毕业设计(论文)自动生产线升降机的自动化设计.doc
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1、河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute毕业设计(论文) 题 目 自动生产线上运输升降机的自动化设计 班 级 _机电0902_ 姓 名_冯子正_ 指导教师_张国同_自动生产线升降机的自动化设计摘要随着变频技术和PLC控制技术的发展,工厂中的自动化生产线也越来越多,由于一些行业的生产工艺的要求或是由于生产车间和场地的特殊情况,要求一些生产线需要配置相应的物件提升装置。以前在工厂中经常看见一些升降机械,这些升降机械很多由工频电机直接带动运行,电气控制部分一般都很简单,多数采用人工手动控制或采用继电器控制方式。这些升降机械存在一些明显的问题,如启动
2、停止和运行不平稳,升降运动过程动作不可靠,自动化程度不高,故障率较高,设备能耗高,无法应急运行,存在安全隐患等等。基于这些问题使得这些升降机械很难在工厂生产中发挥高效率的作用,同时也使得国内这些生产的升降机械无法与进口的自动化生产线配套使用,也无法根据实际的生产需要转换和调整升降机械的动作方式和工作顺序。应用西门子S7-200 PLC和西门子MM420变频器组成的升降机控制和驱动系统,可以完成对升降机自动运行的智能化控制和管理,可以根据生产线的实际生产需要和具体工艺要求自动调整升降方向和速度快慢。也可以在变频器发生故障时自动将发生故障的电机切换到工频状态应急工作,系统设有西门子TP170A触摸
3、屏,可以向工作人员提示设备的状态和故障信息。整个系统自动化程度高,应用范围广,可以在多个行业与国内外各型生产线配套使用。关键词: 自动控制系统 变频驱动系统 输送带 光电传感器 编码器 变频器ABSTRACTWith frequency conversion and PLC control the development of technology, the factory automation production line more and more, because some industry production process requirements or because the
4、production workshop and the special circumstances, requires some corresponding objects with production line to improve device. Before in factories often see some lift machine, these lift machine many industrial frequency motor driven directly by running, electrical control section are usually very s
5、imple, most using manual control or use relay control mode. These lift machine has some obvious problems, such as stop and start running not smooth, lifting movement process action is not reliable, automation degree is not high, high failure rate, high energy consumption equipment, cant emergency op
6、eration, unsafe, and so on. Based on these problems make these lift machine is difficult to play in the factory production the role of high efficiency, also, that these domestic production of lift machine cant to import of supporting the use of the automatic production line, and according to the act
7、ual need of the production of unable to convert and adjust the action of lift machine methods and work order. Application of Siemens s7-200 PLC and Siemens MM420 converter composed of elevator control system and drive, can finish to run automatically lifts the intelligent control and management, and
8、 may, according to the actual need of the production line and the specific process requirement automatically adjust the speed and direction and speed. Also can be in converter is at fault automatically the failure of the motor switch to industrial frequency state emergency work, the system has TP170
9、A Siemens touch screen, can work to the state of the researchers note equipment and fault information. The whole system is a high degree of automation, application range, can be in DuoGe industry at home and abroad and supporting the use of various production line.Keywords: automatic control system
10、of variable frequency drive system conveyor belt photoelectric sensor encoder inverter目录第一章 自动升降机机械系统和自动控制系统概述11.1 自动升降机机械系统的组成11.2 自动升降机的自动控制系统的组成11.3 自动升降机的工作原理和控制要求1第二章 自动升降机自动控制系统设计22.1 自动升降机机械系统的结构组成2第三章 自动升降系统概述83.1 自动升降机的电机驱动系统的组成:83.2 自动升降机自动化控制系统的组成:10第四章 自动升降机自动运行工艺流程的设计154.1 自动升降机的外部传感器设置
11、:154.2 自动升降机的停止状态位:154.3 自动升降机自动运行步骤设计:164.4 升降机精确平层的电气控制设计:224.5 对升降机构电磁机械安全抱闸的控制设计:23第五章 自动升降机安全运行的设计24第六章 自动升降机的设计特点25第七章 自动升降机的设计注意事项25致 谢26参考文献27第一章 自动升降机机械系统和自动控制系统概述1.1 自动升降机机械系统的组成自动升降机的机械系统由升降机入口和出口传输机构,轿箱内部吊篮传输机构,轿箱升降机构,升降机厅门安全机构和升降电机安全抱闸机构组成。升降机入口和出口传输机构用于将生产线上的产品向升降机内或升降机外传送。轿箱内部吊篮传送机构用于
12、将产品传入或传出轿箱。轿箱升降机构用于提升升降机轿箱或下降升降机轿箱。升降机厅门安全机构用于在升降机轿箱升降过程中关闭升降机井厅门入口,防止安全事故发生。升降电机安全抱闸机构用于在升降机轿箱停止运动时抱住升降电机主轴,防止升降机轿箱在停止运动时发生上下滑动,避免由此而产生的安全事故。1.2 自动升降机的自动控制系统的组成自动升降机的自动控制系统由程序逻辑控制器PLC,外部光电传感器,触摸屏,变频驱动器,声光报警灯和检修手动盒等元气件组成。程序逻辑控制器PLC采集外部输入点的输入信号,如启动停止信号,各个光电传感器的状态信号,各限位开关的输入信号,人机界面上的输入信号,经过逻辑判断和运算后输出相
13、应输出信号,控制电气系统中的相应交流接触器和变频器动作。来完成将一层楼的产品自动的转移到另外一层楼的生产线上。1.3 自动升降机的工作原理和控制要求自动升降机的工作状态分为自动运行状态和检修操作状态,两个工作状态相互独立彼此分开。当升降机处于自动运行状态下时,要求检修操作盒的所有按钮无效,同样当设备处于检修状态下时要求来自系统外部的控制信号无效,此时系统只能通过检修手动盒点动检修。在自动运行时要求升降机能够将一层楼的产品自动的传送到另外一层楼的生产输送带上,并自动返回到出发点进行下一个工作周期。这个过程当中要求PLC能根据外部生产线的速度自动调节升降机的运转速度。要求升降机的轿箱能够准确平层,
14、能够判断进出口堵塞情况的发生,能够自动的连续点动正反转,以自动消除进出口的堵塞现象,减少不必要的停机发生。同时要求升降系统能够多楼层多顺序的传送运行,能根据生产需求调整传送方向。要求系统有可靠的安全保护,能避免设备安全事故的发生。要求设备具有应急运行功能,减少因设备故障造成的生产线停机。在操作上要求通过人机界面能够方便地修改参数,记录生产情况和报警信息,要求在触摸屏上复位报警和点动功能。能够设置管理人员密码,能够记录生产批次和生产数量,具有历史数据查询功能。第二章 自动升降机自动控制系统设计2.1 自动升降机机械系统的结构组成自动升降机的传输机构分为入口输送带,出口输送带和升降机轿箱吊篮传送带
15、。分别与各楼层的生产线输送带连接。图21为:自动升降机入口输送带与吊篮输送带和生产线输送带的组合。图21其中升降机入口输送带采用工业输送带,生产线输送带采用皮带式输送带,加置皮带张紧装置,入口输送带可以根据需要正反转。升降机轿箱吊篮传送带采用链条传动多个金属输送辊组成的辊道式传送带,机械结构牢靠,抗撞击能力强,正反转动作可靠,其作用是连接升降机入口传送带或出口传送带。图22为:升降机轿箱吊篮内送辊道式输送带示意图。图22图23为:自动升降机出口输送带与吊篮输送带和生产线输送带的组合。图23其中升降机出口输送带采用工业输送带,生产线输送带采用皮带式输送带,加置皮带张紧装置,出口输送带可以根据需要
16、正反转。而升降机轿箱吊篮内送辊道式输送带则与升降机升降机构组合,在各楼层之间上下运动,输送货物。升降机的机械升降机构由升降电机,电动抱闸,链条和升降部分组成。图24是升降机升降机构与升降机井架的组合。对重装置未画出图24在自动升降机吊篮内,吊篮输送机构与升降机升降机构的组合如图25所示对重装置未画出图25自动升降机吊篮输送机构和1F入口传送带的组合如图26所示。对重装置未画出图26自动升降机吊篮输送机构和2F出口传送带的组合如图27所示。对重装置未画出图27第三章 自动升降系统概述3.1 自动升降机的电机驱动系统的组成:可以根据生产线的实际情况,来设计上述各输送带和升降机升降机构驱动电机的功率
17、大小。本设计中采用升降机输入口,升降机输出口和吊篮电机都为0.75KW的三相交流鼠笼式电机,设计升降机升降机构电机为1.5KW三相交流鼠笼式电机。各个电机功率可以根据实际的情况来设计,但在设计升降机入口,升降机出口和吊篮内输送带电机时,要求将这三处的输送带驱动电机功率设计为一样大小。这样设计的目的在于,因为升降机在一二楼之间来回运动运送产品,但一二楼的入口传送带和出口传送带的工作状态为二选一。即当其中一个输送带的电机处于工作状态下,另外一台电机则处于停止的状态。这样就可以使用一台变频器来驱动多个楼层升降机入口或出口的输送电机,以达到减少硬件设备的投入。吊篮内输送带的驱动电机和变频器的功率尽量选
18、择和升降机出入口输送带驱动电机同等功率,这样做的目的在于减少变频器和输送带驱动电机的型号差别,方便设计,同时也方便安装、调试和以后的设备检修与维护。升降机升降机构的驱动电机和变频器的功率容量根据产品的实际质量、升降机构的机械效率和安全系数来确定。所有升降机上使用的变频器选用西门子MM420系列通用型变频器。升降机变频驱动系统的结构示意图如图31所示。PLC3#2#1#图31图31中1、2和3为西门子MM420系列变频器,、和分别为自动升降机1楼入口输送带电机、二楼出口输送带电机、轿箱吊篮输送带电机和升降机构电机。PLC为西门子S7-200 226CPU,112为交流接触器。所有的变频器和交流接
19、触器工作状态都由PLC集中控制完成,同时为了避免工频正反转输出时发生短路事故,在工频正反转输出的交流接触器上实施电气和机械互锁的安全措施。为了避免变频器输出时和工频输出短接,或者为了避免1变频器输出时和电机同时的电,在各个交流接触器之间加设电气互锁和必要得机械互锁。当升降机处于自动运行状态下时,当升降机在1楼时由1变频器向电机提供动力驱动,可以是正转也可以是反转。当升降机在二楼时由1变频器向电机提供动力驱动,可以是正转也可以是反转。2变频器向电机提供动力驱动,当升降机在一楼时正转,在二楼时反转。3变频器向电机提供动力驱动,当升降机上升时正转,下降时反转。交流接触器的的互锁状态如下:交流接触器1
20、、2机械电气互锁,交流接触器3、4机械电气互锁,交流接触器5、6机械电气互锁,交流接触器8、9机械电气互锁,交流接触器11、12机械电气互锁。同时交流接触器组1、2和交流接触器组3、6电气互锁,交流接触器3、6电气互锁,交流接触器4、5电气互锁,交流接触器7和交流接触器组8、9电气互锁,交流接触器10和交流接触器组11、12电气互锁。详细的互锁组合和互锁意义如表21所示。第一组交流接触器第二组交流接触器互锁状态注释含义12机械电气互锁防止工频正反转短路二选一34机械电气互锁防止工频变频同时接通二选一56机械电气互锁防止工频变频同时接通二选一89机械电气互锁防止工频正反转短路二选一1112机械电
21、气互锁防止工频正反转短路二选一1、23、6电气互锁防止工频变频同时接通四选一78、9电气互锁防止工频变频同时接通三选一1011、12电气互锁防止工频变频同时接通三选一36电气互锁防止变频同时接通二选一45电气互锁防止工频同时接通二选一表31图31中交流接触器1、2、4的组合目的为了当1变频器发生故障时或者设备处于检修状态时,可以通过工频驱动的方式应急运行电动机,而且保留了电机的正反转功能。同理交流接触器1、2、6的组合,交流接触器8、9的组合,交流接触器11、12的组合目的是为了能够实现工频驱动电机、和正反转。3.2 自动升降机自动化控制系统的组成:自动升降机的工作状态分为自动状态和维修工作状
22、态,这两种工作状态互相独立、彼此分开,目的在于确保控制回路的输出的唯一性,避免发生类似双线圈输出的情况,杜绝事故的发生。整个升降机自动化控制系统的组成由核心控制元件PLC、空气开关、电机马达开关、交流接触器、触摸屏、开关、按钮、指示灯、报警器和外部光电传感器等元部件组成。其中由面板旋钮开关或带锁的钥匙旋钮开关选择整个系统的工作状态,通过状态安全继电器的得电或失电来区分自动运行和手动运行的输出电源的通和断。这样就使得系统只有在自动运行状态下时PLC的输出端子才有输出电压,当系统在手动运行状态下时,PLC输出端子上无输出电压。马达开关作用为当系统指令电机以工频方式工作时,起到保护电机的作用。人机界
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