铝锭垛铝机毕业设计

1、辽宁石油化工大学毕业设计 摘 要铝锭垛铝机是一种用于对铝锭自动打捆的设备。本文简要介绍了铝锭垛铝机的整体组成部分及其分类，阐述了铝锭堆垛机的总体设计，重点介绍了铝锭堆垛机的自动控制系统设计、压紧机构的设计。主要包括铝锭堆垛机自动控制系统的功能分析、控制系统类型的选择、输入/输出设备的确定、plc简介及设备选型、plc的i/o口的分配、plc控制系统硬件、软件设计、plc程序编制、系统调试. 老式的打包机的电气控制部分大多数仍采用继电器控制这种控制方法采用众多的电器元件逻辑布线复杂接点多故障率高设备运行可靠性差。采用plc控制能有效的解决这些问题。该系统工作性能稳定,提高了生产线的自动化程度,并

2、切实提高了生产线的生产效率。关键字：铝锭堆垛机；自动控制；plc abstractthe section aluminum ingots stacking machine is an equipment for profile steel automatic baling.this article introduced overall components and sorting of aluminum ingots stacker, and simply introduced the design of overall stacker for bar shape, and introduce

3、d the design of control system of automatic stacker for bar shape and impaction emphasis mechanism in detail. in this paper, there has mainly included the function analysis of control system of automatic stacker for bar shape, the tape selection of control system, the determination of input and outp

4、ut device, the introduction of plc and the type selection for control equipment, the input-output device allocation of plc, the design of hardware and software system of plc control system, the program composition of plc and system test; and in that there were also including the aluminum ingots desi

5、gn of impaction mechanism oil cylinder and the strength checking. the electrical control parts of the baler still mostly use the relay control. this control method used numerous electrical components,logic routing complex, contact, the high failure rate, poor equipment operation reliability. plc con

6、trol can be used effectively to resolve these problems. the performance of the system is stability, increase the degree of automation of production lines and effectively improve the efficiency of the production line.keywords:section aluminum ingots stacking machine; automatic control; programmable l

7、ogic controllerii辽宁石油化工大学毕业设计目 录摘 要iabstractii第1章 绪论11.1 铝锭堆垛机简介11.2 堆垛机的发展21.3 毕业设计的内容及任务2第2章 堆垛机总体设计42.1 堆垛机的设计参数42.2 堆垛机的工艺流程42.3 堆垛机的机构平面位置分布42.4 堆垛机的结构设计52.5 堆垛机的总体尺寸62.6 堆垛机传动系统的选择62.7 堆垛机自动控制系统的基本设计62.7.1 设计的基本要求72.7.2 设计的基本思路7第3章 堆垛机自动控制系统的设计83.1 自动控制系统系统分析83.1.1 系统功能分析及控制要求83.1.2 控制系统类型的选择8

8、3.1.3 可编程序控制系统设计基本原则103.1.4 控制所需输入/输出设备的确定113.2 plc简介及设备选型153.2.1 plc概述153.2.2 plc基本结构及原理203.2.3 plc设备选型233.2.4控制方案设计253.3 铝锭铸造生产线布局253.3.1 铝锭生产流程253.3.2 铝锭的堆垛形式26第4章 堆垛机控制系统设计274.1 系统软件设计方案274.2系统的硬件设计274.2.1 plc控制系统的输入电路设计274.2.2 plc控制系统的输出电路设计274.2.3 plc控制系统的抗干扰设计284.3 硬件设计284.3 plc控制系统软件设计294.3.

9、1 plc的选型和资源配置314.3.2 cpu型号的选择314.3.3 其他功能模块的配置324.3.4plc的i/o资源配置324.3.5 位置的定位方法334.4 电气接线图及元器件的选择344.4.1 电气接线图344.5 元器件的选择36第5章 控制系统的软件设计385.1 plc 的选型385.2 程序流程图385.3 编程软件简介405.4 程序设计415.4.1.程序初始化415.4.2.运行方式的选择425.4.3.寻址425.4.4.返回455.4.5.步进电机的驱动455.5 plc控制系统程序调试455.5.1 i/o端子测试465.5.2 系统调试46第6章 结论47

10、参考文献48致 谢49ii辽宁石油化工大学毕业设计第1章 绪论1.1 铝锭堆垛机简介铝锭是电解铝厂的主要产品，浇铸后的铝锭需要码垛打捆以利运输，是该行业中不可缺少的一中作业方式。码垛始终困扰着电解铝厂，目前许多厂家都由人工进行搬抬和码垛，不仅劳动强度大、效率低，而且码垛不齐，以至于称重、保管、运输中出现散包现象。另外，人工码垛也是铝锭生产的一个“瓶颈”，制约产量的提高。作者采用可编程序控制器( programmable logic controller) 设计了一种全自动铝锭码垛机，工作可靠且自动化程度高，大大降低了工人的劳动强度，提高了劳动生产率。铝锭堆垛机是一种用于对铝锭自动打捆的设备。其

11、安装在矫直设备和定尺剪切设备之后。铝锭自动打捆生产线是由机械部分（包括单传辊道、拨钢机构、移钢机构、分组机构、定位机构、平移堆垛机构、翻转机构、垛台升降机构、压紧机构及垛台单传辊道等10个子机构）、液压控制系统、plc自动控制系统等组成。铝锭堆垛机大体组成可分为以下几大部分：原动部分、驱动部分、执行部分、控制部分以及辅助系统、照明设施、电铃报警等。它的主要优点在于实现了整个生产线的自动控制，从而提高堆垛机的堆垛效率，这也是铝锭堆垛打捆发展的趋势。它不仅克服了过去人工堆垛的生产效率低、打捆质量差、成本高、工作环境危险等缺点，更重要的是解决了铝锭堆垛打捆对整个轧钢生产线发展的阻碍，很大程度上提高铝

12、锭生产线的效率。 铝锭堆垛是电解铝生产的重要环节之一我国电解铝厂目前所采用的铝锭堆垛机有2种：半自动铝锭堆垛机和全自动铝锭堆垛机叫半自动铝锭堆剁机成本较低，但效率低，可靠性差，最高产量6 th；全自动铝锭堆垛机自动化程度较半自动堆垛机高，产量达16 th，操作方便，但成本高全自动铝锭堆垛机与前两种国内目前使用的堆垛机相比，效率高、成本低，而且具有操作方便、易于维护保养、适用性强的特点.目前，世界上堆垛机的发展已经很成熟了；已发展形成了各种类型的小型车间用的标准堆垛机主要有两大类：磁性和非磁性堆垛机。第一类是磁性堆垛机。轧件由装有可调磁性的翻转臂和输送小车进行一车堆垛，并且层与层之间是面对面或背

13、对背交替放置的。该系统主要运用于中型堆垛，全部由计算机自动操作。从矫直机和冷剪（停剪或冷飞剪）出来的型钢层通过翻转臂从输出辊道上移送到堆垛机前的输送机上，翻转臂上装有可调磁性的磁头，对铝层进行制动和定位。输送机一般较长，目的是使铝有较长的滞留时间；同时也给该堆垛机的操作带来更高的灵活性。由于其上没有齐头辊道和专用挡板，故需要所有铝层在运输中齐头。磁性堆垛机还有一个紧急运输系统，它可以在停产时或轧件不满足矫直公差要求时将铝收集在一个专用的料筐内。抬高挡板可以将后面跟来的料层分开，形成预定数量的铝层，这些料层被磁性运输车托起或被磁性翻砖臂拾取。磁性堆垛机把铝堆垛后，由平立辊道输送到打捆区，平立辊道

14、的宽度是可调的，以避免料垛散落。另一类是非磁性堆垛机。轧制由两套液压-机械机构控制的机械手进层层堆垛，其动作类似于人手。可夹持并移送铝，将铝层面对面或背对背的进行堆放，主要适用于中小断面，可避免料层中铝在堆垛臂失磁时散落，形成不正确的料捆成形状。非磁性堆垛机堆垛时，矫直后的铝从堆垛前辊入辊道上被移向并收集在装有专用链条的缓冲区。其专用链条用于避免单根在运输中重叠；其升降挡板与一个易更换的梳料装置相结合，可奇数、偶数交替而精确地选择每单层的数量。已成型的料层由直线运动的升降臂或通过夹持系统翻转料层来实现料层面对面或背对背交替堆放于步进下降的运输架上形成料垛。非磁性堆垛机即纯机械堆垛机的显著特点就

15、是无故障的处理双层的能力，故其机械效率可提高一倍。1.2 堆垛机的发展早期的堆垛机是在桥式起重机的起重小车上悬挂一个门架（立柱），利用货叉在立柱上的上下运动及立柱的旋转运动来搬运货物，通常称之为桥式堆垛机。1960年左右在美国出现了巷道式堆垛机。这种堆垛机是在地面上的导轨行走，利用上部的导轨防止倾倒；或者相反，在上部导轨上行走，利用地面导轨防止倾倒。其后，随着计算机控制技术和自动化的发展，堆垛机的应用越来越广泛，技术性能越来越好，高度也在不断增加，到目前为止，堆垛机的高度可达40m，事实上，如果不受仓库建筑和费用的约束，堆垛机的高度可以不受限制。1.3 毕业设计的内容及任务铝锭堆垛机用来完成铝

16、锭的堆垛，它和铸造机联锁完成铸铝过程的自动控制。根据铝锭生产的工艺要求，定尺的铝锭成品需要按规定垛型堆垛成形，以便铝锭的打包、存放和运输。堆垛按人及机器的参与程度可分为人工堆垛、半机械化堆垛和全自动堆垛。 在我国的铝锭行业中，铝锭包装质量与国外同行业相比相对较差，多为人工堆垛。存在诸多缺点.例如生产效率低，使轧制生产与包装产生脱节，造成中间库存大。有些铝锭温度比较高，工人的工作环境恶劣，劳动强度大，人工费用高。手工堆垛容易造成产口表面污染和损伤。包装质量差，很难达到咬合堆垛，紧密平齐。为减轻工人的劳动强度，提高铝锭的包装质量，增强市场的竞争力，提高企业的经济效益和社会效益，需要设计一种能自动、

17、高效、精确堆垛铝锭的设备。所以利用垛铝机使生产自动化 ，加快产品速率变的尤为重要。 垛铝机自动控制系统可以与企业的生产信息系统集成，实现企业信息管理的自动化。同时，促进企业的科学管理，减少了浪费，保证均衡生产，也提高了操作人员素质和管理人员的水平。随着现代化生产规模的不断扩大和深化,它将为工业、企业带来巨大的经济效益。本次设计的堆垛机属于第一类磁性堆垛机。通过在移铝机构和翻转机构上安装堆垛电磁铁来实现槽钢的交替堆放。堆垛方式是槽钢：6根/层，共4层，如图1-1所示，每层分为正反两排（角铝是每层5根，共6层，每层也分为正反两排，一排槽口向下3根，另一排槽口向上2根，如图1-2所示）。由于槽铝和角

18、铝的结构不同要在不改变堆垛机结构条件下实现不同铝的堆垛就需要在plc程序上加以变化，这也是plc自动控制的优点；这里主要根据槽铝堆垛进行plc控制系统的设计和编程。图1-1 槽铝堆垛方式图1-2 角铝堆垛方式本次设计主要设计堆垛机自动控制系统。设计参数：铝（槽铝20号）长度为810m；单传辊道辊边速度1.88 m/s；平移堆垛机构动作周期33 s；翻转堆垛机构动作周期11s，液压系统额定工作压力：10mpa。设计内容：1、堆垛机总体设计。包括堆垛机总体尺寸的确定，堆垛机各机构平面布置位置的确定，传动系统的选择；2、堆垛机电气控制系统。包括堆垛机电气控制系统的功能分析、选型设计和plc编程；3、

19、堆垛机压紧机构。包括压紧机构结构设计、压紧机构设计与校核。 第2章 堆垛机总体设计堆垛机的总体设计是设计人员在根据工厂所需要的成型铝锭堆垛设备，对堆垛机作出的初步的、总体的设计。堆垛机总体设计主要包括：确定堆垛机的工艺流程、堆垛机平面示意图的初步确定、主要机构的简单结构设计、总体尺寸的确定、堆垛机驱动装置的确定和自动控制系统的基本设计。2.1 堆垛机的设计参数(1) 堆垛机堆垛的型钢为：20#槽铝，根，查得：其线密度为，定尺长度范围为810m；(2) 堆垛速度约为4分钟捆； (3) 班垛能力为450470吨/班；(4) 堆垛成捆的型钢做到一头齐，符合国家堆垛包括标准gb210189。2.2 堆

20、垛机的工艺流程轧制好的铝锭经单传辊道输送到堆垛机上，再由拨铝机构将铝锭拨到移铝机构的链条上，然后由移铝机构将铝锭输送到定位机构，中途有分组机构将铝锭分为3根一组，分好组的铝锭到定位机构后被精确的定位后，再由平移机构送至垛台上，下一组分好组的铝锭被定位机构定位后，经由翻转机构旋转送至垛台上，垛台上的铝锭排成了形如图1-1所示的排放形式。然后垛台下降相应的高度，使下一轮堆垛的铝锭和这一次的高度相等。经过4次循环后，垛台上的铝锭就排成了6根/层，共4层的形状。然后由压紧机构把铝锭压紧，到此堆垛过程结束，再由垛台输送辊道将堆垛好的铝输送出去。此后，堆垛机按这个顺序再进行下一轮的堆垛。2.3 堆垛机的机

21、构平面位置分布根据现场要求、堆垛机的工艺流程和其他同类设备的使用情况，初步确定堆垛机的机构平面位置分布，如图2-1所示。拨铝机构是将电动机布置在一端，而移铝机构是将电动机布置在两根输出轴的联接一端，大体上在堆垛机的中间。拨铝过程中拨抓只需克服单根槽铝与滚筒之间的滑动摩擦，因此载荷较小需要传递的最大扭矩也较小，综合考虑现场其他结构的布置情况将电动机布置在传动轴的一端。移铝机构在工作时，由于传动距离较大(约6.4m)并且载荷较拨铝大的多，轴较长，最大扭矩较大，因此将电动机布置在两根轴的中间，这样单根轴所承受的最大扭矩要小得多。根据堆垛机的机构平面位置分布，可确定自动堆垛的生产线的设备及其功能要求如

22、下：（1）几组输送辊道；输送辊道选用单传辊道，当非连续的少数电机故障时，不影响其他电机的使用。（2）拨铝机构；拨铝机选用链条拨爪拽引，链条（平速片）速度0.34米/秒。（3）移铝机构；把合格产品送到分组、定位、翻转机构。图2-1 堆垛机机构平面位置分布图（4）分组机构；保证铝以三根或两根的形式可靠分组。（5）定位机构；使铝能停留在指定位置接受平移堆垛或者翻转。（6）平移堆垛机构；翻转堆垛机构；通过交替运行堆垛分好组的铝锭。（7）垛台升降机构；保证垛台与床面平齐。（8）铝垛压紧机构；使堆垛排列紧密、整齐，便于输送。（9）堆垛输送运输辊道；输送运输辊道选用单传辊道，当非连续的少数电机故障时，不影响

23、其他电机的使用。2.4 堆垛机的结构设计根据上述工艺过程和图2-1可知，该设备主要由以下机构组成：单传辊道、拨铝机构、移铝机构、分组机构（槽钢分组机构）、定位机构、平移机构、翻转机构、垛台升降机构、压紧机构及垛台单传辊道。单传辊道部分由电机、行星齿轮减速器、单传辊道等组成；拨铝机构部分由电机、齿轮减速器、链条（含拨爪）、链轮等组成；移铝机构同拨钢机构类似，也是由电机、齿轮减速器、链条、链轮等组成；分组机构是由液压缸、四连杆机构等组成；定位机构同分组机构类似，也是是由液压缸、四连杆机构等组成；平移机构由液压缸、液压马达、升降梁、电磁铁等组成；翻转机构由液压缸、轴、齿轮、电磁铁等组成；垛台升降机构

24、是由液压缸、控制垛台、固定滑轨等组成；压紧机构是由液压缸、推头、底座等组成；垛台单传辊道也是由电机、行星齿轮减速器、单传辊道等组成。2.5 堆垛机的总体尺寸由现场的技术要求和同类设备的安装使用情况，可以初步确定堆垛机的总体尺寸约为： 。2.6 堆垛机传动系统的选择根据现场要求、堆垛机的工艺流程和其他同类设备的使用情况，各机构的传动方式选择如下：由单传辊道、拨铝机构和移铝机构的结构特点、运动特性，该三部分均选取三相交流异步电动机直接驱动。由于单传辊道与拨铝机构的交错布置且传动距离较长（约6m），其选择分布式驱动，而拨铝机构和移铝机构之间平行布置并且驱动功率不太大，拨铝机构需要频繁启动，因此选择分

25、别集中驱动。而分组、定位、平移和垛台升降及压紧动作较简单（多为直线运动），且载荷不太大，这里选择液压驱动。用液压缸的伸缩来完成分组、定位、翻转和垛台升降及压紧，用液压马达来实现平移。翻转机构的运动为轴的旋转运动，它的动力系统的主要要求为低速可调，交流电动机不能满足要求，直流电动机虽然有低速可调的性能，但是直流电动机价钱昂贵，也不能选取，液压传动的鲜明特点就是低速可调，所以我们最后选液压传动作为翻转机构的动力源。各种元件，可根据需要方便、灵活地来布置，不需要复杂的传动系统。综上所述：分组机构、定位机构、平移机构、翻转机构、升降机构、压紧机构均采用液压驱动；单传辊道、拨铝机构、移铝机构及垛台单传辊

26、道均采用电机拖动。2.7 堆垛机自动控制系统的基本设计 堆垛机自动控制系统是铝锭堆垛机完成自动堆垛的核心控制部分。其主要用于实现堆垛机对轧制好的铝锭自动堆垛过程的控制，实现无人操作、自动堆垛，节省人力。2.7.1 设计的基本要求堆垛机自动控制系统需满足自铝锭从单传辊道传来，经拨铝机构拨钢，移铝机构移铝，分组机构分组，定位机构定位，平移堆垛机构、翻转机构堆垛，压紧机构压紧，最后单传辊道输出，这一整套工作的自动控制、自动运行；其自动控制系统设计要求工作安全、可靠、稳定，操作简单，编程易学，调试简单，维修方便。2.7.2 设计的基本思路 根据堆垛机功能分析、各个部分机构的动作过程，确定控制控制系统流

27、程图，确定所需输入输出设备，然后选择控制系统类型，再进行控制类型的选型设计，i/o口分配，最后编写控制程序。第3章 堆垛机自动控制系统的设计3.1 自动控制系统系统分析3.1.1 系统功能分析及控制要求堆垛机是一种用于对铝锭自动打捆的设备。自动打捆生产线由机械部分（包括单传辊道、拨铝机构、移铝机构、分组机构、定位机构、平移堆垛机构、翻转机构、垛台升降机构、压紧机构及垛台单传辊道等10个子机构）、液压系统、电气plc自动控制系统等组成。堆垛机工作过程如下：轧制好的铝经单传辊道输送到堆垛机单传辊道，再由拨铝将铝拨到移铝机构的链条上，然后由移铝机构将铝输送到定位机构，中途有分组机构将铝分为3根一组（

28、槽铝），分好组的铝到定位机构后被精确的定位后，再由平移堆垛机构送至垛台上，下一组分好组的铝被定位机构定位后传至翻转机构，经由翻转机构旋转 送至垛台上，垛台上的铝排成了形如图1-1所示的排放形式；然后垛台下降相应的高度，使下一轮堆垛的铝和这一次的高度相等。经过4次循环后，垛台上的铝就排成了6根/层，共4层的形状；然后由压紧机构把铝横向压紧，到此堆垛过程结束，再由垛台输送辊道将堆垛好的铝输送出去。之后铝堆垛机按这个顺序再进行下一轮的堆垛。本次所设计自动控制系统，要求实现自动检测单传辊道是否有铝，自动控制辊道电机的运行、停止，拨铝电机的起停，移铝电机的间歇动作，分组机构的升、降时间，定位机构的升、降

29、时间，平移堆垛机构的升、降、移动时间及其速度快慢，翻转机构翻转、返回时间，平移堆垛机构和翻转机构电磁铁得失电时间，垛台升降机构升、降，压紧机构的压紧及回位，垛台单传辊道的输送，以及其中部分机构工作指示灯控制等一整套的工作过程。除此之外，本次设计控制系统没有其他特殊控制要求。3.1.2 控制系统类型的选择 从满足堆垛机自动控制系统的安全性、扩展性、可靠性、稳定性方面考虑，目前常见的机械自动控制系统，主要有单片机控制、plc控制、工业控制计算机集中控制以及继电器控制等类型。 随着集成芯片技术的不断提高，特别是高档8位、16位单片机的普及，由单片计算机及其外围芯片构成了单片机控制系统。其特点是单片机

30、本身小巧、功耗低，实时控制功能强，但是其软、硬件的开发必须借助于开发工具，系统调试困难，不具有自开发能力。 工业控制计算机控制系统有较强的软、硬件支持，可利用通用计算机的软、硬件资源来支持自动控制系统进行工作，具有自开发能力，有较强的可视能力和数据处理能力，更适合于计算机集中控制系统应用。继电器控制是采用硬逻辑的方式，一个继电器线圈的通断将会同时影响该继电器的所有常开常闭触点动作，同触点在控制线路的位置无关。虽然继电器控制不需要很强的软、硬件支持且价格相对便宜，但其性能不稳定精度不高，不具备自动控制所期望达到的功能。 plc是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置。它以微处理器为核心

31、，有机地将微型计算机技术、自动化控制技术及通信技术融为一体。其主要特点如下：1、高可靠性 所有的i/o接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与plc内部电路之间电气上隔离，防止外部高压的窜入。各输入端均采用r-c滤波器，有效的抑制了高频抗干扰信号。plc电路中还设置了“看门狗”电路，能把因干扰而飞走的程序拉回来。它采用性能优良的开关电源，具有良好的自诊断功能。大型plc还可以采用由双cpu构成冗余系统或由三cpu构成表决系统，使可靠性更进一步提高。2、丰富的i/o接口模块 plc针对不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等有相应的i/o模块与

32、工业现场的元件或设备（如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变频器、电磁线圈、控制阀等）直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。3、采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型plc以外，绝大多数plc均采用模块化结构。plc的各个部件均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行，故其维修方便。4、编程简单、易学 plc的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使

33、用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便 plc不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与plc相应的i/o端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 另外，用plc完成一项控制工程时，由于其硬、软件齐全，设计和施工可同时进行，故plc设计、施工、调试周期短。鉴于plc相比于其他几种控制类型的诸多优势，结合型钢堆垛机自动控制系统的设计要求，选择可编程序控制器(plc)进行控制系统的设计。3.1.3 可编程序控制系统设计基本原则1、控制系统设计原则 任何

34、一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计plc控制系统时，应遵循以下基本原则：(1) 最大限度地满足被控对象的控制对象。设计前，应深入现场进行调查研究，收集资料，并于机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟订电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。(2) 在满足控制系统要求的前提下，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便。(3) 保证控制系统的安全、可靠。(4) 考虑到生产的发展和工艺和改进，在选择plc容量时，应适当留有裕量。2、控制系统设计的基本内容 plc控制系统是由plc与用户输入、输出设备连接而成的，因

35、此，plc控制系统设计的基本内容应包括：(1) 用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。(2) plc类型的选择。plc是plc控制系统的核心部件，正确选择plc对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起到重要的作用。选择plc，应包括机型选择、容量的选择、i/o模块的选择、电源模块的选择等。(3) 分配i/o点，绘制i/o连接图。(4) 设计控制程序。包括设计梯形图、语句表（即程序清单）和控制系统流程图。控制系统程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作安全、可靠的关键。因此，控制程序饿

36、的设计必须经过反复调试、修改，直到满足要求为止。(5) 必要时还需设计控制台。(6) 编制控制系统的技术文件；3、控制系统设计的一般步骤(1) 根据生产的工艺过程分析控制要求；(2) 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，据此确定plc的i/o点数；(3) 选择plc系统；(4) 分配plc的i/o点，设计i/o连接图；(5) 进行plc程序设计，同时可进行控制台的设计和现场施工；4、编写梯形图的注意事项(1) 输入/输出继电器、内部辅助继电器、定时器、记数器等元件的触点可以多次使用，无需复杂的程序结构来减少触点的使用次数；(2) 梯形图每一行都是从左母线开始，线圈终止于右母线。触点不能放

37、在线圈的右边。除步进程序外，任何线圈、定时器、计数器、高级指令等不能直接与左母线相连。如果需要任何时候都被执行的程序段，可以通过特殊内部常闭继电器或一个没有使用的内部继电器的常闭触点来连接；(3) 在程序中，不允许同一编号的线圈两次输出；(4) 不允许出现桥式电路。程序的编写顺序应按自上而下、从左止右的方式编写。为了减少程序的执行步数，程序应为“左大右小，上大下小”；5、程序设计的步骤(1) 对于较复杂的控制系统，需绘制系统控制流程图，用以清楚地表明各个动作的顺序和条件。(2) 设计梯形图。这程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。(3) 根据梯形图编制程序清单。(4) 用编程器将程序输入到p

38、lc的用户存储器中，并检查输入的程序是否正确。(5) 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。(6) 待控制台及现场施工完成后，就可以进行联机调试。若未满足要求，再重新修改程序或检查接线，直到满足为止。(7) 编写技术文件。(8) 交付使用。3.1.4 控制所需输入/输出设备的确定 根据堆垛机的系统功能分析及控制要求，为确定控制所需输入/输出设备，对堆垛机各个机构的动作过程分析如下：1、单传辊道的动作过程单传辊道电机启动单传辊道电机保持继续转动单传辊道停止 单传滚道电机初始状态为停止状态。单传辊道电机的启动由控制系统开启时启动，铝经过传送辊道时，通过检测装置检测出第一根铝到达单传辊道，单传辊道

39、电机得到检测装置发出的信号开始启动运行，之后单传辊道电机保持继续转动；当单传辊道传送的铝为24根，即槽铝堆垛一捆已经完成时，若之后一段时间之内检测装置没有检测出有铝信号，则电机停止运转；若在此一段时间内，有铝输送信号，则电机保持继续运转。2、拨铝机构的动作过程延时4s后拨铝机构电机停止同时制动器制动拨铝机构电机启动拨铝机构电机停止 拨铝机构的初始状态是停止状态。电机的启动由单传辊道挡板处的检测装置检测铝是否到达单传辊道限位挡板来控制，当铝到达限位挡板后，拨铝电机开始启动，拨铝电机运转一段时间后，铝到达移铝机构链条上，拨铝电机停止运转，一次拨铝过程完成，之后等待下一次拨铝。3、移铝机构的动作过程

40、延时18s移铝机构电机启动移铝机构电机停止同时制动器制动移铝机构电机停止 移铝机构的初始状态为停止状态。电机的启动由拨铝机构运行过程中的检测装置检测铝是否快要到达移铝机构链条来控制；拨铝电机收到检测装置的信号后，拨铝电机开始运行，当拨铝电机运行一段时间后，如果单传辊道没有输送铝，则移铝机构电机处的制动器制动，移铝机构电机停止转动；如果单传辊道在继续输送铝锭，则移铝机构处的电机继续转动，继续移动铝锭。4、分组机构的动作过程挡板三下降挡板一和二升起挡板三升起挡板一和二下降 分组机构的初始状态为状态。移铝机构将钢材输送到分组机构处时，此时分组机构的分组挡板已经升起，分组挡板三上的挡块阻止了铝的前行，

41、当到达分组挡板的铝为三根时，分组机构液压缸进油，活塞杆伸长，分组挡板三下降、挡板一和二升起，至状态；分组后的三根铝随移铝链条前进，经一段时间到达定位挡板；当活塞杆伸长到极限位置后，液压缸开始回油，活塞杆缩短，使分组挡板三升起、挡板一和二下降，继续下一次的分组。5、定位机构的动作过程定位板升起定位板下降 定位机构的初始状态为状态。当奇数次（自堆垛机开始运行算起，第一、三、五次）分组后的三根铝经一段时间到达定位挡板后，平移堆垛机构开始运行，下降吸铝，完成平移堆垛；当偶数次（自堆垛机开始运行算起，第二、四、六次）分组后的三根铝经一段时间到达定位挡板时，定位机构液压缸回油，活塞杆缩短，定位挡板下降，之

42、后这三根铝随移铝链条前进，经一段时间到达翻转机构上；当活塞杆缩短到极限位置后，液压缸开始进油，活塞杆伸长，使定位挡板上升，继续下一次的定位。6、平移堆垛机构的动作过程平移机架下降平移机架停止下降平移电磁铁得电平移机架上升平移机架停止上升平移机架正平移慢平移机架正平移停止平移机架反平移快平移机架反平移慢平移机架停止上升平移电磁铁失电平移机架下降平移机架停止下降平移机架上升平移机架反平移停止 平移堆垛机构初始位置在定位机构正上方。在定位机构的运动过程中已经说明了平移机构的启动时间。当奇数次（自堆垛机开始运行算起，第一、三、五次）分组后的三根铝经一段时间到达定位挡板后，平移堆垛机构开始运行，平移堆垛

43、机构处的液压系统的升降液压缸开始回油，平移堆垛升降梁（平移机架）开始下降，经一段时间后，平移堆垛机构升降液压缸活塞杆到达缩短极限位置，液压缸停止回油，升降梁停止下降，此时平移电磁铁得电吸住铝，之后升降液压缸开始进油，升降梁上升；经一段时间后活塞杆到达伸长极限位置，液压缸停止进油，升降梁停止上升，此时平移堆垛机构处液压马达开始启动，驱动升降梁慢速正平移；经一段时间后到达垛台正上方，之后液压马达停止运行，平移升降液压缸开始回油，平移堆垛升降梁（平移机架）开始下降，经一段时间后，平移堆垛机构处升降液压缸活塞杆到达缩短极限位置，液压缸停止回油，升降梁停止下降，此时平移电磁铁失电，将钢材放置在垛台上，之

44、后升降液压缸开始进油，升降梁上升；经一段时间后活塞杆到达伸长极限位置，液压缸停止进油，升降梁停止上升，此时平移堆垛机构处液压马达开始启动，驱动升降梁快速反平移；经一段时间后，升降梁开始慢速反平移；再经过一段时间后，升降梁到达初始位置，完成一次平移堆垛过程，之后等待下一次平移堆垛。7、翻转机构的动作过程翻转返回停止翻转返回开始翻转电磁铁失电翻转停止翻转电磁铁得电翻转开始 翻转机构电磁铁初始位置移铝链条中间。在定位机构的运动过程中已经说明了，翻转机构的启动的时间。当定位后的铝经一段时间到达翻转机构，经翻转机构上定位装置定位后，翻转电磁铁得电吸住铝，翻转机构处的液压系统的液压缸开始进油，活塞杆伸长，

45、经齿轮啮合带动轴转动开始慢速翻转；经一段时间后，当活塞杆伸长到极限位置时，翻转机构翻转轴转动180，此时翻转电磁铁失电，槽钢正好扣在平移堆垛机构所放铝之上；之后翻转机构处的液压系统的液压缸开始回油，活塞杆缩短，经齿轮啮合带动轴转动开始慢速翻转返回，经过一段时间后到达初始位置，一次翻转过程完成，之后等待下一次的转磁翻转。8、垛台升降机构的动作过程垛台下降至1位置垛台下降垛台保持垛台上升至0位置垛台下降垛台下降至2位置垛台保持垛台下降垛台下降至3位置垛台保持垛台下降垛台下降至4位置垛台保持垛台上升垛台在0位置 垛台升降机构的初始状态为0位置，即垛台上表面与翻转之后的电磁铁吸铝表面平行，间隔一小段距

46、离。当平移电磁铁第一次失电放置铝后，平移升降梁开始上升时，垛台升降机构处的液压系统的液压缸开始进油，活塞杆缩短，垛台开始下降；当垛台下降一层铝高度时，垛台下降到1位置，此时液压缸停止进油，活塞杆停止缩短，垛台停止下降； 当平移电磁铁第二次失电放置铝后，平移升降梁开始上升时，垛台升降机构处的液压系统的液压缸开始进油，活塞杆缩短，垛台开始下降；当垛台下降一层钢材高度时，垛台下降到2位置，此时液压缸停止进油，活塞杆停止缩短，垛台停止下降； 当平移电磁铁第三次失电放置钢材后，平移升降梁开始上升时，垛台升降机构处的液压系统的液压缸开始进油，活塞杆缩短，垛台开始下降；当垛台下降一层钢材高度时，垛台下降到3

47、位置，此时液压缸停止进油，活塞杆停止缩短，垛台停止下降； 当平移电磁铁第四次失电放置铝后，平移升降梁开始上升时，垛台升降机构处的液压系统的液压缸开始进油，活塞杆缩短，垛台开始下降；当垛台下降一层铝高度时，垛台下降到4位置，即活塞杆缩短的极限位置，此时液压缸停止进油，活塞杆停止缩短，垛台停止下降； 然后，翻转机构继续翻转钢材，后经压紧机构压紧钢垛，当垛台单传辊道将堆垛好的铝（槽铝）经一段时间输送出去后，升降机构液压缸开始回油，活塞杆开始伸长，垛台开始上升，当垛台到达初始位置时，即活塞杆伸长的极限位置，升降液压缸停止回油，活塞杆停止伸长，垛台停止上升，停留在此位置；到此垛台升降机构完成一次升降整过

48、程，之后等待下一次垛台升降。9、压紧机构的动作过程压紧机构返回压紧机构压紧 压紧机构的初始状态为状态，即此时活塞杆没有伸长。当垛台下降到4位置后，翻转机构第四次将槽铝扣在平移堆垛第四次所放置槽铝之上，失电返回时，压紧机构液压缸开始进油，活塞杆伸长，压紧机构推头开始压紧堆垛的槽铝；当活塞杆伸长到一定长度后，液压缸停止进油、开始回油，活塞杆停止伸长、开始缩短，压紧机构推头停止压紧，开始压紧回位；当活塞杆回到初始状态时，完成一次铝垛压紧动作过程，之后等待下一次铝垛压紧。10、垛台单传辊道的动作过程垛台单传辊道电机停转构返回垛台单传辊道电机启动垛台单传滚道电机初始状态为停止状态。当压紧机构停止压紧，推

49、头离开铝垛开始返回时，垛台单传辊道电机开始启动，将铝垛输送出去；经过一段时间后，垛台上铝垛被输送至等待捆绑的垛台，垛台单传辊道电机停止运转，完成一次输送动作过程，之后等待下一次的输送。3.2 plc简介及设备选型3.2.1 plc概述1、plc的产生 20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电-接触器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少

50、，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置，为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：编程方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制盘；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制盘竞争；输入

51、可以是交流150v以上；输出为交流115v，容量要求在2a以上，可直接驱动接触器，电磁阀等；扩展时原系统改变最小；用户存储器至少能扩张到4kb（适应当时汽车装配过程的需要）。以上十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。自此开始，可编程控制器（plc）便随之产生。2、plc的定义 美国国际电工委员会(iec)在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程逻辑控制器（即plc：programmable logic controller）是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储

52、执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器是工业控制的核心部分。可遍程序控制器及其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了plc应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。 定义还强调了plc是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、

53、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成体”，易于“扩充”。3、plc的发展趋势 plc总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。 (1) 向小型化、专用化、低成本方向发展。随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使plc结构更为复杂，紧凑，操作使用十分方便。plc的功能不断增加，将原来大、中型plc才有的功能部分地移植到小型plc上。 (2) 向大容量、高速度方向发展。大型plc采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提

54、高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。 (3) 智能型i/o模块的发展。智能型i/o模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的cpu与plc的主cpu并行工作，占用主cpu的时间很少，有利于提高plc的扫描速度。 (4) 基于pc的编程软件取代编程器。随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对plc控制系统的硬件组态即设置硬件的结构和参数，例如：设置各框架各个插槽上模块的型号、模块参数、各串行通行接口的参数等。 (5) plc编程语言的标准化。与个人计算机相比，plc的硬件、软件的体系结构都是封闭的。在硬件方而，各厂家的

55、cpu模块和i/o模块互不通用。plc的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，iec制定了可遍程序控制器标准；标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。 (6) plc通信的易用化。plc的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。 (7) 组态软件与plc的软件化。个人计算机(pc)的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。 (8) plc与现场总线相结合。现场总线i/o与plc可

56、以组成功能强大、廉价的dcs系统。 (9) 开发新型特殊功能模块。i/o组件可以提高plc的智能化、高密集度，增大处理能力。 (10) cpu的处理速度进一步加快。目前，plc的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的cpu也不过80486，将来会全面使用64位的risc芯片，采用多cpu进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使plc的处理速度达到纳秒级。4、plc的特点 (1) 抗干扰能力强、可靠性好plc在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。i/o系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：隔离：这是抗干扰的主要措施之一。plc的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了光电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于plc的影响，