毕业论文参考皮带运输机控制PLC课程设计1._plc课程设计皮带要点

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前言

PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它 采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各 种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系 统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。

皮带机是皮带输送机的简

本设计中采用 PLC 集中控制的办法,本设计中利用 PLC 简单可视化的程序, 采用了手动和自动控制的两种不同的控制方式。

本课程设计分为五章。第 1章主要介绍皮带运输机的相关概述, 第 2章介绍 皮带运输机控制方案确定, 第 3章介绍皮带运输机硬件设计, 第 4章介绍皮带运 输机软件设计,第 5章主要介绍皮带运输机软件调试结果。

目 录

前言....................................................................................................1 第 1章 皮带运输机概述...................................................................3 第 2章 皮带运输机控制方案.............................................................5 2.1 继电器控制..........................................................................5 2.2 微机控制................................................................................5 2.3 PLC控制.................................................................................5 2.4 方案确定..............................................................................5 第 3章 皮带运输机硬件设计.............................................................7 3.1 电路元件选择........................................................................7 3.2 主电路设计..........................................................................8 3.3PLC 接口电路设计.................................................................8 第 4章 皮带运输机软件设计.............................................................9 4.1 主程序设

计............................................................................9 4.2 自动子程序设计....................................................................9 4.3公用子程序设计....................................................................10 4.4 手动子程序设计..................................................................10 4.5 故障子程序设计...................................................................11 第 5章 皮带运输机软件调试............................................................11 5.1 公共调试....................................................................................11 5.2 软件调试....................................................................................11 5.3 系统联调...................................................................................12 第 1章 皮带运输机概述 1.1控制要求

皮带运输机由 4台皮带机组成, 4台皮带机分别用 4台电动机(M1~M4 拖动, 如图 1所示,控制要求如下: M1 M2 M3 M4 图 1 皮带运输机系统示意图

(1启动时先起动最末一台皮带机,经过 5S 延时,再依次起动其它皮带机: 1234555M M M M S S S −→−−→−−→−(2停止时应先停止第一台皮带机(M1,待料运送完毕后再依次停止其它皮 带机: 4321555M M M M S

S S −→−−→−−→−(3当某台皮带机发生故障时,该皮带机及其前面的皮带机立即停止,而该皮带 机后面的皮带机待料运完后才停止。例如当 M2故障时, M1、M2应立即停,经过 5S 延时后, M3停,再过 5S 后 M4停。

1.2皮带运输机简介及摘要

皮带传输机是一种连续运输机械, 也是一种通用机械。皮带传输机被广 泛应用在港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。即可以运送 散状物料, 也可以运送成件物品。工作过程中噪音较小,结构简单。皮带传输机 可用于水平或倾斜运输。皮带传输机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续 运输移动机械上。皮带传输机由皮带、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。在大型港口或大型冶金企业, 皮带 传输机得到最广泛的应用。其总长度可大十几千米。

普通皮带传输机的提升角度一般不大 20度 , 原因是当皮带运输机的倾角大 于 20度时对大多数的物料来讲都会发生物料下滑的情况,即物料在皮带上的摩 擦力过小发生下滑。对输送煤炭的皮带传输机一般提升角度不大于 15度,对输 送烧结球团的皮带传输机提升角度不大于 12度。如果物料相对粒度较小,其提 升角度可选较大值。特殊的皮带传输机其提升角度可大于 45度,其皮带的构造 是特殊制造的。

皮带传输机的驱动装置由单个或多个驱动滚筒驱动, 驱动电机也可以是单个 电机或多个电机驱动。一般驱动装置包括电动机、减速机、液力偶合器、制动器 或逆止器等组成。偶合器的作用是改善皮带传输机的启动性能。制动器和逆止器 是为了防止当皮带运输机停机时皮带向下滑动。

皮带传输机的电气保护和控制装置主要有:拉绳开关、皮带跑偏检测开关、皮带打滑检测、皮带防撕裂检测、料流检测、堵料检测、皮带秤。

皮带传输机所用的皮带有多种选择, 如钢芯带, 帆布芯带, 尼龙带, 聚脂带 等。对载荷较小的皮带传输机一般选择帆布带。如果皮带的载荷较大时可采用钢 芯带。所谓钢芯带是皮带中的芯部采用较细的钢丝绳承受载荷。

皮带传输机的输送能力可以为几百千克 /小时到万吨 /小时, 皮带的宽度可以 从 100-200mm 到 2600mm。

第 2章 皮带运输机控制方案

控制方案有:继电器控制系统、微机控制方式、PLC 控制方式 2.1 继电器控制

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, 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。

2.2 微机控制

微机控制也具有软硬件结合实现功能的特点, 而且目前的微机系统有专业的工控 机适用于工业控制环境,一 般维修人员难以掌握其维修技术,成本也较高。2.3 PLC控制

由于它采用的是程序指令实现半导体电路来控制, 运行十分稳定、可靠;由于它 内部有特定的计数器, 可实现对皮带运输机的步进控制, 又照顾到现场电气操作 维修人员的技能与习惯, 特别是 PLC 的程序编制, 不需要专门的计算机编程语言 知识, 而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式, 使用户程序编制 形象、直观、方便易学,调试与查错也都很方便。

2.4 方案确定

通过对多种设计方案的比较, 决定选择可编程控制系统, 相比于继电器系统, 它性能可靠性高,接线很简单,系统不复杂,易于维护,性能先进,易于改造。和单片机系统相比, 它编程简单, 易于掌握, 连线简单。工业控制计算机控制系 统性能先进, 但是价格昂贵, 系统复杂, 对于本系统而言实在是大材小用。综上 所述, 本次设计应选

择 PLC 控制更为合理。根据对自动配料皮带运输机控制要求 的分析,可以确定输入信号由启动、停止按钮 SB1、SB2,物料传感器 SL1、SL2、SL3共计 5点输入:输出信号为搅拌电机接触器 M0、传感器 M1、传送带接触器

M2、传送带寄存器 M3,进料电磁阀 A、进料电磁阀 B、放料电磁阀 C ,共计 7点。综合上述分析系统要求, 考虑到系统经济型和技术指标, 可选用三菱公司的 FX2N 系列 PLC ,机型为 FX2N-16MR。

该机基本单元有 8个开关量输入点, 8个开关量输出点,能够满足系统控制 要求。

按下启动按钮 X0, M20接通并自保, 同时使并联在第 2行及串联在第 3行的 M20动合触点闭合,此时 M0接通并自保,第 3行串联的动合触点(为开启进料 电磁阀 A 准备及串联在第 12行的 M0动断触点断开(切断执行皮带停止转动系 统 ,同时 M1接通并自保,使串联在第 4行的 M1动合触点闭合(为开启进料电 磁阀 B 作准备及串联在第 2行的 M1动断带触点断开(切断初始步系统,同 时使 Y4接通,物料 A 电磁阀打开,物料流入容器。

第 3章 皮带运输机硬件设计 3.1 电路元件选择

表 3-2 PLC I/O元件明细表

由题目给出的控制要求, 可以把顺序功能图分为 12步, 连同初始步共 13步。每 一步驱动相关的负载, 设计思路同 STL 顺序功能图一样, 图 4-2给出了用 M 代表 步的顺序功能图。需要注意的是 M7步的转换条件是料位露出下传感器,也就是 X4由 ON 变为 OFF ,所以转换条件应该是 X4,下面是与顺序功能图对应的梯形图 4-3.图中 X0为启动信号, X1为停止信号,如果启保停辅助继电器 M20为 ON , M0为 ON 后能马上状态转移, 系统继续工作:如果 M20为 OFF , M0为 ON 后不能转移, 系统停在初始步。编写梯形图时,必须把所有够使 M 为 ON 的条件全部考虑到, 比如 M0电路, M20为活动步情况下, T8为 ON 将会使 M0为 ON ,所以将 M12、T8的常开触点串联作为 M0的启动电路。可编程控制器开始运行时应将 M0置 ON , 否则系统无法正常运行, 故将 M20的常开触点与上述的电路并联, 并联后还应并 联上 M0的自保触点。M0后续步 M1为 ON 应将 M0线圈断开,所以后续步 M1的常 闭触点与 M0德 线圈串联。对于传送带的启动, 为了避免在前段运输皮带上造成无聊堆积,要求逆物料流动方向按一定时间间隔顺序启动 PD-

3、PD-

2、PD-1, 停止时, 为了使运输皮带上不残留物料, 要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺 序启动 PS-

1、PD-

2、PD-3, M7、M8两步都驱动负载 Y6,为了避免双线圈输出, 用 M7、M8的常开触点并联集中驱动 Y2。具体的程序分析过程见 4.4节。

以 M 为编程软件的顺序功能图和 S 为编程软件的顺序功能图一样, 一般情况下, 每一步为 ON 时都要驱动一定得负载,条件不满足活动不转移。在状态转移过程 中, 相邻两步的状态同时为 ON 一个周期, 对于那些不能同时接通的外部负载(如 正反接触器,为了保证安全,必须在外部设置硬件互锁。

3.2 主电路设计

3.3PLC 接口电路设计

由于学校 PLC 实验室所装 PLC 型号均为 S7-200 CPU224XP CN,考虑到硬件调试 的方便性,故 PLC 的型号定为 S7-200 CPU224XP CN。另外,由于此型号 PLC 自 带的输入点在实际应用时不够用,故需要外部扩展数字量输入模块(EM221CN 8×24V DC。具体 I/O接线图如图 3-2所示, 第 4章 皮带运输机软件设计 4.1 主程序设计 图 4-1 主程序 4.2 自动子程序设计

根据对自动配料皮带运输机控制要求的分析, 可以确定输入信号由启动、停 止按钮 SB1、SB2,物料传感器 SL1、SL2、SL3共计 5点输入:输出信号为搅拌 电机

接触器 M0、传感器 M1、传送带接触器 M2、传送带寄存器 M3, 进料电磁阀 A、进料电磁阀 B、放料电磁阀 C ,共计 7点。

图 4-2 自动子程序 4.3公用子程序设计

公用程序(如图 4-6 用于处理各种工作方式下都要执行的任务, 以及不同工作方 式之间相互切换的处理。

左限位开关 I1.0、上限位开关 I1.2的常开触点及抓紧限位开关 I0.7的常 闭触点串联电路接通时, “原点条件” M1.5为通电状态。当机械手处于原点状态 时, 在程序执行的第一个周期(SM0.1为 ON 或系统处于手动状态时, 初始步对应 的 M0.0被置位,为进入自动工作方式做好准备。如果此时 M1.5为 OFF ,亦即原 点条件不满足则 M0.0被复位, 初始步为不活动步, 按下启动按钮 I0.3也不能进 入下面的步,这时,系统将无法在自动方式下工作。

图 4-3 公用子程序 4.4 手动子程序设计

输出电路是自动程序的一部分,主要是对当前执行的步进行汇总,由输出点 输出以驱动外部设备。M1.6是急停条件, 当满足条件时, Q0.0~Q0.6全部复位, 机械手将停在急停瞬间的状态,急停信号由启动信号取消。

图 4-4 手动子程序

4.5 故障子程序设计 图 4-5 M1 故障子程序 图 4-6 M2 故障子程序 图 4-7 M3 故障子程序 图 4-8 M4 故障子程序 第 5 章 皮带运输机软件调试 5.1 公共调试 在上位机上编写好公用程序，对其进行编译，编译无错误后下载到 PLC 中。按照 PLC I/O 接线图接好，开始调试。首先打开 PLC 的上位机监控，然后开启 PLC 电源。当开关 I1.0 和开关 I1.2 动作且开关 I0.7 处于断开状态时，可以看 到 M1.5 线圈处于通电状态，此时打开开关 I0.0，线圈 M0.0 置位，打开自动程 序则可看到 M0.0 线圈处于通电状态，而且 M0.1～M1.2 均处于断电状态，按下启 动按钮 I0.3，无动

作。5.2 软件调试 将设计好的程 极管来显示，一般不用接 PLC 实际的负载(如接触器、电磁阀等。可以根据 功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点 的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否 符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确

变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应充分考虑各种可能的情 况，对系统各种不同的工作方式、有选择序列的功能表图中的每一条支路、各种 可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应及时修改梯形图和 PLC 中的程序，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要 求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在 调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调 试程序的同时，可以设计、制作控制台或控制柜，PLC 之外的其他硬件的安装、接线工作也可以同时进行。5.3 系统联调 输入继电器（X）PLC 的输入端 进制输入的地址，输入 X000 ～ X007，X010 ～X017，X020 ～X027。它们 一般位于机器的上端。输出继电器（Y）PLC 的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继 电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到 PLC 的输出端子上供 外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/ 常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进 制输出，输出为 Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027。它们一般位于机器 的下端。辅助继电器（M）：PLC 内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一 样，由 PLC 内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的 任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但 是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实 现。如下图中的 M300，它只起到一个自锁的功能。FX2N 中普遍途采用 M0～M499，在 共 500 点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅 助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。

结束语 这个学期开设了 PLC 实训的课程，跟以前所有开设的课程有很大的区别，这 门课程的灵活性很强，充分发挥自己的潜力；其实学习的过程当中并不一定要学 到多少东西，个人觉得开散思维怎样去学习，这才是最重要的，而这门课程恰好 体现了这一点。此次的实训以 以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过 程中最好要不停的改善，让我深切的认识到实践的重要性我会更加注重自己的操作能力和应变能力，多 与这个社会进行接触，让自己更早适应这个陌生的环境，相信在不久的将来，可 以打造一片属于自己的天地。经 过 一 周 的 实 训，首 先 我 们 都 很 喜 欢

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