PLC用于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計

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黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)論文 于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計 姓 名 ： 赫 兆 南 指導(dǎo)教師 ： 孟 婷 婷 專 業(yè) ： 機電一體化技術(shù) 班 級 ： 0 8 4 2010 年 7 月 20 日 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 I 目 錄 摘 要 1 前 言 2 1 皮帶傳輸機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程 3 帶傳輸機的結(jié)構(gòu) 3 帶運輸機的電氣控制要求 3 帶運輸機的總體方案確定 3 2 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 4 4 5 5 件電路主電路圖及說明 6 件電路的接線要求 7 3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 7 件設(shè)計思路 7 序流程圖與梯形圖及說明 7 4 抗干擾的設(shè)計 9 備選型 9 合抗干擾設(shè)計 9 5 系統(tǒng)調(diào)試 9 結(jié)論 10 參考文獻(xiàn) 11 致 謝 12 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 1 于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計 摘 要 : 針對中小型皮帶運輸機的控制系統(tǒng)采用繼電器控制，存在可靠性差、勞動強度大、生產(chǎn)效率低的問題，開發(fā)一種基于 皮帶運輸機控制裝置。本控制系統(tǒng)選用 列 為控制器。在硬件電路設(shè)計中，完成 型及外部低壓電器的選用，設(shè)計了硬件接線圖，提出了接線要求，使之具有控制和保護(hù)作用。在軟件設(shè)計中，給出了程序流程圖，并設(shè)計出梯形圖程序。將硬件和軟件有機結(jié)合，使控制系統(tǒng)運行可靠，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的。 關(guān)鍵詞 : 皮帶運輸機 , 集中控制 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 2 前 言 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦、冶金、鋼鐵、電廠等方面對于皮帶機的運用有了新的要求。皮帶運輸機又稱帶式輸送機，是一種連續(xù)運輸機械，也是一種通用機械。即可以運送散狀物料，也可以運送成件物品。工作過程中噪音較小，結(jié)構(gòu)簡單。皮帶運輸機可用于水平或傾斜運輸。皮帶運輸機還應(yīng)用與裝船機、卸船機、堆取料機等連續(xù)運輸移動機械上以前的皮帶運輸機的電氣控制大多采用繼電器、接觸器控制，采用手工操作方式，存在勞動強度大、能耗嚴(yán)重、維護(hù)量大、可靠性低等缺點。隨著工業(yè)的發(fā)展，繼電器 控制系統(tǒng)無法達(dá)到相應(yīng)的要求，因此根據(jù)不同行業(yè)不同用戶的要求開發(fā)專用的皮帶運輸機的控制系統(tǒng)，為此采用 采用可編程控制器 制的系統(tǒng)優(yōu)勢有 ：（ 1） 可靠性高，皮帶機綜保裝置以 統(tǒng)具備高可靠性和強抗干擾性等特點，對環(huán)境要求不高 ,適用于惡劣環(huán)境中工作。(2)配置靈活， 有極強的處理能力，以及大的 I/現(xiàn)場控制要求發(fā)生變化時，只需改變程序即可，因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng) ，即可控制一臺單機，又可控制一條生產(chǎn)線；既可現(xiàn)場控制，又可遠(yuǎn)程控制。 (3)設(shè)備擴(kuò)展性強， 后可以很方便添加新設(shè)備和皮帶控制。從而避免了以前上一套設(shè)備需更換一套控制設(shè)備的弊端，節(jié)省了大量人力和財力。 (4)維護(hù)方便，模塊連接采用插拔式接線端子排，更換、維護(hù)非常方便。 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 3 帶傳輸機的結(jié)構(gòu) 皮帶運輸機由皮帶、機架、驅(qū)動滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成 。組成結(jié)構(gòu)的示 意圖如圖 1 所示，原材料運輸機輸送示意圖如圖 2 所示。 1 2 3 帶運輸機的電氣控制要求 圖 1 皮帶運輸機的組成圖 計目的和技術(shù)要求 (1）啟動時先啟動最后一臺皮帶機，然后每隔 15S，依次從后向前啟動各臺皮帶機。 (2）停車時首先停止最前面一臺皮帶機，待料運送完畢后，每隔30S 依次從前向后停止各臺皮帶機。 (3）當(dāng)某臺皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機和前面的皮帶機立即停 圖 2 原材料皮帶運輸機的輸送示意圖 止，而該皮帶機以后的皮帶機待料運送完后停止。例如，電機 生故障， 即停止，經(jīng)過 30S 延時后 止，再過 30S， 止。 帶運輸機的總體方案確定 皮帶運輸機控制可采用 種控制方法的比較如下： (1) 方式 ：繼電器的控制是采用硬件接線實現(xiàn)的，是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。 控制邏輯是以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制 邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線。 （ 2) 速度 ：繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級，機械觸點有抖動現(xiàn)象。 度快，微秒級，嚴(yán)格同步，無抖動。 （ 3) 控制 ：繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現(xiàn)延時控制，而時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時間困難。 鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便，不受環(huán)境影響。 通過對兩種控制方式的比較， 實現(xiàn)皮帶運輸 機的自動化；而采用繼電器控制方式，這種控制方式還停留在人工操作，效果也就不是很明顯。為此采用 而 中控制就是一臺多個 I/行的是一對多的控制方式；分散控制是多臺 每臺的 ，實現(xiàn)的是多對多的控制方式。 兩者的優(yōu)缺點比較如下表 1： 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 4 表 1 方案比較 方案 優(yōu)點 缺點 一 控制集中、緊湊、易于安裝、占地少、費用少。 一旦故障影響 全裝置、運行時難于維護(hù)。 二 控制分散、互不影響、便于維護(hù)。 占地較大、費用略高。 考慮到控制成本，占地等綜合因數(shù)還是采用 中控制方式較為合理。 結(jié)合 制與集中控制，本篇論文對皮帶運輸機就采用 中控制方案。 型及 I/O 表的分配 輸入信號 : 啟動開關(guān) 需要 1個輸入端 停車開關(guān) 需要 1個輸入端 故障開關(guān) 需要 4個輸入端 以上共需 6個輸入信號點，考慮到以后對系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充， 留有 15%的備用點，共需 7個輸入點。 輸出信號 : 電動機 需要 4個輸出端 報警燈 需要 1個輸出端 停車 需要 1個輸出端 故障 需要 4個輸出端 以上共需 10 個輸入信號點，考慮到以后對系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充，留有 15%的備用點，共需要12 個輸出點。所以我們選用日本 三菱 公司 列 48 點 I/O（輸入為 24 點輸出為 24 點）可編程控制器，它具有以下幾個特點： （ 1) 同步控制 高速計數(shù)功能可以和脈沖輸出功能結(jié)合起來，依照輸入脈沖頻率按比例產(chǎn)生一個特定的輸出脈沖。 （ 2) 高速處理 高速處理包括 50快速響應(yīng)輸入，更短的掃描周期 （ D）和 1定時器，高速處理可以在很大程度上提高生產(chǎn)效率，以包裝機械為例，這可以顯著縮短檢測標(biāo)簽記號和檢測產(chǎn)品之間的時間間隔。 （ 3) 高速計數(shù)器 持單軸高速計數(shù) 20相或 5相，線形計數(shù)方式（加 /減）從 88607 四軸高速計算（中斷計數(shù)方式） 2相 加或減從 0000 到 4) 脈沖輸出位置控制 持 4 種脈沖 方式 2 點： 10沖輸出 1 點： 10 /減速定位 )脈沖輸出 2 點： 出 1 點：同步控制功能 （ 5) 口 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 5 供一個內(nèi)置的 口能方便地連接可編程終端，確認(rèn)操作環(huán)境和調(diào)試時能實現(xiàn)可視化 。 （ 6) 價格低廉 在價格方面 是比較便宜的，因為 1 個 可以控制整個控制系統(tǒng)。 一般情況下輸入點與輸入信號，輸出點與輸出控制一一對應(yīng)。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號分配給每一個輸入信號和輸出信 號。在本系統(tǒng)中報警器是幾個信號共用一個輸出點，各報警因素按邏輯關(guān)系并聯(lián)后接到報警輸出點。 I/O 分配表如圖所示號。在本系統(tǒng)中報警器是幾個信號共用一個輸出點，各報警因素按邏輯關(guān)系并聯(lián)后接到報警輸出點。 I/O 分配表如表 2 所示。 表 2 I/0 分配表 輸入 啟動按扭 停車按扭 故障按扭 輸出 報警燈 障輸出點四個 車輸出點 機點四個：電機 電 機 電機 電機 圍硬件電路的設(shè)計與硬件電路圖 圍硬件電路圖 圖 3 外設(shè)之間的接線圖 件電路主電路圖及說明 在圖 4所示中，通過 流經(jīng)過接觸器的線圈，使主電路吸合，使四臺電機啟動，控制皮帶機運作。線圈 1、線圈 2、線圈 3、線圈 4。在主電路中，如果某一臺電機發(fā)生故障，都可由對應(yīng)的低壓電器來切斷電路，進(jìn)行保 護(hù)。刀開關(guān)黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 6 斷器 繼電器 電動機的反時限特性匹配。 在硬件電路圖的基礎(chǔ)上（如圖 3、圖 4），對一些相關(guān)的控制接線做一些要求： (1）采用 “ 遠(yuǎn)程集中 ” 控制，完全由 (2）電動機容量小于 105%20%，可實行直接啟動 圖 4 主電路 (3）交流接觸器的容量根據(jù)電機功率來選取，所有接觸器線圈電壓均為 (4）所有電機都配有相應(yīng)的低壓電器保護(hù)；具有短路、過載、過電流、斷相等保護(hù)功能。 (5）電控系統(tǒng)采用三相四線制供電系統(tǒng)。 (6） 件設(shè)計思路 根據(jù)加工工藝要求和用戶使用需要，同時考慮到各設(shè)備的安全性、故障保護(hù)與報警運行狀態(tài)顯示的要求，以及實現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備協(xié)調(diào)工作功能，用梯形圖語言編制整個控制程序。在考慮皮帶機發(fā)生故障時，每臺皮帶機運行相隔的時間用定時器控制。在集控方式下，系統(tǒng)啟動后，通過定時器控制，依次啟動各臺電機。 序流程圖與梯形圖及說明 首先 電初始化，然后按下啟動按扭 ( 機先啟動，然后每隔 15S 啟動 1 電機。當(dāng)需要電機停止工作時，只需要按下按扭（ 第一臺電機立即停止工作，以免繼續(xù)送料，接著通過每 隔 30S 停止 機。當(dāng)電機出現(xiàn)故障時，按下故障按扭（每臺電機都有個故障按扭），這臺電機以及此電機之前的電機馬上停止工作，在通過 30S 定時器停止后面的電機。 為了分析問題方便，根據(jù)控制要求做出系統(tǒng)動作過程的流程圖如圖 5 所示： 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 7 圖 5 流程圖 根據(jù)控制要求及流程圖， 做出梯形圖 ,如圖 6 所示， 在程序中， 制電機 為故障報警燈 ,障輸出， 停車輸出。每個電動機啟動的時間用定時器控制。當(dāng)按下啟動按扭 ，使線圈 通電，使 電路通電，接觸器閉合，電機 動，然后每隔 15S（由定時器 制） 圈通電，主電路閉合，相應(yīng)的電動機開始工作。接下來是停車過程，按下停車按扭（ 使 機停止，然后每隔 30S 按 序停止。通過低壓電器的保護(hù)（短路、過載，過電流等）切斷電路，保證安全。在出現(xiàn)故障時是用手動來控制的。當(dāng) 機發(fā)生故障時，可按下 扭， 機立即停止，然后通過 定時 30S，切斷 過 時 30S，切斷 有故障 有故障 有故障 有故障 電 啟 動 機啟動 機啟動 機啟動 機啟動 15S 15S 15S 后 止 止 止 止 停車按扭 30S 后 30S 后 30S 后 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 8 01 01 04 05 03 02 01 03 06 01 010 6 梯形圖程序 #0150 #0150 #0150 #0300 #0300 #0300 龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 9 備選型 在選擇設(shè)備時，首先要選擇有較高抗干擾能力的產(chǎn)品，其包括了電磁兼容性（ 尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的 次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標(biāo)，如共模擬制比 、差模擬制比，耐壓能力、允許在多大電場強度和多高頻率的磁場強度環(huán)境中工作；另外是靠考查其在類似工作中的應(yīng)用實績。 在選擇國外進(jìn)口產(chǎn)品要注意：我國是采用 220歐美地區(qū)是 110于我國電網(wǎng)內(nèi)阻大，零點電位漂移大，地電位變化大，工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾至少要比歐美地區(qū)高 4倍以上，對系統(tǒng)抗干擾性能要求更高，在國外能正常工作的 就要在采用國外產(chǎn)品時，按我國的標(biāo)準(zhǔn)（ 13926）合理選擇。 合抗干擾設(shè)計 主要考慮來自系統(tǒng)外部的幾種如 果抑制措施。主要內(nèi)容包括：對 統(tǒng)及外引線進(jìn)行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進(jìn)行隔離、濾波，特別是原理動力電纜，分層布置，以防通過外引線引入傳導(dǎo)電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。 用 程的基本操作有：建立一個新工程，創(chuàng)建一個程序，編譯程序，將 上的程序傳送到 的程序傳送到 ，將 中的程序與 的程序進(jìn)行比較，在執(zhí)行序時進(jìn)行監(jiān)視，在進(jìn)行在線編程等。 在按下啟動按鈕 后一臺皮帶機 04)開始起動 ,在通過定時 15S 后 ,依次起動 2、 帶運輸機。停車時應(yīng)先停止最前面的皮帶機 01),停車按鈕為 下此按鈕通過線圈 常閉觸點的控制 ,將 機停止 ,在通過程序的控制依次使 帶機停止 ,這就是在正常情況的啟動與停止控制。在有故障的情況下 ,按下對應(yīng)的皮帶機的故障按鈕就能使電機停止并及時報警 ,于此同時定時器開始定時 ,一段時間后全部的電機停止工作。另外還將四個故障按鈕并聯(lián)起來 ,一起接在一個報警器上，有故障能及時報警 ,能使有關(guān)人員注意。 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 10 結(jié) 論 根據(jù)所選的器材，工具和電路圖連接電路，在電腦上編輯程序，寫入 并校驗程序，使其達(dá)到預(yù)定的現(xiàn)象和效果，達(dá)到目的 . 此次 于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計 不僅對 應(yīng)用流程又有了進(jìn)一步的了解，而且對 過這次的論文使我更加的了解到 及 生產(chǎn)中可能遇到的種種事故以及對應(yīng)措施。 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 11 參考文獻(xiàn) 1 陳新華 M械工業(yè)出版社， 2002 2 許世徐 M3 宮淑貞 M4 王仁祥 M5 王成福 M械工業(yè)出版社， 6 張進(jìn)秋 M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004 黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院機電工程系畢業(yè)論文 12 致 謝 衷心感謝我的指導(dǎo)老師 孟婷 婷 老師。 在這 次畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中，得到了 孟 老師的悉心指導(dǎo)，使我從對課題的茫然無知到課題的順利完成，課題的每一步的進(jìn)展都凝聚著熊老師的心血。因此特在此向 孟 老師致以誠摯的謝意。 感謝 高云茜老師 、 孟婷 婷 老師等以及其他各位老師的幫助和支持。各位老師不僅教給我專業(yè)知識，也教給我許多課外知識，這些知識將對我今后踏入社會工作起到了很重要的作用。同時我也從各位老師那里學(xué)到了許多做人的原則，這些將有益于我的終身。在這里，我衷心的感謝各位老師，同時也對本文做出認(rèn)真審閱的老師們給以深深的敬意！并祝他們身體健康，工作順利！ 最后，感謝所有關(guān)心我、支 持我、幫助過我的同學(xué)和朋友，有你們的陪伴是我一生的幸福！