自动往返运料小车控制系统设计

自动往返运料小车控制系统设计

根据具体的测量工作，从以上六个方面综合考虑，以选择最合适的传感器。 5.气动系统：

（1）确定气动执行元件的形式；

（2）进行工况分析，确定系统的主要参数； （3）制定基本方案，拟定气动系统原理图； （4）选择气动元件； （5）气动系统的性能验算； （6）绘制工作图，编制技术文件。

3.2 PLC选型

在设计控制系统中，PLC用到了8个输入点、6个输出点、 1个模拟量输入点以及1个模拟量输出点控制运料小车的运动。因此，依据运料小车控制系统的工艺流程、实际控制需求以及输入输出变量特点，选用了西门子S7-2PLC CPU224 XPCN控制的运料小车控制系统设计方案。该PLC不仅用有14个输入点和10个输出点，还有1个模拟量输入点和1个模拟量输出点，利用PLC控制技术，实现运料小车两处装料、两处卸料的运动控制，完全能满足设计需求。

在运料小车控制系统设计过程中，需要PLC具有抗干扰能力出众、可靠性高、控制功能强、编程方便等优点，因此采用可编程控制器作为主控制器。同时考虑到该控制系统不是很复杂，从经济角度考虑后决定：该控制系统采用德国西门子公司声场的S7-200系列可编程控制器，具体型号为CPU224 CN AC/DC/继电器，现有 AC 220V电源，DC24V 电源输入，继电器输出。该PLC结构紧凑小巧。执行速度快、功能强大及性价比高等特点，符合本系统各方面要求。 （1） PLC的I/O分配表

表3.1PLC的I/O分配表

输入信号 名称 启动按钮 停止按钮 前限位开关1 前限位开关2 代号 SB1 SB2 SQ1 SQ2 输入编号 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 名称 正转接触器 反转接触器 装料指示灯 卸料指示灯 输出信号 代号 KM1 KM2 L1 L2 输出编号 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 8

河南机电高等专科学校毕业设计论文

后限位开关1 后限位开关2 急停按钮1 报警信号 SQ3 SQ4 SB3 SB4 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 运行指示灯 报警指示灯 L3 L4 Q0.4 Q0.5 （2） PLC输入输出地址分配

本次所采用的是S7-200系列中的CPU 224，系统中的运料小车由一台三相异步电动机拖动，电机正转，小车向左行，电机反转，小车向右行。SB1是系统启动按钮，SB2是系统停止按钮，SQ1-SQ4位行程开关，KM1、KM2分别为电动机正反转，L1-L4位小车状态指示灯。小车控制系统的输入，输出设备与PLC的I/0段对应的外部接线如图3-1所示：

图3-2 PLC外部接线

3.3 传感器的选型

9

自动往返运料小车控制系统设计

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

本课题中需要各种传感器来完成各种操作流程，比如需要传感器来检测小车是否运动到位，需要传感器来检测小车是否装卸货物完成到位，所以我们需要对传感器进行型号选定。

在检测小车是否运动到位时，需要位置传感器，位置传感器可用来检测位置，反映某种状态的开关，和位移传感器不同，位置传感器有接触式和接近式两种。接触式传感器的触头由两个物体接触挤压而动作，常见的有行程开关、二维矩阵式位置传感器等。当某个物体在运动过程中，碰到行程开关时，其内部触头会动作，从而完成控制，如在加工中心的X、Y、Z轴方向两端分别装有行程开关，则可以控制移动范围。二维矩阵式位置传感器安装于机械手掌内侧，用于检测自身与某个物体的接触位置。由于行程开关结构简单、动作可靠、价格低廉。所以本课题选择行程开关来完成这项检测。

当检测货物是否装卸完成时，需要红外传感器，红外线传感器依动作可分为： (1) 将红外线一部份变换为热，藉热取出电阻值变化及电动势等输出信号之热型，但是误差偏大，不能精确判断。

(2) 利用半导体迁徙现象吸收能量差之光电效果及利用因PN 接合之光电动势效果的量子型。热释电型的现象俗称为焦热效应。

热释电型的优点有：可常温动作下操作，本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。

综上所述，本课题选择热释电型红外传感器。具体型号如下：

表3.2传感器型号与参数

实验温度：T = 22°C NEP：100 °C 黑体, 1Hz 电子带宽

敏感度：100 °C 黑体 噪音：0.4到10Hz 带宽隐蔽性好。价格低廉。

10

河南机电高等专科学校毕业设计论文

3.4 步进电机的选型

步进电机是将电脉冲信号转换为相应角位移或直线位移的一种特殊电动机。其工作方式是每输入一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度，由于运动形式是步进的，因此称为步进电机。

(1)步进电机转矩的选择

步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。当然，有着本质的区别。步进电动机的物理结构，完全不同于交流、直流电机，电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小(即所要带动物体的扭力大小)，来选择哪种型号的电机。大致说来，扭力在0.8N.m以下，选择20、28、35、39、42(电机的机身直径或方度，单位：mm);扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。扭力在几个N.m或更大的情况下，就要选择86、110、130等规格的步进电机。

(2)步过电机转速的选择

对于电机的转速也要特别考虑。因为，电机的输出转矩，与转速成反比。就是说，步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大)，在高速旋转状态的转矩(1000转/分--9000转)就很小了。当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。

(3)步进电机空载起动频率的选择

步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右(或更高)，通常需要“加速启动”。如果需要直接启动达到高速运转，最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。

(4)步进电机的相数选择

步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。大多数场合，使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。

(5)针对步进电机使用环境来选择

特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。例如水下机器人，就需要放水电机。对于特种用途的电机，就要针对性选择了。

11