畢業(yè)設計（論文）-皮帶運輸機的控制系統(tǒng)PLC控制.docx

河北能源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 課 題：皮帶運輸機的控制系統(tǒng)PLC控制 學 號： 姓 名： 學 院： 河北能源職業(yè)技術學院 專 業(yè)： 電氣自動化 班 級： 車輛工程2010級3班 指導教師： 設計日期： 年 月 日 摘 要 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備應 該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則 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、勞動力強度大、生產效率低的問題，開發(fā)一種基于PLC的皮帶運輸機控制裝置。本控制系統(tǒng)選用CPM2A系列PLC作為控制器。在硬件電路設計中，完成PLC選型及外部低壓電器的選用，設計了硬件接線圖，提出了接線要求，使之具有控制和保護作用。在軟件設計中，給出了程序流程圖，并設計出梯形圖程序。將硬件和軟件有機結合，使控制系統(tǒng)運行可靠，打到預期的設計目的。 關鍵詞：皮帶運輸機 PLC 集中控制 目錄1 前言 . 3 1.1設計的目的和意義 . 3 1.2 皮帶運輸機的現(xiàn)狀 . 3 1.3交流調速的發(fā)展概況 . 4 1.4 方案的確定 . 4 1.5主要任務 . 5 2 皮帶運輸機的PLC控制系統(tǒng)的組成 . 6 2.1基本原理 . 6 2.2概述 . 6 2.2.1 三相異步電動機的選擇 . 7 2.2.2 變頻器 . 8 2.2.3 PLC控制器 . 11 2.2.4 其余部件 . 13 3 皮帶運輸機的PLC控制系統(tǒng)軟件設計 . 15 3.1 控制系統(tǒng)軟件的功能 . 15 3.2 控制系統(tǒng)的主要指標 . 15 3.3 PLC程序設計 . 15 3.3.1 PLC編程器 . 15 3.3.2 MELSEC-F/ FX系統(tǒng)編程軟件 . 17 3.3.3 安裝FXGP-WIN-C編程軟件 . 17 3.3.4 FXGP-WIN-C編程軟件的應用 . 18 3.3.5設置編輯文件的路徑 . 19 3.3.6編輯文件的正確進入及存取 . 19 3.3.7文件程序編輯 . 20 3.3.8 設置通訊口參數(shù) . 21 3.3.9 FXGP與PLC之間的程序傳送 . 22 3.3.10 程序的運行與調試 . 23 3.3.11退出系統(tǒng) . 24 3.4 I/O地址分配如下表3-1 . 24 4 結論 . 34 5 致謝 . 35 6參考文獻 . 36 附錄 . 37 梯形圖 . 371前言 1.1設計的目的和意義 冶金、煤礦、化工、機械、鋼鐵、建材、食品等工業(yè)生產中，需要廣泛使用皮帶運輸機，它為企業(yè)的生產承擔了絕大多數(shù)散料運輸任務。 可編程控制器(PLC)是以微處理器技術為基礎，綜合計算機技術和自動化技術發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制器，廣泛應用于工業(yè)生產的各個領域。由于PLC采用的控制系統(tǒng)或設備具有可靠性高,控制易于實現(xiàn)，系統(tǒng)設計靈括， 能在實驗室進行現(xiàn)場模擬調試，編程簡單，安裝方便，較好的抗干擾能力,被譽為當代工業(yè)生產自動化的支柱之一，正在得到越來越廣泛的應用。 利用PLC可以使皮帶運輸機的傳動系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)了全自動控制狀態(tài)，并且使皮帶運輸機具有完善的控制特性及簡易的操作、基本免維護的工作量，達到一種經濟、安全、可靠且運行效率高的狀況, 其獨特的易于使用性、可靠性和靈活性越來越受到廣大工程技術人員的青睞。對于港口、廠區(qū)廣泛使用的皮帶運輸機，應用PLC控制，可以使皮帶機生產線的控制更加靈活、可靠。通過PLC進行控制提高了企業(yè)生產的效率，為工業(yè)生產的進行節(jié)省了大量的人力、物力、財力。1.2 皮帶運輸機的現(xiàn)狀 電氣傳動技術以運動機械的驅動裝置-電動機為控制對象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論的指導下完成電氣傳動自動控制系統(tǒng)，控制電動機的轉矩和轉速，將電能轉換成機械能，實現(xiàn)工作機械的旋轉運動或反復運動。 因電機的種類的不同，我們可以將分為直流電動機傳動和交流電動機傳動。自19世紀80年代起至19世紀末，工業(yè)上傳動用的電動機一直被直流電機壟斷，到了19世紀末，出現(xiàn)了三相電源和結構簡單且堅固耐用的交流鼠籠型電機以后，交流電機才在不調速的領域代替了直流電動機傳動裝置。 對生產過程的監(jiān)視和控制，在初級階段是由人工進行的。工作人員憑自己的感官或借助于儀表等來監(jiān)視生產過程，用頭腦做出判斷決策，并視情況進行必要的控制。在高級階段，這種監(jiān)視、判斷決策和控制由機器承擔，按照人們的意志自動完成，這是閉環(huán)自動控制。國內外皮帶輸送機的發(fā)展現(xiàn)狀：長距離、大運量、高速是帶式輸送機的最新發(fā)展方向。與其他運輸設備(如機車類)相比，皮帶輸送機不僅具有長距離、大運量、連續(xù)運輸?shù)奶攸c，而且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化和集中控制，經濟效益十分明顯。與其他設備相比，皮帶輸送機有以下優(yōu)點：(1)輸送物料種類廣泛；(2)輸送能力范圍寬；(3)輸送線路的適應性強；(4)靈活的裝卸料，可以靈活實現(xiàn)一點或多點上料或卸料；(5)可靠性和安全性高；(6)費用低。國外皮帶輸送機發(fā)展趨勢：國外皮帶輸送機技術的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在三個方面：(1)皮帶輸送機功能多元化、應用范圍擴大化，如大傾角帶式輸送機、管狀帶式輸送機、空間轉彎帶式輸送機等各種機型；(2)皮帶輸送機本身的技術向長運距、大運量、高帶速等大型皮帶輸送機方向發(fā)展；(3)皮帶輸送機本身關鍵零部件向高性能、高可靠性方向發(fā)展。在煤礦井下，由于受環(huán)境條件的限制，其皮帶輸送機的技術指標要比地面用帶式輸送機的指標為低。 1.3交流調速的發(fā)展概況 交流變頻調速的優(yōu)越性早在20年代就已被人們所認識，但受到器件的限制，未能推廣。50年代初，中小型感應電動機多采用晶閘管調壓調速;大中型繞線式感應電動機采用晶閘管靜止型電氣串級調速系統(tǒng)。70年代發(fā)展起來的變頻調速，比上述兩種調速方式效率更高，性能更好。交流調速系統(tǒng)大致經歷過三個階段: （1） 異步電動機調壓調速系統(tǒng)； （2） 串級調速系統(tǒng)； （3） 變頻調速系統(tǒng)。 80年代中期隨著第三代電力半導體器件如:門極可關斷晶閘管GTO、絕緣柵雙極晶體管IGBT的相繼出現(xiàn)，交流變頻調速技術得到了飛速發(fā)展。日、美、德、英等在結合現(xiàn)代微處理器控制技術、電力電子技術、電機傳動技術的基礎上，推出了一系列的變頻器，且不斷進行更新?lián)Q代.這些高精度、多功能、智能化的變頻器將調速效率提高到了前所未有的水平。國內皮帶輸送機的發(fā)展趨勢： （1） 大型化、智能化 為了適應高產高效集約化生產的需要，皮帶輸送機的運輸能力要加大，控制自動化水平要提高，長運距、高帶速、大運量、大功率是皮帶輸送機今后發(fā)展的必然趨勢。 （2） 提高關鍵零部件的性能和可靠性 設備開機率的高低主要取決于輸送機關鍵零部件的性能和可靠性。而要提高關鍵零部件的性能和可靠性，除了進一步完善和提高現(xiàn)有零部件的性能和可靠性外，還要不斷開發(fā)研究新的技術和零部件，如高性能可控軟啟動技術、動態(tài)分析與監(jiān)控技術、高效儲帶裝置、快速自移機尾、高壽命托輥等，使帶式輸送機的性能進一步提高。 （3） 擴大功能、一機多用化 皮帶輸送機是一種理想的連續(xù)運輸設備，但目前其效能還沒有充分發(fā)揮，資源有所浪費。如將皮帶輸送機結構作適當修改，并采取一定的安全措施，就可拓展到運人、運料或雙向運輸?shù)裙δ?，做到一機多用，使其發(fā)揮最大的經濟效益。（4）開發(fā)專用機種中國煤礦的地質條件差異較大，在運輸系統(tǒng)的布置上經常會出現(xiàn)一些特殊要求，如彎曲、大傾角(25)直至垂直提升、長運距下運帶式輸送機等，而有些場合常規(guī)的帶式輸送機是無法滿足要求的。為了滿足煤礦井下的某些特殊要求，應開發(fā)滿足這些特殊要求帶式輸送機，如波紋擋邊輸送機、管狀帶式輸送機、平面轉彎帶式輸送機、線摩擦多驅動帶式輸送機、大傾角上運帶式輸送機、打傾角下運帶式輸送機等。礦井開采是整個國家乃至世界的工業(yè)基礎，而其產品運輸又是最重要的工序之一，它的成本直接關系到工業(yè)各部門。所以，世界各國都在不斷的改革礦井運輸問題。 1.4 方案的確定 隨著工業(yè)水平的發(fā)展，人們對皮帶運輸機自動控制程度要求越來越高，一般的自動控制方案有繼電器控制、單片機控制、PLC控制等。但是用復雜的繼電器控制的，存在可靠性差、可塑性差、接線復雜、自動化程度低等一系列缺點，并且為了在日益激烈的競爭中提高市場競爭力，采用PLC的改造勢在必行；有的也采用單片機作為控制單元，但是單片機開發(fā)周期較長，抗干擾性差，可靠性低、靈活性差，選用PLC作為控制單元是較為合適的方案。本文提出了利用PLC控制系統(tǒng)構成控制系統(tǒng)的見解與方法，給出了控制系統(tǒng)軟、硬件結構的設計方案。我認為本系統(tǒng)采用PLC軟件控制它具有以下優(yōu)點：(1)抗干擾能力強、可靠性高；(2)模塊化組合結構，使系統(tǒng)構成十分靈活；(3)編程語言簡單易學，便于掌握能進行在線修改；(4)柔性好體積小，維護方便。1.5 PLC控制器 1.PLC概述可編程程序控制器(Programablecontroller)因為早期主要應用于開關量的控制，因此也稱為PLC(ProgramableLogiccontroller)即是可編程邏輯控制器?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計算機技術與工業(yè)控制技術相結合的產品。PLC自問世以來，經過20年的發(fā)展，己經成為最受歡迎的工業(yè)控制類產品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好的解決了工業(yè)控制領域中普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。 2.典型的PLC控制功能有以下幾點: （1）順序控制； （2）過程控制； （3）數(shù)據(jù)處理； （4）通信聯(lián)網和顯示打印。 3.PLC的基本組成與各部分的作用PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結構如圖所示：（1）主機主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。PLC的內部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結果。（2）輸入/輸出（I/O）接口I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。（3）電源圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。（4）編程器編程器是PLC的一種主要的外部設備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監(jiān)視PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監(jiān)控。（5）輸入/輸出擴展單元I/O擴展接口用于連接擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）。（6）外部設備接口此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。2皮帶運輸機的控制系統(tǒng)PLC控制設計2.1設計內容圖1皮帶運輸機的控制系統(tǒng)作示意簡圖在建材、化工、機械、冶金、礦山等工業(yè)生產中廣泛使用皮帶運輸系統(tǒng)運送原料或物品。供料由電閥DT控制，電動機M1、M2、M3、M4分別用于驅動皮帶運輸PD1、PD2、PD3、PD4。儲料倉設有空倉和滿倉信號，其動作示意簡圖如圖1所示。系統(tǒng)設有自動/手動轉換開關SA。2.2控制要求1、手動運行供料電磁閥DT、PD1、PD2、PD3、PD4可以單獨起動、停止，相互無任何關聯(lián)。2、自動