毕业论文-六台皮带输送机顺序控制系统.doc

河南工业职业技术学院毕业设计河南工业职业技术学院机电工程系2009届毕业生毕业 设计题 目：班 级：前言 由于可编程序控制器具有可靠性高,通用性强,程序设计简单级便于装调试等优点,它在工业控制的各个领域发挥着越来越重要的作用. 本文是六台皮带传输机系统PLC控制,并能基本满足此类工业控制系统要求.可编程序控制器机型较多,但其基本结构和工作原理相同,基本指令,控制功能和编程方法类似.本文以使用最为广泛的FX2系列编程器为核心,主要包括可编程序控制器的基本介绍,设计方案及原理,一次二次原理图等. 在编写过程中得到张季萌老师,吴正耀同学,常果同学等人的大力支持,在此表示衷心的感谢.由于本人水平有限,错误和不妥之处在所难免,敬请老师批评指正.目录一前言 。（3）二任务书 。(5)三可编程控制器的基础知识 1.PLC起源 。（6）2.PLC功能 。（7）3. PLC的主要特点。（9）4. PLC的联网与通信。（10）5. PLC的发展。（11）四PLC控制输送机系统步骤及注意的问题1.PLC控制系统的一般步骤。（12）2. PLC控制传输机系统工作环境要求。（16）4. 结语 。（18）五输送机的PLC控制注意问题1. 常见应注意问题。（19）2. PLC的调试和安装。（24）六六台皮带皮带输送机顺序控制系统设计 1. 系统一次，二次原理图。（26） 2. 皮带传输机的控制要求。（27） 3. PLC选型及输入输出接线。（28） 4. 程序设计及控制原理。（29）结论 。（33）参考文献。（35） 毕业设计任务书一 设计题目:六台皮带输送机顺序控制系统二. 设计要求: 根据六台皮带输送机顺序控制要求制定PLC自动控制方案,设计出 和自动控制方案配套电气控制一次.二次控制梯形图并写出设计任务书.三. 设计依据:1. 六台皮带输送机顺序控制系统示意图.2. 六台皮带输送机顺序控制系统工艺要求说明.四. 设计任务:要求在规定时间内独立完成下列任务量: 设计说明书须包括: 1目录 2前言及确定了赋值参数的设计任务书. 3根据工艺要求的理解而设计的自控系统的基本思路和原理. 4在自控系统基本思路和原理基础上的具体控制方案. 5电气设备的选型. 6附录及参考文献. 7收获的体会 设计图样 1主要设备及材料表. 2电气控制一次. 二次原理图.3自动控制原理图.五. 设计时间 2008年9月10日至2008年11月23日 指导教师: 张季萌第一章:可编程控制器的基础知识 可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称重PLC或PC，在现代工业控制中占有要地位。本章对其基础知识进行简要介绍。1.1、PLC的起源 PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务 。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。 目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。 PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。 1.2、PLC的功能 1、数据采集与输出。 2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。 3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。 4、输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5、通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。 1.3、PLC的主要特点 1、可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在1020万h，且均有完善的自诊断功能。 2、结构形式多样，模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。最少的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。 3、功能强大。 4、编程方便。控制具有极大灵活性。 5、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。 6、安装、维修简单 7、与DCS相比，价格低。 8、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。1.4、PLC的联网与通信 PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。 目前各厂商都主推各自的总线标准，如西门子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其构成的集中管理、分散控制分布式控制方式是十分类似的。如ROCKWELL（A-B）推出了全方位自动化的理念，推荐三层网络结构，即1）设备层（DeviceNet为代表）；2）控制层（ControlNet为代表）；3）管理层（EtheNet）。 1.5、PLC的发展 1、与DCS的差别。 集散系统DCS从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。PLC在自身发展同时，也在吸收DCS系统的优点。PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。第二章:PLC控制输送机系统步骤及注意的问题可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。但在使用时如果工作现场的工作环境恶劣，干扰源众多，如大功率用电设备的起动或停止引起电网电压的波动形成低频干扰等，都会影响PLC的正常工作。 尽管PLC是专门在现场使用的控制装置，在设计制造时已采取了很多措施，使它对工业环境比较适应，但是为了确保整个系统稳定可靠，还是应当尽量使PLC有良好的工作环境条件， 并采取必要的抗干扰措施。 2 .1 PLC控制系统的一般步骤可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 所示。图2-1 控制系统一般设计步骤（1） 深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 1) 本文被控对象是输送机传输系统。2) 控制要求：控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。 （2） 确定 I/O 设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。本文的输入设备是四个按钮开关，输出设备是继电器、接触器、电机等。 （3） 选择合适的 PLC 类型 根据已确定的 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、 I/O 模块的选择、电源模块的选择等。 （4） 分配 I/O 点 分配 PLC 的输入输出点，编制出输入 / 输出分配表或者画出输入 / 输出端子的接线图。接着九可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （5） 设计应用系统梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 （6） 将程序输入 PLC 当使用简易编程器将程序输入 PLC 时，需要先将梯形图转换成指令助记符，以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程时，可通过上下位机的连接电缆将程序下载到 PLC 中去。 （7） 进行软件测试 程序输入 PLC 后，应先进行测试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的地方。因此在将 PLC 连接到现场设备上去之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。 （8） 应用系统整体调试 在 PLC 软硬件设计和控制柜及现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，如果控制系统是由几个部分组成，则应先作局部调试，然后再进行整体调试；如果控制程序的步序较多，则可先进行分段调试，然后再连接起来总调。调试中发现的问题，要逐一排除，直至调试成功。 （9） 编制技术文件 系统技术文件包括说明书、电气原理图、电器布置图、电气元件明细表、 PLC 梯形图。 2.2 PLC控制传输机系统工作环境要求PLC它对使用场合、环境温度等还是有一定要求。控制PLC的工作环境，可以有效地提高它的工作效率和寿命。输送系统工作环境应避免此类情况： （1）环境温度超过0 50的范围； （2）相对湿度超过85%或者存在露水凝聚（由温度突变或其他因素所引起的）； （3）太阳光直接照射； （4）有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等； （5）有打量铁屑及灰尘； （6）频繁或连续的振动，振动频率为10 55Hz、幅度为0.5mm （7）超过10g（重力加速度）的冲击。 为了避免其他外围设备的电干扰，可编程控制器应尽可能远离高压电源线和高压设备，可编程控制器与高压设备和电源线之间应留出至少200mm的距离。 当可编程控制器垂直安装时，要严防导线头、铁屑等从通风窗掉入可编程控制器内部，造成印刷电路板短路，使其不能正常工作甚至永久损坏。 2.3、做好日常工作1、日常准备工作：首要的熟悉工艺流程，其次是对PLC各种模块的说明资料的熟悉，再次现场布局的了解，最后确保自已的各种检测工具要完好无误。2、日常点检工作：定期进行CPU的电池的电压检测，正常常情况下为3V，定期对构成PLC系统的相关设备的点检和维护，如UPS定期维护，利用停机时机，对PLC各控制柜进行人工除尘、降温，PLC程序的定期人工备份和电池备份及各相关坏器件的更换等工作。3、 PLC的输出负载可能产生噪声干扰，因此要采取措施加以控制。 此外，对于能使用户造成伤害的危险负载，除了在控制程序中加以考虑之外，还应设计外部紧急停车电路，使得可编程控制器发生故障时，能将引起伤害的负载电源切断。 交流输出线和直流输出线不要用同一本电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。 结语 PLC以其显著的优点而广泛用于工业控制，其实际应用涉及的问题很多，本章只是就其中一些问题提出了一些注意事项。第三章:输送机的PLC控制注意问题 3.1常见应注意问题皮带输送系统的控制对象是流程，组织流程的算法是皮带输送系统控制程序的关键所在。对于一个设备和流程数量少，设备交叉简单的小型输送系统，控制程序可以采用继电器联锁方式来实现流程的控制功能，但对于大型、复杂的输送网络采用这种方式是不行的.PLC控制的六台皮带输送机顺序控制系统,更好的提高皮带传输机的高效.快速.连续的特点,减小系统故障率.运行时皮带跑偏是最常见的故障。为解决这类故障重点要注意安装的尺寸精度与日常的维护保养。跑偏的原因有多种，需根据不同的原因区别处理。1 .调整承载托辊组皮带机的皮带在整个皮带输送机的中部跑偏时可调整托辊组的位置来调整跑偏；在制造时托辊组的两侧安装孔都加工成长孔，以便进行调整。具体方法是皮带偏向哪一侧，托辊组的哪一侧朝皮带前进方向前移，或另外一侧后移。2.安装调心托辊组调心托辊组有多种类型如中间转轴式、四连杆式、立辊式等，其原理是采用阻挡或托辊在水平面内方向转动阻挡或产生横向推力使皮带自动向心达到调整皮带跑偏的目的。一般在皮带输送机总长度较短时或皮带输送机双向运行时采用此方法比较合理，原因是较短皮带输送机更容易跑偏并且不容易调整。而长皮带输送机最好不采用此方法，因为调心托辊组的使用会对皮带的使用寿命产生一定的影响。3. 调整驱动滚筒与改向滚筒位置驱动滚筒与改向滚筒的调整是皮带跑偏调整的重要环节。因为一条皮带输送机至少有2到5个滚筒，所有滚筒的安装位置必须垂直于皮带输送机长度方向的中心线，若偏斜过大必然发生跑偏。其调整方法与调整托辊组类似。对于头部滚筒如皮带向滚筒的右侧跑偏，则右侧的轴承座应当向前移动，皮带向滚筒的左侧跑偏，则左侧的轴承座应当向前移动，相对应的也可将左侧轴承座后移或右侧轴承座后移。尾部滚筒的调整方法与头部滚筒刚好相反。经过反复调整直到皮带调到较理想的位置。在调整驱动或改向滚筒前最好准确安装其位置.4. 张紧处的调整皮带张紧处的调整是皮带输送机跑偏调整的一个非常重要的环节。重锤张紧处上部的两个改向滚筒除应垂直于皮带长度方向以外还应垂直于重力垂线，即保证其轴中心线水平。使用螺旋张紧或液压油缸张紧时，张紧滚筒的两个轴承座应当同时平移，以保证滚筒轴线与皮带纵向方向垂直。具体的皮带跑偏的调整方法与滚筒处的调整类似。5. 转载点处落料位置对皮带跑偏的影响转载点处物料的落料位置对皮带的跑偏有非常大的影响，尤其在两条皮带机在水平面的投影成垂直时影响更大。通常应当考虑转载点处上下两条皮带机的相对高度。相对高度越低，物料的水平速度分量越大，对下层皮带的侧向冲击也越大，同时物料也很难居中。使在皮带横断面上的物料偏斜，最终导致皮带跑偏。如果物料偏到右侧，则皮带向左侧跑偏，反之亦然。在设计过程中应尽可能地加大两条皮带机的相对高度。在受空间限制的移动散料输送机械的上下漏斗、导料槽等件的形式与尺寸更应认真考虑。一般导料槽的的宽度应为皮带宽度的三分之二左右比较合适。为减少或避免皮带跑偏可增加挡料板阻挡物料，改变物料的下落方向和位置。6 .双向运行皮带跑偏的调整双向运行的皮带输送机皮带跑偏的调整比单向皮带输送机跑偏的调整相对要困难许多，在具体调整时应先调整某一个方向，然后调整另外一个方向。调整时要仔细观察皮带运动方向与跑偏趋势的关系，逐个进行调整。重点应放在驱动滚筒和改向滚筒的调整上，其次是托辊的调整与物料的落料点的调整。同时应注意皮带在硫化接头时应使皮带断面长度方向上的受力均匀,在采用导链牵引时两侧的受力尽可能地相等。另外,皮带运输机的撒料是一个共性的问题。原因也是多方面的，但重点还是要加强日常的维护。还有皮带机运行时异常噪声，主要原因是其驱动装置、驱动滚筒和改向滚筒以及托辊组在不正常时会发出异常噪声，根据异常噪声可判断属于设备的何种故障。另外皮带打滑等都是皮带运输机常见的故障。皮带输送机可输送的物料种类繁多，是一种连续、快速、高效的物料传输设备，广泛使用于煤炭、电力、建材、化工、机械、轻工业等行业的物料传输系统既可输送各种散料大件物品等，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货。结构形式多样，有槽型皮带机、平型皮带机、爬坡皮带机、侧倾皮带机、转弯皮带机等多种形式，输送带上还可增设推板、侧挡板、裙边等附件、 能满足各种工艺要求。 输送带有橡胶、帆布、PVC、PU等多种材质，除用于普通物料的输送外，还可满足耐油、耐腐蚀、防静电等有特殊要求物料的输送。 采用专用的食品级输送带，可满足食品、制药、日用化工等行业的要求。 输送平稳，物料与输送带间没有相对运动，能够避免对输送物的损坏。 与其它输送机相比噪音较小，适合于工作环境要求比较安静的场合。 结构简单、便于维护；能耗较小，使用成本低。皮带传送机性能的主要参数：皮带宽度（mm） 输送长度(mm) 电机功率（mm）输送速度（m/s） 输送量（t/h）等。3.2、 PLC的调试和安装 用软件编程完成后，先仔细检查程序是否有误，核对无误后再将程序下载至PLC。下载成功后，先用模拟开关代替原电路中的输入器件，反复检查程序能否满足现场实际控制的要求；确认完全正确后，才能把它装入控制柜中，连线，并对控制柜进行良好接地。主回路不须作任何改动，因主回路相对简单，六个接触器控制六台电机，这里就不多做论述了。最后通电试运行成功，园满完成任务。结语 采用PLC来控制6段皮带输送机后，使原控制电路的复杂连线和时间继电器等元件在其内部进行软连接，可大大提高设备的可靠性，有效地减少故障率。有效地减少设备维修时间，使生产有序进行，能够取得良好的经济效益。 PLC可广泛应用于工业控制领域，用于取代那些原控制电路相当复杂的老式继电回路。并且使安装和维修与原先相比都更为方便。只要把提供输入信号的按钮、限位开关、光电开关和无触点开关等元件与PLC的输入接口相连，把功率输出元件电磁阀、电磁铁和接触器等与PLC的输出口相连，即安装完毕。检修也一目了然，只要观察PLC的输入、输出口的指示灯就能正确判断故障所在第四章:六台皮带皮带输送机顺序控制系统设计系统一次二次原理图：1皮带传输机的控制要求本系统使用的六台皮带传输机分别由电动机Ml M6传动，Ml传动的皮带运输机位于物料传送方向的起始段，向前依次为M2、M3、M4、M5 M6传动的皮带运输机。(1) 起动控制要求为了避免在上级皮带上造成物料堆积， 起动时要求四台电动机按M6一M5一M4一M3一M2一M1的次序， 间隔1 0 S顺序起动。(2) 停车控制要求为了不使皮带上残留物料， 停车时要求四台电动机按M1一M2一M3一M4一M5一M6的次序间隔1 0 S顺序停车。 (3) 紧急停车控制要求系统正常运行时， 如遇到紧急情况需要停车，四台电动机应无条件地同时停车。(4) 长期过载保护控制要求某台皮带运输机长期过载时， 该皮带运输机及为其提供物料的皮带运输机应立即停车， 间隔l0 S后， 其他皮带运输机才依次停车。2PLC选型及输入输出接线21 PLC选型按照控制要求， 皮带运输机的起动、停车和急停车各需要一个按钮作为控制输入信号； 六台电动机的长期过载保护各需要一套热继电器， 每套热继电器的一对动断触点作为一台电动机的长期过载保护输入；六台电动机的起动和停车各由一套交流接触器直接控制，需要PLC提供四路控制信号。因此，整个皮带运输机控制系统共需要4个输入信号、8个输出信号。根据I0 点数够用和经济原则， 选用日本三菱公司的FX2N一32MR 型PLC。该型PLC功能齐全，使用方便，性能可靠， 有16个输入点和16个输出点， 能够满足上述要求。22 PLC输入输出分配SB1 起动按钮SB2 停车按钮SB3 急停按钮FR1 FR6 热继电器， 分别保护M1M6：KM 1KM6 交流接触器， 分别控制Ml M6的起动和停车。3 程序设计及控制原理31 程序设计根据控制要求，如图所示梯形图. (1) 起动控制：接通PLC的电源，按下SBl一接通X l一启动定时器Tl， 置位Y6一接通KM6一起动M6一l0 S后Tl动作一起动定时器T2，置位Y5一接通KM5一起动M5一l0S后T2动作一启动定时器T3，置位Y4一接通KM4一起动M4一l0S后T3动作一启动定时器T4, 置位Y3一接通KM3一起动M3一10S后T4动作一启动定时器T5, 置位Y2一接通KM2一启动M2一10S后T5动作一置位Y1一接通KM1一启动M1.至此，MlM6按控制要求全部起动起来， 进人正常运行状态。(2)停车控制： 在系统运行时， 按下SB2一接通X2一启动定时器T6， 复位Yl一断开KMl一停车Ml l0S后T6动作一启动定时器T7， 复位Y2一断开KM2一停车M2一l0S后T7动作一启动定时器T8， 复位Y3一断开KM3一停车M3一l0s后T8动作一启动定时器T9,复位Y4一断开KM4一停车M4一10S后T9动作一启动T10,复位Y5一断开KM5一停车Y5一10S后T10动作一启动T11一复位Y6一断开KM6一停车Y6.Y6复位后，Y6接通， 状态返回初始状态， 等待下次操作。至此，MlM6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SB3一接通X3一同时复位Yl、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6一同时断开KMl、KM2、KM3、KM4、KM5和KM6一同时停车MlM6。4) 长期过载保护控制： 在系统运行时， 若某台电动机长期过载， 以M3为例来说明控制原理。若M3长期过载一FR3动作一接通X6一启动T6， 同时复位Yl、Y2 和Y3一同时断开KMl、KM2和KM3一同时停车Ml、M2和M3一l0S后接通T6一复位Y4一断开KM4一停车M4M6,至此，