PLC毕业论文---PLC用于皮带运输机的集中控制设计.doc

毕业设（论文） 题目：plc用于皮带运输机的集中控制设计 院、系（站）： 学 科 专 业： 机电一体化技术 2013年11月plc用于皮带运输机的集中控制设计摘 要针对中小型皮带运输机的控制系统采用继电器控制，存在可靠性差、劳动强度大、生产效率低的问题，开发一种基于plc的皮带运输机控制装置。本控制系统选用cpm2a系列plc作为控制器。在硬件电路设计中，完成plc选型及外部低压电器的选用，设计了硬件接线图，提出了接线要求，使之具有控制和保护作用。在软件设计中，给出了程序流程图，并设计出梯形图程序。将硬件和软件有机结合，使控制系统运行可靠，达到了预期的设计目的。关键词:皮带运输机 plc 集中控制绪 论随着国民经济的快速发展，煤矿、冶金、钢铁、电厂等方面对于皮带机的运用有了新的要求。皮带运输机又称带式输送机，是一种连续运输机械，也是一种通用机械。即可以运送散状物料，也可以运送成件物品。工作过程中噪音较小，结构简单。皮带运输机可用于水平或倾斜运输。皮带运输机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械上以前的皮带运输机的电气控制大多采用继电器、接触器控制，采用手工操作方式，存在劳动强度大、能耗严重、维护量大、可靠性低等缺点。随着工业的发展，继电器控制系统无法达到相应的要求，因此根据不同行业不同用户的要求开发专用的皮带运输机的控制系统，为此采用plc控制皮带运输机控制系统是十分必要的。采用可编程控制器plc控制的系统优势有，1.可靠性高，皮带机综保装置以 plc控制器为核心，系统具备高可靠性和强抗干扰性等特点，对环境要求不高,适用于恶劣环境中工作。2.配置灵活，plc在组态系统时具有极大的灵活性，具有极强的处理能力，以及大的i/o容量。当现场控制要求发生变化时，只需改变程序即可，因此能灵活方便地进行系统配置，组成不同规模、不同功能的控制系统，即可控制一台单机，又可控制一条生产线；既可现场控制，又可远程控制。3.设备扩展性强，plc有很强的组网和扩展能力，今后可以很方便添加新设备和皮带控制。从而避免了以前上一套设备需更换一套控制设备的弊端，节省了大量人力和财力。4.维护方便，模块连接采用插拔式接线端子排，更换、维护非常方便。目 录 1 皮带传输机集中控制系统的结构及工作过程41.1 皮带传输机的结构41.2 皮带运输机的电气控制要求41.3 皮带运输机的总体方案确定52 控制系统的硬件电路设计62.1 plc选型及i/o表的分配62.2 plc外围硬件电路的设计与硬件电路图72.2.1 plc外围硬件电路图72.2.2 硬件电路主电路图及说明82.3 硬件电路的接线要求93 控制系统的软件设计103.1 软件设计思路103.2 程序流程图与梯形图及说明104 抗干扰的设计134.1 设备选型134.2 综合抗干扰设计135 系统调试146 总结与谢辞15参考文献161. 皮带传输机集中控制系统的结构及工作过程1.1皮带传输机的结构皮带运输机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。组成结构的示意图如图1所示，原材料运输机输送示意图如图2所示。 3 2 11- 皮带；2-托棍；3-传动轮图1皮带运输机的组成图图2原材料皮带运输机的输送示意图1.2 皮带运输机的电气控制要求1.2.1设计目的和技术要求：1）启动时先启动最后一台皮带机，然后每隔15s，依次从后向前启动各台皮带机。2）停车时首先停止最前面一台皮带机，待料运送完毕后，每隔30s依次从前向后停止各台皮带机。3）当某台皮带机发生故障时，该皮带机和前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待料运送完后停止。例如，电机m2发生故障，m1、m2立即停止，经过30s延时后m3停止，再过30s，m4停止。1.3 皮带运输机的总体方案确定皮带运输机控制可采用plc控制与传统采用继电器控制两种控制方法，两种控制方法的比较如下：1) 方式：继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。plc采用存储逻辑，其控制逻辑是以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，称软接线。 2) 速度：继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。plc是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。 3) 控制：继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。plc用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。 通过对两种控制方式的比较，plc控制方式控制效果比较好，可实现皮带运输机的自动化；而采用继电器控制方式，这种控制方式还停留在人工操作，效果也就不是很明显。为此采用plc控制皮带运输机是一个很好的选择。而plc控制方式又分集中控制和分散控制两块。集中控制就是一台多个i/o点plc控制多台设备，实行的是一对多的控制方式；分散控制是多台plc，而每台的plc的i/o点相对来说就比较少，实现的是多对多的控制方式。两者的优缺点比较如下表1：表1 方案比较方案优点缺点一控制集中、紧凑、易于安装、占地少、费用少。 一旦故障影响全装置、运行时难于维护。二控制分散、互不影响、便于维护。占地较大、费用略高。 考虑到控制成本，占地等综合因数还是采用plc集中控制方式较为合理。结合plc控制与集中控制，本篇论文对皮带运输机就采用plc集中控制方案。2. 控制系统的硬件电路设计2.1 plc选型及i/o表的分配 输入信号:启动开关 需要1个输入端停车开关 需要1个输入端故障开关 需要4个输入端 以上共需6个输入信号点，考虑到以后对系统的调整与扩充，留有15%的备用点，共需7个输入点。输出信号:电动机 需要4个输出端报警灯 需要1个输出端停车 需要1个输出端故障 需要4个输出端以上共需10个输入信号点，考虑到以后对系统的调整与扩充，留有15%的备用点，共需要12个输出点。所以我们选用日本omron公司cpm2a系列30点i/o（输入为18点输出为12点）可编程控制器，它具有以下几个特点：1) 同步控制 cpm2a/2c的高速计数功能可以和脉冲输出功能结合起来，依照输入脉冲频率按比例产生一个特定的输出脉冲。 2) 高速处理高速处理包括50ms的快速响应输入，更短的扫描周期（0.64ms/ld）和1ms的定时器，高速处理可以在很大程度上提高生产效率，以包装机械为例，这可以显著缩短检测标签记号和检测产品之间的时间间隔。 3) 高速计数器cpm2a/2c支持单轴高速计数20khz单相或5khz双相，线形计数方式（加/减）从-8388608到388607四轴高速计算（中断计数方式）2khz 单相 加或减从0000到ffff 4) 脉冲输出位置控制 cpm2a/2c 支持4种脉冲方式2点：10-10khz脉冲输出 1点：10-10khz(加/减速定位)脉冲输出2点：pwm输出0.1-999.9hz 0-100% 1点：同步控制功能 5) rs232端口 cpm2a/2c提供一个内置的rs232c端口能方便地连接可编程终端，确认操作环境和调试时能实现可视化。 6) 价格低廉在价格方面plc也是比较便宜的，因为1个plc就可以控制整个控制系统。一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出控制一一对应。分配好后，按系统配置的通道与接点号分配给每一个输入信号和输出信号。在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点，各报警因素按逻辑关系并联后接到报警输出点。i/o分配表如图所示号。在本系统中报警器是几个信号共用一个输出点，各报警因素按逻辑关系并联后接到报警输出点。i/o分配表如表2所示。表2 i/0分配表输入启动按扭sb1（00000）；停车按扭sb2（00001）；故障按扭sb3（00002）、sb4（00003）、sb5（00004）、sb6（00005）。输出报警灯01004；故障输出点四个：01006、01007、01008、01009；停车输出点01005；电机点四个：电机m4（01000）、电机m3（01001）、电机m2（01002）、电机m1（01003）。2.2 plc外围硬件电路的设计与硬件电路图2.2.1plc外围硬件电路图sb1为启动按扭（00000）。sb2为停止按扭（00001）。sb3-sb6为四台电机所对应的故障信号（电机正常时为常开信号，有故障信号时为常闭信号）。经sb3-sb6（00002-00005）输入plc处理。01004为故障报警输出。当任何一台电机发生故障，ha便开始报警。电机的故障信号（过流、断相、短路、过载）可由热继电器，交流接触器来检测。图3 plc与外设之间的接线图2.2.2硬件电路主电路图及说明在图4所示中，通过qf1的闭合，电流经过接触器的线圈，使主电路吸合，使四台电机启动，控制皮带机运作。线圈km1控制电机m1、线圈km2控制电机m2、线圈km3控制m3、线圈km4控制m4。在主电路中，如果某一台电机发生故障，都可由对应的低压电器来切断电路，进行保护。刀开关qf起电源隔离作用。熔断器fu作为电路后备短路保护。热继电器fr具有对电机过载保护作用，与电动机的反时限特性匹配。图4 主电路图2.3 硬件电路的接线要求在硬件电路图的基础上（如图3、图4），对一些相关的控制接线做一些要求：1）采用“远程集中”控制，完全由plc按照工艺要求来启动生产线上各个设备。2）电动机容量小于10kw或其容量不超过电源变压器容量15%20%，可实行直接启动3）交流接触器的容量根据电机功率来选取，所有接触器线圈电压均为ac220v。4）所有电机都配有相应的低压电器保护；具有短路、过载、过电流、断相等保护功能。5）电控系统采用三相四线制供电系统。6）plc的故障输出端直接接到ac220v报警器。3. 控制系统的软件设计3.1软件设计思路根据加工工艺要求和用户使用需要，同时考虑到各设备的安全性、故障保护与报警运行状态显示的要求，以及实现系统各设备协调工作功能，用梯形图语言编制整个控制程序。在考虑皮带机发生故障时，每台皮带机运行相隔的时间用定时器控制。在集控方式下，系统启动后，通过定时器控制，依次启动各台电机。3.2程序流程图与梯形图及说明首先plc上电初始化，然后按下启动按扭(00000)，m4电机先启动，然后每隔15s启动m3、m2、m1电机。当需要电机停止工作时，只需要按下按扭（00001），第一台电机立即停止工作，以免继续送料，接着通过每隔30s停止m2、m3、m4电机。当电机出现故障时，按下故障按扭（每台电机都有个故障按扭），这台电机以及此电机之前的电机马上停止工作，在通过30s定时器停止后面的电机。为了分析问题方便，根据控制要求做出系统动作过程的流程图如图5所示：plc上电 停车按扭启 动有故障m4电机启动m4停止30s后m4停15s后m3停止m3电机启动有故障30s后m3停15s后有故障m2停止m2电机启动 30s后m2停15s后m1停止m1电机启动有故障 图5流程图根据控制要求及流程图，做出梯形图,如图6所示，在程序中， 01000、01001、01002、01003控制电机m4、m3、m2、m1；01004作为故障报警灯,01006、01007、01008、01009故障输出，01005为停车输出。每个电动机启动的时间用定时器控制。当按下启动按扭00000时，使线圈km4的通电，使km4主电路通电，接触器闭合，电机m4启动，然后每隔15s（由定时器tim000、tim001、tim002控制）km3、km2、km1线圈通电，主电路闭合，相应的电动机开始工作。接下来是停车过程，按下停车按扭（00001），使m1电机停止，然后每隔30s按m2、m3、m4顺序停止。通过低压电器的保护（短路、过载，过电流等）切断电路，保证安全。在出现故障时是用手动来控制的。当m2电机发生故障时，可按下00004按扭，m2与m1电机立即停止，然后通过t004的定时30s，切断m3；通过t003定时30s，切断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 01001（m3） 00004 01008tim003#0300 01001 00005 01009 01006 01004 20000 t005 01008 t001 01002（m2） 01007 tim004#0300 01002 01008 01009ilc(03) 图6梯形图程序4. 抗干扰的设计4.1设备选型在选择设备时，首先要选择有较高抗干扰能力的产品，其包括了电磁兼容性（emc），尤其是抗外部干扰能力，如采用浮地技术、隔离性能好的plc系统；其次还应了解生产厂给出的抗干扰指标，如共模拟制比、差模拟制比，耐压能力、允许在多大电场强度和多高频率的磁场强度环境中工作；另外是靠考查其在类似工作中的应用实绩。 在选择国外进口产品要注意：我国是采用220v高内阻电网制式，而欧美地区是110v低内阻电网。由于我国电网内阻大，零点电位漂移大，地电位变化大，工业企业现场的电磁干扰至少要比欧美地区高4倍以上，对系统抗干扰性能要求更高，在国外能正常工作的plc产品在国内工业就不一定能可靠运行，这就要在采用国外产品时，按我国的标准（gb/t13926）合理选择。 4.2 综合抗干扰设计 主要考虑来自系统外部的几种如果抑制措施。主要内容包括：对plc系统及外引线进行屏蔽以防空间辐射电磁干扰；对外引线进行隔离、滤波，特别是原理动力电缆，分层布置，以防通过外引线引入传导电磁干扰；正确设计接地点和接地装置，完善接地系统。另外还必须利用软件手段，进一步提高系统的安全可靠性。5. 系统调试 用cx-p编程的基本操作有：建立一个新工程，创建一个程序，编译程序，将pc机上的程序传送到plc，将plc中的程序传送到pc机，将pc机中的程序与plc中的程序进行比较，在执行plc程序时进行监视，在进行在线编程等。 在按下启动按钮00000,最后一台皮带机m4(01000)开始起动,在通过定时15s后,依次起动m3、m2、m1皮带运输机。停车时应先停止最前面的皮带机m1(01003),停车按钮为00001,按下此按钮通过线圈01005对常闭触点的控制,将01003电机停止,在通过程序的控制依次使m2、m3、m4皮带机停止,这就是在正常情况的启动与停止控制。在有故障的情况下,按下对应的皮带机的故障按钮就能使电机停止并及时报警,于此同时定时器开始定时,一段时间后全部的电机停止工作。另外还将四个故障按钮并联起来,一起接在一个报警器上，有故障能及时报警,能使有关人员注意。6. 总结与谢辞时光如水，岁月如歌。三年的大学生活，我想应该是每个人心中最美好的一段时光吧！从