PLC皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、目 錄第1章 控制對象概述 11.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)用途、基本組成結(jié)構(gòu)及工作過程 1 皮帶運(yùn)輸機(jī)用途1 皮帶運(yùn)輸機(jī)組成及工作原理11.2 控制對象對控制系統(tǒng)的要求 11.3 本課題應(yīng)完成的設(shè)計(jì)工作 2第2章 控制方案論證 32.1 繼電器控制方案 32.2 單片機(jī)控制方案 32.3 PLC控制方案 42.4 結(jié)論 4第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 53.1 電機(jī)及元件選擇 53.2 電路設(shè)計(jì) 53.2.1 主電路設(shè)計(jì)53.2.2 PLC I/O 接線圖設(shè)計(jì)6第4章 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)74.1 程序組成部分74.2 主程序74.3 公用子程序84.4 手動公用子程序84.5 自動公用子程序94.6 M1電機(jī)

2、故障子程序 104.7 M2電機(jī)故障子程序 114.8 M3電機(jī)故障子程序 124.9 M4電機(jī)故障子程序 12第5章 程序調(diào)試 13第6章 體會心得 14附 錄 15參考資料18第1章 控制對象概述1.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)用途、基本組成結(jié)構(gòu)及工作過程 皮帶運(yùn)輸機(jī)用途皮帶輸送機(jī)可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中，露天采礦場及選礦廠中，在礦山的井下巷道、礦井地面運(yùn)輸系統(tǒng)中，皮帶輸送機(jī)都得到了廣泛應(yīng)用，水平運(yùn)輸或傾斜運(yùn)輸，皮帶輸送機(jī)的使用都非常方便。皮帶輸送機(jī)是以連續(xù)摩擦驅(qū)動的方式用來運(yùn)輸物料。那么皮帶輸送機(jī)的主要是由輸送帶和驅(qū)動裝置組成的。皮帶輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單優(yōu)點(diǎn)，它廣泛地應(yīng)用在礦山、冶

3、金、煤炭等部門，用來輸送松散物料或成件物品，根據(jù)輸送工藝要求，可以單臺輸送，也可多臺組成或與其他輸送設(shè)備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，以滿足不同布置型式的作業(yè)線需要。皮帶運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動裝置由單個或多個驅(qū)動滾筒驅(qū)動，驅(qū)動電機(jī)也可以是單個電機(jī)或多個電機(jī)驅(qū)動。一般驅(qū)動裝置包括電動機(jī)、減速機(jī)、液力偶合器、制動器或逆止器等組成。偶合器的作用是改善皮帶運(yùn)輸機(jī)的啟動性能。制動器和逆止器是為了防止當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)停機(jī)時皮帶向下滑動。 皮帶運(yùn)輸機(jī)是散料連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，是應(yīng)用于短距離連續(xù)運(yùn)輸?shù)牡闹匾獧C(jī)械設(shè)備。 皮帶運(yùn)輸機(jī)組成及工作原理皮帶輸送機(jī)的主要是由輸送帶和驅(qū)動裝置組成的。主要介紹驅(qū)動裝置即四臺電動機(jī)的運(yùn)動情況。皮帶運(yùn)輸

4、機(jī)由4臺皮帶機(jī)組成，4臺皮帶機(jī)分別用4臺電動機(jī)(M1M4)拖動。皮帶輸送機(jī)是以連續(xù)摩擦驅(qū)動的方式用來運(yùn)輸物料，通過控制4臺電動機(jī)的運(yùn)動，來控制傳輸物料。1.2 控制對象對控制系統(tǒng)的要求皮帶運(yùn)輸機(jī)由4臺皮帶機(jī)組成，4臺皮帶機(jī)分別用4臺電動機(jī)(M1M4)拖動，如圖1所示。圖1 皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)示意圖皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作過程如下：（1）啟動時先起動最末一臺皮帶機(jī)，經(jīng)過5S延時，再依次起動其它皮帶機(jī)：（2）停止時應(yīng)先停止第一臺皮帶機(jī)(M1)，待料運(yùn)送完畢后再依次停止其它皮帶機(jī)：（3）當(dāng)某臺皮帶機(jī)發(fā)生故障時，該皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)立即停止，而該皮帶機(jī)后面的皮帶機(jī)待料運(yùn)完后才停止。例如當(dāng)M2故障時，M1、M2

5、應(yīng)立即停，經(jīng)過5S延時后，M3停，再過5S后M4停。 1.3 本課題應(yīng)完成的設(shè)計(jì)工作（1）設(shè)計(jì)和繪制電氣控制原理圖或PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖編寫指令程序清單。（2）選擇電氣元件，編制電氣元件明細(xì)表。（3）設(shè)計(jì)操作面板電器元件布置圖。（4）上機(jī)調(diào)試程序（5）編寫設(shè)計(jì)說明書第2章 控制方案論證2.1 繼電器控制方案繼電器控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：繼電器，動作有壽命限制，一個元件故障可能造成整個系統(tǒng)崩潰，會將故障擴(kuò)大化，成本最低，也最容易被偽劣產(chǎn)品冒充，可維修度最高，同時維修成本也低。（1）繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體

6、積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能、較為困難。（2）繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動作實(shí)現(xiàn)的，工作頻率低，觸點(diǎn)的開關(guān)動作一般在幾十毫秒數(shù)量級，且機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。（3）繼電器安裝后，受電氣設(shè)備觸電數(shù)目的有限性和連線復(fù)雜等原因的影響，系統(tǒng)在今后的靈活性、擴(kuò)展性很差。（4）繼電器控制可實(shí)現(xiàn)邏輯功能，但不具備計(jì)數(shù)的功能。（5）觸點(diǎn)在開閉時會產(chǎn)生電弧，造成損傷并伴有機(jī)械磨損，使用壽命短，運(yùn)行可靠性差，不易維護(hù)。2.2 單片機(jī)控制方案依據(jù)單片機(jī)目前的發(fā)展?fàn)顩r，該方案的優(yōu)缺點(diǎn)是：(1)成本較低。由于現(xiàn)在單片機(jī)的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設(shè)計(jì)起來，成本比較低。

7、(2)可以對外部存儲容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)可以相對比較靈活。(3)由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計(jì)很完善的子程序，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中可以直接調(diào)用，減少較大工作量。其缺點(diǎn)為：(1)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)相對比較復(fù)雜，運(yùn)用該方案，該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包含擴(kuò)展電路部分和系統(tǒng)配置電路部分，所以該系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)工作量相對較大，影響系統(tǒng)開發(fā)的時間。(2)系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，雖然注意了芯片、器件選擇、去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽。但由于工廠的條件比較差，很難保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。(3)維護(hù)維修相對比較麻煩，維修需要的時間也相對較長。但與此同時，由于微機(jī)控制系統(tǒng)所有的電路集中在一塊電路板上，其實(shí)現(xiàn)的

8、功能、輸入輸出的點(diǎn)數(shù)受到限制，而且系統(tǒng)的散熱性，維護(hù)性受到考驗(yàn)，若其中一部分損壞，其只能全部更換。另外，微機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)周期長，一旦要有變化修改比較麻煩。2.3 PLC控制方案PLC的優(yōu)點(diǎn)主要有：(1)功能強(qiáng)，性能價格比高（可以相當(dāng)于集成了很多繼電器，大多數(shù)時候性價比并不低，除非是簡單電路，只用少數(shù)繼電器，那么可能就不太實(shí)用了。）(2)硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)(3)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)(4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少(5)編程方法簡單(6)維修工作量少，維修方便(7)體積小，能耗低(8)與時俱變，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊2.4 結(jié)論經(jīng)過比較，我們發(fā)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)具有以下鮮明的特點(diǎn)：I

9、/O驅(qū)動能力強(qiáng)，易于擴(kuò)展，圖形化開發(fā)界面，價錢適中，抗干擾能力強(qiáng)，因此多用于工業(yè)設(shè)備上。故選用PLC控制方案。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1電機(jī)及元件選擇本課程設(shè)計(jì)采用的電動機(jī)是四臺380V的三相籠式電動機(jī)。在主電路中電路保護(hù)裝置由刀開關(guān)QS1和自動空氣斷路器QF組成，用220V電網(wǎng)電壓供電。由PLC控制四個交流接觸器的電磁線圈電路的通斷，實(shí)現(xiàn)對四個電動機(jī)通斷控制。四個電動機(jī)電路都串聯(lián)了熱繼電器對其進(jìn)行保護(hù)，同時也是故障點(diǎn)。3.2 電路設(shè)計(jì)3.2.1 主電路設(shè)計(jì) 依靠PLC的輸出Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3所接的KM1、KM2、KM3、KM4控制電機(jī)M1、M2、M3、M4的運(yùn)轉(zhuǎn)。電機(jī)

10、圖如下： 圖3 1 主電路3.2.2 PLC I/O 接線圖設(shè)計(jì)皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)PLC I/O接線如圖所示： 圖3 2 I/O接線圖 本設(shè)計(jì)用了刀開關(guān)、斷路器、熔斷器、熱繼電器按鈕、S7-200等電氣元件。第4章 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1 程序組成部分皮帶運(yùn)輸機(jī)PLC電氣控制系統(tǒng)的程序主要分為以下幾個部分：主程序、公用子程序、自動子程序、手動子程序、M1電機(jī)故障子程序、M2電機(jī)故障子程序、M3電機(jī)故障子程序、M4電機(jī)故障子程序。4.2 主程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主程序主要包括：與外部的信息交流，故障子程序的發(fā)生，自動手動的選擇，然后對其各種子程序的跳轉(zhuǎn)。程序圖如下： 圖4 1 主程序 4.3 公

11、用子程序設(shè)計(jì) 公用子程序主要是：在手動操作下，置位自動子程序和故障子程序的所有操作，以防發(fā)生沖突。程序圖如下： 圖4 2 公用子程序4.4 手動子程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)進(jìn)入手動模式執(zhí)行的程序。程序圖如下：圖4 3 手動子程序4.5 自動子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的自動子程序主要控制自動模式下系統(tǒng)正常的啟動和停止。(1)系統(tǒng)啟動按下I0.1 接通KM4起動M4 5s 后T37 動作進(jìn)入狀態(tài)M0.1置位Q0.3,起動定時器T38 接通KM3 起動M3 5s 后T38 動作進(jìn)入狀態(tài)M0.2啟動定時器T39 , 置位Q0.2 接通KM2 起動M2 5s 后T2 動作進(jìn)入狀態(tài)M0.3置位Y3 接通KM1 起動M1

12、起動M4 。至此, M1M4按控制要求全部起動起來, 進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。(2)系統(tǒng)正常停止應(yīng)先停止第一臺皮帶機(jī)(M1電機(jī))，待料運(yùn)送完畢后（經(jīng)過5S延時）,再依次停止其它皮帶機(jī)。圖4 4 自動子程序4.6 M1電機(jī)故障子程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)M1故障子程序主要是控制自動模式下，M1電機(jī)故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下I0.5進(jìn)入狀態(tài)M2.0 啟動定時器T43, 復(fù)位Q0.1斷開KM1停止M15s 后T43 動作進(jìn)入狀態(tài)M2.1啟動定時器T44 , 復(fù)位Q0.2斷開KM2 停止M2 5s 后T44動作進(jìn)入狀態(tài)M2.3 啟動定時器T45 ,復(fù)位Q0.3 斷開KM3 停止M3 5s 后T45

13、 動作進(jìn)入狀態(tài)S34 復(fù)位Q0.4斷開KM4 停止M4 。等待下次操作。至此, M1M4按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。 圖4 5 M1故障子程序4.7 M2電機(jī)故障子程序設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)M21故障子程序主要是控制自動模式下，M2電機(jī)故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下I0.6進(jìn)入狀態(tài)M3.0 啟動定時器T46, 復(fù)位Q0.1、Q0.2斷開KM1、KM2停止M1、M25s 后T46 動作進(jìn)入狀態(tài)M3.1啟動定時器T47 , 復(fù)位Q0.3斷開KM3 停止M3 5s 后T47動作進(jìn)入狀態(tài)M3.2 復(fù)位Q0.4 斷開KM4 停止M4 .等待下次操作。至此, M1M4按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。 圖4 6 M

14、2故障子程序4.8 M3電機(jī)故障子程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)M3故障子程序主要是控制自動模式下，M3電機(jī)故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下I0.7進(jìn)入狀態(tài)M4.0 啟動定時器T48, 復(fù)位Q0.1、Q0.2、Q0.3斷開KM1、KM2、KM3停止M1、M2、M35s 后T46 動作進(jìn)入狀態(tài)M4.1復(fù)位Q0.4斷開KM4 停止M4。等待下次操作。至此, M1M4按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。 圖4 7 M3故障子程序4.9 M4 電機(jī)故障子程序設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)M4故障子程序主要是控制自動模式下，M4電機(jī)故障的處理.程序故障控制：在自動模式下，按下I0.8進(jìn)入狀態(tài)M5.0 啟動定時器T49, 復(fù)位Q0.

15、1、Q0.2、Q0.3、Q0.4斷開KM1、KM2、KM3、KM4停止M1、M2、M3、M4。等待下次操作。至此, M1M4按控制要求全部實(shí)現(xiàn)停車。 圖4 8 M4故障子程序第5章 程序的調(diào)試在程序設(shè)計(jì)完成了之后，就是程序調(diào)試了。調(diào)試分為：自動模式下的程序調(diào)試、手動模式下的程序調(diào)試以及故障情況下的程序調(diào)試。自動模式調(diào)試：按下模式選擇開關(guān)SA（I1.0），并且按下SB5（I0.1）啟動按鈕，進(jìn)入自動模式，M4馬上啟動每隔5s其他電機(jī)依次啟動，同樣按下SB6（I0.2）停止按鈕，M1馬上停止每隔5s其他電機(jī)依次停止。SA打下來，進(jìn)入自動模式，依次按I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分別啟動和停

16、止相應(yīng)的電機(jī)。例如按下SB1第一臺電機(jī)開始運(yùn)行，松開SB1第一臺電機(jī)停止下來，其他的類似。最后還有一個模擬故障點(diǎn)，進(jìn)行程序調(diào)試。按下SB5啟動所有的電機(jī)后，依次分別按下故障點(diǎn)I0.5、I0.6、I0.7、I1.0?？词欠裣鄳?yīng)的故障點(diǎn)和故障點(diǎn)之前的所有電機(jī)都停下來，同時這個故障點(diǎn)之后的電機(jī)每隔5s停下來。 仿真圖如下： 系統(tǒng)調(diào)試圖第6章 心得體會經(jīng)過這次的論文使我更加的了解到PLC對電器控制的主要過程，以及PLC在生產(chǎn)中可能遇到的種種事故以及對應(yīng)措施，也讓我了解了關(guān)于運(yùn)輸機(jī)的基本原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個實(shí)物總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因?yàn)椋賹?shí)

17、際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)檐浖旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對坐而言不如立而行有了深刻的認(rèn)識，對于這些程序編寫等還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。在本次設(shè)計(jì)中對我們進(jìn)行綜合訓(xùn)練，著重訓(xùn)練我們查閱資料的能力、工程制圖的能力、計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力、元件選擇能力、軟件開發(fā)使用能力以及文字表達(dá)的能力。同時，讓我們回顧已學(xué)過PLC的知識，并對知識重新組合、靈活運(yùn)用。使我們能夠通過對PLC應(yīng)用技術(shù)的了解更加深刻；也為我們今后從事工業(yè)自動化及自動線方面的設(shè)計(jì)工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。成功地實(shí)現(xiàn)使控制系統(tǒng)滿足工藝流程要求以及設(shè)計(jì)任務(wù)書上提出的所有控制、保護(hù)和顯示要求，并且力圖使所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)做到了工作穩(wěn)定可靠、技術(shù)性能先進(jìn)、操作靈活方便。通過順序功能圖的循環(huán)，重點(diǎn)