六台皮带输送机毕业设计

1河南工业职业技术学院题目：六台皮带输送机顺序控制系统设计院 （系）： 机电自动化学院学科专业： 机电一体化技术姓 名： XXXXXXXXXX学 号： XXXXXXXX指导老师：XXXXXXXXXXX日 期： 2016 年 11月2摘 要皮带输送机是现代散状物料连续运输的主要设备。随着工业和技术的发展，采用大运量、长距离、高带速的大型带式输送机进行散状物输送已成为带式输送机的发展主流。越来越多的工程技术人员对对皮带输送机的设计方法进行了大量的研究。本文从皮带输送机的传动原理出发，选多种控制方案进行讨论，取其最合理、经济、可靠的控制方案，合理的选择出驱动电动机。其次根据控制方案的要求，即六台皮带运输机的控制要求，用经验设计法设计出电气控制线路，其中包括主线路和控制线路。然后根据设计出的电气控制电路，选择出合理的低压电器元件。绘制电气原理图，编写自动顺序控制梯形图。最后，以经济、可靠、维修方便为出发点，对皮带输送机进行设计计算。与其他输送设备相比，不仅具有长距离、大运量、连续传送等优点，而且运行可靠易于实现自动化、集中化控制等等。关键词：控制方案；主线路；控制线路3目 录前言 .4第一章 六台皮带运输机概况及控制要求 .51.1皮带输送机系统示意图 .51.2控制要求 .51.3控制方案论证 .6第二章 电动机的选择 .82.1选择电动机的条件 .82.2选择电动机类型 .82.3电动机容量选择 .92.4确定电动机额定功率 .92.5确定电动机转速 .102.6电动机的维护 .102.7电动机常见故障 .11第三章 PLC的选择 .123.1 PLC选型原则 .123.2机型的选择 .12第四章 电气元件的选择 .144.1刀开关的选型 .144.2熔断器选型 .144.3时间继电器的选择 .144.4中间继电器的选择 .154.5按钮开关的选择 .154.6接触器的选择 .164.7热继电器的选择 .16第五章 控制系统程序设计 .195.1 PLC 程序设计思路 .195.2 输入/输出元件及控制功能 .195.3 PLC I/O 接线图设计 .195.4程序设计 .215.5控制原理 .21第六章 电气控制线路设计 .236.2电动机主电路的设计 .236.3控制回路设计 .25总结 .28致谢 .29参考文献 .30附录 .314前 言 自动化控制技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展自动化控制技术更加日新月异。伴随着数学、控制理论计算机、电子器件的发展出现了自动化控制技术系统并作为一门应用科学已发展成熟形成了自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。电气控制与 PLC课程是机电类高职工科专业开设的实践性很强的技术应用型课程。它不仅为电机调速控制技术、机电传动与控制技术、电梯应用技术、楼宇自动化技术等后续课程、集中实训和毕业设计打下基础而且为相关专业学生考初、中级电工资格证书做准备。 随着我国国民经济的飞速发展机械在品种规模设计与制造技术等方面也得到了迅速的发展和提高。目前全国各地均建有机械制造厂并逐步走向专业化生产以能独立自主地进行，从单机到成套设备乃至自动生产线的设计与制造。随着新材料新工艺新技术的发展必须推动各种自动机械向电气控制化和智能化的方向发展。 通过设计学习使我熟悉常用低压电器的结构、工作原理、特性及应用；掌握继电接触器控制系统基本分析和设计能力，特别是掌握典型电气控制电路的分析和设计能力、可编程控制器的工作原理及结构特点、基本逻辑指令的应用、步进顺控指令编程方法及应用；进一步树立正确的设计思想。在整个设计过程中坚持实践是检验真理的唯一标准、坚持理论联系实际坚持与机械制造生产情况相符合，使设计尽可能做到技术先进、经济合理、生产可行、操作方便、安全可靠。 由于时间和水平有限本设计难免有不少缺点和错误恳请老师批评指正。5第一章 六台皮带运输机概况及控制要求1.1 皮带输送机系统示意图皮带运输机由 6台皮带机组成 6台皮带机分别用 6台电动机(M1M6)拖动如图1-1所示。图 1-1皮带输送机系统示意图1.2 控制要求(1)启动时，为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积要求逆物料流动方向按一定时间间隔顺序起动。其起动顺序为：先起动最末一台皮带机经过 5S延时再依次起动其它皮带机： 5S 5s 5s 5s 5sM6 M5 M4 M3 M2 M1(2)停止时，为了使运输皮带上不残留物料要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止。其停止顺序为：先停止第一台皮带机(M1)待料运送完毕后再依次停止其它皮带机： 5s 5s 5s 5s 5sM1 M2 M3 M4 M5 M6(3)事故停车时，如 M2停车时 M1、M3、M4、M5、M6 立即停车。上述动作均按时间原则控制。61.3 控制方案论证1.3.1 继电器控制方案（1）逻辑控制 继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或者并联等组合成控制逻辑其连线多且复杂、体积大、功耗大系统构成后想改变或者增加功能、较为困难。（2）控制速度 继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的工作频率低触点的开关动作一般在几十毫秒数量级且机械触点还会出现抖动问题。（3）顺序控制 继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。时间继电器内部的机械结构容易受环境温度变化的影响造成定时的精度不高。（4）灵活性及可拓展性 继电器安装后受电器设备触电数目的有限性和连线复杂等原因的影响系统在今后的灵活性和拓展性很差。1.3.2 微机控制方案 微机控制具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点特别是强大的面向控制能力使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。但与此同时当、由于微机控制系统所有的电路集中在一块电路板上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制而且系统的散热性维护性受到考验，若其中一部分受到损坏其只能全部更换。另外微机控制系统开发周期长一旦要有变化修改起来比较麻烦。1.3.3 PLC控制方案 PLC种类繁多但其结构和工作原理基本相同。PLC 其实就是专为工业现场应用而设计的计算机采用了典型的计算机结构主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元电源及编程器几大部分组成。PLC 控制具有以下特点：（1）控制逻辑 PLC采用存储器逻辑其控制逻辑一程序方式存储在内存中要改变控制逻辑只需改变程序即可故称“软接线”。其接线少体积小因此功耗较小。（2）可靠性与可维护性 PLC配有自荐和监督功能能检查出自身的故障并随时显示给操作人员还能动态地监视控制程序的执行情况为现场调试和维护提供了方便。（3）控制速度 PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制属与无触点控制速度极快一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级且不会出现抖动。（4）定时控制 PLC使用半导体集成电路做定时器时基脉冲由晶体振荡产生精7度相当高且定时时间不受环境的影响定时范围一般从 0.001S到若干天或更长。用户可根据需要在程序中设置定时值然后用软件来控制定时时间。1.3.4 结论 经过比较我们发现 PLC控制系统具有以下鲜明的特点：（1）系统构成灵活拓展容易以开关量控制为其特长。（2）使用方便编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或者语句表等编程语言而无需计算机知识因此系统开发周期短现场调试容易。另外可以在线修改程序改变控制方案而不拆动硬件。（3）能适应各种恶劣的运行环境抗干扰能力强可靠性强远高于其他各种。故选用 PLC控制方案。 8第二章 电动机的选择2.1 选择电动机的条件 (1) 电动机已经标准化、系列化。应按照工作机的要求以经济、合理、安全的原则根据选择的拖动方案选择电动机的类型、容量和转速并在产品目录中查找出其型号、电动机的选型。 (2) 电动机的选用首先要了解电动机的机械负载特性根据机械负载的类型和特性来选择电动机的额定容量、额定转速、额定电压以及型式。 (3) 要为某一生产机械选配一台电动机，首先要合理选择电动机的功率。通常根据生产机械负载的需要来选择电动机的功率，同时还要考虑负载的工作制问题也就是说所选的电动机应适应机械负载的连续、短时或间断周期工作性质。功率选用时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机和生产机械的正常工作；选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济电动机容量不能被充分利用，而且电动机经常不能满载运行使得效率和功率因数不高。 (4) 其次，根据电源电压条件要求所选用的电动机的额定电压与频率同供电电源电压与频率相符合。电动机的转速一定要按生产机械铭牌上的要求选择。否则，可能改变生产机械的性能。此外电动机的结构、防护、冷却和安装形式应适应使用环境条件的要求，并且要力求安装、调试、检修方便以保证电机能安全可靠的运行。2.2 选择电动机类型 选择电动机种类应在满足生产机械对拖动性能的要求下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜的电动机。电动机种类选择时应考虑的主要内容有：(1) 电动机的机械特性应与所拖动生产机械的机械特性相匹配；(2) 电动机的调速性能(调速范围调速的平滑性经济性)应该满足生产机械的要求。对调速性能的要求在很大程度上决定了电动机的种类、调速方法以及相应的控制方法；(3) 电动机的启动性能应满足生产机械对电动机启动性能的要求,电动机的启动性能主要是启动转矩的大小,同时还应注意电网容量对电动机启动电流的限制；(4) 电源种类在满足性能的前提下应优先采用交流电动机； (5) 经济性，一是电动机及其相关设备(如：启动设备调速设备等)的经济性二9是电动机拖动系统运行的经济性主要是要效率高、节省电能。目前，各种形式异步电动机在我国应用非常广泛用电量约占总发电量的 60%,因此，提高异步电动机运行效率所产生的经济效益和社会效益是巨大的。在选用电动机时,以上几个方面都应考虑到并进行综合分析以确定出最终方案。 按照六台运输机的工作要求和条件选用 Y型全封闭笼型三相异步电动机。电动机的额定电压为 380V。 电动机有交流电动机和直流电动机之分。由于一般工厂都采用三相交流电所以采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。目前使用最广的是 Y系列自扇冷式笼型三相异步电动机其结构简单、起动性能好、工作可靠、价格低廉、维护方便。由于运输机使用过程中粉尘较多故选用 Y型全封闭笼型三相异步电动机。2.3 电动机容量选择 已知工作机参数：F=1500N V=1.5M/S D=400MM 工作机所需的电动机输出功率为 Pd=pw/ Pw=Fv/1000 w所以 Pd=Fv/1000 w由电动机至工作机之间的总效率(包括工作机效率)为 * w= 1* 22 * 3* 4* 5* 6试中效率值查：机械设计基础课程设计指导书第二版表 2-3得： 1-带传动效率取 0.962 2-齿轮传动的轴承(一对)效率取 0.993 3 -齿轮传动效率取 0.974 4 -联轴器传动效率取 0.975 5 -卷筒的轴承传动效率取 0.986 6 -卷筒的传动效率取 0.96 * w= 0.96*0.992*0.97*0.97*0.98*0.96=0.83 Pd =Fv/100*w=1500*2/1000*0.83=3.61kw 2.4 确定电动机额定功率 为了使电动机在工作时不会产生过热则： 10PdN=(11.3) Pd=(11.3)3.61=(3.614.69)kW 电动机的额定功率取为：P dN =4kW 2.5 确定电动机转速 卷筒的工作转速为： Nw=60*1000/D=60*1000*2/ *500=76.4r/min 按推荐的合理传动比范围取 V带传动的传动比 n1=24 单级齿轮传动比 n2、 =35，则合理总传动比的范围为 n=620；故电动机转速的可选范围为 nd=n*nw=4581258R/MIN。符合这一范围的同步转速有 750R/MIN、1000R/MIN、1500R/MIN 再根据计算出的容量由 机械设计基础课程设计指导书第二版附表 8-1查出有三种适用的电动机型号其技术参数及传动比的比较情况见表 2-1表 2-1电机型号其技术参数及传动比额定功 电动机转速/(r/min) 传动装置的传动比方案 电机型号PdN/kw 同步转速 满载转速 总传动比 带 齿轮1 Y160M1-8 4 750 720 9.42 3.00 3.142 Y132M1-6 4 1