畢業(yè)論文PLC用于皮帶輸送機(jī)的集中控制

1、 畢業(yè)論文 題 目：PLC用于皮帶輸送機(jī)的集中控制 姓 名： 系 別： 機(jī)械 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 摘要：本設(shè)計(jì)主要針對(duì)中小型皮帶輸送機(jī)的控制系統(tǒng)通常采用的繼電器控制存在的可靠性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大及生茶效率低的問題而提出的；改用基于PLC控制的皮帶輸送機(jī)控制裝置，克服了上述問題的不足。本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)選用的是歐姆龍CPM2A系列PLC控制器，在硬件電路設(shè)計(jì)中，完成PLC選型及外部低壓電器的選用，設(shè)計(jì)了硬件接線圖，提出了接線要求，使之具有控制和保護(hù)的功能；在軟件設(shè)計(jì)中，給出了程序流程圖，編程語言采用了梯形圖邏輯的方式，將硬件和軟件有機(jī)的結(jié)合在一起，使控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的

2、。關(guān)鍵詞：皮帶輸送機(jī)、PLC、集中控制 目錄封面1任務(wù)書2概要3目錄4引言51皮帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程.61.1皮帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu).61.2皮帶輸送機(jī)控制的電氣要求.6設(shè)計(jì)目的和技術(shù)要求.61.3皮帶輸送機(jī)控制方案的確定.72控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì).82.1PLC的選擇及I/O分配表.82.2PLC外圍硬件電路設(shè)計(jì)與硬件電路圖.9PLC外圍硬件電路圖9硬件電路主電路圖及說明102.3硬件電路的接線要求103控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)113.1程序流程圖與梯形圖及其說明114系統(tǒng)調(diào)試145總結(jié)及謝詞156參考文獻(xiàn)16引言： 隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤礦、冶金、鋼鐵、化工、制藥、倉儲(chǔ)、電廠等方

3、面對(duì)于皮帶輸送機(jī)有了許多高新的要求。皮帶輸送機(jī)俗稱帶式運(yùn)輸機(jī)，是一種連續(xù)性的帶式運(yùn)輸機(jī)械，也是一種通用的機(jī)械，它既可以運(yùn)送散狀物料，也可以運(yùn)輸件式成品物料。工作過程中噪音較小、結(jié)構(gòu)簡單，皮帶輸送機(jī)可用于水平或傾斜運(yùn)輸。皮帶輸送機(jī)還用于裝船機(jī)、卸船機(jī)、堆取料機(jī)等連續(xù)運(yùn)輸移動(dòng)的機(jī)械上。以前的皮帶輸送機(jī)的電氣控制部分為繼電器和接觸器控制，采用手工的操作方式，存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗高、維護(hù)量大、可靠性能差等缺點(diǎn)。隨著工業(yè)大發(fā)展繼電器控制系統(tǒng)無法達(dá)到相應(yīng)的要求，且使用元件過多，因此根據(jù)不同行業(yè)不同用戶的要求，采用PLC控制皮帶輸送機(jī)是十分必要的。采用可編程控制器（PLC）控制的優(yōu)勢(shì)有如下幾條：a、 可靠性

4、能高，皮帶機(jī)的綜合保護(hù)裝置以PLC控制器為核心，系統(tǒng)具有高可靠性和強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境要求不高，適用于較為惡劣的工作場(chǎng)所。b、 配置靈活，PLC在組態(tài)系統(tǒng)時(shí)具有極大的靈活性，極強(qiáng)的處理能力，以及極大的輸入輸出I/O擴(kuò)容量，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，只需改變程序即可，因此能夠方便靈活地進(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(tái)單機(jī)，也可控制一條生產(chǎn)線，即可現(xiàn)場(chǎng)控制，也可遠(yuǎn)程集中控制。c、 設(shè)備擴(kuò)展性強(qiáng)，PLC具有很強(qiáng)的組網(wǎng)能力和擴(kuò)展能力，今后可以很方便的添加新設(shè)備，如果與計(jì)算機(jī)PC控制相結(jié)合，則功能就更高了，它既可一通過MPI又可以通過BUS總線與其它PC系統(tǒng)相連，從而避免了以前上套

5、設(shè)備需要更換一套控制設(shè)備的弊端，因此節(jié)省了大量的人力和財(cái)力。d、 維護(hù)方便，模塊連接采用插拔式接線端子排，更換和維護(hù)都相當(dāng)?shù)姆奖憧旖荨?、 皮帶輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程1.1、 皮帶輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)皮帶輸送機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)輥、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)示意圖如圖1所示；原材料輸送機(jī)示意圖由圖2所示：312 1、皮帶 2、托輥 3、轉(zhuǎn)動(dòng)輪 圖1 皮帶輸送機(jī)的組成部分MO1233 PD1 PD2 PD3 PD4 圖2 原材料皮帶輸送機(jī)輸送示意圖1.2、 皮帶輸送機(jī)控制的電氣要求、設(shè)計(jì)目的和技術(shù)要求：1）啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)最后一臺(tái)PD4，然后每間隔15秒，依次向前

6、啟動(dòng)PD3、PD2、PD1皮帶機(jī)。2）停車時(shí)先停最前面一臺(tái)PD1，待料運(yùn)送完畢后，每間隔30秒，向后PD2、PD3、PD4依次停止運(yùn)行。3）當(dāng)某臺(tái)皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該皮帶機(jī)和前面的皮帶機(jī)立即停止運(yùn)行，而該皮帶機(jī)后面的皮帶機(jī)待料運(yùn)送完畢后依次每隔30秒停止，如：PD2發(fā)生故障，M1、M2立即停止運(yùn)行，待料送完后，經(jīng)過30SM3停止運(yùn)行，再經(jīng)過30SM4停止運(yùn)行。 1、3皮帶輸送機(jī)控制方案的確定 皮帶輸送機(jī)通常采用采用傳統(tǒng)的繼電器控制和PLC控制兩種控制方法，兩種控制方法比較如下：1） 方式：傳統(tǒng)的繼電器是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合方式形成控制邏輯，只能完成既定的邏

7、輯控制；PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序的方式存在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變邏輯程序即可，不需要硬件連接，是軟的連接。2） 速度：傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯是依靠觸電的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制的，工作速度低、毫秒級(jí)的、且機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象；PLC控制是由程序指令控制電子電路來實(shí)現(xiàn)的，速度快、微妙級(jí)、嚴(yán)格同步且無抖動(dòng)現(xiàn)象。3） 控制：傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的時(shí)間滯后動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制的，時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難且是有級(jí)調(diào)時(shí)。PLC控制是采用集成電路做成的計(jì)時(shí)器，時(shí)鐘脈沖是由晶體振蕩產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便且是無級(jí)調(diào)時(shí)，不受環(huán)境影響。通過對(duì)兩種控制方式的大概

8、比較，PLC控制方式控制效果比較好，可實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)的自動(dòng)化控制，而采用傳統(tǒng)繼電器控制方式，還停留在以人工手動(dòng)操作為主（當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，但是線路較為復(fù)雜，使用硬件元器件太多，不經(jīng)濟(jì)也不劃算，且維修困難），控制效果也就不是很明顯，為此采用PLC控制是很好的選擇。2、 控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)21 PLC的選擇及I/O分配表輸入信號(hào)：啟動(dòng)開關(guān) 1 個(gè) 停車開關(guān) 1 個(gè) 故障輸入 4 個(gè)（M1、M2、M3、M4）（注：這里不考慮跑偏開關(guān)、張力保護(hù)器、物料探測(cè)器等）以上共6個(gè)輸入的開關(guān)量信號(hào)，考慮以后的擴(kuò)充，預(yù)留50%的備用點(diǎn)，共9個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)DI。 輸出信號(hào)：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào) 4 個(gè)（M1、

9、M2、M3、M4） 綜 合 報(bào) 警 燈 1 個(gè) 停 車 1 個(gè) 故 障 4 個(gè)（M1、M2、M3、M4） 以上共需要10個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)DO，考慮到以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整擴(kuò)充，預(yù)留30%的備用點(diǎn)，共需要13個(gè)輸出點(diǎn)。 根據(jù)以上輸入DI點(diǎn)及輸出DO點(diǎn)的要求，我們選用日本歐姆龍（OMRON）公司的CPM2A系列30點(diǎn)I/O的可編程PLC（其輸入點(diǎn)DI為12點(diǎn)，輸出點(diǎn)DO為18點(diǎn)）,它具有如下優(yōu)點(diǎn)：1） 同步控制：CPM2A/2C的高速計(jì)數(shù)器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(gè)特定的脈沖輸出。2)高速處理功能：高速處理包括50ms的快速響應(yīng)輸入，0.64ms的掃描周期，高速處理在

10、很大程度上可以提高勞動(dòng)效率，以包裝機(jī)械為例，這可以顯著縮短檢測(cè)標(biāo)簽記號(hào)和檢測(cè)產(chǎn)品之間的時(shí)間間隔。 3）高速計(jì)數(shù)器功能：CPM2A/2C支持單軸高速計(jì)數(shù)20KHZ單相和5KHZ雙向，線性計(jì)算從-8388608到388607,25KHZ的四軸高速計(jì)算等。4）脈沖輸出位置控制：CPM2A/2C支持4種脈沖輸出的有2個(gè)點(diǎn)；1010KHZ脈沖輸出的有1個(gè)點(diǎn)；PWM輸出1.0-999.9KHZ的1個(gè)點(diǎn)，其具有同步功能。5）RS232通訊端口：CPM2A/2C提供一個(gè)內(nèi)置的RS232端口，能很方便地連接可編程終端，確認(rèn)操作環(huán)境和調(diào)試時(shí)能實(shí)現(xiàn)可視化，將來擴(kuò)充時(shí)刻選擇其它的組網(wǎng)模塊。6）價(jià)格低廉：在價(jià)格方面PL

11、C也是比較便宜的，因?yàn)橐粋€(gè)PLC可控制整個(gè)控制系統(tǒng)，歐姆龍PLC經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，價(jià)格低于西門子及三菱PLC，且性能穩(wěn)定，性價(jià)比較高。一般情況下輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)，輸出點(diǎn)與輸出信號(hào)在控制上一一對(duì)應(yīng)，分配好以后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)信號(hào)分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，在本系統(tǒng)中報(bào)警器是幾個(gè)信號(hào)共用一個(gè)輸出點(diǎn)，個(gè)報(bào)警因素按邏輯關(guān)系并聯(lián)后接到報(bào)警輸出點(diǎn)，I/O分配表如下表1所示：輸入啟動(dòng)按鈕SB1停車按鈕SB2故障點(diǎn)SB3、 SB4 、 SB5 、 SB6 地址000000000100003、 00004、 00005、 00006輸出報(bào)警指示燈HA停車輸出點(diǎn)TA故障輸出M1 M2 M3 M4地址 0100

12、4 01005 01006 01007 01008 01009輸 出電機(jī)運(yùn)行M4 M3 M2 M1 地 址 01000 01001 01002 01003 表1 I/O分配表 2.2 PLC外圍硬件電路設(shè)計(jì)與硬件電路圖 2.2.1 PLC外圍硬件電路圖（見圖3） SB1為啟動(dòng)按鈕（地址00000），SB2為停止按鈕（地址00001），SB3SB6為四臺(tái)電機(jī)對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)（電機(jī)正常時(shí)為常開，故障時(shí)為常閉），01004為故障報(bào)警輸出，當(dāng)任何一臺(tái)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，HA便開始報(bào)警，電機(jī)故障信號(hào)由熱繼電器FR和空氣開關(guān)QF的輔助觸點(diǎn)串聯(lián)后輸出的。 L N SB1 HA SB2 TA QF2 SB3 HL1

13、 SB4 HL2 FU2 SB5 HL3 SB6 HL4 KM1 FR1 KM2 FR2 DC COM KM3 FR3 -24VDC KM4 FR4 +24VDC L2/N COM L1 圖三 PLC與外設(shè)之間接線原理圖 硬件電路主電路圖（圖4）及說明 V U W QF0 FU0 QF1 QF2 QF3 FU4 FU1 FU2 FU3 FU4 KM1 KM2 KM3 KM4 FR1 FR2 FR3 FR4 M1 M2 M3 M4 圖4 主電路圖 電氣主回路主要由塑殼空氣開關(guān)QF1QF5、熔斷器FU1FU5、接觸器KM1KM5及熱繼電器FR1FR4組成。 2.3 硬件電路的接線要求 在硬件電路圖

14、（見圖3、圖4）的基礎(chǔ)上，對(duì)一些相關(guān)的控制接線作如下要求：1）采用遠(yuǎn)程集中控制，完全由PLC按照工藝要求來啟動(dòng)生產(chǎn)線上各個(gè)設(shè)備。 2）電動(dòng)機(jī)容量小于45KW或其容量不超過電源變壓器容量的15%容量時(shí)，均采用直接啟動(dòng)方式。 3）交流接觸器的觸點(diǎn)容量根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量確定，所有接觸器線圈的控制電壓為220VAC。 4）所有電機(jī)都配有相應(yīng)的低壓電路保護(hù)，具有短路、過載、過電流等保護(hù)功能，這些保護(hù)的元件選型QF、FR、FU均根據(jù)電機(jī)容量選取。5）電控系統(tǒng)采用380VAC三相四線制供電。6）PLC的故障輸出端直接接到AC220V報(bào)警上。3、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)工藝要求和用戶使用需要，同時(shí)考慮到設(shè)備使用的安

15、全性，故障保護(hù)與報(bào)警狀態(tài)顯示的要求，以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備協(xié)調(diào)工作的功能，用梯形圖編制整個(gè)控制程序。在考慮到皮帶輸送機(jī)發(fā)生故障時(shí)，每臺(tái)皮帶機(jī)運(yùn)行相隔的時(shí)間用定時(shí)器控制。在集中控制方式下，通過定時(shí)器控制依次啟動(dòng)個(gè)電機(jī)。 3.1 程序流程圖與梯形圖及其說明 首先PLC上電自檢初始化，然后按下啟動(dòng)按鈕SB1，M4電機(jī)先行啟動(dòng)，然后每間隔15S一次啟動(dòng)M3、M2、M1電機(jī)。當(dāng)需要皮帶輸送機(jī)停止時(shí)，只需要按下停車按鈕SB2，則M1立即停止，接著每隔30S依次停下M2、M3、M4電機(jī)。SB3-SB6是故障輸入點(diǎn)，是對(duì)應(yīng)與PD1-PD4的設(shè)備，該故障是塑殼開關(guān)QF2-QF5的輔助觸點(diǎn)與熱繼電器輔助觸電的串聯(lián)，如

16、SB3是QF2和FR1輔助觸電的串聯(lián)。當(dāng)某臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，這臺(tái)電機(jī)和它前面的電機(jī)立即停止，通過30S后其后面的一次間隔30S停止。為了分析問題方便，并根據(jù)控制要求做出系統(tǒng)工作過程流程圖如圖5所示： 根據(jù)控制要求及流程圖，做成梯形圖如圖6所示，在程序中01000、01001、01002、01003控制電機(jī)M4、M3、M2、M1；01004作為故障報(bào)警燈輸出控制；01006、01007、01008、01009作為電機(jī)M1、M2、M3、M4的故障報(bào)警輸出；01005作為停車指示顯示輸出。每臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間定時(shí)器分別采用定時(shí)器TIM000(T000)、TIM001(T001)、TIM002(T002)

17、控制，停止延時(shí)定時(shí)器用TIM003(T003)、TIM004(T004)、TIM005(T005)控制。 PLC上電 啟動(dòng) 啟動(dòng)SB1 停止按鈕SB2 M4電機(jī)啟動(dòng) 有故障 M4停止15S后 30S后 M3電機(jī)啟動(dòng) 有故障 M3停止 30S后 M4停止15S后 30S后M2電機(jī)啟動(dòng) 有故障 M2停止 30S后 M3停止 30S后 M4停止15S后 30S后M1電機(jī)啟動(dòng) 有故障 M1停止 30S后 M2停止 30S后 M3停止 30S后 M4停止 圖5 皮帶機(jī)控制方框流程圖TIM001#150TIM002#150TIM003#300TIM000#150TIM004#300 00000 （2000

18、0）20000 20000 IL(02) 20000 T003 01006 M4 (01000) 01000 01000 01001 01002 20000 T004 01007 T000 M3 (01001) 01001 20000 T005 01008 T001 M2 (01002) 01002 T002 01005 01009 M1 (01003)TIM005 #300 01005 01003 01009 00001 （01005） 01005 00002 （01006） 00003 （01007） 00004 （01008） 00005 （01009） 01006 （01004） 01

19、007 01008 01009 （ILC03） 圖6 皮帶輸送機(jī)控制梯形邏輯圖4 系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)CX-P編程的基本操作，建立一個(gè)新工程（或項(xiàng)目），創(chuàng)建一個(gè)程序，按照?qǐng)D5的控制梯形邏輯圖編譯程序，將PC機(jī)上的程序下裝到PLC，將PLC中的程序上傳到PC機(jī)并將兩個(gè)程序進(jìn)行比較，在執(zhí)行PLC程序時(shí)進(jìn)行監(jiān)視，在線進(jìn)行編程等。 在按下啟動(dòng)按鈕00000，最后一臺(tái)皮帶機(jī)M4開始啟動(dòng)，隨后定時(shí)15S間隔依次啟動(dòng)M3、M2、M1。停車時(shí)按下停車按鈕00001應(yīng)先停止最前面一臺(tái)皮帶機(jī)M1，然后一次延時(shí)每間隔30S停M2、M3、M4。這就是在正常情況下的停車與開車。在有故障的情況下，立即斷開停止故障的皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)，并有相應(yīng)報(bào)警輸出，然后定時(shí)器每間隔30S依次向后停止其它皮帶機(jī)。5 總結(jié)及謝詞 時(shí)光如水，歲月如歌，3年的業(yè)余大學(xué)生活，我想應(yīng)該是每個(gè)熱于求知者人身中較為美好時(shí)光，是我們生活履歷的一個(gè)見證。 面對(duì)畢業(yè)，在我們心中最深的意識(shí)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作與完成。從題目選定到論文的制作完成，工作過程是艱辛的，但是成果是令人欣慰的。不論是之前實(shí)驗(yàn)還是實(shí)習(xí)，自己都沒有一個(gè)人去完成一件作品，在這將近半年的時(shí)間里，通過自己的不懈努力現(xiàn)在終于完成了我的設(shè)計(jì)。 回想當(dāng)初報(bào)名成考時(shí)的情