课程设计-带PLC+变频器的带式运输机传动系统

1 目录第一部分课程设计前言································2一、课程设计目的···································2二、设计任务········································2三、设计内容········································2第二部分传动装置的总体设计·························3一、传动方案········································3二、电动机的选择····································4三、计算传动装置的运动和动力参数····················5四、传动装置的选择与校核····························5第三部分控制系统的总体设计··············7一、控制装置的选择··································7二、控制系统设计····································11第四部分心得体会····································17第五部分参考文献····································172 第一部分课程设计前言一、课程设计目的1．学习机电一体化系统总体设计方案的拟定。2．通过机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。3．通过进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。4．通过控制系统的设计，掌握一些典型控制系统的设计方法和控制软件的设计思路。5．培养学生独立分析问题和解决问题的能力，并培养系统设计的思想。 6．提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。二、设计任务：设计一种供带式运输机使用的传动系统。三、设计内容 1，电动机选型 2，PLC 和变频器选择 3. 传动系统设计： 1）机械部分设计：传动系统与运输机的联接设计 2）控制部分设计：3 控制装置及控制设计第二部分传动装置的总体设计一、传动方案 1．主要设计参数（1）运输带工作拉力:2300(N) （2）运输带传输速度: 1.8~2.0(m/s) （3）卷筒直径:       290(mm) （4）运输机工作条件：在不同速度下连续运转，载荷平稳，空载起动，两班制工作，使用期 5 年。运输带速度允许误差 5%. 2、电动机直接与皮带轮连接，皮带轮与卷筒连接。3、方案简图如下：确定传动方案:采用V带传动4 图1传动方案图二、电动机的选择1、选择电动机的类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型2、选择电动机的功率由电动机至运输带的传动总效率为： 3 2 1 η η η η a**=（、、、 3 2 1hhh分别是带传动、轴承和卷筒的传动效率）分别取 1h=0.96、 2h=0.98、 3h=0.96 96 . 0 * 98 . 0 * 96 . 0= a η =0.9所以 KW η V F Ρ α 1 . 5 9 . 0 1000 2 2300 1000 max=´´=**= KW V F Ρ a 6 . 4 9 . 0 1000 8 . 1 2300 * 1000 min=´´=*=h3、确定电动机的转速:卷筒轴的工作转速为 min 132 290 2 1000 60 1000 60 max r π π*D V * n=´´´== min 118 290 8 . 1 1000 60 1000 60 min r π π*D V * n=´´´==按指导书表取V带的传动比 5= i ，故电动机转速的可选范围 min 660 590 ) 132 118 ( 5 r ) ( *n i n ’ d-=-´== ah=0.9 KW Ρ KW Ρ 6 . 4 1 . 5 min max==n=118-132r/min电动机型号Y160M2-85 根据转速和功率，取电动机型号：Y160M2-8电动机的具体参数如下表：三、计算传动装置的运动和动力参数1、计算轴转速 min 132 290 2 1000 60 1000 60 max r π π*D V * n=´´´==2、计算轴输入功率 KW V F Ρ 6 . 4 1000 2 2300 1000 max=´=*=3、计算轴输入转矩 NM d T T d 5 . 333 1000 2 290 2300 2 *=´´==四、传动装置的选择与校核1、轴的设计选择轴的材料：选取40Cr钢,调质处理。2、初步计算轴的最小直径用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式： 3 0 n P A d³，选用40Cr调质钢，查机设书P370表15-3，得 106 0= A min 720r n m= min 132 max r n= KW P 6 . 4 max= NM T 5 . 333=6 mm d 6 . 34 132 6 . 4 106 3=´³故初选 mm d 50 min=3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，选用如下方案：图2卷筒轴4、确定滚动轴承因轴承受径向力和轴向力作用大，转速较小，载荷大，故选用角接触球轴承7212AC， mm mm mm B D d 22 110 60´´=´´，故 mm d d 60 3 1==。5、确定V带和带轮直径（1）工作情况系数： 2 . 1= A K （2）计算功率： KW P K P A c 12 . 6 1 . 5 2 . 1 *=´==（3）选带型号：B型（4）小带轮的直径：查表得 mm d 160 1=。，取 mm d 160=大带轮，由于传动比 5= i 所以取 mm D 800 5 160 1=´=,圆整为 mm d 50 min= 2 . 1= A K KW P c 12 . 6= mm d 160=7 D=800mm。验证带速V s m dn v / 5 . 5 1000 60 660 160 14 . 3 1000 60=´´´=´=p因为 s m v s m / 30 / 5，故带速合适。（5）计算带长初取中心距 mm a 700 0=计算带所需的基准长度： mm a d D d D a L 2 . 3163 400 4 ) 160 800 ( ) 160 800 ( 2 700 2 4 ) ( ) ( 2 2 2 0 2 0=´-++´+´=-+++=pp选带的基准长度为 mm L 3150=计算实际中心距 mm L L a a 694 2 3163 3150 700 2 0 0=-+=-+=中心距的变化范围为646mm-788mm。（6）验算小带轮上的包角oooooo 90 1 . 127 694 3 . 57 ) 160 800 ( 180 3 . 57 ) ( 180=--=--= a d Da（7）计算带的根数查表得 kw P 09 . 2 0= kw P 22 . 0 0=D 85 . 0=a K 07 . 1= l K 于是 KW K K P P p L r 1 . 2 07 . 1 85 . 0 ) 22 . 0 09 . 2 ( ) ( 0 0=´´+=D+=a计算V带的根数 91 . 2 1 . 2 12 . 6=== r ca P P Z ，故取3根 mm D 800=v=5.5m/s mm L 3150=a=694mmo 1 . 127=a8 第三部分控制系统的总体设计一、控制装置的选择1、变频器的选择由电动机的功率 KW P 5 . 5=，并且运输带属于恒转矩负载，根据变频器型号表可以选出，所需变频器型号为EV1000-4T0055G.变频器具体参数如下：变频器型号额定容量（KVA）额定输入电流（A）额定输出电流（A）适配电机（KW）EV1000-4T0055G8.914.613.05.5Z=3变频器型号为EV1000-4T0055G9 图3变频器的外形图10 图4变频器安装示意图2、PLC的选择 PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。PLC型号为 EC10­1614BTA11 综合以上选型基本原则，选择的 PLC 为 EC10­1614BTA 图 5  EC10­1614BTA主模块外形结构及端口分布F0.0=212 EC10­1614BTA 的具体参数如下表型号电源电压 Vac 输入/ 输出点数数字量输入信号电压数字量输出类型数字量输入端 /公共端数字量输出端 /公共端 EC10­16 14BTA 85­264 16/14 24Vdc 晶体管 16/1 14/4 二、控制系统设计 1，PLC 与变频器自由口协议通讯（1）组网方式：单机 RS485 连接图 6  PLC 与变频器组网方式（2）关键参数设置变频器功能码名称设定范围最小单位设定值F0.00频率给定通道0：数字给定1，LED键显示12F0.03=2FF.00=001513 选择1：数字给定2，端子UP/DN调节2：数字给定3，串行口给定3：VCI模拟给定（VCI-GND）4：CCI模拟给定（CCI-GND）5：端子脉冲（PULSE）给定6：LED键盘显示单元电位计给定F0.03运行命令通道选择0：LED键盘显示单元运行命令通道1：端子运行命令通道2：串行口运行命令通道12FF.00通讯配置LED个位：波特率选择0：300BPS1：600BPS2：1200BPS3：2400BPS4：4800BPS5：9600BPS6:19200BPS7：38400BPSLED十位：数据格式10015 FP.01=0 FP.02=014 0：1-8-1格式，无校验1：1-8-1格式，偶校验2：1-8-1格式，奇校验LED百位：虚拟输入端0：无效1：有效LED千位：接线方式0：直接电缆连接（RS485）1：MODEM连接方式(需RS485-RS232适配器转换)FP.01参数写入保护0：全部参数允许被改写；1：除设定频率（F0.02）和本功能码外，其它功能码参数禁止改写2：除本功能码外，全部禁止改写10FP.02参数初始化0：无动作1：清除故障记录（FL.14~FL.19）2：恢复出厂设定值10 PLC 在 Controlstar“系统块”的“通讯口”选项卡中设置相应的通讯参数，包括波特率，起始位，数据位,停止位，15 校验位和 PLC 站地址。（3）PLC 与变频器通过 RS485 接口连接。图 7 电气原理图（4）根据所需的速度分配变频器控制电动机的频率。传送带速度m/s大带轮转速r/min电动机转速r/min电动机频率HZ1.8118.60593.0239.531.84121.24606.1940.411.88123.87619.3741.291.92126.51632.5542.171.96129.15645.7343.052131.78658.9143.93 (5)连接按钮与 PLC 的输入端并分配各按钮的功能。按钮 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB716 PLC 输入端口 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 功能正转速度1 正转速度2 正转速度3 正转速度 4 正转速度 5 停止反转速度 1 (6) 在 Controlstar 编程环境中编写课程设计程序。图 8 Controlstar 主界面编写的程序如下：1718 第四部分心得体会机电一体化课程设计是机械专业机电一体化方向学习当中一个重要环节。本次课程