皮带传输机设计.doc

电气控制课程设计 说明书 皮带传输系统设计 学 院 机电工程学院 专 业 09 农电一班 姓 名 祁飞 马菊梅 学 号 090514200 090518129 指导教师 李海军 刘宇 设计完成日期 2012 05 06 2 目目 录录 第一章 控制要求第一章 控制要求 3 1 1 设计要求设计要求 3 1 2 设计目的意义设计目的意义 3 1 3 课程设计的基本要求课程设计的基本要求 3 第二章 方案设计第二章 方案设计 4 2 1 设备的选择设备的选择 4 2 1 1 空气断路器 4 2 1 2 接触器 4 2 1 3 热继电器 5 2 1 4 中间继电器 5 2 1 5 时间继电器 5 2 2 元件清单元件清单 6 2 3 硬件设计硬件设计 6 2 3 1 要求分析 6 2 3 2 电气控制原理图 7 2 3 3 控制过程 10 1 手动控制 10 2 自动控制 10 2 3 4 设计实图 11 2 3 5 电路故障分析 12 第三章第三章 PLC 设计设计 12 3 1 PLC 选型选型 12 3 1 2 I O 接口数的选择 12 3 1 3 PLC 选择 13 3 1 1 I O 设备及其地址分配 13 3 2 PLC 的外部接线的外部接线 14 3 3 PLC 梯形图梯形图 14 3 5 梯形图错误分析梯形图错误分析 16 第四章第四章 总结总结 17 4 1 PLC 与继电器控制系统 微机区别与继电器控制系统 微机区别 17 4 2 设计总结设计总结 17 参考文献参考文献 19 3 第一章 控制要求第一章 控制要求 1 1 设计要求设计要求 本次课题是三级皮带运输机控制程序的设计 安装与调试 要求如下 1 某一生产线的末端有一台三级皮带运输机 分别由 M1 M2 M3三台电动 机拖动 有手动和自动两种控制方式 15KW 2 手动时 为了便于调试 每一台电机都可以单独启动 单独停止 3 自动控制时 M1 M2 M3的顺序启动 间隔均为10秒 若需要停止 则 M3 M2 M1的顺序停止 4 电路有紧急情况总停按钮 6 要有必要的短路 过载等保护 1 2 设计目的意义设计目的意义 现代工厂及车间 发电厂等已经开始进行自动化建设 通过自动控制技术 逐渐取代人力的运输 皮带传输机便是发展的成果之一 通过 1 个或者 1 个以 上的电动机带动皮带转动 达到传输物品的功能 取代人为的运输 达到省时 省力的双重目的 并且使工厂 车间和发电厂等的效率大大提高 1 3 课程设计的基本要求课程设计的基本要求 1 绘制电气控制原理图 A2 图幅 PLC 外围接线图 A3 图幅 编写 PLC 控制程序 2 制作电路板 按照设计指导书要求的控制功能 制作安装电动机的主回路 控制回路 3 完成设计说明书 4 第二章 方案设计第二章 方案设计 2 1 设备的选择设备的选择 2 1 1 空气断路器空气断路器 1 根据空气开关额定电压大于等于线路额定电压的原则 本线路额定电压为 220V 则选择的空气断路器额定电压应比220V 大 2 空气开关额定电流和过电流脱扣器的额定电流大于等于线路计算负荷电流 I P U P 1500W U 220V I 1500 220 6 8A 由于电动机不属于纯电阻性负载 因此粗略计算线路计 算负荷电流应该为 2 I 13 6A 因此选择的空气断路器额定电流应该大于 13 6A 综上所述 选择 DZ47 20A C25 2 1 2 接触器接触器 1 1 选择接触器的类型 选择接触器的类型 根据电路中负载电流的种类选择 交流负载应选用交流接触器 直流负载 应选用直流接触器 如果控制系统中主要是交流负载 直流电动机或直流负载 的容量较小 也可都选用交流接触器来控制 但触点的额定电流应选得大一些 2 2 选择接触器主触头的额定电压 选择接触器主触头的额定电压 应等于或大于负载的额定电压 3 3 选择接触器主触头的额定电流 选择接触器主触头的额定电流 被选用接触器主触头的额定电流应不小于负载电路的额定电流 也可根据 所控制的电动机最大功率进行选择 5 根据以上原则 选择 CJX1 16 相关元件主要技术参数及原理如下 1 操作频率为 1200 h 2 机电寿命为 1000 万次 3 主触头额定电流为 20A 4 额定电压为 380 220V 5 控制容量为 360VA 2 1 3 热继电器热继电器 在非频繁其动的场合 必须保证电动机的起动不致使热继电器误动 当电动 机起动电流为额定电流的 6 倍 起动时间不超过 6S 很少连续起动的条件下 一般可按电动机的额定电流来选择热继电器 根据以上原则 选择 NR3 45 电流范围 27 45A 2 1 4 中间继电器中间继电器 根据控制回路额定电压 220V 选择 JXZ 22F 4Z 型中间继电器 额定电压为 220V 额定电流为 3A 2 1 5 时间继电器时间继电器 根据控制回路额定电压 220V 选择 JS14P 型中间继电器 额定电压为 220V 延时 99s 6 2 2 元件清单元件清单 序号序号元器件名称元器件名称元器件规格元器件规格数量数量备注备注 1 空气断路器 DZ47 20A C253 2 接触器 CJX1 163 3 热继电器 NR3 453 4 时间继电器 JS14P4 5 中间继电器 JXZ 22F 4Z3 6 按钮开关 LAY373 7转换开关BE1013 2 3 硬件设计硬件设计 继电器控制系统 控制功能是用硬件继电器实现的 继电器串接在控制电路中根据主电路中的 电压 电流 转速 时间及温度等参量变化而动作 以实现电力拖动装置的自 动控制及保护 可以直观的看清电路的结构及其原理 是最初常用的控制方式 缺点是系统复杂 在控制过程中 如果某个继电器损坏 都会影响整个系统 的 正常运行 查找和排除故障往往非常困难 虽然继电器本身价格不太贵 但是 控制柜的安装接线工作量大 因此整个控制柜价格非常高 灵活性差 响应速 度慢 2 3 1 要求分析要求分析 本控制电路要求对三台电机实现顺序启动 顺序停止 单启 单停功能 顺 序控制的控制原理是将前一台电机的常开触点串联到下一台电机的线圈前 若 7 对启动或者停止有时间的要求 则将时间继电器的线圈与前一台电机的线圈并 联 实现同时得电 以控制后一台电机启动的时间 单独启动和单独停止需要 使用开关直接对各个电机的接触器实现控制 相应开关闭合即相应接触器触点 闭合 其控制的电机启动 若相应开关闭合 则控制相应电机也停止运行 根 据此要求的分析及其逻辑关系 需要的器件大概有控制自动启动和自动停止的 按钮开关 控制三台电机手动停止和启动的旋转开关 控制顺序停止和启动的 时间继电器 及中间继电器 和控制三台电机运行或者停止的接触器 2 3 2 电气控制原理图电气控制原理图 1 主回路主回路 设计思路 设计思路 根据设计要求 主回路中连接三台电动机 分别是 M1 M2 M3 用以带动 三条皮带分级运输物品 电路要求有必要的短路保护和主开关 如果用刀开关 则需要在每条电动机控制线路上装设熔断器 所以本设计直接采用具有短路保 护功能的空气断路器作为主开关 电路还需要有必要的过载保护 方法是在每 台电动机前加设热继电器 以达到过载保护的目的 当过载产生热时 热继电 器内部双金属片便会玩去 使导板运动 起到保护电路的作用 为了对三台电 动机进行控制 在空开和熔断器之间增设接触器的常开触点 通过控制电路的 接触器线圈得电与否 决定触点的闭合与否 进而决定电动机是否运行 本设 计无反接制动及其星三角启动等控制要求 综上所述 绘制主电路图如下 8 2 控制回路控制回路 设计思路 设计思路 手动控制电机的启动停止通过三个旋转开关实现 SB3 SB4 SB5 旋转开关是控制线路通断并且可以保持动作不变的一类开关 其优越性就在于不需要线圈的自锁就可以控制电路持续接通 本设计为了使电 路更加简单明了 不采用线圈的自锁而直接用旋转开关进行关断控制 与自动 控制电路是独立的 互不影响 自动控制电路采用两个按钮开关进行启动和停 止 SB1 SB2 但是 SB1 SB2 无保持功能 处理 如果用 KM1 的触点进行 自锁 那么当手动按钮 SB3 闭合时 线圈 KM1 通电 则其触点 KM1 闭合 导 致自动控制电路通电 违背了设计的初衷 如果将 SB1 也设置为旋钮 自锁可 以取消 但是由于其自保持功能 当顺序停车的时候 如果不手动将 SB1 断开 电路会一直通电 同样违背了设计初衷 因此需要用中间继电器进行自锁 自 动启动和自动停止需要用时间继电器来进行控制 顺序启动时用时间继电器 9 KT1 KT2 进行控制 按要求定时为 10S 停止的时候用时间继电器 KT3 KT4 进行控制 定时为 15S 通过 SB1 接通 KT1 通过 KT1 接通 KT2 启动过程完毕 再通过 SB2 接通 KT3 通过 KT3 接通 KT4 通过 KT4 将整个 控制电路断开 综上所述 绘制控制回路如下 10 2 3 3 控制过程控制过程 1 手动控制手动控制 11 2 自动控制自动控制 12 2 3 4 设计实图设计实图 2 3 5 电路故障分析电路故障分析 故障一 控制电路接通电源后无法通电 处理 1 可能是电源进线与空气断路器未接触好 导致电流无法进入 2 可能是总停开关 SB0 存在断路的情况 3 可能是未形成回路 故障二 正常启动 并且电路得电的情况下 KM3 电机无法正常控制 处理 手控正常但是自控不正常 可能是自控电路出现接触不良或者控制开关 故障 同理于自控正常手控不正常 若手控和自控均不正常 极有可能是接触 13 器故障 第三章第三章 PLC 设计设计 3 1 PLC 选型选型 1 对 I 0 接口数的选型 在先弄清楚控制系统的 I O 总点数基础上 按实际所需总点数的 15 20 留出备用量后确定所需 PLC 的点数 2 根据负载输出特性选型 1 频繁通断的感性负载 应选择晶体管或晶闸管输出型的 PLC 2 动作不频繁的交 直流负载可选择继电器输出型的 PLC 3 1 2 I O 接口数的选择接口数的选择 本设计需要 I O 点共 10 个 增加 10 到 15 的余量 选择 14 点的欧姆龙系 列 PLC 3 1 3 PLC 选择选择 根据 I O 设备及接口数 并且本程序动作不频繁 综上所述 选择 CP1L L14DR A 14 点 CPU 单元 AC100 220V 8 入 6 点继电器输出 14 3 1 1 I O 设备及其地址分配设备及其地址分配 注 隔离指由于同一线圈有两种不同的控制方式 即手动 自动 所以需要加入中间继电 器使两种控制方式独立且互不影响 3 2 PLC 的外部接线的外部接线 根据所选择的 PLC 型号 点数为 14 分别在输入侧设置 SB0 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 其中 SB2 为一对联动开关 共 6 个开关设 功能描述功能描述动作器件动作器件I OI O 地址地址 总停 SB000000 M1启动 M1停止 SB300003 M2启动 M2停止 SB400004 M3启动 手动 M3停止 SB500005 顺序启动 SB100001 输输 入入 自动 顺序停止 SB200002 电动机1开 KM101000 电动机2开 KM201001 输输 出出 电机控制 电动机3开 KM301002 自锁 KA120000 自锁 KA220001 自锁 切断 KT3 KA320002 隔离 KA420003 中间 继电 器 隔离 KA520004 M2 启动计时 KT1TIM001 M3 启动计时 KT2TIM002 M2 停止计时 KT3TIM003 内内 部部 时间 继电 器M1 停止计时 KT4TIM004 15 备 输出侧为 KM1 KM2 KM3 三个接触器线圈 两侧电源皆为 AC 220V 综上所述 绘制外围接线图如下 3 3 PLC 梯形图梯形图 通过 CPM1A 的自带软件进行梯形图的绘制 梯形图跟控制回路图的运行过 程答题相似 需要将控制回路图中的按钮开关常开和常闭的符号转化成梯形图 的表示方式 将时间继电器转化成计时器 其触点也做相应的变化 区别就在 于将手动和自动两控制方式分离的方式不同 此问题在本节末会给予分析 16 17 3 5 梯形图错误分析梯形图错误分析 本设计在梯形图的编写中遇见若干问题 现依次分析如下 1 1 梯形图与电气控制原理图的区别与联系 梯形图与电气控制原理图的区别与联系 梯形图是 PLC 编程中不可缺少的表示程序内部逻辑关系的一种最直白的表 示方法 不同于 PLC 指令的繁杂 可以直接反应出所控制程序的方式 电气控 制原理图是继电器控制时所绘制的图形 用来表示控制内容 不可以通过它反 应指令语言 电气控制原理图中的符号都代表着具体的器件 梯形图则不是 梯形图中每一个符号代表一种功能 通过逻辑 1 0 反应出来 注意 梯形图和 电气控制原理图是截然不同但又不乏联系的两种反应同一内容的表达方式 2 2 绘制梯形图所遇到的问题 绘制梯形图所遇到的问题 梯形图不允许两线之间垂直接入触点 本设计要求实现手动和自动双重控 制 为了使手动和自动不互相影响 相互独立 需要进行不同于电气控制原理 图的改造 方法是在梯形图中添加中间继电器 利用内部辅助触点 将控制某 一线圈的手动旋转开关和顺序启动按钮隔离 例如 手动控制 M1 电机的开关 SB3 闭合 在接通 KM1 线圈同时不可以同时接通 KA1 和 TIM001 两分支 因此需 要添加一受 SB3 控制的中间继电器 KA4 并且在 TIM001 前串联 KM4 的常闭触点 这样 KA4 持续通电后 保证 TIM001 前的常闭 KA4 持续断开 单纯的在 KA1 前方 也串联 KA4 的常闭的话 手动启动还能正常隔离 但是按下顺序启动 SB1 按钮 时 KA4 也会同时通电 KA1 失效 若在 KA4 前方加 KA1 的常闭触点 顺序启动 时 KA4 会先于 KA1 得电 还是会使得 KA1 失效 而在 KA4 前方串联按钮 SB1 的 常闭 只能瞬时断开 KA4 很快又会复位 而又重复上面的错误 所以 不能 用 KA1 和 KA4 互相制约 于是在 KA1 支路上串联一 SB3 的常闭按钮 当手动时 SB3 常开闭合 常闭断开 隔离 KA1 KA4 的常闭又将 TIM001 隔离 自动时 SB3 常开断开 常闭闭合 KA4 前方的常闭断开使得 KA1 先得电 KA4 前方串联 的 KA1 常闭断开 则达到理想效果 18 第四章第四章 总结总结 4 1 PLC 与继电器控制系统 微机区别与继电器控制系统 微机区别 1 PLC 与继电器控制系统区别 前者工作方式是 串行 后者工作方式是 并行 前者用 软件 后者 用 硬件 2 PLC 与微机区别 前者工作方式是 循环扫描 后者工作方式是 待命或中断 PLC 编程 方式 PLC 最突出的优点采用 软继电器 代替 硬继电器 用 软件编程逻 辑 代替 硬件布线逻辑 PLC 编程语言有梯形图 布尔助记符语言 等等 尤其前两者为常用 3 由于 PLC 是集中采样 在程序处理阶段即使输入发生了变化 输入映象寄存 器中的内容也不会变化 要到下一周期的输入采样阶段才会改变 4 由于 PLC 是串行工作 所以 PLC 的运行结果与梯形图程序的顺序有关 这与 继电器控制系统 并行 工作有质的区别 避免了触点的临界竞争 减 少繁琐的联锁电路 4 2 设计总结设计总结 本设计通过对皮带输送机的实际要求的分析和理解 通过