PLC课程设计-自动卸料爬斗.doc

第一章、自动卸料爬斗的控制一、 自动卸料爬斗的概述有一物料传输系统，能够将传送带送过来的物料提升到一定的高度，并自动翻斗，如下图所示，爬斗由电动机m1拖动，将物料提升到上限后，由行程开关sq1控制自动翻斗卸料随后反向下降，到达下限sq2的位置，停留20s，料斗下降到sq2位置的同时，启动由电动机m2拖动的皮带运输机，向料斗加料，加料工作在20s内完成，20s后，皮带运输机自动上升，如此不断地循环。mm2222自动卸料爬斗原理图1、 自动卸料爬斗的功能分析 自动卸料爬斗具有单步和连续开关，可以使系统实现单步和自动循环两种工作方式；单步运行时，即可以随时使爬斗上升，也可以使爬斗下降；循环工作时，应按照皮带运输启动-工作20s爬斗上升-sq1动作-自由爬斗动作-爬斗下降-皮带运输机启动-顺序连续工作；按下停止按钮时，料斗可以停在随意位置，启动时可以使料斗随意从上升或下降开始工作。系统有特定的指示灯指示爬料斗处于何种工作状态，并且具有电气保护和互锁关联。有报闸装置。2、 自动卸料爬斗的控制原理在该装置中，既要实现爬斗的上下运动，又要实现皮带运输机的运动，所以至少需要两个独立的步进电机；要实现爬斗的上下运动，则电动机1必须能够实现正反转，而控制皮带运输机的电机只需要正转即可，所以要实现电机的开关、正反转，至少需要使用三个接触器来控制电机的主电路；要想实现电机的转停，则需要使用开关，要实现即可单步运行又能循环运行，这需要转换开关，要使电机可以在任意位置停下，则必须使用抱闸装置，以防止爬斗下滑。当电动机到达最高处和最低处时，需要一个行程开关来控制爬斗的行程。为了使爬斗在装料时停留20s，则需要一个时间继电器，实现时间控制。二、自动卸料爬斗的电器控制(即继电器控制)2.1、电器控制电路设计的一般原则一）、最大限度地实现生产机械和工艺对电气控制线路的要求二）、在满足生产要求的前提下，力求使控制线路简单、经济 1、尽量选用标准的、常用的、或经过实际考验过的环节和线路。 2、尽量缩短连接导线的数量和长度。 3、尽量减少电器的数量，采用标准件，并尽可能选用相同型号的电器元件。 4、尽量减少不必要的触点，简化电路。 1）合并同类触点 2）利用转换触点 3）利用半导体二极管的单向导电性来有效减少触头数 4）利用逻辑代数来进行简化三）、保证控制线路工作的可靠性 1、选用的电气元件要可靠、牢固、动作时间少，抗干扰性能好。 2、正确连接电器的线圈，在交流控制电路中不能串接入2个电器的线圈 3、正确连接电器的触点 4、在控制线路中，采用小容量继电器的触点来断开或接通大容量接触器的线圈时，要计算继电器触点断开或接通容量是否足够，不够时必须加小容量的接触器或中间继电器，否则工作不可靠 5、在频繁操作的可逆线路中，正反向接触器应选用加重型的接触器，同时应有电气和机械的连锁。 6、在线路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制线路。 7、防止触点竞争现象。 8、根据现场电网的情况，决定电机应直接或间接（降压）起动。 9、防止寄生电路。四）、控制电路工作的安全性五）、操作和维护简便2.2、爬斗的具体控制原理2.2.1主电路：在自动卸料爬斗的装置中，既要实现爬斗的上下运动，用以实现将货物运到高处，再还回地处运货物；又要实现皮带运输机的运动，将货物从远处运达爬斗处，所以至少需要两个独立的步进电机；要实现爬斗的上下运动，则电动机m1必须能够实现正反转，而控制皮带运输机的电机只需要正转即可；电动机m1要实现正反转，则在其主电路中，正转的三条线与反转的三条线必须有两条交换，所以必须使用两个接触器，用以控制两条电路的通断，当一条电路通电时，另一条电路则必须处于断开状态，即两个接触器不能同时导通。为了控制电动机m2的工作，我们使用一个接触器km3与电动机m2串联；当爬斗停止某处时，我们使用抱闸装置，防止电机反转，我们使用电磁阀做抱闸用。为了防止过载，主电路必须有过载保护。否则，长期过载，电动机会发热，使温度升高，当温度超过允许值时，电动机的绝缘材料就会变脆，寿命降低，严重时使电动机损坏，因此必须予以保护，我们通常使用热继电器实现过载保护，当电动机过载时，若电动机为额定电流，则热继电器不动作，在过载电流较小时，热继电器要经过较长时间才动作，但是若过载电流较大时，热继电器经过较短时间就会动作即具有反时限的特点。在主电路中，当电动机绕组的绝缘、导线的绝缘损坏时，或电气线路发生故障时，例如正转接触器的主触点未断开而反转接触器的主触点闭合了都会产生短路现象。此时，电路中会产生很大的短路电流，它将导致产生过大的热量，使电动机、电器和导线的绝缘损坏。因此，必须在发生短路现象时立即将电源切断。常用的短路保护元件是熔断器和断路器。熔断器的熔体串联在被保护的电路中，当电路发生短路或者严重过载时，它自动熔断，从而切断电路，达到保护的目的。断路器俗称自动开关，它有短路、过载和欠电压保护功能。通常熔断器比较适用于对动作准确度要求不高和自动化程度要求较差的系统中；当用于三相电动机保护时，在发生短路时有可能会使一相熔断器熔断，造成单相运行。但对于断路器，只要发生短路就会自动跳闸，将三相电路同时切断。断路器结构复杂，广泛用于要求较高的场合。我们在该装置中使用熔断器做短路保护。2.2.2控制电路在该装置的控制电路中，首先要确保主轴的正反转控制。在主电路中，我们使用了两个接触器km1和km2，用km1控制主轴的正转，km2控制主轴的反转，在控制电路中，我们则通过控制km1和km2的线圈来控制km1和km2主触点的通断，我们使用按钮sb2做启动开关，让sb2与接触器km1的常开触点并联，构成自锁电路，然后在与接触器km1的线圈相连，用以启动接触器km1使电动机m1正转。电动机km1正转，则爬斗上升，将货物运向高处，当爬斗到达最高点时，会触动行程开关sq1，（我们使用sq1做他的最大行程控制，）使sq1闭合，从而使电动机停止正转，同时使电动机反转，所以必须使接触器km1断开，使接触器km2闭合，则在控制电路中，我们将sq1的常闭开关串联到接触器km1的线圈电路中，将sq1的常开触点与接触器km2的线圈串联，用来控制电动机m1的反转，同时将sq1与线圈km2的常开触点并联，构成自锁电路。我们知道电动机的正反转不能同时进行，所以km1和km2不能同时闭合，否则会短路，因此接触器km1和km2必须构成互锁电路，即将各自的常闭触点串联到各自的线圈中。当爬斗运动到最低点装料时，会触动行程开关sq2，使电动机km1停止转动，并同时使电动机km2开始工作。为了使电动机km1停止转动，我们将行程开关sq2的常闭触点串联到km1的反转控制电路中，未来使电机km2转动，我们将行程开关的常开触点与控制电动机m2的接触器km3的线圈相连。同时将km3的常开触点与sq2并联，构成自锁电路。爬斗在最低点装料，需要20s，即电动机km1必须停止转动20s，且电动机km2只工作20s,所以需要一个延时装置。我们使用时间继电器kt2进行定时，将kt2的线圈与km3的线圈并联并且将其常闭触点与km3的线圈串联，用来控制继电器km3的工作时间.当爬斗的料装满时，又需要运达高处，需要电动机km1正转，所以我们使用时间继电器kt2的常开触点与启动按钮sb2并联，用来启动电机m1，从而到达使爬斗循环上诉动作。自动卸料爬斗在某些时候需要实现单步运动，所以必须使用一个开关控制电机单步运动。我们使用转换开关qs1与时间继电器kt2的常开触点串联来控制系统单步还是循环运动，当qs1闭合时，则该装置实现循环运动；当qs1断开时，该装置则实现单步运动。当爬斗在运动的过程中，有点时候需要停止某处，为了防止爬斗下落，电动机反转，必须使用抱闸装置，我们一般使用电磁阀抱闸，因为只有在电动机m1停止转动时，电磁阀才会抱闸，所以在控制电路中，我们将电磁阀的控制线圈与接触器km1和km2的常闭触点并联，实现抱闸。2.3、机床电气控制的电气原理图 图1-1 理论设计电路图当qs1开时，单步动作；当qs1闭时，连续动作。sb3可以实现任意位置反向启动点电机m1。 图1-2 实际操作电路图在电路中，主电路采用三相交变电流，驱动两个三相电机转动，使用三个接触器控制电机的起停和正反转。在控制电路中，当按下按钮sb1时，电机m1正转，运动到顶端遇到行程开关sq1时，电机m1反转，爬斗向下运动，当运动到下位遇到行程开关sq2时，电机m1停止，m2启动。当电机在运动过程中遇到故障时，可以按下紧急停止开关sb1,使整个装置停止。在实验中，我们没有电磁阀，所以取消了抱闸装置。2.4、电器元件布置图 图1-3 实际布线图上图为安装接线图，与电器原理图相比，他将电器件的各个触点连在一起，表示电器元件各个单元间的实际接线情况。安装接线图用于电路的连接，便于检查维修和施工。上图为自动爬斗控制的安装接线图，表面了电器设备外部元件的相对位置及他们之间的电器连接，是现场时间安装接线的依据。2.5、 继电器控制的优缺点2.5.1、继电器控制的有点（1）高寿命，高可靠:ssr没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。（2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。（3）快速转换:固态继电器因为采用固体其间，所以切换速度可从几毫秒至几微妙。（4）电磁干扰笑:固态继电器没有输入线圈，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。2.5.2、固态继电器的缺点（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达12v，大功率晶体管的饱和压浆液灾12v之间，一般功率场效应管的导通电祖也较机械触点的接触电阻大。（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。（4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。（5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或rc阻尼电路对其进行过在保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。 三、自动卸料爬斗的plc控制3.1、 plc控制的简介plc英文全称programmable logic controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是: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.plc是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有plcplc是一种专门为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该按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。3.2、plc的特点3.2.1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。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。3.2.2配套齐全，功能完善，适用性强plc发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代plc大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来plc的功能单元大量涌现，使plc渗透到了位置控制、温度控制、cnc等各种工业控制中。加上plc通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用plc组成各种控制系统变得非常容易。3.2.3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。3.2.4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。3.2.5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。3.3、plc接线图上图是plc的接线图，外部与220v的电源相连，plc的左端是输入触点，表示各个命令按钮，只存在输入没有输出；plc的右边为输出端，即plc控制的对象，我们通过plc控制接触器的线圈，来控制其主触点的通断，从而达到控制电机的目的，实现我们所需的运动。在上图中，y0：plc运行指示灯，y4：料斗上升/下降指示，y5：皮带运输机运行指示。因为条件原因，实验室没有指示灯，所以我们在实验时取消了指示灯的输出。实际接线图如下图所示。3.4、定义输入输出点我们件plc上各端口的意义定义如下：输入输出x0：启动按钮y0：plc运行指示灯x1：停止按钮y1：控制电动机m1正转接触器x2；单步/连续选择开关y2：控制电动机m1反转接触器x3：上限行程开关y3：控制电动机m2接触器x4：下限行程开关y4：料斗上升/下降指示x5：任意位置反向启动按钮y5：皮带运输机运行指示y6：抱闸3.5、梯形图plc的梯形图是在继电器控制电路的基础上演变而来的，他与继电器控制电路的原理相对应，具有直观、简单、易懂、易于检查的特点，很容易被广大工程技术人员所掌握。梯形图编程语言特别适合开关量逻辑控制，是plc最主要的编程语言。下图为自动爬斗控制的梯形图。3.6、指令表梯形图虽然直观、简便，但要求plc配置lrt显示器，方可输入图形符号，在许多小型和微型plc中没有rlt显示器，就只能用一系列plc操作命令组成的指令程序将梯形图的控制逻辑描绘出来，并通过编程器输入到plc中，下表即plc指令表。指令表：ld x0 ld x3 out y3or y0 or m2 out y5ani x1 or x5 out t11out y0 ani x4 k200ld y0 ani y1 endor m1 out m2ld x2 out t1and t11 k10orb ld m2ani x3 out y2ani y2 out y4out m1 ldi y1out t1 ani y2 k10 out y6ld t1 ld x4out y1 or y3out y4 ani t113.7、plc控制优缺点分析plc是以微机技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛应用于各个领域。它是把继电器控制的优点与计算机的功能齐全、灵活性、通用性相结合，用计算机编程软件逻辑代替了继电器接线逻辑的一种通用性自动控制设备。1、实时性由于控制器产品