小车倒料课程设计

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1 前言 1\o"CurrentDocument"2系统方案设计 2\o"CurrentDocument"2.1系统设计要求 2\o"CurrentDocument"2.2方案设计 3\o"CurrentDocument"3硬件系统设计 5\o"CurrentDocument"3.1电气设计软件 5\o"CurrentDocument"3.2系统主电路设计 5\o"CurrentDocument"3.3系统控制电路设计 7\o"CurrentDocument"3.4电器元件选型 10\o"CurrentDocument"4软件仿真 13\o"CurrentDocument"5控制柜设计 17\o"CurrentDocument"6总结与体会 20\o"CurrentDocument"7致谢 21\o"CurrentDocument"8参考文献 22附录 231前言随着计算机技术，控制技术，信息技术的快速发展工业的生产和管理进入了自动化，信息化和智能化时代，智能化已经成为时代发展的需要。电气技术已经广泛应用于自动化控制领域，电气技术以其高可靠性和操作简单等特点，已经形成了一种工业趋势。在柔性自动化生产线，智能仓库管理及物流配送等领域，当生产现场环境恶劣时，人工不能完成的任务如物料运输和装卸等，可采用智能小车完成相应的任务，基于生产现场和日常生活的实际需要，研究和开发智能小车系统具有十分重要的意义。该项目的研究可以应用于工厂自动化，仓库管理，智能玩具和民用服务等领域，可提高劳动生产效率，改善劳动环境。随着汽车工业的迅速发展，关于汽车的研究也就越来越受人关注。全国电子大赛和省内电子大赛几乎每次都有智能小车这方面的题目，全国各高校也都很重视该题目的研究。可见其研究意义很大。本设计就是在以上的背景下提出的，本题目是结合科研项目而确定的设计类课题。本次设计主要是综合应用所学知识，设计自动仓库运料小车控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固电气技术课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握运料小车设计的基本方法。2系统方案设计本次设计主要是综合应用所学的现代电气控制技术知识，设计自动运料小车控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握运料小车设计的基本方法。装卸料小车多方式运行的PLC控制是一个贴近实际生活的设计问题，通过对这一问题的研究，激发学习兴趣，培养了创新思维和解决实际工程问题的能力，从课程设计中取得了比较大的收获。2.1系统设计要求在现代工业中自动控制占了大部分。自动控制：在20世纪80年代，由于计算机的价格下降，这时的大型工控企业将单片机、PLC充分的与计算机相结合，通过机器人技术，自动化设备终于实现了单片机、PLC在运料小车控制系统在自动方面的应用。全自动控制：现阶段由于单片机、PLC技术的向高性能高速度、大容量发展大型单片机、PLC等大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。将单片机、PLC运用到运料小车控制系统，可实现运料小车的全自动控制，降低系统的运行费，用同时系统具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便等优点。企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物的输送成为生产物流系统中的一个重要环节。运料小车自动控制正是用来实现输送生产物的控制系统，本文用控制柜来做控制器设计运料小车自动控制系统，让电气控制技术与自动化技术相结合，具有连线简单控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，维修和改造方便，降低使生产成本，易控制，安全可靠，效率高等优点。如图2.1所示，小车A、B间作往复运动，由M1拖动。小车在A点加入物料（由电磁阀YV控制），时间20S。小车装完料后从A点运动到B点，由电机M2带动小车倾倒物料，时间3S，然后M2断电，车斗复原。小车在M1的拖动下运动退回A点再装料，循环进行。系统要求应该由继电器、接触器组成控制电路。\ /YV2.2方案设计在运料小车控制系统中以各种电气元件为核心，通过控制器里的继电器等电器开关的开通与闭合来控制运料小车的左行、右行和停止。根据控制任务和要求所设计的方案流程如图2.2所示：图2.2系统框架图因为小车在运动过程中有左行和右行，我们使用控制电路的接触器KM1控制电动机正转，接触器KM2控制电动机反转来实现小车左行和右行。采用可编程控制器来实现控制电路那块很方便，但是小车工作环境过于恶劣，对该器件伤害较大且该器件的成本太高所以排除。最终决定通过控制柜来完成控制电路，对器件的保护等较满意。通过对系统要求有了一定初步的认识和想法，结合课程电气控制技术，我们可以将系统的主要流程图绘制，并对下面的设计有了一个指导性的思维。图2.3系统流程图3硬件系统设计3.1电气设计软件应用CADe_SIMU这一款绘图仿真软件来设计电路，非常容易上手，不但可以快捷绘制电气线路图，而且还能将绘制电气线路图实现电路仿真。该软件的使用方法和步骤进行了介绍：CADe_SIMU线路图模拟仿真软件不但包括各种电气元器件符号，而且对应每种器件还有多种类型，并做成工具条提供使用，是该软件最突出的特点，也是该软件和其他软件相比较体现出的最大好处。该软件使用方法步骤如下：1启动CADeSIMU程序上网下载CADeSIMu电气仿真软件，该软件为免安装西班牙语版，直接打开CADe-SIMU.cxe就可打开程序界面窗口。2设置绘图情景打开CADeSI~叫软件，在“文件吓拉菜单中点击“选项”，弹出的“选项''对话框窗口，在此对话框窗口选择“图纸”的大小，即可进｝亍“图表设置”、“视图选项'等的设定。3布置电气元器件CADeSIMU程序界面窗口。4连接电路导线首先单击工具菜单（11）导线及电缆图标，在弹出的工具条中选择导线连接符号。然后根据电路图的要求把各个控制线路元件连接起来。5添加电路连接点标记还是在上述的工具菜单（11）导线及电缆冈标上单击，在弹出的工具条中选择工具条中接点符号，在需要连接的节点单击即可完成连接点标记。6标注电气元器件名称及参数先单击左侧工具条中图标“A”，然后在元件旁的适当位置再单击左键，弹出文本对话框，在框内填写要输入文字、符号等，点击“确定”即可完成电气元器件名称及参数标注。3.2系统主电路设计系统小车的来回运料是通过控制电机M1来实现的，即通过电机电流的相序变换来实现电机的正转和反转，这样小车就实现了来回运动。而这种方法可以用两个接触器KM1和KM2来实现。在电机接线上方，对KM1的接线方式为A〜1，B〜3,C〜5，电机相序正，电机通电时正转。对KM2的接线方式为A〜5,B〜3,C〜1，则电机相序为反，电机通电时反转。

设计接线方式如图3.1所示:图3.1电机M1接线当小车到达B点进行倒料时由电机M2控制，支撑小车货箱单边翘起，倾倒货物。故不需要控制电机转向。电机控制由接触器KM3接线。

图3.2电机M2接线3.3系统控制电路设计根据系统设计要求我们发现在进行系统控制电路设计前我们应该先考虑小车的初始状态，即小车初始位置判定。若小车初始状态在A点，则小车会触碰行程开关SQ1，使电磁阀YV和延时继电器KT1通电。这是由电磁阀YV控制的进料装置将会对小车进料，而时间则由延时继电器KT1控制，KT1延时时间为25秒，因为进料时间为20秒，但是为了设别安全将进料完成后延时5秒。当延时时间到的时候，电磁阀YV接线上方将会串联一个延时继电器KT1的常闭触头，到达时间后常闭触头动作，该支路全部断电。由于该支路控制电磁阀YV进料，所以可以在电磁阀线圈接线上方接上电机M1和M2的接触器常闭触头来防止事故。由于这种方案为自动控制则需要在前面添加一个控制按钮与中间继电器K1来控制该支路的通电。具体电路设计如图3.3：

图3.3自动控制进料接线图当小车进料完毕后，延时继电器除了将电磁阀YV断电外还应该将电机M1的正转线圈导通，使小车离开A点向B点行进。当小车离开A点后行程开关SQ1断开，且另外的控制电机M1反向转动的接触器KM2不能导通。当小车不在A、B两点时，若需要将小车开到B点处则可以在该支路的KM1的常开触点旁并联一个手动开关SB1，可以手动按钮SB1使KM1通电，电机M1反转，小车驶向B点。具体电路设计如图3.4：

图3.4电机正转电路当小车到达B点后将首先触碰行程开关SQ2,这时电机M1将立即停止下来，可以通过在电机正转支路上串联一个行程开关SQ2的常闭触点。同时小车将马上进行倒料，接触器KM3和延时继电器KT2导通，接触器导通后将会使电机M2开始动作，支撑小车货箱倾倒货物。具体电路设计如图3.5：图3.5倒料电路设计延时继电器KT2的延时时间为10s,而倒料时间为5s,还有倒料完后5s的时间为保护时间。当延时继电器动作，立即将KM3线圈断电，倒料电机M2停止转动，并且同一时间KM2线圈通电，电机M1反转，离开B点，这时行程开关SQ2断开，其连动触点会将倒料电路断电，KT2断电，避免长时间通电损害电器。小车行驶回A点。当小车初始不在A、B点时，又想将小车运回A点，则可以在接触器KM2的自锁触点旁并联一个手动开关SB2，按动按钮SB2，使KM2导通并自锁，电机M1反转，向A点驶去。具体电路设计如图3.6：图3.6电机反转电路这时系统进入自动控制状态，小车自行的运转并进料倒料。若需要小车停下则可以按动控制电路电源开关S0。3.4电器元件选型电器元件市场种类繁多，但是设计标准参照国家标准，故我们需要得知一定的原始数据参数。1：电机本系统的小车负重设置为100Kg，并且工作环境较为恶劣，多灰尘，电机需要防护要求较高。由以上要求我选择Y系列三相异步电动机。该系列电机为一般用途笼型全封闭自扇冷式三相异步电动机，定子绕组为铜线，绝缘等级为B级，其防护要求达到国际电工委员会（IEEC）外壳防护等级IP44的要求，适用于灰尘飞扬，水土飞扬的场所。运转电机M1型号为Y802，倒料电机M2型号为Y90L。同样重量的货物倒料电机与运转电机的功率不同时因为倒料电机所需要的动力更大。电机M1的额定功率Pni=750W，则额定电流Ini=750/380=1.97A根据参数选择热继电器JR15-10/2，额定电流10人，热元件额定电流2.4A，整定电流调节范围1.5〜2.4A。类似以上根据电路与电机参数及实际环境情况来选择其余电器元件型号与参数。所选元件型号列表如表3.1：表3.1材料型号编号代号元件名称型号规格件数作用1M1运动电机Y802IP44,0.75KW1带动小车行驶2M2倒料电机Y90LIP44，1.1KW1支撑小车倒料3FR1热继电器JR15-10/2热元件额定电流2.4A，整定范 围1.5~2.4A1电机M1保护4FR2热继电器JR15-10/2热元件额定电流3.5A，整定电流范 围2.2~3.5A1电机M2保护5F0熔断器RL1-15熔体10A1主电源短路保护6F1熔断器RT18-32/2熔体2A1控制电路短路保护7F2熔断器RL1-15熔体5A1电机M1短

路保护8F3熔断器RL1-15熔体6A1电机M2短路保护9KM1KM2KM3交流接触器CJ8-10线圈电压交流220V，控制最大功率2.5KW3控制电机10YV电磁阀AL-GY-05-10防爆高压100Kg，公称通径80mm1控制进料装置11K1中间继电器CA2-DN1线圈交流220V，额定工作电流3A1自动控制12KT1KT2延时继电器JSK4-222延时范围0.1~30s2进料倒料时的延时控制13S1三相电源开关S8VT交流380V，电流5A1主电路控制电源14SQ1SQ2行程开关LX3-11K额定电压交流220V，额定功率20W2位置控制开关15S0急停按钮D-ADA-H3抗阻燃材料ABS1关断控制电路电源16SB1SB2SB3启动按钮DM-XJA-1SST304不锈钢3启动控制按钮UNJ4软件仿真小车系统在完成材料选型和电路设计后，需要对电路系统进行仿真来对系统进行修改和完善。系统完成电路设计进行仿真的第一步为将主电路电源开关S1合并，使主电路通电。若小车初始状态在A点，则会触碰SQ1，使YV与延时继电器通电，YV导通时货物将会倒入小车中。倒料时间t设置为继电器KT1的延时时间。这时YV支路上得KT1将会断开。YV停止通电，并使KM1支路上的KT1动作，使KM1通电并且自锁，电机M1正转，小车从A点向B点行驶，期间KM1的常闭触点将会断开，会使YV和KM2支路断开，等到达B点，触碰SQ2开关，使KM1断电，SQ2常闭触点合并，使KT2与KM3导通，电机M2通电支持小车倒料，倒料时间t加上5s设置为KT2的延时时间，KT2的常闭断开，M2断电，KM2导通，电机M1反转，返回A点。若小车初始位置不在A或B点，则可以通过SB2或SB3,使小车返回A点或者B点，这种控制就是手动控制。下面可以通过几张仿真图来说明系统具体的运行过程:小车电濒1倒暇电理^^美且建时小车电濒1倒暇电理^^美且建时图4.1进料启动图4.2电机正转图4.3小车倒料图4.4电机反转通过以上电路设计仿真，我们可以知道该电路能完全满足系统设计要求。但是在其中我们有些元器件其实是可以省略的。在进料支路中电磁阀YV线圈上方我添加了三个继电器KM1，KM2,KM3的常闭触点，这个最主要的作用还是为了安全，在小车离开A点后防备电磁阀通电货物倾倒造成人身伤害，其实这个在控制柜中比较多余并且会复杂接线，如果我们采用的是PLC就可以将这个思想链接上，毕竟在PLC中只需要编程，并不繁复。5控制柜设计在现代工业电气控制中，最常用到的是PLC与控制柜。本系统要求我们使用的控制柜，并且在上面的电路设计中我们已经有选择性的设计了控制柜的电路设计方^＜。控制柜设计根据生产设备工作方面及其它方面的需要，本次设计要达到如下设计要求：要求本次设计的控制装置采用继电接触器控制技术实现；要能完全满足控制要求；要按照电气设计惯例，提供短路、过载、联锁等故障保护措施；本次设计的控制装置应由操作屏、电气控制箱(柜)等部分组成，要尽量与生产设备进行一体化安装，具体安装根据所用器件设备确定；操作屏上要有完整的信号指示，包括对各工作步指示，以及电源、启动、停止、故障等指示；由于时间有限，我们只是粗略的对控制柜内部进行了设计。由于控制柜内部主要包含各种电器元件及进出线端子。

图5.1控制柜内部控制柜除了内部设计外还有控制面板，在控制面板上应该包含各种按钮、电源指示灯、电机状态灯等显示。控制系统的起转停全部在控制面板上实现并能显示出系统状态。

图5.2控制面板6总结与体会三周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。设计中我采用了简单设计法，使得设计的程序不但简单易懂且清晰直观。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己的综合素质。整个设计的过程，同时也是专业知识的学习过程，而且是更生动、更切实、更深入的专业知识的学习。灵活