毕业设计(论文)--皮带运输机的控制系统plc控制.docx

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。