斗輪堆取料機(jī)的PLC設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目斗輪堆取料機(jī)的 PLC設(shè)計(jì) 斗輪堆取料機(jī)的 PL C 設(shè)計(jì) 摘要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是斗輪堆取料機(jī)的堆料和取料部分的PLC設(shè)計(jì)。通過對 斗輪堆取料機(jī)整機(jī)的分析，來進(jìn)一步研究斗輪堆取料機(jī)的工作過程。斗輪堆取 料機(jī)是料場工作運(yùn)行的核心機(jī)械，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、水泥、鋼 鐵廠、儲煤場、發(fā)電廠等散料存儲料場的堆取作業(yè)。PLC集成控制技術(shù)發(fā)展迅 速，應(yīng)用于斗輪堆取料機(jī)能夠大大提高工作效率，減少勞動成本。這次設(shè)計(jì)對 斗輪堆取料機(jī)的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。 這次研究我們討論了斗輪堆取料機(jī)的工作流程， 選擇最佳的堆取料工藝。 合 理選擇PLC型號。了解斗輪堆取料機(jī)的工

2、作原理。經(jīng)過系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)要求，設(shè) 計(jì)開發(fā)了斗輪堆取料機(jī)的PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性、可靠性。 關(guān)鍵詞 ： 斗輪堆取料機(jī)， PLC 控制系統(tǒng) 目錄 第一章 緒論 2. 1.1 課題背景 2 1.2 斗輪堆取料機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 2 1.2.1 國內(nèi)斗輪堆取料機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 2 1.2.2 國外斗輪堆取料機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 3 1.3 斗輪堆取料機(jī)的工作過程 4 1.3.1 斗輪堆取料機(jī)堆料過程 4 1.3.2 斗輪堆取料機(jī)取料過程 5 第二章 斗輪堆取料機(jī)總體設(shè)計(jì) 6 2.1總體設(shè)計(jì)概論 6 2.2 斗輪堆取料機(jī)工藝流程分析 8 2.2.1 準(zhǔn)備過程工藝流程 8 2.2.2 自動堆料工藝流程 9 2.

3、2.3 自動取料工藝流程 10 第三章 斗輪堆取料機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 3.1電器元件的選擇 11 3.1.1接觸器的選擇 11 3.1.2 繼電器的選擇 12 2.1.3 熔斷器的選擇 13 3.1.3按鈕、開關(guān)的選擇 13 3.2PLC 機(jī)型的選擇 14 3.2.1I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 14 3.2.2存儲器容量的估算 15 3.2.3 控制功能的選擇 15 3.3 斗輪堆取料機(jī)自動堆取料設(shè)計(jì) 16 3.3.1自動堆料設(shè)計(jì) 16 3.3.2 自動取料設(shè)計(jì) 17 3.4斗輪堆取料機(jī) PLC 程序設(shè)計(jì) 17 第四章結(jié)束語 2.4 第五章致謝 2.5 第六章參考文獻(xiàn) 2.6 附錄2.7

4、 第一章緒論 1.1 課題背景 在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，很多地方需要對一些散料進(jìn)行裝卸，隨著科技的發(fā)展, 自動化程度越來越高。以往的人工操作已經(jīng)無法滿足社會的發(fā)展。降低生產(chǎn)成 本，提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益是企業(yè)生產(chǎn)所必須面臨的重大問題。斗輪堆取 料機(jī)是連續(xù)輸送機(jī)的一種，應(yīng)用它可以將物料在一定的輸送路線上，從裝載地 點(diǎn)以恒定的或變化的速度進(jìn)行輸送。斗輪堆取料機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)散狀物料連續(xù) 裝卸的高效設(shè)備，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、儲 煤場、發(fā)電廠等存儲料場的堆取作業(yè)。PLC集成自動控制技術(shù)、新傳感器技術(shù)、 計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn) 行集

5、中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的有 點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代化的港口散貨裝卸作業(yè)中，斗 輪堆取料機(jī)是生產(chǎn)過程中組成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線所不可缺少的組成部 分。 1.2 斗輪堆取料機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 在過去的幾十年中發(fā)達(dá)國家斗輪堆取料機(jī)技術(shù)的發(fā)展，極大的促進(jìn)了散料輸 送工業(yè)的發(fā)展自動化和信息技術(shù)又推動了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前斗輪堆取料機(jī)普 遍采用PLC和變頻器調(diào)速、液壓驅(qū)動、網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)。其生產(chǎn)能力顯著提升， 造型得到了改進(jìn)，產(chǎn)品向大型化、多樣化、無人化、環(huán)保和配套國際化方向發(fā) 展。國際市場對斗輪堆取料機(jī)需求量大。隨著技術(shù)的發(fā)展和用戶對產(chǎn)品性能、 質(zhì)量要

6、求的提高，斗輪堆取料機(jī)還會不斷發(fā)展和完善。通過技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新， 會有更多更好的國產(chǎn)斗輪堆取料機(jī)產(chǎn)品問世，投向國內(nèi)外市場 1.2.1 國內(nèi)斗輪堆取料機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 我國斗輪堆取料機(jī)的應(yīng)用起步比較晚，最早的斗輪堆取料機(jī)設(shè)計(jì)可以追溯 到1966年。國內(nèi)斗輪堆取料機(jī)的發(fā)展基本經(jīng)歷了三個階段。20世紀(jì)60年代、 70年代，國內(nèi)開始設(shè)計(jì)小型斗輪堆取料機(jī)，典型機(jī)型有3025、8030等，取料 出力分別為300t/h、800t/h，回轉(zhuǎn)半徑分別為25m和30m。20世紀(jì)80年代、90 年代，是斗輪堆取料機(jī)發(fā)展的第二階段。鋼廠、電廠等新建設(shè)的散料堆場逐步 采用了大型斗輪堆取料機(jī)，用于散料的堆取和轉(zhuǎn)運(yùn)，例如上海寶鋼、

7、秦皇島碼 頭料場，斗輪堆取料機(jī)取料出力達(dá)到 2000t/h,回轉(zhuǎn)半徑達(dá)到40m。受當(dāng)時國內(nèi) 條件的限制，這些料場輸送設(shè)備的建設(shè)多是合作制造或者整機(jī)進(jìn)口的，甚至整 套散料輸送系統(tǒng)都是引進(jìn)國外的。2000年后，國內(nèi)斗輪堆取料機(jī)發(fā)展到了一個 新階段。迄今為止，國內(nèi)廠家具備了 3006000t/h生產(chǎn)能力、2560m回轉(zhuǎn)半 徑斗輪堆取料機(jī)系列產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造能力。這一階段中，國外廠商仍占據(jù)一 定份額，但國內(nèi)廠家掌握了相當(dāng)?shù)募夹g(shù)、生產(chǎn)能力，并憑借服務(wù)、價格優(yōu)勢占 據(jù)了國內(nèi)市場的主流地位，并逐漸走向國際市場。 國內(nèi)斗輪堆取料機(jī)的發(fā)展在近五六年里發(fā)展非常迅速。尤其受國民經(jīng)濟(jì)固 定資產(chǎn)投資的影響，國內(nèi)的需求量

8、增長比較大，是近十幾年來少有的，主要表 現(xiàn)在港口、電廠、鋼鐵企業(yè)的煤炭和鐵礦石的料場增長迅速，能源、原材料行 業(yè)的發(fā)展也給斗輪堆取料機(jī)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了十分良好的發(fā)展環(huán)境。市場需求 的增加，激發(fā)了國內(nèi)制造企業(yè)對斗輪堆取料機(jī)研發(fā)和創(chuàng)新的信心，特別是一些 大型堆取料機(jī)的研發(fā)，提高了國內(nèi)企業(yè)自行設(shè)計(jì)制造大型設(shè)備的能力。國內(nèi)的 斗輪堆取料機(jī)不論在產(chǎn)量上還是在質(zhì)量上都有非常大的提高，這五六年里新增 的斗輪堆取料機(jī)的總和幾乎達(dá)到之前所制造的斗輪堆取料機(jī)設(shè)備數(shù)量的總和。 在斗輪堆取料機(jī)的整體上，設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造的細(xì)節(jié)需要改進(jìn)，尤其在產(chǎn)品的 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)處理上，與國外先進(jìn)的公司產(chǎn)品存在較大的差距。因此提高產(chǎn)

9、品細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)是國內(nèi)產(chǎn)品制造商需要迫切解決的問題。電氣與控制系統(tǒng)的 硬件與國外公司的產(chǎn)品基本山?jīng)]什么差別，而在PLC軟件設(shè)計(jì)上存在一定的差 距，其中也包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性，PLC程序編制的規(guī)范性，一次儀表的選型 和設(shè)計(jì)的可靠性等。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的斗輪堆取料機(jī)研制水平取的了 較大的提高，但是同發(fā)達(dá)國家相比，仍舊存在明顯差距。 1.2.2國外斗輪堆取料機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 世界上研究和開發(fā)斗輪堆取料機(jī)最早的國家是德國，研究始于19世紀(jì)30 年代，第一臺于19世紀(jì)80年代問世，真正投入世紀(jì)應(yīng)用是在 20世紀(jì)初期。在 國外，斗輪堆取料機(jī)作為散狀物料裝卸機(jī)械的使用是從上世紀(jì)初期開始的，它 是由斗輪挖掘機(jī)

10、演變而來的。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使計(jì)算速度加快，數(shù)據(jù)存儲和 讀取更加方便。各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得數(shù)據(jù)傳輸更加容易，為斗輪堆取料機(jī)無人化 打下了硬件基礎(chǔ)。所謂斗輪堆取料機(jī)全自動無人化，概要的講就是由操控人員 在中控室選擇堆料位置、按啟動按鈕，堆取料機(jī)自動尋位進(jìn)行自動堆取料作業(yè)。 國外的iSAM AG和西門子公司是從事料場設(shè)備無人化集成較早的公司。無人化 斗輪堆取料機(jī)的操作是操作人員在中控室通過電腦屏幕監(jiān)控堆取料機(jī)的各種運(yùn) 行和故障信息，必要時進(jìn)行手動干預(yù)。堆取料機(jī)完全自動運(yùn)行，設(shè)備上無人操 作。 目前，西方發(fā)達(dá)國家港口用的斗輪堆取料機(jī)， 大部分實(shí)現(xiàn)了全自動無人化運(yùn)行, 其他國家也在計(jì)劃和準(zhǔn)備訂購全自動無人

11、化的斗輪堆取料機(jī)。如韓國浦項(xiàng)制鐵 就計(jì)劃采購該種斗輪堆取料機(jī)，印度巴西等用戶也有使用無人斗輪堆取料機(jī)的 意向。 1.3 斗輪堆取料機(jī)的工作過程 斗輪堆取料機(jī)有堆料和取料兩種作業(yè)方式。堆料由帶式輸送機(jī)運(yùn)來的散料經(jīng)尾 車卸至臂架上的帶式輸送機(jī)，從臂架前端拋卸至料場。通過整機(jī)的運(yùn)行，臂架 的回轉(zhuǎn)、俯仰可使料堆形成梯形斷面的整齊形狀。取料是通過臂架回轉(zhuǎn)和斗輪 旋轉(zhuǎn)連續(xù)實(shí)現(xiàn)的。物料經(jīng)卸料板卸至反向運(yùn)行的臂架帶式輸送機(jī)上，再經(jīng)機(jī)器 中心處下面的漏斗卸至料場帶式輸送機(jī)運(yùn)走。通過整機(jī)的運(yùn)行，臂架的回轉(zhuǎn)、 俯仰，可使斗輪將儲料堆的物料取盡 1.3.1斗輪堆取料機(jī)堆料過程 堆料作業(yè)工藝有行走堆料、旋轉(zhuǎn)堆料、定點(diǎn)堆

12、料三種基本方式。 1. 行走堆料 堆料分?jǐn)?shù)層、數(shù)列進(jìn)行斷續(xù)行走定點(diǎn)堆積。由料堆高度檢測器檢測出煤點(diǎn) 的高度（或人工控制），發(fā)出指令，控制行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行微動，一堆接一堆地進(jìn)行 堆積，達(dá)到設(shè)定位置，進(jìn)行換列操作，反向堆積；當(dāng)堆完第一層各列后，進(jìn)行 換層操作，繼續(xù)第二層堆積，繼而堆完最后一小堆。該工藝特點(diǎn)是，可把不同 煤種進(jìn)行混堆，這樣堆放的煤堆，在采取回轉(zhuǎn)取料時，入爐煤基本為混煤2 2. 旋轉(zhuǎn)堆料 臂架始終固定在預(yù)定堆積高度上往返旋轉(zhuǎn)堆積，達(dá)到設(shè)定次數(shù)后（堆積到 一定高度）， 圖1-2旋轉(zhuǎn)堆料 行走機(jī)構(gòu)微動一個設(shè)定距離，依次進(jìn)行作業(yè)。該工藝特點(diǎn)是，這樣堆放出的煤 場形狀較好，便于碾壓，但所需存煤場地

13、要求較大。旋轉(zhuǎn)堆料如圖1-2所示 3. 定點(diǎn)堆料 第一堆分?jǐn)?shù)層進(jìn)行堆積，待煤堆分?jǐn)?shù)次堆積到一定高度時，臂架高度保持 不變，按預(yù)先設(shè)定的旋轉(zhuǎn)方向和角度旋轉(zhuǎn)到第二個堆料點(diǎn)繼續(xù)堆，達(dá)到旋轉(zhuǎn)范 圍后，即開動行走機(jī)構(gòu)微動一個設(shè)定距離，這樣一直堆積到設(shè)定的堆料長度后 停止作業(yè)。該工業(yè)特點(diǎn)是，需要存放場地小，當(dāng)煤場存放空間小，新、舊煤分 堆時適宜采用該堆料方式，但不利于煤場整形和碾壓。 1.3.2斗輪堆取料機(jī)取料過程 取料方法分為旋轉(zhuǎn)分層取料和定點(diǎn)斜坡取料。旋轉(zhuǎn)分層取料又分為分段和 不分段兩種。 1. 分層分段取料 把斗輪置于料堆頂層作業(yè)點(diǎn)上，然后旋轉(zhuǎn)控制開始取料，每達(dá)到旋轉(zhuǎn)范圍 時，行走機(jī)構(gòu)微動一個設(shè)定距

14、離，按照設(shè)定的供料段長度取完第一層后，進(jìn)行 換層操作。當(dāng)取完最下一層后進(jìn)行換段操作。把斗輪置于第二段最頂層的作業(yè) 開始點(diǎn)上，重復(fù)進(jìn)行取料。該工藝特點(diǎn)是，有利于煤場存煤實(shí)現(xiàn)存新取舊，防 止煤存放時間較長，而出現(xiàn)存煤消耗。 2. 分層不分段取料 把斗輪置于堆料層最頂層作業(yè)點(diǎn)上，然后旋轉(zhuǎn)控制開始取料，每達(dá)到旋轉(zhuǎn) 范圍時，行走機(jī)構(gòu)微動一個設(shè)定距離，開始反向旋轉(zhuǎn)取料，直至取到盡頭，隨 后大車返回開始作業(yè)點(diǎn)，同時臂架下降一個吃煤深度，繼續(xù)上述過程取第二層 煤。這種方式的特點(diǎn)是，取料后煤場煤堆形狀較好，適用于汽車進(jìn)煤的煤場， 但不利于煤場存煤倒燒。 3. 斜坡取料 斗輪沿堆料的斜坡按照一定的進(jìn)給量由上往下逐

15、層旋轉(zhuǎn)上煤，斗輪大臂每下降 一次，大車都要后退一個距離，當(dāng)取料達(dá)到要求的取料深度后，行走機(jī)構(gòu)再向 前走一個斗深，同時大臂抬起，進(jìn)行第二個斜坡取料。這種方式適用于從煤堆 中部取煤。 第二章斗輪堆取料機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)概論 總體設(shè)計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一， 也是進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 總體設(shè)計(jì)對機(jī)械的性能、尺寸外形、質(zhì)量及成產(chǎn)成本具有重大影響。因此，總 體設(shè)計(jì)時必須在保證現(xiàn)已定方案的基礎(chǔ)上，盡可能考慮與人、機(jī)、環(huán)境、加工 裝配、運(yùn)行管理等外部系統(tǒng)的聯(lián)系，使機(jī)械內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相協(xié)調(diào)和適應(yīng)， 以求設(shè)計(jì)更加完善。 機(jī)器在正常工作條件下，整機(jī)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。 機(jī)器無

16、論在工作狀況或非工作狀況，在規(guī)定的俯仰范圍內(nèi)的各種工況下，整 機(jī)都應(yīng)該處于穩(wěn)定狀態(tài)。 在輸送線上，特別在取料、卸料和各轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、必須保證物流流暢，不發(fā)生物 料溢出或堵塞現(xiàn)象。 斗輪堆取料機(jī)工作機(jī)制為重型工作制， 主要鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命為30年。 斗輪直徑與帶式輸送機(jī)參數(shù)和取煤炭與去鐵礦石的同能力的斗輪堆取料機(jī)相 比，一般煤炭的要求斗輪直徑大，輸送帶寬、帶速高，斗輪驅(qū)動功率較小。 司機(jī)室要求。司機(jī)是要安裝牢靠，有防震措施以防震動。且保持在垂直位置 聯(lián)鎖作業(yè)。只有當(dāng)夾軌器松開時，行走機(jī)構(gòu)才工作；只有電纜卷筒制動器松 閘后，行走機(jī)構(gòu)才能啟動等等。 各安全保護(hù)及檢測裝備完備。 電纜卷筒裝置。電纜卷筒上纏有足

17、夠的安全圈數(shù)。 漏斗、溜槽及懸掛緩沖裝置。 堆取料機(jī)是一種大型的電動裝卸輸送機(jī)械，機(jī)身高大，受風(fēng)的影響較大，為 了停車后固定不動，防止大風(fēng)時滑移，設(shè)有手動錨固器和重錘式電動液力推桿 夾軌器。行走時，夾軌器動力缸電機(jī)得電，液力推桿提起重錘，夾軌器在彈簧 力作用下打開；停車時，夾軌器動力缸電機(jī)失電，在重錘作用下，夾緊軌道。 行走驅(qū)動臺車數(shù)量因機(jī)型不同，數(shù)量不一。 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對于調(diào)速要求較高，一般采用調(diào)速性能較好的直流調(diào)速或交流變頻 調(diào)速，現(xiàn)以一期礦變頻調(diào)速為例進(jìn)行分析。 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由 2臺 Y225-8 TH ，22KW 鼠籠變頻電動機(jī)通過行星減速器實(shí)現(xiàn)臂架旋轉(zhuǎn)無級調(diào)速， （分析時， 僅用一臺電 動

18、機(jī)代替）。大車回轉(zhuǎn)速度為0.05250.099r/min,旋轉(zhuǎn)角度為土 110即旋轉(zhuǎn)范 圍 220，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主回路如圖 3-6 所示，主電機(jī) 2M 通過三相自動空氣開關(guān) 2ZK 合閘送電,經(jīng)過交流接觸器 2C1 使變頻器從電網(wǎng)上獲得電能。 臂架俯仰機(jī)構(gòu)主要用于調(diào)節(jié)堆料或取料時臂架的高度,配合其它機(jī)構(gòu),以滿 足生產(chǎn)要求。俯仰機(jī)構(gòu)的驅(qū)動采用機(jī)械傳動鋼絲繩滑輪組系統(tǒng),俯仰過程要求 安全、平穩(wěn)、無沖擊,在臂架機(jī)構(gòu)范圍內(nèi),臂架可以安全地停在任何位置,并 可隨時啟動。 2.2斗輪堆取料機(jī)工藝流程分析 2.2.1準(zhǔn)備過程工藝流程 2.2.2 自動堆料工藝流程 初始位迸 堆料 NO 懸臂上升T1時間計(jì)數(shù)一次

19、置右凹轉(zhuǎn) 已轉(zhuǎn)T2時間計(jì)數(shù)次 大車后退T3時間計(jì)數(shù)一次 改變M轉(zhuǎn)方向 結(jié)束 223 自動取料工藝流程 第三章 斗輪堆取料機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 斗輪堆取料機(jī)電氣系統(tǒng)采用可編程序控制器又稱可編程邏輯控制器（PLC） 進(jìn)行控制。 PLC 采用模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，編程語言以形象的繼電器梯形圖為基 礎(chǔ)，梯形圖與繼電器原理圖相類似，用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào) 試和查錯都很容易。 本設(shè)計(jì)題目為斗輪堆取料機(jī)的 PLC控制設(shè)計(jì)，主要目的是，應(yīng)用 PLC實(shí)現(xiàn) 斗輪堆取料機(jī)的自動控制， 提高斗輪堆取料機(jī)工作效率， 減少勞動力。目前 PLC 發(fā)展迅速，國內(nèi)近些年開始研究斗輪堆取料機(jī)的無人自動控制，在國外

20、大部分 斗輪堆取料機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無人自動控制。 在程序優(yōu)化方面國內(nèi)還需進(jìn)一步研究， 在本設(shè)計(jì)中提出了簡易高效的堆取料工藝， 預(yù)期能編寫出更加簡易程序。 3.1 電器元件的選擇 3.1.1 接觸器的選擇 接觸器的選用，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的類型和工作參數(shù)合理選用。具體分為以下步 驟： 1）接觸器種類的選擇： 根據(jù)接觸器控制的負(fù)載性質(zhì)來相應(yīng)選擇直流接觸器 還是交流接觸器；一般場合選用電磁式接觸器，對頻繁操作的帶交流負(fù)載的場 合，可選用帶直流線圈的交流接觸器。 2）接觸器適用類別的選擇： 接觸器按負(fù)荷種類一般分為一類、二類、三類 和四類，分別記為AC-1、AC-2、AC-3和AC-4.類交流接觸器對應(yīng)的控制對象

21、 是無感或微感負(fù)荷，如白熾燈、電阻爐等；二類交流接觸器用于繞線式異步電 動機(jī)的啟動和停止；三類交流接觸器典型用途是鼠籠式異步電動機(jī)的啟動和運(yùn) 行中分段；四類交流接觸器用于籠型異步電動機(jī)的啟動、反接制動、反轉(zhuǎn)和電 動?？筛鶕?jù)接觸器所控制負(fù)載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。對于 生產(chǎn)中的廣泛使用的中、小容量鼠籠型異步電動機(jī)來說，大多數(shù)負(fù)載是一般任 務(wù)，故應(yīng)選擇AC-3使用類別；對于控制機(jī)床電動機(jī)用接觸器， 其負(fù)載情況較為 復(fù)雜，如果負(fù)載明顯屬于重任務(wù)，則應(yīng)選擇AC-4類別，如果負(fù)載為一般任務(wù)與 重任務(wù)混合時，則可根據(jù)實(shí)際情況選用 AC-3或AC-4類接觸器，如選用AC-3類 時，應(yīng)降級使用。

22、 3）接觸器額定電壓的確定： 接觸器主觸點(diǎn)的額定電壓應(yīng)根據(jù)主觸點(diǎn)所控制 負(fù)載電路的額定電壓來確定，接觸器的額定電壓應(yīng)等于負(fù)載電路的額定電壓。 4）接觸器額定電流的選擇：一般情況下，接觸器主觸點(diǎn)的額定電流應(yīng)大于 等于負(fù)載或電動機(jī)的額定電流，當(dāng)接觸器用于電動機(jī)的頻繁起動、制動或正反 轉(zhuǎn)場合，一般可將其額定電流降一個等級來選用。 5）接觸器線圈額定電壓的確定：接觸器線圈的電流種類和電壓等級應(yīng)與控 制電路相同。對于交流電路，為保持安全，一般接觸器線圈選用110V、127V, 并由控制變壓器供電。但如果控制電路比較簡單，所用的接觸器數(shù)量較少時， 為省去控制變壓器，可選用 380V、220V電壓。 6）接

23、觸器觸點(diǎn)數(shù)目的確定：在三相交流系統(tǒng)中一般選用三極接觸器， 即三 對常開主觸點(diǎn)，當(dāng)需要同時控制中性線時，貝誕用四極交流接觸器。在單相交 流和直流系統(tǒng)中則常用兩極或三極并聯(lián)接觸器。交流接觸器通常有三對常開主 觸點(diǎn)和四到六對輔助觸點(diǎn)，直流接觸器通常用兩對常開主觸點(diǎn)和四對輔助觸點(diǎn)。 一般應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定所需的觸點(diǎn)數(shù)及種類，同時應(yīng)注意觸點(diǎn)的通斷能 力和其他額定參數(shù)。 7） 接觸器額定操作頻率：交、直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h、 1200次/h等幾種，一般說來，額定電流越大，則操作頻率越低、可根據(jù)實(shí)際需 要選擇。 3.1.2 繼電器的選擇 1）電磁式繼電器的選用 中間繼電器、電流繼電器、

24、電壓繼電器都屬于這 一類。選用的主要依據(jù)是：被控制或被保護(hù)對象的特性、觸頭的種類、數(shù)量、 控制電路的電壓、電流、負(fù)載性質(zhì)等因素。線圈電壓、電流應(yīng)滿足控制線路的 要求。如果控制電流超過繼電器觸頭定額電流，可將觸頭并聯(lián)使用，也可以采 用觸頭串聯(lián)使用方法來提高觸頭的分?jǐn)嗄芰Α?2）時間繼電器的選用 選用時應(yīng)考慮延時方式（通電延時和斷電延時）、延 時范圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價格等因素。常用時間繼電器 有氣囊式、電動式及晶體管等，在延時精度要求不高，電源電壓波動大的場合， 宜選用價格較低的氣囊式、電磁式時間繼電器。當(dāng)延時范圍大，精度要求高時， 可選用電動式和和晶體管式時間繼電器。 3）熱

25、繼電器的選用 對于工作時間短，停歇時間長的電動機(jī)，如機(jī)床的刀 架或工作臺的快速移動，橫梁升降、夾緊等運(yùn)動，以及雖長期工作但過載的可 能性很小的電動機(jī)，如排風(fēng)扇，可以不設(shè)過載保護(hù)，除此以外一般電動機(jī)都應(yīng) 考慮過載保護(hù)。 熱繼電器有兩相式、三相式及三相帶斷相保護(hù)等型式。對于星 形接法的電動機(jī)及電源對稱性較好的可采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對于三角形 接法的電動機(jī)或電源對稱性不夠好的情況則應(yīng)選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。而在 重要場合或容量較大的電動機(jī)， 可選用半導(dǎo)體溫度繼電器來進(jìn)行過載保護(hù)。 熱 繼電器發(fā)熱元件額定電流，原則上按被控電動機(jī)的額定電流選取，并一次去選 擇發(fā)熱元件編號和一定的調(diào)節(jié)范圍。 根據(jù)要求

26、選用 NR2-36/Z 型，保護(hù)整定值 36A,型號 CJX2-32。12 2.1.3 熔斷器的選擇 熔斷器的選擇主要內(nèi)容是其類型、額定電壓、熔斷器額定電流等級與溶體 額定電流。根據(jù)負(fù)載保護(hù)特性、短路電流大小、各類熔斷器的使用范圍來選用 熔斷器的類型, 額定電壓是根據(jù)被保護(hù)電路的電壓來選擇的 溶體的額定電流是 選擇熔斷器的關(guān)鍵,他與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)密切相關(guān)。對于負(fù)載平穩(wěn)、無沖 擊電流,如照明、信號、電熱電路可直接按負(fù)載額定電流選取。對于像電動機(jī) 一類有沖擊電流負(fù)載,溶體額定電流可按下列公式計(jì)算： 單臺電動機(jī)長期工作 IR= （1.52.5 ）IN 多臺電動機(jī)長期共用一個熔斷器保護(hù)IR （ 1

27、.52.5 ） INmax+藝IN 式中INmax為容量最大的一臺電動機(jī)的額定電流； 工IN是除去容量最大的電動 機(jī)之外,其余電動機(jī)額定電流之和。 輕載及啟動時間短時,系數(shù)取 1.5,啟動 負(fù)載較重及啟動時間長,啟動次數(shù)又 3 較多的情況,則取 2.5。 熔體額定電流 的選擇還要照顧到上下級保護(hù)的配合,以滿足選擇性保護(hù)要求,使下一級熔斷 器的分?jǐn)鄷r間較上一級熔斷器熔體的分?jǐn)鄷r間要小,否則將會發(fā)生越級動作, 擴(kuò)大停電范圍。 3.1.3 按鈕、開關(guān)的選擇 1）按鈕 按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器。 其選用依 據(jù)主要是根據(jù)需要的觸點(diǎn)對數(shù)、 動作要求、是否需要帶指示燈,使用

28、場合以及顏色等要求。按鈕產(chǎn)品有多種結(jié)構(gòu)形式、多種觸頭組合及多種顏色, 供不同使用條件選用。例如,緊急操作一般選用蘑菇型,停止按鈕。常選用紅 色等，起額定電壓有交流 500v，直流440v,額定電流5A。 2）刀開關(guān) 又稱閘刀,主要用于接通和切斷長期工作設(shè)備的電源及不經(jīng)常 啟動及制動、容量小于7.5KW的異步電動機(jī)。刀開關(guān)選用時，主要是依據(jù)電源 種類、電壓等級、斷流容量及需要極數(shù)。當(dāng)用刀開關(guān)來控制電動機(jī)時，其額定 電流要大于電動機(jī)額定電流的 3倍。 3）組合開關(guān) 主要用于電源的引入，所以又叫電源隔離開關(guān)。其選用依據(jù) 是電源種類電壓等級、觸頭數(shù)量以及斷流容量。當(dāng)采用組合開關(guān)來控制5KW以 下容量異

29、步電動機(jī)時，其額定電流一般為（1.52.5 ） IN，接通次數(shù)小于（1520） 次/小時。 4）限位開關(guān)主要用于位置控制或有位置保護(hù)要求的場合。選用時主要根 據(jù)機(jī)械位置對開關(guān)形式的要求和控制線路對觸頭數(shù)量的要求，以及電壓、電流 來確定其型號。 5）自動開關(guān)由于自動開關(guān)具有很好的保護(hù)作用，故在電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用中 越來越多。自動開關(guān)的種類很多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動操作 式和電動操作式。在選用時，主要從保護(hù)特性要求（幾段保護(hù)）、分?jǐn)嗄芰?、?網(wǎng)電壓類型、電壓等級、長期工作負(fù)載的平均電流、操作頻繁程度等及方面去 確定它的型號。在初步確定自動開關(guān)的類型和等級后，各級保護(hù)動作值的整定 還必須和

30、上、下級開關(guān)保護(hù)特性的協(xié)調(diào)配合，從總體上滿足系統(tǒng)對選擇性的保 護(hù)的要求。 根據(jù)要求，選取LX22-6型行程開關(guān)，其額定電壓為交流 380V,額定電流 為20A,允許最大速度為300m/min。 根據(jù)要求萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)選取 LW2-V、型，額定電壓為交流220V,允許最大分 段電流正常情況為30A,故障情況為40A。 3.2 PLC機(jī)型的選擇 隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的 PLC其結(jié) 構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合 也各有側(cè)重。因此，合理選用 PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有 著重要意義。 在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，首先應(yīng)

31、確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì) 選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng) 是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能 的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC 的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序 控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計(jì)選 型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確 定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容 量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價

32、格比的PLC和 設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 3.2.1 I/O點(diǎn)數(shù)的估算 I/O點(diǎn)數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加 10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時，還需 根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。本設(shè)計(jì)共 19 個輸 入點(diǎn) 16 個輸出點(diǎn)。 3.2.2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量 是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容 量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未 知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時能對程

33、序容量有一定估算， 通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式， 許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的1015倍， 加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16位為一個字），另外 再按此數(shù)的 25%考慮余量。 3.2.3 控制功能的選擇 1）運(yùn)算功能：簡單PLC的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時和計(jì)數(shù)功能；普通 PLC的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn) 算、數(shù)據(jù)傳送等；型PLC中還有模擬量的PID運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。隨著 開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在 PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的 通信

34、，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè) 網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需 的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需 要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換 和PID運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運(yùn)算。 2）控制功能：控制功能包括PID控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制 運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場 合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸 入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲

35、器容量。例 如采用PID控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元 等。 3）通信功能：大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如 TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE 通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 PLC系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口 （ RS2232C/422A/423/485）、 RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用 DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設(shè) 備和電纜）應(yīng) 1： 1 冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置 實(shí)際要求。 PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1

36、Mbps通信負(fù)荷不大 于60% PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺同 型號PLC為從站，組成簡易PLC網(wǎng)絡(luò)；2）1臺PLC為主站，其他同型號PLC為 從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；3）PLC網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型 DCS中 作為DCS的子網(wǎng)；4）專用PLC網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功 能的（如點(diǎn)對點(diǎn)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。 4）編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU編程器在編程模 式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程 器切換到

37、運(yùn)行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式 可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自 的CPU主機(jī)CPU負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換， 編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收 到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中 常采用。五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（SFC、梯形圖（LD）、功能模塊圖 （FBD三種圖形化語言和語句表（IL ）、結(jié)構(gòu)文本（ST兩種文本語言。選用 的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（IEC6113123）,同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式， 如C, Bas

38、ic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 5）診斷功能：PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件 的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸 出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響 對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 3.3 斗輪堆取料機(jī)自動堆取料設(shè)計(jì) PLC軟件的編程，主要是根據(jù)堆取料工藝進(jìn)行的。下面分別介紹了自動定點(diǎn)堆 料和回轉(zhuǎn)分層取料作業(yè)工藝。 3.3.1自動堆料設(shè)計(jì) 首先將斗輪堆取料機(jī)開至堆料初始位置，進(jìn)行堆料準(zhǔn)備動作，尾車

39、運(yùn)行到 堆料位置如圖2-所示。然后懸臂皮帶正向降壓啟動，開始堆料。當(dāng)料位傳感器 檢測到料位時（即料堆達(dá)到懸臂高度時），懸臂上升T1時間，并且計(jì)數(shù)一次。 當(dāng)懸臂上升到最高時，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)右回轉(zhuǎn) T2時間，并計(jì)數(shù)一次。當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)右回 轉(zhuǎn)到設(shè)定值時，大車后退 T3時間，并計(jì)數(shù)一次。大車后退 T3時間后，懸臂開 始左回轉(zhuǎn)，同樣當(dāng)料位檢測器檢測到料位時，懸臂左回轉(zhuǎn)T2時間，并計(jì)數(shù)一次 如上面次序往復(fù)堆料，當(dāng)大車后退次數(shù)達(dá)到指定次數(shù)后，自動堆料結(jié)束。 3.3.2 自動取料設(shè)計(jì) 首先將斗輪堆取料機(jī)開始取料初始位置，進(jìn)行取料準(zhǔn)備動作，尾車運(yùn)行到 取料位置如圖2-所示。然后懸臂皮帶反向降壓啟動，斗輪降壓啟動，開始取

40、料。 懸臂開始右回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)T5時間后回轉(zhuǎn)停止，大車前行 T6時間并計(jì)數(shù)一次。懸 臂開始左回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)T5時間后停止。大車再前行T6時間并計(jì)數(shù)一次。當(dāng)大車 前行次數(shù)到達(dá)指定次數(shù)后，大車后退到初始位置。懸臂左回轉(zhuǎn)T時間，懸臂 下降T7時間并計(jì)數(shù)一次，開始第二層取料。當(dāng)取完最后一層（即懸臂下降次數(shù) 到指定次數(shù)）后，取料結(jié)束。 3.4 斗輪堆取料機(jī)PLC程序設(shè)計(jì) 選擇自動堆“門 堆科指示燈:叩 取料按鈕: S UT AS R1 選擇自動取”;M1.4 自動取料結(jié)束：11門 取科指示燈:Q1.1 T ) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) IN TON FT 1DD ms 右回轉(zhuǎn)計(jì)時:T38 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)左劉鮎 IN TOM PT 1

41、DD ms 左回轉(zhuǎn)計(jì)時:T：39 50 左回轉(zhuǎn)計(jì)時:T旳 右回轉(zhuǎn)計(jì)數(shù):口 左回轉(zhuǎn)計(jì)數(shù):匚3 CUCTU R 10- PV 復(fù)位按鈕：I1E 丈車前行計(jì)時:T42自動取料結(jié)束:11 左回轉(zhuǎn)計(jì)時訂羽 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)左 cni it 3UU1 A RS R1 自動腿料結(jié)束：11門 丈車再前行紐:T41 大車前行:M3.呂 飛 1月 FIS R1 IN TOM PI 100 ms 大車再前行紹T41 犬車前行計(jì)數(shù):仍懸臂下降計(jì)數(shù):匚E；自動職料結(jié)束:門 丈車后退到詞:T45 大車后退輸：M3.6 乓 ninl月 RS R1 (end) 第四章結(jié)束語 為期6個星期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，經(jīng)過努力，我順利的完成了這次畢業(yè) 設(shè)計(jì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作是對我大學(xué)三學(xué)知識的一個總結(jié)，在這期間，無論是 資料的查閱、調(diào)研、方案的論證及設(shè)計(jì)校核計(jì)算都給我的業(yè)務(wù)素質(zhì)、個人能力 的培養(yǎng)提供了一個難得的機(jī)會，令我回顧這些天來