皮帶運(yùn)輸機(jī)PCL控制

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 2\o"CurrentDocument"引言 2\o"CurrentDocument"皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 3\o"CurrentDocument"2.1皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu) 3\o"CurrentDocument"2.2皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作原理 4\o"CurrentDocument"皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制要求 4\o"CurrentDocument"PLC選型及輸入/輸出接線 5\o"CurrentDocument"PLC的選型 5\o"CurrentDocument"中央處理單元 6\o"CurrentDocument"4.1.2存儲器 7\o"CurrentDocument"4.1.3輸入輸出接口電路 7\o"CurrentDocument"4.1.4電源單元 8\o"CurrentDocument"4.2PLC輸入/輸出端子接線圖 8程序設(shè)計(jì)及控制原理 95.1程序設(shè)計(jì) 95.2.1起動控制 11\o"CurrentDocument"5.2.2停車控制 12\o"CurrentDocument"5.2.3急?？刂?12\o"CurrentDocument"5.2.4長期過載保護(hù)控制 12\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 13摘要本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對皮帶運(yùn)輸機(jī)傳統(tǒng)的繼電器控制，設(shè)計(jì)成PLC的自動和循環(huán)控制，并進(jìn)行模擬試驗(yàn)和安裝調(diào)試。通過本次的設(shè)計(jì)，掌握典型電氣控制電路的分析和設(shè)計(jì)能力、可編程控制器的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本邏輯指令的應(yīng)用、步進(jìn)順控指令編程方法及應(yīng)用，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，堅(jiān)持與機(jī)械制造生產(chǎn)情況相符合，將自動化控制技術(shù)完美的融合到工業(yè)生產(chǎn)中，使設(shè)計(jì)盡可能做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)可行、操作方便、安全可靠，對于提高勞動生產(chǎn)率具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞皮帶運(yùn)輸機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)引言皮帶運(yùn)輸機(jī)，是運(yùn)用皮帶的無極運(yùn)動運(yùn)輸物料的機(jī)械。早在幾千年以前，我們的祖先就運(yùn)用吊繩運(yùn)送貨物，在不斷的改革中，皮帶運(yùn)輸機(jī)產(chǎn)生了，方便了貨物的運(yùn)輸。可是皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時(shí)皮帶跑偏是最常見的故障，在生產(chǎn)中帶來了諸多不便。一百多年前，人們將自動化控制技術(shù)引入了工業(yè)領(lǐng)域，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展自動化控制技術(shù)更加日新月異。伴隨著數(shù)學(xué)、控制理論計(jì)算機(jī)、電子器件的發(fā)展，出現(xiàn)了自動化控制技術(shù)系統(tǒng)，并作為一門應(yīng)用科學(xué)已發(fā)展成熟，形成了自己的體系和一套行之有效的分析和設(shè)計(jì)方法?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點(diǎn)，因此近年來在工業(yè)自動控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。PLC的生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品型號很多，但是基本原理相同，特別是梯形圖（LD）和順序功能圖（SFC）程序設(shè)計(jì)方法，對所有的PLC都是一樣的。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它克服了使用繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中因機(jī)械觸點(diǎn)多、接線復(fù)雜、故障率高、維修復(fù)雜、功耗高、靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器，在不改變系統(tǒng)硬件接線的情況下，通過改變程序的設(shè)置，即可改變被控對象的運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)。特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；安裝調(diào)試與檢測也很方便。用戶在購買到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。PLC的這些優(yōu)點(diǎn)不但大大提高了控制系統(tǒng)的靈活性，特別對那些需要經(jīng)常改變生產(chǎn)工藝的自動流水線有著重大的意義，使它的運(yùn)行更加安全、方便、準(zhǔn)確，快捷。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有許多場合需要皮帶運(yùn)輸機(jī)，建材、化工、冶金、礦山、紡織、印染、造紙、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，是不可缺少的運(yùn)輸工具，用于運(yùn)送生產(chǎn)原料和產(chǎn)品。例如：碼頭物料搬運(yùn)系統(tǒng)，自從實(shí)現(xiàn)機(jī)械化后，節(jié)約了大量的人力和物力，提高了勞動生產(chǎn)率。但如果不能實(shí)現(xiàn)完全的自動化，操作維護(hù)還將會很困難。因?yàn)榇a頭場地大，設(shè)備多，粉塵大，長期的使用運(yùn)行，具有故障率高，各種元器件老化，維護(hù)和檢修困難等缺點(diǎn)，情況嚴(yán)重的會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文就碼頭貨船裝料用的皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用PLC控制的程序和實(shí)驗(yàn)情況予以介紹。它比常規(guī)的繼電器控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)大為簡化，同時(shí)由于采用的是“軟接線”的控制程序，系統(tǒng)的可靠性和靈活性都大為提高。在科技發(fā)達(dá)的今天，采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)方式才能提高效率，降低成本，適應(yīng)社會發(fā)展的需要。皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理2.1皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，也是一種通用機(jī)械。即可以運(yùn)送散裝物料，也可以運(yùn)送成件物品。皮帶運(yùn)輸機(jī)由輸送帶（皮帶）、托輥、滾筒及驅(qū)動、制動、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。在建材、化工、食品、機(jī)械、鋼鐵、冶金、煤礦等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送原料或物品。本設(shè)計(jì)如圖1是某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)的示意圖，原料從料斗經(jīng)過四臺皮帶運(yùn)輸機(jī)送出。從料斗向皮帶1供料由電磁閥YV控制皮帶1、2、3、4分別由電動機(jī)M1、M2、M3、M4驅(qū)動。圖1皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)2.2皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作原理皮帶機(jī)是由驅(qū)動裝置拉緊裝置輸送帶中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品。采用多條皮帶運(yùn)輸機(jī)是因?yàn)檩斔吐烦踢h(yuǎn)，路徑變化大，難以采用直線傳送的單皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)。故采用多條皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)，方便系統(tǒng)的靈活組合。皮帶運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動裝置由單個或多個驅(qū)動滾筒驅(qū)動。驅(qū)動電機(jī)也可以是單個電機(jī)或多個電機(jī)驅(qū)動。一般驅(qū)動裝置包括電動機(jī)、減速機(jī)、液力耦合器、制動器或逆止器等組成。耦合器的作用是改善皮帶運(yùn)輸及的啟動性能，制動器和逆止器是為了防止當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)時(shí)皮帶向下滑動。皮帶運(yùn)輸及的電氣保護(hù)和控制裝置主要有：拉繩開關(guān)、皮帶跑偏、檢測開關(guān)、皮帶打滑檢測、皮帶防撕裂檢測、料流檢測、堵料檢測及皮帶秤。皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制要求控制方式通常有行程控制、時(shí)間控制和其他物理量（壓力、流量、電流、速度等）控制。行程控制方式是利用機(jī)械設(shè)備運(yùn)動部件上的碰塊或感應(yīng)頭，觸發(fā)在固定位置安裝的行程開關(guān)或無觸頭行程開關(guān)，以此發(fā)出行程信號來實(shí)現(xiàn)位置控制。凡是要求進(jìn)行位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都應(yīng)采用行程控制方式。時(shí)間控制方式是利用時(shí)間繼電器或PLC的定時(shí)器，使控制系統(tǒng)按工藝要求的不同時(shí)段進(jìn)行程序步切換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。因此，機(jī)械設(shè)備的工作程序如果要求要求延續(xù)一般時(shí)間后才切換的則應(yīng)采用時(shí)間控制方式。對于要求實(shí)現(xiàn)位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果其行程很短，無法安裝行程開關(guān)。在運(yùn)動速度比較穩(wěn)定的情況下，根據(jù)運(yùn)動速度與時(shí)間的乘積等于行程的原理，也可以采用時(shí)間控制方式來實(shí)現(xiàn)位置控制。本系統(tǒng)使用的四臺皮帶傳輸機(jī)分別由電動機(jī)M1?M4傳動，M1傳動的皮帶運(yùn)輸機(jī)位于物料傳送方向的起始段，向前依次為M2、M3和M4傳動的皮帶運(yùn)輸機(jī)。起動控制要求為了避免在上級皮帶上造成物料堆積，起動時(shí)要求四臺電動機(jī)按M4-M3-M2-M1的次序，間隔10s順序起動。停車控制要求為了不使皮帶上殘留物料，停車時(shí)要求四臺電動機(jī)按M1-M2-M3-M4的次序間隔10s順序停車。緊急停車控制要求系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，如遇到緊急情況需要停車，四臺電動機(jī)應(yīng)無條件地同時(shí)停車。長期過載保護(hù)控制要求某臺皮帶運(yùn)輸機(jī)長期過載時(shí)，該皮帶運(yùn)輸機(jī)及為其提供物料的皮帶運(yùn)輸機(jī)應(yīng)立即停車，間隔10s后，其他皮帶運(yùn)輸機(jī)才依次停車。PLC選型及輸入/輸出接線PLC的選型PLC主要是由中央處理單元(CPU)、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出部件(I/O)、電源和編程器幾大部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖2如下：

地址總線控制總線1 1 |1輸開關(guān)或傳感器 心°中入輸央存 輸 輸 Q、入處儲 出 出 兇照明繼電器接點(diǎn) '"接理器 數(shù) 接口單據(jù) 口元存 一電磁裝置電動機(jī)行程開關(guān)"4 ［儲\ T__1其他裝置模擬量輸入一 一一J11' i1 . MrV n編H程數(shù)據(jù)總線地址總線單電源單元元數(shù)據(jù)總線一（圖2PLC結(jié)構(gòu)框圖4.1.1中央處理單元CPU是PLC的核心部件。從圖中可以看出，它控制所有其它部件的操作。與通用微機(jī)CPU一樣，它在PLC控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的中樞神經(jīng)。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。CPU主要完成以下功能：從存儲器中讀取指令。CPU從地址總線上給出存儲地址，從控制總線上給出讀命令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的指令，并放到CPU內(nèi)的指令寄存器中去。執(zhí)行指令。對存入在指令寄存器中的指令操作碼進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，將結(jié)果輸出等。取下一條指令。在CPU的控制下，程序的指令可以按順序執(zhí)行，也可以進(jìn)行分支或轉(zhuǎn)移。處理中斷。CPU除了能按順序執(zhí)行程序外，還能接受輸入輸出接口發(fā)來的中斷請示，并進(jìn)行中斷處理，中斷處理完后，再返回原址，繼續(xù)順序執(zhí)行。4.1.2存儲器存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。存儲器一般由存儲體、地址譯碼器、讀、寫控制器和數(shù)據(jù)寄存器組成。在PLC中使用兩種類型的存儲器ROM和RAM。在只讀存儲器ROM中，一般存放著由制造廠寫入的系統(tǒng)程序。它包括檢查程序、鍵盤輸入處理程序、翻譯程序、監(jiān)控程序等內(nèi)容。系統(tǒng)程序一經(jīng)被寫入，它將永遠(yuǎn)駐留（PLC去電后，ROM中的內(nèi)容不變）。RAM是可讀可寫存儲器。它一般存入用戶程序、邏輯變量及供內(nèi)涵程序使用的工作單元。RAM作為可讀寫存儲器，讀出時(shí)，RAM中的內(nèi)容不被破壞；寫入時(shí)，原來的信息就會被新寫入的信息所覆而消除。為了防止去電后RAM中的內(nèi)容丟失，PLC使用了對RAM的電池供電電路。4.1.3輸入輸出接口電路PLC的輸入輸出接口電路時(shí)系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系系統(tǒng)外部現(xiàn)場和CPU的橋梁。輸入接口電路接收從按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、行程開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號和由繼電器、熱電偶、測速發(fā)電機(jī)等連續(xù)變化的模擬量輸入信號，然后送入？匚。。輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦的輸入接口電路組成。PLC通過輸出接口電路控制現(xiàn)場的執(zhí)行部件，如接觸器、繼電器、電磁閥、晶閘管電路組成。在PLC內(nèi)部，由于CPU本身工作電壓比較低（一般5V左右），而輸入輸出信號電壓一般比較高（如直流24V和交流220V）,所以CPU不能直接與外部輸入輸出裝置連接，而由輸入輸出接口電路轉(zhuǎn)接。這樣，輸入輸出接口電路除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換和噪聲隔離的作用。4.1.4電源單元PLC一般使用220V交流電源。電源單元的作用就是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓，有些PLC則可以為輸入電路和少量的外部電平檢測裝置（如接近開關(guān)）提供24V直流電源。備用電池（一般為鋰電池）用于掉電情況下保存程序存儲器和內(nèi)部保持標(biāo)志，有計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器并帶電池故障指示燈。按照控制要求，皮帶運(yùn)輸機(jī)的起動、停車和急停車各需要一個按鈕作為控制輸入信號，四臺電動機(jī)的長期過載保護(hù)各需要一套熱繼電器，每套熱繼電器的一對動斷觸點(diǎn)作為一臺電動機(jī)的長期過載保護(hù)輸入。四臺電動機(jī)的起動和停車各由一套交流接觸器直接控制，需要PLC提供四路控制信號。因此，整個皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)共需要7個輸入信號、4個輸出信號。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)夠用和經(jīng)濟(jì)原則，選用日本三菱公司的FX2—16MR型PLC。該型PLC功能齊全，使用方便，性能可靠，有8個輸入點(diǎn)和8個輸出點(diǎn)，能夠滿足上述要求。4.2PLC輸入/輸出端子接線圖PLC輸入/輸出端子接線圖如圖3所示：

LN——LN——圖3PLC輸入/輸出端子接線圖圖3中 SB1 起動按鈕SB2 停車按鈕SB3 急停按鈕FR1?FR4 熱繼電器，分別保護(hù)M1?M4KM1?KM4 交流接觸器，分別控制M1?M4的起動和停車。5?程序設(shè)計(jì)及控制原理5.1程序設(shè)計(jì)常用PLC的編程指令系統(tǒng)如下：LD指令LD(Load)：取指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個常開觸點(diǎn)，表示一個邏輯行的開始。LDN指令LDI(LoadInverse):取反指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個常閉觸點(diǎn)。OUT指令OUT(Out)：線圈驅(qū)動指令(又叫輸出指令)，適用于將運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的線圈，但不能用于輸入繼電器。OUT指令用于計(jì)數(shù)器和定時(shí)器時(shí)，必須有常數(shù)K值緊跟，K分別表示定時(shí)器時(shí)間或計(jì)數(shù)次數(shù)，它也作為一個步序。（4） AND指令A(yù)ND（And）：“與”指令，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常開觸點(diǎn)。（5）ANI指令 ANI（AndInverse）：“與反”指令，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。（6）OR指令OR（Or）：“或”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常開觸點(diǎn)。（7）ORI指令 ORI（OrInverse）：“或反”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。（8） RST指令RST（Reset）：計(jì)數(shù)器和移位寄存器的復(fù)位指令，適用于將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值回復(fù)到設(shè)定值或清除移位寄存器中所有位的信息，即清零。計(jì)數(shù)器有計(jì)數(shù)輸入和復(fù)位輸入兩個輸入端。當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端觸點(diǎn)每次從斷開至接通時(shí)，計(jì)數(shù)器的值減1，當(dāng)通斷次數(shù)達(dá)計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值減為0，此時(shí)計(jì)數(shù)器的線圈接通，其常開觸點(diǎn)閉合。如果要計(jì)數(shù)器從當(dāng)前值回到最初設(shè)定值，則要接通復(fù)位輸入端的觸點(diǎn)，RST起復(fù)位作用，使計(jì)數(shù)器線圈斷開，其常開觸點(diǎn)斷開。RST指令總是優(yōu)先執(zhí)行的，因此當(dāng)RST的輸入保持時(shí)，對計(jì)數(shù)器或移位寄存器的輸入不再接受。所有的計(jì)數(shù)器和部分寄存器具有掉電保護(hù)功能，所以當(dāng)不必再保持計(jì)數(shù)器原有狀態(tài)時(shí)，在工作開始之前，要使用特殊輔助繼電器M71，在主機(jī)投入運(yùn)行的瞬時(shí)，產(chǎn)生的初始化脈沖，使計(jì)數(shù)器或位移寄存器復(fù)位。（9）SFT指令 SFT（Shift）：移位指令，適用于將移位寄存器中的內(nèi)容做移位操作?？捎?個或16個輔助繼電器組成移位寄存器。根據(jù)控制要求，本文編制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移程序如圖4所示。M8002<3^2^_ :I T1K100■S2n_lSETY3F2IT2K100■S^TSETY^：F3IT3K100<3^2^_ :I T1K100■S2n_lSETY3F2IT2K100■S^TSETY^：F3IT3K100■S2^SETp^x2 S24^^srpTT4I T4K100質(zhì) RSTp~T^\ T5K100'、QSt^.~^i\ T6K100或 RSTp1^4X3dkXT-I—SETS24SETS23SETS22SETS21圖4狀態(tài)轉(zhuǎn)移程序5.2皮帶傳輸機(jī)控制原理5.2.1起動控制接通PLC的電源，在初始化脈沖M8002作用下進(jìn)入初始狀態(tài)S0,按下SB1一接通X1—進(jìn)入狀態(tài)S20一啟動定時(shí)器T1,置位Y4—接通KM4一起動M4—10s后T1動作…進(jìn)入狀態(tài)S21-起動定時(shí)器T2,置位Y3-接通KM3-起動M3-10s后T2動作一進(jìn)入狀態(tài)S22-啟動定時(shí)器T3,置位Y2-接通KM2-起動M2-10s后T3動作一進(jìn)入狀態(tài)S23-置位Y1-接通KM1-起動M1。至此，M1?M4按控制要求全部起動起來，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。5.2.2停車控制在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按下SB2-接通X2-進(jìn)入狀態(tài)S24-啟動定時(shí)器T4,復(fù)位Y1-斷開KM1-停車M1-10s后T4動作一進(jìn)入狀態(tài)S25-啟動定時(shí)器T