基于S7-200的自动打钉机控制系统设计.doc
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1、I 摘 要自动打钉机是大批量生产包装箱用木托盘的一种机电一体化装备,涉及机械、电气、控制、液压气动等多种技术。本课题的任务是根据自动打钉机的工作原理,研究设计其电气控制系统,实现打钉机打钉作业的自动化。本论文主要完成以下工作:首先收集和分析木托盘自动打钉机的工作原理,拟定其控制系统方案;随后进行木托盘自动打钉机的基本结构设计,包括打钉机构和送料机构;然后根据控制系统方案,完成各种装置和元器件的选型、校核,设计系统硬件线路设计,设计控制系统的线路原理图,并对低压电器、电缆(电力、控制、通信)以及控制柜装置进行学习,并了解了各种低压电器的使用方法和控制原理;其次介绍了PLC(可编程程序控制器)的基
2、本组成、工作原理、主要特点;综合以上的知识和现场的实际应用做出了总体方案、控制策略以及硬件配置和软件实现方法。其中还详细绘出了各种低压电器、伺服电机、触摸屏以及各功能模块的实际接线电路。分析并介绍了PLC编程方法,电机调速原理以及各种各种低压常用电气元器件的使用。经过调研分析合理地确定系统实现方案,根据系统功能选择西门子系列(PLC)的产品,结合该产品及其编程特点编制软件实现自动控制。同时本文还对系统的结构,硬件配置, 触摸屏设置软件应用进行了阐述。关键词:自动打钉机,PLC,控制系统设计,自动化加工The Design of Automatic Nailing Machine Control
3、 SystemABSTRACTAutomatic nailing machine is a box of mass production of wooden pallets a mechatronics equipment, involving mechanical, electrical, control, hydraulic and pneumatic and other technology. The task of this project is to study the design of the electrical control system to automate the j
4、ob of nailing nailing machine according to the principle of automatic nailing machine.In this thesis, complete the following tasks: the first collection and analysis wooden pallet automatically to fight nail machines works, the development of its control system program; subsequently carried wooden p
5、allet automatically to fight nail machines basic structure design, including nailing institutions and feeding agencies; thencontrol system program, to complete the selection of a variety of devices and components, verification, design of system hardware circuit design, circuit schematic of the desig
6、n of control systems, and low-voltage electrical cables (power, control, communications) and the control cabinet unitlearning and understanding of the use of a variety of low-voltage electrical and control theory; Second, it introduces the basic components of a PLC (programmable program controller),
7、 the working principle, the main features; above the practical application of knowledge and on-site to make the overallprogram, control strategies, as well as hardware configuration and software implementation. Which also charted a variety of low voltage electrical, servo motors, touch screen and ea
8、ch function module wiring circuit. Analysis and the use of PLC programming method, the principle of motor speed and a variety of various low voltage commonly used electrical components. Reasonable Through research and analysis to determine the system, according to the system function to select a ser
9、ies of Siemens (PLC) products, combined with the product and its programming features of the development of software for automatic control. The same time, the structure of the system, hardware configuration, the touch screen to set the software application described.KEY WORDS: automatic nailing mach
10、ine,PLC,control system design,automatic processingIII目 录摘要IABSTRACTII1概 述11.1课题背景资料11.1.1木托盘资料11.1.2托盘分类11.1.3木托盘加工21.2自动打钉机控制系统介绍31.3课题设计目标32打钉机控制系统的总体方案42.1自动打钉机工作原理42.1.1工作示意图42.1.2 本机主要组成部分52.1.3控制系统的组成62.2控制总体方案62.3控制原理72.3.1自动模式72.3.2手动模式83控制系统硬件部分设计93.1电气控制系统组成93.1.1控制线路设计93.1.2控制线路图及说明93.2电器
11、元件列表113.3主要电器元件计算与选型123.3.1断路器123.3.2接触器133.3.3开关电源143.3.4控制变压器153.3.5指示灯153.3.6主令电器153.3.7继电器163.3.8变频器163.3.9电动机173.3.10熔断器173.4 PLC选型183.4.1 PLC的分类183.4.2 PLC选型194 控制程序设计214.1程序流程图214.2程序梯形图224.2.1初始化部分224.2.2漏钉检测部分234.2.3切换部分244.2.4手动操作部分244.2.5自动操作部分254.2.6主设备操作部分254.2.7报警部分265 触摸屏设计275.1触摸屏选型2
12、75.2本设计中触摸屏程序设计275.2.1触摸屏组态软件装275.2.2触摸屏组态软件界面设计285.2.3离线仿真326 总结33致谢34参考文献35附录3649 自动打钉机控制系统设计1 概 述1.1课题背景资料中国木托盘在使用中基本是企业内部周转。对于生产企业,其所拥有的木托盘不出企业,木托盘的使用范围从企业的仓库到运输环节之间的搬运。托盘对于物流企业,托盘于企业内部调配使用,形成一个托盘顺畅流通的机制1。中国物流与采购联合会托盘专业委员会的初步调查显示:中国现拥有各种类托盘约5000万7000万片,每年产量递增2000万片左右。其中木托盘约占90、塑料平托盘占8、钢制托盘、复合材料托
13、盘以及纸制托盘合计占2。复合材料平托盘和木托盘上升比例较大。在托盘的使用方式方面,托盘装载的货物通过水运方式运输的比例为48%,通过陆运方式运输的比例为41%,通过铁路方式运输的比例为9%,通过航空方式运输的比例仅为2%。托盘的规格和材质方面,80%的企业利用12001000mm规格的托盘,77企业使用11001100mm规格的托盘。此外依次为1200800、11401140、12191016、10671067mm。使用的托盘的材质,57企业使用木托盘。40企业使用塑料托盘,14企业使用钢托盘,14企业使用复合材料托盘,11企业使用纸托盘。1.1.1木托盘资料木托盘以原木为材料,进行干燥定型处
14、理,减少水分,消除内应力,然后进行切割、刨光、断头、抽边、砂光等精整加工处理而形成型材板块,采用具有防脱功能的射钉(个别情况采用螺母结构)将型材板块装订成半成品托盘,最后进行精整、防滑处理和封蜡处理。木托盘是现在使用最广的托盘。托盘是用于集装、堆放、搬运和运输的放置作为单元负荷的货物和制品的水平平台装置2。1.1.2托盘分类(1) 根据材质分为木托盘(如图1-1),塑料托盘,钢托盘,铁托盘,纸托盘,泡沫托盘等;其中,木托盘又分:实木托盘(杨木托盘,松木托盘,杂木托盘等)和胶合板托盘(免熏蒸托盘如图1-2);塑料托盘分为:注塑托盘和吹塑托盘。 图1-1 实木托盘 图1-2 胶合板托盘(2) 根据
15、进叉方向分为双向进叉托盘和四向进叉托盘。一般双向进叉的托盘手动叉车和机械叉车都适用,四向进叉的叉车适合机械叉车。 (3) 根据托盘的用法分为双面托盘和单面托盘。双面托盘一般是仓库周转用,结实耐用;还适合码垛用(码垛:托盘上放货物再放托盘放货物) 。单面托盘经济耐用,也是仓库周转发货很好的选择;单面托盘大致又有川字型的,田字型的,九脚型的。与木托盘相比,免熏蒸托盘具有的特点概括如下: (a)出口免熏蒸、免消毒、免签证,出入境方便快捷; (b)产品较木托盘外型美观、同时具有高抗压、高承重性能; (c)可有效避免传统木托盘的木结、虫蛀、色差、湿度高等缺点; (d)防水性能好,生产工艺简单,成本较低;
16、 (e)可替代木托盘,使用适应性强。(4) 木托盘的应用木托盘、货架、叉车是物流仓储设备的三大基础元素。木托盘是物流操作层面最基本的载体,是最基本的物流单元化器具。木托盘与叉车配合,实现物料的机械化搬运工作;木托盘与货架的结合应用,实现对物料的有序堆垛存放,并大幅度提高空间的利用率;木托盘共用体系,可以大幅度降低物流工作成本。没有标准托盘的应用,就没有现代物流的进步。木托盘的选型是现代企业物流中物料包装存储单元化的起点,是企业物流操作规范的必经途径。1.1.3 木托盘加工目前木托盘加工以传统的手动设备最为常见3,但近年来也出现了自动化设备的使用,他们的优缺点见表1-1。表1-1 木托盘手动与自
17、动加工区别使用传统手动设备使用自动化设备效率效率低效率明显提高劳动强度劳动强度大劳动强度小质量质量不稳定,质量低质量稳定,质量高管理不利于现场管理现场便于管理成本生产成本较高生产成本较高通过上表比较可知,手工操作在加工过程中将会不自觉的把人为因素引入操作环节,这样会严重影响产品质量的稳定及进一步提高,因此实现高精度自动加工对企业生产有极为重要的意义。它不仅可以提高生产效率,并且还同时提高了产品质量和产品的加工精度等。1.2自动打钉机控制系统介绍本文设计的自动控制系统是能够实现自动打钉机大批量生产包装箱用木托盘的一种机电一体化装备,涉及机械、电气、控制、液压气动等多种技术。自动化系统有3台电机、
18、2个气缸、1个液压缸等多个辅助部件构成,基于PLC的系统可以同时实现对3台电机、气缸和液压缸的控制。进行信号检测、物料运送、定位、打钉等加工。1.3课题设计目标本论文主要完成以下工作:论文先对低压电器、电缆(电力、控制、通信)以及控制柜装置进行学习,并了解了各种低压电器的使用方法和控制原理;其次介绍了PLC(可编程程序控制器)的基本组成、工作原理、主要特点;综合以上的知识和现场的实际应用做出了总体方案、控制策略以及硬件配置和软件实现方法。其中还详细绘出了各种低压电器、伺服电机、触摸屏以及各功能模块的实际接线电路。2 打钉机控制系统的总体方案2.1自动打钉机工作原理2.1.1工作示意图下图是自动
19、打钉机工作示意图,说明了自动打钉机的工作原理排钉电机M2液压泵电机M1电机M3振动器推钉气缸定位气缸摇钉盒横梁液压缸横梁钢钉上限位下限位左限位右限位上限位下限位旁通阀升降阀输送带木板检测器制动器离合器木板图1图2-1 自动打钉机工作示意图排钉装置是由一个2.2KW 的三相异步电动机作为动力源,用来带动摇钉盒摆动,采用通用变频器控制调节三相异步电动机的转速,同时电动机和变频器的启动和停止是互相独立的,当电机达到一个合适的转速时,变频器就以一个固定的值运行。摇钉盒上安有一个振动器,振动器的作用是为了辅助排钉,让钉子在钉盒中来回摆动,不让钉子卡住,增大钉子落到排钉槽的概率,帮助让钉子顺利的拍到钉槽中
20、。钉子在排钉槽中排好以后,到达一个斜滑道推钉口上,推钉口上有一个推钉气缸,气缸的行程很小,只有10 毫米,当钉子在滑到口上排好以后,推钉气缸开始动作把钉子推下,钉子通过皮软管漏到打钉槽中,每一根皮软管上都按有一个传感器,用来检测是不是每一个皮软管里都有钉子漏下,当推钉气缸由左限位(起始位)到达右限位(终了位)后,在右限位延时(停留)0.5 秒后再退回到左限位,保证钉子都能被推下。钉子被打下后都自动落到打钉槽中,一次排钉完整结束。打钉装置是自动打钉机的执行机构,它是由油泵电动机带动液压驱动,由电磁阀来控制油路的接通还是断开,液压直接驱动横梁上下运动来实现打钉操作。当木板已经定位好并且检测到输送线
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