机电一体化毕业论文-PLC用于皮带输送机的集中控制.doc

Xx大学毕业论文(设计说明书)（2009届）题 目：PLC用于皮带输送机的集中控制 姓 名： 系 别： 机械 专业班级： 2009机电一体化 指导教师： 完成时间： 2011年12月 任务书：三年业余大学生活马上就要结束了，学校老师要求我们结合所学知识及工作的实际情况，自选题目作一篇毕业论文，并给我们讲述了，论文的制作要求及格式，接到题目后，我们立即就投入到材料的收集和整理中，在工作之余，挤出时间，现在终于形成这篇拙作。摘要：本设计主要针对中小型皮带输送机的控制系统通常采用的继电器控制存在的可靠性差、劳动强度大及生茶效率低的问题而提出的；改用基于PLC控制的皮带输送机控制装置，克服了上述问题的不足。本设计控制系统选用的是欧姆龙CPM2A系列PLC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的功能；在软件设计中，给出了程序流程图，编程语言采用了梯形图逻辑的方式，将硬件和软件有机的结合在一起，使控制系统运行可靠，达到了预期的设计目的。关键词：皮带输送机、PLC、集中控制 目录封面1任务书2概要3目录4引言51皮带输送机集中控制系统的结构及工作过程.61.1皮带输送机的结构.61.2皮带输送机控制的电气要求.61.2.1设计目的和技术要求.61.3皮带输送机控制方案的确定.72控制系统硬件电路的设计.82.1PLC的选择及I/O分配表.82.2PLC外围硬件电路设计与硬件电路图.92.2.1PLC外围硬件电路图92.2.2硬件电路主电路图及说明102.3硬件电路的接线要求103控制系统的软件设计113.1程序流程图与梯形图及其说明114系统调试145总结及谢词156参考文献16引言： 随着国民经济的快速发展，煤矿、冶金、钢铁、化工、制药、仓储、电厂等方面对于皮带输送机有了许多高新的要求。皮带输送机俗称带式运输机，是一种连续性的带式运输机械，也是一种通用的机械，它既可以运送散状物料，也可以运输件式成品物料。工作过程中噪音较小、结构简单，皮带输送机可用于水平或倾斜运输。皮带输送机还用于装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动的机械上。以前的皮带输送机的电气控制部分为继电器和接触器控制，采用手工的操作方式，存在劳动强度大、能耗高、维护量大、可靠性能差等缺点。随着工业大发展继电器控制系统无法达到相应的要求，且使用元件过多，因此根据不同行业不同用户的要求，采用PLC控制皮带输送机是十分必要的。采用可编程控制器（PLC）控制的优势有如下几条：a、 可靠性能高，皮带机的综合保护装置以PLC控制器为核心，系统具有高可靠性和强抗干扰等特点，对环境要求不高，适用于较为恶劣的工作场所。b、 配置灵活，PLC在组态系统时具有极大的灵活性，极强的处理能力，以及极大的输入输出I/O扩容量，当现场发生变化时，只需改变程序即可，因此能够方便灵活地进行系统配置，组成不同规模、不同功能的控制系统，即可控制一台单机，也可控制一条生产线，即可现场控制，也可远程集中控制。c、 设备扩展性强，PLC具有很强的组网能力和扩展能力，今后可以很方便的添加新设备，如果与计算机PC控制相结合，则功能就更高了，它既可一通过MPI又可以通过BUS总线与其它PC系统相连，从而避免了以前上套设备需要更换一套控制设备的弊端，因此节省了大量的人力和财力。d、 维护方便，模块连接采用插拔式接线端子排，更换和维护都相当的方便快捷。1、 皮带输送机集中控制系统的结构及工作过程1.1、 皮带输送机的结构皮带输送机由皮带、机架、驱动辊、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成，组成结构示意图如图1所示；原材料输送机示意图由图2所示：312 1、皮带 2、托辊 3、转动轮 图1 皮带输送机的组成部分MO1233 PD1 PD2 PD3 PD4 图2 原材料皮带输送机输送示意图1.2、 皮带输送机控制的电气要求1.2.1、设计目的和技术要求：1）启动时先启动最后一台PD4，然后每间隔15秒，依次向前启动PD3、PD2、PD1皮带机。2）停车时先停最前面一台PD1，待料运送完毕后，每间隔30秒，向后PD2、PD3、PD4依次停止运行。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运行，而该皮带机后面的皮带机待料运送完毕后依次每隔30秒停止，如：PD2发生故障，M1、M2立即停止运行，待料送完后，经过30SM3停止运行，再经过30SM4停止运行。 1、3皮带输送机控制方案的确定 皮带输送机通常采用采用传统的继电器控制和PLC控制两种控制方法，两种控制方法比较如下：1） 方式：传统的继电器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方式形成控制逻辑，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的方式存在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变逻辑程序即可，不需要硬件连接，是软的连接。2） 速度：传统的继电器控制逻辑是依靠触电的机械动作实现控制的，工作速度低、毫秒级的、且机械触点有抖动现象；PLC控制是由程序指令控制电子电路来实现的，速度快、微妙级、严格同步且无抖动现象。3） 控制：传统的继电器控制系统是靠时间继电器的时间滞后动作来实现延时控制的，时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难且是有级调时。PLC控制是采用集成电路做成的计时器，时钟脉冲是由晶体振荡产生，精度高，调整时间方便且是无级调时，不受环境影响。通过对两种控制方式的大概比较，PLC控制方式控制效果比较好，可实现皮带输送机的自动化控制，而采用传统继电器控制方式，还停留在以人工手动操作为主（当然也可以实现自动化控制，但是线路较为复杂，使用硬件元器件太多，不经济也不划算，且维修困难），控制效果也就不是很明显，为此采用PLC控制是很好的选择。2、 控制系统硬件电路的设计21 PLC的选择及I/O分配表输入信号：启动开关 1 个 停车开关 1 个 故障输入 4 个（M1、M2、M3、M4）（注：这里不考虑跑偏开关、张力保护器、物料探测器等）以上共6个输入的开关量信号，考虑以后的扩充，预留50%的备用点，共9个数字量输入点DI。 输出信号：电动机启动信号 4 个（M1、M2、M3、M4） 综 合 报 警 灯 1 个 停 车 1 个 故 障 4 个（M1、M2、M3、M4） 以上共需要10个数字量输出信号DO，考虑到以后对系统的调整扩充，预留30%的备用点，共需要13个输出点。 根据以上输入DI点及输出DO点的要求，我们选用日本欧姆龙（OMRON）公司的CPM2A系列30点I/O的可编程PLC（其输入点DI为12点，输出点DO为18点）,它具有如下优点：1） 同步控制：CPM2A/2C的高速计数器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脉冲输出。2)高速处理功能：高速处理包括50ms的快速响应输入，0.64ms的扫描周期，高速处理在很大程度上可以提高劳动效率，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）高速计数器功能：CPM2A/2C支持单轴高速计数20KHZ单相和5KHZ双向，线性计算从-8388608到388607,25KHZ的四轴高速计算等。4）脉冲输出位置控制：CPM2A/2C支持4种脉冲输出的有2个点；1010KHZ脉冲输出的有1个点；PWM输出1.0-999.9KHZ的1个点，其具有同步功能。5）RS232通讯端口：CPM2A/2C提供一个内置的RS232端口，能很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，将来扩充时刻选择其它的组网模块。6）价格低廉：在价格方面PLC也是比较便宜的，因为一个PLC可控制整个控制系统，欧姆龙PLC经济实惠，价格低于西门子及三菱PLC，且性能稳定，性价比较高。一般情况下输入点与输入信号，输出点与输出信号在控制上一一对应，分配好以后，按系统配置的通道与接点信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，个报警因素按逻辑关系并联后接到报警输出点，I/O分配表如下表1所示：输入启动按钮SB1停车按钮SB2故障点SB3、 SB4 、 SB5 、 SB6 地址000000000100003、 00004、 00005、 00006输出报警指示灯HA停车输出点TA故障输出M1 M2 M3 M4地址 01004 01005 01006 01007 01008 01009输 出电机运行M4 M3 M2 M1 地 址 01000 01001 01002 01003 表1 I/O分配表 2.2 PLC外围硬件电路设计与硬件电路图 2.2.1 PLC外围硬件电路图（见图3） SB1为启动按钮（地址00000），SB2为停止按钮（地址00001），SB3SB6为四台电机对应的故障信号（电机正常时为常开，故障时为常闭），01004为故障报警输出，当任何一台电机发生故障时，HA便开始报警，电机故障信号由热继电器FR和空气开关QF的辅助触点串联后输出的。 L N SB1 HA SB2 TA QF2 SB3 HL1 SB4 HL2 FU2 SB5 HL3 SB6 HL4 KM1 FR1 KM2 FR2 DC COM KM3 FR3 -24VDC KM4 FR4 +24VDC L2/N COM L1 图三 PLC与外设之间接线原理图 2.2.2 硬件电路主电路图（图4）及说明 V U W QF0 FU0 QF1 QF2 QF3 FU4 FU1 FU2 FU3 FU4 KM1 KM2 KM3 KM4 FR1 FR2 FR3 FR4 M1 M2 M3 M4 图4 主电路图 电气主回路主要由塑壳空气开关QF1QF5、熔断器FU1FU5、接触器KM1KM5及热继电器FR1FR4组成。 2.3 硬件电路的接线要求 在硬件电路图（见图3、图4）的基础上，对一些相关的控制接线作如下要求：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45KW或其容量不超过电源变压器容量的15%容量时，均采用直接启动方式。 3）交流接触器的触点容量根据电动机容量确定，所有接触器线圈的控制电压为220VAC。 4）所有电机都配有相应的低压电路保护，具有短路、过载、过电流等保护功能，这些保护的元件选型QF、FR、FU均根据电机容量选取。5）电控系统采用380VAC三相四线制供电。6）PLC的故障输出端直接接到AC220V报警上。3、控制系统的软件设计根据工艺要求和用户使用需要，同时考虑到设备使用的安全性，故障保护与报警状态显示的要求，以及实现系统各设备协调工作的功能，用梯形图编制整个控制程序。在考虑到皮带输送机发生故障时，每台皮带机运行相隔的时间用定时器控制。在集中控制方式下，通过定时器控制依次启动个电机。 3.1 程序流程图与梯形图及其说明 首先PLC上电自检初始化，然后按下启动按钮SB1，M4电机先行启动，然后每间隔15S一次启动M3、M2、M1电机。当需要皮带输送机停止时，只需要按下停车按钮SB2，则M1立即停止，接着每隔30S依次停下M2、M3、M4电机。SB3-SB6是故障输入点，是对应与PD1-PD4的设备，该故障是塑壳开关QF2-QF5的辅助触点与热继电器辅助触电的串联，如SB3是QF2和FR1辅助触电的串联。当某台电机出现故障时，这台电机和它前面的电机立即停止，通过30S后其后面的一次间隔30S停止。为了分析问题方便，并根据控制要求做出系统工作过程流程图如图5所示： 根据控制要求及流程图，做成梯形图如图6所示，在程序中01000、01001、01002、01003控制电机M4、M3、M2、M1；01004作为故障报警灯输出控制；01006、01007、01008、01009作为电机M1、M2、M3、M4的故障报警输出；01005作为停车指示显示输出。每台电机启动时间定时器分别采用定时器TIM000(T000)、TIM001(T001)、TIM002(T002)控制，停止延时定时器用TIM003(T003)、TIM004(T004)、TIM005(T005)控制。 PLC上电 启动 启动SB1 停止按钮SB2 M4电机启动 有故障 M4停止15S后 30S后 M3电机启动 有故障 M3停止 30S后 M4停止15S后 30S后M2电机启动 有故障 M2停止 30S后 M3停止 30S后 M4停止15S后 30S后M1电机启动 有故障 M1停止 30S后 M2停止 30S后 M3停止 30S后 M4停止 图5 皮带机控制方框流程图TIM001#150TIM002#150TIM003#300TIM000#150TIM004#300 00000 （20000）20000 20000 IL(02) 20000 T003 01006 M4 (01000) 01000 01000 01001 01002 20000 T004 01007 T000 M3 (01001) 01001 20000 T005 01008 T001 M2 (01002) 01002 T002 01005 01009 M1 (01003)TIM005 #300 01005 01003 01009 00001 （01005） 01005 00002 （01006） 00003 （01007） 00004 （01008） 00005 （01009） 01006 （01004） 01007 01008 01009 （ILC03） 图6 皮带输送机控制梯形逻辑图4 系统调试 根据CX-P编程的基本操作，建立一个新工程（或项目），创建一个程序，按照图5的控制梯形逻辑图编译程序，将PC机上的程序下装到PLC，将PLC中的程序上传到PC机并将两个程序进行比较，在执行PLC程序时进行监视，在线进行编程等。 在按下启动按钮00000，最后一台皮带机M4开始启动，随后定时15S间隔依次启动M3、M2、M1。停车时按下停车按钮00001应先停止最前面一台皮带机M1，然后一次延时每间隔30S停M2、M3、M4。这就是在正常情况下的停车与开车。在有故障的情况下，立即断开停止故障的皮带机及其前面的皮带机，并有相应报警输出，然后定时器每间隔30S依次向后停止其它皮带机。5 总结及谢词 时光如水，岁月如歌，3年的业余大学生活，我想应该是每个热于求知者人身中较为美好时光，是我们生活履历的一个见证。 面对毕业，在我们心中最深的意识是毕业设计的制作与完成。从题目选定到论文的制作完成，工作过程是艰辛的，但是成果是令人欣慰的。不论是之前实验还是实习，自己都没有一个人去完成一件作品，在这将近半年的时间里，通过自己的不懈努力现在终于完成了我的设计。 回想当