皮带运输机的控制系统plc控制.doc

河北能源职业技术学院

毕业设计

课 题：皮带运输机的控制系统PLC控制
学 号：
姓 名：
学 院： 河北能源职业技术学院
专 业： 电气自动化
班 级： 车辆工程2010级3班
指导教师：
设计日期： 年 月 日

摘 要
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 针对中小型皮带运输机的控制系统采用继电器控制存在可靠性差、劳动力强度大、生产效率低的问题，开发一种基于PLC的皮带运输机控制装置。本控制系统选用CPM2A系列PLC作为控制器。在硬件电路设计中，完成PLC选型及外部低压电器的选用，设计了硬件接线图，提出了接线要求，使之具有控制和保护作用。在软件设计中，给出了程序流程图，并设计出梯形图程序。将硬件和软件有机结合，使控制系统运行可靠，打到预期的设计目的。

关键词：皮带运输机 PLC 集中控制

目录

1 前言 ............................................................................................................... 3
1.1设计的目的和意义 ............................................................................. 3
1.2 皮带运输机的现状 ....... 3
1.3交流调速的发展概况 .......................................................................... 4
1.4 方案的确定 ......................................................................................... 4
1.5主要任务 ................ 5
2 皮带运输机的PLC控制系统的组成 .......................................................... 6
2.1基本原理 ............................................................................................. 6
2.2概述 .................. 6
2.2.1 三相异步电动机的选择 ......................................................... 7
2.2.2 变频器 ..................................................................................... 8
2.2.3 PLC控制器 ....... 11
2.2.4 其余部件 ............................................................................... 13
3 皮带运输机的PLC控制系统软件设计 .................................................... 15
3.1 控制系统软件的功能 ............................. 15
3.2 控制系统的主要指标 ....................................................................... 15
3.3 PLC程序设计 ................................................................................... 15
3.3.1 PLC编程器 ...................................... 15
3.3.2 MELSEC-F/ FX系统编程软件 .............................................. 17
3.3.3 安装FXGP-WIN-C编程软件 ................................................. 17
3.3.4 FXGP-WIN-C编程软件的应用 .............................................. 18
3.3.5设置编辑文件的路径 ............................................................ 19
3.3.6编辑文件的正确进入及存取 ................................................ 19
3.3.7文件程序编辑 ........................................................................ 20
3.3.8 设置通讯口参数 ......................................... 21
3.3.9 FXGP与PLC之间的程序传送 .............................................. 22
3.3.10 程序的运行与调试 ............................................................. 23
3.3.11退出系统 .............................................................................. 24
3.4 I/O地址分配如下表3-1 ......................................................... 24
4 结论 ......................................................................................................... 34
5 致谢 .................................................................................................... 35
6参考文献 ................................................................................................ 36
附录 ................................................................................................................. 37
梯形图 ......................................................... 37

1前言

1.1设计的目的和意义
冶金、煤矿、化工、机械、钢铁、建材、食品等工业生产中，需要广泛使用皮带运输机，它为企业的生产承担了绝大多数散料运输任务。
可编程控制器(PLC)是以微处理器技术为基础，综合计算机技术和自动化技术发展起来的一种新型工业控制器，广泛应用于工业生产的各个领域。由于PLC采用的控制系统或设备具有可靠性高,控制易于实现，系统设计灵括， 能在实验室进行现场模拟调试，编程简单，安装方便，较好的抗干扰能力,被誉为当代工业生产自动化的支柱之一，正在得到越来越广泛的应用。
利用PLC可以使皮带运输机的传动系统逐渐实现了全自动控制状态，并且使皮带运输机具有完善的控制特性及简易的操作、基本免维护的工作量，达到一种经济、安全、可靠且运行效率高的状况, 其独特的易于使用性、可靠性和灵活性越来越受到广大工程技术人员的青睐。对于港口、厂区广泛使用的皮带运输机，应用PLC控制，可以使皮带机生产线的控制更加灵活、可靠。通过PLC进行控制提高了企业生产的效率，为工业生产的进行节省了大量的人力、物力、财力。

1.2 皮带运输机的现状
电气传动技术以运动机械的驱动装置---电动机为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下完成电气传动自动控制系统，控制电动机的转矩和转速，将电能转换成机械能，实现工作机械的旋转运动或反复运动。
因电机的种类的不同，我们可以将分为直流电动机传动和交流电动机传动。自19世纪80年代起至19世纪末，工业上传动用的电动机一直被直流电机垄断，到了19世纪末，出现了三相电源和结构简单且坚固耐用的交流鼠笼型电机以后，交流电机才在不调速的领域代替了直流电动机传动装置。
对生产过程的监视和控制，在初级阶段是由人工进行的。工作人员凭自己的感官或借助于仪表等来监视生产过程，用头脑做出判断决策，并视情况进行必要的控制。在高级阶段，这种监视、判断决策和控制由机器承担，按照人们的意志自动完成，这是闭环自动控制。
国内外皮带输送机的发展现状：长距离、大运量、高速是带式输送机的最新发展方向。与其他运输设备(如机车类)相比，皮带输送机不仅具有长距离、大运量、连续运输的特点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中控制，经济效益十分明显。与其他设备相比，皮带输送机有以下优点： (1)输送物料种类广泛；(2)输送能力范围宽；(3)输送线路的适应性强；(4)灵活的装卸料，可以灵活实现一点或多点上料或卸料；(5)可靠性和安全性高；(6)费用低。 
国外皮带输送机发展趋势：国外皮带输送机技术的发展趋势主要表现在三个方面：(1)皮带输送机功能多元化、应用范围扩大化，如大倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；(2)皮带输送机本身的技术向长运距、大运量、高带速等大型皮带输送机方向发展；(3)皮带输送机本身关键零部件向高性能、高可靠性方向发展。在煤矿井下，由于受环境条件的限制，其皮带输送机的技术指标要比地面用带式输送机的指标为低。 

1.3交流调速的发展概况
交流变频调速的优越性早在20年代就已被人们所认识，但受到器件的限制，未能推广。50年代初，中小型感应电动机多采用晶闸管调压调速;大中型绕线式感应电动机采用晶闸管静止型电气串级调速系统。70年代发展起来的变频调速，比上述两种调速方式效率更高，性能更好。交流调速系统大致经历过三个阶段:
（1） 异步电动机调压调速系统；
（2） 串级调速系统；
（3） 变频调速系统。
80年代中期随着第三代电力半导体器件如:门极可关断晶闸管GTO、绝缘栅双极晶体管IGBT的相继出现，交流变频调速技术得到了飞速发展。日、美、德、英等在结合现代微处理器控制技术、电力电子技术、电机传动技术的基础上，推出了一系列的变频器，且不断进行更新换代.这些高精度、多功能、智能化的变频器将调速效率提高到了前所未有的水平。
国内皮带输送机的发展趋势：
（1） 大型化、智能化
为了适应高产高效集约化生产的需要，皮带输送机的运输能力要加大，控制自动化水平要提高，长运距、高带速、大运量、大功率是皮带输送机今后发展的必然趋势。
（2） 提高关键零部件的性能和可靠性
设备开机率的高低主要取决于输送机关键零部件的性能和可靠性。而要提高关键零部件的性能和可靠性，除了进一步完善和提高现有零部件的性能和可靠性外，还要不断开发研究新的技术和零部件，如高性能可控软启动技术、动态分析与监控技术、高效储带装置、快速自移机尾、高寿命托辊等，使带式输送机的性能进一步提高。
（3） 扩大功能、一机多用化
皮带输送机是一种理想的连续运输设备，但目前其效能还没有充分发挥，资源有所浪费。如将皮带输送机结构作适当修改，并采取一定的安全措施，就可拓展到运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。
（4）开发专用机种 
中国煤矿的地质条件差异较大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角(>25°)直至垂直提升、长运距下运带式输送机等，而有些场合常规的带式输送机是无法满足要求的。为了满足煤矿井下的某些特殊要求，应开发满足这些特殊要求带式输送机，如波纹挡边输送机、管状带式输送机、平面转弯带式输送机、线摩擦多驱动带式输送机、大倾角上运带式输送机、打倾角下运带式输送机等。 
矿井开采是整个国家乃至世界的工业基础，而其产品运输又是最重要的工序之一，它的成本直接关系到工业各部门。所以，世界各国都在不断的改革矿井运输问题。

1.4 方案的确定
随着工业水平的发展，人们对皮带运输机自动控制程度要求越来越高，一般的自动控制方案有继电器控制、单片机控制、PLC控制等。但是用复杂的继电器控制的，存在可靠性差、可塑性差、接线复杂、自动化程度低等一系列缺点，并且为了在日益激烈的竞争中提高市场竞争力，采用PLC的改造势在必行；有的也采用单片机作为控制单元，但是单片机开发周期较长，抗干扰性差，可靠性低、灵活性差，选用PLC作为控制单元是较为合适的方案。本文提出了利用PLC控制系统构成控制系统的见解与方法，给出了控制系统软、硬件结构的设计方案。 
我认为本系统采用PLC软件控制它具有以下优点： 
(1) 抗干扰能力强、可靠性高； 
(2) 模块化组合结构，使系统构成十分灵活； 
(3) 编程语言简单易学，便于掌握能进行在线修改； 
(4) 柔性好体积小，维护方便。

1.5 PLC控制器
1.PLC概述
可编程程序控制器(Programable  controller )因为早期主要应用于开关量的控制，因此也称为PLC(Programable Logic controller )即是可编程逻辑控制器。现代的可编程控制器是以微处理器为基础，高度集成的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。 
PLC自问世以来，经过20年的发展，己经成为最受欢迎的工业控制类产品。它之所以高速发展，除了工业自动化的客观需求外，还有许多独特的优点。它较好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。
2.典型的PLC控制功能有以下几点: 
（1）顺序控制； 
（2）过程控制； 
（3）数据处理； 
（4）通信联网和显示打印。 
3. PLC的基本组成与各部分的作用
PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

PLC的硬件系统结构如图所示：

（1）主机 
主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。
（2）输入/输出（I/O）接口 
I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。
（3）电源 
图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。 
（4）编程器 
编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监视PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。 
（5）输入/输出扩展单元 
I/O扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。 
（6）外部设备接口 
此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。

2皮带运输机的控制系统PLC控制设计

2.1设计内容
图1皮带运输机的控制系统作示意简图
在建材、化工、机械、冶金、矿山等工业生产中广泛使用皮带运输系统运送原料或物品。供料由电阀DT控制，电动机M1、M2、M3、M4分别用于驱动皮带运输PD1、PD2、PD3、PD4。储料仓设有空仓和满仓信号，其动作示意简图如图1所示。系统设有自动/手动转换开关SA。
2.2控制要求
1、手动运行
供料电磁阀DT、PD1、PD2、PD3、PD4可以单独起动、停止，相互无任何关联。
2、自动运行
（1） 系统正常情况下，空仓或按自动起动按钮时的起动顺序为M4 、M3 、M2、M1、DT间隔时间5s；
（2）满仓或按停止按钮正常停止时，为使皮带上不留物料，要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止，即正常停止顺序为DT、M1、M2、M3、M4，间隔时间5s；
（3）故障后的起动，为避免前段皮带上造成物料堆积，要求按物料流动相反方向按一定时间间隔顺序起动，即故障后的起动顺序为M4、M3、M2、M1、DT，间隔时间10s；
（4）紧急停止，当出现意外时 ，按下紧急停止按钮，则停止所有电动机和电磁阀。
3、手动和自动相互转换时，先停设备。
目 录
第一章 总论 1
一、项目概况 1
二、项目提出的理由与过程 6
三、项目建设的必要性 8
四、项目的可行性 12
第二章 市场预测 15
一、市场分析 15
二、市场预测 16
三、产品市场竞争力分析 19
第三章 建设规模与产品方案 22
一、建设规模 22
二、产品方案 22
三、质量标准 22
第四章 项目建设地点 25
一、项目建设地点选择 25
二、项目建设地条件 25
第五章 技术方案、设备方案和工程方案 28
一、技术方案 28
二、产品特点 30
三、主要设备方案 32
四、工程方案 32
第六章 原材料与原料供应 35
一、原料来源及运输方式 35
二、燃料供应与运输方式 35
第七章 总图布置、运输、总体布局与公用辅助工程 37
一、总图布置 37
二、 运输 38
三、总体布局 38
四、公用辅助工程 39
第八章 节能、节水与安全措施 44
一、主要依据及标准 44
二、节能 44
三、节水 45
四、消防与安全 45
第九章 环境影响与评价 47
一、法规依据 47
二、项目建设对环境影响 48
三、环境保护措施 48
四、环境影响评价 49
第十章 项目组织管理与运行 50
一、项目建设期管理 50
二、项目运行期组织管理 52
第十一章 项目实施进度 55
第十二章 投资估算和资金筹措 56
一、投资估算 56
二、资金筹措 58
第十三章 财务评价与效益分析 61
一、项目财务评价 61
二、财务评价结论 65
三、社会效益 68
四、生态效益 68
第十四章 风险分析 70
一、主要风险分析识别 70
二、风险程度分析及防范风险的措施 70
第十五章 招标方案 72
一、招标范围 72
二、招标组织形式 72
三、招标方式 72
第十六章 结论与建议 74
一、可行性研究结论 74
二、建议 75
附 件 77
一、附表 77
二、附件 77
三、附图 77