基于plc的皮带运输机电器控制系统设计

基于PLC的皮带运输机电器控制系统设计XXXX职业技术学院学生毕业设计（毕业论文）系别机电工程学院专业机电一体化班级机电XXX学生姓名学生学号设计（论文）题目皮带运输机电器控制系统设计指导教师设计地点XXXX职业技术学院起迄日期2013090820131112XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）任务书专业机电一体化班级机电姓名XXX一、课题名称皮带运输机电器控制系统设计二、主要技术指标1延时开关延时时间为5S，使皮带运输机能够按间隔5S时间相继运行，间隔5S相继停止2三菱FX2NPLC程序的设计，使皮带运输机能够自动循环的运行3电路及电路保护的设计，使皮带运输机能够防止短路、过载等危险，安全运行三、工作内容和要求1了解市场皮带运输机的优缺点，明确设计方向及要点2电路及保护电路的设计3PLC程序设计4皮带运输机电器系统的原理说明四、主要参考文献1王成福可编程序控制器原理及应用M北京北京机械工业出版社，20062李景学可编程序控制器应用系统设计及方法M北京电子工业出版社，19953陈新华电工技术与可编程序控制器实践M北京北京机械工业出版社，20024余雷声电气控制与PLC应用M北京机械工业出版社，20015三菱微型可编程控制器编程手册手册2000年学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）开题报告XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告目录摘要10绪论11皮带运输机的研究与设计111简介112设计的内容213设计的要求22元器件的选择321主元器件的选择322电路保护元器件的选择43PLC程序的设计731PLC的简介732I/O口的选择933PLC程序的设计94电路的设计1041电路保护的设计1042电路的设计115系统工作原理说明书12结论与展望12致谢信12参考文献13XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告皮带运输机电器控制系统设计摘要本设计是设计一种用于皮带运输机的PLC电气控制装置，其中使用了交流接触器、熔断器和热继电器等电气元件，在控制电路上加强了保护，增强了控制系统的安全性和便捷性。PLC控制系统具有工作较平稳、对空间要求低、性能可靠等优点，是一种较先进、较完善、适合于大型皮带运输机的控制系统。关键词皮带运输机机；PLC控制系统；电气元件THEDESIGNOFELECTRICALCONTROLSYSTEMFORBELTCONVEYORABSTRACTTHISDESIGNISTODESIGNAPLCELECTRICCONTROLDEVICEFORBELTCONVEYOR,WHICHUSEDTHEACCONTACTOR,FUSESANDTHERMALRELAYSANDOTHERELECTRICALCOMPONENTS,THECONTROLCIRCUITISTOSTRENGTHENTHEPROTECTION,ENHANCETHESAFETYANDCONVENIENCEOFCONTROLSYSTEMPLCCONTROLSYSTEMHASASTABLEWORK,THESPACEREQUIREMENTSOFLOW,RELIABLEPERFORMANCE,ISAMOREADVANCED,MORECOMPLETE,SUITABLEFORCONTROLSYSTEMFORLARGEBELTCONVEYORKEYWORDSBELTCONVEYORMACHINEPLCCONTROLSYSTEMELECTRICALCOMPONENTS0绪论随着科技的快速发展，工业领域已经引入自动化控制技术许多年历史了，它正推动着工业的快速发展。然而，随着工业的迅猛发展，其对自动化控制技术的要求也越来越高，自动化控制技术也千变万化，向着更高端的方向发展。自动化控制技术正在不断成熟，并已作为一门应用学问，形成了自己的体系和一套有效的分析和设计方法。皮带运输机电器控制系统的设计，属于自动化控制的范畴。如今，皮带运输因其长距离、大批量、高速、高效率等优点，在工业中正扮演这重要的角色。本设计坚持理论与实际相结合，坚持符合机械制造生产情况，尽可能使设计做到技术先进、操作方便、生产可行、安全可靠及经济合理。1皮带运输机的研究与设计11简介用途皮带输送机是依靠摩擦传动来实现物料输送的运输设备。适用于输送松散密度为0525T/M3的各种粒状、粉状等散体物料，也可以输送成件物品。工作环境温度为2560，普通输送带适用的物料温度不应该超过80。技术参数带宽300MM头尾滚筒中心距60400MM带速03M/S输送带型号EP1501XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告输送带规格长度1000X3315X128M（含硫化长度09M）输送能力205M3/H物料密度06T/M3倾角0电机功率55KW结构皮带运输机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。工作原理系统启动后，电机转动带动滚筒转动，滚筒转动带动皮带运动运输物料，托辊承载输送带及上面输送的物料；到头时，物料落到下一环节，皮带有滚筒牵引改向循环。故障排除1输送带打滑输送带张力小或驱动滚筒表面粘有物料导致的。应旋紧张紧螺杆，增大张力。清理驱动滚筒并加大清扫力度。2输送带在两端跑偏原因是滚筒装配位置偏斜，应拉紧跑偏一侧的张紧装置的螺杆调整改向滚筒位置。通过调整轴承座调整传动滚筒的位置。3输送带在中部跑偏原因是托辊安装位置不正。应检查各托辊安装位置是否与输送带垂直，否则松开安装螺栓调整托辊位置。调整完毕后旋紧各螺栓。12设计的内容本设计是以PLC软件及硬件相结合设计出的皮带运输机电器控制系统，达到了自动化、安全、高效生产的目的。图1皮带运输机1如图1，本设计是一台两级皮带运输机，分别由M1、M2二台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。2手动时，按下启动按钮，要求按5S的时间间隔，并按M1、M2的顺序启动；按下停止按钮，按5S的时间间隔，并按M2、M1的顺序停止3自动控制时，要求按下启动按钮，按5S时间间隔顺序启动，经10S后，按5S的时间间隔顺序停止，完成了一个工作循环。经5S后自动重复上述工作循环。如在某一时刻，按下停止按钮，必须完成了一个工作循环后停止。4要有必要的短路、过载、连锁保护和急停按钮。13设计的要求1设计的内容要求（1）必须具备各种电路的设计及电路保护（2）必须具备I/O表及PLC程序（3）必须具备元器件的选型2XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告（4）必须具备系统说明书2设计的原则要求（1）尽可能地满足控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，拟定电气控制方案，解决设计中出现的各种问题。（2）首先要满足控制要求，然后力求控制系统安全、简单、经济，一次性投资小，使用后节约能源。（3）保证控制系统的安全、可靠，使用与维修方便。（4）考虑研制和生产过程的改进，为PLC控制系统选择容量时，应适当的冗余。2元器件的选择21主元器件的选择1电机的选择对于仅有一两个简单往复动作的普通机械，可采用三相鼠笼式异步电动机拖动，经齿轮减速后用螺旋传动机构来传动。本系列采用B级绝缘，外壳防护等级为封闭式或防护式。Y系列电动机额定电压380V，额定频率50HZ。具体选型如下表1电机参数表图2Y100L2电机2时间继电器的选择表2继电器表3XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告图3时间继电器3按钮的选择按钮是用于人工操作瞬间接通和断开小电流（5A以下）控制电路的开关。不同的颜色和结构型式所具备的作用也不一样。通常情况下，绿色是起动按钮，红色是停止按钮，红色蘑菇头型式是紧急停止按钮；需要显示按钮操作状态时选用带指示灯的按钮；大多数按钮的触头为一常开和一常闭，多对触头的按钮主要用来控制两个或两个以上的回路。LA18、LA19、LA20等几种型号主要用在机械设备上的按钮。它们的额定电压为交流500V、直流440V、额定电流为5A。图4各式按钮22电路保护元器件的选择1热继电器的选择热继电器热继电器有双金属片式和电子式两种，主要用于对电动机过载保护。电子式热继电器保护性能好，主要用于保护重要电动机。若电气控制系统已使用自动开关，那热继电器可不再使用；像冷却泵电机等负载恒定、过载可能性很小的电动机，也可不用热继电器。选择热继电器时，要根据电动机的额定电流来确定其额定电流及热元件的电流等级。电动机若采用星形连接，则采用两相或三相结构的热继电器；若采用三角形连接，则采用断相保护的热继电器。热元件的额定整定电流值通常是电动机的额定电流的095105倍。选用型号如下4XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告表3热继电器参数表图5热继电器2熔断器的选择熔断器主要类型有插入式、螺旋式、填料封闭管式等。常用的有RL1系列。选择熔断器时，应根据电流的特点及参数求出熔体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流并确定其型号。（1）对负载电流稳定的电气设备，如照明灯、电阻炉等，可按额定电流选用。（2）对具有冲击电流的电气设备如异步电动机，可按以下方法确定单台电动机长期工作时IR23IED电动机频繁起动时，上式的系数为34。如果多台电动机共用一组熔断器保护，则IR（23）LEMAXAIED式中IR熔体额定电流；IED电动机额定电流；IEMAX容量最大的电动机的额定电流；5XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告AIED除容量最大的电动机之外，其余电动机的额定电流之和。表4熔断器参数表图6熔断器3交流接触器的选择交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤1选择接触器的类型交流接触器按负荷种类型一般分为一类AC1、二类AC2、三类AC3和四类AC4。一类交流接触器控制的是白炽灯等无感或微感负荷；二类交流接触器主要控制绕线式异步电动机的起动和停止；三类交流接触器主要控制笼型异步电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器主要控制鼠笼型异步电动机的起动、反转、反接制动和点动。2选择接触器的额定参数接触器的额定参数主要依据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频率及工作制等来确定。1接触器的线圈电压通常应该一些，这样可以降低接触器的绝缘要求，可以安全使用。但为了方便和减少设备，通常选取按实际电网电压。2电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、空调等，接触器额定电流应大于负荷额定电流。接触器类型可选用CJL0、CJ20等。3接触器控制变压器时，应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧焊机、电阻焊机等，通常选取交流接触器电流是变压器额定电流的2倍，选CJL0、CJ20等型号。4对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑起动电流，直接根据负荷额定电流选取。可选用CJL0、CJ20等型号。5由于气体电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，交流接触器电流即为额定电流1114倍，可选CJL0、CJ20等型号。6XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告图7交流接触器3PLC程序的设计及IO口的确定31PLC的简介1PLC的基本概念大型设备所需要的继电器众多，接线复杂无比，而且一旦更改逻辑控制方式，接线与安装方式必须更改，这一过程需要耗费大量人力物力，并且极易出错，一旦出错，检测问题更是一项体力活和耐力活，严重影响工业生产，大大降低了效率，这是亟待解决的问题，此时，PLC应运而生。PLC不仅解决了继电器接线众多的问题，而且是无须更改现有接线方式，这极大的改善了工业生产方式，可以说是划时代的突破，这就是可编程控制器，同时为了不与个人电脑重名，改名为PLC,这就是PLC的诞生背景。第一台PLC于1969年出现在美国，研发者是美国数据设备公司。时至今日，各个国家都在大力发展这种方便的逻辑控制器，其中又以日本和德国的PLC最好，与美国成三足鼎立之势，它们三家生产的PLC种类众多，产品线齐全，可以较好地满足各个层次的需要。2PLC的基本结构PLC由以下六大机构组成1电源PLC的电源是整个系统的动力源。没有电源动力的驱动，PLC连开机都做不到，更不用说实现逻辑控制了。PLC的电源品质无疑是十分重要的，必须要在大多数情况下都能稳定运行。PLC使用的是220V电源。2中央处理单元中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。CPU由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个CPU内，是PLC的核心部件。在向存储区中写入程序和数据后，开启电源，CPU按循环扫描的方式执行用户的程序。3存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4输入输出接口电路。输入/输出接口是PLC与其它设备实现连接的桥梁，外部信息通过输入接口写入PLC的CPU中，CPU经过运算处理，再通过输出接口传递给外部的机构。各种PLC的输入接口都是差不多的，但是输出接口却迥然不同，因为负载的不同，PLC一般有三种类型的输出电路，分别是继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出，它们的作用，简单来说，就是把PLC的标准信号转换成需要的信号。7XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告5功能模块如计数、定位等功能模块。6通信模块如以太网、RS485、PROFIBUSDP通讯模块等。3PLC的工作原理PLC的工作原理很简单，只有三个状态1输入采样阶段PLC以扫描方式输入所有可以接收的外部信息，并将它们存入内部的存储器中，在此期间，无论外部信息如何改变，已扫描并且储存的数据是不会有任何改变的，不会有吃回头草现象。2用户程序执行阶段用户程序执行阶段中，PLC的执行方式是按照从上到下、从左往右的顺序。遇到跳转，先判断程序条件是否满足，再执行下一步。程序执行过程中，PLC从映象中取出数据信息，然后按照程序确定的进行逻辑运算或其他运算，运算结束后将结果存入相应的内部继电器中。这时信号就存放在输出映像区，输出映像寄存器的数据具有重大作用。3输出刷新阶段在输出刷新阶段，CPU将所有输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动相应的外设。4PLC的特点1功能完善，通用性强，控制程序可变。PLC品种齐全的硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变与PLC相连接的硬件设备，只需改编程序就可以满足要求。2安装简单，容易维修。复杂的工业环境下PLC能够稳定工作，前提是各种设备与PLC的I/O口正确连接。强大的自检功能为PLC维修提供了便利。3功能强，适应面广。现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4抗干扰能力和可靠性能力强。PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。除此之外，PLC的输入接口和输出接口的电源彼此独立，避免干扰，而正确的选择接地地点和完善接地系统是PLC抗电磁干扰的重要措施之一。为适应工作现场的恶劣环境，PLC的外壳还采用密封、防尘、抗震的封装结构。通过以上的种种措施，能够保证PLC稳定工作，可以达到平均故障间隔时间长，故障修复时间短的工业要求。5环境要求低。PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。6易学易用。PLC是一种工业设备，接口丰富，编程形式是直观易懂的梯形图，编程语言更易学习。5PLC的选型PLC的厂商众多，有美国、欧洲和日本三家，无论是哪家的PLC，其产品质量都很可靠。PLC的产品丰富，不胜枚举。我学过的就有三菱FX2N以及西门子S7300，其它的还有欧姆龙PLC和日立PLC。8XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告本文选择的是三菱FX2N32MR，如图5所示。三菱FX2N32MR是FX系列中最好的设备。FX2N的规格FX2N32MR含有16点继电器输出，使用220V的交流电压。32IO口的确定表5IO分配表本设计的PLC程序是利用了三菱GX软件进行设计的，程序如下9XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告图8PLC程序图4电路的设计及电路保护41电路保护的设计1短路保护发生短路时，短路线路会产生很大的短路电流，在短路线路上的电器元件触头会因此时流过的电流过大而被烧毁发生熔焊，导致导线的绝缘层被烧毁，甚至会导致火灾。所以发生短路时必须瞬间切断电源，来保证电气线路的安全。通常用熔断器保护和自动开关的脱扣保护来防止短路。本次设计选用熔断器保护。2过载保护在电力拖动系统中，当负载转矩超过电动机额定转矩时，电动机绕组的温度会急剧上升并超过它的额定值，轻者会使绕组的绝缘层老化变脆，寿命降低；重者会导致电动机绕组烧坏。因此，在电动机过载时必须及时切断电源，以保证电动机能安全运行。通常使用热继电器保护、自动开关过载脱扣保护来防止过载。本次设计选择热继电器保护。3零电压和欠电压保护在电动机正常运行时，如果出现非正常停电后再恢复供电，电动机又自行起动，生产机械就可能发生动作错乱，导致运动部件互相碰撞而发生设备事故，甚至导致人身事故。对电网来说，许多电动机及其他用电设备在恢复供电后同时自行起动，也会造成电网过大的瞬间压降。这时须采取零电压保护措施来防止电动10XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告机失电时停止且电压恢复时自行起动。在电动机运行过程中，一旦电源电压过低，电动机转速就会过低甚至停转，拖动的设备就不能正常运行，甚至可能造成事故。因此，需要在电源电压降到允许值以下时，将电源切断，实施欠电压保护。电动机的零压保护和欠压保护只要将控制电动机的接触器控制电路连接成自锁电路即可。本次设计即选用接触器控制电路连接成自锁电路42电路的设计1主电路的设计图9主电路图2控制电路的设计图10控制电路图11XXXX职业技术学院毕业设计（论文）报告5系统工作原理说明书启动时，按下总开关QS，按下开关SB1，KM1线圈得电，KM1常开触点闭合，M1电机得电运转；同时得电延时开关KT1线圈得电，延时5S后，KT1常开触点闭合，KM2线圈得电，KM2常开触点闭合，M2电机得电运转。关闭时，按下开关SB2，KM2线圈失电，KM2常开触点断开，M2电机失电停止运行；同时断电延时开关KT2线圈失电，延时5S后，KT2常闭触点断开，KM1线圈失电，KM1的常开触点断开，M1电机失电停止运行。当发生短路时，导线温度升高，熔断器的保险丝熔断，电路断电，电机停止运行。当发生过载时，电机的转速下降，电机的绕组温度上升，热继电器元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。当发生紧急情况时，可以关闭急停开关SB3，断电保护。结论与展望通过这次的毕业设计，我了解到皮带运输机因其自动化、高效率、远距离、运输量大等有点正越来越广泛的应用于工业生产之中。但是它也存在这许多问题，例如过载、短路等问题。本设计基于PLC软件与硬件的结合，以高效率、安全、自动化为宗旨设计的。PLC软件大大增强了系统的自动化性能，符合了科技发展的机器代替人力的自动化、高效率原则，大大降低了企业的生产成本，增加了企业的收益，为企业创造了巨大