PLC皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、目錄第 1 章 控制對象概述 ······················11.1皮帶運(yùn)輸機(jī)用途、基本組成結(jié)構(gòu)及工作過程·········11.1.1皮帶運(yùn)輸機(jī)用途 ··········&#

2、183;·········11.1.2皮帶運(yùn)輸機(jī)組成及工作原理 ···············11.2控制對象對控制系統(tǒng)的要求················11.3本課題應(yīng)完成的設(shè)計(jì)工作·

3、················2第 2 章 控制方案論證 ······················32.1繼電器控制方案········

4、;·············32.2單片機(jī)控制方案·····················32.3PLC 控制方案············

5、··········42.4結(jié)論 ··························4第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)··········&#

6、183;·········53.1電機(jī)及元件選擇·····················53.2電路設(shè)計(jì) ················

7、········53.2.1主電路設(shè)計(jì) ·····················53.2.2PLC I/O接線圖設(shè)計(jì) ················

8、;·6第 4 章 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)····················74.1程序組成部分 ······················74.2主程序 ·&

9、#183;·······················74.3公用子程序 ·······················84.4手動公用子

10、程序·····················84.5自動公用子程序·····················94.6M1 電機(jī)故障子程序···

11、83;···············104.7M2 電機(jī)故障子程序···················114.8M3 電機(jī)故障子程序··········

12、83;········124.9M4 電機(jī)故障子程序···················12第 5 章程序調(diào)試··················&

13、#183;····13第 6 章體會心得·······················14附 錄 ···················&#

14、183;·········15參考資料 ····························18第 1 章控制對象概述1.1皮帶運(yùn)輸機(jī)用途、基本組成結(jié)構(gòu)及工作過程1.1.1皮帶運(yùn)輸機(jī)用途皮帶輸送機(jī)可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)

15、企業(yè)中， 露天采礦場及選礦廠中，在礦山的井下巷道、礦井地面運(yùn)輸系統(tǒng)中，皮帶輸送機(jī)都得到了廣泛應(yīng)用，水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)輸， 皮帶輸送機(jī)的使用都非常方便。皮帶輸送機(jī)是以連續(xù)摩擦驅(qū)動的方式用來運(yùn)輸物料。 那么皮帶輸送機(jī)的主要是由輸送帶和驅(qū)動裝置組成的。皮帶輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單優(yōu)點(diǎn)，它廣泛地應(yīng)用在礦山、冶金、煤炭等部門，用來輸送松散物料或成件物品， 根據(jù)輸送工藝要求，可以單臺輸送，也可多臺組成或與其他輸送設(shè)備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，以滿足不同布置型式的作業(yè)線需要。皮帶運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動裝置由單個或多個驅(qū)動滾筒驅(qū)動，驅(qū)動電機(jī)也可以是單個電機(jī)或多個電機(jī)驅(qū)動。一般驅(qū)動裝置包括電動機(jī)、減速機(jī)、液力偶合器、制

16、動器或逆止器等組成。 偶合器的作用是改善皮帶運(yùn)輸機(jī)的啟動性能。制動器和逆止器是為了防止當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)時皮帶向下滑動。皮帶運(yùn)輸機(jī)是散料連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，是應(yīng)用于短距離連續(xù)運(yùn)輸?shù)牡闹匾獧C(jī)械設(shè)備。1.1.2皮帶運(yùn)輸機(jī)組成及工作原理皮帶輸送機(jī)的主要是由輸送帶和驅(qū)動裝置組成的。主要介紹驅(qū)動裝置即四臺電動機(jī)的運(yùn)動情況。皮帶運(yùn)輸機(jī)由4 臺皮帶機(jī)組成，4 臺皮帶機(jī)分別用4 臺電動機(jī) (M1M4)拖動。皮帶輸送機(jī)是以連續(xù)摩擦驅(qū)動的方式用來運(yùn)輸物料，通過控制4 臺電動機(jī)的運(yùn)動，來控制傳輸物料。1.2控制對象對控制系統(tǒng)的要求皮帶運(yùn)輸機(jī)由4 臺皮帶機(jī)組成， 4 臺皮帶機(jī)分別用4 臺電動機(jī) (M1 M4)拖動，如圖 1所

17、示。1M1M2M3M4圖 1皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)示意圖皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作過程如下：（1）啟動時先起動最末一臺皮帶機(jī)，經(jīng)過5S 延時，再依次起動其它皮帶機(jī)：M 45SM 35SM 25 SM 1（2）停止時應(yīng)先停止第一臺皮帶機(jī)(M1) ，待料運(yùn)送完畢后再依次停止其它皮帶機(jī)：M 15SM 25 SM 35 SM 4（3）當(dāng)某臺皮帶機(jī)發(fā)生故障時，該皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)立即停止，而該皮帶機(jī)后面的皮帶機(jī)待料運(yùn)完后才停止。例如當(dāng) M2故障時， M1、M2應(yīng)立即停，經(jīng)過 5S 延時后， M3停，再過 5S 后 M4停。1.3本課題應(yīng)完成的設(shè)計(jì)工作（1）設(shè)計(jì)和繪制電氣控制原理圖或PC I/O 接線圖、功能表圖和梯形

18、圖編寫指令程序清單。（2）選擇電氣元件，編制電氣元件明細(xì)表。（3）設(shè)計(jì)操作面板電器元件布置圖。（4）上機(jī)調(diào)試程序（5）編寫設(shè)計(jì)說明書2第 2 章控制方案論證2.1繼電器控制方案繼電器控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：繼電器，動作有壽命限制， 一個元件故障可能造成整個系統(tǒng)崩潰， 會將故障擴(kuò)大化，成本最低，也最容易被偽劣產(chǎn)品冒充，可維修度最高，同時維修成本也低。（1）繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能、較為困難。（2）繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動作實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低，觸點(diǎn)的開關(guān)動作一般在幾十毫秒數(shù)

19、量級，且機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。（3）繼電器安裝后，受電氣設(shè)備觸電數(shù)目的有限性和連線復(fù)雜等原因的影響，系統(tǒng)在今后的靈活性、擴(kuò)展性很差。（4）繼電器控制可實(shí)現(xiàn)邏輯功能，但不具備計(jì)數(shù)的功能。（5）觸點(diǎn)在開閉時會產(chǎn)生電弧，造成損傷并伴有機(jī)械磨損，使用壽命短，運(yùn)行可靠性差，不易維護(hù)。2.2單片機(jī)控制方案依據(jù)單片機(jī)目前的發(fā)展?fàn)顩r，該方案的優(yōu)缺點(diǎn)是：(1) 成本較低。由于現(xiàn)在單片機(jī)的價格相對都比較低， 而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設(shè)計(jì)起來，成本比較低。(2) 可以對外部存儲容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)可以相對比較靈活。(3) 由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計(jì)很完善的子程序，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中可以直接調(diào)用，

20、減少較大工作量。其缺點(diǎn)為：(1) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)相對比較復(fù)雜， 運(yùn)用該方案， 該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包含擴(kuò)展電路部分和系統(tǒng)配置電路部分，所以該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)工作量相對較大，影響系統(tǒng)開發(fā)的時間。(2) 系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，雖然注意了芯片、器件選擇、去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽。但由于工廠的條件比較差，很難保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。(3) 維護(hù)維修相對比較麻煩，維修需要的時間也相對較長。但與此同時，由于微機(jī)3控制系統(tǒng)所有的電路集中在一塊電路板上，其實(shí)現(xiàn)的功能、 輸入輸出的點(diǎn)數(shù)受到限制，而且系統(tǒng)的散熱性，維護(hù)性受到考驗(yàn)，若其中一部分損壞，其只能全部更換。另外，微機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)周期

21、長，一旦要有變化修改比較麻煩。2.3 PLC 控制方案PLC的優(yōu)點(diǎn)主要有：(1) 功能強(qiáng)，性能價格比高（可以相當(dāng)于集成了很多繼電器，大多數(shù)時候性價比并不低，除非是簡單電路，只用少數(shù)繼電器，那么可能就不太實(shí)用了。）(2) 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)(3) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)(4) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少(5) 編程方法簡單(6) 維修工作量少，維修方便(7) 體積小，能耗低(8) 與時俱變，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊2.4結(jié)論經(jīng)過比較，我們發(fā)現(xiàn)PLC 控制系統(tǒng)具有以下鮮明的特點(diǎn)：I/O 驅(qū)動能力強(qiáng)，易于擴(kuò)展，圖形化開發(fā)界面，價錢適中，抗干擾能力強(qiáng)，因此多用于工業(yè)設(shè)備上。故選用 PLC控

22、制方案。4第 3 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 電機(jī)及元件選擇本課程設(shè)計(jì)采用的電動機(jī)是四臺380V 的三相籠式電動機(jī)。在主電路中電路保護(hù)裝置由刀開關(guān) QS1和自動空氣斷路器QF組成，用 220V電網(wǎng)電壓供電。由PLC控制四個交流接觸器的電磁線圈電路的通斷，實(shí)現(xiàn)對四個電動機(jī)通斷控制。四個電動機(jī)電路都串聯(lián)了熱繼電器對其進(jìn)行保護(hù)，同時也是故障點(diǎn)。3.2電路設(shè)計(jì)3.2.1主電路設(shè)計(jì)依靠 PLC的輸出 Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3 所接的 KM1、KM2、KM3、KM4控制電機(jī) M1、M2、M3、 M4的運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)圖如下：圖31主電路53.2.2 PLC I/O接線圖設(shè)計(jì)皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)P

23、LC I/O 接線如圖所示：圖32I/O 接線圖本設(shè)計(jì)用了刀開關(guān)、斷路器、熔斷器、熱繼電器按鈕、S7-200 等電氣元件。6第 4 章 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1程序組成部分皮帶運(yùn)輸機(jī) PLC電氣控制系統(tǒng)的程序主要分為以下幾個部分：主程序、公用子程序、自動子程序、手動子程序、M1電機(jī)故障子程序、 M2電機(jī)故障子程序、 M3電機(jī)故障子程序、 M4電機(jī)故障子程序。4.2主程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)主程序主要包括：與外部的信息交流，故障子程序的發(fā)生，自動手動的選擇，然后對其各種子程序的跳轉(zhuǎn)。程序圖如下：圖41主程序74.3公用子程序設(shè)計(jì)公用子程序主要是：在手動操作下，置位自動子程序和故障子程序的所有操作，以防發(fā)生

24、沖突。程序圖如下：圖 4 2 公用子程序4.4手動子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)進(jìn)入手動模式執(zhí)行的程序。程序圖如下：圖 4 3手動子程序84.5自動子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的自動子程序主要控制自動模式下系統(tǒng)正常的啟動和停止。(1) 系統(tǒng)啟動按下 I0.1 接通 KM4 起動 M4 5s后 T37 動作 進(jìn)入狀態(tài) M0.1 置位 Q0.3,起動定時器 T38 接通 KM3起動 M3 5s 后 T38 動作 進(jìn)入狀態(tài) M0.2 啟動定時器 T39 , 置位 Q0.2 接通 KM2 起動 M2 5s 后 T2 動 作 進(jìn)入 狀 態(tài)M0.3置位 Y3 接通 KM1 起動 M1 起動 M4 。至此 , M1 M4 按控制

25、要求全部起動起來 , 進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。(2) 系統(tǒng)正常停止應(yīng)先停止第一臺皮帶機(jī) (M1 電機(jī) ) ，待料運(yùn)送完畢后（經(jīng)過5S 延時） , 再依次停止其它皮帶機(jī)。圖 4 4自動子程序94.6 M1 電機(jī)故障子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) M1故障子程序主要是控制自動模式下，M1電機(jī)故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下 I0.5進(jìn)入狀態(tài)M2.0 啟動定時器T43, 復(fù)位Q0.1斷開 KM 1停止 M1 5s 后 T43 動作 進(jìn)入狀態(tài) M2.1 啟動定時器 T44 , 復(fù)位Q0.2斷開 KM2 停止 M2 5s 后 T44 動作 進(jìn)入狀態(tài) M2.3 啟動定時器 T45 ,復(fù)位Q0.3 斷開 KM3

26、停止 M3 5s 后 T45 動作 進(jìn)入狀態(tài) S34 復(fù)位 Q0.4斷開 KM4 停止 M4 。等待下次操作。 至此 , M1M4按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。圖 4 5 M1 故障子程序104.7 M2 電機(jī)故障子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) M21故障子程序主要是控制自動模式下，M2電機(jī)故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下 I0.6進(jìn)入狀態(tài) M3.0 啟動定時器 T46, 復(fù)位Q0.1、Q0.2斷開 KM1 、KM2 停止 M1 、M2 5s 后 T46 動作 進(jìn)入狀態(tài) M3.1啟動定時器 T47 , 復(fù)位 Q0.3斷開 KM3 停止 M3 5s 后 T47 動作 進(jìn)入狀態(tài) M3.2 復(fù)位 Q0.4

27、 斷開 KM4 停止 M4 .等待下次操作。至此 , M1 M4 按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。圖 4 6 M2 故障子程序114.8 M3 電機(jī)故障子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) M3故障子程序主要是控制自動模式下，M3電機(jī)故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下I0.7 進(jìn)入狀態(tài) M4.0 啟動定時器 T48, 復(fù)位Q0.1、Q0.2、Q0.3斷開 KM1 、KM2 、KM3 停止 M1 、M2 、M3 5s 后 T46 動作 進(jìn)入狀態(tài) M4.1 復(fù)位 Q0.4 斷開 KM4 停止 M4 。等待下次操作。至此 , M1 M4 按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。圖 4 7 M3 故障子程序4.9 M4電機(jī)故障子程序

28、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng) M4故障子程序主要是控制自動模式下，M4電機(jī)故障的處理 .程序故障控制： 在自動模式下， 按下 I0.8進(jìn)入狀態(tài) M5.0 啟動定時器 T49, 復(fù)位Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4 斷開 KM1 、 KM2 、KM3 、KM4 停止 M1 、M2 、M3 、M4 。等待下次操作。至此 , M1 M4 按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。圖 4 8 M4 故障子程序12第 5 章 程序的調(diào)試在程序設(shè)計(jì)完成了之后，就是程序調(diào)試了。調(diào)試分為：自動模式下的程序調(diào)試、手動模式下的程序調(diào)試以及故障情況下的程序調(diào)試。自動模式調(diào)試：按下模式選擇開關(guān)SA（ I1.0 ），并且按下SB5（I0.1 ）啟動按鈕，進(jìn)入自動模式， M4馬上啟動每隔 5s 其他電機(jī)依次啟動，同樣按下SB6（I0.2 ）停止按鈕， M1馬上停止每隔5s 其他電機(jī)依次停止。 SA打下來，進(jìn)入自動模式，依次按I0.1 、I0.2 、I0.3 、I0.4 分別啟動和停止相應(yīng)的電機(jī)。例如按下SB1第一臺電機(jī)開始運(yùn)行，松開 SB1第一臺電機(jī)停止下來，其他的類似。最后還有一個模擬故障點(diǎn)，