《基于PLC控制的噴粉機控制系統(tǒng)設計》6700字（論文）

基于PLC控制的噴粉機控制系統(tǒng)設計摘要行噴粉行業(yè)在國內近幾年得到了快速的發(fā)展。從老式手動式噴粉機發(fā)展到目前由集泵送單元、臂架、自動走底盤與一體大型噴粉機已經(jīng)成為業(yè)主流?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動化程度不斷提高，逐步與機電一體化和計算機網(wǎng)絡化管理相結合。機器分別是工業(yè)機器和特種機器，它們在生產(chǎn)中起到的作用完全不一樣。本文通過對濾芯式噴粉機使用PLC自動控制系統(tǒng)程序設計分析，闡述了在我公司的濾芯式噴粉機中使用PLC實現(xiàn)自動化控制的可行性。通過PLC，VFD，觸摸屏改造后的濾芯式噴粉機不但維護簡單，操作更方便，而且員工作業(yè)環(huán)境得到了改善，健康得到了保障，產(chǎn)量也得到了提高。關鍵詞：PLC可編程器、噴粉機、控制系統(tǒng)、機械手目錄TOC\o"1-3"\h\u20823一、緒論 36467（一）課題背景 31828（二）研究意義 326563二、相關技術介紹 35523（一）PLC控制技術 329132（二）PLC的基本結構 428184（三）方案設計 4165051.設計目標 4176552.設計任務抽象化 641743.工藝原理 6195（四）確定方案 724873三、系統(tǒng)控制方案設計 928437四、控制系統(tǒng)的硬件設計 1010921五、控制系統(tǒng)的軟件設計 1212243（一）軟件PLC輸入輸出I/O分配表 12214（二）PLC的I/O接線圖 135044（三）PLC編程 134887六、系統(tǒng)的調試 1920457（一）調試環(huán)境搭建 1932689（二）調試運行過程 1914357（三）問題及解決 222147總結 2230969參考文獻 23一、緒論（一）課題背景工業(yè)機械手是機器的一個分支，是近幾十年發(fā)展起來的高科技生產(chǎn)設備，可以通過編程完成各種可預見的任務，在結構和性能上兼具人機優(yōu)勢。和適應性。操縱運算的準確性和在各種環(huán)境下完成運算的能力，在國民經(jīng)濟的各個領域都有廣闊的發(fā)展前景。自1958年美國研制出第一臺機械手以來，它的飛速發(fā)展從未停止過?，F(xiàn)在機械手已經(jīng)普及到各行各業(yè)，被用于工業(yè)、軍事、娛樂、醫(yī)療等領域以代替人力。粉末噴涂機械手是從干式噴涂機中誕生的。國內的噴粉行業(yè)于近幾年得到了井噴式的發(fā)展。目前，國內的噴粉產(chǎn)品百花齊放，集泵送單元、臂架、自行走底盤于一體的大型噴粉機已經(jīng)成為行業(yè)主流。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動化程度不斷提高，逐步與智能化和計算機網(wǎng)絡化管理相結合，機器有２種，分別是工業(yè)機器和特種機器，它們在生產(chǎn)中起到的作用不一樣。特種機器不僅可以處理易燃易爆的物品，而且還可以充當很多軍事偵察兵的角色，從而保護了人類，避免人類自身生命安全受到威脅。另一方面工業(yè)機器不僅可以代替人工進行高強度作業(yè)，而且還能夠提高生產(chǎn)效率，降低人在工作時的風險。（二）研究意義通過對濾芯式噴粉機使用PLC自動控制系統(tǒng)程序設計分析，闡述了在我公司的濾芯式噴粉機中使用PLC實現(xiàn)自動化控制的可行性。通過PLC，VFD，觸摸屏改造后的濾芯式噴粉機不但維護簡單，操作更方便，而且員工作業(yè)環(huán)境得到了改善，健康得到了保障，產(chǎn)量也得到了提高。二、相關技術介紹（一）PLC控制技術可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController,簡稱PLC)，是基于微處理的通用工業(yè)控制裝置能執(zhí)行各種形式和復雜控制任務應用面廣功能強大，使用方便，是當代工業(yè)自動化的主要技術。用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產(chǎn)實踐。（二）PLC的基本結構PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、編程計算機和編程軟件組成，PLC的特殊功能模塊可以用來完成某些特殊任務。其系統(tǒng)示意圖如圖2-1所示圖2-1PLC控制系統(tǒng)示意圖通過這篇文章對PLC技術進行闡述，我們應該可以了解到PLC技術為何物，又有著怎樣的功能。簡單地說,

PLC具有強大的功能和實用性，所以在許多領域中都有應用,

PLC技術能夠在這些場所中起到無可取代的重要作用。（三）方案設計研究現(xiàn)有的耐張絕緣子噴粉機技術之后，明確了設計目的，但它是模糊的、不確切的，所以在進行方案設計之前需要制定詳細的、明確的設計目標。1.設計目標本課題設計的高壓電力絕緣子噴粉機的工作對象是500KV高壓輸電線路上懸掛在高空的雙聯(lián)耐張絕緣子串。500KV雙聯(lián)耐張絕緣子串的聯(lián)間距D=450mm,耐張絕緣子串的型號是U210BP/170D，是懸式防污型瓷絕緣子，結構高度是170mm，傘裙直徑是350mm,可承受的重力是210KN。圖2-2500KV雙聯(lián)耐張絕緣子串聯(lián)間距示意圖圖2-3懸式防污型瓷絕緣子U210BP/170D工程圖本高壓電力絕緣子噴粉機可以使用無人機送到雙聯(lián)耐張絕緣子串下方，機器自行固定在雙聯(lián)絕緣子串上，能夠在雙聯(lián)絕緣子串上行走，可對每個絕緣子全方位的清掃和噴涂，噴涂完成后，機器自動取消固定，由無人機送回。整個工作過程都不需要人工操作，而且具有高效、環(huán)保的特點。表2-1高壓電力絕緣子噴粉機設計要求表設計要求主要內容必要要求/期望要求1.功能要求實現(xiàn)自動固定、行走、清掃、噴涂全自動的工作過程必要2.使用性能要求涂層厚度：0.4～0.6毫米；重量：70公斤；間歇移位；運行靈活；工作可靠，調整維修方便；綠色環(huán)保必要3.工況適應性要求500KV雙聯(lián)耐張絕緣子串聯(lián)間距：450毫米；懸式防污型瓷絕緣子U210BP/170D傘裙直徑：350毫米，結構高度：170毫米，最大承受重力：210KN；整機工作穩(wěn)定必要4.宜人性要求操作方便、省力，視野寬廣期望5.外觀要求在滿足作業(yè)要求的條件下，體積小、緊湊、造型美觀；外形尺寸（長×高×寬）：1600毫米×1400毫米×1300毫米期望6.經(jīng)濟性要求生產(chǎn)成本比同類同等級產(chǎn)品低10%期望2.設計任務抽象化使用黑箱模型來表述僅知輸入量和輸出量而不知其內部結構的設計任務，之后再逐步打開黑箱，確定它內部的結構，將輸入量轉化為輸出量。圖2-4高壓電力絕緣子噴粉機黑箱模型3.工藝原理無人機將高壓電力絕緣子噴粉機送至500kv雙聯(lián)耐張絕緣子串的下方后，利用杠桿原理和機器自身的重力將機器固定在雙聯(lián)絕緣子串上，機器通過摩擦傳動在雙聯(lián)耐張絕緣子串上位移，首先對其中一串絕緣子清掃、噴涂，利用摩擦和氣流將絕緣子和其上的污穢分離，液態(tài)防污閃涂料通過壓力涂敷在絕緣子表面固化后形成一層膠膜，然后機器在返程時對另一串絕緣子清掃、噴涂，從而完成整個雙聯(lián)耐張絕緣子串的清掃、噴涂車文俊.防污閃涂料的選用[J].供用電,2002,19(1):12-13車文俊.防污閃涂料的選用[J].供用電,2002,19(1):12-13（四）確定方案本高壓電力絕緣子噴粉機主要具有自動固定、移位、清掃和噴涂這幾個功能。圖2-5高壓電力絕緣子功能結構圖機器通過翻轉機構固定在單串絕緣子上，并可以在單串絕緣子上行走，清掃機構隨著機器的移位而清掃，機器清掃完一個或若干個絕緣子后暫停，由機械臂控制噴嘴完成絕緣子的噴涂。圖2-6機器總示意圖機器自動固定功能的實現(xiàn)：采用兩個半圓形環(huán)體，由齒輪齒條翻轉機構控制其開合。無人機將機器送至絕緣子串上方，翻轉機構閉合，兩個半圓形環(huán)體變?yōu)橐粋€圓形套筒，套在單串絕緣子串上，套筒內部成120度角分布的三個具有調心機構的移位機構可以使機器夾緊定位仲亮，郭銳，賈娟.一種絕緣子在線噴涂控制系統(tǒng)及機器人[P].中國.發(fā)明專利.CN106391373,2017-02-15仲亮，郭銳，賈娟.一種絕緣子在線噴涂控制系統(tǒng)及機器人[P].中國.發(fā)明專利.CN106391373,2017-02-15圖2-7自動固定機構示意圖機器移位功能的實現(xiàn)：絕緣子串具有一定的坡度，而且絕緣子是傘裙狀，輪子很難在絕緣子串上行走，而同步帶能適應復雜的行走環(huán)境，且不易對絕緣子造成磨損，所以選擇同步帶傳動機構作為機器的行走機構，三個成120度角的同步帶機構通過彈簧調心機構與套筒連接。圖2-8方案機器同步帶移位機構示意圖機器清掃功能的實現(xiàn)：兩個毛刷為一組，柄部通過彈簧連接，兩組毛刷對稱分布在齒形環(huán)上，一共有四組毛刷，兩組負責較平滑的傘裙，另兩組負責由斜度的傘裙，齒形環(huán)由齒輪驅動。隨著機器在絕緣子串上移動，彈簧拉伸，毛刷與絕緣子表面摩擦，從而清除其表面附著的污穢。圖2-9機器清掃機構示意圖機器噴涂功能的實現(xiàn)：采用六個自由度的關節(jié)型機械臂來控制噴嘴的位置變化，噴嘴安裝在第六軸上，噴嘴設計成M形，與絕緣子外形相似，內部分布若干小噴體。機械臂使噴嘴繞絕緣子串旋轉，完成周向噴涂。圖2-10機器噴涂機構示意圖三、系統(tǒng)控制方案設計系統(tǒng)控制理論分析，針對故障形式制定方案：繼電器系統(tǒng)由于繼電器的某移動的斷開、燒損整個無噴吹輸出，擬利用PLC控制器直接輸出給電磁閥，減少故障率。觸摸屏并可以設置吹氣間隔和吹氣時間。由于以前電機無監(jiān)測無調頻，所以改用觸摸屏、PLC，變頻器控制電動機。監(jiān)測電流電壓，調頻率改為速度作自動程序，設置選擇開關控制?；诖伺_濾芯式噴粉機的特點，故決定使用三菱FX3U-16M可編程控制器，485通訊模塊（FX3G-485BD）,一臺變頻器（FR-E700）,威倫通（MT60711P）觸摸屏對其系統(tǒng)控制，結合脈沖電磁閥作為動作元件和執(zhí)行元件用于換其它粉。四、控制系統(tǒng)的硬件設計4.1改造后噴粉機動作流程如圖4-1所示圖4-1動作流程觸摸屏輸觸摸屏輸入信號PLC變頻器電機抽風過濾集粉電磁閥反吹4.2設備電氣主電路采用變頻器控制，達到改變速度并實現(xiàn)正反轉，監(jiān)控電機運行頻率電壓。電流的目的。L1L1~3M33UVWRST變頻器PEL2L3圖4-2設備變頻控制圖5.3控制電路1.主電路的控制電源由三相電源380V經(jīng)變頻器到電機，變壓為220V作為控制電源使用，同時也作為PLC觸摸屏控制電源。2.因執(zhí)行元件脈沖電磁閥使用DC240直流電源，故從變壓器輸出端接220V電源經(jīng)橋式蒸流送入PLC做控制直流電源。DC24VDC24V自動啟動PEMRS-485-BDPU接口變頻器PLC220VACYV3YV2YV1觸摸屏Y0Y2Y1SB1SB2SB3DV24VCOM1UDC24V停止急停VW圖4-3控制直流電源圖4.4控制要求1.觸摸屏可以監(jiān)控電機頻率、電流、電壓、電機正轉和反轉?？梢栽谟|摸屏上設置自動模式和手動模式。2.自動模式下按下啟動按鈕電機默認10HZ速度正轉，自動模式下只可以正轉，可以在觸摸屏上改變頻率。反吹系統(tǒng)啟動默認以每10秒間隔，反吹5秒，間隔時間和反吹時間可以在觸摸屏上設置。3.手動模式下不可以自動，手動模式下電機可以正轉反轉，頻率可以在觸摸屏上設置。反吹系統(tǒng)可以隨便點動。4.按下停止，電機。反吹系統(tǒng)在任何模式下都必須停下來。5.按下急停按鈕噴粉機停止，設置參數(shù)全部清零。五、控制系統(tǒng)的軟件設計（一）軟件PLC輸入輸出I/O分配表輸入點分配表見下表輸入點分配表名稱代號輸入編號自動啟動SB1X000停止SB2X001急停SB3X002輸出點分配表見下表輸出點分配表名稱代號輸入編號1號脈沖電磁閥YV1X0002號脈沖電磁閥YV2X0013號脈沖電磁閥YV3X002（二）PLC的I/O接線圖DC24VDC24V自動啟動PEMRS-485-BDPU接口變頻器PLC220VACYV3YV2YV1觸摸屏Y0Y2Y1SB1SB2SB3DV24VCOM1UDC24V停止急停VW圖5-1PLC的I/O接線圖（三）PLC編程1.PLC通信格式PLC通信格式的設定有兩種方法：在軟件（ GX-Works2）里設置：點擊導航中的參數(shù)PLC參數(shù)PLC的系統(tǒng)設置（2），在此過程中PLC與變頻器通訊，采用程序設定通訊格式，MOVHOC96D8120是指定通信格式。說明：D200至D7999共7800點，斷電保持數(shù)據(jù)寄存器MOVH0C96D8120通訊格式，它是怎么算出來，可以參照下圖D8120內容是一個16位的數(shù)據(jù)，根據(jù)設定的參數(shù)來計算，比如上述程序的H0C96是怎么來的，看下通訊方式是，波特率19200,7位數(shù)據(jù)長度，偶效驗，停止位是1，控制線是無協(xié)議的調制解調器模式（RS485接口）：選用三菱FX3U型的PLC，可以用IVCK功能指令。列如[IVDRK14HOEDD200K1]IVDR:寫入，K14:14號站，HOED:頻率，D200：寄存器，K1:常數(shù)（十進制整數(shù)的符號）。2.手動程序編寫M101在觸摸屏上設置手動模式開關，X003手動正轉開關，[MOVK2D190]傳送K2(反轉)到D190（寫入運行狀態(tài)）里面。X004手動反轉開關，[MOVK4D190]傳送反轉到D190里。[=D190K2]D190里的值等于K2時,[MOVD20D200]傳送D20里的值到D200（寫入運行頻率）里面。3.自動程序編寫M100自動模式選擇開關，X000自動啟動，自動模式下正常工作中，離心風機電機只能正轉，默認10HZ頻率?？梢栽谟|摸屏上根據(jù)故障要求設置頻率（D22）4.停止程序編寫X001停止，按下停止鍵[MOVKOD190]傳送停止到D190里面，同時[ZRSTD190D200],[ZRSTTOT5]用區(qū)間復位指令，復位D190到D200數(shù)據(jù)寄存器，T0到T5時間繼電器，RST復位M0到達。5.變頻器驅動系統(tǒng)設計變頻器選用FR-E700，因為E700是經(jīng)濟型高性能，PLC采用R-485通訊。根據(jù)下表設置變頻器各參數(shù)功能數(shù)值設定值Pr79:變頻器運行模式790Pr117：站號（00-31）11714Pr118：通信數(shù)率19200118192Pr119：停止位長11910Pr120：奇偶位長1202Pr121：通訊重試次數(shù)1219999Pr122：通訊效驗時間間隔1229999Pr123：等待時間1239999Pr124：CR、CF1241Pr340:通訊模式3401MODBUS對變頻器功能說明：變頻器運行監(jiān)控（可編程控制器變頻器）指令代碼（16進制數(shù)）讀出內容對應變頻器F700A700E700D700V500F500A500E500S500H7B運行模式000000000H6F輸出頻率000000000H70輸出電流000000000H71輸出電壓0000O000--H72特殊監(jiān)控0000000H73特殊監(jiān)控的選擇編號0000000H74異常內容000000000H75異常內容000000000H76異常內容00000000--H77異常內容00000000--H79變頻器狀態(tài)監(jiān)控（擴展）0000H7A變頻器狀態(tài)監(jiān)控000000000H6E讀出設定頻率（E2PROM）000000000H6D讀出設定頻率（RAM）000000000變頻器運行控制（可編程控制器變頻器）指令代碼（16進制數(shù)）讀出內容對應變頻器F700A700E700D700V500F500A500E500S500HFB運行模式0000000HF3特殊監(jiān)控的選擇NO0000HF9運行指令（擴展）000000000HFA運行指令0000O0000HEE寫入設定頻率（E2PROM）000000000HED寫入設定頻率（RAM）000000000HFD變頻器復位000000000HF4異常內容的成批清除0000--0000HFC參數(shù)的全部清除000000000HFC用戶清除00HFF鏈接參數(shù)的擴展設定0000000006.觸摸屏畫面設計觸摸屏選用威綸通MT60711P,電源DC24V和PLC用串口R-422通訊，觸摸屏畫面設計有以下特點和優(yōu)勢運行畫面中可以觀察電機運行參數(shù)，可以在觸摸屏上按啟動、停止、觀察反吹系統(tǒng)和反吹時間。自動參數(shù)畫面可以直接在屏幕上設置自動電機運行頻率，反吹系統(tǒng)間隔時間和反吹時間。手動參數(shù)畫面可以切換手動模式，手動正轉并設置正轉頻率，手動反轉也可以設置反轉頻率。反吹系統(tǒng)可以點動反吹。六、系統(tǒng)的調試（一）調試環(huán)境搭建（1）舊的中間繼電器、時間繼電器、接觸器、變壓器、鎮(zhèn)流器全部報廢，22kw主電機至配電箱，脈沖電磁閥至配電箱的布線保留。（2）三菱PLc控制器選用FX3U-48MR-001，按照PLC梯形圖把編好的程序寫入控制器中。將FX3G-485-BD模塊插在PL.C上，將SDB和RDB短接，SDA和RDA短接，在變頻器上485+端子引出導線接到模塊的SDA和RDA上，在變頻器（FR-E700）上485-端子引出導線接到模塊的SDB和RDB上，采用RS485接口工作半雙工，它的意思就是信號的讀取和寫入不能同時發(fā)送，發(fā)送的時候不能讀取。觸摸屏（MT6071IP）連接好電源，根據(jù)PLC做好界面開關，頻率，時間等元器件。（二）調試運行過程（1）根據(jù)PLC輸入輸出I/0分配圖，把電磁閥、開關接入輸出輸入對應端子上，把輸出點接入對應的接觸器線圈上。（2）按照變頻器參數(shù)表設置好參數(shù)，按照系統(tǒng)要求設置好觸摸屏（3）測試啟動、停止、急停線路的，可靠性安全性。觀察電磁閥動作順序是不是與圖紙一致，此測試必須不帶負載，避免短路發(fā)生電機爆炸。觀察PLC各點輸出狀態(tài)，和觸摸屏通訊能否達到最佳功能。（4）帶負載運行，觀察各部分運轉，主電機啟動正常、噴吹工作正常，風力強勁。以下為設備調試圖圖6-1噴粉區(qū)背面圖6-2噴粉區(qū)正面圖6-3烤爐圖6-4電氣控制柜（三）問題及解決噴粉式濾筒機未改造以前一天堵2至3次，一次維修1個小時。采用PLC自動控制系統(tǒng)控制，改造吸式濾筒除塵機以后，電機可以監(jiān)測電流、電壓、頻率，根據(jù)工作需要改變速度。減少了做無用功，增加了皮帶軸承的使用壽命。噴吹頻率與輸出同步，可以根據(jù)每個濾芯位置不同，設置反吹間隔時間和反吹時間。站在主機外5米的地方都能聽到“砰砰”聲，站在吸風口，能感覺到有一股強大吸力往里吸。員工在工作上，身上不在有粉塵了。工作環(huán)境得到了很大的提高，減少了職業(yè)病的危害。同時生產(chǎn)效率大大的提高了。改造前一天的故障幾乎為零。生產(chǎn)單量明顯上升20%，也為公司節(jié)省了成本?？偨Y此次改造我運用了自動化專業(yè)的知識，參考了一些相關的書籍，得到了工程師和老師的講解，認真分析了噴粉式的濾筒除塵機的工作過程及工作要點。改造后經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，達到了預期的效果。我認為，在科技飛速發(fā)展的今天，作為一名電氣維修人員應該努力學習新知識新技能，在