基于S7200的自動打釘機設計說明書

1、 PAGE49 / NUMPAGES56自動打釘機控制系統(tǒng)設計摘 要自動打釘機是大批量生產(chǎn)包裝箱用木托盤的一種機電一體化裝備，涉與機械、電氣、控制、液壓氣動等多種技術(shù)。本課題的任務是根據(jù)自動打釘機的工作原理，研究設計其電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)打釘機打釘作業(yè)的自動化。本論文主要完成以下工作：首先收集和分析木托盤自動打釘機的工作原理，擬定其控制系統(tǒng)方案；隨后進行木托盤自動打釘機的基本結(jié)構(gòu)設計，包括打釘機構(gòu)和送料機構(gòu)；然后根據(jù)控制系統(tǒng)方案，完成各種裝置和元器件的選型、校核，設計系統(tǒng)硬件線路設計，設計控制系統(tǒng)的線路原理圖，并對低壓電器、電纜（電力、控制、通信）以與控制柜裝置進行學習，并了解了各種低壓電器的使

2、用方法和控制原理；其次介紹了PLC(可編程程序控制器)的基本組成、工作原理、主要特點；綜合以上的知識和現(xiàn)場的實際應用做出了總體方案、控制策略以與硬件配置和軟件實現(xiàn)方法。其中還詳細繪出了各種低壓電器、伺服電機、觸摸屏以與各功能模塊的實際接線電路。分析并介紹了PLC編程方法，電機調(diào)速原理以與各種各種低壓常用電氣元器件的使用。經(jīng)過調(diào)研分析合理地確定系統(tǒng)實現(xiàn)方案，根據(jù)系統(tǒng)功能選擇西門子系列（PLC）的產(chǎn)品，結(jié)合該產(chǎn)品與其編程特點編制軟件實現(xiàn)自動控制。同時本文還對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，硬件配置， 觸摸屏設置軟件應用進行了闡述。關(guān)鍵詞：自動打釘機，PLC，控制系統(tǒng)設計，自動化加工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 錄摘要= 1 * ROMANIABSTRACT= 2 * ROMANII1概述11.1課題背景資料11.1.1木托盤資料11.1.2托盤分類11.1.3木托盤加工21.2自動打釘機控制系統(tǒng)介紹31.3課題設計目標32打釘機控制系統(tǒng)的總體方案42.1自動打釘機工作原理42.1.1工作示意圖42.1.2本機主要組成部分52.1.3控制系統(tǒng)的組成62.2控制總體方案62.3控制原理72.3.1自動模式72.3.2手動模式83控制系統(tǒng)硬件部分設計

11、93.1電氣控制系統(tǒng)組成93.1.1控制線路設計93.1.2控制線路圖與說明93.2電器元件列表113.3主要電器元件計算與選型123.3.1斷路器123.3.2接觸器133.3.3開關(guān)電源143.3.4控制變壓器153.3.5指示燈153.3.6主令電器153.3.7繼電器163.3.8變頻器163.3.9電動機173.3.10熔斷器173.4 PLC選型183.4.1 PLC的分類183.4.2 PLC選型194 控制程序設計214.1程序流程圖214.2程序梯形圖224.2.1初始化部分224.2.2漏釘檢測部分234.2.3切換部分244.2.4手動操作部分244.2.5自動操作部分2

12、54.2.6主設備操作部分254.2.7報警部分265 觸摸屏設計275.1觸摸屏選型275.2本設計中觸摸屏程序設計275.2.1觸摸屏組態(tài)軟件裝275.2.2觸摸屏組態(tài)軟件界面設計285.2.3離線仿真326 總結(jié)33致34參考文獻35附錄361 概 述1.1課題背景資料中國木托盤在使用中基本是企業(yè)部周轉(zhuǎn)。對于生產(chǎn)企業(yè)，其所擁有的木托盤不出企業(yè)，木托盤的使用圍從企業(yè)的倉庫到運輸環(huán)節(jié)之間的搬運。托盤對于物流企業(yè)，托盤于企業(yè)部調(diào)配使用，形成一個托盤順暢流通的機制1。中國物流與采購聯(lián)合會托盤專業(yè)委員會的初步調(diào)查顯示：中國現(xiàn)擁有各種類托盤約5000萬7000萬片，每年產(chǎn)量遞增2000萬片左右。其中

13、木托盤約占90、塑料平托盤占8、鋼制托盤、復合材料托盤以與紙制托盤合計占2。復合材料平托盤和木托盤上升比例較大。在托盤的使用方式方面，托盤裝載的貨物通過水運方式運輸?shù)谋壤秊?8%，通過陸運方式運輸?shù)谋壤秊?1%，通過鐵路方式運輸?shù)谋壤秊?%，通過航空方式運輸?shù)谋壤齼H為2%。托盤的規(guī)格和材質(zhì)方面，80%的企業(yè)利用12001000mm規(guī)格的托盤，77企業(yè)使用11001100mm規(guī)格的托盤。此外依次為1200800、11401140、12191016、10671067mm。使用的托盤的材質(zhì)，57企業(yè)使用木托盤。40企業(yè)使用塑料托盤，14企業(yè)使用鋼托盤，14企業(yè)使用復合材料托盤，11企業(yè)使用紙托盤。1

14、.1.1木托盤資料木托盤以原木為材料，進行干燥定型處理，減少水分，消除應力，然后進行切割、刨光、斷頭、抽邊、砂光等精整加工處理而形成型材板塊，采用具有防脫功能的射釘（個別情況采用螺母結(jié)構(gòu)）將型材板塊裝訂成半成品托盤，最后進行精整、防滑處理和封蠟處理。木托盤是現(xiàn)在使用最廣的托盤。托盤是用于集裝、堆放、搬運和運輸?shù)姆胖米鳛閱卧摵傻呢浳锖椭破返乃狡脚_裝置2。1.1.2托盤分類(1) 根據(jù)材質(zhì)分為木托盤（如圖1-1），塑料托盤，鋼托盤，鐵托盤，紙托盤，泡沫托盤等；其中，木托盤又分：實木托盤(木托盤，松木托盤，雜木托盤等)和膠合板托盤(免熏蒸托盤如圖1-2)；塑料托盤分為：注塑托盤和吹塑托盤。圖1-

15、1 實木托盤圖1-2 膠合板托盤(2) 根據(jù)進叉方向分為雙向進叉托盤和四向進叉托盤。一般雙向進叉的托盤手動叉車和機械叉車都適用，四向進叉的叉車適合機械叉車。(3) 根據(jù)托盤的用法分為雙面托盤和單面托盤。雙面托盤一般是倉庫周轉(zhuǎn)用,結(jié)實耐用；還適合碼垛用(碼垛：托盤上放貨物再放托盤放貨物) 。單面托盤經(jīng)濟耐用，也是倉庫周轉(zhuǎn)發(fā)貨很好的選擇；單面托盤大致又有川字型的，田字型的，九腳型的。與木托盤相比，免熏蒸托盤具有的特點概括如下：（a）出口免熏蒸、免消毒、免簽證，出入境方便快捷；（b）產(chǎn)品較木托盤外型美觀、同時具有高抗壓、高承重性能；（c）可有效避免傳統(tǒng)木托盤的木結(jié)、蟲蛀、色差、濕度高等缺點；（d）防

16、水性能好，生產(chǎn)工藝簡單，成本較低；（e）可替代木托盤，使用適應性強。(4) 木托盤的應用木托盤、貨架、叉車是物流倉儲設備的三大基礎元素。木托盤是物流操作層面最基本的載體，是最基本的物流單元化器具。木托盤與叉車配合，實現(xiàn)物料的機械化搬運工作；木托盤與貨架的結(jié)合應用，實現(xiàn)對物料的有序堆垛存放，并大幅度提高空間的利用率；木托盤共用體系，可以大幅度降低物流工作成本。沒有標準托盤的應用，就沒有現(xiàn)代物流的進步。木托盤的選型是現(xiàn)代企業(yè)物流中物料包裝存儲單元化的起點，是企業(yè)物流操作規(guī)的必經(jīng)途徑。1.1.3木托盤加工目前木托盤加工以傳統(tǒng)的手動設備最為常見3，但近年來也出現(xiàn)了自動化設備的使用，他們的優(yōu)缺點見表1-

17、1。表1-1 木托盤手動與自動加工區(qū)別使用傳統(tǒng)手動設備使用自動化設備效率效率低效率明顯提高勞動強度勞動強度大勞動強度小質(zhì)量質(zhì)量不穩(wěn)定，質(zhì)量低質(zhì)量穩(wěn)定，質(zhì)量高管理不利于現(xiàn)場管理現(xiàn)場便于管理成本生產(chǎn)成本較高生產(chǎn)成本較高通過上表比較可知，手工操作在加工過程中將會不自覺的把人為因素引入操作環(huán)節(jié)，這樣會嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定與進一步提高，因此實現(xiàn)高精度自動加工對企業(yè)生產(chǎn)有極為重要的意義。它不僅可以提高生產(chǎn)效率，并且還同時提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的加工精度等。1.2自動打釘機控制系統(tǒng)介紹本文設計的自動控制系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)自動打釘機大批量生產(chǎn)包裝箱用木托盤的一種機電一體化裝備，涉與機械、電氣、控制、液壓氣動等多種

18、技術(shù)。自動化系統(tǒng)有3臺電機、2個氣缸、1個液壓缸等多個輔助部件構(gòu)成，基于PLC的系統(tǒng)可以同時實現(xiàn)對3臺電機、氣缸和液壓缸的控制。進行信號檢測、物料運送、定位、打釘?shù)燃庸ぁ?.3課題設計目標本論文主要完成以下工作：論文先對低壓電器、電纜（電力、控制、通信）以與控制柜裝置進行學習，并了解了各種低壓電器的使用方法和控制原理;其次介紹了PLC(可編程程序控制器)的基本組成、工作原理、主要特點；綜合以上的知識和現(xiàn)場的實際應用做出了總體方案、控制策略以與硬件配置和軟件實現(xiàn)方法。其中還詳細繪出了各種低壓電器、伺服電機、觸摸屏以與各功能模塊的實際接線電路。2 打釘機控制系統(tǒng)的總體方案2.1自動打釘機工作原理2

19、.1.1工作示意圖下圖是自動打釘機工作示意圖，說明了自動打釘機的工作原理排釘電機M2液壓泵電機M1電機M3振動器推釘氣缸定位氣缸搖釘盒橫梁液壓缸橫梁鋼釘上限位下限位左限位右限位上限位下限位旁通閥升降閥輸送帶木板檢測器制動器離合器木板圖1圖2-1 自動打釘機工作示意圖排釘裝置是由一個2.2KW 的三相異步電動機作為動力源，用來帶動搖釘盒擺動，采用通用變頻器控制調(diào)節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速，同時電動機和變頻器的啟動和停止是互相獨立的，當電機達到一個合適的轉(zhuǎn)速時，變頻器就以一個固定的值運行。搖釘盒上安有一個振動器，振動器的作用是為了輔助排釘，讓釘子在釘盒中來回擺動，不讓釘子卡住，增大釘子落到排釘槽的概率

20、，幫助讓釘子順利的拍到釘槽中。釘子在排釘槽中排好以后，到達一個斜滑道推釘口上，推釘口上有一個推釘氣缸，氣缸的行程很小，只有10 毫米，當釘子在滑到口上排好以后，推釘氣缸開始動作把釘子推下，釘子通過皮軟管漏到打釘槽中，每一根皮軟管上都按有一個傳感器，用來檢測是不是每一個皮軟管里都有釘子漏下，當推釘氣缸由左限位（起始位）到達右限位（終了位）后，在右限位延時（停留）0.5 秒后再退回到左限位，保證釘子都能被推下。釘子被打下后都自動落到打釘槽中，一次排釘完整結(jié)束。打釘裝置是自動打釘機的執(zhí)行機構(gòu)，它是由油泵電動機帶動液壓驅(qū)動，由電磁閥來控制油路的接通還是斷開，液壓直接驅(qū)動橫梁上下運動來實現(xiàn)打釘操作。當木

21、板已經(jīng)定位好并且檢測到輸送線上有木板，同步氣缸已經(jīng)復位（處于上位），橫梁處于上限位時，釘槽中的釘子都排好時在不缺釘?shù)那闆r之下，執(zhí)行打釘操作，液壓驅(qū)動橫梁由上限位向下限位打下，完成打定操作，將釘子打入木板中。完成之后，橫梁退回到上限位，同步氣缸也必須復位，橫梁復位之后，木板由輸送線運走，輸送線繼續(xù)來木板。推釘氣缸繼續(xù)重復循環(huán)推釘，輸送線繼續(xù)重復循環(huán)輸送木板，再將木料準確定位。輸送線是自動打釘機的關(guān)鍵設備，它是由一個5.5KW 的三相異步電動機作為動力源4，用來帶動輸送線向前運動，采用通用變頻器控制調(diào)節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速，同時電動機和變頻器的啟動和停止是互相獨立的，當電機達到一個合適的轉(zhuǎn)速時，變

22、頻器就以一個固定的值來控制電動機勻速運行。離合器是用來控制輸送線的前行運轉(zhuǎn)，輸送線是間歇運動的而不是連續(xù)運動的，所以采用離合器來控制，當有木料運送過來時，離合器斷開，輸送線和電動機結(jié)合，電機帶動輸送線（負載）向前運動，將木板輸送到指定位置，離合器斷開0.2 秒以后不能立即制動，再延時0.1 秒后開始制動，制動持續(xù)1.2 秒以后制動結(jié)束5。此時木板已經(jīng)超出了定位線，當木板定位傳感器第一次檢測到有木板通過時，定位氣缸不動作，當氣缸動作傳感器檢測到有木料時，定位氣缸將木板推回，準確停止在定位線上，此時定位檢測傳感器第二次檢測到有木板，此時木板定位結(jié)束，定位氣缸返回，定位結(jié)束。木板定位就是將木板準確定

23、位到打釘位置，為執(zhí)行打釘操作做好準備。將木板推到超過準確停止的位置10 毫米處，再將木板反向推回到準停位置，就和數(shù)控機床的回零一樣，先超過回零的準停位置，機床再反向退回到準停位置，這樣防止回零不到位。在木板準確停止處安裝一組檢測開關(guān)，這組傳感器是檢測木板準停，在距離準停為止10 毫米處再安裝一組檢測開關(guān)，這組傳感器是讓定位氣缸開始動作，當木板通過第一組檢測開關(guān)時，定位氣缸不動作，當?shù)诙M檢測開關(guān)被觸發(fā)時，定位氣缸開始動作，將木板推到指定位置（檢測開關(guān)2），實現(xiàn)木板準確定位。木板定位完成以后，定位氣缸復位（回上位）。當漏釘檢測傳感器檢測到釘子沒有全部漏下時，推釘氣缸到達右限位后停留0.5 秒后退

24、回到左限位為，再一次從左限位到右限位，來回重復從左限位到右限位，直到釘子全部漏下為止，但是，這個動作不是無休止的進行，當重復十次以后，傳感器檢測到釘子還是沒有全部漏下，此時報警，自動模式停止，手動模式啟動，人工查找故障原因并解決，當故障排除以后，報警解除，機器正常運行，自動有效，打釘機繼續(xù)正常工作。2.1.2本機主要組成部分(1)搖釘盒排釘裝置是由一個三相異步電動機作為動力源，用來帶動搖釘盒擺動，采用通用變頻器控制調(diào)節(jié)三相異步電動機的轉(zhuǎn)速，同時電動機和變頻器的啟動和停止是互相獨立的，當電機達到一個合適的轉(zhuǎn)速時，變頻器就以一個固定的值運行。(2)振動器振動器的動力源是氣源，氣體通過電磁閥作用振動

25、器，讓釘子在釘盒中來回擺動，不讓釘子卡住，增大釘子落到排釘槽的概率，幫助讓釘子順利的拍到釘槽中。(3)推釘氣缸推釘氣缸主要用來把漏釘槽處的鋼釘推下，使之漏于下方的軟管，在軟管的導向作用下到達打釘位置，在軟管經(jīng)過時將通過軟管附近的鋼釘檢測傳感器，推釘氣缸行程的左端和右端分別設各有一個限位器。(4)定位氣缸當木板檢測器檢測到輸送帶上有木板時，定位氣缸用來把輸送帶上木板推到理想打釘位置，然后返回，其行程上、下端各設有一個限位器。(5)橫梁橫梁在液壓缸的帶動上下運動，當向下運動時實現(xiàn)打釘，然后返回上限位，上下端分別設有一個限位器。液壓缸的壓力能由液壓泵和液壓泵電機提供。(6)輸送裝置輸送裝置主要包括輸

26、送帶電機、離合器、制動器和輸送帶。正常工作時，輸送帶電機長期運行，離合器通過分開和閉合控制輸送帶間歇運行，實現(xiàn)打釘時停止運送以與打完釘后和沒有木板時開始運行的運送物料目的，在離合器和輸送帶之間設有制動器，用于在輸送帶需要停止時制動輸送帶。2.1.3控制系統(tǒng)的組成自動打釘機控制系統(tǒng)的主要組成部分有：PLC，限位開關(guān)，氣壓電磁閥，液壓電磁閥，接觸器，斷路器，主令開關(guān)，繼電器，變頻器，電磁離合器，電磁制動器，異步電動機等。2.2總體控制方案S7-200 PLC 是整個控制系統(tǒng)的核心部分，液壓驅(qū)動的橫梁是完成打釘操作的執(zhí)行元件，離合器和制動器是控制輸送線的間歇運轉(zhuǎn)和木料的準確定位，變頻器是控制輸送電機

27、和搖釘電機的轉(zhuǎn)速，振動器是輔助搖釘盒讓釘子快速落到排釘槽中，增加釘子落到排釘槽中的概率，漏釘檢測傳感器是檢測釘子是否都漏下，定位檢測傳感器是檢測木板是否準確定位，檢測開關(guān)是用來檢測橫梁位置和推釘氣缸的位置。檢測開關(guān)和傳感器檢測到的信號作為PLC的輸入信號（I地址），都要接24V的直流電源上，將這些數(shù)字信號傳到PLC以后，PLC會根據(jù)所輸入的程序和輸入信號，讓一些輸出的繼電器接通工作。通過繼電器來控制電機的啟停，電磁閥的通斷，以與離合器和制動器的接通和斷開。操作方式主要分為手動和自動操作。限位信號木板檢測信號PLC制 動 器離 合 器輸送帶電機液壓泵電機排釘電機定位氣缸排釘氣缸橫梁液壓缸圖2-2

28、總體控制方案圖2.3控制原理控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)兩種工作模式，即自動工作模式和手動工作模式。分別敘述如下：2.3.1自動模式自動模式啟動后，如果橫梁在下限位則立即返回到上限位的位置，如果在上限位位置則檢測并判斷以下條件：鋼釘夠且定位氣缸在上限位的位置且輸送線有木板，如果條件存在則橫梁開始下降進行打釘操作，直到碰到下限位器，且復位鋼釘檢測信號，然后返回上限位位置，然后再次判斷上述條件，如果存在再次下降，如此往復。排釘氣缸：橫梁到達下限位碰到下限位器后，如無卡釘現(xiàn)象則推釘氣缸向右運動，直到碰觸右限位器，停止一段時間，保證準確將鋼釘推下，之后自動返回，到左限位位置，當橫梁到達下限位信號發(fā)生后再次向右運動

29、進行推釘操作，如此往復。定位氣缸：當檢測到離合器分開且制動器停止制動信號和橫梁在上限位位置，則定位氣缸下降到達下限位位置，確保把木板推到預定理想打釘位置，然后自動返回上限位位置。等待新的定位信號，當再次檢測到上述信號后則又重新下降實現(xiàn)木板定位操作，如此往復。輸送線：如果沒有檢測到有木板信號且橫梁處于上限位位置時，離合器閉合，輸送線運行，進行木板運送，當木板檢測器檢測到木板時，離合器分開，一段時間后，制動器制動，制動持續(xù)一段時間，之后自動停止制動，并發(fā)出定位氣缸允許定位和橫梁允許打釘信號，當橫梁打完釘后處于上限位位置且無檢測木板信號則離合器重新閉合，帶動輸送帶運行，將打完釘?shù)哪就邪暹\走同時將待打

30、釘?shù)哪景暹\到指定打釘位置，如此往復。2.3.2手動模式手動模式啟動后，按下橫梁下降按鈕，橫梁下降，松開按鈕橫梁停止運行，再次按下再次運行，直到橫梁碰觸到下限位器，可實現(xiàn)打釘操作。按下橫梁上升按鈕，橫梁上升，松開按鈕橫梁停止運行，再次按下再次運行，直到橫梁碰觸到上限位器。按排釘氣缸按鈕，排釘氣缸在左限位移動到右限位，保持0.5s后，則立即自動返回，實現(xiàn)一次排釘操作。按下定位氣缸，若橫梁處于上限位，且離合器分開狀態(tài)，則定位氣缸下降，直到碰觸下限位器停止，松開按鈕，定位氣缸返回上限位位置。當機械在原點位置（上橫梁處于上限位且定位氣缸在上限位且排釘氣缸不動作），點按手動進料按鈕，離合器閉合，輸送線運行

31、，輸送線開始運送木板，當木板檢測器檢測到木板時，離合器分開，一段時間后制動器開始制動，制動保持一段時間，然后停止制動，完成木料運行。3 控制系統(tǒng)硬件部分設計3.1電氣控制系統(tǒng)組成3.1.1控制線路設計控制系統(tǒng)包括控制主電路和控制電路（二次回路），主電路由電動機、（接通、斷開、控制電動機的）接觸器主觸點等電器元件組成（電流大）?？刂齐娐酚山佑|器線圈、繼電器等電器元件組成（電流?。?。兩個回路都由電器組成。3.1.2控制線路圖與說明(1)電源電路如圖3-1所示，供電系統(tǒng)的變配電所中承擔受電、變壓、輸送和分配電能任務的電路，分別為PLC、離合器、制動器、主回路、二次回路供電。其中主回路為380V三相交

32、流電，二次回路為110V交流電，其他為24V直流電7。圖3-1 電源電路圖(2)主回路如圖3-2所示，制動器與離合器采用普通接線法。輸送電機與排釘電機采用濾波器與變頻器控制啟動與停止。油泵電機采用星三角形啟動方式。各電路均有斷路保護。圖3-2 主回路線路圖(3)二次回路如圖3-2所示，二次電路是為保證一次電路正常、安全、經(jīng)濟運行而裝設的控制、保護、測量、監(jiān)察、指示與自動裝置的電路。其中有油泵星三角啟動接觸器KM1、KM2、KM3，排釘電機接觸器KM4，輸送電機接觸器KM5，電磁離合器接觸器KM6，電磁制動器接觸器KM7，油泵運行指示燈D1，排釘電機運行指示燈D2，輸送電機運行指示燈D3。電路保

33、護為具有延時動作的限流保護器FR。圖3-3 二次回路線路圖3.2電器元件列表如表3-1所示，表中元器件為本設計所要使用的類型與數(shù)量表3-1 電器元件列表類型位置型號數(shù)量斷路器液壓泵電機3VT8100N50TMA/3P+MX1排釘電機3VT8100N10TMA/3P+MX1輸送電機3VT8100N25TMA/3P+MX1電磁離合器5SJ6 0.5A/2P1電磁制動器5SJ6 1A/2P1接觸器液壓泵電機LC 1-D65 10 Q 5C3排釘電機LC 1-D12 10 Q 5C1輸送電機LC 1-D32 10 Q 5C1電磁離合器CJX1-91電磁制動器CJX1-91電磁離合器-DDL-0.6/0

34、.6A1熔斷器液壓泵電機NH000-32A/400VACgG-gL1排釘電機NH000-10A/400VACgG-gL1輸送電機NH000-50A/400VACgG-gL1電磁制動器-DDZ-0.61指示燈-XB7EVF4LC(紅)3開關(guān)電源-ABL1REM240251控制變壓器-NDK-1001控制開關(guān)-XB5AS542C急停按鈕1限位開關(guān)-E2E8MD9接近開關(guān)-XCMD2110M126繼電器液壓泵電機LRD32C1變頻器排釘電機6SE7016-1EA611輸送電機6SE7021-3EB611異步電動機液壓泵電機Y160M-41排釘電機Y100L1-41輸送電機Y132S-41PLC-西門

35、子S7-200CPU22613.3主要電器元件計算與選型3.3.1斷路器（1）斷路器的選用原則（a）斷路器的額定電壓=線路的額定電壓；（b）斷路器的額定電流與過電流脫扣器的額定電流=線路計算負載電流；（c）斷路器的額定短路通斷能力=線路中最大短路電流，注意進出線端的短路通斷能力是否相等；（d）斷路器欠電壓脫扣器的額定電壓=線路的額定電壓；選擇型配電斷路器需考慮短延時短路通斷能力和延時梯級的配合；（e）選擇電動機保護用斷路器需考慮電動機的啟動電流并使其在啟動時間不動作?；\型感應電動機的啟動電流按815倍額定電流計算；（f）漏電保護斷路器需選擇合理的漏電動作電流和漏電不動作電流。注意能否斷開短路電

36、流，如不能斷開短路電流則需和適當?shù)娜蹟嗥髋浜鲜褂?。?）電機斷路器的選擇計算液壓泵電機額定工作電壓U=380V，功率P=11KW，則額定工作電流：I=P/（U1.732COS() =11000/(3801.7320.80.9)=23.2A電機的啟動電流：Ist=0.33（57）倍的電機額定電流=0.33623.2=45.9A所以QF1選擇正泰斷路器3VT8100N50TMA/3P+MX。同理，排釘電機額定工作電流I=2200/（3801.7320.80.9）=4.6AIst=0.3364.6=9.1A所以QF2選擇正泰斷路器3VT8100N10TMA/3P+MX。同理，輸送電機額定工作電流I=

37、5500/（3801.7320.80.9）=11.6AIst=0.33611.6=22.9A所以QF3選擇正泰斷路器3VT8100N25TMA/3P+MX。（3）離合器、制動器斷路器選型計算因為傳送電機功率是P=5.5KW，其輸出轉(zhuǎn)矩為M=P/（2n）=5500/（23.141450）=0.6NM據(jù)此由離合器產(chǎn)品規(guī)格表3-2，選擇離合器為：DDL-0.6/0.6A型（控制電壓DC24V，線圈功率6W）。表3-2 產(chǎn)品規(guī)格表制動器制動扭矩選擇大于等于3倍的電機工作轉(zhuǎn)矩，即30.6=1.8以上。根據(jù)制動器產(chǎn)品規(guī)格表選擇制動器為DDZ-0.6型（額定制動力矩為6NM，工作功率13W，電壓DC24V）

38、由此選擇離合器斷路器為正泰斷路器5SJ6 0.5A/2P型，制動器斷路器為正泰斷路器5SJ6 1A/2P型3.3.2接觸器（1）接觸器選擇原則（a）型式的確定主要是確定極數(shù)和電流種類，電流種類有系統(tǒng)主電流種類確定。三相交流系統(tǒng)一般選用三極接觸器，當需要同時控制中性線時，則選用四極交流接觸器，單相交流和直流系統(tǒng)中則常有兩極和三極并聯(lián)的情況。一般選用空氣電磁式接觸器：易燃易爆場合選用真空接觸器（防爆型）。（b）主電路參數(shù)的確定主電路參數(shù)的確定主要是額定工作電流、額定工作電壓、額定通斷能力和耐受過載電流能力。接觸器的額定電壓=負載回路的電壓；接觸器的額定電流=被控回路的額定電流；對于電動機負載可按經(jīng)

39、驗公式：Ic(接觸器主觸點電流)=Pn（電動機的額定功率）/(K（經(jīng)驗系數(shù)取11.4）*Un（電動機的額定電壓）)吸引線圈的額定電壓應與所接控制電路的電壓想一致（c）輔助電路參數(shù)的確定一般應根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定所需的輔助觸頭種類（常開和常閉）、數(shù)量和組合形式，同時應注意輔助觸頭的通斷能力和其他額定參數(shù)。（d）電壽命和使用類別的選擇根據(jù)具體需要來選用。（2）本設計中接觸器選型計算（a）液壓泵電機接觸器KM1、KM2和KM3選型計算對于星三角啟動的電機，接觸器額定電流=（1.21.5）倍的電機啟動電流=1.345.9=59.67A，據(jù)此選擇接觸器型號為LC 1-D6510Q5C，線圈電壓AC110

40、V 50HZ （3臺）。（b）排釘電機接觸器KM4選型計算同理，接觸器額定工作電流I=1.39.1=11.83A據(jù)此選擇接觸型號為LC 1-D12 10 Q 5C，線圈電壓AC110V 50HZ （1臺）（c）輸送電機接觸器KM5選型計算接觸器額定電流I=1.322.9=29.77A所以選擇接觸器型號為LC 1-D32 10 Q 5C，線圈電壓AC110V 50HZ （1臺）（d）電磁離合器、電磁制動器接觸器選型計算根據(jù)計算結(jié)果，可以根據(jù)正泰選型手冊選擇離合器和制動器的接觸器型號為CJX1-9 線圈電壓AC110V 50HZ （2個）。3.3.3開關(guān)電源（1）適用圍開關(guān)電源是一種新型的直流穩(wěn)壓

41、電源，適用于交流供電不大于260V，頻率為5060Hz的場合，使用于微機產(chǎn)品、通訊設備、儀器儀表與家用電器等各種需支流供電的電子設備中。（2）直流開關(guān)電源選型計算根據(jù)計算結(jié)果，制動器功率和離合器功率分別13W、6W，另外還有接近開關(guān)（9個）和PLC輸入輸出繼電器需要改電源提供電能，但不能準確計算出上述兩項所需功率，所以從不影響工作的角度估計所需的供電總功率為40W。據(jù)此，查施耐德選型手冊，得到直流開關(guān)電源型號為ABL1REM24025（輸入電壓AC220V，輸出電壓DC24V，額定電流2.5A，額定功率60W），型號說明如圖3-4。圖3-4 ABL1REM24025開關(guān)電源型號說明3.3.4控

42、制變壓器考慮變壓器所要帶動的后續(xù)電器是7個接觸器線圈，和3個指示燈，經(jīng)查手冊每個接觸器線圈功率最大為5W，指示燈4.5W，總計功率為57+34.5=48.5W所需變壓器容量P/COS（）=48.5/0.85=57 VA據(jù)此查正泰控制變壓器手冊得到變壓器型號為NDK-100 輸入AC380V輸出AC110V。3.3.5指示燈指示燈包括油泵運行指示燈和排釘電機運行指示燈和輸送電機運行指示3個，且均在AC110V回路中，所以選擇指示燈為XB7EVF4LC(紅) （3個）。3.3.6主令電器（1）控制按鈕控制按鈕是一種結(jié)構(gòu)簡單，應用十分廣泛的主令電器。在電路中用于手動發(fā)出控制信號以控制接觸器、繼電器、

43、電磁起動器等。控制按鈕的結(jié)構(gòu)種類很多，可分為普通掀鈕式、蘑菇頭式、自鎖式、自復位式、旋柄式、帶指示燈式和鑰匙式等，它一般采用積木式結(jié)構(gòu)，由按鈕帽、復為彈簧、橋式觸頭和外殼等組成。為了標明各個按鈕的作用，避免誤操作，通常將按鈕做成不同的顏色。如紅色表示停止按鈕，綠色表示起動按鈕等。本設計中需要急停按鈕選型：本設計中急停按鈕設在PLC的DC24V輸入繼電器回路上，所以選擇XB5AS542C急停按鈕（1個）。（2）行程開關(guān)、接近開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是一種利用生產(chǎn)機械某些運動部件的碰撞來發(fā)出控制指令的主令電器。用于控制生產(chǎn)機械的運動方向、速度、行程大小或位置的一種自動控制器件。其結(jié)構(gòu)多種多樣，一

44、般有三個主要部分：擺桿（操作機構(gòu)）；觸頭系統(tǒng)；外殼。接近開關(guān)又稱無觸頭開關(guān)，它不僅可代替有觸頭行程開關(guān)完成行程控制和限位保護，還可用于高頻計數(shù)、測速、液面控制、加工程序的自動銜接等的非接觸式開關(guān)。接近開關(guān)按其工作原理可分：高頻振蕩式、霍爾式、差動線圈式、電容式等，其中高頻振蕩式最為常用。（a）本設計中接近開關(guān)包括鋼釘在軟管過時的金屬檢測傳感器9個和木板檢測傳感器1個，因為他們均設在DC24V回路中，且經(jīng)過對檢測設備作用的分析，再通過查歐姆龍相關(guān)產(chǎn)品手冊得到接近開關(guān)選擇歐姆龍的E2E8MD（檢測距離8mm10%）9個。（b）本設計中的限位開關(guān)包括排釘氣缸限位開關(guān)和橫梁限位開關(guān)和定位氣缸限位開關(guān)共

45、6個，因為它們設在PLC輸入繼電器回路中，所以選擇限位開關(guān)為XCMD2110M12。如圖3-5所示。圖3-5 限位開關(guān)產(chǎn)品列表3.3.7繼電器熱繼電器在電氣控制過程中起到過載保護的重要功能，熱繼電器的選型原則是熱繼電器額定工作電流和電壓與負載額定工作電流和電壓相符，本設計中只有在液壓泵電機回路設有一個熱繼電器。液壓泵電機的額定工作電流是23.2A，所以選擇熱繼電器型號是LRD32C 整定電流23-32A。3.3.8變頻器變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源，從而控制被控電機在希望的轉(zhuǎn)速下工作?，F(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF

46、變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。（1）變頻器選型原則（a）變頻器類型選擇變頻器可分為通用型和專用型，一般的機械負載和要求高過載情況，選擇通用型變頻器。專用型變頻器又可分為風泵專用型、電梯專用型、力控制專用型等。根據(jù)自身應用環(huán)境加以選擇。（b）變頻器容量選擇變頻器的容量選擇是最重要的，應從負載的實際負荷電流、啟動轉(zhuǎn)矩、控制方式來合理選擇。如負載是風機、水泵，則選擇風泵專用型與電機同功率即可；對羅茨風機和深井泵應選擇風泵專用型比電機功率大一檔的變頻器。啟動轉(zhuǎn)矩是容易忽視的選項，對大的慣量負載，變頻器可能

47、要比電機功率加大數(shù)檔。（2）變頻器選型計算因為變頻器額定工作功率要與電機額定功率匹配，所以排釘電機變頻器額定工功率應大于等于2.2KW，輸送電機功率應大于等于5.5KW。具體型號為：排釘電機變頻器：6SE7016-1EA61，輸送電機變頻器：6SE7021-3EB61。（3）變頻器電源過濾器選型計算電源過濾器的額定工作電流大于等于電機額定電流，因為排釘電機額定電流是4.6A，輸送電機額定電流時11.6A，據(jù)此結(jié)合產(chǎn)品規(guī)格表3-6選型8。表3-3 變頻器電源過濾器規(guī)格表最終選擇排釘電機和輸送電機的電源過濾器型號分別為YC10T1（額定電流10A，AC380V）和YC20T1（額定電流20A，AC

48、380v）。3.3.9電動機自動打釘機由一個11KW 油泵電動機，一個5.5KW 輸送電動機和一個2.2KW 搖釘電動機作為動力源。3.3.10熔斷器由于各種電氣設備都具有一定的過載能力，允許在一定條件下較長時間運行；而當負載超過允許值時，就要求保護熔體在一定時間熔斷。定電流選擇偏大，負載在短路或長期過負荷時不能與時熔斷；選擇過小，可能在正常負載電流作用下就會熔斷，影響正常運行，為保證設備正常運行，必須根據(jù)負載性質(zhì)合理地選擇熔體額定電流11。（1）電動機熔斷器選擇原則（a）單臺直接起動電動機，熔體額定電流=(1.52.5)電動機額定電流。（b）多臺直接起動電動機，總保護熔體額定電流=(1.52

49、.5)各臺電動機電流之和。（c）降壓起動電動機，熔體額定電流=(1.52)電動機額定電流。（d）繞線式電動機，熔體額定電流=(1.21.5)電動機額定電流。（2）本設計中熔斷器選型根據(jù)電動機額定電流，參照表3-4進行選擇。表3-4 熔斷器廠家選型表液壓泵電機處：NH000-32A/400VACgG-gL排釘電機處： NH000-10A/400VACgG-gL輸送電機處： NH000-50A/400VACgG-gL3.4 PLC選型3.4.1 PLC的分類(1)小型 PLC小型PLC的I/O點數(shù)一般在128點以下，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/

50、O以與其它各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以與各種應用指令。(2)中型PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點數(shù)一般在256-1024點之間。I/O的處理方式除了采用一般 PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，存容量更大，掃描速度更快。(3)大型PLC大型PLC 1/O點數(shù)一般在1024點以上。大型PLC的軟、硬件功能極強，具有極強的自診斷功能;通訊聯(lián)網(wǎng)功能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自

51、動化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。3.4.2PLC選型本設計中所選PLC要求具有運行穩(wěn)定，使用簡單方便，價格便宜，很適用于小型控制系統(tǒng)等優(yōu)點，所以選擇了市場上性價比較高的典型的西門子S7-200系列產(chǎn)品9。如表3-5所示。表3-5 S7-200技術(shù)指標根據(jù)設備功能的要求，只需用到輸入點數(shù)為20個點，輸出點數(shù)為16個點，所以選擇無需增設拓展模塊，即完成了控制任務又節(jié)省了成本。本設計選擇CPU 226，24輸入點/16輸出點。4控制程序設計4.1總體程序流程PLC上電，程序首次運行，進行所有輸入/輸出、部位寄存器初始化。當系統(tǒng)條件滿足：自動手動模式開關(guān)處于手動，

52、排釘電機旋鈕、液壓泵啟動旋鈕、輸送電機運行旋鈕、離合器閉合旋鈕、排釘電機運行旋鈕、振動器卡旋鈕、排釘氣缸工作旋鈕、液壓升壓旋鈕以與排釘電機接觸器開旋鈕處于關(guān)閉時，程序執(zhí)行手動/自動切換并處于手動狀態(tài)；否則報警燈亮。當程序處于手動打釘模式時，按下橫梁上升按鈕，橫梁上升，松開后停止，再按下再次上升，知道上限位，按下橫梁下降按鈕，橫梁下降，松開后停止，再按下再次下降，知道下限位。點按排釘氣缸按鈕，排釘氣缸從左限位向右運動到右限位位置，并保持0.5S，自動返回。按下手動定位按鈕，若橫梁在上限位且離合器分開，則定位氣缸下降，知道下限位停止，松手后定位氣缸返回上限位。當機械處于原點位置時，點按手動進料按鈕

53、，離合器閉合，輸送線運料，知道檢測到有木板時離合器分開，制動器制動，制動保持1.2S后松開。當程序處于自動打釘模式時，首先檢查9個鋼釘是否全部漏下，若不夠，報警燈亮；若釘夠，報警燈不亮，這時如果橫梁在下限位則開始上升，同時0.1S后如果釘子未卡住，則排釘氣缸向右推釘，氣缸到了右限位后保持0.5S，之后返回左限位，這時如果橫梁處于上限位且釘夠且定位氣缸在上限位，且木板檢測信號存在，則橫梁下降打釘，到了下限為后，自動返回，同時如果釘未卡住，則排釘氣缸又一次推釘操作，此時如果鋼釘全部漏下，且木板檢測信號存在信號發(fā)生，則橫梁又一次下降打釘，如此往復。關(guān)于報警程序，剛開機時，只要開機條件有任意一項不滿足

54、，則報警等亮，或者按下急停按鈕則報警，前者當把開機條件重新滿足時則報警消除，對后者，只要把開機條件滿足時也可消除。機器正常運行過程中，若按下急停按鈕，則所有程序停止工作，并進入初始化，報警燈亮，只有當回復開機條件時報警燈熄滅，此時設備才可重新工作。下面圖4-1是自動打釘機控制系統(tǒng)PLC程序圖。自動手動模式開關(guān)處于手動且排釘電機旋鈕處于關(guān)閉且液壓泵啟動旋鈕處于關(guān)閉且輸送電機運行旋鈕處于關(guān)閉且離合器閉合旋鈕處于關(guān)閉且排釘電機運行旋鈕處于關(guān)閉且振動器卡旋鈕處于關(guān)閉且排釘氣缸工作旋鈕處于關(guān)閉且液壓升壓旋鈕處于關(guān)閉且排釘電機接觸器開旋鈕處于關(guān)閉。初始化條件是否滿足是否報警燈亮報警燈亮自動模式釘是否夠是否

55、報警燈不亮橫梁是否在上限位是是否否否按下橫梁上升按鈕橫梁下降并到下限位橫梁等待橫梁上升是否釘夠，是否有木板是否卡釘排釘氣缸等待排釘氣缸向右運動并到右限位后返回輸送線運行輸送線停止定位氣缸定位排釘氣缸排釘一次手動模式橫梁上升按下橫梁下降按鈕橫梁下降點按排釘氣缸按鈕排釘一次按下定位氣缸按鈕下降定位點按手動輸送按鈕輸送線運行是排釘氣缸向右邊動并到右限位后返回排釘氣缸等待橫梁等待定位氣缸定位輸送線停止橫梁下降并到下限位橫梁上升報警燈不亮圖4-1 PLC程序流程圖4.2程序梯形圖4.2.1初始化部分初始化，排釘氣缸、定位氣缸、不動作，液壓旁路控制閥不關(guān)閉，橫梁不運動，報警燈熄滅，液壓泵主接觸器斷開，振動

56、器電磁閥關(guān)閉，排釘電機接觸器斷開，輸送電機接觸器斷開，離合器接觸器斷開，制動器接觸器斷開星三角接觸器斷開，輸送電機和排釘電機變頻器不運行。復位M14.0至M15.1中間繼電器。復位離合器按鈕接通標志，輸送線木板檢測標志，推釘卡住標志，手動推釘標志，排釘電機變頻運行關(guān)標志，輸送電機變頻運行關(guān)標志。復位按鈕開關(guān)開機復位標志，按鈕開關(guān)1、2組，制動標志，離合器結(jié)合標志，制動復位標志，液壓關(guān)標志。復位手動氣缸動作標志，離合斷開標志，手動調(diào)整定位氣缸標志。圖4-2部分初始化部分梯形圖4.2.2漏釘檢測部分送釘步信號存在或手動推釘信號存在時復位M14.0至M15.1漏釘檢測標志表4-1。表4-1 漏釘檢測

57、信號地址分配地址注釋M14.0釘1漏下標志M14.1釘2漏下標志M14.2釘3漏下標志M14.3釘4漏下標志M14.4釘5漏下標志M14.5釘6漏下標志M14.6釘7漏下標志M14.7釘8漏下標志M15.0釘9漏下標志M15.1釘夠圖4-3漏釘檢測部分釘夠判斷程序4.2.3切換部分PLC送電開機后，只要開機時所有開機條件處于預設位置狀態(tài)，切換程序進入被調(diào)用執(zhí)行，橫梁如果在上限位且定位氣缸在上限位且排釘氣缸不排釘，則置位原點標志M0.0，同時在如果模式選擇旋鈕在自動模式位置上且排釘電機正在運行，且輸送電機開始轉(zhuǎn)動3S后且木板檢測信號存在，且液壓系統(tǒng)已經(jīng)處于高壓狀態(tài)，則自動允許標志M0.2置位，和

58、手動允許標志M0.1復位，和自動模式初始化允許標志M4.0置位，如果模式開關(guān)處于手動模式位置，機器在原點位置，則手動允許標志M0.1置位和自動允許標志M0.2復位，和打釘允許標志M4.1復位，和自動初始化允許標志M4.0復位，或者下列條件出現(xiàn)時也產(chǎn)生同樣效果，即輸送電機沒有運轉(zhuǎn)或者排釘電機沒有運轉(zhuǎn)或者液壓系統(tǒng)沒有處于高壓狀態(tài)。當PLC送電開機時開機條件有任意一個或多個不滿足時“切換程序”不執(zhí)行。圖4-4切換部分手動到自動切換判斷4.2.4手動操作部分模式選擇開關(guān)旋至手動模式下，按下橫梁上升按鈕，橫梁上升，松開后停止，再按下再次上升，知道上限位，按下橫梁下降按鈕，橫梁下降，松開后停止，再按下再次

59、下降，知道下限位。點按排釘氣缸按鈕，排釘氣缸從左限位向右運動到右限位位置，并保持0.5S，自動返回。按下手動定位按鈕，若橫梁在上限位且離合器分開，則定位氣缸下降，知道下限位停止，松手后定位氣缸返回上限位。當機械處于原點位置時，點按手動進料按鈕，離合器閉合，輸送線運料，知道檢測到有木板時離合器分開，制動器制動，制動保持1.2S后松開。4.2.5自動操作部分PLC送電開機后，如果觸摸屏啟動按鈕按下，且9個鋼釘全部漏下，這時如果橫梁在下限位則開始上升，同時0.1S后如果釘子未卡住，則排釘氣缸向右推釘，氣缸到了右限位后保持0.5S，之后返回左限位，這時如果橫梁處于上限位且釘夠且定位氣缸在上限位，且木板

60、檢測信號存在，則橫梁下降打釘，到了下限為后，自動返回，同時如果釘未卡住，則排釘氣缸又一次推釘操作，此時如果鋼釘全部漏下，且木板檢測信號存在信號發(fā)生，則橫梁又一次下降打釘，如此往復。圖4-5自動模式重復循環(huán)條件判斷4.2.6主設備操作部分 旋開液壓升壓旋鈕，液壓泵開命令不可以執(zhí)行，當它處于斷的狀態(tài)時液壓泵開命令才可執(zhí)行，此時液壓泵電機啟動，10S后，液壓升壓旋鈕可以打開，此時關(guān)閉液壓泵命令失效，只有當先關(guān)閉液壓說升壓旋鈕0.1S后才可關(guān)閉液壓泵，或者按下急停按鈕，立即無條件停止液壓泵電機。排釘電機運行旋鈕處于“通”位置時，排釘電機接觸器開旋鈕命令不可執(zhí)行，當排釘電機運行旋鈕處于“斷”位置時，排釘