PLC傳送帶設計

課 程 設 計學 期：20142015學年 第一學期 課 程 名 稱： 綜 合 訓 練 年 級： 2012級 專 業(yè)： 機電一體化技術 班 級： 學 號: 201211061308 學 生 姓 名： 周山 院 系：機械工程與電氣自動化學院日 期： 2014.11.26 目錄摘 要1緒 論2皮帶運輸機PLC控制設計31.控制要求的分析設計思路31.2設計原則41.3實訓目的51.5分析控制要求61.6PLC的選型111.7實訓器材112輸入輸出分配122.1 I/O分配122.2外接線圖133順序功能圖的設計133.1發(fā)分步133.2動作的確定143.3轉換條件的確定153.4順序功能圖173.5步進梯形圖183.6指令表204系統(tǒng)的試調225發(fā)展前景22結束語24參考文獻25摘 要皮帶運輸機是一種有牽引件的連續(xù)運輸設備,主要用在煤炭、冶金、有色金屬和水泥等礦山中，車輛的運輸成本快速增高。帶式輸送機越來越顯示出它的集約化、自動化、連續(xù)化、高速化、簡單化、清潔化、環(huán)?；踩韧怀龅木C合優(yōu)勢。主要用來運送塊狀、粒狀和散狀等物料和成件的貨物，廣泛的應用于工業(yè)生產中。傳統(tǒng)的皮帶運輸機調速系統(tǒng)大部分是人工手動或半自動調速的，應用在皮帶運輸機上的直流電機存在動態(tài)性能差、故障率高、維護困難等缺點；本文就是采用PLC和變頻器相結合的控制技術來提高生產效率的設計。本文針對系統(tǒng)的主令控制器、轉速傳感器和皮帶運輸機部分進行了闡述，變頻器、可編程控制器、三相異步電機部分進行了設計。實現了轉速傳感器直接檢測到皮帶運輸機的速度，通過信號傳輸線路傳輸到主令控制器中。主令控制器接收轉速傳感器的數據，按照一定的控制規(guī)律做出指示，對變頻器進行動作，從而使三相異步電動機的轉速發(fā)生變化的功能。關鍵詞 PLC 皮帶運輸機 緒 論傳統(tǒng)的冶煉廠礦石供料控制系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器和人工手動方式的半自動化系統(tǒng)。但隨著冶煉廠規(guī)模的擴大，對礦石的需求量大大提高，傳統(tǒng)的供料系統(tǒng)已無法滿足冶煉廠的需要。本文在對傳統(tǒng)供料控制系統(tǒng)進行了認真的分析與研究后，結合相關理論和技術，制定出一套由PLC為控制核心的皮帶傳輸供料控制系統(tǒng)。為了實現供料系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，處理諸如皮帶跑偏、打滑及撕裂等問題，在主電路中用傳感器檢測故障信號，軟件中調用相應傳感器檢測到的故障信號處理子程序并執(zhí)行處理。運用皮帶運輸線進行礦石供料大大提高了工作效率。在PLC中應用子程序的方式，不僅便于實現多種運行方式，而且大大提高了程序的可維護性和可靠性。經過實驗室供料控制系統(tǒng)的仿真，表明了該供料控制系統(tǒng)運行的正確性、實用性。皮帶運輸機PLC控制設計1.控制要求的分析設計思路1.1設計方案傳統(tǒng)的冶煉廠礦石供料控制系統(tǒng)是一種基于繼電接觸器人工手動方式的半自動化系統(tǒng)。現場環(huán)境十分惡劣，對設備損傷較大，使得設備會經常出現一些故障，例如有皮帶跑偏、打滑及撕裂等等。供料系統(tǒng)由于處在一個電網中，設備不能同時啟動，必須有次序的啟動和停止。如果供料系統(tǒng)在運行過程中某單體設備出現故障，則該設備及應按照順序停止的設備同時停止，并給出故障指示信號供工人們能夠準確的找出故障位置并排除故障，以減少供料系統(tǒng)設備維修時間。隨著冶煉廠規(guī)模的迅速擴大，供料控制系統(tǒng)的作用日益突出，而傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已無法滿足冶煉廠的需要，因此需要對傳統(tǒng)的冶煉廠供料系統(tǒng)進行改造。同時當今世界是一個信息技術高度發(fā)展的世界，信息貫穿社會的每個角落，現代化的工廠。建立全自動化的供料系統(tǒng)，不僅可以讓工人從惡劣的環(huán)境中、繁重的勞動中解放出來。而且可以通過建立控制網絡將相距較遠的各輸煤機架控制器相連，實現信息的相互傳遞，不僅保證了控制的時實性，可靠性，同時便于未來廠級或車間級的管理。傳統(tǒng)供料系統(tǒng)具有以下特點:（1）任務重。為了保證工業(yè)用料，供料系統(tǒng)必須始終處于運行狀態(tài)。（2）運行環(huán)境差、勞動強度大。由于各種因素造成供料系統(tǒng)運行環(huán)境惡劣、臟污，需要占用大量的輔助勞動力。（3）一次起動設備多，安全聯(lián)鎖要求高。同時起動的設備可高達4臺以上，在起動或停機過程中有嚴格的聯(lián)鎖要求。因此，冶煉生產應用自動化已經成為必然要求，其投入產出比顯著，且逐漸成為冶煉工業(yè)現代化的標志。1.2設計原則（1）增加了供料系統(tǒng)調整的靈活性。供料系統(tǒng)現場空間條件不完全相同，決定了傳輸線的結構各異，大多冶煉廠需要專門訂制一套適合自己供料線的系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)的設計、安裝、調試簡單，工作量小。（2）增加了供料系統(tǒng)的可靠性。供料系統(tǒng)所處現場一般條件較惡劣。PLC用軟件替代大量的繼電接觸器，外部僅剩下與輸入和輸出有關的少數硬件元件，且PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，因此可用于供料這種有強烈干擾的工業(yè)生產現場。（3）減少了供料系統(tǒng)的經濟開支。供料系統(tǒng)選用PLC作為控制系統(tǒng)的核心可以節(jié)省大量的費用。因為復雜控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的繼電接觸器，故配線少了很多且開關柜體積的縮小都可以節(jié)省下大量費用。1.3實訓目的1熟悉步進順控指令的編程方法；2掌握選擇性流程程序的編制；3掌握皮帶運輸機的程序設計及其外部接線。1.4控制要求設計一個用PLC控制的皮帶運輸機的控制系統(tǒng)。其控制要求如下：在建材、化工、機械、冶金、礦山等工業(yè)生產中廣泛使用皮帶運輸系統(tǒng)運送原料或物品。供料由電閥DT控制，電動機M1、M2、M3、M4分別用于驅動皮帶運輸線PD1、PD2、PD3、PD4。儲料倉設有空倉和滿倉信號，其動作示意簡圖如圖7.1所示，其具體要求如下：1正常起動，倉空或按自動起動按鈕時的起動順序為M1、DT、M2、M3、M4，間隔時間5s；2正常停止，為使皮帶上不留物料，要求順物料流動方向按一定時間間隔順序停止，即正常停止順序為DT、M1、M2、M3、M4，間隔時間5s；3故障后的起動，為避免前段皮帶上造成物料堆積，要求按物料流動相反方向按一定時間間隔順序起動，即故障后的起動順序為M4、M3、M2、M1、DT，間隔時間10s；4緊急停止，當出現意外時，按下緊急停止按鈕，則停止所有電動機和電磁閥；5具有點動功能。1.5分析控制要求題目中要求電動機分為正常啟動 故障啟動和正常停止三部分組成。 正常啟動由初始脈沖作為起始布轉化條件，根據正常啟動電磁閥與電動機的啟動順序DT M1 M2 M3 M4 來劃分步，由于間隔時間為5S 中間要用到時間繼電器，正常啟動時要有啟動按鈕同時還要給一個空倉信號，到車廂滿了時要有一個滿倉信號。 故障啟動首先要有一個故障啟動按鈕，然后根據M4 M3 M2 M1 DT的啟動順序劃分步，每一步之間要有一個定時器 同樣當車廂滿了時要給一個滿倉信號。正常啟動和故障啟動電動機和電磁閥都要用到SET指令，因為在正常停止時要讓電動機和電磁閥復位剛好對應用RST指令，正常停止根據停止順序DT M1 M2 M3 M4 來劃分步，每一步都用到RST指令使電動機與電磁閥信號置0為OFF停止指令完成后回到起始步S0礦石供料系統(tǒng)是冶煉廠的重要組成部分，其作用就是從 ： （1）增加了供料系統(tǒng)調整的靈活性。供料系統(tǒng)現場空間條件不完全相同，決定了傳輸線的結構各異，大多冶煉廠需要專門訂制一套適合自己供料線的系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)的設計、安裝、調試簡單，工作量小。（2）增加了供料系統(tǒng)的可靠性。供料系統(tǒng)所處現場一般條件較惡劣。PLC用軟件替代大量的繼電接觸器，外部僅剩下與輸入和輸出有關的少數硬件元件，且PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，因此可用于供料這種有強烈干擾的工業(yè)生產現場。（3）減少了供料系統(tǒng)的經濟開支。供料系統(tǒng)選用PLC作為控制系統(tǒng)的核心可以節(jié)省大量的費用。因為復雜控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的繼電接觸器，故配線少了很多且開關柜體積的縮小都可以節(jié)省下大量費用。礦石供料系統(tǒng)的組成供料控制系統(tǒng)一般由PLC、電氣執(zhí)行機構和上位機組成。電氣執(zhí)行機構負責控制的具體實施，它從PLC接收控制命令，然后相關的接觸器接點閉合或斷開，電路導通，設備獲得動力繼而進行動作。如果單體設備故障，操作人員可以通過控制面板來進行緊急停車，也可對設備進行手動停車操作。PLC是實現自動控制的核心，所有自動控制內容都通過對它的編程實現。礦石供料系統(tǒng)的控制與其它車間略有不同，它的設備較多且重復，通過對PLC的編程來實現諸多設備的控制使得電氣接線簡單許多，這是供料控制系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。本設計冶煉廠供料系統(tǒng)部分由4臺皮帶機、1臺給料器、1臺粉碎機、1臺篩選機等，來完成給料、粉碎、篩選、冶煉爐的工藝流程。為了保證供料系統(tǒng)的可靠性，即不能間斷輸料，實際的供料系統(tǒng)采用每一機架兩條皮帶運輸礦石（見圖2.1），當其中一條皮帶運輸機出現問題時，另一臺運輸機接替運行工作；或者由于運行時間條件或電動機過熱條件，兩運輸機輪流運行工作，但在這里只研究其簡單運行方式暫不考慮復雜方式。 1.5.1供料系統(tǒng)工藝流程當檢查好各設備正常情況后，按下啟動按鈕。供料器開始向一皮帶供料，一皮帶把礦石輸送到粉碎機，粉碎機把礦石料粉碎后經二皮帶輸送到篩選機，之后篩選機開始工作（篩選機內含有稱重傳感器），當礦石重量比設定值大時，其控制翻板的電動機正轉，將大塊的礦石通過三皮帶送回粉碎機重新加工粉碎，然后控制翻板的電動機反轉復位，規(guī)格符合要求的礦料直接通過四皮帶輸送到冶煉爐。當某設備需要臨時檢修時按下手動停止按鈕，該設備之前的設備按順序停止后該設備停止。又當某設備出現意外緊急停車時，按下手動緊急停止按鈕，此單體設備及其之前的設備同時緊急停止，并發(fā)出報警信號。在中控室設置組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其主要功能是負責和現場的PLC通信，實時監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行情況，并記錄數據以供分析。 1.5.2系統(tǒng)控制方案的確定所謂供料系統(tǒng)的正常運行過程，就是指礦石通過給料器經皮帶機、粉碎機及篩選機將礦石粉碎為標準規(guī)格，繼而運輸到冶煉爐的過程?，F將礦石供料系統(tǒng)的基本工藝結構。礦石供料系統(tǒng)分為：執(zhí)行機構、信號檢測機構、控制機構三大部分，具體為：(l) 執(zhí)行機構：執(zhí)行機構是由一組皮帶機、給料器、粉碎機、篩選機組成，它們用于將礦料輸送到冶煉爐，由多臺電機組成，電機只運行于啟、停，兩種工作狀態(tài)。(2) 信號檢測機構：在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括電機過流、過載信號、皮帶機跑偏、打滑、斷裂信號和礦料質量檢測信號。礦料質量檢測信號反映的是礦料一次性是否粉碎合格的信號，它是供料控制的主要反饋信號。另外，報警信號反映系統(tǒng)是否正常運行：電機是否過流、皮帶是否正常。(3) 控制機構：供料控制系統(tǒng)一般安裝在供料控制柜中，包括供料控制器(PLC系統(tǒng))和電控設備兩個部分。供料控制器是整個供料控制系統(tǒng)的核心。供料控制器直接對系統(tǒng)中的啟動、停止、報警信號進行采集，對來自人機接口和通訊接口的數據信息進行分析、實施控制算法，得出對執(zhí)行機構的控制方案，通過接觸器對執(zhí)行機構進行控制。根據本供料系統(tǒng)的結構，考慮到自動控制方式的先進性，穩(wěn)定性，可靠性和連續(xù)不停運行的特點，提出如下自控方案:(1)為該供料系統(tǒng)配置一臺PLC，分別控制這個系統(tǒng)在正常輸料狀態(tài)和出現意外狀態(tài)下的運行。(2)為該 PLC編制運行程序，以保證每個單體設備按生產工藝的要求自動運行。(3)選取相關傳感器與PLC連接，實時監(jiān)測各設備是否正常運行。當出現意外情況時，通過傳感器發(fā)出的信號與PLC共同使設備按順序停車。(4)每個單體設備均可在2種狀態(tài)下進行：1、由PLC控制正常運行2、出現意外時手動停車。(5)供料系統(tǒng)的控制操作和組態(tài)監(jiān)控:使用一臺PC機作為上位機，配有專為用戶開發(fā)的監(jiān)控軟件。用戶可以在PC機上控制供料系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況。礦石供料系統(tǒng)控制流程礦石供料系統(tǒng)控制流程如下:(l) 系統(tǒng)通電，當按下自動順序啟動按鈕后，首先啟動冶煉爐，當達到PLC定時器所設置的延時時間時，四皮帶開始工作，這期間冶煉爐一直處于運行狀態(tài)，同理下去，直至給料器上電工作，到此整個系統(tǒng)啟動完成。(2) 給料器將礦料輸出，后續(xù)設備依次負載運行，各檢測器件將檢測信號傳送到PLC，由其進行邏輯運算并通過輸出口輸出對設備的執(zhí)行信號。(3)系統(tǒng)處于自動運行狀態(tài)時，若傳感器檢測到的信號超出安全設定值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號并依次停車。如：給料器發(fā)生故障，直接停止給料器；粉碎機故障，停止給料器、一皮帶、粉碎機；二皮帶故障，停止給料器、一皮帶、粉碎機、二皮帶，其后類推。(4)系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時，若某設備發(fā)生意外情況，手動停車并將該設備的允許信號置0，此單體設備之前應該停止的設備同時停止。 1.6PLC的選型PLC是整個供料控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制以及對外的數據交換。因此我們在選擇PLC時，要考慮PLC的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素。 三菱FX2N、FX0N可編程序控制器的功能比較強大，可分為基本指令、步進梯形指令、應用指令。該可編程序控制器是由電源+CPU輸入輸出+程序存儲器（RAM）的單元型可編程序控制器。其主機稱為基本單元，為主機備有可擴展其輸入輸出點的“擴展單元（電源+I/O）”和“擴展模塊（I/O）”，此外，還可連接擴展設備,用于特殊控制。由于本設計礦石供料自動控制系統(tǒng)控制設備相對較少，因此選用三菱FX2N的結構緊湊，價格低廉，可靠性高，可擴展性好，具有豐富的通信指令。1.7實訓器材1可編程控制器1臺(FX2N-48MR)；2皮帶運輸機模擬顯示模塊1塊(帶指示燈、接線端口及按鈕等)；3實訓控制臺1個；4電工常用工具1套；5手持式編程器或計算機1臺；6連接導線若干。2輸入輸出分配2.1 I/O分配輸入輸出啟動X0DTY0急停X1M1Y1滿倉信號X2M2Y2空倉信號X3M3Y3故障啟動X4M4Y42.2外接線圖3順序功能圖的設計3.1發(fā)分步劃分步（1）將整個工作過程按工序分解正常啟動初始狀態(tài)S0M1啟動 S20DT啟動 S21M2啟動 S22M3啟動 S23M4啟動 S24故障啟動M4啟動 S25M3啟動 S26M2啟動 S27M1啟動 S28DT啟動 S29正常停止DT停止 S30M1停止 S31M2停止 S32M3停止 S33M4停止 S343.2動作的確定(2)對應每一步的動作正常啟動S0 S20 Y1為ON M1轉動S21 Y0為ON DT轉動S22 Y2為ON M2轉動S23 Y3為ON M3轉動S24 Y4為ON M4轉動故障啟動S25 Y4為ON M4轉動 S26 Y3為ON M3轉動S27 Y2為ON M2轉動S28 Y1為ON M1轉動S29 Y0為ON DT轉動正常停止S30 Y0為OFF DT停止S31 Y1為OFF M1停止S32 Y2為OFF M2停止S33 Y3為OFF M3停止S34 Y4為OFF M4停止 3.3轉換條件的確定S0 PLC上電之初由初始脈沖M8000與開關P0S20 X12給空倉信號S21 T0的常開觸點S22 T1的常開觸點 S23 T2的常開觸點S24 T3的常開觸點S25 X13給故障信號S26 T5的常開觸點S27 T6的常開觸點S28 T7的常開觸點S29 T8的常開觸點S30 X11給滿倉信號同時X2給正常停止信號 S31 T10的常開觸點S32 T11的常開觸點S33 T12的常開觸點S34 T13的常開觸點S0 T14的常開觸點3.4順序功能圖3.5步進梯形圖3.6指令表4系統(tǒng)的試調1輸入程序，按前面介紹的程序輸入方法，用手持式編程器(或計算機)正確輸入程序。2靜態(tài)調試，按圖7.3所示的系統(tǒng)接線圖正確連接好輸入設備，進行PLC的模擬靜態(tài)調試，并通過手持式編程器(或計算機)監(jiān)視，觀察其是否與控制要求一致，否則，檢查并修改、調試程序，直至指示正確。3動態(tài)調試，按圖7.3所示的系統(tǒng)接線圖正確連接好輸出設備，進行系統(tǒng)的動態(tài)調試，先調試手動程序，后調試自動程序，觀察指示燈能否按控制要求動作，并通過手持式編程器(或計算機)監(jiān)視，觀察其是否與控制要求一致，否則，檢查線路或修改程序，直至指示燈能按控制要求動作。5發(fā)展前景隨著石油、勞動力、環(huán)保及各種費用的快速上漲，在煤炭、冶金、有色金屬和水泥等礦山中，車輛的運輸成本快速增高。帶式輸送機越來越顯示出它的集約化、自動化、連續(xù)化、高速化、簡單化、清潔化、環(huán)?；?、安全化等突出的綜合優(yōu)勢。近年來，比較大型的正規(guī)礦山，物料輸送基本都采用了帶式輸送機。隨著液壓自動漲緊技術、轉彎技術、膠帶防跑偏技術、監(jiān)控技術，尤其是變頻技術在帶式輸送機的應用，長距離、大運量、高速度帶式輸送機的可靠性、安全性都得到了大幅度提高，轉彎多，上運和下運，膠帶的翻轉等關鍵技術都得到了很好的解決。國內近年來新安裝運行數千米長的帶式輸送機已經很多，例如江蘇句容臺泥水泥有限公司礦山的帶式輸送機，總長15.83km，帶速4.37米/秒，1997年開始運行至今，狀況良好。進一步減小礦山長距離帶式輸送機的投資和運營成本，是需要繼續(xù)探討和研究的一個課題。我國加入WTO以后，帶式輸送機技術的引進吸收很快，已經基本與國外看齊，設計和實際應用技術已經日趨成熟。但是，帶式輸送機設計的配置功率都比較大。隨著配置功率的增大，膠帶、減速機、頭架、尾架、托輥支架、變頻裝置等所有的相關部件和電器元件都需要增加強度和容量，就造成了投資成本的大幅度增加；運營時電力的浪費、膠帶的磨損、噪音的污染、維修的人力和物力耗費以及不可預測的故障停機等費用更高。這兩種現象是一種“看不見的戰(zhàn)線”，“偷走了”帶式輸送機大量的投資和運營費用，并且嚴重制約著整機性能參數和技術水平的提高。為了地球的綠色環(huán)保，為了企業(yè)的節(jié)能增效，為了行業(yè)的技術進步，為了社會的和諧安定，讓我們一起轉變舊的觀念，開創(chuàng)新的科技，完成新的使命，將帶式輸送機的技術性能推向新的世紀。結束語本論文設計的是一套基于PLC的冶煉廠礦石供料系統(tǒng)，該設計主要是針對礦石供料系統(tǒng)正常情況下系統(tǒng)啟動和停止環(huán)節(jié)的順序控制方案的解決。當系統(tǒng)接收到順序啟動信號時，由于設備處于同一個電網中及工藝過程的實際需要，先啟動冶煉爐然后依次啟動直至給料器啟動完畢時整個啟動過程完畢。順序停止過程也類似，先停止給料器最后停止冶煉爐當某單體設備需要臨時檢修時，系統(tǒng)將跳入執(zhí)行手動停止子程序，在此手動停止子程序中，為了避免堆料現象發(fā)生應先停止該單體設備之前應順序停止的設備然后再停止此設備。又當某單體設備處出現緊急意外情況時，系統(tǒng)將跳入執(zhí)行緊急停止子程序，因為是緊急停止，所以在此緊急停止子程序中，就不像手動停止那樣依次停止設備后再停止該設備，而是該設備及其之前應按順序停止的設備同時停止，這樣實現了最短時間內停止的問題，減小意外發(fā)生的程度。且意外發(fā)生按下緊急停止時，有相應的輸出端口輸出信號來啟動報警指示燈，這樣達到了報警的控制效果。畢業(yè)設計作為本階段的一個最重要的理論和實際相結合的學習過程，是檢測自己對本專業(yè)知識及技能理解與掌握的綜合匯總。設計中我發(fā)現自己學習還有欠缺，知識面有待提高，實際應用能力有待提高。在以后的工作和生活中，我會不斷的完善自己，爭取獲得更好的成績。 參考文獻1 王炳實.機床電氣控制.北京：機械工業(yè)出版社，20082方程遠.工廠電氣控制.北京：機械工業(yè)出版社，20053黃云龍.可編程控制教程.北京：科學出版社， 20034張進秋.可編程控制器原理與應用實例.北京：機械工業(yè)出版社，20045廖常初.FX系列PLC編程及應用.北京;機械工業(yè)出版社，20066謝偉紅等.可編程控制原理及應用.北京:中國電力出版社20067孫振強.可編程控制原理及應用教程.北京:清華大學出版社,2005