plc畢業(yè)論文---plc用于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)（論文）</b></p><p>　　題目：PLC用于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計</p><p>　　院、系（站）： </p><p>　　學 科 專 業(yè)： 機電一體化技術(shù) </p><p><b>　　2013年11月</b&g

2、t;</p><p>　　PLC用于皮帶運輸機的集中控制設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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

3、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞:皮帶運輸機 PLC 集中控制</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤礦、冶金

4、、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

5、應的要求，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。</p><p>　　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

6、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，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。</p><p><b>

7、;　　目 錄 </b></p><p>　　1 皮帶傳輸機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程4</p><p>　　1.1 皮帶傳輸機的結(jié)構(gòu)4</p><p>　　1.2 皮帶運輸機的電氣控制要求4</p><p>　　1.3 皮帶運輸機的總體方案確定5</p><p>　　2 控制系統(tǒng)的硬件電

8、路設(shè)計6</p><p>　　2.1 PLC選型及I/O表的分配6</p><p>　　2.2 PLC外圍硬件電路的設(shè)計與硬件電路圖7</p><p>　　2.2.1 PLC外圍硬件電路圖7</p><p>　　2.2.2 硬件電路主電路圖及說明8</p><p>　　2.3 硬件電路的接線要求9

9、</p><p>　　3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計10</p><p>　　3.1 軟件設(shè)計思路10</p><p>　　3.2 程序流程圖與梯形圖及說明10</p><p>　　4 抗干擾的設(shè)計13</p><p>　　4.1 設(shè)備選型13</p><p>　　4.2 綜合抗干

10、擾設(shè)計13</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試14</p><p>　　6 總結(jié)與謝辭15</p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>　　1. 皮帶傳輸機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程</p><p>　　1.1皮帶傳輸機的結(jié)構(gòu)</p><p&g

11、t;　　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。</p><p>　　3 2 1</p><p>　　皮帶；2-托棍；3-傳動輪</p><p>　　圖1皮帶運輸機的組成圖</p><p>　　圖2原材料皮帶運輸機

12、的輸送示意圖</p><p>　　1.2 皮帶運輸機的電氣控制要求</p><p>　　1.2.1設(shè)計目的和技術(shù)要求：</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p&

13、gt;<p>　　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。</p><p>　　1.3 皮帶運輸機的總體方案確定</p><p>　　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：&l

14、t;/p><p>　　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，

15、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。</p><p>　　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

16、顯。為此采用PLC控制皮帶運輸機是一個很好的選擇。</p><p>　　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。</p><p>　　兩者的優(yōu)缺點比較如下表1：表1 方案比較</p><p>　　考

17、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。</p><p>　　結(jié)合PLC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。</p><p>　　2. 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計</p><p>　　2.1 PLC選型及I/O表的分配 </p><p><b>　　輸入信號:</b><

18、/p><p>　　啟動開關(guān) 需要1個輸入端</p><p>　　停車開關(guān) 需要1個輸入端</p><p>　　故障開關(guān) 需要4個輸入端</p><p>　　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。</p><p><b>　　輸出信號

19、:</b></p><p>　　電動機 需要4個輸出端</p><p>　　報警燈 需要1個輸出端</p><p>　　停車 需要1個輸出端</p><p>　　故障 需要4個輸出端</p><p>　　

20、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，它具有以下幾個特點：</p><p><b>　　1) 同步控制 </b></p><p>　　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

21、產(chǎn)生一個特定的輸出脈沖。 2) 高速處理</p><p>　　高速處理包括50ms的快速響應輸入，更短的掃描周期?。?.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</p><p>　　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（

22、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 </p><p>　　CPM2A/2C 支持4種脈沖方式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)

23、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。 </p><p><b>　　6) 價格低廉</b></p><p>　　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)。</p><p>　　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。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號分配給每一個

24、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。</p><p>　　表2 I/0分配表</p><p>　　2.2 PLC外圍硬件電路的設(shè)計與硬件電路圖</p><p>　　

25、2.2.1PLC外圍硬件電路圖</p><p>　　SB1為啟動按扭（00000）。SB2為停止按扭（00001）。SB3-SB6為四臺電機所對應的故障信號（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。</p&

26、gt;<p>　　圖3 PLC與外設(shè)之間的接線圖</p><p>　　2.2.2硬件電路主電路圖及說明</p><p>　　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)生故障，都可由對應的低壓電器來切斷電

27、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。</p><p><b>　　圖4 主電路圖</b></p><p>　　2.3 硬件電路的接線要求</p><p>　　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：</p>

28、;<p>　　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。</p><p>　　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</p><p>　　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。</p><p>　　4）所有電機都配有相應的低壓電器保護；具

29、有短路、過載、過電流、斷相等保護功能。</p><p>　　5）電控系統(tǒng)采用三相四線制供電系統(tǒng)。</p><p>　　6）PLC的故障輸出端直接接到AC220V報警器。</p><p>　　3. 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p><b>　　3.1軟件設(shè)計思路</b></p><p>　　根據(jù)加

30、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。</p><p>　　3.2程序流程圖與梯形圖及說明</p><p>　　首先PLC上電初始化，然后按下啟動按扭(0000

31、0)，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：</p><p>&

32、lt;b>　　圖5流程圖</b></p><p>　　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、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

33、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，可按下00004按扭，M2與M1電機立即停止，然后通過T004

34、的定時30S，切斷M3；通過T003定時30S，切斷M4。</p><p>　　00000 20000</p><p><b>　　A</b></p><p>　　20000 T002 01005 01009 01003（M1）<

35、/p><p><b>　　20000</b></p><p>　　01005 01003</p><p>　　20000 T003 01006 01000（M4） </p><p>　　01000 01009<

36、/p><p>　　01000 00001 01005</p><p><b>　　01005</b></p><p><b>　　01001</b></p><p>　　00002 0

37、1006</p><p><b>　　01002</b></p><p>　　00003 01007</p><p>　　20000 T004 01007 T000 01001（M3） 00004 01008</p><p>　　01001

38、 00005 01009</p><p>　　01006 01004</p><p>　　20000 T005 01008 T001 01002（M2）</p><p><b>　　01007 </b></p><p&g

39、t;<b>　　01002</b></p><p><b>　　01008</b></p><p><b>　　01009</b></p><p><b>　　圖6梯形圖程序</b></p><p><b>　　4. 抗干擾的設(shè)計</b&g

40、t;</p><p><b>　　4.1設(shè)備選型</b></p><p>　　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作中的應

41、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。 </p><p>　　4.2 綜合抗干擾設(shè)計 </p&

42、gt;<p>　　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。</p><p><b>　　5. 系統(tǒng)調(diào)試</b></p>&l

43、t;p>　　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。</p><p>　　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。停車時應先停止最前面的皮帶機M1(0

44、1003),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、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。</p><p>

45、<b>　　6. 總結(jié)與謝辭</b></p><p>　　時光如水，歲月如歌。三年的大學生活，我想應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。</p><p>　　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

46、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.</p><p>　　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，大學不容我這樣，一切都證明我的方式不適合在這個圈里生存。我失落過，我迷惘過，但我沒放棄，在失敗面前我并沒退縮，我懂得什么是知難而進，在老師的指導與同學的幫助中。我找回了自我認清了方向，也有了明確的目標，那樣我就有了

47、朝著目標奮斗的動力</p><p>　　感謝各位老師的幫助和支持。各位老師不僅教給我專業(yè)知識，也教給我許多課外知識，這些知識將對我今后踏入社會工作起到了很重要的作用。同時我也從各位老師那里學到了許多做人的原則，這些將有益于我的終身。在這里，我衷心的感謝各位老師，同時也對本文做出認真審閱的老師們給以深深的敬意！并祝他們身體健康，工作順利！</p><p>　　最后，感謝所有關(guān)心我、支持我、幫

48、助過我的同學和朋友，有你們的陪伴是我一生的幸福！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 陳新華主編.電工技術(shù)與可編程序控制器實踐.北京：機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[2] 許世徐 可編程控制器原理應用網(wǎng)絡(luò) 中國科技大學出版社</p><p>　

49、　[3] 宮淑貞 可編程控制器原理及應用 人民郵電出版社</p><p>　　[4] 王仁祥 常用低壓電器原理及其控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 王成福主編.可編程序控制器原理及應用.北京：機械工業(yè)出版社，2006.7</p><p>　　[6] 張進秋主編.可編程控制器原理及應用實例[M]. 北京：