specific place. After storing we can control it to finish stacking up the goods in four layers. The process can control the running speed, operating point, etc. Keywords：Siemens；PLC programming ；Mechanical air claw；Automatically pack
JIANGSUUNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械(卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 指导教师：毛卫平 2017年6月 目录 一：MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2气动回路图 (3) 1.3PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4顺序流程图&梯形图 (5) 1.5触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6组态王控制画面及说明 (13) 二：MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。 1.2气动回路图