自动转运小车结构及控制系统设计说明书

1、XX学院 XX UNIVERSITY本科生毕业设计设 计 题 目： 自动转运小车结构 及控制系统设计 系部： 机 电 工 程 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 学号 2011011307 指导教师姓名： 职称 讲师 XX学院教务处 二一三年六月制（2015届）本科生毕业设计说明书自动转运小车结构及控制系统设计系部： 机 电 工 程 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： XX 班 级： 学号 2011011307 指导教师姓名： 职称 讲师 最终评定成绩 2015 年 5 月摘 要随着我国经济的迅速增长，推动了工业化的进程。传统的人工搬运转运效率

2、低已经完全跟不上生产的速度，再加之人工成本的上升等都成了亟待解决的问题。而计算机对生产进行管理以及对生产过程进行控制，在一定程度上可以解决以上效率低下的问题，因而越来越受到人们的关注。本课题设计了一种基于PLC控制的转运小车结构及控制系统，对小车的结构进行了分析计算，且校核了驱动部分的零件。控制部分采用的是三菱FX系列控制系统进行控制，实现了小车单步、单周期、连续的装料、右行、卸料、左行动作。关键词：自动转运小车，PLC，控制系统ABSTRACTWith the rapid growth of China's economy, the process of the industrial

3、ization is promoted. Traditional manual handling with low transport efficiency has completely failed to keep pace with the speed of production, coupled with rising labor costs and so on it has become a problem to be solved. The computer to manage the production and to control the production process,

4、 to a certain extent, can solve above problem with low efficiency, so more and more get the attention of people.This topic has designed a kind of transfer car structure and control system based on PLC control, the structure of the small car has carried on the analysis and calculation, and check the

5、driving part of the parts. Control part adopts the mitsubishi FX series control system to control, has realized the car step, single cycle, continuous charging, right, discharge, left for action.Keywords:Automatic transfer vehicle,PLC,Controlling system 目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 引言11.2 课题背景11.3 相关

6、领域的研究现状和发展趋势21.3.1 转运小车的研究现状21.3.2 转运小车的发展趋势31.4 设计要求及论文的结构4第二章 机械部分设计62.1 设计任务62.2 械传动方案确定机62.3 交流伺服电动机的选择72.4 联轴器的设计82.5 蜗杆传动设计102.6 轴的设计122.6.1 前轮轴的设计122.6.2 后轮轴的设计152.7 滚动轴承选择计算202.7.1 前轮轴上的轴承202.7.2 蜗杆轴上的轴承212.7.3 后轮轴上的轴承24第三章 控制系统硬件设计263.1 硬件总体框架结构263.2 PLC的特点263.3 PLC的工作过程273.4 可编程控制器的选择293.5

7、 外部I/0设备的选型29第四章 控制系统软件所设计314.1 I/O的分配314.2 PLC外部接线314.3 主要功能流程图324.4 顺序功能图设计334.5 梯形图设计344.5.1 单步工作方式344.5.1 单周期工作方式354.5.2 连续工作方式35结 论39参考文献40附 录41致 谢44 第一章 绪论1.1 引言在自动生产线上，各工序之间的产品常用转运小车来转运，在自动工厂中，我们要求转运小车能够准确、及时、安全、可靠地将货物从一个地方转移到预定的目的地，而传统的继电-接触器控制系统已经不能适应现代生产的这种要求，因此自动控制的转运小车为PLC的应用提供了广阔的空间。1.2

8、 课题背景 早期转运小车电气控制系统多为“继电器一接触器”组成的复杂系统，周期长、体积大、成本是此系统都有的缺陷，数据处理和通信功能就更加的稀少了，而且必须有专人负责操作。人们对相对于操作简单、可靠性强的自动控制系统的紧迫感更加的强烈。 随着整个社会经济的发展、科学的进步，计算机控制技术也随之飞速发展，传统的继电-接触器控制系统将逐渐的退出大家的视线，从而走上台面的是可编程序控制器系统，它的主要核心是细微处理器；逐渐覆盖各个行业的自动化控制领域。这种自动控制产品操作简单、性价比高、通用性强、控制相当可靠，因此得到了大多数人的认可，从而越来越容易实现自动控制。PLC随之产生。我国工业自动化的不断

9、发展，转运小车在自动生产线上起到了的举足轻重的作用，在现代工业中，许多控制小车在指定的轨道上，按照工序，完成各自设定的任务，如柔性制造系统中物料小车的自动控制、自动化仓库中物件存取小车的自动控制等等，都是转运小车的相关应用。我国的转运小车是依赖于柔性制造系统的发展，几十年以来，市场对产品数量的要求的提高和计算机技术的迅猛发展，且现代制造技术越来越受到重视，所以对自动化生产的要求也越来越高，而作为关键部分的转运小车必将得到迅速发展和广泛应用，比如说：转运小车在冶金、墙材、有色金属、车站、港口、煤矿、码头仓库、矿井等行业得到了越来越广泛和深入的应用。而在这些行业中，根据点差，转运小车发挥着愈来愈大

10、的优势，并且极好的转化为企业的经济效益，促成了自动化物流系统、先进的柔性生产线的实现，极大地提高了自动化程度和生产效率。编程序控制器（PLC）计算机在急需发展的工业环境下应运而生，随后更是在各种控制系统得到广泛的使用，因为这种微电子技术可以让更多系统的编程简单化，更加的可靠，而且易于维护；是按照用户编制的程序来实现控制和数据处理功能的组合器件，转运小车控制系统因PLC技术的引入必将取得意想不到的成功。1.3 相关领域的研究现状和发展趋势1.3.1 转运小车的研究现状转运小车在现代工厂的自动化生产线上，充当着半成品、成品、毛坯件的转移工作，是自动化生产线上的重要环节，并且在企业生产中正发挥着越来

11、越重要的作用，现在已经广泛应用于国民经济的多个生产行业。为了提高转运小车的工作效率，切实为企业提供实用的转运小车，改善工人的工作环境，提高生产效率，为企业赢得更大的利润，世界各国对转运小车也展开了一系列地研究。除了利用传统的机械方法对转运小车进行技术改进之外，更多的是将新的工业技术应用到转运小车上，从而让该设备更加智能化、自动化、安全化。 在自动化生产线上，有些生产机械无法在自动开启的情况下完成工作内容，甚至有的还需要在某些位置停滞一定的时间，这样降低了整个生产线的效率，从而降低整个产业的绩效。因此越来越多的工业企业选择PLC程序来实现运料小车自动往返顺序的控制，效率的大幅度提高更加证实了它的

12、简单、方便以及可靠。目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理2。现在，PLC控制的转运小车技术已经相当成熟，不仅控制功能增强，可靠性提高，功耗和体积减小，成本下降，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使得PLC转运小车向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。经过多年的发展，国内自动化生产厂家增加了许多，但国内PLC应用市场仍然以国外产品为主。由于成套设备的引进，PLC价格昂贵，国内只有像冶金、电力、自

13、动化生产线等这种比较大的设备和系统才会选择使用转运小车；但是PLC自20世纪70年代后期进入中国以来，越来越多的企业厂家选择柔性制造系统，这个数据相当可观。在引进国外的柔性制造过程中，我国也曾组织了相关单位消化、吸收PLC的关键技术，试图对小车进行国产化。但是由于我国的当时的经济支撑有欠，后续的各种研究力量和生产技术达不到相应要求，即使到了80年代，北京、上海、广州、西安、长春等20多家科研单位、大专院校和工厂研制都在积极生产PLC产品，最终都没有成功实现产业化。因此成功实现转运小车产品运作需要多个因素的配合与完善。近10年来，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制。目前国产自动化厂商众多，

14、各个厂商规模也不一样，北京和利时（其PLC生产基地在浙江杭州）和浙大中控都是在DCS系统具有优势之后，再渗透PLC市场，现在在国内已经有一定知名度，浙大中控从最近两年开始推广PLC控制的生产线，杭州还有浙大中自生产9。但是无法与国际大厂的规模和产品系列匹敌，而且生产厂商生产的PLC转运小车主要集中于中小型小车（大部分为小型），其中生产中型转运小车的厂商主要有盟立、南大傲拓（刚刚进入市场）等，深圳欧辰和亿维都是做西门子的配套IO模块，黄石科威生产嵌入式PLC。 转运小车的发展趋势随着我国国民经济的迅猛发展，庞大的基础设施建设工程给生产企业带来了前所未有的机遇和挑战；因此PLC在各大领域得到广泛的

15、应用，人们在使用的同时也在根据企业的需求不断的改进PLC控制的转运小车的技术及其产品结构，功能日益强大，性价比越来越高。（1）在产品规模方面，向两极发展。一方面，大力发展速度更快、性价比更高的小型和超小型转运小车。以适应单机及小型自动控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技术完善的大型转运小车方向发展。复杂系统控制在计算机技术和微处理器的不断发展的情况下，对其要求将会越来越高，人们要求PLC的信息处理速度越来越快，用户存储器容量也越来越大。（2）向通信网络化发展PLC技术发展的趋势与方向就是PLC网络控制。PLC与转运小车之间的联网通信、转运小车与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，P

16、LC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强转运小车的联网能力7。各制造商之间也在协商指定通用的通信标准，以构成更大的网络系统。PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的组成部分。（3）向模块化、智能化发展受益于经济的蓬勃发展和制造业升级趋势，工业自动化对于各种控制系统的要求越来越高，生产厂家必须不断的开发新器件和模块，如温度控制模块、智能I/O模块和专门用于检测PLC外部故障的专用智能模块等，这些模块的开发和应用使得自动化功能增强了，同时也扩展了自动化生产的应用范围，系统的可靠性也有所提高。（4）编程语言和编程工具的多样化和标准化PLC软件要进步的根源与趋势是多种编程语言的并存、互

17、补与发展。 生产厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高的同时，日益向MAP(制造自动化协议)靠拢，使PLC的基本部件，包括输入输出模块、通信协议、编程语言和编程工具等方面的技术规范化和标准化。基于PLC控制的转运小车具有安全程度高、可靠性高、抗干扰能力强等特性，所以在生产过程中运用十分广泛，同时内部资源也十分丰富，程序容易修改，柔性化程度高，在实际的操作中取得了令人满意的效果。1.4 设计要求及论文的结构在自动化这条生产线上，按照一定顺序自动往返运动是为了部分生产机械的工作需要，并且有的机械还要求在某些位置有一定的时间停留才能满足生产工艺要求。如图1图1所示为转运小车示意图转运小车

18、控制系统工艺要求如下：（1）按下开始按钮，系统进入运行状态，在自动模式下小车从起始位置A仓库装料。（2）装料时间为30秒，30秒后小车前进驶向，到达B仓库后停25秒卸料，卸料后小车返回到A仓库。（3）开始下一轮循环工作。（4）按下停止按钮，系统停止运行。（5）系统运行时，在手动模式下，能实现小车的手动右行、左行、装料、卸料。第二章 机械部分设计2.1 设计任务转运小车在生产线上承担着搬运工作，能将制成的产品及时、准确、安全地送到指定的地点，是两制造区间唯一连接纽带, 在整条生产线上发挥着不可替代的作用，因此设计出结构合理 、 性能优越 、 安全可靠的转运小车对于保证项目工厂的正常生产是极为关键

19、的。以前的生产车间中，是由手动控制的转运小车操控的，完全是由一名操作工人手动控制其启动、装料、卸料、停止等动作，人为因素很大，影响正常生产的不良现象频繁发生，由于现在提出了生产线全自动化的要求，该转运小车不能满足生产要求了。2.2 械传动方案确定机方案一：采用四轮轮布置结构。自动转运小车采用两后轮用同一电机通过两级锥齿轮圆柱齿轮减速器二级减速，可以很好保证两轮的移动速度一致，且传动平稳。因为是使用的齿轮进行减速，所以传动效率比较高。图2.1 传动方案一方案二：采用四轮布置结构。自动转运小车采用同一个电机驱动，通过蜗轮蜗杆减速。蜗杆轴和蜗轮轴的布置。由于使用蜗轮蜗杆传动，垂直布置的轴起到了两个作

20、用：节约原动机和从动机的安装面积、方便合理。交流伺服电动机经过减速器后直接驱动后轮。传动系统如图2.2所示。 图2.2 传动方案二方案一采用两级锥齿直齿减速能够很平稳、很高效率的传递电机的输出转矩，中间的能量损耗小，但所占用的空间尺寸比较大，且减速比比较小。方案二采用蜗轮蜗杆减速，在能够获得比较大的减速比的同时占用的空间尺寸，同样的材料相对于方案一可以减轻比较多的质量。在运行时，方案二的传动方案造成的噪音相对方案一来说会小很多。综合考虑最终选择方案为最终方案。2.3 交流伺服电动机的选择现假定装运小车车体整体的质量为，其最大载荷的质量为 ，而其运动速度为100mm/s，则车轮的转速为： （2.

21、1）计算电机的转速选择蜗轮-蜗杆的减速比 i=62 (2.2) 小车的驱动最小功率 (2.3) 计算电机所需的功率 (2.4) 传动装置总效率为 (2.5)联轴器的传动效率为,涡轮蜗杆的传动效率，深沟球轴承的传动效率为 可得电机所需功率其主要技术参数如下：型号：YZ-ACSD608电压: 220V功率: 0.01kW同步转速:1420r/min频率:50HZ效率:68% 功率因数:0.922.4 联轴器的设计由于电动机轴直径为8mm，并且输出轴削平了一部分与蜗杆轴联接部分轴径为12mm，故其结构设计如图3-1所示。图2.3 联轴器机构图 联轴器采用安全联轴器，销钉直径d可按剪切强度计算，即 （

22、2.6） 销钉材料选用45钢。查表5-2 优质碳素结构钢（GB 699-88）45调质 200mm =637MPa =353MPa =17% =35% 硬度217255HBS 销钉的许用切应力为: （2.7） 载限制系数k值 查表14-4 取k=1.6 T=0.321Nm 选用d=5mm满足剪切强度要求。2.5 蜗杆传动设计1.选择蜗杆的传动类型根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)。2.选择材料蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故材料选用40Cr。蜗轮用灰铸铁HT200制造，采用金属模铸造。3.蜗杆传动的受力分析确定作用在蜗轮上的转矩T2按Z=1，估取效率=0.7,则

23、（2.8） 图2.4 蜗轮-蜗杆受力分析各力的大小计算为 （2.9） （2.10） （2.11）4.按齿根弯曲疲劳强度进行设计根据开式蜗杆传动的设计准则，按齿根弯曲疲劳强度进行设计。蜗轮轮齿因弯曲强度不足而失效的情况，多数发生在蜗轮齿数较多或开式传动中。弯曲疲劳强度条件设计的公式为 （2.12）确定载荷系数K由于工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1，由表11-15选取使用系数KA=1.15。由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1,则 （2.13）由表11-8得，蜗轮的基本许用弯曲应力 假设 3°10'48"，蜗轮的当量齿数 （2.14）根据，从图11

24、-19中可查得齿形系数 螺旋角系数 （2.15）由表11-2得 中心距a=50mm 模数m=1.25mm 分度圆直径 蜗杆头数 直径系数17.92 分度圆导程角=3°1138 蜗轮齿数 变位系数5.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸1）蜗杆轴向齿距 （2.16）齿顶圆直径 （2.17）齿根圆直径 （2.18）蜗杆轴向齿厚 （2.19）2）蜗轮传动比 （2.20）蜗轮分度圆直径 （2.21）蜗轮喉圆直径 （2.22）蜗轮齿根圆直径 （2.23）蜗轮咽喉母圆半径 （2.24）6.精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的自动导引小车属于精密传动，从GB/T 10089-1988圆柱蜗杆、蜗

25、轮精度中选择6级精度，侧隙种类为7.热平衡核算由于该蜗轮-蜗杆传动是开式传动，蜗轮-蜗杆产生的热传递到空气中，故无须热平衡计算。2.6 轴的设计2.6.1 前轮轴的设计前轮轴只承受弯矩而不承受扭矩，故属于心轴。 图2.5 前轮轴 1.求作用在轴上的力自动导引小车的前轮受力，受力如图2.6所示。2.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案是：左轮辐板、右轮辐板、螺母、套筒、滚动轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的右端向左安装，左端只安装滚动轴承和轴用弹性挡圈。这样就对各轴段的粗细顺序作了初步安排。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1)初步选择滚动轴承。自动导引小车前轮轴只受弯矩的作用，

26、主要承受径向力而轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取单列深沟球轴承6004，其尺寸为d×D×T=20mm×42mm×12mm,故。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6004型轴承的定位轴肩高度h=2.5mm，因此取。(2)取安装左、右轮辐处的轴段的直径;轮辐的左端采用轴肩定位，右端用螺母夹紧轮辐。已知轮辐的宽度为34mm，为了使螺母端面可靠地压紧左右轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。左右轮辐的左段采用轴肩定位，轴肩高度，取h=3mm，则轴环处的直径。轴环宽度b1.4h，取。(3)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB

27、894.1-86 20，其尺寸为,故, ,。其余尺寸根据前轮轴上关于左右轮辐结合面基本对称可任意确定尺寸，确定了轴上的各段直径和长度如图2-8所示。3）轴上零件的周向定位左右轮辐与轴的周向定位采用平键联接。按d由手册查得平键截面b×h=8mm×7mm(GB/T 1095-1979),键槽用键槽铣刀加工，长为28mm(标准键长见GB/T 1096-1979),同时为了保证左右轮辐与轴配合有良好的对中性，故选择左右轮辐与轴的配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为j7。 4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1×45

28、76;，各轴肩处的圆角半径为R1。3.求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图。图2.6 前轮轴的载荷分析图4.按弯曲应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面强度。最大负弯矩在截面C上，。对截面C进行强度校核，由公式 （2.25）由表15-1得，45钢 调质 由表15-4得， （2.26）因此该轴满足强度要求，故安全。2.6.2 后轮轴的设计后轮轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，故属于转轴。 图2.7 后轮轴结构1.求后轮轴上的功率、转速和转矩取蜗轮-蜗杆传动的效率=0.7,则 （2.27）2.作用在蜗轮上的力3.初步确定轴的最小直径先按

29、式（15-2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取=115，于是得 （2.28）后轮轴的最小直径是安装轮辐处轴的直径。由于轮辐与轴采用键联结，故。4.轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案装配方案是：蜗轮、套筒、深沟球轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的左端向右安装；右端安装深沟球轴承、透盖、内轮辐、轴端挡圈从右端向左安装。2) 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列深沟球轴承。单列深沟球轴承6206，其尺寸为d×D×T=30mm×62mm×16mm，故。右端滚

30、动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6206型轴承的定位轴肩高度h=3mm,因此，取。(2)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB 894.1-86 30,其尺寸为，故，。(3)取安装轮辐处的轴段的直径。轮辐的宽度为27mm,为了使轴端挡圈可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。其余尺寸根据零件的结构可任意选取。确定了轴上的各段直径和长度如图2.10所示。3)轴上零件的周向定位蜗轮与轴的周向定位采用平键联接。按由手册查得平键截面b×h=8mm×7mm,键槽长为25mm。轮辐与轴的配合为H8/h7。4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为1×45°

31、，各轴肩处的圆角半径为R1。5.求轴上的载荷后轮轴上的受力分析2.8L1=L2=27.5mm L3=41mm1)在水平面上后轮轴的受力简图为2.8。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力三个集中力作用的截面上的弯矩分别为 图2.8 后轮轴的载荷分析图 2)在垂直面上后轮轴的受力简图2.8。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力 （2.29） ， (2.30) ， (2.31)在段中，将截面左边外力向截面简化，得 (2.32)在段中，同样将截面左边外力向截面简化，得 (2.33)在段中，同样将截面右边外力向截面简化，得 (2.34)计算A、B、C、D截面的总弯矩M (2.35) (2.36)后轮轴上

32、的转矩 6.按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面D）的强度。 由式（15-5）得 (2.37)其中，为折合系数，取=0.6 为轴的抗弯截面系数，由表15-4得 选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得 因此，故安全。2.7 滚动轴承选择计算2.7.1 前轮轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向力，轴向力。1 由上述条件试选轴承试选6004型轴承，查表16-2 2 按额定动载荷计算由式 (2.38)对球轴承=3， (2.39)查表13-6 自动转运小车 代入得 故6004型轴承能满足要求。3 按额定静载荷校核由式 (2.40)查表13-

33、8，选取=2 (2.41)代入上式，满足要求。 蜗杆轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向载荷，作用在轴上的轴向载荷。1 由上述条件试选轴承选30203型轴承，查表5-24 （脂润滑） 图2.9 蜗杆轴上的轴承受力2 按额定动载荷计算 (2.42) ，查表15-12， ， ， ， ， 由式 均小于满足要求。3 按额定静载荷校核由表 查表15-14，取 均小于，满足要求。4 极限转速校核由式 (2.43) ，由图15-5得 ，由图15-6得 ，由图15-5得 ，由图15-6得 小于和满足要求。2.7.3 后轮轴上的轴承要求轴承的寿命，转速，轴承A的径向载荷；轴承B的径向载荷；轴向载荷为。由于轴承A

34、承受的载荷大于轴承B的载荷，故只需对轴承A进行校核。1 由上述给定条件试选轴承试选6206型轴承，查表15-19 （脂润滑）2 按额定动载荷计算由式 对球轴承， 由 查表15-19 由 查表15-19 查表15-12 自动转运小车 代入得 故6206型轴承能满足要求。3 按额定静载荷校核由式 查表15-14，选取 由 查表15-19，时， 得 代入上式，满足要求。4 极限转速校核由 查图15-5 查图15-6 代入 满足要求。第三章 控制系统硬件设计 3.1 硬件总体框架结构 小车的控制系统包括硬件设计和软件设计，本章主要介绍小车的硬件设计。转运小车在运行过程中，自动完成的动作包括：检测转运小

35、车是否停靠到位，电机启动、停止。转运小车装料、左行、卸料右行。在动作多、运动复杂的情况下，要求系统具有很强的实时性、可靠性、稳定性，保证小车的正常运行。转运小车的输入、输出量绝大部分都是为开关量，而PLC 具有结构小巧、运行速度高、通用性好、可靠性高等特点，非常适合于复杂环境下的工业现场的开关量控制，所以本系统选用PLC作为控制系统的核心部件。3.2 PLC的特点 （1） 可靠性高中间继电器、时间继电器是传统的继电器控制系统较常使用的。但是这样会导致触点接触不良，容易出现故障。PLC自身的某些硬件在抗干扰试验中平均故障间隔时间可达几十万上千万小时；这些都归功于其中的中间继电器和时间继电器，无触

36、点的电子存储器大大降低了由于触点接触不良可能造成的故障。（2）通用性和适用性强系列化和模块化的两大特征使得PLC硬件配置非常灵活，不仅可以满足各种控制要求的控制系统。PLC各种齐全的硬件配置确认后，只需要修改用户程序就可以满足各种控制系统的操作； （3）维修工作量小维修方便 PLC的故障率很低，而且具备很完善的诊断和显示功能。PLC上面的微电子技术很容易装入设备内部进行各种故障的检测，用更换模块的方法可以迅速排除PLC的故障。（4） 体积小，重量轻，能耗低PLC采用封装式，其结构紧凑，再加上用材精细，使得其体积与重量都非常小小型的PLC只有几个继电器大小，是减少中间继电器和时间继电器的有力武器

37、。因此开关柜体积比原来要小的多。由于体积小，PLC可以很容易就装进机械设备内部，实现机电一体化。3.3 PLC的工作过程PLC的工作过程非常简单，采用顺序逻辑扫描的方式运作，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段为一个扫描周期；意在系统程序的监控下，重复地按照一定的顺序对系统的内部进行各种任务的查询、判断和执行。PLC在一个扫描周期内基本上要执行留个任务：（1）运行监控任务；（2）与编程器交换信息任务；（3）与数字处理器进行处理器信息交换任务；（4）与外部设备交换信息任务；（5）执行用户程序任务；（6）输入/输出信息处理任务。在一般情况下，PLC正常运行时的扫描过程只有输入采样、程序执行和

38、输出刷新三个阶段，如图所示3.1所示。 3.4 可编程控制器的选择根据本设计中小车运动的轨迹及所需的I/O数，三菱FX2N-32MR的基本单元，并选用扩展单元FX2N-32ER。FX2N的系列的能够是实现的功能多，且运行速度快，基本指令执行时间为0.08微秒，内置的用户存储器为8K步，其中FX2N-32ER有32个I/O点，16个输入点和16个输出点，最大可以扩展到256个I/O点。该系列外形如图3.1所示。 图3.2 FX2N的系列外形图3.1 PLC扫描工作过程 3.5 外部I/0设备的选型 （1）按钮通过按钮将用户的控制命令传递给PLC，通常采用按钮的常开触点，当按钮按下时，常开触点闭合

39、。启动按钮：选择安装孔径22的LAS0-A3Y-20/G型按钮，该按钮操作头为绿色圆形，带两个常开触点。停止按钮：选择安装孔径22的LAS0-A3Y-20/R型按钮，该按钮操作头为红色圆形，带两个常开触点。图3.3 按钮外形及安装示意图（2）行程开关行程开关又称位置开关或限位开关，它的作用原理跟按钮相似，设计预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器。即按一定行程自动停车，反转或循环，从而控制机械运动或实现安全保护。行程开关由3种类型：直动式、滚轮式和微动式，如图3.4所示，其结构

40、基本相同，都是由操作机构、传动系统、触点系统和外壳组成，主要区别在传动系统，直动式行程开关的结构、动作原理与按钮相似。图3.4行程开关第四章 控制系统软件所设计 4.1 I/O的分配通过对转运小车的输入、输出设备的分析，统计得出该控制系统的所有输入、输出点，结合三菱的FX2N-32ERCPU模块、数字量输入扩展模块的编程地址规则，将控制系统的所有I/O点分配如下：表4.1 I/O分配表输入元件输入口输出元件输出口SB1X0KM1Y0SB2X1KM2Y1ST1X3KT1Y2ST2X4KT2Y3SB3X11SB4X134.2 PLC外部接线 根据I/O的分布情况，PLC的I/O口接线图如下图所示，

41、其中图4.2为芯片FX2N-64MR的外部接线图，图4.3为扩展芯片FX2N-32ER的外部接线图。图4.2 PLC外部接线图 4.3 主要功能流程图自动转运小车工作流程图如图3.3。系统接通电源后,如果选择连续功功能，则按下开始开关SB1后，选择连续功功能小车开始计时30秒，手动给小车装料，30秒后装料完毕，小车右行。然后压下行程开关SQ2，小车电机停转，开始计时20秒卸料，20秒后卸料完毕，小车电机反转，开始左行。左行至压下行程开关SQ2，小车电机停转，计时30秒装料。如此循环直至按下停止开关SB2。如果是选择单步功能，则小车就会按照装料右行卸料左行一个个步骤执行。 图4.3 控制流程图4

42、.4 顺序功能图设计 在PLC通电后，用继电器M10初始化系统，选择连续程序或者单步程序。若选择连续功能，X0由启动按钮接通。启动后，系统循环执行各个功能。当切换到单步程序后，自动程序停止。连续部分的顺序功能图如3.4所示。4.5 梯形图设计4.5.1 单步工作方式自动转运小车如果系统处于单步工作方式，X11为1状态，它的常闭触点断开，辅助继电器M110在一般状态下为0状态，不允许步与步之间进行转换。系统处于初始状态时，M220为1状态，按下起动按钮X0后，M110马上就变为1状态，使M221的启动电路接通，系统进入装料不。放开X0后，M110立刻又变为0状态。在装料步，Y2和T0的线圈“通电

43、”，开始人工手动装料，30秒后，T0定时时间到，其常闭触点断开，使Y2的线圈“断电”，停止装料。T0的常开触点闭合后，如果没有再次按下起动按钮，X0和M110处于0状态，步M222的启动电路不会接通。一直要等到按下起动按钮，M110变为1状态（没有保持功能），其常开触点接通，T0的常开触点才会使M222的线圈“通电”并自保持，系统由装料步进入右行步。以后在完成某一步的操作后，都必须按下起动按钮。 图4.4 连续部分顺序功能图4.5.1 单周期工作方式 转运小车在单周期工作方式，在初始步时按下按钮X0，在M221的启动电路中，M220，X0和M110的常开触点均接通，使M221的线圈“通电”，系

44、统进入装料步；Y2的线圈亦“通电”，开始装料；同时T0的线圈“通电”，开始延时30秒后，T0的延时时间到，其常开触点闭合，使M220的线圈“通电”，小车右行。以后，系统将这样一步一步地工作。当小车在步M224返回装料处时，X4为1状态，因此此时不是连续工作方式，M200处于0状态，转换条件M200·X4满足，系统返回并停留在初始步M220.按一次起动按钮，系统只工作顺序功能图的一个周期。4.5.2 连续工作方式转运小车在连续工作方式是，X13为1状态。在初始状态下按下按钮X0，M221变为1状态，开始装料。与此同时，“连续”标志M200的线圈“通电”并自保持，以后的工作过程与单周期工作方式相同。当小车在步M224返回装料处时，X4为1状态，转换条