PLC課程設計自動卸料爬斗

1、第一章、自動卸料爬斗的控制一、 自動卸料爬斗的概述有一物料傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)魉蛶瓦^來的物料提升到一定的高度，并自動翻斗，如下圖所示，爬斗由電動機m1拖動，將物料提升到上限后，由行程開關sq1控制自動翻斗卸料隨后反向下降，到達下限sq2的位置，停留20s，料斗下降到sq2位置的同時，啟動由電動機m2拖動的皮帶運輸機，向料斗加料，加料工作在20s內(nèi)完成，20s后，皮帶運輸機自動上升，如此不斷地循環(huán)。mm2222自動卸料爬斗原理圖1、 自動卸料爬斗的功能分析 自動卸料爬斗具有單步和連續(xù)開關，可以使系統(tǒng)實現(xiàn)單步和自動循環(huán)兩種工作方式；單步運行時，即可以隨時使爬斗上升，也可以使爬斗下降；循環(huán)工作時，應

2、按照皮帶運輸啟動-工作20s爬斗上升-sq1動作-自由爬斗動作-爬斗下降-皮帶運輸機啟動-順序連續(xù)工作；按下停止按鈕時，料斗可以停在隨意位置，啟動時可以使料斗隨意從上升或下降開始工作。系統(tǒng)有特定的指示燈指示爬料斗處于何種工作狀態(tài)，并且具有電氣保護和互鎖關聯(lián)。有報閘裝置。2、 自動卸料爬斗的控制原理在該裝置中，既要實現(xiàn)爬斗的上下運動，又要實現(xiàn)皮帶運輸機的運動，所以至少需要兩個獨立的步進電機；要實現(xiàn)爬斗的上下運動，則電動機1必須能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，而控制皮帶運輸機的電機只需要正轉(zhuǎn)即可，所以要實現(xiàn)電機的開關、正反轉(zhuǎn)，至少需要使用三個接觸器來控制電機的主電路；要想實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)停，則需要使用開關，要實現(xiàn)即可

3、單步運行又能循環(huán)運行，這需要轉(zhuǎn)換開關，要使電機可以在任意位置停下，則必須使用抱閘裝置，以防止爬斗下滑。當電動機到達最高處和最低處時，需要一個行程開關來控制爬斗的行程。為了使爬斗在裝料時停留20s，則需要一個時間繼電器，實現(xiàn)時間控制。二、自動卸料爬斗的電器控制(即繼電器控制)2.1、電器控制電路設計的一般原則一）、最大限度地實現(xiàn)生產(chǎn)機械和工藝對電氣控制線路的要求二）、在滿足生產(chǎn)要求的前提下，力求使控制線路簡單、經(jīng)濟 1、盡量選用標準的、常用的、或經(jīng)過實際考驗過的環(huán)節(jié)和線路。 2、盡量縮短連接導線的數(shù)量和長度。 3、盡量減少電器的數(shù)量，采用標準件，并盡可能選用相同型號的電器元件。 4、盡量減少不必

4、要的觸點，簡化電路。 1）合并同類觸點 2）利用轉(zhuǎn)換觸點 3）利用半導體二極管的單向?qū)щ娦詠碛行p少觸頭數(shù) 4）利用邏輯代數(shù)來進行簡化三）、保證控制線路工作的可靠性 1、選用的電氣元件要可靠、牢固、動作時間少，抗干擾性能好。 2、正確連接電器的線圈，在交流控制電路中不能串接入2個電器的線圈 3、正確連接電器的觸點 4、在控制線路中，采用小容量繼電器的觸點來斷開或接通大容量接觸器的線圈時，要計算繼電器觸點斷開或接通容量是否足夠，不夠時必須加小容量的接觸器或中間繼電器，否則工作不可靠 5、在頻繁操作的可逆線路中，正反向接觸器應選用加重型的接觸器，同時應有電氣和機械的連鎖。 6、在線路中應盡量避免許

5、多電器依次動作才能接通另一個電器的控制線路。 7、防止觸點競爭現(xiàn)象。 8、根據(jù)現(xiàn)場電網(wǎng)的情況，決定電機應直接或間接（降壓）起動。 9、防止寄生電路。四）、控制電路工作的安全性五）、操作和維護簡便2.2、爬斗的具體控制原理2.2.1主電路：在自動卸料爬斗的裝置中，既要實現(xiàn)爬斗的上下運動，用以實現(xiàn)將貨物運到高處，再還回地處運貨物；又要實現(xiàn)皮帶運輸機的運動，將貨物從遠處運達爬斗處，所以至少需要兩個獨立的步進電機；要實現(xiàn)爬斗的上下運動，則電動機m1必須能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，而控制皮帶運輸機的電機只需要正轉(zhuǎn)即可；電動機m1要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，則在其主電路中，正轉(zhuǎn)的三條線與反轉(zhuǎn)的三條線必須有兩條交換，所以必須使用兩個

6、接觸器，用以控制兩條電路的通斷，當一條電路通電時，另一條電路則必須處于斷開狀態(tài)，即兩個接觸器不能同時導通。為了控制電動機m2的工作，我們使用一個接觸器km3與電動機m2串聯(lián)；當爬斗停止某處時，我們使用抱閘裝置，防止電機反轉(zhuǎn)，我們使用電磁閥做抱閘用。為了防止過載，主電路必須有過載保護。否則，長期過載，電動機會發(fā)熱，使溫度升高，當溫度超過允許值時，電動機的絕緣材料就會變脆，壽命降低，嚴重時使電動機損壞，因此必須予以保護，我們通常使用熱繼電器實現(xiàn)過載保護，當電動機過載時，若電動機為額定電流，則熱繼電器不動作，在過載電流較小時，熱繼電器要經(jīng)過較長時間才動作，但是若過載電流較大時，熱繼電器經(jīng)過較短時間就

7、會動作即具有反時限的特點。在主電路中，當電動機繞組的絕緣、導線的絕緣損壞時，或電氣線路發(fā)生故障時，例如正轉(zhuǎn)接觸器的主觸點未斷開而反轉(zhuǎn)接觸器的主觸點閉合了都會產(chǎn)生短路現(xiàn)象。此時，電路中會產(chǎn)生很大的短路電流，它將導致產(chǎn)生過大的熱量，使電動機、電器和導線的絕緣損壞。因此，必須在發(fā)生短路現(xiàn)象時立即將電源切斷。常用的短路保護元件是熔斷器和斷路器。熔斷器的熔體串聯(lián)在被保護的電路中，當電路發(fā)生短路或者嚴重過載時，它自動熔斷，從而切斷電路，達到保護的目的。斷路器俗稱自動開關，它有短路、過載和欠電壓保護功能。通常熔斷器比較適用于對動作準確度要求不高和自動化程度要求較差的系統(tǒng)中；當用于三相電動機保護時，在發(fā)生短路

8、時有可能會使一相熔斷器熔斷，造成單相運行。但對于斷路器，只要發(fā)生短路就會自動跳閘，將三相電路同時切斷。斷路器結(jié)構(gòu)復雜，廣泛用于要求較高的場合。我們在該裝置中使用熔斷器做短路保護。2.2.2控制電路在該裝置的控制電路中，首先要確保主軸的正反轉(zhuǎn)控制。在主電路中，我們使用了兩個接觸器km1和km2，用km1控制主軸的正轉(zhuǎn)，km2控制主軸的反轉(zhuǎn)，在控制電路中，我們則通過控制km1和km2的線圈來控制km1和km2主觸點的通斷，我們使用按鈕sb2做啟動開關，讓sb2與接觸器km1的常開觸點并聯(lián)，構(gòu)成自鎖電路，然后在與接觸器km1的線圈相連，用以啟動接觸器km1使電動機m1正轉(zhuǎn)。電動機km1正轉(zhuǎn)，則爬斗上

9、升，將貨物運向高處，當爬斗到達最高點時，會觸動行程開關sq1，（我們使用sq1做他的最大行程控制，）使sq1閉合，從而使電動機停止正轉(zhuǎn)，同時使電動機反轉(zhuǎn)，所以必須使接觸器km1斷開，使接觸器km2閉合，則在控制電路中，我們將sq1的常閉開關串聯(lián)到接觸器km1的線圈電路中，將sq1的常開觸點與接觸器km2的線圈串聯(lián)，用來控制電動機m1的反轉(zhuǎn)，同時將sq1與線圈km2的常開觸點并聯(lián)，構(gòu)成自鎖電路。我們知道電動機的正反轉(zhuǎn)不能同時進行，所以km1和km2不能同時閉合，否則會短路，因此接觸器km1和km2必須構(gòu)成互鎖電路，即將各自的常閉觸點串聯(lián)到各自的線圈中。當爬斗運動到最低點裝料時，會觸動行程開關sq

10、2，使電動機km1停止轉(zhuǎn)動，并同時使電動機km2開始工作。為了使電動機km1停止轉(zhuǎn)動，我們將行程開關sq2的常閉觸點串聯(lián)到km1的反轉(zhuǎn)控制電路中，未來使電機km2轉(zhuǎn)動，我們將行程開關的常開觸點與控制電動機m2的接觸器km3的線圈相連。同時將km3的常開觸點與sq2并聯(lián)，構(gòu)成自鎖電路。爬斗在最低點裝料，需要20s，即電動機km1必須停止轉(zhuǎn)動20s，且電動機km2只工作20s,所以需要一個延時裝置。我們使用時間繼電器kt2進行定時，將kt2的線圈與km3的線圈并聯(lián)并且將其常閉觸點與km3的線圈串聯(lián)，用來控制繼電器km3的工作時間.當爬斗的料裝滿時，又需要運達高處，需要電動機km1正轉(zhuǎn)，所以我們使用

11、時間繼電器kt2的常開觸點與啟動按鈕sb2并聯(lián)，用來啟動電機m1，從而到達使爬斗循環(huán)上訴動作。自動卸料爬斗在某些時候需要實現(xiàn)單步運動，所以必須使用一個開關控制電機單步運動。我們使用轉(zhuǎn)換開關qs1與時間繼電器kt2的常開觸點串聯(lián)來控制系統(tǒng)單步還是循環(huán)運動，當qs1閉合時，則該裝置實現(xiàn)循環(huán)運動；當qs1斷開時，該裝置則實現(xiàn)單步運動。當爬斗在運動的過程中，有點時候需要停止某處，為了防止爬斗下落，電動機反轉(zhuǎn)，必須使用抱閘裝置，我們一般使用電磁閥抱閘，因為只有在電動機m1停止轉(zhuǎn)動時，電磁閥才會抱閘，所以在控制電路中，我們將電磁閥的控制線圈與接觸器km1和km2的常閉觸點并聯(lián)，實現(xiàn)抱閘。2.3、機床電氣控

12、制的電氣原理圖 圖1-1 理論設計電路圖當qs1開時，單步動作；當qs1閉時，連續(xù)動作。sb3可以實現(xiàn)任意位置反向啟動點電機m1。 圖1-2 實際操作電路圖在電路中，主電路采用三相交變電流，驅(qū)動兩個三相電機轉(zhuǎn)動，使用三個接觸器控制電機的起停和正反轉(zhuǎn)。在控制電路中，當按下按鈕sb1時，電機m1正轉(zhuǎn)，運動到頂端遇到行程開關sq1時，電機m1反轉(zhuǎn)，爬斗向下運動，當運動到下位遇到行程開關sq2時，電機m1停止，m2啟動。當電機在運動過程中遇到故障時，可以按下緊急停止開關sb1,使整個裝置停止。在實驗中，我們沒有電磁閥，所以取消了抱閘裝置。2.4、電器元件布置圖 圖1-3 實際布線圖上圖為安裝接線圖，與

13、電器原理圖相比，他將電器件的各個觸點連在一起，表示電器元件各個單元間的實際接線情況。安裝接線圖用于電路的連接，便于檢查維修和施工。上圖為自動爬斗控制的安裝接線圖，表面了電器設備外部元件的相對位置及他們之間的電器連接，是現(xiàn)場時間安裝接線的依據(jù)。2.5、 繼電器控制的優(yōu)缺點2.5.1、繼電器控制的有點（1）高壽命，高可靠:ssr沒有機械零部件，有固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長，可靠性高。（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電

14、路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動器。（3）快速轉(zhuǎn)換:固態(tài)繼電器因為采用固體其間，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。（4）電磁干擾笑:固態(tài)繼電器沒有輸入線圈，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態(tài)效應。2.5.2、固態(tài)繼電器的缺點（1）導通后的管壓降大，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達12v，大功率晶體管的飽和壓漿液災12v之間，一般功率場效應管的導通電祖也較機械觸點的接觸電阻大。（2）半導體器件關斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。（3）由于管壓降大，導通后的功耗和

15、發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。（4）電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。（5）固態(tài)繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或rc阻尼電路對其進行過在保護。固態(tài)繼電器的負載與環(huán)境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。 三、自動卸料爬斗的plc控制3.1、 plc控制的簡介plc英文全稱programmable logic controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序

16、，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程.plc是可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導體方面有很重要的應用，可以說有半導體的地方就有plcplc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。3.2、plc的特點3.2.1可靠性高

17、，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。3.2.2配套齊全，

18、功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3.2.3易學易用，深受工程技術人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量邏輯控制指令

19、就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。3.2.4系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。3.2.5體積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。3.3、plc接線圖上圖是plc的接線

20、圖，外部與220v的電源相連，plc的左端是輸入觸點，表示各個命令按鈕，只存在輸入沒有輸出；plc的右邊為輸出端，即plc控制的對象，我們通過plc控制接觸器的線圈，來控制其主觸點的通斷，從而達到控制電機的目的，實現(xiàn)我們所需的運動。在上圖中，y0：plc運行指示燈，y4：料斗上升/下降指示，y5：皮帶運輸機運行指示。因為條件原因，實驗室沒有指示燈，所以我們在實驗時取消了指示燈的輸出。實際接線圖如下圖所示。3.4、定義輸入輸出點我們件plc上各端口的意義定義如下：輸入輸出x0：啟動按鈕y0：plc運行指示燈x1：停止按鈕y1：控制電動機m1正轉(zhuǎn)接觸器x2；單步/連續(xù)選擇開關y2：控制電動機m1反

21、轉(zhuǎn)接觸器x3：上限行程開關y3：控制電動機m2接觸器x4：下限行程開關y4：料斗上升/下降指示x5：任意位置反向啟動按鈕y5：皮帶運輸機運行指示y6：抱閘3.5、梯形圖plc的梯形圖是在繼電器控制電路的基礎上演變而來的，他與繼電器控制電路的原理相對應，具有直觀、簡單、易懂、易于檢查的特點，很容易被廣大工程技術人員所掌握。梯形圖編程語言特別適合開關量邏輯控制，是plc最主要的編程語言。下圖為自動爬斗控制的梯形圖。3.6、指令表梯形圖雖然直觀、簡便，但要求plc配置lrt顯示器，方可輸入圖形符號，在許多小型和微型plc中沒有rlt顯示器，就只能用一系列plc操作命令組成的指令程序?qū)⑻菪螆D的控制邏輯

22、描繪出來，并通過編程器輸入到plc中，下表即plc指令表。指令表：ld x0 ld x3 out y3or y0 or m2 out y5ani x1 or x5 out t11out y0 ani x4 k200ld y0 ani y1 endor m1 out m2ld x2 out t1and t11 k10orb ld m2ani x3 out y2ani y2 out y4out m1 ldi y1out t1 ani y2 k10 out y6ld t1 ld x4out y1 or y3out y4 ani t113.7、plc控制優(yōu)缺點分析plc是以微機技術為基礎發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已被廣泛應用于各個領域。它是把繼電器控制的優(yōu)點與計算機的功能齊全、靈活性、通用性相結(jié)合，用計算機編程軟件邏輯代替了繼電器接線邏輯的一種通用性自動控制設備。1、實時性由于控制器產(chǎn)品