PLC传送带设计说明

./课程设计学期：2014~2015学年第一学期课程名称：综合训练年级：2012级专业：机电一体化技术班级：学号:8学生姓名：周山院系：机械工程与电气自动化学院日期：.目录TOC\o"1-3"\h\u5782摘要13629绪论28553皮带运输机PLC控制设计364331.控制要求的分析设计思路3326111.2设计原则4325911.3实训目的5221811.5分析控制要求6158131.6PLC的选型11106701.7实训器材1120562输入输出分配12135432.1I/O分配1230552.2外接线图1334843顺序功能图的设计13218193.1发分步13137263.2动作的确定14223103.3转换条件的确定15125843.4顺序功能图1749313.5步进梯形图18227183.6指令表20205684系统的试调22120565发展前景2210529结束语24859参考文献25.摘要皮带运输机是一种有牵引件的连续运输设备,主要用在煤炭、冶金、有色金属和水泥等矿山中,车辆的运输成本快速增高。带式输送机越来越显示出它的集约化、自动化、连续化、高速化、简单化、清洁化、环保化、安全化等突出的综合优势。主要用来运送块状、粒状和散状等物料和成件的货物,广泛的应用于工业生产中。传统的皮带运输机调速系统大部分是人工手动或半自动调速的,应用在皮带运输机上的直流电机存在动态性能差、故障率高、维护困难等缺点；本文就是采用PLC和变频器相结合的控制技术来提高生产效率的设计。本文针对系统的主令控制器、转速传感器和皮带运输机部分进行了阐述,变频器、可编程控制器、三相异步电机部分进行了设计。实现了转速传感器直接检测到皮带运输机的速度,通过信号传输线路传输到主令控制器中。主令控制器接收转速传感器的数据,按照一定的控制规律做出指示,对变频器进行动作,从而使三相异步电动机的转速发生变化的功能。关键词PLC皮带运输机绪论传统的冶炼厂矿石供料控制系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统。但随着冶炼厂规模的扩大,对矿石的需求量大大提高,传统的供料系统已无法满足冶炼厂的需要。本文在对传统供料控制系统进行了认真的分析与研究后,结合相关理论和技术,制定出一套由PLC为控制核心的皮带传输供料控制系统。为了实现供料系统的稳定运行,处理诸如皮带跑偏、打滑及撕裂等问题,在主电路中用传感器检测故障信号,软件中调用相应传感器检测到的故障信号处理子程序并执行处理。运用皮带运输线进行矿石供料大大提高了工作效率。在PLC中应用子程序的方式,不仅便于实现多种运行方式,而且大大提高了程序的可维护性和可靠性。经过实验室供料控制系统的仿真,表明了该供料控制系统运行的正确性、实用性。皮带运输机PLC控制设计1.控制要求的分析设计思路1.1设计方案传统的冶炼厂矿石供料控制系统是一种基于继电接触器人工手动方式的半自动化系统。现场环境十分恶劣,对设备损伤较大,使得设备会经常出现一些故障,例如有皮带跑偏、打滑及撕裂等等。供料系统由于处在一个电网中,设备不能同时启动,必须有次序的启动和停止。如果供料系统在运行过程中某单体设备出现故障,则该设备及应按照顺序停止的设备同时停止,并给出故障指示信号供工人们能够准确的找出故障位置并排除故障,以减少供料系统设备维修时间。随着冶炼厂规模的迅速扩大,供料控制系统的作用日益突出,而传统的控制系统已无法满足冶炼厂的需要,因此需要对传统的冶炼厂供料系统进行改造。同时当今世界是一个信息技术高度发展的世界,信息贯穿社会的每个角落,现代化的工厂。建立全自动化的供料系统,不仅可以让工人从恶劣的环境中、繁重的劳动中解放出来。而且可以通过建立控制网络将相距较远的各输煤机架控制器相连,实现信息的相互传递,不仅保证了控制的时实性,可靠性,同时便于未来厂级或车间级的管理。传统供料系统具有以下特点:〔1任务重。为了保证工业用料,供料系统必须始终处于运行状态。〔2运行环境差、劳动强度大。由于各种因素造成供料系统运行环境恶劣、脏污,需要占用大量的辅助劳动力。〔3一次起动设备多,安全联锁要求高。同时起动的设备可高达4台以上,在起动或停机过程中有严格的联锁要求。因此,冶炼生产应用自动化已经成为必然要求,其投入产出比显著,且逐渐成为冶炼工业现代化的标志。1.2设计原则〔1增加了供料系统调整的灵活性。供料系统现场空间条件不完全相同,决定了传输线的结构各异,大多冶炼厂需要专门订制一套适合自己供料线的系统,PLC系统的设计、安装、调试简单,工作量小。〔2增加了供料系统的可靠性。供料系统所处现场一般条件较恶劣。PLC用软件替代大量的继电接触器,外部仅剩下与输入和输出有关的少数硬件元件,且PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,因此可用于供料这种有强烈干扰的工业生产现场。〔3减少了供料系统的经济开支。供料系统选用PLC作为控制系统的核心可以节省大量的费用。因为复杂控制系统使用PLC后,可以减少大量的继电接触器,故配线少了很多且开关柜体积的缩小都可以节省下大量费用。1.3实训目的1．熟悉步进顺控指令的编程方法；2．掌握选择性流程程序的编制；3．掌握皮带运输机的程序设计及其外部接线。1.4控制要求设计一个用PLC控制的皮带运输机的控制系统。其控制要求如下：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线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7.1所示,其具体要求如下：1．正常起动,仓空或按自动起动按钮时的起动顺序为M1、DT、M2、M3、M4,间隔时间5s；2．正常停止,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；5．具有点动功能。1.5分析控制要求题目中要求电动机分为正常启动故障启动和正常停止三部分组成。正常启动由初始脉冲作为起始布转化条件,根据正常启动电磁阀与电动机的启动顺序DTM1M2M3M4来划分步,由于间隔时间为5S中间要用到时间继电器,正常启动时要有启动按钮同时还要给一个空仓信号,到车厢满了时要有一个满仓信号。故障启动首先要有一个故障启动按钮,然后根据M4M3M2M1DT的启动顺序划分步,每一步之间要有一个定时器同样当车厢满了时要给一个满仓信号。正常启动和故障启动电动机和电磁阀都要用到SET指令,因为在正常停止时要让电动机和电磁阀复位刚好对应用RST指令,正常停止根据停止顺序DTM1M2M3M4来划分步,每一步都用到RST指令使电动机与电磁阀信号置0为OFF停止指令完成后回到起始步S0矿石供料系统是冶炼厂的重要组成部分,其作用就是从：〔1增加了供料系统调整的灵活性。供料系统现场空间条件不完全相同,决定了传输线的结构各异,大多冶炼厂需要专门订制一套适合自己供料线的系统,PLC系统的设计、安装、调试简单,工作量小。〔2增加了供料系统的可靠性。供料系统所处现场一般条件较恶劣。PLC用软件替代大量的继电接触器,外部仅剩下与输入和输出有关的少数硬件元件,且PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,因此可用于供料这种有强烈干扰的工业生产现场。〔3减少了供料系统的经济开支。供料系统选用PLC作为控制系统的核心可以节省大量的费用。因为复杂控制系统使用PLC后,可以减少大量的继电接触器,故配线少了很多且开关柜体积的缩小都可以节省下大量费用。矿石供料系统的组成供料控制系统一般由PLC、电气执行机构和上位机组成。电气执行机构负责控制的具体实施,它从PLC接收控制命令,然后相关的接触器接点闭合或断开,电路导通,设备获得动力继而进行动作。如果单体设备故障,操作人员可以通过控制面板来进行紧急停车,也可对设备进行手动停车操作。PLC是实现自动控制的核心,所有自动控制容都通过对它的编程实现。矿石供料系统的控制与其它车间略有不同,它的设备较多且重复,通过对PLC的编程来实现诸多设备的控制使得电气接线简单许多,这是供料控制系统发展的一种趋势。本设计冶炼厂供料系统部分由4台皮带机、1台给料器、1台粉碎机、1台筛选机等,来完成给料、粉碎、筛选、冶炼炉的工艺流程。为了保证供料系统的可靠性,即不能间断输料,实际的供料系统采用每一机架两条皮带运输矿石〔见图2.1,当其中一条皮带运输机出现问题时,另一台运输机接替运行工作；或者由于运行时间条件或电动机过热条件,两运输机轮流运行工作,但在这里只研究其简单运行方式暂不考虑复杂方式。1.5.1供料系统工艺流程当检查好各设备正常情况后,按下启动按钮。供料器开始向一皮带供料,一皮带把矿石输送到粉碎机,粉碎机把矿石料粉碎后经二皮带输送到筛选机,之后筛选机开始工作〔筛选机含有称重传感器,当矿石重量比设定值大时,其控制翻板的电动机正转,将大块的矿石通过三皮带送回粉碎机重新加工粉碎,然后控制翻板的电动机反转复位,规格符合要求的矿料直接通过四皮带输送到冶炼炉。当某设备需要临时检修时按下手动停止按钮,该设备之前的设备按顺序停止后该设备停止。又当某设备出现意外紧急停车时,按下手动紧急停止按钮,此单体设备及其之前的设备同时紧急停止,并发出报警信号。在中控室设置组态监控系统,其主要功能是负责和现场的PLC通信,实时监测整个系统的运行情况,并记录数据以供分析。1.5.2系统控制方案的确定所谓供料系统的正常运行过程,就是指矿石通过给料器经皮带机、粉碎机及筛选机将矿石粉碎为标准规格,继而运输到冶炼炉的过程。现将矿石供料系统的基本工艺结构。矿石供料系统分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分,具体为：<l>执行机构：执行机构是由一组皮带机、给料器、粉碎机、筛选机组成,它们用于将矿料输送到冶炼炉,由多台电机组成,电机只运行于启、停,两种工作状态。<2>信号检测机构：在系统控制过程中,需要检测的信号包括电机过流、过载信号、皮带机跑偏、打滑、断裂信号和矿料质量检测信号。矿料质量检测信号反映的是矿料一次性是否粉碎合格的信号,它是供料控制的主要反馈信号。另外,报警信号反映系统是否正常运行：电机是否过流、皮带是否正常。<3>控制机构：供料控制系统一般安装在供料控制柜中,包括供料控制器<PLC系统>和电控设备两个部分。供料控制器是整个供料控制系统的核心。供料控制器直接对系统中的启动、停止、报警信号进行采集,对来自人机接口和通讯接口的数据信息进行分析、实施控制算法,得出对执行机构的控制方案,通过接触器对执行机构进行控制。根据本供料系统的结构,考虑到自动控制方式的先进性,稳定性,可靠性和连续不停运行的特点,提出如下自控方案:<1>为该供料系统配置一台PLC,分别控制这个系统在正常输料状态和出现意外状态下的运行。<2>为该PLC编制运行程序,以保证每个单体设备按生产工艺的要求自动运行。<3>选取相关传感器与PLC连接,实时监测各设备是否正常运行。当出现意外情况时,通过传感器发出的信号与PLC共同使设备按顺序停车。<4>每个单体设备均可在2种状态下进行：1、由PLC控制正常运行2、出现意外时手动停车。<5>供料系统的控制操作和组态监控:使用一台PC机作为上位机,配有专为用户开发的监控软件。用户可以在PC机上控制供料系统以及监测系统的运行情况。矿石供料系统控制流程矿石供料系统控制流程如下:<l>系统通电,当按下自动顺序启动按钮后,首先启动冶炼炉,当达到PLC定时器所设置的延时时间时,四皮带开始工作,这期间冶炼炉一直处于运行状态,同理下去,直至给料器上电工作,到此整个系统启动完成。<2>给料器将矿料输出,后续设备依次负载运行,各检测器件将检测信号传送到PLC,由其进行逻辑运算并通过输出口输出对设备的执行信号。<3>系统处于自动运行状态时,若传感器检测到的信号超出安全设定值时,系统会发出报警信号并依次停车。如：给料器发生故障,直接停止给料器；粉碎机故障,停止给料器、一皮带、粉碎机；二皮带故障,停止给料器、一皮带、粉碎机、二皮带,其后类推。<4>系统处于手动状态时,若某设备发生意外情况,手动停车并将该设备的允许信号置0,此单体设备之前应该停止的设备同时停止。1.6PLC的选型PLC是整个供料控制系统的核心,它要完成对系统中所有输入信号的采集、所有输出单元的控制以及对外的数据交换。因此我们在选择PLC时,要考虑PLC的指令执行速度、指令丰富程度、存空间、通讯接口及协议、带扩展模块的能力和编程软件的方便与否等多方面因素。三菱FX2N、FX0N可编程序控制器的功能比较强大,可分为基本指令、步进梯形指令、应用指令。该可编程序控制器是由电源+CPU＋输入输出+程序存储器〔RAM的单元型可编程序控制器。其主机称为基本单元,为主机备有可扩展其输入输出点的"扩展单元〔电源+I/O"和"扩展模块〔I/O",此外,还可连接扩展设备,用于特殊控制。由于本设计矿石供料自动控制系统控制设备相对较少,因此选用三菱FX2N的结构紧凑,价格低廉,可靠性高,可扩展性好,具有丰富的通信指令。1.7实训器材1．可编程控制器1台<FX2N-48MR>；2．皮带运输机模拟显示模块1块<带指示灯、接线端口及按钮等>；3．实训控制台1个；4．电工常用工具1套；5．手持式编程器或计算机1台；6．连接导线若干。2输入输出分配2.1I/O分配输入输出启动X0DTY0急停X1M1Y1满仓信号X2M2Y2空仓信号X3M3Y3故障启动X4M4Y42.2外接线图3顺序功能图的设计3.1发分步划分步〔1将整个工作过程按工序分解正常启动初始状态S0M1启动S20DT启动S21M2启动S22M3启动S23M4启动S24故障启动M4启动S25M3启动S26M2启动S27M1启动S28DT启动S29正常停止DT停止S30M1停止S31M2停止S32M3停止S33M4停止S343.2动作的确定<2>对应每一步的动作正常启动S0S20Y1为ONM1转动S21Y0为ONDT转动S22Y2为ONM2转动S23Y3为ONM3转动S24Y4为ONM4转动故障启动S25Y4为ONM4转动S26Y3为ONM3转动S27Y2为ONM2转动S28Y1为ONM1转动S29Y0为ONDT转动正常停止S30Y0为OFFDT停止S31Y1为OFFM1停止S32Y2为OFFM2停止S33Y3为OFFM3停止S34Y4为OFFM4停止3.3转换条件的确定S0PLC上电之初由初始脉冲M8000与开关P0S20X12给空仓信号S21T0的常开触点S22T1的常开触点S23T2的常开触点S24T3的常开触点S25X13给故障信号S26T5的常开触点S27T6的常开触点S28T7的常开触点S29T8的常开触点S30X11给满仓信号同时X2给正常停止信号S31T10的常开触点S32T11的常开触点S33T12的常开触点S34T13的常开触点S0T14的常开触点3.4顺序功能图3.5步进梯形图3.6指令表4系统的试调1输入程序,按前面介绍的程序输入方法,用手持式编程器<或计算机>正确输入程序。2．静态调试,按图7.3所示的系统接线图正确连接好输入设备,进行PLC的模拟静态调试,并通过手持式编程器<或计算机>监视,观察其是否与控制要求一致,否则,检查并修改、调试程序,直至指示正确。3．动态调试,按图7.3所示的系统接线图正确连接好输出设备,进行系统的动态调试,先调试手动程序,后调试自动程序,观察指示灯能否按控制要求动作,并通过手持式编程器<或计算机>监视,观察其是否与控制要求一致,否则,检查线路或修改程序,直至指示灯能按控制要求动作。5发展前景随着石油、劳动力、环保及各种费用的快速上涨,在煤炭、冶金、有色金属和水泥等矿山中,车辆的运输成本快速增高。带式输送机越来越显示出它的集约化、自动化、连续化、高速化、简单化、清洁化、环保化、安全化等突出的综合优势。近年来,比较大型的正规矿山,物料输送基本都采用了带式输送机。随着液压自动涨紧技术、转弯技术、胶带防跑偏技术、监控技术,尤其是变频技术在带式输送机的应用,长距离、大运量、高速度带式输送机的可靠性、安全性都得到了大幅度提高,转弯多,上运和下运,胶带的翻转等关键技术都得到了很好的解决。国近年来新安装运行数千米长的带式输送机已经很多,例如句容台泥水泥矿山的带式输送机,总长15.83km,带速4.37米/秒,1997年开始运行至今,状况良好。进一步减小矿山长距离带式输送机的投资和运营成本,是需要继续探讨和研究的一个课题。我国加入WTO以后,带式输送机技术的引进吸收很快,已经基本与国外看齐,设计和实际应用技术已经日趋成熟。但是,带式输送机设计的配置功率都比较大。随着配置功率的增大,胶带、减速机、头架、尾架、托辊支架、变频装置等所有的相关部件和电器元件都需要增加强度和容量,就造成了投资成本的大幅度增加；运营时电力的浪费、胶带的磨损、噪音的污染、维修的人力和物力耗费以及不可预测的故障停机等费用更高。这两种现象是一种"看不见的战