PLC用于皮帶運輸機的集中控制

1、金華職業(yè)技術(shù)學院信息工程學院畢業(yè)教學環(huán)節(jié)成果 題 目 PLC用于皮帶運輸機的集中控制 設(shè)計 學 院 信息工程學院 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 2009年 5 月 18 日 金華職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)教學成果目 錄 中文摘要:- 2 -英文摘要:- 3 -引言- 4 -1 皮帶傳輸機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程- 5 -1.1 皮帶傳輸機的結(jié)構(gòu)- 5 -1.2 皮帶運輸機的電氣控制要求- 5 -1.3 皮帶運輸機的總體方案確定- 6 -2 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計- 7 -2.1 PLC選型及I/O表的分配- 7 -2.2 PLC外圍硬件電路的設(shè)計與硬件電路圖- 8 -2.2

2、.1 PLC外圍硬件電路圖- 8 -2.2.2 硬件電路主電路圖及說明- 9 -2.3 硬件電路的接線要求- 10 -3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計- 10 -3.1 軟件設(shè)計思路- 10 -3.2 程序流程圖與梯形圖及說明- 10 -4 抗干擾的設(shè)計- 13 -4.1 設(shè)備選型- 13 -4.2 綜合抗干擾設(shè)計- 13 -5 系統(tǒng)調(diào)試- 13 -總結(jié)與謝辭- 14 -參考文獻- 15 -PLC用于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計信息工程學院 應(yīng)用電子技術(shù) 陳彪摘要: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PLC的皮帶運輸機控制裝置。本控制系統(tǒng)選用

3、CPM2A系列PLC作為控制器。在硬件電路設(shè)計中，完成PLC選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，達到了預期的設(shè)計目的。關(guān)鍵詞:皮帶運輸機 PLC 集中控制PLC for the centralized control of belt conveyor designInformation Engineering College Applied Electronic Technology chenbiaoAbstract:The control system

4、 for small and medium belts transports used relays control, the existence of poor reliability, labor-intensive, low production efficiency, the development of a Plc-based control devices. The control system chosen CPM2A series Plc as controller. In hardware circuit design, complete Plc models and the

5、 use of external low voltage electrical design of the hardware, wiring, wiring demands made, so that it has control and protection role. In software design, providing a flowchart procedures, and design Tixingtu procedures. Hardware and software will be integrated to control system operation reliable

6、 and attained the desired design objectives. Keyword:belts transport PLC centralized control引言隨著國民經(jīng)濟的快速發(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、能耗嚴重、維護

7、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PLC控制皮帶運輸機控制系統(tǒng)是十分必要的。采用可編程控制器PLC控制的系統(tǒng)優(yōu)勢有，1.可靠性高，皮帶機綜保裝置以 PLC控制器為核心，系統(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，PLC在組態(tài)系統(tǒng)時具有極大的靈活性，具有極強的處理能力，以及大的I/O容量。當現(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，

8、又可遠程控制。3.設(shè)備擴展性強，PLC有很強的組網(wǎng)和擴展能力，今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.維護方便，模塊連接采用插拔式接線端子排，更換、維護非常方便。1. 皮帶傳輸機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程1.1皮帶傳輸機的結(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。 3 2 11- 皮帶；2-托棍；3-傳動輪圖1皮帶運輸機的組成圖圖2原材料皮帶運輸機的輸送示意圖1.2 皮帶運輸機的電氣控制要求1.2.1設(shè)計

9、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止，而該皮帶機以后的皮帶機待料運送完后停止。例如，電機M2發(fā)生故障，M1、M2立即停止，經(jīng)過30S延時后M3停止，再過30S，M4停止。1.3 皮帶運輸機的總體方案確定皮帶運輸機控制可采用PLC控制與傳統(tǒng)采用繼電器控制兩種控制方法，兩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

10、形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。PLC采用存儲邏輯，其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。PLC是由程序指令控制半導體電路來實現(xiàn)控制，速度快，微秒級，嚴格同步，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。PLC用半導體集成電路作定時器，時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，PLC控制方式控制效果比較好，可實現(xiàn)皮帶運輸

11、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PLC控制皮帶運輸機是一個很好的選擇。而PLC控制方式又分集中控制和分散控制兩塊。集中控制就是一臺多個I/O點PLC控制多臺設(shè)備，實行的是一對多的控制方式；分散控制是多臺PLC，而每臺的PLC的I/O點相對來說就比較少，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：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。二控制分散、互不影響、便于維護。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PLC集中控制方式較為合理。結(jié)合PL

12、C控制與集中控制，本篇論文對皮帶運輸機就采用PLC集中控制方案。2. 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計2.1 PLC選型及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)整與擴充，留有15%的備用點，共需要12個輸出點。所以我們選用日本OMRON公司CPM2A系列30點I/O（輸入為18點輸出為12點）可編程控制器，它具有以下幾

13、個特點：1) 同步控制 CPM2A/2C的高速計數(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50ms的快速響應(yīng)輸入，更短的掃描周期（0.64ms/LD）和1ms的定時器，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簽記號和檢測產(chǎn)品之間的時間間隔。 3) 高速計數(shù)器CPM2A/2C支持單軸高速計數(shù)20kHz單相或5kHz雙相，線形計數(shù)方式（加/減）從-8388608到388607四軸高速計算（中斷計數(shù)方式）2kHz 單相 加或減從0000到FFFF 4) 脈沖輸出位置控制 CPM2A/2C 支持4種脈沖

14、方式2點：10-10kHz脈沖輸出 1點：10-10kHz(加/減速定位)脈沖輸出2點：PWM輸出0.1-999.9Hz 0-100% 1點：同步控制功能 5) RS232端口 CPM2A/2C提供一個內(nèi)置的RS232C端口能方便地連接可編程終端，確認操作環(huán)境和調(diào)試時能實現(xiàn)可視化。 6) 價格低廉在價格方面PLC也是比較便宜的，因為1個PLC就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

15、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SB1（00000）；停車按扭SB2（00001）；故障按扭SB3（00002）、SB4（00003）、SB5（00004）、SB6（00005）。輸出報警燈01004；故障輸出點四個：01006、01007、01008、01009；停車輸出點01005；電機點四個：電機M4（01000）、電機M3（01001）、電機M2（01002）、電機M1（01003）。2.2 PLC外圍硬件電路的設(shè)計與硬件電路圖2.2.1PLC外圍硬件電路圖SB1為啟動按扭（00000

16、）。SB2為停止按扭（00001）。SB3-SB6為四臺電機所對應(yīng)的故障信號（電機正常時為常開信號，有故障信號時為常閉信號）。經(jīng)SB3-SB6（00002-00005）輸入PLC處理。01004為故障報警輸出。當任何一臺電機發(fā)生故障，HA便開始報警。電機的故障信號（過流、斷相、短路、過載）可由熱繼電器，交流接觸器來檢測。圖3 PLC與外設(shè)之間的接線圖2.2.2硬件電路主電路圖及說明在圖4所示中，通過QF1的閉合，電流經(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KM1控制電機M1、線圈KM2控制電機M2、線圈KM3控制M3、線圈KM4控制M4。在主電路中，如果某一臺電機發(fā)

17、生故障，都可由對應(yīng)的低壓電器來切斷電路，進行保護。刀開關(guān)QF起電源隔離作用。熔斷器FU作為電路后備短路保護。熱繼電器FR具有對電機過載保護作用，與電動機的反時限特性匹配。圖4 主電路圖2.3 硬件電路的接線要求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“遠程集中”控制，完全由PLC按照工藝要求來啟動生產(chǎn)線上各個設(shè)備。2）電動機容量小于10KW或其容量不超過電源變壓器容量15%20%，可實行直接啟動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AC220V。4）所有電機都配有相應(yīng)的低壓電器保護；具有短路、過載、過電流、斷相等保護功能。5）電控系

18、統(tǒng)采用三相四線制供電系統(tǒng)。6）PLC的故障輸出端直接接到AC220V報警器。3. 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1軟件設(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。3.2程序流程圖與梯形圖及說明首先PLC上電初始化，然后按下啟動按扭(00000)，M4電機先啟動，然后每隔15S啟動M3、M2、M1電機。當需要電機停止工作時，只需要按下按扭（00001），第一臺電機立即

19、停止工作，以免繼續(xù)送料，接著通過每隔30S停止M2、M3、M4電機。當電機出現(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：PLC上電 停車按扭啟 動有故障M4電機啟動M4停止30S后M4停15S后M3停止M3電機啟動有故障30S后M3停15S后有故障M2停止M2電機啟動 30S后M2停15S后M1停止M1電機啟動有故障 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， 01000、01001、01002、01003控制電機M4、M3

20、、M2、M1；01004作為故障報警燈,01006、01007、01008、01009故障輸出，01005為停車輸出。每個電動機啟動的時間用定時器控制。當按下啟動按扭00000時，使線圈KM4的通電，使KM4主電路通電，接觸器閉合，電機M4啟動，然后每隔15S（由定時器TIM000、TIM001、TIM002控制）KM3、KM2、KM1線圈通電，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（00001），使M1電機停止，然后每隔30S按M2、M3、M4順序停止。通過低壓電器的保護（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M2電機發(fā)生故障時，

21、可按下00004按扭，M2與M1電機立即停止，然后通過T004的定時30S，切斷M3；通過T003定時30S，切斷M4。 00000 20000 A 20000 T002 01005 01009 01003（M1）IL（02） 20000TIM005#0300 01005 01003 20000 T003 01006 01000（M4） 01000 01009TIM000#0150 01000 00001 01005 01005TIM001#0150 01001 00002 01006TIM002#0150 01002 00003 01007 20000 T004 01007 T000 010

22、01（M3） 00004 01008TIM003#0300 01001 00005 01009 01006 01004 20000 T005 01008 T001 01002（M2） 01007 TIM004#0300 01002 01008 01009ILC(03) 圖6梯形圖程序4. 抗干擾的設(shè)計4.1設(shè)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（EMC），尤其是抗外部干擾能力，如采用浮地技術(shù)、隔離性能好的PLC系統(tǒng)；其次還應(yīng)了解生產(chǎn)廠給出的抗干擾指標，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

23、作中的應(yīng)用實績。 在選擇國外進口產(chǎn)品要注意：我國是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)。由于我國電網(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PLC產(chǎn)品在國內(nèi)工業(yè)就不一定能可靠運行，這就要在采用國外產(chǎn)品時，按我國的標準（GB/T13926）合理選擇。 4.2 綜合抗干擾設(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PLC系統(tǒng)及外引線進行屏蔽以防空間輻射電磁干擾；對外引線進行隔離、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電磁干擾；正確設(shè)計接地點和接地裝

24、置，完善接地系統(tǒng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。5. 系統(tǒng)調(diào)試 用CX-P編程的基本操作有：建立一個新工程，創(chuàng)建一個程序，編譯程序，將PC機上的程序傳送到PLC，將PLC中的程序傳送到PC機，將PC機中的程序與PLC中的程序進行比較，在執(zhí)行PLC程序時進行監(jiān)視，在進行在線編程等。 在按下啟動按鈕00000,最后一臺皮帶機M4(01000)開始起動,在通過定時15S后,依次起動M3、M2、M1皮帶運輸機。停車時應(yīng)先停止最前面的皮帶機M1(01003),停車按鈕為00001,按下此按鈕通過線圈01005對常閉觸點的控制,將01003電機停止,在通過程序的控制依次使M2、M3、

25、M4皮帶機停止,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?？偨Y(jié)與謝辭時光如水，歲月如歌。三年的大學生活，我想應(yīng)該是每個人心中最美好的一段時光吧！從陌生到熟悉的轉(zhuǎn)變是對我們生活履歷的一種見證。面對畢業(yè),在我們心中最深的意識是畢業(yè)設(shè)計的制作與完成。從選定題目、選擇元器件、實物的制作、論文的完成,過程是辛苦的，但成果是令人欣慰的。不論是之前的實驗還是實習,自己都沒有一個人去完成一件作品,在這將近半年的時間里,通過自己的不懈努力終于在這一刻完成了我的設(shè)計.回想剛踏入校門時自己什么都不懂，仍然像以前高中一樣的態(tài)度對待著生活。但現(xiàn)實總是殘酷的，大