基于PLC皮带运输机控制_毕业设计论文.doc

任务书毕业设计（论文）任务书年级专业学生学号学生姓名一、 设计（论文）题目：二、 设计（论文）任务与要求：三、设计（论文）时间： 年 月 日至 年 月 日指导教师（签名）主管院长(系主任) （签名）评定书毕业设计（论文）评定书年级专业 学生学号 学生姓名 一、设计（论文）题目： 二、设计（论文）共 页，附图 张三、审阅意见及评语根据学院教学管理的有关规定，同意（不同意）该生参加毕业答辩指导教师（签名）职 称工作单位决议毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议年级专业 学生学号 学生姓名 该生于 年 月 日进行毕业设计（论文）答辩 设计（论文）题目： 答辩委员会：主任委员（组长） 委 员（成员）答辩学生向答辩委员会（小组）提交如下资料：设计（论文）说明书 共页设计（论文）图纸 共页指导教师评阅意见 共页根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议：一、毕业设计（论文）的总评语：二、毕业设计（论文）的总评成绩：毕业设计答辩委员会主席（组长） （签名）委员（成员） （签名）年 月 5永城职业学院毕业设计（论文） 基于plc皮带运输机控制摘要皮带运输机是一种有牵引件的连续运输设备, 应用于采矿、冶金、化工、铸造、建材等行业的输送和生产流水线以及水电站建设工地和港口等生产部门。主要用来输送破碎后的物料，根据输送工艺要求，可单台输送，也可多台组成或与其它输送设备组成水平或倾斜的输送系统。带式输送机越来越显示出它的集约化、自动化、连续化、高速化、简单化、清洁化、环保化、安全化等突出的综合优势。主要用来运送块状、粒状和散状等物料和成件的货物，广泛的应用于工业生产中。传统的皮带运输机调速系统大部分是人工手动或半自动调速的，应用在皮带运输机上的直流电机存在动态性能差、故障率高、维护困难等缺点。plc是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。下面就简单介绍一下利用plc的特点而进行plc控制皮带运输机的可编程设计的思路及其设计过程。关键词:plc皮带运输机 系统调试1目录前 言1第一章 概述21.1 plc的产生21.2 plc的基本结构31.3 plc的特点4第二章 设计过程62.1设计目的及思路62.1.1 设计目的62.1.2 设计思路62.2plc 输入/ 输出端子接线图62.3 程序设计82.4皮带传输机控制原理92.5主要元器件与设备10第三章 系统调试与结果113.1 系统调试113.2 调试结果11第四章 发展前景及体会134.1发展前景134.2课程设计体会13参考文献15附录16致辞与感谢201前 言plc（programmable logic controller），可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。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。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。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。本次课程设计主要陈述的是皮带运输机控制系统。其中主要概述了plc的基本结构，设计的目的与思路，设计过程以及程序的调试。 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。第一章 概述plc是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.1 plc的产生在plc诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产的各个领域，起着不可替代的作用。随着生产规模的逐步扩大，继电器控制系统已越来越难以适应现代工业生产的要求。继电器控制系统通常是针对某一固定的动作顺序或生产工艺而设计，他的控制功能也局限于逻辑控制、定时、计数等一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须重新进行设计、布线、装配和调试，造成时间和资金的严重浪费。继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差。为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（gm），为了适应汽车型号不断更新的需求，并能在竞争激烈的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，拟定了10项公开招标的技术要求，即：1、 编程简单，可在现场修改程序2、 维护方便，最好是插件式3 、可靠性高于继电器控制柜4 、体积小于继电器控制柜5 、可将数据直接送入管理计算机6 、在成本上可与继电器控制柜竞争7、输入可以是交流115v8、输出可以是交流115v，2a以上，可直接驱动电磁阀等9、 在扩展时，原有系统只要很小变更10 、用户程序存储器容量至少能扩展到4k 根据招标的技术要求，第二年，美国数字设备公司（dec）研制出了世界上第一台plc，并在通用汽车公司自动装配线上试用成功。这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用，也受到了世界上许多国家的高度重视。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台plc。1973年，西欧国家也研制出他们的第1台plc。我国从1974年开始研制，到1977年开始应用于工控领域。在这一时期，plc虽然采用了计算机的设计思想，但实际上plc只能完成顺序控制，仅有逻辑运算等简单功能，所以人们将它称为可编程逻辑控制器（programmable logic controller）简称为plc。 20世纪70年代末至80年代初期，微处理器日趋成熟，使plc的处理速度大大提高，增加了许多功能。在软件方面，除了保持原有的逻缉运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理、网络通信、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程i/o模块、各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，而且还提供一定数量的数据寄存器。为此，美国电气制造协会将可编程序逻辑控制器，正式命名为编程序控制器（programmable controller），简称pc。但由于pc容易和个人计算机pc（personal computer）混淆，故人们仍习惯地用plc作为可编程序控制器的简称。 1985年，国际电工委员会(iec)对plc作出如下定义：可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。1.2 plc的基本结构plc实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： a、电源。plc的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此plc的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将plc直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(cpu)。央处理单元(cpu)是plc的控制中枢。它按照plc系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、i/o以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当plc投入运行时进一步提高plc的可靠性，近年来对大型plc还采用双cpu构成冗余系统，或采用三cpu的表决式系统。这样，即使某个cpu出现故障，整个系统仍能正常运行。 c、存储器。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d、输入输出接口电路。1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是plc与现场控制的接口界面的输入通道。2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用plc通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e、功能模块。如计数、定位等功能模块。 f、通信模块。如以太网、rs485、profibus-dp通讯模块等。1.3 plc的特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。从plc的机外电路来说，使用plc构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，plc带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除plc以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.配套齐全，功能完善，适用性强plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5.体积小，重量轻，能耗低以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。20第二章 设计过程2.1设计目的及思路2.1.1 设计目的1熟悉步进顺控指令的编程方法；2掌握选择性流程程序的编制；3掌握皮带运输机的程序设计及其外部接线。2.1.2 设计思路1、设计急停电路。2、设计可选择的启动电路。3、进行电路整合。 4、各个分路进行仿真调试。2.2plc 输入/ 输出端子接线图 图2-1 皮带运输机的动作示意图在建材、化工、机械、冶金、矿山等工业生产中广泛使用皮带运输系统运送原料或物品。供料由电阀dt控制，电动机m1、m2、m3、m4分别用于驱动皮带运输线pd1、pd2、pd3、pd4。储料仓设有空仓和满仓信号，其动作示意简图如图2-1所示。根据皮带运输机的控制要求，其系统plc 输入/ 输出端子接线图如图2 所示,(plc的输出负载都用指示灯代替)。图2-2 中：sa0 自动/手动按钮sb1 自动启动按钮sb2 正常停止按钮sb3 急停按钮sb4 点动dt电磁阀按钮sb5sb8 m1m4的点动启动按钮sq1满仓信号按钮sq2空仓信号按钮sb9 故障启动按钮ka1控制dt的起动和停止hl1hl4m1m4接通指示灯km1km4 交流接触器, 分别控制m1m4 的起动停止。图2-2 皮带运输机的plc控制系 统外部接线图2.3 程序设计根据控制设计要求, 本文编制的状态转移程序如图2-3 所示（程序指令表及梯形图见附录）：图2-3 皮带运输机的状态转移示意图2.4皮带传输机控制原理(1) 起动控制: 接通plc 的电源, 在初始化脉冲m8000 作用下进入初始状态s0 , 按下sb1/sq2 接通x1/x12 进入状态s20 启动定时器t0 , 置位y1 接通km1 起动m1 5s 后t0 动作进入状态s21 起动定时器t1 , 置位y0 接通ka1 起动dt 5s 后t1 动作进入状态s22 启动定时器t2 , 置位y2 接通km2 起动m2 5s 后t2 动作进入状态s23 置位y3 接通km3 起动m3 5s 后t3 动作进入状态s24 置位y4 接通km4 起动m4 。至此, m1m4与dt 按控制要求全部起动起来, 进入正常运行状态。(2) 停车控制: 在系统运行时, 按下sb2/sq1 接通x2/x11进入状态s30 启动定时器t10 , 复位y0 断开ka1停止dt 5s 后t10 动作进入状态s31 启动定时器t11 , 复位y1 断开km1 停止m1 5s 后t11 动作进入状态s32 启动定时器t12 , 复位y2 断开km2 停止m2 5s 后t12 动作进入状态s33 启动定时器t13 ,复位y3 断开km3 停止m3 5s 后t13 动作进入状态s34 启动定时器t14 ,复位y4 断开km4 停止m4 。y4 复位5s后t14 动作, 状态返回初始状态s0 , 等待下次操作。至此, m1m4与dt 按控制要求全部实现停车。(3) 急停控制: 在系统运行时, 如需要紧急停车,按下sb3 接通x3 同时置位状态s20s34 同时复位y0 、y1 、y2 、y3 、y4 同时断开ka1、km1 、km2 、km3 和km4 同时停止dt与m1m4 。(4) 故障起动控制: 在系统运行时,按下sb9 接通x13 进入状态s25 启动定时器t5 , 置位y4 接通km4 起动m4 5s 后t5 动作进入状态s26 起动定时器t6 , 置位y3 接通km3 起动m3 5s 后t6 动作进入状态s27 启动定时器t7 , 置位y2 接通km2 起动m2 5s 后t7 动作进入状态s28 置位y1 接通km1 起动m1 5s 后t8 动作进入状态s29 置位y0 接通ka1 起动dt 。至此, m1m4与dt 按控制要求全部起动起来, 进入正常运行状态。(5) 点动控制：接通plc 的电源, 在初始化脉冲m8002 作用下，按下sb4 接通x4接通y0接通ka1 起动dt；按下sb5 接通x5接通y1 接通kb1 起动m1；按下sb6 接通x6接通y2 接通kb2 起动m2；按下sb7 接通x7接通y3 接通kb3 起动m3；按下sb8 接通x8接通y4 接通kb4 起动m4；。2.5主要元器件与设备1可编程控制器1台(fx1s)；2皮带运输机模拟显示模块1块(带指示灯、接线端口及按钮等)；3实训控制台1个；4电工常用工具1套；5计算机1台；6连接导线若干第三章 系统调试与结果3.1 系统调试1输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器(或计算机)正确输入程序。2静态调试，按图2所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行plc的模拟静态调试，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查并修改、调试程序，直至指示正确。3动态调试，按图3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式编程器(或计算机)监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至指示灯能按控制要求动作。4在调试过程中，要注意各个输入信号，不能同时给好几个输入信号，否则会出错，如满仓信号和空仓信号不能同时给出，一旦给出系统就会混乱，看不清实验现象。接线是最好用不同的颜色表示不同的状态线便于检查错误。梯形图编写时最好写一部分检验一部分的功能，不要全部按完之后再检查，那时就不容易找出错误。3.2 调试结果1.正常启动：启动开关启动，发光二极管y1y4依次间隔5s亮。图3-1 正常启动示意图2. 故障启动：机器出现故障后，闭合故障启动开关，发光二极管y4y1依次发光，恰与正常启动顺序相反，这样可使故障前留下物料运出而不至于堆积。图3-2故障启动示意图3. 紧急停止：机器出现故障，急停开关闭合，发光二极管y1y4同时灭。 图3-3 紧急停止示意图第四章 发展前景及体会4.1发展前景随着石油、劳动力、环保及各种费用的快速上涨，在煤炭、冶金、有色金属和水泥等矿山中，车辆的运输成本快速增高。带式输送机越来越显示出它的集约化、自动化、连续化、高速化、简单化、清洁化、环保化、安全化等突出的综合优势。近年来，比较大型的正规矿山，物料输送基本都采用了带式输送机。随着液压自动涨紧技术、转弯技术、胶带防跑偏技术、监控技术，尤其是变频技术在带式输送机的应用，长距离、大运量、高速度带式输送机的可靠性、安全性都得到了大幅度提高，转弯多，上运和下运，胶带的翻转等关键技术都得到了很好的解决。国内近年来新安装运行数千米长的带式输送机已经很多，例如江苏句容台泥水泥有限公司矿山的带式输送机，总长15.83km，带速4.37米/秒，1997年开始运行至今，状况良好。我国加入wto以后，带式输送机技术的引进吸收很快，已经基本与国外看齐，设计和实际应用技术已经日趋成熟。但是，带式输送机设计的配置功率都比较大。随着配置功率的增大，胶带、减速机、头架、尾架、托辊支架、变频装置等所有的相关部件和电器元件都需要增加强度和容量，就造成了投资成本的大幅度增加；运营时电力的浪费、胶带的磨损、噪音的污染、维修的人力和物力耗费以及不可预测的故障停机等费用更高。这两种现象是一种“看不见的战线”，“偷走了”带式输送机大量的投资和运营费用，并且严重制约着整机性能参数和技术水平的提高。为了地球的绿色环保，为了企业的节能增效，为了行业的技术进步，为了社会的和谐安定，让我们一起转变旧的观念，开创新的科技，完成新的使命，将带式输送机的技术性能推向新的世纪。4.2课程设计体会通过这次对皮带运输机的设计仿真，我了解了运用plc设计运输机的程序，也让我了解了关于运输机的基本原理与设计理念，要设计一个实物总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为软件本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。通过这次学习，让我对坐而言不如立而行有了深刻的认识，对于这些程序编写等还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学过的知识，于是图书馆和网络成为我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益匪浅。在设计过程中，总是遇到这样或者那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自