基于PLC的皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文題 目： 基于PLC的皮帶運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 0 指導(dǎo)老師： 完成時(shí)間： 2013.05.28 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要摘 要本系統(tǒng)是要求對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)進(jìn)行監(jiān)控設(shè)計(jì)，那么我就以輸送煤為例子。輸煤皮帶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)很傳統(tǒng)的課題，現(xiàn)在隨著各種先進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn)，輸煤皮帶控制的設(shè)計(jì)方案也越來越先進(jìn)，越來越趨于完美，各種參考文獻(xiàn)也數(shù)不勝數(shù)。該系統(tǒng)用三菱FX2N系列可編程序控制器（PLC）作為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)采用了一臺(tái)PLC控制4臺(tái)皮帶機(jī)，整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)一個(gè)控制室。利用PLC控制皮帶輸煤機(jī)，實(shí)現(xiàn)了逆序啟動(dòng)、順序停

2、止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，從而實(shí)現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化功能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序。關(guān)鍵字：可編程序控制器，皮帶輸送機(jī)，自動(dòng)化I河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要III河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） AbstractAbstractThis system is the requirements of monitoring design of

3、 belt conveyor, then I have to transport coal as examples.Design of belt conveyor control system is a very traditional subject, now with many control instruments of various advanced precise appearance, design of belt conveyor control is also more and more advanced, more and more perfect, various ref

4、erences is also beyond count. The system uses Mitsubishi FX2N series programmable controller (PLC) as the control core, the system uses a PLC control 4 belt machine, the whole control system sets up a control room. Use PLC to control the belt conveyer, realizes the reverse start, stop, failure to st

5、op order, emergency stop function, and a manual control and automatic control two control mode, so as to realize the automatic function of the coal handling system.PLC due to the use of modern large scale integrated circuit technology, used the strict production craft manufacture, the internal circu

6、it has adopted the advanced anti-jamming technology, with high reliability. In addition, self - detection function with PLC hardware failures, failure to issue timely warning information. In the application software, users can also fault self diagnosis program of peripheral devices.Keywords: program

7、mable controller, belt conveyor, automation河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目錄摘 要IAbstractII1緒論11.1 國(guó)內(nèi)外皮帶運(yùn)輸機(jī)的研究現(xiàn)狀11.2 課題的研究目的11.3系統(tǒng)控制要求21.4 研究?jī)?nèi)容22總體方案設(shè)計(jì)42.1皮帶運(yùn)輸機(jī)42.1.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)42.1.2皮帶運(yùn)輸機(jī)的調(diào)試42.1.3傳送帶常見故障52.1.4 傳送帶跑偏52.1.5四級(jí)傳送帶視圖分析62.2 控制方案72.2.1選擇 PLC的依據(jù)72.2.2 PLC的工作原理82.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本步驟93硬件分析123.1系統(tǒng)設(shè)備的選型123.1.1 PLC選型12

8、3.1.2電動(dòng)機(jī)選型133.1.3其他設(shè)備的選型143.2接線圖183.2.1電機(jī)接線圖183.2.2 PLC接線圖184軟件分析及仿真204.1梯形圖程序分析204.1.1運(yùn)煤皮帶機(jī)循環(huán)自動(dòng)啟動(dòng)程序分析204.1.2運(yùn)煤皮帶機(jī)循環(huán)自動(dòng)停止程序分析214.1.3運(yùn)煤皮帶機(jī)單動(dòng)啟動(dòng)與停止程序分析224.1.4運(yùn)煤皮帶機(jī)故障停止程序分析234.2軟件仿真254.2.1啟動(dòng)停止仿真254.2.2故障報(bào)警燈亮起仿真264.3系統(tǒng)整體運(yùn)行概述26結(jié)束語28參考文獻(xiàn)29致 謝30附錄A 系統(tǒng)程序梯形圖31河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論1緒論1.1 國(guó)內(nèi)外皮帶運(yùn)輸機(jī)的研究現(xiàn)狀國(guó)外在帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分

9、析研究方面開展得比較早,動(dòng)態(tài)分析理論與研制的軟件已基本能夠滿足當(dāng)前帶式輸送機(jī)發(fā)展之需；而我國(guó)相對(duì)較晚,與國(guó)外相比還存在一定 的差距,尤其是動(dòng)態(tài)分析軟件部分。為了盡快彌補(bǔ)這一差距,趕超世界水平,有必要研究和分析當(dāng)今國(guó)外帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)分析軟件。國(guó)外動(dòng)態(tài)分析軟件目前,美國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、意大利等國(guó)家在動(dòng)態(tài)分析研究方面,已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先地位。我國(guó)生產(chǎn)制造的上運(yùn)帶式輸送機(jī)的品種、類型較多。在“八五”期間，通過國(guó)家一條龍“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”項(xiàng)目的實(shí)施，帶式輸送機(jī)的技術(shù)水平有了很大提高，煤礦井下用大功率、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)品開發(fā)都取得了很大的進(jìn)步。如大傾角、長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)成套設(shè)備、高

10、產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機(jī)等均填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，并對(duì)帶式輸送機(jī)的主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，研制成功了多種軟起動(dòng)和制動(dòng)裝置以及以PLC為核心的可編程電控裝置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用調(diào)速型液力耦合器和行星齒輪減速器。 1.2 課題的研究目的 皮帶輸煤系統(tǒng)是工礦企業(yè)中較為龐大的一個(gè)公用系統(tǒng)，現(xiàn)階段的大多數(shù)企業(yè)中，其輸送過程是通過皮帶輸送機(jī)來完成，整個(gè)輸煤系統(tǒng)有多臺(tái)輸送距離較長(zhǎng)的皮帶輸送機(jī)組成。而本系統(tǒng)只用四級(jí)傳送帶來輸煤，設(shè)計(jì)相對(duì)來說簡(jiǎn)單一些。皮帶輸送機(jī)是在輸送設(shè)備中是最常用的一種傳輸機(jī)構(gòu)。該機(jī)種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)方便，使用可靠，傳輸平穩(wěn)，輸送量大，效率高，低噪音等優(yōu)點(diǎn)。其形式多樣，適用范圍廣，

11、特別適合一些散碎原料與不規(guī)則物品的輸送。廣泛應(yīng)用于輕工，電子，食 品，化工，木業(yè)，機(jī)械等行業(yè)。它具有輸送平穩(wěn)，物料與輸送帶沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，能夠避免對(duì)輸送物的損壞。噪音較小，適合于工作環(huán)境要求比較安靜的場(chǎng)合等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。能耗較小，使用成本低。由于可編程控制器（簡(jiǎn)稱PLC）將其系統(tǒng)的繼電器技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，以其可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、以及編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、通訊靈活等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程和裝置的自動(dòng)控制中。PLC不僅能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，還能完成定時(shí)、計(jì)算和各種閉環(huán)控制功能。設(shè)置性能完善、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)的可編程控制器PLC控制皮帶運(yùn)輸機(jī)監(jiān)控系

12、統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的皮帶機(jī)群的集中控制（包括遙控）及保護(hù)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題內(nèi)容即為PLC在皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。1.3系統(tǒng)控制要求（1）每段皮帶都設(shè)有跑偏、撕裂及電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)功能。（2）設(shè)有手動(dòng)運(yùn)行和連鎖自動(dòng)運(yùn)行兩種控制模式。（3）采取手動(dòng)運(yùn)行模式時(shí)，可手動(dòng)控制各皮帶機(jī)的停止和運(yùn)行，以便在檢修、維護(hù)等特殊情況下使用。（4）采取連鎖自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，PLC控制皮帶機(jī)系統(tǒng)連鎖自動(dòng)運(yùn)行。 啟動(dòng)時(shí)，按照4321順序啟動(dòng)，每?jī)蓷l皮帶機(jī)之間啟動(dòng)間隔時(shí)間為5秒。 停止時(shí)，按照1234順序停止，每?jī)蓷l皮帶機(jī)之間啟動(dòng)間隔時(shí)間為5秒。（5）皮帶沿線設(shè)有拉線緊急開關(guān)，以便發(fā)現(xiàn)異常，立即停止運(yùn)行。（6）系統(tǒng)中還

13、裝有緊急停止開關(guān)，一旦發(fā)生故障，按下緊急開關(guān)后所有的皮帶機(jī)都停止運(yùn)行，以便維護(hù)。（7）實(shí)時(shí)顯示各電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)-皮帶電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓和電流值。1.4 研究?jī)?nèi)容 其設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求是：利用PLC控制完成用四臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)四條皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳送煤的控制系統(tǒng)，控制要求：利用PLC控制皮帶輸煤機(jī)，實(shí)現(xiàn)了逆序啟動(dòng)、順序停止、故障停止、緊急停止等功能，并且有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，從而實(shí)現(xiàn)了輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化功能。自動(dòng)控制時(shí)啟動(dòng)時(shí)先啟動(dòng)最末一條皮帶機(jī)，經(jīng)5秒延時(shí)，再依次啟動(dòng)其它皮帶。停止時(shí)應(yīng)先停止最前一條皮帶，經(jīng)5秒延時(shí)，再依次停止其它皮帶；出現(xiàn)故障時(shí)，要求該皮帶機(jī)及其前面的皮帶立即停止，而該皮帶機(jī)后面的

14、皮帶機(jī)待運(yùn)料完畢后才停止，同時(shí)每個(gè)皮帶機(jī)出現(xiàn)故障就會(huì)有相應(yīng)的燈亮起提示此皮帶機(jī)出現(xiàn)故障。手動(dòng)控制時(shí)，按下要啟動(dòng)的皮帶機(jī)按鈕，該皮帶機(jī)就會(huì)運(yùn)行，其余的皮帶機(jī)就不會(huì)運(yùn)行，相應(yīng)的停止也是如此。手動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)啟動(dòng)都設(shè)有緊急開關(guān)，一旦發(fā)生故障，緊急開關(guān)動(dòng)作，就會(huì)停止所有運(yùn)行的皮帶機(jī)，以便維護(hù)設(shè)備。 并且，每個(gè)皮帶機(jī)的電動(dòng)機(jī)上都會(huì)接有電壓表和電流表并顯示有相應(yīng)的數(shù)據(jù)，人工可以對(duì)其監(jiān)控，如果電流或電壓過大，可手動(dòng)停止皮帶機(jī)的運(yùn)行。然后對(duì)其進(jìn)行檢查維護(hù)。4河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2總體方案設(shè)計(jì)2總體方案設(shè)計(jì)2.1皮帶運(yùn)輸機(jī)2.1.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)皮帶運(yùn)輸機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作連續(xù)平穩(wěn)，運(yùn)輸量較大的

15、特點(diǎn)，又因各部分摩擦 阻力小，動(dòng)力消耗也較低，運(yùn)輸距離不受限制，在機(jī)體全長(zhǎng)中任何地方都能裝料與卸 料可以水平也可 以傾斜運(yùn) 送物料。皮帶輸送機(jī)由頭部、中部、尾部組成。頭部由頭 輥及支承架成 ；中部由支承架、限位輥、導(dǎo)向輥、張緊輥等組成；尾部由尾輥及支 承架、調(diào)節(jié)裝置等成 。此設(shè)備的特點(diǎn)是重、高、大，其設(shè)計(jì)緊湊合理、自動(dòng)化程度 高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝 精度高。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖2.1帶式傳送機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)2.1.2皮帶運(yùn)輸機(jī)的調(diào)試 首先應(yīng)檢查運(yùn)輸機(jī)支架安裝是否牢固，是否有遺漏的焊口，并逐個(gè)檢查限位輥、張緊輥、導(dǎo)向輥的轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，主動(dòng)輥、從動(dòng)輥內(nèi)是否注油。以上確定無誤后，采 取點(diǎn)動(dòng)的方式啟動(dòng)主動(dòng)輥

16、電機(jī)，若繼電器跳閘，切不可強(qiáng)行啟動(dòng)，應(yīng)檢查主動(dòng)電機(jī) 內(nèi)是否進(jìn)入雨水造成短路，點(diǎn)動(dòng)無誤后，可正常啟動(dòng)主動(dòng)輥電機(jī)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)整 皮帶是本部工作中的 一個(gè)難點(diǎn)，若皮帶跑偏，應(yīng)調(diào)整尾部的可調(diào)螺母；若調(diào)整無效， 則應(yīng)檢查導(dǎo)向輥的安裝 是否正確 ，必要時(shí)，將導(dǎo)向輥一端 支架割開、移位、焊接。 如皮帶過緊或過松，應(yīng)調(diào)整張緊輥，使之松緊適宜。2.1.3傳送帶常見故障a)傳送帶打滑 傳送帶與皮帶輪之間打滑為將這種打滑現(xiàn)象減到最低限度，建議驅(qū)動(dòng)輪和被動(dòng)輪都使用合適的防滑套。解決打滑問題可采取以下幾點(diǎn)措施：（1）繃緊上下傳送帶；（2）檢查緊帶裝置的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是否需要加以緊固；（3）更換或磨粗現(xiàn)有的防滑套表面；（4

17、）檢查驅(qū)動(dòng)齒輪的磨損情況。b)傳送帶與紙板之間打滑 傳送帶與紙板之間打滑的主要原因是掛面紙板與熱板之間產(chǎn)生的磨擦過大c) 其他故障 (1)過度的張力(2)傳送帶表面變光滑(3)切割刀的控制42.1.4 傳送帶跑偏傳送帶的跑偏問題一般是對(duì)機(jī)器本身狀態(tài)的一種反作用?；w傳送帶對(duì)機(jī)器各種不同設(shè)置狀態(tài)的反應(yīng)一般要比傳統(tǒng)帆布傳送帶敏感。（1）.傳送帶邊緣開線如果使用帆布傳送帶時(shí)出現(xiàn)開線問題，表明可能有跑偏的問題。這時(shí)應(yīng)對(duì)機(jī)器做一些微小的調(diào)整，例如調(diào)整壓力輥和惰輪，以及調(diào)整驅(qū)動(dòng)輪(根據(jù)需要使其與被動(dòng)輪平行或不平行)等。（2）.傳送帶邊緣彎曲這可能會(huì)被誤解為傳送帶在擺動(dòng)。簡(jiǎn)單的檢查方法是用一支鉛筆在帶邊內(nèi)約

18、6英寸15cm處劃線，然后測(cè)量該線的橫向移動(dòng)量。任何情況下，傳送帶的橫向移動(dòng)量應(yīng)在±14英寸(0.6cm)之內(nèi)。（3）.傳送帶斜行一般每臺(tái)機(jī)器都會(huì)有一定的對(duì)角線偏斜。這可能會(huì)影響紙板的運(yùn)行軌跡，導(dǎo)致進(jìn)紙時(shí)偏心，以使得出紙時(shí)切刀對(duì)準(zhǔn)中心?？赏ㄟ^調(diào)整壓力輥來補(bǔ)償機(jī)器的這5河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2總體方案設(shè)計(jì)種對(duì)角偏斜。（4）.傳送帶的就位如果傳送帶有微小的橫向移動(dòng)，需給以一定的時(shí)間使其穩(wěn)定下來。這通常需要兩三個(gè)星期的時(shí)間。如果按照前面所講將兩個(gè)皮帶輪都加了防滑套，且保持拉緊傳送帶，橫向的擺動(dòng)就會(huì)減小到可以忽略。（5）.啟動(dòng)對(duì)于剛啟動(dòng)機(jī)器時(shí)，傳送帶可能會(huì)有不規(guī)則的偏軌問題，有以

19、下兩種解釋：一是蒸汽的熱度不均勻，二是在停機(jī)過程中因傳送帶的張力減少而變松馳，并直接暴露給熱源。如果有這種情況發(fā)生，每天最初幾小時(shí)可能會(huì)有不規(guī)則的跑偏現(xiàn)象，但會(huì)逐漸消失，所以應(yīng)常保持傳送帶的張力。（6）.傳送帶變形如果傳送帶在松馳狀態(tài)下直接接觸熱板，傳送帶可能會(huì)發(fā)生變形。所以，無論在什么時(shí)候都必須保持傳送帶有一定的張力。如果機(jī)器使用液壓張緊裝置，則建議在活塞上安裝一個(gè)軸套或阻擋機(jī)構(gòu)以防止其完全放松。如傳送帶需要重新對(duì)接，應(yīng)確保熱板是冷卻的或是與傳送帶隔離的。（7）.經(jīng)過緊帶機(jī)構(gòu)時(shí)跑偏這顯然是由于傳送帶在經(jīng)過緊帶機(jī)構(gòu)時(shí)各軸內(nèi)在的扭曲引起的，不是嚴(yán)重問題?？梢酝ㄟ^在活塞機(jī)構(gòu)的另一端安裝一個(gè)松緊螺旋

20、扣來解決，這樣可調(diào)整消除軸的扭曲。有些機(jī)器，調(diào)整緊帶機(jī)構(gòu)前部的惰輪會(huì)有助于消除這一問題。一般較新的機(jī)器都裝有調(diào)整機(jī)構(gòu)來糾正。下傳送帶的緊帶機(jī)構(gòu)各軸應(yīng)保持平行和水平，有跑偏問題存在，可能需要將一個(gè)軸(最好是可移動(dòng)的)的平行和(或)水平度做微小調(diào)整。這樣做，傳送帶會(huì)向其先接觸的軸的端部移動(dòng)，但應(yīng)避免移動(dòng)太大，否則會(huì)導(dǎo)致拉伸傳送帶的一個(gè)邊。2.1.5四級(jí)傳送帶視圖分析當(dāng)系統(tǒng)打開后，打開自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，皮帶運(yùn)輸機(jī)M4開始運(yùn)行，待延時(shí)過后皮帶機(jī)M3開始運(yùn)行，皮帶機(jī)M2和皮帶機(jī)M1也同樣經(jīng)過延時(shí)后開始運(yùn)行，此后物料指示燈亮起，提示開始裝煤。煤經(jīng)過物料裝置開始往傳送帶上輸送，煤經(jīng)過皮帶機(jī)M1依次輸送到皮帶機(jī)M4

21、上，然后輸送到指定位置。圖2.2四級(jí)傳送帶視圖2.2 控制方案2.2.1選擇 PLC的依據(jù)單片機(jī)控制雖然說是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，成本相對(duì)較低，但是用單片機(jī)制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導(dǎo)致抗干擾能力差，故障率高，不易擴(kuò)展，對(duì)環(huán)境依賴性強(qiáng),開發(fā)周期長(zhǎng)。并且單片機(jī)開發(fā)是底層開發(fā)，程序編寫比較麻煩都用匯編或者C語言。一個(gè)采用單片機(jī)制作的主控板不經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際驗(yàn)證很難形成一個(gè)真正的產(chǎn)品。而相對(duì)來說PLC控制就有如下優(yōu)點(diǎn)，（1)可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個(gè)PC生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾 措施，使PLC的

22、平均無故障時(shí)間達(dá)到30萬小時(shí)以上，使用壽命長(zhǎng)。(2)控制功能強(qiáng)。PLC具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時(shí)、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和工程控制等等。 (3)編程方便，易于使用。PLC采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。(4)適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性和可擴(kuò)性，擴(kuò)展靈活方便。維修方便。PLC上有I/O指示燈（LED），那個(gè)I/O元件有故障，一目了然?？筛鶕?jù)生產(chǎn)工藝要求或運(yùn)行情況，隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行在線

23、修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。此次設(shè)計(jì)傳送帶是用來輸送煤，環(huán)境相對(duì)惡劣一些，且要求有很高的可靠性和較強(qiáng)的控制功能，并且還要工人很容易的接受，所以選擇用PLC來對(duì)運(yùn)煤皮帶機(jī)進(jìn)行控制。2.2.2 PLC的工作原理PLC雖具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大的不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動(dòng)作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個(gè)CPU每一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作，因此用戶程序是按先后次序存放的，CPU 按程序的順序

24、依次執(zhí)行各個(gè)操作。即CPU從第一條指令開始執(zhí)行，直到遇到結(jié)束符又返回第一條執(zhí)行，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，即在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個(gè)輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)地接收外來的控制命令，每個(gè)掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求，因此，PLC工作過程分為以下五步： （1）自診斷 自診斷功能可使PLC系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時(shí)能盡快的修復(fù)，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對(duì)CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描

25、，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)的信息。 （2）與外設(shè)通信 自診斷正常后PLC即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng)處 理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過程中PLC將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)、PLC的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。 （3）輸入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài) 完成前兩步工作后PLC便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的

26、通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸入刷新，在一個(gè)掃描 周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值。 （4）解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序。一般是從存儲(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)值，而輸入繼電器、輸出繼電器則用的是內(nèi)存映 象值。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)

27、的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。 （5）輸出刷新輸出結(jié)果將本次掃描過程解算得到的最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯時(shí)，每一步所得到的輸出信號(hào)被存入輸出映像寄存器而并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作。 在依次完成上述五個(gè)步驟操作后PLC又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、出現(xiàn)故障 或載物。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本步驟可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步

28、驟，如圖2.3所示。 （1）深入了解和分析被控對(duì)象的工藝條件和控制要求10河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2總體方案設(shè)計(jì)被控對(duì)象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程； 控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動(dòng)作、自動(dòng)工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對(duì)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個(gè)獨(dú)立部分，這種可化繁為簡(jiǎn)，有利于編程和調(diào)試。 （2）確定I/O設(shè)備 根據(jù)被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 （3）選擇合適的PLC類型 根據(jù)已確定的用戶I/O設(shè)

29、備，統(tǒng)計(jì)所需的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的PLC類型，包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （4）分配I/O點(diǎn) 分配PLC的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入輸出分配表或者畫出輸入輸出端子的 接線圖。接著就可以進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行控制柜或操作臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 （5）設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計(jì)出梯形圖即編程。這一步是整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計(jì)好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時(shí)還要有一定的電氣設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 （6）將程序輸入PLC 當(dāng)使用簡(jiǎn)易編程器將程序輸入PLC時(shí)，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)

30、換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計(jì)算機(jī)上編程時(shí)，可通過上下位機(jī) 的連接電纜將程序下載到PLC中去。 （7）進(jìn)行軟件調(diào)試程序輸入PLC后，應(yīng)先進(jìn)行調(diào)試工作。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)過程中，難免會(huì)有疏漏的地方。因此在將PLC連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測(cè)試，以排除程序中的錯(cuò)誤，同時(shí)也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 （8）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試 在PLC軟硬件設(shè)計(jì)和控制柜及現(xiàn)場(chǎng)施工完成后，就可以進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個(gè)部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可先進(jìn)行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要

31、逐一排除，直至調(diào)試成功。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2總體方案設(shè)計(jì)開始分析控制要求確定I/O設(shè)備選擇合適的PLC類型分配I/O點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)梯形圖程序?qū)⒊绦蜉斎隤LC調(diào)試硬件應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試軟件調(diào)試是否符合設(shè)計(jì)要求 N N Y投入運(yùn)行38圖 2.3可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的主要步驟河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2總體方案設(shè)計(jì)河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3硬件分析3硬件分析3.1系統(tǒng)設(shè)備的選型3.1.1 PLC選型PLC輸入點(diǎn)統(tǒng)計(jì)根據(jù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求需要有21個(gè)輸入，分別為四個(gè)皮帶機(jī)的單動(dòng)按鈕、四個(gè)皮帶機(jī)的拉線開關(guān)、四個(gè)皮帶機(jī)的撕裂開關(guān)、四個(gè)皮帶機(jī)的防偏開關(guān)、循環(huán)啟動(dòng)開關(guān)和單動(dòng)

32、啟動(dòng)開關(guān)、啟動(dòng)開關(guān)和停止開關(guān)以及緊停開關(guān)。具體如表所示：表3.1輸入控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表名 稱地 址 號(hào)數(shù) 量循環(huán)啟動(dòng)開關(guān)X01個(gè)各級(jí)皮帶故障（拉線開關(guān)）X1X4各1個(gè)各級(jí)皮帶故障（撕裂開關(guān)）X20X23各1個(gè)各級(jí)皮帶故障（防偏開關(guān)）X30X33各1個(gè)停止按鈕X51個(gè)啟動(dòng)按鈕X61個(gè)單動(dòng)啟動(dòng)開關(guān)X101個(gè)一級(jí)皮帶單動(dòng)按鈕X111個(gè)二級(jí)皮帶單動(dòng)按鈕X121個(gè)三級(jí)皮帶單動(dòng)按鈕X131個(gè)四級(jí)皮帶單動(dòng)按鈕X141個(gè)緊停開關(guān)X171個(gè)PLC輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求輸出點(diǎn)為9個(gè)，分別為四個(gè)皮帶機(jī)所對(duì)應(yīng)的繼電器KM1KM4和各級(jí)皮帶機(jī)故障報(bào)警燈HL2HL5，還有一個(gè)物料指示燈HL1。其具體如下表所示：表3.2輸出

33、控制點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表名稱地址號(hào)數(shù)量一級(jí)繼電器（KM1）Y11個(gè)二級(jí)繼電器（KM2）Y21個(gè)三級(jí)繼電器（KM3）Y31個(gè)四級(jí)繼電器（KM4）Y41個(gè)物料指示燈（HL1）Y51個(gè)一級(jí)皮帶故障報(bào)警（HL2）Y61個(gè)二級(jí)皮帶故障報(bào)警（HL3）Y71個(gè)三級(jí)皮帶故障報(bào)警（HL4）Y101個(gè)四級(jí)皮帶故障報(bào)警（HL5）Y111個(gè)綜上所述，根據(jù)實(shí)際情況，輸入輸出點(diǎn)數(shù)決定選用三菱公司生產(chǎn)的FX2n系列微型可編程控制器中的FX2n­48MR型。3.1.2電動(dòng)機(jī)選型電動(dòng)機(jī)是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的原動(dòng)機(jī)，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，去拖動(dòng)各種類型生 產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求，如驅(qū)動(dòng)軋鋼機(jī)的軋輥、龍門刨 床的

34、工作臺(tái)、起重機(jī)的提升機(jī)及行走機(jī)構(gòu)、風(fēng)機(jī)的葉輪等等。本設(shè)計(jì)使用的電動(dòng)機(jī) 本設(shè)計(jì)需要四個(gè)電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)四個(gè)皮帶機(jī)來運(yùn)輸煤，這四個(gè)電動(dòng)機(jī)都選用齒輪減速異步電動(dòng)機(jī)，其新型號(hào)是  YCJ，舊型號(hào)是  JTC，型號(hào)的意義就是異齒減，標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)是 JB/T644992。用于要求低速，大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械。如運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械、煉鋼機(jī)械、造紙機(jī)械及其它要求低轉(zhuǎn)速的械。結(jié)構(gòu)特征是由Y 系列（IP44）電動(dòng)機(jī)與齒輪減速器直接耦合而成的。所以還得選擇Y 系列 IP44電動(dòng)機(jī)的具體型號(hào)。Y（IP44）是指小型三相異步電動(dòng)機(jī)（封閉式），標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) ZBK22007

35、88（H80 315）JB527491(H355)，結(jié)構(gòu)特征是自扇冷卻，封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵，水滴大量進(jìn)入電機(jī)部。用途是，作一般用途的驅(qū)動(dòng)電源，即用以驅(qū)動(dòng)對(duì)起動(dòng)性能、轉(zhuǎn)差率等無特殊要求的機(jī)器和設(shè)備，亦可用于灰塵較多，水土飛濺的場(chǎng)所。選擇Y112M-2型的電動(dòng)機(jī)，技術(shù)指標(biāo)如下： 額定功率：4KW 效率：85.5 功率因數(shù)：Cos0.87 同步轉(zhuǎn)速：3000r/min 鐵心長(zhǎng)度：105mm 氣隙長(zhǎng)度：0.45mm 定子外徑：175mm 定子內(nèi)徑：98mm 定子線規(guī) ncdc：11.06 每槽線數(shù)：48并聯(lián)支路數(shù)：1 繞組型式：

36、單層同心 節(jié)距：116 槽數(shù) Z1/Z2： 30/36 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：0.0055kgm 質(zhì)量：45kg 3.1.3其他設(shè)備的選型（1）電流表選用四個(gè)畫框式交流電流表，型號(hào)是 59L19A，等級(jí)指數(shù)是1.5，是電磁式電流表，量限如下：在0.120A直接接通，大于20A配用電流互感器。外形尺寸是129×69（mm）。因?yàn)檫x擇的電動(dòng)機(jī)的額定功率為4000W，UN=380V, COS=0.87,可IN7A。所以不需要配用電流互感器，量限直接選用10安。 （2）電壓表采用四個(gè)畫框式交流電壓表，型號(hào)是59L19V，等級(jí)指數(shù)是1.5，是電磁式電壓表，量限如下：在 360

37、0V直接接通，380V，500V,1380KV，配用電壓互感器，次級(jí)為100V。外形尺寸是 129×69（mm）。由于電動(dòng)機(jī)的額定電壓最大為380V,所以不用配用電壓互感器，量限直接選用380V就可以了。（3）斷路器 斷路器QF脫扣電流。斷路器為供電系統(tǒng)電源開關(guān)，其主回路控制對(duì)象為電感性負(fù)載交流電動(dòng)機(jī)，斷路器過電流脫扣值按電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍整定。SBR污水處理系統(tǒng)是4kW負(fù)載電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流較小，而且工藝要求4臺(tái)電動(dòng)機(jī)單獨(dú)起動(dòng)運(yùn)行，因此可根據(jù)4kW=電動(dòng)機(jī)選擇自動(dòng)開關(guān)QF脫扣電流IQF：IQF1.7IN=1.7×7A11.9A12A，選用IQF12A的斷路器。 （4）

38、熱繼電器電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，如果長(zhǎng)期過載、頻繁起動(dòng)、欠電壓運(yùn)行或斷相運(yùn)行，都可能使電動(dòng)機(jī)的電流超過它的額定電流。如果超過的額定值的量并不大，熔斷器在這種 情況下不會(huì)熔斷，這樣將引起電動(dòng)機(jī)過熱，損壞繞組的絕緣，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至燒壞電動(dòng)機(jī)，因此必須對(duì)電動(dòng)機(jī)采用過熱保護(hù)措施。所以用熱繼電器進(jìn)行過熱保護(hù)。熱繼電器一般用于小電流的電路，觸點(diǎn)額定電流不大于5安。所以選擇JR1-1型熱繼電器四個(gè)，熱元件額定電流是 0.6420 安培，熱元件編號(hào)是136，觸頭額定電流是2.5安培，觸頭分?jǐn)嗄芰κ?00伏安，繼電器重量是0.2 公斤。 （5）熔斷器熔斷器串聯(lián)在線路中，當(dāng)線路或電器設(shè)備短路時(shí)，熔斷

39、器首先熔斷，使線路或電器設(shè)備脫離電源，起到保護(hù)作用。它是一種短路保護(hù)電器。選擇RC1系列瓷插式熔斷器，額定電壓是380V，主要用途：用于交流分支路的短路保護(hù)和過載保護(hù)。對(duì)于單臺(tái)電動(dòng)機(jī)熔斷器的熔絲額定電流為IFN1.52.5IN,其中IN是電動(dòng)機(jī)的額定電流，所以單個(gè)電動(dòng)機(jī)的熔斷器的額定電流IFN取10.517.5A，四個(gè)電動(dòng)機(jī)上的熔斷器的量限選擇15A, 即選擇RC1-15型熔斷器 。（6）開關(guān) 拉線開關(guān)用于皮帶機(jī)的緊急停機(jī)。本設(shè)計(jì)選用 SPS-2D（標(biāo)準(zhǔn)）型。拉線開關(guān)的鋼絲繩一端固定在一個(gè)固定的吊環(huán)上，另一端固定在開關(guān)臂桿上，鋼絲繩應(yīng)粘一個(gè)支撐，端部固定在拉線開關(guān)臂桿的孔上，開關(guān)到固定端的距離

40、通常不超過30米，兩開關(guān)之間的距離通常不超過60米，向上向下或拉動(dòng)的力促使臂桿轉(zhuǎn)動(dòng) 到報(bào)警位置，觸動(dòng)微動(dòng)開關(guān)并鎖定直到人工手動(dòng)復(fù)位。標(biāo)準(zhǔn)拉線開關(guān)防護(hù)等級(jí)為NEMA4 適應(yīng)于室內(nèi)或室外安裝。FM 認(rèn)證用于二級(jí) 1 類E, F和G組的開關(guān)。表面經(jīng)特殊處理可用于鹽性、堿性或酸性區(qū)域。對(duì)于腐 蝕特別嚴(yán)重的區(qū)域表面采用無電鍍鎳處理。其特點(diǎn)是拉線開關(guān)是雙向觸動(dòng)的，既可安裝在輸送機(jī)中間位置，也可安裝在其兩端；通用的安裝設(shè)計(jì)中拉線開關(guān)既可安裝中輸送機(jī)縱梁頂部也可安裝在其兩側(cè)；堅(jiān)固的鑄鋁外殼，防護(hù)等級(jí)為NEMA4，特殊的環(huán)境可選擇特殊的表面處理；整體式蓋 板使得接線及開關(guān)調(diào)整方便簡(jiǎn)單，而不用拆卸開關(guān)；結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)緊湊；醒目的黑色臂 桿初托黃色或銀色殼體，易于辨別報(bào)警或正常狀態(tài)；提供完整的附件，包括鋼絲繩、繩夾及拉線支撐螺栓；手動(dòng)杠桿復(fù)位。FM認(rèn)證用于二類區(qū)域，增加隔離罩后可用于 一類區(qū)域；可選紅色小旗用于報(bào)警指示。技術(shù)規(guī)格如下：開關(guān)額定值：SPDT開關(guān)，10A/380V；殼體：NEMA-4 防風(fēng)雨 。撕裂開關(guān)選用DB-100型撕裂開關(guān)。 在皮帶出現(xiàn)撕裂、戳破、絞結(jié)處損壞或銳利物凸出皮事時(shí)，撕裂開關(guān)能給監(jiān)視人員提供報(bào)警信號(hào)或關(guān)掉輸送機(jī)。撕裂開關(guān)成對(duì)安裝在皮帶的兩側(cè)，由兩段乙烯外套的航空鋼絲繩連接起來。繩的 一