基于S7200的自动打钉机设计说明书

1、 PAGE49 / NUMPAGES56自动打钉机控制系统设计摘 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，涉与机械、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）以与控制柜装置进行学习，并了解了各种低压电器的使

2、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、控制策略以与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、触摸屏以与各功能模块的实际接线电路。分析并介绍了PLC编程方法，电机调速原理以与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，结合该产品与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 Auto

3、matic Nailing Machine Control 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 con

4、trol system to automate the job 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;

5、subsequently carried wooden pallet 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, c

6、ircuit schematic of the design 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 (prog

7、rammable program controller), 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, serv

8、o motors, touch screen and each 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 sy

9、stem function to select a series 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.Keyw

10、ords:automatic nailing machine，PLC，control system design，automatic processing目 录摘要= 1 * ROMANIABSTRACT= 2 * ROMANII1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

11、93.1电气控制系统组成93.1.1控制线路设计93.1.2控制线路图与说明93.2电器元件列表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2

12、54.2.6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275.2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34参考文献35附录361 概 述1.1课题背景资料中国木托盘在使用中基本是企业部周转。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

13、木托盘约占90、塑料平托盘占8、钢制托盘、复合材料托盘以与纸制托盘合计占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

14、.1.1木托盘资料木托盘以原木为材料，进行干燥定型处理，减少水分，消除应力，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(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-

15、1 实木托盘图1-2 胶合板托盘(2) 根据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

16、水性能好，生产工艺简单，成本较低；（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-

17、1。表1-1 木托盘手动与自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与进一步提高，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，涉与机械、电气、控制、液压气动等多种

18、技术。自动化系统有3台电机、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）以与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、控制策略以与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、触摸屏以与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

19、.1.1工作示意图下图是自动打钉机工作示意图，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

20、，帮助让钉子顺利的拍到钉槽中。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

21、板已经定位好并且检测到输送线上有木板，同步气缸已经复位（处于上位），横梁处于上限位时，钉槽中的钉子都排好时在不缺钉的情况之下，执行打钉操作，液压驱动横梁由上限位向下限位打下，完成打定操作，将钉子打入木板中。完成之后，横梁退回到上限位，同步气缸也必须复位，横梁复位之后，木板由输送线运走，输送线继续来木板。推钉气缸继续重复循环推钉，输送线继续重复循环输送木板，再将木料准确定位。输送线是自动打钉机的关键设备，它是由一个5.5KW 的三相异步电动机作为动力源4，用来带动输送线向前运动，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

22、频器就以一个固定的值来控制电动机匀速运行。离合器是用来控制输送线的前行运转，输送线是间歇运动的而不是连续运动的，所以采用离合器来控制，当有木料运送过来时，离合器断开，输送线和电动机结合，电机带动输送线（负载）向前运动，将木板输送到指定位置，离合器断开0.2 秒以后不能立即制动，再延时0.1 秒后开始制动，制动持续1.2 秒以后制动结束5。此时木板已经超出了定位线，当木板定位传感器第一次检测到有木板通过时，定位气缸不动作，当气缸动作传感器检测到有木料时，定位气缸将木板推回，准确停止在定位线上，此时定位检测传感器第二次检测到有木板，此时木板定位结束，定位气缸返回，定位结束。木板定位就是将木板准确定

23、位到打钉位置，为执行打钉操作做好准备。将木板推到超过准确停止的位置10 毫米处，再将木板反向推回到准停位置，就和数控机床的回零一样，先超过回零的准停位置，机床再反向退回到准停位置，这样防止回零不到位。在木板准确停止处安装一组检测开关，这组传感器是检测木板准停，在距离准停为止10 毫米处再安装一组检测开关，这组传感器是让定位气缸开始动作，当木板通过第一组检测开关时，定位气缸不动作，当第二组检测开关被触发时，定位气缸开始动作，将木板推到指定位置（检测开关2），实现木板准确定位。木板定位完成以后，定位气缸复位（回上位）。当漏钉检测传感器检测到钉子没有全部漏下时，推钉气缸到达右限位后停留0.5 秒后退

24、回到左限位为，再一次从左限位到右限位，来回重复从左限位到右限位，直到钉子全部漏下为止，但是，这个动作不是无休止的进行，当重复十次以后，传感器检测到钉子还是没有全部漏下，此时报警，自动模式停止，手动模式启动，人工查找故障原因并解决，当故障排除以后，报警解除，机器正常运行，自动有效，打钉机继续正常工作。2.1.2本机主要组成部分(1)摇钉盒排钉装置是由一个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。(2)振动器振动器的动力源是气源，气体通过电磁阀作用振动

25、器，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。(3)推钉气缸推钉气缸主要用来把漏钉槽处的钢钉推下，使之漏于下方的软管，在软管的导向作用下到达打钉位置，在软管经过时将通过软管附近的钢钉检测传感器，推钉气缸行程的左端和右端分别设各有一个限位器。(4)定位气缸当木板检测器检测到输送带上有木板时，定位气缸用来把输送带上木板推到理想打钉位置，然后返回，其行程上、下端各设有一个限位器。(5)横梁横梁在液压缸的带动上下运动，当向下运动时实现打钉，然后返回上限位，上下端分别设有一个限位器。液压缸的压力能由液压泵和液压泵电机提供。(6)输送装置输送装置主要包括输

26、送带电机、离合器、制动器和输送带。正常工作时，输送带电机长期运行，离合器通过分开和闭合控制输送带间歇运行，实现打钉时停止运送以与打完钉后和没有木板时开始运行的运送物料目的，在离合器和输送带之间设有制动器，用于在输送带需要停止时制动输送带。2.1.3控制系统的组成自动打钉机控制系统的主要组成部分有：PLC，限位开关，气压电磁阀，液压电磁阀，接触器，断路器，主令开关，继电器，变频器，电磁离合器，电磁制动器，异步电动机等。2.2总体控制方案S7-200 PLC 是整个控制系统的核心部分，液压驱动的横梁是完成打钉操作的执行元件，离合器和制动器是控制输送线的间歇运转和木料的准确定位，变频器是控制输送电机

27、和摇钉电机的转速，振动器是辅助摇钉盒让钉子快速落到排钉槽中，增加钉子落到排钉槽中的概率，漏钉检测传感器是检测钉子是否都漏下，定位检测传感器是检测木板是否准确定位，检测开关是用来检测横梁位置和推钉气缸的位置。检测开关和传感器检测到的信号作为PLC的输入信号（I地址），都要接24V的直流电源上，将这些数字信号传到PLC以后，PLC会根据所输入的程序和输入信号，让一些输出的继电器接通工作。通过继电器来控制电机的启停，电磁阀的通断，以与离合器和制动器的接通和断开。操作方式主要分为手动和自动操作。限位信号木板检测信号PLC制 动 器离 合 器输送带电机液压泵电机排钉电机定位气缸排钉气缸横梁液压缸图2-2

28、总体控制方案图2.3控制原理控制系统能够实现两种工作模式，即自动工作模式和手动工作模式。分别叙述如下：2.3.1自动模式自动模式启动后，如果横梁在下限位则立即返回到上限位的位置，如果在上限位位置则检测并判断以下条件：钢钉够且定位气缸在上限位的位置且输送线有木板，如果条件存在则横梁开始下降进行打钉操作，直到碰到下限位器，且复位钢钉检测信号，然后返回上限位位置，然后再次判断上述条件，如果存在再次下降，如此往复。排钉气缸：横梁到达下限位碰到下限位器后，如无卡钉现象则推钉气缸向右运动，直到碰触右限位器，停止一段时间，保证准确将钢钉推下，之后自动返回，到左限位位置，当横梁到达下限位信号发生后再次向右运动

29、进行推钉操作，如此往复。定位气缸：当检测到离合器分开且制动器停止制动信号和横梁在上限位位置，则定位气缸下降到达下限位位置，确保把木板推到预定理想打钉位置，然后自动返回上限位位置。等待新的定位信号，当再次检测到上述信号后则又重新下降实现木板定位操作，如此往复。输送线：如果没有检测到有木板信号且横梁处于上限位位置时，离合器闭合，输送线运行，进行木板运送，当木板检测器检测到木板时，离合器分开，一段时间后，制动器制动，制动持续一段时间，之后自动停止制动，并发出定位气缸允许定位和横梁允许打钉信号，当横梁打完钉后处于上限位位置且无检测木板信号则离合器重新闭合，带动输送带运行，将打完钉的木托板运走同时将待打

30、钉的木板运到指定打钉位置，如此往复。2.3.2手动模式手动模式启动后，按下横梁下降按钮，横梁下降，松开按钮横梁停止运行，再次按下再次运行，直到横梁碰触到下限位器，可实现打钉操作。按下横梁上升按钮，横梁上升，松开按钮横梁停止运行，再次按下再次运行，直到横梁碰触到上限位器。按排钉气缸按钮，排钉气缸在左限位移动到右限位，保持0.5s后，则立即自动返回，实现一次排钉操作。按下定位气缸，若横梁处于上限位，且离合器分开状态，则定位气缸下降，直到碰触下限位器停止，松开按钮，定位气缸返回上限位位置。当机械在原点位置（上横梁处于上限位且定位气缸在上限位且排钉气缸不动作），点按手动进料按钮，离合器闭合，输送线运行

31、，输送线开始运送木板，当木板检测器检测到木板时，离合器分开，一段时间后制动器开始制动，制动保持一段时间，然后停止制动，完成木料运行。3 控制系统硬件部分设计3.1电气控制系统组成3.1.1控制线路设计控制系统包括控制主电路和控制电路（二次回路），主电路由电动机、（接通、断开、控制电动机的）接触器主触点等电器元件组成（电流大）。控制电路由接触器线圈、继电器等电器元件组成（电流小）。两个回路都由电器组成。3.1.2控制线路图与说明(1)电源电路如图3-1所示，供电系统的变配电所中承担受电、变压、输送和分配电能任务的电路，分别为PLC、离合器、制动器、主回路、二次回路供电。其中主回路为380V三相交

32、流电，二次回路为110V交流电，其他为24V直流电7。图3-1 电源电路图(2)主回路如图3-2所示，制动器与离合器采用普通接线法。输送电机与排钉电机采用滤波器与变频器控制启动与停止。油泵电机采用星三角形启动方式。各电路均有断路保护。图3-2 主回路线路图(3)二次回路如图3-2所示，二次电路是为保证一次电路正常、安全、经济运行而装设的控制、保护、测量、监察、指示与自动装置的电路。其中有油泵星三角启动接触器KM1、KM2、KM3，排钉电机接触器KM4，输送电机接触器KM5，电磁离合器接触器KM6，电磁制动器接触器KM7，油泵运行指示灯D1，排钉电机运行指示灯D2，输送电机运行指示灯D3。电路保

33、护为具有延时动作的限流保护器FR。图3-3 二次回路线路图3.2电器元件列表如表3-1所示，表中元器件为本设计所要使用的类型与数量表3-1 电器元件列表类型位置型号数量断路器液压泵电机3VT8100N50TMA/3P+MX1排钉电机3VT8100N10TMA/3P+MX1输送电机3VT8100N25TMA/3P+MX1电磁离合器5SJ6 0.5A/2P1电磁制动器5SJ6 1A/2P1接触器液压泵电机LC 1-D65 10 Q 5C3排钉电机LC 1-D12 10 Q 5C1输送电机LC 1-D32 10 Q 5C1电磁离合器CJX1-91电磁制动器CJX1-91电磁离合器-DDL-0.6/0

34、.6A1熔断器液压泵电机NH000-32A/400VACgG-gL1排钉电机NH000-10A/400VACgG-gL1输送电机NH000-50A/400VACgG-gL1电磁制动器-DDZ-0.61指示灯-XB7EVF4LC(红)3开关电源-ABL1REM240251控制变压器-NDK-1001控制开关-XB5AS542C急停按钮1限位开关-E2E8MD9接近开关-XCMD2110M126继电器液压泵电机LRD32C1变频器排钉电机6SE7016-1EA611输送电机6SE7021-3EB611异步电动机液压泵电机Y160M-41排钉电机Y100L1-41输送电机Y132S-41PLC-西门

35、子S7-200CPU22613.3主要电器元件计算与选型3.3.1断路器（1）断路器的选用原则（a）断路器的额定电压=线路的额定电压；（b）断路器的额定电流与过电流脱扣器的额定电流=线路计算负载电流；（c）断路器的额定短路通断能力=线路中最大短路电流，注意进出线端的短路通断能力是否相等；（d）断路器欠电压脱扣器的额定电压=线路的额定电压；选择型配电断路器需考虑短延时短路通断能力和延时梯级的配合；（e）选择电动机保护用断路器需考虑电动机的启动电流并使其在启动时间不动作。笼型感应电动机的启动电流按815倍额定电流计算；（f）漏电保护断路器需选择合理的漏电动作电流和漏电不动作电流。注意能否断开短路电

36、流，如不能断开短路电流则需和适当的熔断器配合使用。（2）电机断路器的选择计算液压泵电机额定工作电压U=380V，功率P=11KW，则额定工作电流：I=P/（U1.732COS() =11000/(3801.7320.80.9)=23.2A电机的启动电流：Ist=0.33（57）倍的电机额定电流=0.33623.2=45.9A所以QF1选择正泰断路器3VT8100N50TMA/3P+MX。同理，排钉电机额定工作电流I=2200/（3801.7320.80.9）=4.6AIst=0.3364.6=9.1A所以QF2选择正泰断路器3VT8100N10TMA/3P+MX。同理，输送电机额定工作电流I=

37、5500/（3801.7320.80.9）=11.6AIst=0.33611.6=22.9A所以QF3选择正泰断路器3VT8100N25TMA/3P+MX。（3）离合器、制动器断路器选型计算因为传送电机功率是P=5.5KW，其输出转矩为M=P/（2n）=5500/（23.141450）=0.6NM据此由离合器产品规格表3-2，选择离合器为：DDL-0.6/0.6A型（控制电压DC24V，线圈功率6W）。表3-2 产品规格表制动器制动扭矩选择大于等于3倍的电机工作转矩，即30.6=1.8以上。根据制动器产品规格表选择制动器为DDZ-0.6型（额定制动力矩为6NM，工作功率13W，电压DC24V）

38、由此选择离合器断路器为正泰断路器5SJ6 0.5A/2P型，制动器断路器为正泰断路器5SJ6 1A/2P型3.3.2接触器（1）接触器选择原则（a）型式的确定主要是确定极数和电流种类，电流种类有系统主电流种类确定。三相交流系统一般选用三极接触器，当需要同时控制中性线时，则选用四极交流接触器，单相交流和直流系统中则常有两极和三极并联的情况。一般选用空气电磁式接触器：易燃易爆场合选用真空接触器（防爆型）。（b）主电路参数的确定主电路参数的确定主要是额定工作电流、额定工作电压、额定通断能力和耐受过载电流能力。接触器的额定电压=负载回路的电压；接触器的额定电流=被控回路的额定电流；对于电动机负载可按经

39、验公式：Ic(接触器主触点电流)=Pn（电动机的额定功率）/(K（经验系数取11.4）*Un（电动机的额定电压）)吸引线圈的额定电压应与所接控制电路的电压想一致（c）辅助电路参数的确定一般应根据系统控制要求确定所需的辅助触头种类（常开和常闭）、数量和组合形式，同时应注意辅助触头的通断能力和其他额定参数。（d）电寿命和使用类别的选择根据具体需要来选用。（2）本设计中接触器选型计算（a）液压泵电机接触器KM1、KM2和KM3选型计算对于星三角启动的电机，接触器额定电流=（1.21.5）倍的电机启动电流=1.345.9=59.67A，据此选择接触器型号为LC 1-D6510Q5C，线圈电压AC110

40、V 50HZ （3台）。（b）排钉电机接触器KM4选型计算同理，接触器额定工作电流I=1.39.1=11.83A据此选择接触型号为LC 1-D12 10 Q 5C，线圈电压AC110V 50HZ （1台）（c）输送电机接触器KM5选型计算接触器额定电流I=1.322.9=29.77A所以选择接触器型号为LC 1-D32 10 Q 5C，线圈电压AC110V 50HZ （1台）（d）电磁离合器、电磁制动器接触器选型计算根据计算结果，可以根据正泰选型手册选择离合器和制动器的接触器型号为CJX1-9 线圈电压AC110V 50HZ （2个）。3.3.3开关电源（1）适用围开关电源是一种新型的直流稳压

41、电源，适用于交流供电不大于260V，频率为5060Hz的场合，使用于微机产品、通讯设备、仪器仪表与家用电器等各种需支流供电的电子设备中。（2）直流开关电源选型计算根据计算结果，制动器功率和离合器功率分别13W、6W，另外还有接近开关（9个）和PLC输入输出继电器需要改电源提供电能，但不能准确计算出上述两项所需功率，所以从不影响工作的角度估计所需的供电总功率为40W。据此，查施耐德选型手册，得到直流开关电源型号为ABL1REM24025（输入电压AC220V，输出电压DC24V，额定电流2.5A，额定功率60W），型号说明如图3-4。图3-4 ABL1REM24025开关电源型号说明3.3.4控

42、制变压器考虑变压器所要带动的后续电器是7个接触器线圈，和3个指示灯，经查手册每个接触器线圈功率最大为5W，指示灯4.5W，总计功率为57+34.5=48.5W所需变压器容量P/COS（）=48.5/0.85=57 VA据此查正泰控制变压器手册得到变压器型号为NDK-100 输入AC380V输出AC110V。3.3.5指示灯指示灯包括油泵运行指示灯和排钉电机运行指示灯和输送电机运行指示3个，且均在AC110V回路中，所以选择指示灯为XB7EVF4LC(红) （3个）。3.3.6主令电器（1）控制按钮控制按钮是一种结构简单，应用十分广泛的主令电器。在电路中用于手动发出控制信号以控制接触器、继电器、

43、电磁起动器等。控制按钮的结构种类很多，可分为普通掀钮式、蘑菇头式、自锁式、自复位式、旋柄式、带指示灯式和钥匙式等，它一般采用积木式结构，由按钮帽、复为弹簧、桥式触头和外壳等组成。为了标明各个按钮的作用，避免误操作，通常将按钮做成不同的颜色。如红色表示停止按钮，绿色表示起动按钮等。本设计中需要急停按钮选型：本设计中急停按钮设在PLC的DC24V输入继电器回路上，所以选择XB5AS542C急停按钮（1个）。（2）行程开关、接近开关行程开关又称限位开关，是一种利用生产机械某些运动部件的碰撞来发出控制指令的主令电器。用于控制生产机械的运动方向、速度、行程大小或位置的一种自动控制器件。其结构多种多样，一

44、般有三个主要部分：摆杆（操作机构）；触头系统；外壳。接近开关又称无触头开关，它不仅可代替有触头行程开关完成行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、液面控制、加工程序的自动衔接等的非接触式开关。接近开关按其工作原理可分：高频振荡式、霍尔式、差动线圈式、电容式等，其中高频振荡式最为常用。（a）本设计中接近开关包括钢钉在软管过时的金属检测传感器9个和木板检测传感器1个，因为他们均设在DC24V回路中，且经过对检测设备作用的分析，再通过查欧姆龙相关产品手册得到接近开关选择欧姆龙的E2E8MD（检测距离8mm10%）9个。（b）本设计中的限位开关包括排钉气缸限位开关和横梁限位开关和定位气缸限位开关共

45、6个，因为它们设在PLC输入继电器回路中，所以选择限位开关为XCMD2110M12。如图3-5所示。图3-5 限位开关产品列表3.3.7继电器热继电器在电气控制过程中起到过载保护的重要功能，热继电器的选型原则是热继电器额定工作电流和电压与负载额定工作电流和电压相符，本设计中只有在液压泵电机回路设有一个热继电器。液压泵电机的额定工作电流是23.2A，所以选择热继电器型号是LRD32C 整定电流23-32A。3.3.8变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源，从而控制被控电机在希望的转速下工作。现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF

46、变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。（1）变频器选型原则（a）变频器类型选择变频器可分为通用型和专用型，一般的机械负载和要求高过载情况，选择通用型变频器。专用型变频器又可分为风泵专用型、电梯专用型、力控制专用型等。根据自身应用环境加以选择。（b）变频器容量选择变频器的容量选择是最重要的，应从负载的实际负荷电流、启动转矩、控制方式来合理选择。如负载是风机、水泵，则选择风泵专用型与电机同功率即可；对罗茨风机和深井泵应选择风泵专用型比电机功率大一档的变频器。启动转矩是容易忽视的选项，对大的惯量负载，变频器可能

47、要比电机功率加大数档。（2）变频器选型计算因为变频器额定工作功率要与电机额定功率匹配，所以排钉电机变频器额定工功率应大于等于2.2KW，输送电机功率应大于等于5.5KW。具体型号为：排钉电机变频器：6SE7016-1EA61，输送电机变频器：6SE7021-3EB61。（3）变频器电源过滤器选型计算电源过滤器的额定工作电流大于等于电机额定电流，因为排钉电机额定电流是4.6A，输送电机额定电流时11.6A，据此结合产品规格表3-6选型8。表3-3 变频器电源过滤器规格表最终选择排钉电机和输送电机的电源过滤器型号分别为YC10T1（额定电流10A，AC380V）和YC20T1（额定电流20A，AC

48、380v）。3.3.9电动机自动打钉机由一个11KW 油泵电动机，一个5.5KW 输送电动机和一个2.2KW 摇钉电动机作为动力源。3.3.10熔断器由于各种电气设备都具有一定的过载能力，允许在一定条件下较长时间运行；而当负载超过允许值时，就要求保护熔体在一定时间熔断。定电流选择偏大，负载在短路或长期过负荷时不能与时熔断；选择过小，可能在正常负载电流作用下就会熔断，影响正常运行，为保证设备正常运行，必须根据负载性质合理地选择熔体额定电流11。（1）电动机熔断器选择原则（a）单台直接起动电动机，熔体额定电流=(1.52.5)电动机额定电流。（b）多台直接起动电动机，总保护熔体额定电流=(1.52

49、.5)各台电动机电流之和。（c）降压起动电动机，熔体额定电流=(1.52)电动机额定电流。（d）绕线式电动机，熔体额定电流=(1.21.5)电动机额定电流。（2）本设计中熔断器选型根据电动机额定电流，参照表3-4进行选择。表3-4 熔断器厂家选型表液压泵电机处：NH000-32A/400VACgG-gL排钉电机处： NH000-10A/400VACgG-gL输送电机处： NH000-50A/400VACgG-gL3.4 PLC选型3.4.1 PLC的分类(1)小型 PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，具有体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/

50、O以与其它各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以与各种应用指令。(2)中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256-1024点之间。I/O的处理方式除了采用一般 PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，存容量更大，扫描速度更快。(3)大型PLC大型PLC 1/O点数一般在1024点以上。大型PLC的软、硬件功能极强，具有极强的自诊断功能;通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自

51、动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。3.4.2PLC选型本设计中所选PLC要求具有运行稳定，使用简单方便，价格便宜，很适用于小型控制系统等优点，所以选择了市场上性价比较高的典型的西门子S7-200系列产品9。如表3-5所示。表3-5 S7-200技术指标根据设备功能的要求，只需用到输入点数为20个点，输出点数为16个点，所以选择无需增设拓展模块，即完成了控制任务又节省了成本。本设计选择CPU 226，24输入点/16输出点。4控制程序设计4.1总体程序流程PLC上电，程序首次运行，进行所有输入/输出、部位寄存器初始化。当系统条件满足：自动手动模式开关处于手动，

52、排钉电机旋钮、液压泵启动旋钮、输送电机运行旋钮、离合器闭合旋钮、排钉电机运行旋钮、振动器卡旋钮、排钉气缸工作旋钮、液压升压旋钮以与排钉电机接触器开旋钮处于关闭时，程序执行手动/自动切换并处于手动状态；否则报警灯亮。当程序处于手动打钉模式时，按下横梁上升按钮，横梁上升，松开后停止，再按下再次上升，知道上限位，按下横梁下降按钮，横梁下降，松开后停止，再按下再次下降，知道下限位。点按排钉气缸按钮，排钉气缸从左限位向右运动到右限位位置，并保持0.5S，自动返回。按下手动定位按钮，若横梁在上限位且离合器分开，则定位气缸下降，知道下限位停止，松手后定位气缸返回上限位。当机械处于原点位置时，点按手动进料按钮

53、，离合器闭合，输送线运料，知道检测到有木板时离合器分开，制动器制动，制动保持1.2S后松开。当程序处于自动打钉模式时，首先检查9个钢钉是否全部漏下，若不够，报警灯亮；若钉够，报警灯不亮，这时如果横梁在下限位则开始上升，同时0.1S后如果钉子未卡住，则排钉气缸向右推钉，气缸到了右限位后保持0.5S，之后返回左限位，这时如果横梁处于上限位且钉够且定位气缸在上限位，且木板检测信号存在，则横梁下降打钉，到了下限为后，自动返回，同时如果钉未卡住，则排钉气缸又一次推钉操作，此时如果钢钉全部漏下，且木板检测信号存在信号发生，则横梁又一次下降打钉，如此往复。关于报警程序，刚开机时，只要开机条件有任意一项不满足

54、，则报警等亮，或者按下急停按钮则报警，前者当把开机条件重新满足时则报警消除，对后者，只要把开机条件满足时也可消除。机器正常运行过程中，若按下急停按钮，则所有程序停止工作，并进入初始化，报警灯亮，只有当回复开机条件时报警灯熄灭，此时设备才可重新工作。下面图4-1是自动打钉机控制系统PLC程序图。自动手动模式开关处于手动且排钉电机旋钮处于关闭且液压泵启动旋钮处于关闭且输送电机运行旋钮处于关闭且离合器闭合旋钮处于关闭且排钉电机运行旋钮处于关闭且振动器卡旋钮处于关闭且排钉气缸工作旋钮处于关闭且液压升压旋钮处于关闭且排钉电机接触器开旋钮处于关闭。初始化条件是否满足是否报警灯亮报警灯亮自动模式钉是否够是否

55、报警灯不亮横梁是否在上限位是是否否否按下横梁上升按钮横梁下降并到下限位横梁等待横梁上升是否钉够，是否有木板是否卡钉排钉气缸等待排钉气缸向右运动并到右限位后返回输送线运行输送线停止定位气缸定位排钉气缸排钉一次手动模式横梁上升按下横梁下降按钮横梁下降点按排钉气缸按钮排钉一次按下定位气缸按钮下降定位点按手动输送按钮输送线运行是排钉气缸向右边动并到右限位后返回排钉气缸等待横梁等待定位气缸定位输送线停止横梁下降并到下限位横梁上升报警灯不亮图4-1 PLC程序流程图4.2程序梯形图4.2.1初始化部分初始化，排钉气缸、定位气缸、不动作，液压旁路控制阀不关闭，横梁不运动，报警灯熄灭，液压泵主接触器断开，振动

56、器电磁阀关闭，排钉电机接触器断开，输送电机接触器断开，离合器接触器断开，制动器接触器断开星三角接触器断开，输送电机和排钉电机变频器不运行。复位M14.0至M15.1中间继电器。复位离合器按钮接通标志，输送线木板检测标志，推钉卡住标志，手动推钉标志，排钉电机变频运行关标志，输送电机变频运行关标志。复位按钮开关开机复位标志，按钮开关1、2组，制动标志，离合器结合标志，制动复位标志，液压关标志。复位手动气缸动作标志，离合断开标志，手动调整定位气缸标志。图4-2部分初始化部分梯形图4.2.2漏钉检测部分送钉步信号存在或手动推钉信号存在时复位M14.0至M15.1漏钉检测标志表4-1。表4-1 漏钉检测

57、信号地址分配地址注释M14.0钉1漏下标志M14.1钉2漏下标志M14.2钉3漏下标志M14.3钉4漏下标志M14.4钉5漏下标志M14.5钉6漏下标志M14.6钉7漏下标志M14.7钉8漏下标志M15.0钉9漏下标志M15.1钉够图4-3漏钉检测部分钉够判断程序4.2.3切换部分PLC送电开机后，只要开机时所有开机条件处于预设位置状态，切换程序进入被调用执行，横梁如果在上限位且定位气缸在上限位且排钉气缸不排钉，则置位原点标志M0.0，同时在如果模式选择旋钮在自动模式位置上且排钉电机正在运行，且输送电机开始转动3S后且木板检测信号存在，且液压系统已经处于高压状态，则自动允许标志M0.2置位，和

58、手动允许标志M0.1复位，和自动模式初始化允许标志M4.0置位，如果模式开关处于手动模式位置，机器在原点位置，则手动允许标志M0.1置位和自动允许标志M0.2复位，和打钉允许标志M4.1复位，和自动初始化允许标志M4.0复位，或者下列条件出现时也产生同样效果，即输送电机没有运转或者排钉电机没有运转或者液压系统没有处于高压状态。当PLC送电开机时开机条件有任意一个或多个不满足时“切换程序”不执行。图4-4切换部分手动到自动切换判断4.2.4手动操作部分模式选择开关旋至手动模式下，按下横梁上升按钮，横梁上升，松开后停止，再按下再次上升，知道上限位，按下横梁下降按钮，横梁下降，松开后停止，再按下再次

59、下降，知道下限位。点按排钉气缸按钮，排钉气缸从左限位向右运动到右限位位置，并保持0.5S，自动返回。按下手动定位按钮，若横梁在上限位且离合器分开，则定位气缸下降，知道下限位停止，松手后定位气缸返回上限位。当机械处于原点位置时，点按手动进料按钮，离合器闭合，输送线运料，知道检测到有木板时离合器分开，制动器制动，制动保持1.2S后松开。4.2.5自动操作部分PLC送电开机后，如果触摸屏启动按钮按下，且9个钢钉全部漏下，这时如果横梁在下限位则开始上升，同时0.1S后如果钉子未卡住，则排钉气缸向右推钉，气缸到了右限位后保持0.5S，之后返回左限位，这时如果横梁处于上限位且钉够且定位气缸在上限位，且木板

60、检测信号存在，则横梁下降打钉，到了下限为后，自动返回，同时如果钉未卡住，则排钉气缸又一次推钉操作，此时如果钢钉全部漏下，且木板检测信号存在信号发生，则横梁又一次下降打钉，如此往复。图4-5自动模式重复循环条件判断4.2.6主设备操作部分 旋开液压升压旋钮，液压泵开命令不可以执行，当它处于断的状态时液压泵开命令才可执行，此时液压泵电机启动，10S后，液压升压旋钮可以打开，此时关闭液压泵命令失效，只有当先关闭液压说升压旋钮0.1S后才可关闭液压泵，或者按下急停按钮，立即无条件停止液压泵电机。排钉电机运行旋钮处于“通”位置时，排钉电机接触器开旋钮命令不可执行，当排钉电机运行旋钮处于“断”位置时，排钉