智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),畢業(yè)論文

1、 本科畢業(yè)論文基于PLC的物料運(yùn)送控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目:學(xué)院:機(jī)電工程學(xué)院專業(yè):班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師:完成時(shí)間:2015年4月摘要隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)輸效率提出了越來越高的要求。各個(gè)企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,采用了機(jī)械化流水線作業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)輸方式。企業(yè)中原有的人力體力勞動(dòng)需要被自動(dòng)化設(shè)備替代。在各種生產(chǎn)運(yùn)輸企業(yè)中,物料運(yùn)送控制系統(tǒng)是非常重要的環(huán)節(jié)。尤其在惡劣通用的環(huán)境以及特殊的條件要求下,自動(dòng)化的設(shè)備運(yùn)輸顯得尤為重要,自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)輸具有簡(jiǎn)單高效、操作精準(zhǔn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)以及控制技術(shù)的發(fā)展,交流變頻調(diào)速在工業(yè)電機(jī)拖動(dòng)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用;可編程控制器P

2、LC作為替代繼電器的新型控制裝置,簡(jiǎn)單可靠,操作方便、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)且功能強(qiáng)大、容易使用、可靠性高,常常被用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的控制;組態(tài)軟件技術(shù)作為用戶可定制功能的軟件開發(fā)平臺(tái)工具,可實(shí)現(xiàn)顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)速控制,在PC機(jī)上可開發(fā)友好人機(jī)界面,通過PLC可以對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行“智能”控制。在此,本次設(shè)計(jì)就是基于PLC的變頻器調(diào)速系統(tǒng)。將現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的PLC和變頻器綜合起來主要功能實(shí)現(xiàn)了變壓變頻調(diào)速。關(guān)鍵詞:物料運(yùn)送控制系統(tǒng);可編程控制器;變頻器調(diào)速ABSTRACTWith the rapid development of economy, all walks of l

3、ife put forward higher requirements on the production of transportation efficiency. Individual enterprises in order to improve the production efficiency and the market competitive power, adopts the mechanized production line the production mode of transport. Enterprise original human manual labor ne

4、eds to be automated equipment replacement. Enterprise original human manual labor needs to be automated equipment replacement. In various production and transportation enterprises, material handling control system is a very important link. Especially in the harsh environment particularly important,a

5、utomation of production transportation has the advantages of simple operation, high precision, strong anti-interference ability etc.With the development of power electronic technology and control technology, AC variable frequency speed regulation is widely used in the field of industrial motor; prog

6、rammable controller PLC as the model to replace the relay control device, is simple and reliable, operation is convenient, universal and flexible, small volume, long service life and powerful, easy to use, high reliability, is often used for control of field data acquisition and equipment; configura

7、tion software technology as the user tool software development platform customization function, can display the motor speed, can realize remote speed control, can develop the friendly man-machine interface on the PC, through the PLC can be"smart" control of automation equipment. Here, the

8、design is based on the frequency control system of PLC. The most widely used PLC and together the main function of the realization of the variable frequency speed regulationKey words: material handling control system ;PLC;AC variable frequency speed regulation目錄1.引言 (11.1本課題研究的內(nèi)容及意義 (11.2物料運(yùn)送的起源和發(fā)展

9、(21.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路 (22.對(duì)PLC、變頻器、電機(jī)的選型 (22.1 PLC的了解和選型 (32.1.1 PLC的組成 (32.1.2 PLC工作原理 (32.1.3 PLC的選擇 (52.2 變頻器的了解和選擇 (72.2.1變頻器的組成 (72.2.2變頻器的調(diào)速原理 (82.2.3變頻器的選擇 (82.3電機(jī)的選擇 (92.4檢測(cè)元件選型 (102.4.1傳感器量程的選擇 (102.4.2傳感器精度等級(jí)的選擇 (102.4.3傳感器環(huán)境適應(yīng)性選擇 (112.5低壓電器選型 (122.5.1電磁式繼電器的選擇 (122.5.2熔斷器的選擇 (132.5.3塑殼式斷路器的選用 (

10、152.6電源選型 (172.7 PLC控制變頻器的啟動(dòng)、停止、調(diào)速 (172.7.1 地址分配圖 (172.7.2變頻器設(shè)置 (182.7.3控制系統(tǒng)的接線原理圖 (192.7.4梯形圖 (203.物料運(yùn)送系統(tǒng)的設(shè)計(jì) (223.1物料運(yùn)送系統(tǒng)傳送帶實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D (223.1.1 控制流程圖 (233.2 程序設(shè)計(jì)思路 (243.3輸入輸出地址分配表 (243.4主機(jī)接線圖. 錯(cuò)誤!未定義書簽。3.5 PLC主機(jī)及擴(kuò)展模塊接線圖 (263.6梯形圖 (274.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) (334.1人機(jī)接口設(shè)計(jì) (334.2顯示操作界面設(shè)計(jì) (34結(jié)束語 (40參考文獻(xiàn) (41致謝 (421引言隨著各種先

11、進(jìn)精確的諸多控制儀器的出現(xiàn),機(jī)械工業(yè)手傳送帶工作單元的設(shè)計(jì)方案也越來越先進(jìn)越來越趨于完美。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展,自動(dòng)化程度的迅速提高實(shí)現(xiàn)工件的拆卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化,已越來越引起人們的重視,同時(shí)也要求供料機(jī)構(gòu)更加靈活、柔性化。對(duì)機(jī)械手的的控制系統(tǒng)提出了更高要求,原來的繼電器控制方式已經(jīng)逐漸不能滿足生產(chǎn)的需要?？删幊炭刂破鱌LC控制性更強(qiáng)、應(yīng)變更靈活,已經(jīng)逐漸取代繼電器控制系統(tǒng)成為新的控制方式?？删幊炭刂破?簡(jiǎn)稱PLC由于其將系統(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,以及其可靠性高、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

12、靈活等眾多優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程和自動(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)輸系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化的傳送帶機(jī)的集中控制及保護(hù)。1.1 本課題研究的內(nèi)容及意義可編程控制器(PLC可編程控制器是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī),是繼續(xù)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。它具有抗干擾能力強(qiáng),價(jià)格便宜,可靠性強(qiáng),編程簡(jiǎn)樸,易學(xué)易用等特點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域中深受工程操作人員的喜歡,因此PLC已在工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛地使用。本課題主要以PLC為控制核心,通過與變頻器的連接進(jìn)而控制電機(jī)的順序啟動(dòng)逆序停

13、止。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)PLC能及時(shí)采集到故障信息從而進(jìn)行判斷做出下一步的指示,實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)送系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。PLC的相關(guān)設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)的重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。本課程設(shè)計(jì)的目的是使我們掌握以西門子S7-200為控制核心,進(jìn)而控制變頻器和電機(jī)的運(yùn)行,并能利用指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì),初步掌握利用PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)的方法。通過實(shí)驗(yàn)操作,能進(jìn)一步鞏固和加深我對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解,不僅可以培養(yǎng)我的設(shè)計(jì)、制作PLC控制系統(tǒng)的能力和獨(dú)立分析問題、解決問題的能力,還可以培養(yǎng)大學(xué)生調(diào)查研究、查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)以及編寫技術(shù)報(bào)告的能力,理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的能力。為今后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2物料運(yùn)送的起源和發(fā)

14、展17世紀(jì)中,美國開始用架空索道傳送散狀物料;19世紀(jì)中葉,各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的傳送帶輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。皮帶式傳送帶設(shè)備1868年,在英國出現(xiàn)了皮帶式傳送帶輸送機(jī);1887年,在美國出現(xiàn)了螺旋輸送機(jī);1905年,在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機(jī);1906年,在英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機(jī)。未來傳送帶設(shè)備將向著大型化發(fā)展、擴(kuò)大使用范圍、物料自動(dòng)分揀、降低能量消耗、減少污染等方面發(fā)展。1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路1. PLC控制變頻器和電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、調(diào)速2. 物料運(yùn)送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)用變頻器來驅(qū)動(dòng)物料運(yùn)送的電機(jī),外面接有稱重傳感器來檢測(cè)外部信號(hào),如果有故障產(chǎn)生,外部傳感器會(huì)及時(shí)反饋外部信息,從而使PLC及時(shí)

15、做出相應(yīng)的控制動(dòng)作。設(shè)計(jì)采用報(bào)警電鈴和信號(hào)燈的裝置,工作信號(hào)指示燈及報(bào)警電鈴安裝在PLC輸出端子,故障報(bào)警指示燈安裝在變頻器MM440開關(guān)量輸出端NO、COM端,壓力傳感器連接PLC模擬量輸入模塊作為信號(hào)采集,其流程圖如圖1-1: 圖1-1流程圖2對(duì)PLC、變頻器、電機(jī)的選型2.1 PLC的了解和選型2.1.1 PLC的組成1.中央處理單元,中央處理單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成,這些電路都集成在一個(gè)芯片內(nèi)。CPU通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口相連。2.存儲(chǔ)器PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放由PLC生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序,并固

16、化在ROM內(nèi)用戶不能隨便更改。它使 PLC具有基本都是功能,能夠完成 PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分。用戶程序存儲(chǔ)器用來存放用戶針對(duì)具體任務(wù)用規(guī)定的 PLC編程語言編寫的應(yīng)用程序3.輸入/輸出單元PLC的輸入和輸出信號(hào)類型可以是開關(guān)量,模擬量。輸入/輸出接口單元包含兩部分,一部分是與被控設(shè)備相連接的接口電路,另一部分是輸入和輸出的映像存儲(chǔ)器。4.電源部分PLC一般使用220V的交流電源或24V直流電源,內(nèi)部的開關(guān)電源喂plc 的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V、+-12V、24V等直流電源,整體式的小型PLC還提供一定容量的24V電源,供外部有源

17、傳感器使用。5.擴(kuò)展接口擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元活功能模塊與基本單元相連,是 PLC的配置更加靈活,以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。6.通信接口些 PLC配有一定的通信接口。 PLC通過這些通信接口可以與顯示設(shè)定單元、觸摸屏、打印機(jī)相連,提供方便人機(jī)交互途徑;也可以與其他plc、計(jì)算機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)相連,組成多機(jī)系統(tǒng)或工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。7.編程設(shè)備使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序,并可實(shí)現(xiàn)不同的變成語言的相互轉(zhuǎn)換。8.其他部件需要時(shí)PLC可以存儲(chǔ)卡、電池卡等。2.1.2 PLC工作原理PLC是按集中輸入,集中輸出,周期性循環(huán)掃描方式進(jìn)行工作的。每一次的掃描

18、所用的時(shí)間叫掃描周期或者工作周期。PLC是采用“順序掃描,不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí), CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序,按指令步序號(hào)(或地址號(hào)作周期性循環(huán)掃描,如無跳轉(zhuǎn)指令,則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序,直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令,開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中,還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC在輸入采樣階段:首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入,并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中,即刷新輸入。隨即關(guān)

19、閉輸入端口,進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段:按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令,經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后,其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中,輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。PLC輸出刷新階段:當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢,輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中,并通過一定的方式(繼電器、晶體管或晶閘管輸出,驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。其工作流程圖如圖2-1: 圖2-1 PLC工作流程圖2.1.3 PLC的選擇PLC的選擇要根據(jù)設(shè)計(jì)能容的要求標(biāo)準(zhǔn),整個(gè)系統(tǒng)流程的特點(diǎn)及要求是選擇PLC型號(hào)的關(guān)鍵。PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng),并且它要與工業(yè)

20、控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能。選擇PLC 時(shí),要分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求,明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作,然后根據(jù)控制要求,所需存儲(chǔ)器容量、估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等,最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。綜合了輸入輸出(I/O點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、各項(xiàng)控制功能和機(jī)型的考慮以及性價(jià)比等各方面的因素,由此選擇了S7-200 PLC一臺(tái)。S7-200系列PLC中可提供多種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用. S7-200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元。S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號(hào)的8種CPU供選擇使用,其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配

21、見下表:S7-200系列PLC中CPU的基本單元用戶存儲(chǔ)器容量的估算,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),每個(gè)I/O點(diǎn)及有關(guān)功能元件占用的內(nèi)存量大致如下: 開關(guān)量輸入元件:10-20B/點(diǎn);開關(guān)量輸出元件:5-10B/點(diǎn);定時(shí)器/計(jì)數(shù)器:2B/點(diǎn);模擬量:100-150B/點(diǎn);通信接口:一個(gè)接口一般需要300B以上。根據(jù)上面算出的總字節(jié)數(shù)再考慮增加25%左右的備用量,就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量,從而選擇合適的PLC內(nèi)存。綜上,根據(jù)I/O地址分配(6輸入,9輸出且輸出選用繼電器型輸出,選用西門子S7200系列PLC,考慮到PLC還要外接一個(gè)4路模擬量輸入模塊和2個(gè)2路模擬量輸出模塊,所以選用的PLC必須能夠擴(kuò)展2個(gè)

22、以上模塊。根據(jù)以上要求選用CPU224,型號(hào)為6ES7 214-1BD21-0XB0,模擬輸入擴(kuò)展模塊選用EM231,其型號(hào)為6ES7 231-0HC22-0XA8,模擬輸出擴(kuò)展模塊選用2個(gè)EM232,一個(gè)EM235,其型號(hào)為6ES7 232-0HB22-0XA8。幾種不同型號(hào)如表:表2-1多種不同型號(hào)表 PLC外部模型如圖2-2所示: 圖2-2 模型圖2.2 變頻器的了解和選擇2.2.1 變頻器的組成整流器:整流器的作用是把三相或單相交流電變成直流電。中間直流環(huán)節(jié):由于逆變器的負(fù)載為電動(dòng)機(jī),屬于感應(yīng)負(fù)載,其功率因數(shù)總不會(huì)為一,因此,在中間直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無功功率的交換,這種無功能量

23、需要考中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能原件來緩沖。逆變器:最常用的逆變器是三相橋式逆變電路,有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)元器件的通與斷,可以得到任意頻率的三相交流電輸出。控制電路:控制電路通常由運(yùn)算電路、檢測(cè)電路、控制信號(hào)的輸入、輸出電路和驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完成對(duì)逆變器的開關(guān)控制,對(duì)整流的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能等。控制方法可以采用模擬控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制,采用盡可能簡(jiǎn)單的硬件電路,主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性,數(shù)字控制方式常可以完成模擬控制方式難以完成的功能。變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖2-3所示:頻率和電壓 圖2-3 原理圖2.2.2變頻器的調(diào)

24、速原理變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。如公(2-1式n=60f(1-s/p (2-1對(duì)于成品電機(jī),其磁極對(duì)數(shù)p已經(jīng)確定,轉(zhuǎn)差率s變化不大,故電機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電源的頻率f成正比,因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。2.2.3變頻器的選擇正確選擇通用型變頻器對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的,首先要明確使用通用變頻器的目的,按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩等要求,充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性,決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng),然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應(yīng)是既滿足生產(chǎn)工藝要求,

25、又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng),往往會(huì)使通用變頻器不能正常的運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo),甚至引發(fā)設(shè)備故障,造成不必要的損失。另外,為了確保通用變頻器長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行,變頻器的地線的連接也是非常重要的。在本系統(tǒng)中,選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器MM440變頻器可以通過6個(gè)數(shù)字輸入端口對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)運(yùn)行、正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行方向控制.可通過基本操作板,按頻率調(diào)節(jié)按鍵可增加和減少輸出頻率,從而設(shè)置正反向轉(zhuǎn)速的大小。也可以由模擬輸入端控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。本變頻器由微處理器控制,并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型(IGBT晶體管作為功率輸出器件,因此它們具有很高的運(yùn)行可靠

26、性和功能多樣性。采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù),可使電動(dòng)機(jī)低噪聲運(yùn)行。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電機(jī)提供了良好的保護(hù)。M440變頻器在調(diào)速系統(tǒng)中的特點(diǎn):1.內(nèi)置多種運(yùn)行控制方式;2.快速電流限制,實(shí)現(xiàn)無跳閘運(yùn)行;3.內(nèi)置式制動(dòng)斬波器,實(shí)現(xiàn)直流注入制動(dòng);4.具有PID控制功能的閉環(huán)控制,控制器參數(shù)可自動(dòng)整定;5.多組參數(shù)設(shè)定且可相互切換,變頻器可用于控制多個(gè)交替工作的生產(chǎn)過程;6.多功能數(shù)字、模擬輸入/輸出口,可任意定義其功能和具有完善的保護(hù)功能。7.控制方式(V/F線性應(yīng)用最多,自學(xué)其他種類8.保護(hù)功能(過壓、欠壓、過熱、接地故障、短路保護(hù)、電機(jī)過熱、過載保護(hù)等 2.3電機(jī)的選擇1.為

27、電機(jī)提供電源的種類,如單相、三相、直流電等2.電機(jī)的工作環(huán)境,電機(jī)工作場(chǎng)所是否有特殊性,如潮濕、高溫、化學(xué)腐蝕、粉塵等3.電機(jī)的工作方式,是連續(xù)工作還是短時(shí)工作或是其它工作方式4.電機(jī)的安裝方式,如立式安裝、臥式安裝等等5.電機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速等,功率及轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足負(fù)載的要求6.其它困素,如是否需要變速、有無特殊控制要求、負(fù)載的種類等由于本設(shè)計(jì)是帶動(dòng)傳送帶電機(jī),所以選擇三相異步電動(dòng)機(jī)即可,功率選擇2.2Kw,額定電流5A,額定轉(zhuǎn)速1400r/min。2.4檢測(cè)元件選型2.4.1傳感器量程的選擇傳感器的選型應(yīng)根據(jù)應(yīng)用情況入手,從傳感器支撐點(diǎn)的數(shù)量、量程、精度等級(jí)、環(huán)境適應(yīng)性等幾個(gè)方面進(jìn)行選擇。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)

28、,一般應(yīng)使傳感器工作在其30%-70%量程范圍內(nèi),但對(duì)于一些在使用過程中存在較大沖擊力的衡器,如動(dòng)態(tài)軌道衡、動(dòng)態(tài)汽車衡、鋼材秤等,在選用傳感器時(shí),一般要擴(kuò)大其量程,使傳感器工作在其量程的20%-40%范圍內(nèi),使傳感器的稱量?jī)?chǔ)備量增大,以保證傳感器的使用安全和壽命,避免超載。按照使用量程60%-70%的建議,假設(shè)傳感器個(gè)數(shù)為N,單只傳感器量程為m,料倉自重加上滿料重量的總重為,則在已知M和N的情況下,按如公式2-2計(jì)算m:M/(0.7×NmM/(0.6×N(2-2確定此范圍后,在傳感器規(guī)格里面選擇滿足此規(guī)格的傳感器即可。2.4.2傳感器精度等級(jí)的選擇對(duì)傳感器的等級(jí)必須滿足下列

29、兩個(gè)條件:1.要滿足儀表輸入的要求。稱重顯示儀表是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過放大A/D轉(zhuǎn)換等處理之后顯示稱量結(jié)果的。因此,傳感器的輸出信號(hào)必須大于或等于儀表要求的輸入靈敏度值,即將傳感器的輸出靈敏度帶入傳感器和儀表的匹配公式(2-3:B(傳感器輸出靈敏度×E(激勵(lì)電源電壓×D(顯示分度值/A(傳感器最大量程×N(傳感器個(gè)數(shù)儀表輸入靈敏度(2-3計(jì)算結(jié)果要求大于或等于儀表要求的輸入靈敏度。2.要滿足整臺(tái)電子秤準(zhǔn)確度的要求。一臺(tái)電子秤主要是由秤體、傳感器、儀表三部分組成,在對(duì)傳感器準(zhǔn)確度選擇的時(shí)候,應(yīng)使傳感器的準(zhǔn)確度略高于理論計(jì)算值,因?yàn)槔碚撏艿娇陀^條件的限制,如秤體

30、的強(qiáng)度差一點(diǎn),儀表的性能不是很好,秤的工作環(huán)境比較惡劣等因素都直接影響到秤的準(zhǔn)確度要求,因此從各方面提高要求,又考慮經(jīng)濟(jì)效益,確保達(dá)到目的。2.4.3傳感器環(huán)境適應(yīng)性選擇用于稱重系統(tǒng)中的傳感器,一般都要長(zhǎng)期工作在各種復(fù)雜的環(huán)境中,經(jīng)受溫度、濕度、粉塵、腐蝕等的考驗(yàn),故事先必須對(duì)傳感器密封型式做出較合理的選擇。應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):1.注意工作溫度范圍對(duì)于高溫環(huán)境下工作的傳感器采用耐高溫傳感器;另外,苛刻的場(chǎng)合還須加有隔熱、水冷或風(fēng)冷等裝置。2.選擇適當(dāng)?shù)拿芊庑褪椒蹓m、濕度對(duì)傳感器造成較大影響。應(yīng)選擇適當(dāng)密封類型的傳感器,并且在安裝時(shí)注意避免粉塵、濕熱對(duì)傳感器的影響。3.選擇適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)在酸、堿等腐蝕性

31、較高的環(huán)境下,應(yīng)選擇抗腐蝕性能好的不銹鋼材質(zhì)且密封性好的傳感器。4.選擇防爆型在易燃、易爆環(huán)境下工作的傳感器對(duì)防爆性能提出了更高的要求,故必須選用防爆型傳感器,注意電纜線引出頭的防水、防潮、防爆性等。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求及其工作環(huán)境,選擇正常環(huán)境下的傳感器即可,故選用LC5300單點(diǎn)傳感器,其額定負(fù)載選擇50Kg,量程選擇0-10V,材質(zhì)是鋁合金。2.5低壓電器選型2.5.1電磁式繼電器的選擇1.使用類別的選用繼電器的典型用途是控制交、直流電磁鐵,如用于控制交、直流接觸器的線圈等,按GB245585規(guī)定,繼電器使用類別為:AC-11控制交流電磁鐵DC-11控制直流電磁鐵由于使用類別決定了繼電器所控制

32、的負(fù)載性質(zhì)及通斷條件,因此這是選用繼電器的主要依據(jù)。2.額定工作電壓、額定工作電流的選用繼電器在相應(yīng)使用類別下觸頭的額定工作電壓UN和額定工作電流/IQ,表征了該繼電器觸頭所能切換電路的能力。選用時(shí),繼電器的最高工作電壓可為該繼電器的額定絕緣電壓,繼電器的最高工作電流一般應(yīng)小于該繼電器的額定發(fā)熱電流。選用電壓線圈的電流種類和額定電壓值時(shí),應(yīng)注意與系統(tǒng)要求一致。3.工作制的選用繼電器一般適用于8小時(shí)工作制(間斷長(zhǎng)期工作制、反復(fù)短時(shí)工作制和短時(shí)工作制,工作制不同對(duì)繼電器的過載能力要求也不同。當(dāng)交流電壓(或中間繼電器用于反復(fù)短時(shí)工作制時(shí),由于吸合時(shí)有較大的起動(dòng)電流,因此它的負(fù)擔(dān)反比長(zhǎng)期工作制時(shí)為重,

33、選用時(shí)應(yīng)充分考慮這一點(diǎn),使用中實(shí)際操作頻率應(yīng)低于額定操作頻率。4.返回系數(shù)的調(diào)節(jié)對(duì)于電壓和電流繼電器,應(yīng)根據(jù)控制要求,進(jìn)行繼電器返回系數(shù)的調(diào)節(jié)。在實(shí)際工作中,通常采用增加銜鐵吸合后的氣隙、減小銜鐵打開后的氣隙以及適當(dāng)放松釋放彈簧等措施來達(dá)到增大返回系數(shù)的目的。2.5.2熔斷器的選擇熔斷器選擇包括熔斷器類型選擇和熔體額定電流確定兩項(xiàng)內(nèi)容。1.熔斷器類型的選擇熔斷器類型應(yīng)根據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流大小來選擇。對(duì)于保護(hù)照明和電動(dòng)機(jī)的熔斷器,一般只考慮它們的過載保護(hù),這時(shí),熔體的熔化系數(shù)適當(dāng)小些。對(duì)于大容量的照明線路和電動(dòng)機(jī),除過載保護(hù)外,還應(yīng)考慮短路時(shí)分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰磉x擇。當(dāng)短路電流較大時(shí),還

34、應(yīng)采用具有高分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥魃踔吝x用具有限流作用的熔斷器。此外,還應(yīng)根據(jù)熔斷器所接電路的電壓來決定熔斷器的額定電壓。2.熔體與熔斷器額定電流的確定熔體額定電流大小與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于負(fù)載平穩(wěn)、無沖擊電流,如一般照明電路、電熱電路可按負(fù)載電流大小來確定熔體的額定電流。對(duì)于有沖擊電流的電動(dòng)機(jī)負(fù)載,為達(dá)到短路保護(hù)目的,又保證電動(dòng)機(jī)正常起動(dòng),對(duì)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)其熔斷器熔體的額定電流為:單臺(tái)電動(dòng)機(jī)INP=(1.5 2.5INM(2-4式中,INP為熔體額定電流(A;INM為電動(dòng)機(jī)額定電流(A。多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一個(gè)熔斷器保護(hù)INP =(1.5 2.5INM max+ INM (2-5式中,INM m

35、ax為容量最大一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流(A;INM為其余各臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定電流之和(A。在式(2-4與式(2-5中,對(duì)于輕載起動(dòng)及起動(dòng)時(shí)間較短時(shí),式中系數(shù)取1.5;重載起動(dòng)及起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),式中系數(shù)取2.5。熔斷器的額定電流大于或等于熔體額定電流。3.校核熔斷器的保護(hù)特性對(duì)上述選定的熔斷器類型及熔體額定電流,還須校核該熔斷器的保護(hù)特性曲線是否與保護(hù)對(duì)象的過載特性有良好的配合,使在整個(gè)范圍內(nèi)獲得可靠的保護(hù)。同時(shí),熔斷器的極限分?jǐn)嗄芰?yīng)大于或等于所保護(hù)電路可能出現(xiàn)的短路電流值,這樣才能得到可靠的短路保護(hù)。4.熔斷器上、下級(jí)的配合為滿足選擇性保護(hù)的要求,應(yīng)注意熔斷器上下級(jí)之間的配合。一般要求上一級(jí)熔斷器的熔

36、斷時(shí)間至少是下一級(jí)的3倍,不然將會(huì)發(fā)生超級(jí)動(dòng)作,擴(kuò)大停電范圍。為此,當(dāng)上下級(jí)選用同一型號(hào)的熔斷器時(shí),其電流等級(jí)以相差2級(jí)為宜;若上下級(jí)所用的熔斷器型號(hào)不同,則應(yīng)根據(jù)保護(hù)特性上給出的熔斷時(shí)間來選取。2.5.3塑殼式斷路器的選用塑殼式斷路器常用來作電動(dòng)機(jī)的過載與短路保護(hù),其選擇原則是:1.斷路器額定工作電壓等于或大于線路額定電壓。2.斷路器額定電流等于或大于線路計(jì)算負(fù)荷電流。3.斷路器通斷能力等于或大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流,一般按有效值計(jì)算。4.斷路器欠壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓。5.斷路器分勵(lì)脫扣器額定電壓等于控制電源電壓。6.長(zhǎng)延時(shí)電流整定值等于電動(dòng)機(jī)額定電流。7.瞬時(shí)整定電流:

37、對(duì)保護(hù)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的斷路器,其瞬時(shí)整定電流為(815倍電動(dòng)機(jī)額定電流;對(duì)于保護(hù)繞線型電動(dòng)機(jī)的斷路器,其瞬時(shí)整定電流為(36倍電動(dòng)機(jī)額定電流。8.6倍長(zhǎng)延時(shí)電流整定值的可返回時(shí)間等于或大于電動(dòng)機(jī)實(shí)際起動(dòng)時(shí)間。按起動(dòng)時(shí)負(fù)載的輕重,可選用可返回時(shí)間為1、3、5、8、15s中的某一檔。本設(shè)計(jì)所用到的低壓電器如表1.2所示,其中指示燈分成2組,4個(gè)綠色正常工作狀態(tài)指示燈,4個(gè)紅色報(bào)警指示燈。9.元件明細(xì)表如表2-2所示:表2-2 元件明細(xì)表 2.6電源選型本設(shè)計(jì)中PLC選的是繼電器輸出型,輸出端為交流信號(hào),電壓大小為0-220V,輸入端是直流信號(hào),電壓大小為0-24V。可編程控制器一般使用市電(220

38、V50Hz,電網(wǎng)的沖擊,頻率的波動(dòng)都會(huì)對(duì)PLC的準(zhǔn)確度和可靠性造成影響,因此作為控制生產(chǎn)線傳輸系統(tǒng)的PLC應(yīng)有獨(dú)立穩(wěn)定的安全電源,還應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立開關(guān),能夠同時(shí)切斷CPU、輸入電路和輸出電路的所有供電。如果使用開關(guān)電源為PLC提供直流24V電源,應(yīng)對(duì)開關(guān)電源供電的交流電源采用隔離變壓器與電源隔離2.7PLC控制變頻器的啟動(dòng)、停止、調(diào)速2.7.1 地址分配圖表2-3地址分配表 2.7.2變頻器設(shè)置使用基本操作界面板對(duì)變頻器進(jìn)行設(shè)置,首先按下P鍵對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位,是變頻器的參數(shù)值回到出場(chǎng)狀態(tài)。假設(shè)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為JW7114,使用變頻器前必須設(shè)置電動(dòng)機(jī)的參數(shù),使電動(dòng)機(jī)與變頻器相配。電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如表2

39、-4所示:表2-4 參數(shù)表 電動(dòng)機(jī)參數(shù)完成設(shè)置以后,設(shè)置P0010為0,使變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)。然后設(shè)置變頻器控制端口開關(guān)操作控制參數(shù),如表2-5所示:表2-5 變頻器參數(shù)表 2.7.3控制系統(tǒng)的接線原理圖 圖2-4 接線原理圖2.7.4梯形圖 圖2-5 梯形圖 圖2-6 梯形圖對(duì)PLC、變頻器、電機(jī)的選型1、電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行及速度調(diào)節(jié)按下正傳按鈕SF1,I0.0為1,Q0.0也為1,變頻器端口5為“ON”,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)電位器RA,則可以改變變頻器的頻率設(shè)定值,從而調(diào)節(jié)正轉(zhuǎn)速度的高低,按下停車鍵按鈕SF2以后,I0.1為1,Q0.0為失電,電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2、電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行及調(diào)節(jié)按下反轉(zhuǎn)按鈕S

40、F3以后,I0.2為1,Q0.1為1,變頻器端口6為“ON”,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)電位器RA,則可以改變變頻器的頻率設(shè)定值,從而調(diào)節(jié)反轉(zhuǎn)的速度高低。按下停車按鈕SF2后,I0.1為1,Q0.1失電,電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)3 、互鎖正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間在梯形圖程序上設(shè)計(jì)有互鎖控制。3物料運(yùn)送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1物料運(yùn)送系統(tǒng)傳送帶實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D 圖3-1 傳送帶實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D本設(shè)計(jì)是基于PLC的四節(jié)傳送帶的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要求是:起動(dòng)后,先起動(dòng)最末的皮帶機(jī),5s后再依次起動(dòng)其它的皮帶機(jī);停止時(shí),先停止最初的皮帶機(jī), 5s后再依次停止其它的皮帶機(jī);當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)生故障且傳送帶上無重物時(shí),該機(jī)及前面的應(yīng)立即停止,以后的每隔5s順序停

41、止;當(dāng)某條皮帶機(jī)有重物時(shí),該皮帶機(jī)前面的應(yīng)立即停止,該皮帶機(jī)運(yùn)行5s后停止,再5s后接下去的一臺(tái)停止,依此類推。3.1.1 控制流程圖 圖3-2 控制流程圖3.2 程序設(shè)計(jì)思路程序設(shè)計(jì)的總體思路是:先將皮帶傳送系統(tǒng)的正常的連鎖起動(dòng)和連鎖停止用S7200編程軟件設(shè)計(jì)出來,在其基礎(chǔ)上添加故障處理控制,由于都是定時(shí)控制,因此用到許多PLC內(nèi)部時(shí)間繼電器,同時(shí)為了程序能夠簡(jiǎn)介美觀,也用到很多PLC內(nèi)部軟元件作為中間過渡。其具體軟元件使用情況及其功能如表3-3所示:3-3 內(nèi)部軟元件表 3.3輸入輸出地址分配表表3-4 地址分配表 3.4主機(jī)接線N 圖3-3 主機(jī)接線圖3.5 PLC主機(jī)及擴(kuò)展模塊接線圖

42、 圖3-4 擴(kuò)展模塊接線圖3.6 梯形圖按下啟動(dòng)按鈕SB1,逆序連鎖啟動(dòng)電機(jī)。啟動(dòng)電機(jī)M4,M4,自鎖,T37動(dòng)作。 T37啟動(dòng)電機(jī)M3,T38得電動(dòng)作。 T38啟動(dòng)電機(jī)M2,T39動(dòng)作。 T39啟動(dòng)電機(jī)M1。 按下SB2,逆序停止電機(jī)。M0.0停止M1并自鎖,T40動(dòng)作,5S后停止M2。依次停止M3、M4 。 I0.1表示M1故障,Q1.1亮,報(bào)警鈴響。此時(shí)AIW0為0.00,則Q0.0立即熄滅其他輸出相繼隔5s依次熄滅;若此時(shí)AIW0大于0.00,則Q0.0運(yùn)行5s后熄滅,其他輸出點(diǎn)同樣相隔5s依次熄滅。 M2故障,若AIW2為0.00,立即停止M2、M1。5S后依次停止M3、M4。若AI

43、W2大于0.00,M2運(yùn)行5S后,再依次停止后面的電機(jī)。 M3故障,若AIW4為0.00,立即停止M3、M2、M1。5S后停止M4。若AIW4大于0.00,M3運(yùn)行5S后,再依次停止后面的電機(jī)。 M4故障,若AIW8為0.00,立即停止M4、M3、M2、M1。5S后停止M4。若AIW8大于0.00,M4運(yùn)行5S后停止 如果出現(xiàn)故障,并且VD0、VD4、VD8、VD12任一個(gè)大于0.0,都會(huì)使其相對(duì)應(yīng)線圈得電。 M1、M2、M3、M4任一個(gè)出現(xiàn)故障,警鈴響。 4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1人機(jī)接口設(shè)計(jì)人機(jī)界面(又稱用戶界面或使用者界面是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行交互和信息交換的媒介,它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類

44、可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面。人機(jī)界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成,硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等,其中處理器的性能決定了HMI 產(chǎn)品的性能高低,是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級(jí)不同,處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分,即運(yùn)行于 HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件(如JB-HMI畫面組態(tài)軟件。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”,再通過PC 機(jī)和HMI 產(chǎn)品的串行通訊口,把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運(yùn)行。4.2

45、顯示操作界面設(shè)計(jì)西門子的HMI種類很多,文本顯示器是其中的一種,它是專門為S7-200PLC 而設(shè)計(jì)的。TD400使用液晶(有背光LED能顯示4行文本,每行最多12個(gè)中文符,分辨率為192×64.TD400支持兩種顯示字體和中英文顯示。TD400C是新一代文本顯示器,能夠支持所有TD200功能。創(chuàng)新的定制化解決方案,用戶可自定義面板背景顏色,圖標(biāo)及按鍵功能有15個(gè)按鍵,用戶可自定義功能。以下是TD400設(shè)置步驟:1.單擊菜單欄“工具”,選擇文本顯示向?qū)?如圖4-1:-圖4-12.單擊“下一步”出現(xiàn)圖4-2對(duì)話框: 圖4-23.選擇“TD400 1.0版”單擊下一步,如圖4-3: 圖4-34.單擊“下一步”,出現(xiàn)圖4-4所示:4.圖4-45.語言中選擇“中文”,單擊“下一步”,如圖4-5所示: 圖4-56.單擊“下一步”,TD配置完成,如圖4-6所示: 圖4-67.單擊“下一步”,進(jìn)行用戶自定義設(shè)置,如圖4-7所示: 圖4-78.單擊用戶菜單進(jìn)行