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河南科技大学
课程设计说明书
Kechengshejishuomingshu
地
市：
洛阳市
准考证号：
姓
名：
张恢复
河南省高等教育自学考试
河南科技大学
上料机构系统设计
摘
要
首先讲述了机电一体化的定义，构成，现状以及未来发展趋势。
再次论文主要讲述，上料系统的电路控制，
PLC
接线，以及机械图，设计侧
重于电气控制，讲
述了电气元件，
I/O
分配，程序设计，以及上料系统的调试，
功能。
电气元件主要有伺服驱动器，
按
钮，
熔断器，
交流接触器等，
从功能参
数，
讲解了元件的使用，
I/O
分配定
义了接口的含义，
能直观的理解各个信号的功能，
在后续的程序
中，也能更好的被应用。程序设计，设计了手动和自动两个模式，
这样也方便后续的机台
维修，操作。
本次设计，让我
更加理解机电工程，对电路设计，
PLC
的应用有了更深的体<
/p>
会，培养了分析和解决一般工程实际问题的能力，为以后的工作奠定了基础。
关键字
电气控制，电气元件，功能调试，程序设计
1
河南科技大学
目
录
摘
要
.........................................
...........
1
目
录
...............
.....................................
2
前
言
.........................................
...........
4
第一章
机电一体化简介
....................................
5
1.1
机电一体化技术
....................................
5
1.2
机电一体化系统构成
................................
5
1.3
机电一体化现状及发展趋势
..........................
6
1.3.1
机电一体化的现状
.............................
6
1.3.2
机电一体化的发展趋势
.........................
7
第二章
硬件设计
............
..............................
8
2.1
电气控制系统分析
.
................................
..
8
2.2
上料机构系统功能概述
..............................
9
2.3
电气控制线路分析
.
................................
.
10
2.3.1
主电路分析
..................................
10
2.3.2
PLC
接线图
.
..................................
10
2.4 PLC
I/O
分配与程序设计
.
...........................
11
2.4.1
输入
输出分配
...............................
11
2.4.2
机台程序设计
................................
12
2.5
元件介绍
.........................................
30
2.5.1
自动空气断路器
.
..............................
30
2.5.2
熔断器
......................................
32
2
河南科技大学
2.5.3
接触器
......................................
35
2.5.4
按钮
..............
..........................
37
2.5.5
伺服驱动器
..................................
37
第
3
章
上料系统调试
.....................................
38
3.1
调试过程
............
.............................
38
结
论
<
/p>
........................................
..........
39
参考文献
............
....................................
40
致
谢
.........................................
..........
41
3
河南科技大学
前
言
本次课
程设计，
让我更加理解所学专业，
也让我有机会，
理论与实际相结合，
为以后的工作奠定良好的基础。
课程设计的难点是熟悉所设计的上料系统，
理解机台的工作流程，
根据需要，
分配
I/O
，设计程序，设计的重点是器件的选择，功能参数，以及上料系统的调
试，在设计的过程中，查看了大量的资料，让我的理论有了一定的提升，也复习
了以前所学习的东西，实践的操作，让我明白，单单只是理论是不够的，实践才
< br>能让我有进步，
在以后的工作中，
我也会更加注重理论与
实践相结合。
课程设计
在一定程度上也培养了我分析问题和解决
问题的能力。
4
河南科技大学
第一章
机电一体化简介
1.1
机电一体化技术
机电一体化是指在机构的主功能，动力功能，信息处理功能和控制功能上引
进
电子技术，机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
机电一体化技术是结合机械技术和电子技术于一体的系统
技术随着计算机技
术的迅猛发展和广泛应用，
机电一体化技术获
得前所未有的发展，
成为一门综合
计算机与信息技术，
自动控制技术，
传感检测，
伺服传动技术和机械
技术等交叉
的系统技术，
目前正向光机电一体化技术方向发展，
应用范围越来越广，
机电一
体化技术具
体包括以下内容：
1
）
机械技术
机械技术是机电一体化的基础，
机械
技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高新技术来更新概
< br>念，
实现结构上，
材料上，
性能
上的变更，
满足减少重量，
缩小体积，
提高精度，
提高刚度及改善性能的要求，
在机电一体化系统制造
过程中，
经典的机械理论与
工艺应借助计算机辅助技术，
同时采用人工智能一专家系统等，
形成新一代的机
械制造技术。
2
）计算机与信息技术，其中信息交换，存储
，远算，判断与决策，
人工智能技术，专家系统技术，神经网络技术均属于计算机信息处
理技术。
3
）
系统技术
系统技术即以整体的概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统
目标，
将总体分解成相互关联的若干功能单元，
借口技术是系统技术中一个重要
方面，它是实现系统各部分有机连接的保证。
4
）自动控制技术
其范
围很广，在
控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包
括
如高精度定位控制，
速度控制，
自适
应控制，
自诊断校正，
补偿，
再现，<
/p>
检索等。
5
）
传
感检测技术
传感检测技术是系统的感官，
是实现自动控制，
自动调节的关
键环节，其功能越强，系统
的自动化程序就越高，现代工程要求传感器能快速，
精准地获取信息，
< br>并能经受严酷的环境的考验。
它是机电一体化系统达到高水平
的保证。
6
）伺服传动技术，包括电动，气动，液压等各种
类型的传动装置，伺
服系统是实现电信号到机械的转换装置与部件，对系统的动态性能，
控制质量，
伺服系统是实现电信号到机械的转换装置与部件，
对
系统的动态性能，
控制质量
和功能有决定性的影响。
1.2
机电一体化系统构成
机电一体化系统
由若干具有特定的功能的机械和电子要素组成的有机整体，
具有满足的使用要求的最佳功
能，
机电一体化系统，
主要是指机械系统与电子系
统相互置换和有机结合，从而赋予新的功能和性能的新一代产品，有良好的
人
机协作关系，一个机电一体化的系统主要是由机械装置，执行
装置，动力源，传
感器，计算机这
5
个
要素构成。
1
）机械装置
机械装置包括机架，
机械连接，
机械传动等，
它是机电一体化
的基础。
起着支撑系统中其他功能单元
，
传递运动和动力作用，
与纯粹的机械产
品相比，
机电一体化系统的技术性能得到提高，
功能得到增强
，
这就要求机械本
体在机械结构，
材料
，
加工工艺性以及几何尺寸等方面能够与之相适应，
具有高
效，多功能，可靠和节能，小型，轻量，美观的特点。
2
）执行装置
执行装置的作用是根据电子控制单元的指令驱动机械部件的
远动，
执行器是运动部件，
通常采用电力驱动，
气压驱动和液压驱
动等几种方式。
3
）动力源
动力源是机电一体化产品能量供应部分，
其作用是按照系统控制
5
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要求向机械系统提供能
量和动力系统正常运行。
提供能量的方式包括电能，
气能
和液压能，以电能为主。
4
）传感器
传感器包括各种传感器以及信号检测电路，
其作用就是检测机电
一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参数的变化，
并将信号给电子控制单
元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。
5
）计算机
计算机又称电子控制单元，
是机电一体化系统的核心，
负责将来
各自感应器的检测信号和外部输入命令进行集中，储存，计算，分析，根据信息
处理结果，
按照一定的程度和节奏发出相应的指令，
控制整个系统有目的地进行。
1.3
机电一体化现状及发展趋势
1.3.1
机电一体化的现状
现代科学技术的发展极大地推动了
不同学科的交叉和渗透，引起了工程领
域的技术改造与革命。
在
机械工程领域，
由于微电子技术和计算机的迅速发展及
其向机械
工业渗透所形成的机电一体化，
使机械工业的技术结构，
产品机
构，
功
能与构成，
生产方式及管理体系
发生了巨大变化。
使工业产生由机械电气化迈入
了机电一体化，
为特征的发展阶段。
世界范围内机电一体化的发展大体分为三
个阶段，第一阶段为
20
世纪
60
年代以前，
由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，
机械技术与电子技术的
结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无
法大量推广；第二阶段为
20
世纪
70
-80
年代，这一时期，计算机技术，控制技术，通讯技术的发展，为
< br>机电一体化的，
发展奠定了基础，
大规模，
超大规模集成电路和微型计算机的发
展，
为机电一体
化的发展提供了充分的物质基础；
第三阶段为
20
世纪
90
年代后
期，
开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，
机电一体化程现深
入发
展时期，一方面，光学，通讯技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电
一体化中崭露头角，
出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支，
另一方面对
机电一体化系统的建模设计，
分析和集成方法，
机电一体化的学科体系和发展趋
势都进行了
深入研究，
同时，
由于人工智能，
神经
网络技术及光纤技术等领域取
得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。
目前机电一体化技术的主要应用领域有
;
1)
数控机床
数控机床及相应的数控技术经过
40
年的发展，在结构
，功
能控制和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1.
总线式，模块式，紧凑型的
结构，即采用
C
PU
，多主总线的体系结构。
2.
开放
性设计，即硬件体系结构和功
能模块具有层次性，兼容性，符合接口标准能最大限度地提
高用户的使用效益。
技术和智能化，系统能提供面向车间的编程
技术和实现二
三维加工过程
的动态仿
真。
并引入在线诊断，
模糊控制等智能控制。
< br>4.
大容量储存的应用和软
件的模块化设计，不仅丰富了
数控功能，同时也加强了
CNC
系统的控制功能
5.
能实现多过程，
多通道控制，
即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制
多台和多种机床的能力，
并将刀具破损检测，
物料搬运，
机械手等控制都
集成到
系统中去。
6.
系统的多级网络
功能，
加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力
7.
以单板，单片机作为控制机。加上专用芯片及模块组成结构紧凑的数控装置。
2
）计算机集成制造系统（
CI
MS
）
CIMS
的实现不仅是现有各
分散系统的简
单组合，
而是全局动态最优综合，
它打破原有部门之间的界限，
以制造为基干来
控制物流
和信息流，实现从经营决策，产品开发，生产准备，生产试验到生产经
6
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营管理的有机结合，<
/p>
企业集成的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的
优化，
各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
3
）柔性制造系统（
FMS
）
柔性制造系统是计算机的制造系统，主要由计算
机，数控机床，
机器人，料盘，自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机
地，实时地，按量地按照
装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别
适合多品种，中小批量，设计更改
频繁的离散零件的批量生产。
4
）工业机器人
第一代机器人亦称示教再现机器人，
它们只能示教进行重复
运动。对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性
;
第二
代机器人带有各
种先进的传感原件，
能获取作业环境和操作对象
的简单信息，
通过计算机处理分
析，做出一定的判断，对动作反
馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化，
第三代机器人即智能机器人，
具有多种感知功能，
可进行复杂的逻辑思维，
判断
和决策，在作业环境中独立行动，与第五代计算机关系密切。
从
20
世纪
8
0
年代初我国才开始在这方面研究和应用，
国务院成立了机电一
体化领导小组并将该技术列入“
863
计划”在制定九五规划和
2010
年发展纲要
< br>时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由可能带来的形响。
许多<
/p>
大专院校，研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量工作，
取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。
1.3.2
机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械，电子，光
学，控制，计算机，信息等多学科的交叉综
合，
它的发展和进步
依赖并促进相关技术的发展和进步，
因此，
机电一体化的主
要发展方向如下。
1
）全系统化一智能化。今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，
智能化水平
越来越高。
模拟人类智能，
使它具有判断，
逻辑思维，
自助决策能力。
以求得到更高的控制目标，
这主要受益于模糊技术，
信息技术的发展，
机器人与
数控的智能化就是其重要应用。
2
）光机电一体化，一般的机电一体化系统是由传感系统，能源系统，信息
处理系统，机械结构等部件组成的，因此，引进光学技术，能有效地改进机电一
< br>体化系统的传感系统的性能，
能源系统和信息处理系统性能，
光机电一体化是机
电产品发展的重要趋势。
3
）微型机电化一微型化，泛指几何尺寸不超过一立方厘米的机电一体化产<
/p>
品，正向微米，纳米级发展，目前，利用半导体器件制造过程中的刻技术，在实
验室中已制造出亚微米级的机械元件。
当将这一成果用于实际产品时，
就没有必
要区分机械部分和控制器了，届时机械和电子完全可以融合
。机体，执行机构，
传感器，
CPU
等
可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件，这种微型机械
学是机电一体化的重要发
展方向。
4
）技术产品一网络化，<
/p>
20
世纪
90
年
代，计算机技术等的突出成就是网络
技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术，工业
生产，政治，军事，教育等
都带来了巨大的变革，
各种网络将全
球经济，
生产连成一片，
企业间的竞争也将
全球化，机电一体新品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅
销全
球。
由于网络的普及，
基于网络的各种运程控制和监视技术方兴
，
而运程控
制的终端设备本身就是机电一体化的产品，
因此，
机电一体化产品无疑朝着网络
化方向发展
。
5
）自律分配系统化一柔性化，未
来的机电一体化产品，控制和执行系统有
7
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< br>足够，有较强的柔性，能较好地应付突发事件，被设计成自律分配系统，在自律
分
配系统中，
各个字系统是相互独立工作的，
子系统为总系统服务
，
同时具有本
身的自律性，
可根据不同
的环境条件做出不同的反应，
其特点是子系统可产生本
身的信息
并附加所给信息，在总的前提下，具体行动是可以改变的，这样，即明
显地增加了系统的
适应能力，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。
6
）设计产品一绿色化，
工业的发展给人们生活带来了巨大的变化，<
/p>
一方面，
物质丰富，生活舒适，另一方面，资源减少，生态环境受
到严重污染，于是，人
们呼吁保护环境，
回归自然，
绿色产品概念在种呼声下应运而生，
绿色化是时代
的趋势，绿色产品在其设计，制造，使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境
保护和人
类健康的要求，
对生态无害或危害极少，
资源利用率高，
设计绿色的机
电一体化产品，具有运大的发展前途。
< br>
第二章
硬件设计
2.1
电气控制系统分析
生产中使有的机械设备种类繁多，
其控制线路和拖动控制方式各不相同，<
/p>
通
过分析典型机械的电气控制系统，
一方
面进一步学习并掌握电气控制线路组成以
及基本控制电路在机床的应用，
掌握分析电气控制的方法与步骤，
培养读图的能
力。<
/p>
另一方面通过几种有代表性的机床控制线路分析，
使读者了解电气
控制系统
中机械，液压与电气控制配合的意义。为电气控制的设计，安装，调试，维护打
下基础。分析机械设备的电气控制系统，应掌握以以下几点。
⑴
能阅读设备说明书。
说明书是一台机械设备的档案资料，
涉及该设备机
械和电气的操作，技术说明及维护的相关内容及图样。
⑵
能结合典型线路进行分析，利用
前面的基本电路将控制系统化整为零，
即按功能的不同分成若干局部电路。
如果控制线路较复杂，
则可先将与控制系统
关系不大
的照明，显示和保护等电路暂时放在一边，采用“查线法”或“逻辑代
数法”先分析线路
的主要功能，然后再集零为整。
⑶
能结合理论进行分析。任何电气控制系统无不建立在所学的基础之上。
< br>如电动机的正反转，
调速等是同电机学的；
交直流电源，
电气元器件以及电子线
路部分有是和所学的电路理论及电子技术
相联系的。
总之，
要学会所学理论分析
控制系统的工作原理。
⑷
掌握一般的分析步骤。
第一，
看电路的说明和
备注，
有助于了解该电路
的具体作用。第二，分清电气控制线路
的主电路，控制电路，辅助电路，交流电
路和直流电路。
第三，
从主电路入手，
根据每台电动机和执行器的控制要求去分
8
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析控制功能。分析主电
路时，可采用从下往上看，即从用电设备开始，经控制元
件，顺次往电源看，再采用从上
而下，从左往右的原则分析控制电路，依据前面
的基本控制电路，将线路化整为零，分析
局部功能；最后分析辅助控制电路，联
锁保护环节等。
第四，<
/p>
将电气原理图和布置安装图结合起来，
进一步研究电路的
整体控制功能。
2.2
上料机构系统功能概述
上料机构主要有伺服电机，
伺服驱动器，
衔铁，<
/p>
电磁阀，
丝杆，
气缸等组成。
如图所示，
主要实现产品的加工模具上料，
可以实
现上下两层的上料，
这样就节
约了一定的人力。
1.
控制要求
当小流水线上有料时，
会自动吸料，
每吸两个
料会放一次，
总共放六次，
当放满时气缸会推一次，
首次推会到下层，
下一次放满会抬升推上层，
这样
循环
下去，没料时会停在流水线上层，等料。
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2.3
电气控制线路分析
2.3.1
主电路分析
当空开
QF
闭合，电控柜风扇
FAN
得电转动。按下启动按钮
KA
继电器
KM
动作触
点闭合，电机
SM2
，伺服马达
SM1,PLC 24V
电源得电。
2.3.2 PLC
接线图
输入接线图
10
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输出接线图
2.4 PLC
I/O
分配与程序设计
2.4.1
输入
输出分配
X000
X001
X002
X003
X004
X005
X006
X007
X010
X011
X012
X013
X014
X015
X016
X017
X020
X021
伺服左限
伺服原点
伺服右限
伺服报警
伺服备妥
烤炉上层有料检测
烤炉下层有料检测
Y000
Y001
Y002
Y003
Y004
Y005
Y006
伺服脉冲输出
伺服方向输出
伺服急停
伺服报警清除
取料气缸一上控制
取料气缸一下控制
推料气缸前控制
推料气缸上控制
电磁铁一控制
启动指示
复位指示
伺服使能
电磁铁二控制
推料气缸退控制
顶升气缸下控制
取料气缸二上控制
取料气缸二下控制
流水线控制
11
取料气缸一上料检知
Y007
取料气缸一下料检知
Y010
推料气缸前检知
推料气缸后检知
顶升气缸上检知
顶升气缸下检知
流水线来料检知
启动按钮
停止按钮
复位按钮
Y011
Y012
Y013
Y014
Y015
Y016
Y017
Y020
Y021
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X022
夹治具方向错误检知
Y022
其他厂家皮带线
X023
取料气缸二上检知
Y023
电磁铁一去磁
X024
取料气缸二下检知
Y024
电磁铁二去磁
X025
皮带停止按钮
Y025
备用
X026
急停按钮
Y026
备用
X027
烤炉暂停中信号
Y027
备用
2.4.2
机台程序设计
12
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13
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14
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15
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16
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