皮带运输机的自动控制

1、 湖北工业大学自考本科毕业设计（论文）任务书题 目 皮带运输机的自动控制 院 别 机电工程学院 专 业 机电一体化技术 学生姓名 周力 指导教师 目录摘要·····································&

2、#183;·························3第一章 前言  1.1设计的目的及意义····················

3、····················4第二章 方案总体计划 2.1方案对比···························

4、;························52.2方案确定························

5、83;·························72.3设计标准·······················&

6、#183;··························72.4 设计任务·····················

7、3;····························8第三章 PLC可编程序控制器  3.1 PLC的定义················&#

8、183;·······························93.2 PLC的基本结构················&

9、#183;·························93.3 PLC的工作原理······················

10、···················123.4 PLC与继电器，微机的区别···························13第四章

11、 硬件的选择4.1PLC的选型···············································

12、83;·144.2皮带电动机的选型·········································154.3其它设备的选择···&#

13、183;········································16第五章 硬件连线PLC I/O地址分配·5.1电动机的控制接线···

14、······································185.2 PLC I/O地址分配·········&

15、#183;·······························195.3PLC接线图的设计················

16、;···························20第六章程序设计·····················&#

17、183;······································21第七章 总结··········

18、················································24摘要针对皮带运输机的

19、控制系统采用继电器控制，具有可靠性差，劳动强度大生产效率低的问题，开发一种基于PLC的皮带运输机的控制装置。本控制系统选用F1-40MR型PLC作为控制器。在硬件设计电路中完成PLC选型及外部低压电器的选用，设计了硬件接线图，提出来接线要求，使其拥有控制和保护功能。在软件设计中，设计了程序流程图，而且设计出梯形图程序。将硬件设施和软件设施有机的结合在一起，使控制系统运行可靠，达到预期的设计目的。AbstractAccording to the control of the belt conveyor systems use relay control, there are poor relia

20、bility, labor intensity, low efficiency of production, development based on PLC control device of the belt conveyor this control system chooses F1-40 MR type PLC controller hardware circuit design as the complete PLC selection and external low-voltage choose, design the hardware the wiring diagram,

21、out connection request, make have control and protection function in software design, design the program flow chart, and designs the ladder diagram program will hardware and software of the organic combination, is to control the system run reliably, reach the design purpose。第一章 前言1.1 设计的目的及意义在工业化的现在

22、，有很多场所需要用到皮带运输机，在建材，化工，冶金，矿山，纺织机械等工业领域，皮带运输机是不可缺少的工具。例如：码头物料搬运系统，实现机械化后，节约了大量的人力和物力，而且提高了劳动生产率。但是如果不能实现完全的自动控制，操作维护将会非常的艰难。因为码头场地大，设备多，粉尘大，长期的使用运行，故障率会很高，各种元件老化，维护和检修艰难的缺点，情况严重的会影响生产的正常进行。可编程控制器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。它将传统的控制系统与计算机技术结合在一起，拥有可靠性高，易于编程，灵活通用，使用方便等优点，因此近些年来被广泛的应用在工业生产的各个

23、领域。PLC的型号和生产厂家很多，但基本原理一样，尤其是梯形图和顺序功能图程序设计方法，对所有的PLC都是一样的。它是一个以微处理为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为工业现场应用而设计，采用可编程的存储器，用来执行顺序控制，逻辑运算，定时/计数和算术运算等操作指令，并通过模拟式或数字式的输入，输出接口，控制各种类型的机械生产过程。它克服了使用继电器，解除继电器控制系统中因为机械触点多，接线复杂，故障率高，维修复杂，功耗高灵活性差的缺点，充分使用了微处理器，在不改变硬件接线的条件下，通过改变程序的设置，便可改变被控制对象的运行方式的优点。尤其是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程知识，而

24、是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令，使用户编制程序形象更直观且方便易学；安装调试与检测也十分便捷。PLC的这些优点不仅大大提升了控制系统的灵活性，尤其是对那些需要经常改变生产工艺的自动流水线有着十分重要的意义，使它的运行更加安全，方便，快捷，准确。本文就对码头货船所用的皮带运输机系统应用PLC控制的程序和实验予以介绍。它比常规的继电器控制系统结构更为简化，同时因为采用了“软接线”的控制程序，系统的灵活性和可靠性都大大提高。在科技发达的现在，采用先进的生产方式和生产设备才能提高生产效率，降低生厂成本，适应社会的发展。第二章 方案总体计划2.1 方案对比 就目前的现状有以下几种控制方式满足

25、系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。(1) 继电器控制系统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流、电压、转速、时间以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和保护，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 的正常使用，查找和排除故障往往十分困难，虽然继电器本身价格不太昂贵，但是控制柜的安装工作量大，因此整个控制柜价格非常昂贵，灵活性差，响应速度慢。（2）单片机控制单片机作为一个大规模的集成电路。机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。它的低功耗、低电压和很强的控制功能，

26、使其成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，由于单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O接口连接。电器上硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。（3）工业控制计算机控制工业控制计算机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占有优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。并且外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷 电路板上导出，不如接线端子可靠。（4）PLC控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自已设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器硬件配制和设计外部接线图，同

27、时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和热线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可骗程控制（PLC）从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动的首选控制装置。 2.2 方案确

28、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。2.3设计标准图中的3条运输带顺序相连，为了避免运送的物料在2号和3号运输带上堆积，起动时应先起动下面的3号运输带，再起动上面的运输带。按下起动按钮后，3号运输带开始运行，过5s后2号运输带自动起动，再过5s 1号运输带自动起动。 图1.12.4 设计任务皮带传输系统由三部分组成

29、，每部分都由一台三项异步电动机带动，两端各有一个装料机和一个卸料机；任务要求：第一步 画出控制原理图。第二部 画出PLC梯形图。第三部 制作I/O分配表。第四部 分析程序的实现过程。第三章 PLC可编程控制器 3.1 PLC的定义 PLC（Programmable Logic Controller）是一种可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令。并且通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。3.2 PLC的基本结构 1 CPU在运算和控制中心中起“心脏”的作用：横：输入状态和输入信息从输入端口输入

30、，CPU将它们存入工作数据存储器中或者输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。组成：CPU由运算器、控制器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。2 存储器具有记忆功能的半导体电路。分系统程序存储器和用户存储器两类。系统程序存储器用来存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译

31、处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的。内容不可更改，断电不会消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。3输入/输出接口（1）输入接口：光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照

32、射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。（2）输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。三种类型：晶闸管输出：无触点、寿命长、交流负载继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载晶体管输出：无触点、寿

33、命长、直流负载4编程器编程器分为两种，一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。另一种是通过PLC的RS232口与计算机相连。然后敲击键盘，通过NSTP-GR软件（或WINDOWS下软件）向PLC内部输入程序。3.3 PLC的工作原理1PLC的循环扫描工作过程PLC实质上也是计算机控制系统，但它具有比计算机更强的与工业过程相连接的接口，有更适合工业控制要求的编程要求的编程语言。与其它计算机系统一样，PLC的CPU是采用分时操作的原理，每一时刻执行一个操作，随着时间的延伸一个动作接一个动作顺序地进行。这种分时操作进程称为CPU对程序的扫描。PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存

34、储器中按序号顺序排列。CPU从第一条指令开始，顺序逐条地执行用户程序，直到用户程序结束。然后，返回第一条指令开始新的一轮扫描。PLC就是这样周而复始地重复上述的扫描循环，如图1所示。除了执行用户程序之外，在每次扫描过程中还要完成输入、输出处理等工作。扫描一次所用的时间称为扫描周期。扫描周期与用户程序的长短和扫描速度有关，典型值为1100mm，在对I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置在I/O的处理结果上没有什么差别。PLC采用对整个程序循环执行的工作方式，也称循环扫描，即执行用户程序不是执行一次就结束，而是一遍一遍不停的循环执行。如用户程序不长，执行一次程序的时间足够短，那末扫描一次

35、程序所占的时间短到足以保证变量条件不变，即前一次扫描未捕捉到的某一变量的状态，保证在下一次扫描程序时该变量条件依然存在，这样，就可以解决程序顺序控制与被控对象控制条件之间存在不协调的矛盾。 图3.1 3.4 PLC与继电器控制系统、微机区别1PLC与继电器控制系统区别：前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。前者用“软件”，后者用“硬件”。2PLC与微机区别：前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者

36、为常用。3.梯形图语言特点：1每个梯形图由多个梯级组成。2梯形图中左右两边的竖线表示假想的逻辑电源。当某一梯级的逻辑运算结果为“1”有假想的电流通过。3继电器线圈只能出现一次，而它的常开、常闭触点可以出现无数次。4每一梯级的运算结果，立即被后面的梯级所利用。5输入继电器受外部信号控制。只出现触点，不出现线圈第四章 硬件的选择4.1 PLC的选型三菱公司的PLC是最早进入中国市场的产品，小型机FX2N是近几年推出的高功能整体式小型机。FX系列PLC具有庞大的家族。基本单元(主机)有FX0、FX0S、FXON、FX1、FX2、FX2C、FX1S、FX2N、FX2NC9个系列。每个系列又有14、16

37、、32、48、64、80、128点等不同输入输出点数的机型，每个系列还有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种输出形式。FX2N系列PLC是三菱公司高性能小型机的代表作，系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元后可达256点。FX2系列基本执行指令的速度为0.48s/步，用户程序存储器的容量可扩展至8K步。 FX2N系列PLC在我国应用比较广泛。通过对PLC的工作原理及性能的了解，并结合设计要求，设计中选择了FX2N系列的小型PLC。分析要求，可以确定需要12个输入点，手动工作时，分别为M1,M2,M3启动按钮，停止按钮，通常用于系统的检测维护；一个急停按钮；自动工作时，传感器开与关时的两个

38、不同信号输入以及停止按钮。因为有三台皮带机，故需要三个输出点。又为了便于日后的功能增加等因素，选择了48点的基本输入输出单元，因为输出的是220V的交流电，为了增加它的耐用性，采用了可控硅输出。综上所述，设计中最终选择了FX2N-48MS的PLC，这种PLC技术成熟，性能好，故障少，价格低廉，对于本项目又留有一定的余量，可以为以后改进留下余地。4.2 皮带电机的选型 本次设计中的电机采用普通的三项异步电动机，因为本系统中没有对电机的什么特别要求，因此选用普通的三相异步电机，本设计中选用Y2型异步电机。Y2系列电动机是我国20世纪90年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式

39、笼型电动机，包括基本设计系列（Y2系列）和提高效率设计系列（Y2E系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代Y系列的更新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现由Y系列向Y2系列过渡Y2系列电动机是我国20世纪90年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式笼型电动机，包括基本设计系列（Y2系列）和提高效率设计系列（Y2E系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代Y系列的更新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现由Y系列向Y2系列过渡。Y2系列电动机采用F级绝缘等级，但温升仍按B级绝

40、缘考核（除机座为315部分及355部分规格外），故电动机的温升裕度较大。防护等级提高到IP54，机座用平行垂直分布的散热筋，接线盒置于电动机机座的上方，以方便接线。Y2系列电动机在Y系列电动机的基础上改进了电磁和结构设计，降低了电机的噪声及振动，节约了材料，并使电动机结构更合理，外形新颖、美观。Y2系列电动机（除个别延伸的机座和规格外）的功率等级与安装尺寸的对应关系与Y系列电动机完全相同，有利于Y2系列电动机逐步取代Y系列电动机。Y2E系列电机是为了提高电动机效率而设计的系列产品，其满载效率比Y2系列提高1.79%，主要适用于运行时间长，负载率较高的各种机械设备上4.3 其它硬件选型4.3.1

41、 接触器选用CJ29-10/16型接触器 其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流相关元件主要技术参数及原理如下：(1) 操作频率为1200/h(2) 机电寿命为1000万次(3) 主触头额定电流为10/16（A）(4) 额定电压为380/220（V）(5) 功率为2.5KW4.3.2 热继电器选用JR16B-60/3D型热继电器其中“J”表示继电器，“D”带断相保护相关元件主要技术参数及原理如下：（1） 额定电流为20A（2） 热元件额定电流为32/44.3.3 空气开关 市面上的空气开关多种多样，以“DZ10-100/330 Ie=60A ”来说明各个参数的含义所在：DZ“自动”的反拼音10设计序号100是它的壳架等级3表示极数即三相3脱扣形式（0无脱扣器，1热脱扣器式，2电磁脱扣器式，3复式）0有无辅助触头（0无辅助触头，2有辅助触头）Ie=60A过电流调节 额定电流。要点：1、空气