机电一体化毕业论文-带式输送机的PLC控制.doc

嘉 兴 南 洋 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文（设 计） 论文题目 _带式输送机的PLC控制_系 部 机电工程系 学生姓名 钮云鹏 专业名称 机电一体化 班级/学号 10333/0803100314 指导教师 周文富 刘若竹 嘉兴南洋职业技术学院教务处印制嘉兴南洋职业技术学院毕业论文（设计）带式输送机的PLC控制摘要 本文主要研究和解决带式输送机在启动、停止、紧急停止和故障停止时避免物料在前端运输带上造成物料堆积影响工艺流程和生产线上的工作效率。在带式输送机的高速运行过程中,胶带跑偏是输送机常见故障,分析胶带跑偏的原因并及时纠正,对提高胶带的有效使用寿命、维护企业安全生产具有十分重要的意义。 关键词 带式输送机 PLC 控制 目录前 言11.什么是带式输送机22.可编程控制器的基本组成32.1 中央处理器32.2 存储器42.3输入.输出模块52.4拓展接口62.5 电源部件72.6 编程器和其他外设83.可编程控制器的工作原理93.1 上电处理.103.2 自诊断处理.113.3 通讯服务.123.4 程序扫描过程.134.带式输送机.14 4.1 带式输送机的设计计算.15 4.2 带式输送机部件的选用.16 4.3 驱动装置的选用与设计.175. 带式输送机的PLC控制.18 5.1 硬件措施.19 5.2 软件措施.20 5.3 各控制部件功能.21 5.4 电气控制系统.226. 总结.23致 谢24参考文献25第 17 页 前 言 随着制造业规模的扩大，生产批量的不断增长，生产线已经越来越广泛得应用于车间。输送机作为生产线的枢纽，其主要作用就是将工件从一个工序输送到下一个工序，它是由马达提供动力，通过变频器或变速器调节到所需速度进行工作。带式输送机是连续运行的运输设备，在冶金、采矿、动力、建材等重工业部门及交通运输部门中主要用来运送大量散状货物，如矿石、煤、砂等粉、块状物和包装好的成件物品。带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备相比，不仅具有长距离、大运量、连续输送等优点，而且运行可靠易于实现自动化、集中化控制，特别是对高产高效矿井，带式输送机已成为煤炭高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。 特别是近10年，长距离、大运量、高速度的带式输送机的出现，使其在矿山建设的井下巷道、矿井地表运输系统及露天采矿场、选矿厂中的应用又得到进一步推广。选择带式输送机这种通用机械的设计作为毕业设计的选题，能培养我独产解决工程实际问题的能力，能过这次毕业设计是对所学基本理论和专业知识的一次综合运用，也使我们的设计、计算机和绘图能力都行到一个全面的训练1.什么是带式输送机带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。胶带输送机又称皮带输送机，输送带根据摩擦传动原理而运动，适用于输送堆积密度小于1.67/吨/立方米，易于掏取的粉状、粒状、小块状的低磨琢性物料及袋装物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、粮食等。胶带输送机可在环境温度-20至+40范围内使用，被送物料温度小于60。其机长及装配形式可根据用户要求确定，传动可用电滚筒，也可用带驱动架的驱动装置。适用范围可以用于水平运输或倾斜运输，使用非常方便，广泛应用于现代化的各种工业企业中，如：矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中。根据输送工艺要求，可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置型式的作业线需要。2.可控制编程器的基本组成2.1 中央处理器 1.编程时接受并存储从编程器输入的用户程序和数据，并能进行修改或更新 2.根据输出所存电路的有关内容实现输出控制 3.执行各种诊断程序2.2 存储器PLC内部存储器用来存放PLC的系统程序，用户程序和逻辑变量及数据信息。存储器分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）两大类。ROM的内容杂使用时只能读出不能写入，它的写入需要使用特殊的方法和设备，一旦写入即使掉电也不会消失，称为固化。ROM主要存放监控程序及已调试好的用户程序。RAM的内容可以随时由CPU对它进行读取，写入，任意修改，但掉电后，信息丢失。用户程序是使用者为PLC完成某一具体控制任务编写的应用程序，用户程序在设计和调试过程中要经常进行读写操作，为了便于调试、修改、扩充、完成，用户程序一般使用RAM存储RAM中的内容在掉电后要消失，所以PLC对RAM提供备用锂电池，一般锂电池使用期为35年左右。如果调试通过的用户程序要长期使用，可用专用EPROM写入器把程序固化在EPROM芯片中，再把芯片插入PLC的EPROM插座上。2.3输入.输出模块这是PLC与被控设备的连接部件，输入模块通过输入端子接受现场设备的控制信号（包括开关量和模拟量），如控制按钮、限位开关、传感器信号等，并把这些信号转换成被控设备能接收的电压或电流信号，以驱动被控装置（包括开关量和模拟量），如电磁阀、接触器、信号灯等。2.4拓展接口当PLC主机（基本单元）的点数不够用时，可以通过扩展I/O接口连接扩展机（扩展单元），以增加输入和输出点数2.5 电源部件电源部件将外部提供的交流电转换成PLC内部正常工作所需的直流电，它是主机的重要组成部分。2.6 编程器和其他外设 PLC需要通过编程器输入、检查、修改、完善和调试程序，也需要它在线监控PLC的工作情况，编程器是PLC最主要的外围设备。PLC也可以配置其他设备，如打印机、显示器、EPROM写入器和盒式磁带机等。3 可编程控制器工作原理3.1 上电处理可编程控制器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O 模块配臵运行方式检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。3.2 自诊断处理PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常。如CPU、电池电压、程序存储器、I0和通信等是否异常或出错如检查出异常时CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描便停止。3.3 通讯服务PLC自诊断处理完成以后进入通信服务过程。首先检查有无通信任务如有则调用相应进程完成与其他设备的通信处理，并对通信数据作相应处理；然后进行时钟、特殊寄存器更新处理等工作3.4 程序扫描过程PLC在上电处理、自诊断和通信服务完成以后，如果工作选择开关在RUN位置，则进入程序扫描工作阶段。先完成输入处理，即把输入端子的状态读人输入映像寄存器中，然后执行用户程序，最后把输出处理结果刷新到输出锁存器中。在上述几个部分中，通信服务和程序扫描过程是PLC工作的主要部分，其工作周期称为扫描周期。可以看出扫描周期直接影响控制信号的实时性和正确性，为了确保控制能正确实时地进行，在每个扫描周期中，通信任务的作业时间必须被控制在一定范围内。PLC运行正常时，程序扫描周期的长短与CPU的运算速度、与IO点的情况、与用户应用程序的长短及编程情况等有关。通常用PLC执行1KB指令所需时闯来说明其扫描速度，一般为零点几毫秒到上百毫秒。值得注意的是，不同指令其执行时间是不同的，从零点几微秒到上百微秒不等故选用不同指令所用的扫描时间将会不同。而对于一些需要高速处理的信号，则需要特殊的软、硬件措施来处理。当PLC处于正常运行时，它将不断重复扫描过程。分析上述扫描过程，如果对远程IO、特殊模块和其他通信服务暂不考虑，这样扫描过程就只剩下“输入采样”、“程序执行”和“输出刷新”三个阶段了。这三个阶段是PLC工作过程的中心内容，理解透PLC工作过程的这三个阶段是学习好PLC的基础。PLC的工作过程如下图所示图3.4.14.带式输送机4.1 带式输送机的设计计算带宽的确定： 按给定的工作条件,取原煤的堆积角为20。 原煤的堆积密度按900 kg/3m； 输送机的工作倾角=0； 带式输送机的最大运输能力计算公式为： Q=3.6svk 式中：Q输送量（t/h）；v带速（m/s）；物料堆积密度（kg/3m）； S在运行的输送带上物料的最大堆积面积,2m，K输送机的倾斜系数 输送带运行速度是输送机设计计算的重要参数，在输送量一定时，适当提高带速，可减少带宽。对水平安装的输送机，可选择较高的带速，输送倾角越大带速应偏低，向上输送时带速可适当高些，向下输送时带速应低些。目前DTII系列带式输送机推荐的带速为1.254m/s。对于下运带式输送机，考虑管理难度大，一般确定带速为23.5m/s。本设计选用运行速度为1.6m/s图4.1.1输送机的工作倾角=0； 查DT带式输送机选用手册（表2.2-1）(此后凡未注明均为该书)得k=1 按给顶的工作条件,取原煤的堆积角为20； 原煤的堆积密度为900kg/3m； 考虑山上的工作条件取带速为1.6m/s； 将个参数值代入上式, 可得到为保证给顶的运输能力,带上必须具有的的截面积图4.1.2表4.1.3 槽形托辊的带上物料堆积截表4.1.4查表4.1.4,可知输送机的承载托辊槽角35，物料的堆积角为20时，带宽为800 mm的输送带上允许物料堆积的横断面积为0.06782m，此值大于计算所需要的堆积横断面积,据此选用宽度为800mm的输送带能满足要求。 经如上计算,确定选用带宽B=800mm,680S型煤矿用阻燃输送带。 680S型煤矿用阻燃输送带的技术规格： 纵向拉伸强度750N/mm； 带厚8.5mm； 输送带质量9.2Kg/m4.2 带式输送机部件的选用4.2.1 输送带输送带在带式输送机中既是承载构件又是牵引构件，它不仅要有承载能力，还要有足够的抗拉强度。输送带有带芯和覆盖层组成。输送机的带芯主要是有各种织物或钢丝绳构成。按输送带带芯结构及材料不同，输送带被分成织物层芯和钢丝绳芯两大类。 钢丝绳芯输送带是有许多柔软的细钢丝绳相隔一定的间距排列，用与钢丝绳有良好粘合性的胶料粘合而成。钢丝绳芯输送带的纵向拉伸强度高，抗弯曲性能好；伸长率小，需要拉紧行程小。同其它输送带相比，钢丝绳芯输送带的厚度小。4.2.2 托辊托辊是用来支承输送带和输送带上的物料，减少输送带的运行阻力，保证输送带的垂度不超过技术规定。是输送带使用寿命的最重要部件之一4.2.3拉紧装置及制动装置的选型1拉紧装置的作用是：保证输送带在传动滚筒的绕出端有足够的张力，能使滚筒与输送带之间产生必须的摩擦力，防止输送带打滑；保证输送带的张力不低于一定值，以限制输送带在各支撑托辊间的垂度，避免撒料和增加运动阻力；补偿输送带在运转过程中产生的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化。2张紧装置在使用中应满足的要求(1) 布置输送机正常运行时，输送带在驱动滚筒的分离点具有一定的恒张力，以防输送带打滑。(2) 布置输送机在启动和停机时，输送带在驱动滚筒的分离点具有一定恒张力，比值一般取1.31.7（可以通过设计计算不小于启动系数进行确定）。(3) 保证输送带承载分支和回空分支最小张力处的输送带下垂度不应超过标准规定值(4) 补偿输送带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸缩的变化。(5) 为输送带接头提供必要的张紧行程。(6) 在工况过渡过程中，应能将输送带中出现的动力效应减至最小限度，以防损坏输送机4.2.4 制动装置输送机向上运输时，在停车时需防止输送带的反向倒退，此时的制动一般称为逆止。向下运输时，在停车时需防止输送带的正向前进，此时称为制动。 制动器的选型要考虑以下几点： (1) 机械运转状况，计算轴上的负载转矩，并要有一定的安全储备。 (2) 应充分注意制动器的任务，根据各自不同的执行任务来选择，支持制动器的制动转矩，必须有足够储备，即保证一定的安全系数。 (3) 制动器应能保证良好的散热功能，防止对人身、机械及环境造成危害。 因为该输送机的设计为水平运输，所以不需要制动装置。4.2.5 清扫装置在带式输送机运行过程中，不可避免的有部分细块和粉料粘到输送带的表面，不能完全卸净。当表面粘有物料的输送带通过回程托辊或导向滚筒时，由于物料的积累而是它们的直径增大，加剧托辊和输送带的磨损，引起输送带跑偏，同时不断掉落的物料又污染了场地环境。如果粘有物料的输送带表面与传动滚筒表面相接触，除有上列危害外，还会破坏多滚筒传动的牵引力分配关系，以致使某些电机过载而烧毁。因此，清扫粘结在输送带表面的物料，对于提高输送带的使用寿命和保证输送带的正常运转是具有重要意义。4.3 驱动装置的选用与设计4.3.1 电机的选用电动机额定转速根据生产机械的要求而选定，一般情况下电动机的转速不低500r/min,本设计皮带机所采用的电动机的总功率为54kw，所以需选用功率为60kw的电机，拟采用YB200JDSB型电机，该型电机转矩大，可以满足要求4.3.2 液力偶合器目前，在带式输送机的传动系统中，广泛使用液力偶合器，它安装在输送机的驱动电机与减速器之间，电动机带动泵轮转动，泵轮内的工作液体随之旋转，这时液体绕泵轮轴线一边作旋转运动，一边因液体受到离心力而沿径向叶片之间的通道向外流动，到外缘之后即进入涡轮中，泵轮的机械能转换成液体的动能，液体进去涡轮后，推动涡轮旋转，液体被减速降压，液体的动能转换成涡轮的机械能而输出作功4.3.3 联轴器联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。 联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。 根据对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别5带式输送机的PLC控制5.1 硬件措施对电源变压器、cpu、编程器等主要部件，均采用严格措施进行屏蔽，以防外界干扰；对供电系统技术如电路采用多种形式的滤波，以消除或抑制高频干扰，也削弱了个部分之间的相互影响；对plc内部所需的+5V电源采用集成电压调整期进行调整，以消除由于交流电网的波动引起的过电压、欠电压的影响；采用光电隔离措施，有效的隔离了内部与外部电路间的直接电联系，以减少故障和误动作；采用模块式结构的plc，一旦某一模块有故障，就可以迅速更换模块，从而尽可能缩短系统的故障停机时间5.2 软件措施其一，对掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等，plc通过监控程序定时的进行检测。当检测到故障时，立即把当前状态保存起来，并禁止对程序的任何操作，以防止存储信息被冲掉。故障排除后立即恢复到故障前的状态继续执行程序。其二，plc设置了监视定时器，如果程序每次循环的执行时间超过了规定值，表明程序已进入死循环，则立即报警。其三，加强对程序的检查和校验，发现错误立即报警，并停止程序的执行。其四，利用后备电池对用户程序即动态数据进行保护，确保停电是信息不丢失。 由于采取了以上措施，plc的抗干扰能力和可靠性得到大大提高5.3 各控制部件功能5.3.1 电控公用指令所谓公用指令是指这些指令不管是在自动控制下还是手动控制下，对它们的操作都是有效的。其中一部分指令必须在开车前选定而在运行中禁止操作，它们是控制方式选择、运行方式选择；其余公用指令可随时根据需要进行操作。 控制方式选择开关用来选定系统控制采用的方法或模式，它分为自动、手动和检修三种方式。 运行方式选择开关用来确定设备（系统）处于何种状态。它分为工作、调试和停止三种形式。它与控制方式选择开关组合使用。可能的有效组合形式如下表停止位置：手动与自动控制指令均失败，但部分公用操作指令有效（如信号按钮）。检修位置：该位置与停止位置功能相同。 调试工况下，只能采用手动控制方式，除主电机与控制泵间存在联锁关系外，其余各设备间无连锁关系。信号指令：在有电状态下，只要按下信号按钮，沿线电铃和蜂鸣器即响；松开按钮响声停止。信号指令：在有电状态下，只要按下信号按钮，沿线电铃和蜂鸣器即响；松开按钮响声停止。急停：输送机运行状态下，不论是自动控制还是手动控制，按下该按钮（带锁）时，将以最大的减速度停车。建议尽可能减少此种停车方式。5.3.2 自动控制指令当系统确定为自动控制工作方式时，这些指令与公用指令同时有效。润滑泵是否开启。在进行功率调节中或调节后，只要液粘调速器的传动比不是1：1，润滑泵就会自动开启，而不受此开关的限定。 起动、停止指令：用于对输送机实施开车与停车的控制。5.3.3 手动控制指令当系统确定为手动控制下调试或工作运行方式时，这些指令与公用指令同时有效。 油压调节：手动控制方式下，用于液粘调速器控制油压的增加或减小的调节，以实现加速或减速控制。5.3.4 电气控制系统由于大功率带式输送机多采用多机驱动方式，因此设计多台电动机共同驱动的电气综合控制系统。其主要控制内容有：通过输送机带速与液粘软起动装置输出转速比较，来决策输送带与驱动滚筒之间是否打滑和超速保护；通过计算机决策对液体粘性软起动装置的比例阀电流进行闭环控