皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 1 頁 前 言 自動(dòng)化控制技術(shù) 被引入工業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有一百多年的歷史了，隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展 自動(dòng)化控制技術(shù) 更加日新月異。伴隨著數(shù)學(xué)、控制理論計(jì)算機(jī)、電子器件的發(fā)展，出現(xiàn)了自動(dòng)化控制技術(shù) 系統(tǒng)，并作為一門應(yīng)用科學(xué)已發(fā)展成熟，形成了自己的體系和一套行之有效的分析和設(shè)計(jì)方法。 電氣控制與 PLC課程是機(jī)電類高職工科專業(yè)開設(shè)的實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用型課程。它不僅為電機(jī)調(diào)速控制技術(shù)、機(jī)電傳動(dòng)與控制技術(shù)、電梯應(yīng)用技術(shù)、樓宇自動(dòng)化技術(shù)等后續(xù)課程、集中實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，而且為相關(guān)專業(yè)學(xué)生考初、中級(jí)電工資格證書做準(zhǔn)備。 本課程的教學(xué)目的 是讓學(xué)生熟悉電氣控制系統(tǒng)的基本控制電路，具有電氣控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的基本能力；掌握可編程控制器原理及編程方法，具備一定的 PLC 程序設(shè)計(jì)和 PLC 應(yīng)用能力。 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，機(jī)械在品種 規(guī)模 設(shè)計(jì)與制造技術(shù)等方面也得到了迅速的發(fā)展和提高。目前全國(guó)各地均建有機(jī)械制造廠，并逐步走向?qū)I(yè)化生產(chǎn)，以能獨(dú)立自主地進(jìn)行從單機(jī)到成套設(shè)備乃至自動(dòng)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與制造。隨著新材料 新工藝 新技術(shù)的發(fā)展，必須推動(dòng)各種自動(dòng)機(jī)械向電氣控制化和智能化的方向發(fā)展。 通過 設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)， 使 學(xué)生熟悉常用低壓電器的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性及應(yīng)用 ； 掌握繼電接觸器控制系統(tǒng)基本分析徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 2 頁 和設(shè)計(jì)能力，特別是掌握典型電氣控制電路的分析和設(shè)計(jì)能力 、 可編程控制器的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、 基本邏輯指令的應(yīng)用 、 步進(jìn)順控指令編程方法及應(yīng)用 ； 進(jìn)一步樹立正確的設(shè)計(jì)思想。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，堅(jiān)持實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持理論聯(lián)系實(shí)際，堅(jiān)持與機(jī)械制造生產(chǎn)情況相符合，使設(shè)計(jì)盡可能做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)可行、操作方便、安全可靠。 由于時(shí)間和水平有限，本設(shè)計(jì)難免有不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 3 頁 題目：皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一、機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)的 目的 機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完電工學(xué)、機(jī)床設(shè)計(jì)、機(jī)床電氣控制技術(shù)等課程后，進(jìn)行的下一個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。它一方面要求通過設(shè)計(jì)能獲得綜合運(yùn)用過去所學(xué)知識(shí)的能力，同時(shí)也培養(yǎng)自己獨(dú)立查閱有關(guān)資料、獨(dú)立思考、獨(dú)立完成任務(wù)的能力。通過這次設(shè)計(jì)能夠很好提高分析問題和解決實(shí)際問題的能力，對(duì)于提高的綜合素質(zhì)是大有好處的，對(duì)即將走上工作崗位的畢業(yè)生具有一定的實(shí)際意義。另一方面，通過本次設(shè)計(jì)也為以后作好畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。因此，要求通過機(jī)床電氣控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)在以下幾方面得到鍛煉。 1、能熟練運(yùn)用過去所 學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)，按題目所提出的各項(xiàng)要求，正確設(shè)計(jì)主電路及控制線路設(shè)計(jì)。主要完成繼電器、接觸器及 PC 控制線路設(shè)計(jì)、編寫 PC 梯形圖及語句表，正確選擇電器元件，畫出主電路及 PC 控制外部接線原理圖，保證滿足題目所提出的各項(xiàng)要求，提高學(xué)生繼電器、接觸器控制線路設(shè)計(jì)及 PC 控制線路設(shè)計(jì)的綜合能力。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 4 頁 2、使用手冊(cè)及圖表資料。掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料名稱、出處，并做到熟練運(yùn)用，提高獨(dú)立工作及分工協(xié)作能力。 二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容與步驟 （一）設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象 (生產(chǎn)設(shè) 備或生產(chǎn)過程 )的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： （ 1）最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問題。 （ 2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，一次性投資小，使用后節(jié)約能源。 （ 3）保證控制系統(tǒng)的安全、可靠，使用與維修方便。 （ 4）考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，對(duì)于 PC 控制系統(tǒng)，在選擇 PC 容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 5 頁 （二）設(shè)計(jì)的內(nèi)容 在建材、化工、食品、機(jī)械、鋼鐵、冶金、煤礦等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送原料或物品。圖一是某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)的示意圖，原料從料斗經(jīng)過 PD-2、 PD 1兩臺(tái)皮帶運(yùn)輸機(jī)送出。從料斗向 PD-2 供料由電磁閥 YV 控制， PD-1 和 PD-2 分別由電動(dòng)機(jī) M1 和 M2 驅(qū)動(dòng)。 三、系統(tǒng)傳動(dòng)方式的確定 傳動(dòng)方式包括驅(qū)動(dòng)和調(diào)速兩個(gè)方面。它分為機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和流體傳動(dòng)三種方式。機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)方式直接影響設(shè)備的性能及結(jié)構(gòu)。在機(jī)械設(shè)備總體設(shè)計(jì)時(shí)，必須從機(jī)械性能和電氣性能兩方面綜合考慮后確定其傳動(dòng)方式。 （ 1） 往復(fù)運(yùn) 動(dòng)工作機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方式的確定 圖一：某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)示意圖 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 6 頁 對(duì)于僅有一兩個(gè)簡(jiǎn)單往復(fù)動(dòng)作的普通機(jī)械，可采用三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，經(jīng)齒輪減速后用螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來傳動(dòng)。如果機(jī)械設(shè)備具有多個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，而且往復(fù)動(dòng)作的調(diào)速性能和自動(dòng)化程度有一定要求時(shí)，應(yīng)采用電磁換向閥控制的液壓傳動(dòng)或氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)。若往復(fù)運(yùn)動(dòng)的調(diào)速性能要求比較高，應(yīng)采用電液比例控制系統(tǒng)來傳動(dòng)。對(duì)于往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移控制和速度控制要求比較高時(shí)，應(yīng)采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)家滾珠絲杠副來驅(qū)動(dòng)和控制。選擇三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)， Y 系列電動(dòng)機(jī)是籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，符合 IEC 標(biāo)準(zhǔn)和 DIN42673 標(biāo)準(zhǔn)。本系列采用 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為封閉式（ IP44）或防護(hù)式（ IP23）。 Y 系列電動(dòng)機(jī)額定電壓 380V，額定頻率50HZ。 具體選型如下： 型號(hào) 額定 功率 KW 滿載時(shí) 堵轉(zhuǎn) 電流 堵轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Kg.m2 躁 聲 凈 重 kg 轉(zhuǎn)速 r/min 電流A 效率 功率因數(shù) cos j 額定 電流 額定 轉(zhuǎn)矩 額定 轉(zhuǎn)矩 同步轉(zhuǎn)速 3000r/min Y100L-2 5.5 2870 6.39 82 0.87 7.0 2.2 2.2 0.0029 79 33 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 7 頁 （ 2）傳動(dòng)方式的選擇應(yīng)使調(diào)速性質(zhì)與負(fù)載特性相適 調(diào)速性質(zhì)是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、功率與其轉(zhuǎn)速的關(guān)系。負(fù)載特性是指機(jī)械設(shè)備的負(fù)載屬于恒功率負(fù)載（即功率不隨轉(zhuǎn)速變化而變化）還是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，（即轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化而變化）。設(shè)計(jì)任何一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，必須使調(diào)速性質(zhì)與負(fù)載特性相適應(yīng)。也就是說，恒功率負(fù)載必須采用恒功率調(diào)速性質(zhì)的傳動(dòng)方式，而轉(zhuǎn)矩負(fù)載則必須采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)的傳動(dòng)方式。 （ 3）電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的確定 對(duì)于起動(dòng)性能要求不高的機(jī)械設(shè)備 ，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)可根據(jù)其容量決定，當(dāng)電動(dòng)機(jī)總?cè)萘坎怀^供電變壓器容量的 20%時(shí)，一般采用直接起動(dòng)。當(dāng)容量大于該值時(shí)，可采用星 三角形降壓起動(dòng)或在定子中串電阻降壓起動(dòng)、也可采用自耦變壓器降壓起動(dòng)。如果機(jī)械設(shè)備要求電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)，應(yīng)采用軟起動(dòng)器起動(dòng)或變頻器控制的加速起動(dòng)。 （ 4）電氣系統(tǒng)的保護(hù) 電氣保護(hù)是電氣控制系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)，在電路中正確設(shè)置保護(hù)環(huán)節(jié)，是確保電動(dòng)機(jī)、其他用電設(shè)備、電器元件和電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要措施。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 8 頁 短路保護(hù) 電路在發(fā)生短路時(shí)，由于短路線路的阻抗很小而產(chǎn)生很大的短路電流，在短路線路上的電器元件 觸頭，會(huì)因此時(shí)流過的電流大大超過其額定容量而被燒毀回發(fā)生熔焊，導(dǎo)線的絕緣層也會(huì)因此被燒毀，甚至?xí)?dǎo)致火災(zāi)。所以發(fā)生短路時(shí)必須瞬間切斷電源，以保證電氣線路的安全。 常用的短路保護(hù)措施有： a.熔斷器保護(hù)； b.自動(dòng)開關(guān)的脫扣保護(hù)。 過載保護(hù) 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組的溫升會(huì)急劇升高并超過其額定值，輕者會(huì)使繞組的絕緣層老化變脆，壽命降低；重者會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組燒壞。因此在電動(dòng)機(jī)過載時(shí)必須及時(shí)切斷電源，以保證電動(dòng)機(jī)能在壽命期內(nèi)安全運(yùn)行。常用的過載保護(hù)措施有熱繼電器保護(hù)、自動(dòng)開關(guān)過載 脫扣保護(hù)。除此以外，還有以下一些過載保護(hù)的新措施，如電子式繼電器過載保護(hù)、埋入電動(dòng)機(jī)繞組的溫度繼電器（有雙金屬片式和熱敏電阻式）過載保護(hù)，軟起動(dòng)器過載保護(hù)。 零電壓和欠電壓保護(hù) 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 9 頁 在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，如果出現(xiàn)非正常停電后再恢復(fù)供電，電動(dòng)機(jī)又自行起動(dòng)，很可能會(huì)造成生產(chǎn)機(jī)械動(dòng)作錯(cuò)亂，運(yùn)動(dòng)部件互相碰撞的設(shè)備事故，甚至釀成人身事故。對(duì)電網(wǎng)來說，許多電動(dòng)機(jī)及其他用電設(shè)備在恢復(fù)供電后同時(shí)自行起動(dòng)，也會(huì)引起電網(wǎng)過大的瞬間壓降。為了防止電動(dòng)機(jī)失電時(shí)停止且電壓恢復(fù)時(shí)自行起動(dòng)，須采取零電壓保護(hù)措施。 在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，如果電 源電壓過低，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過低甚至停轉(zhuǎn)，結(jié)果造成所拖動(dòng)的設(shè)備不能正常運(yùn)行，甚至可能釀成事故。因此，需要在電源電壓降到允許值以下時(shí)，降電源切斷，實(shí)施欠電壓保護(hù)。 電動(dòng)機(jī)的零壓保護(hù)和欠壓保護(hù)無需特別的保護(hù)電器元件，只要降控制電動(dòng)機(jī)的接觸器控制電路連接成自鎖電路即可。 電氣元件的選擇 按鈕：按鈕是用于人工操作瞬間接通和斷開小電流（ 5A 以下）控制電路的開關(guān)。它有不同的結(jié)構(gòu)型式和顏色。一般情況下，起動(dòng)按鈕選用綠色，停止按鈕選用紅色，緊急停止按鈕選用紅色蘑菇頭型式；需要顯示按鈕操作狀態(tài)徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 10 頁 時(shí)選用帶指示燈的按鈕；大多數(shù)按 鈕的觸頭為一常開和一常閉，如果需要一個(gè)按鈕控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的回路，則選用多對(duì)觸頭的按鈕。 機(jī)械設(shè)備上常用的按鈕有 LA18、 LA19、 LA20 等幾種型號(hào)。它們的額定電壓為：交流 500V、直流 440V、額定電流為 5A。 行程開關(guān)：行程開關(guān)用于控制運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程。它有觸點(diǎn)式和無觸點(diǎn)式兩種類型。有觸點(diǎn)行程開關(guān)又分為直動(dòng)式、杠桿式、微動(dòng)式、組合式，常用的型號(hào)有： LX2、 LX19、JLXK1、 JXW、 LXK3、 X2 等。無觸點(diǎn)行程開關(guān)有接近開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾開關(guān)等。 接觸器：選用主要考慮主觸頭的額定電流、額定電壓、電磁線圈的額定電壓，還應(yīng)考慮常開和常閉輔助觸頭的數(shù)量和接觸器的操作頻率。主觸頭的額定電壓應(yīng)等于或大于主電路的額定電壓；電磁線圈的額定電壓必須與控制電路的額定電壓相同；主觸頭的額定電流可按以下公式計(jì)算確定： 310ee c c ePI I AKU? 式中 Iec 所選接觸器的額定電壓（ A）； Ic 接觸器主觸頭電流（ A）； 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 11 頁 Pe 被控電動(dòng)機(jī)功率（ kW）； K 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取 11.2； Ue 電動(dòng)機(jī)額定線電 壓（ V）。 其選型如下： 熱繼電器：用于對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)的熱繼電器有雙金屬片時(shí)和電子式兩種。電子式熱繼電器保護(hù)性能好，適用于重要電動(dòng)機(jī)的保護(hù)。如果電氣控制系統(tǒng)已經(jīng)采用自動(dòng)開關(guān)，不必再采用熱繼電器；對(duì)負(fù)載恒定、過載可能性很小的電動(dòng)機(jī)，如冷卻泵電機(jī)，可不設(shè)熱繼電器。 選擇熱繼電器時(shí)，要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電流來確定其額定電流 及熱元件的電流等級(jí)。對(duì)星形連接電動(dòng)機(jī)，可使用兩相或三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器，對(duì)三角形連接的電動(dòng)機(jī)可采用斷相保護(hù)的熱繼電器。 熱元件的額定整定電流值通常按電動(dòng)機(jī)的額定電流的0.951.05 倍選用。 型號(hào) 額定電流 額定操作頻率（次 / 小時(shí)） 可控制電動(dòng)機(jī)最大容量（ kW） 主觸點(diǎn) 輔助 觸點(diǎn) 220V 380V 500V CJ10-20 20 5 600 5.5 10 10 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 12 頁 選用型號(hào)如下： 型 號(hào) 額定電流 （ A） 熱元件等級(jí) 熱元件額定電流 電流調(diào)節(jié)范圍（ A） JR16B-20/3 JR16B-20/3D 20 0.35 0.50 0.72 1.1 1.6 2.4 3.5 5 7.2 11 16 22 0.250.35 0.320.50 0.450.72 0.681.1 1.01.6 1.52.4 2.23.5 3.25 4.57.2 6.811 1016 1422 熔斷器主要類型有：插入式、螺旋式、填料封閉管式等。常用的有 RL1 系列。 選擇熔斷器時(shí)，應(yīng)根據(jù)電流的特點(diǎn)及參數(shù)求出熔體電流，再根據(jù)熔體電流大小選擇熔斷器的額定電流并確定其型號(hào)。 對(duì)負(fù)載電流穩(wěn)定的電氣設(shè)備，如照明燈、電阻爐等，可按額定電流選用。 對(duì)具有沖擊電流的電氣設(shè)備如異步電動(dòng)機(jī)，可按以徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 13 頁 下方法確定： 單臺(tái)電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作時(shí)： Ir=(23)Ied 電動(dòng)機(jī)頻繁起動(dòng)時(shí)，上式的系 數(shù)為 34。如果多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用一組熔斷器保護(hù)，則 m a x( 2 3 )r e e dI I I? 式中 Ir 熔體額定電流； Ied 電動(dòng)機(jī)額定電流； Iemax 容量最大的電動(dòng)機(jī)的額定電流； edI 除容量最大的電動(dòng)機(jī)之外，其余電動(dòng)機(jī)的額定電流之和。 型號(hào) 熔斷器 額定電流（ A） 熔體額定 電流等級(jí)（ A） 交流 380V時(shí)極限分?jǐn)嗄芰Γ?A，有效值） RL1-15 15 2、 4、 5、 6、10、 15 2000 四 電氣控制方案的確定 電氣控制方案的合理性直接影響機(jī)械設(shè)備工作的可靠性、易維修性以及經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)時(shí)必須綜合考慮，在保證機(jī)械設(shè)備要求的工作可靠性和易維修性的前徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 14 頁 提下，應(yīng)采用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的電氣控制方案。 機(jī)械設(shè)備電氣控制系統(tǒng)通常包括電氣調(diào)速系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)。 （一）電氣邏輯控制裝置的選擇 電氣邏輯控制裝置有繼電器 -接觸器控制屏、順序控制器和 PLC。 繼電器 -接觸器控制屏的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直觀易懂，輸出功率大，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是觸頭容易產(chǎn)生電磨損，工作時(shí)有機(jī)械振動(dòng)，容易造成觸頭松動(dòng) 。這幾種情況的發(fā)生都會(huì)降低控制系統(tǒng)的工作可靠性，一旦出現(xiàn)故障，檢查和維修很不方便。 順序控制器是一種介于繼電器 -接觸器控制屏和 PLC之間的一種控制裝置。它具有改變 容易的特點(diǎn)，尤其是采用插銷板編程時(shí)，改變插銷的位置就可以改變程序，使用很方便。這種控制裝置適用于動(dòng)作順序不太復(fù)雜的控制系統(tǒng)，特別適用于需要經(jīng)常改變工作順序的生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)控制。但是這種控制系統(tǒng)由于插銷比較多，接觸不良的故障時(shí)有發(fā)生，可靠性不太高，而且這種產(chǎn)品由于沒有專業(yè)廠生產(chǎn)，所以目前已很少應(yīng)用。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 15 頁 PLC 具有通用性強(qiáng)、應(yīng)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)組裝周期短、 編程簡(jiǎn)單、修改容易、調(diào)試直觀、維護(hù)方便、可靠性高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，目前以廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制。但與繼電器 -接觸器控制屏相比， PLC 的價(jià)格比較貴。 如果機(jī)械設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較少，工作程序和控制要求比較簡(jiǎn)單，無論采用電氣傳動(dòng)還是液壓傳動(dòng)或氣壓傳動(dòng)，其控制系統(tǒng)宜采用繼電器 -接觸器控制屏。 對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)比較多、工作程序和控制要求比較復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其控制裝置應(yīng)采用 PLC。 有些機(jī)械設(shè)備雖然執(zhí)行機(jī)構(gòu)少，工作程序也不復(fù)雜，但工作程序要求經(jīng)常變動(dòng)，這種設(shè)備應(yīng)采用 PLC 控制。 （二）控制方式的選擇 控制 方式通常有行程控制、時(shí)間控制和其他物理量（壓力、流量、電流、速度等）控制。 行程控制方式是利用機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件上的碰塊或感應(yīng)頭，觸發(fā)在固定位置安裝的行程開關(guān)或無觸頭行程開關(guān)，以此發(fā)出行程信號(hào)來實(shí)現(xiàn)位置控制。凡是要求進(jìn)行位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都應(yīng)采用行程控制方式。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 16 頁 時(shí)間控制方式是利用時(shí)間繼電器或 PLC 的定時(shí)器，使控制系統(tǒng)按工藝要求的不同時(shí)段進(jìn)行程序步切換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。因此，機(jī)械設(shè)備的工作程序如果要求要求延續(xù)一般時(shí)間后才切換的則應(yīng)采用時(shí)間控制方式。對(duì)于要求實(shí)現(xiàn)位置控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果其行程很短，無法安裝 行程開關(guān)。在運(yùn)動(dòng)速度比較穩(wěn)定的情況下，根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的乘積等于行程的原理，也可以采用時(shí)間控制方式來實(shí)現(xiàn)位置控制。 （三）系統(tǒng)動(dòng)作要求 1、起動(dòng)：起動(dòng)時(shí)為了避免在前段運(yùn)輸皮帶上造成物料堆積，要求逆物料流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序起動(dòng)。其起動(dòng)順序?yàn)椋?2、停止：停止時(shí)為了使運(yùn)輸皮帶上不殘留物料，要求順物料流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序停止。其停止順序?yàn)椋?3、緊急停止：緊急情況下無條件地把 PD-1、 PD-2、YV 全部同時(shí)停止。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 17 頁 4、故障停止：運(yùn)轉(zhuǎn)中，當(dāng) M1 過載時(shí)，應(yīng)使 PD-1、PD-2、 YV 同時(shí) 停止。當(dāng) M2 過載時(shí)，應(yīng)使 PD-2、 YV 同時(shí)停止； PD 1 在 PD-2 停止后延遲 10s 后停止。 5、 M1 和 M2 電機(jī)功率都是 5.5KW。 （四）確定 I/O 點(diǎn)數(shù)及 PLC 的選型 伴隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展， PLC 的成本不斷下降，因?yàn)榇龠M(jìn)了 PLC 的應(yīng)用。但并不是所有的控制都必須使用 PLC，可以使用計(jì)算機(jī)控制或繼電接觸器控制。 在確定控制系統(tǒng)方案時(shí)，首先應(yīng)明確是否有必要采用PLC 控制。如果控制系統(tǒng)非常簡(jiǎn)單，所需 I/O 點(diǎn)很少，或者雖然 I/O 點(diǎn) 需要較多，但控制關(guān)系非常簡(jiǎn)單，各部分之間聯(lián)系很少，可以考慮不用 PLC，而采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制。除此之外，只要滿足下列情況之一，應(yīng)該首選 PLC。 1）系統(tǒng)所需 I/O 點(diǎn)數(shù)較多（比如在十幾個(gè)點(diǎn)以上），控制要求比較復(fù)雜。 2）現(xiàn)場(chǎng)處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高可靠性。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 18 頁 3）系統(tǒng)的工藝流程可能經(jīng)常發(fā)生變化，輸入、輸出控制量需經(jīng)常調(diào)整。 4）要求完成多種定時(shí)、計(jì)數(shù)、甚至復(fù)雜的邏輯、算術(shù)運(yùn)算，以及對(duì)模擬量的控制。 5）需要完成與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信或聯(lián)網(wǎng)。 6）系統(tǒng)體積很小，要求控制設(shè)備嵌入系統(tǒng)設(shè)備之中等。 1、輸入、輸出設(shè)備的數(shù)量 根據(jù)示意圖和控制要求可知，該系統(tǒng)需要 5 個(gè)輸入點(diǎn)和 3 個(gè)輸出點(diǎn)。 2、 PLC 的選擇 此控制系統(tǒng)只有簡(jiǎn)單的開關(guān)量控制，沒有模擬量的輸入或輸出，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間也沒有特殊的要求，時(shí)間繼電器的定時(shí)也是固定的，小型 PLC 即可滿足要求。因系統(tǒng)需要 5 個(gè)輸入點(diǎn)和 3 個(gè)輸出點(diǎn)，可選用三菱公司的整體式小型 PLCF1-20M，它具有 12 個(gè)輸入點(diǎn)和 8 個(gè)輸出點(diǎn)，完全滿足要求。 F 系列 PLC 一共有三種不同單元，即基本單元、擴(kuò)展單元和特殊單元?；締卧獌?nèi)有中央處理器（ CPU）、存貯器和 輸入 /輸出接口電路等，每個(gè)控制系統(tǒng)必須有一個(gè)基本徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 19 頁 單元。要增加 I/O 的點(diǎn)數(shù)，可連接擴(kuò)展單元。要增加控制功能，則可連接相應(yīng)的特殊單元，如高速計(jì)數(shù)單元、模擬量單元等。 F 系列 PLC 的型號(hào) 為了滿足用戶的不同要求， F 系列 PLC 有多種型號(hào)規(guī)格，表示方法如下： F ，其中：表示輸入 /輸出總點(diǎn)數(shù)；表示本單元的類型： M 為基本單元， E 為擴(kuò)展單元；表示輸出類型： R 為繼電器輸出， T 為晶體管輸出， S 為晶閘管輸出；表示電源電壓種類： V 為100/110V 交流， E 為 220/240V 交流， D 為 24V 直流。 F 系列 PLC 總體 技術(shù)特性和數(shù)據(jù)如下： 項(xiàng) 目 F 20M F 40M 電 源 功 耗 11VA 25VA 電 壓 AC100110V， AC200220V 50/60Hz 計(jì) 時(shí) 點(diǎn) 數(shù) 8 點(diǎn) 16 點(diǎn) 設(shè)定位數(shù) 2 位 3 位 設(shè)定范圍 0.199s 0.1999s 計(jì) 數(shù) 點(diǎn) 數(shù) 8 點(diǎn) 16 點(diǎn) 設(shè)定方式 設(shè)定范圍 199 1999 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 20 頁 輔助繼電器 64 個(gè)（其中 16個(gè)有掉電保護(hù)功能） 192 個(gè)（其中64 個(gè)有掉電保持功能） 用戶存貯器容量 數(shù) 制 八進(jìn)制 十進(jìn)制 數(shù) 量 477 890 運(yùn) 算 指 令 繼電器符號(hào) 速 度 100m s/步序（平均） 45m s/步序（平均） 可 靠 性 施 和 情 況 電池保護(hù) 鋰電池，可連續(xù)使用五年，保持RAM 程序 瞬時(shí)停電補(bǔ)償 5MW （ DC500V） 絕緣耐壓 AC1500V 1min 外形尺 255mm 80mm 100mm 305mm110mm 110mm 重 量 1.5kg 2.3kg 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 21 頁 常用 PLC 的編程指令系統(tǒng) （ 1） LD 指令 LD（ Load）：取指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個(gè)常開觸點(diǎn)，表示一個(gè)邏輯行的開始。 （ 2） LDN 指令 LDI（ Load Inverse）：取反指令，適用于梯形圖中與左母線相連的第一個(gè)常閉觸點(diǎn)。 （ 3） OUT 指令 OUT（ Out）：線圈驅(qū)動(dòng)指令（又叫輸出指令），適用于將運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的線圈，但不能用于輸入繼電器。 OUT 指令用于計(jì)數(shù)器和定時(shí)器時(shí)，必須有常數(shù) K 值緊跟， K 分別表示定時(shí)器時(shí)間或計(jì)數(shù)次數(shù)，它也作為一個(gè)步序。 （ 4） AND 指令 AND（ And）：“與”指令 ，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常開觸點(diǎn)。 （ 5） ANI 指令 ANI（ And Inverse）：“與反”指令，適用于和觸點(diǎn)串聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。 （ 6） OR 指令 OR（ Or）：“或”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常開觸點(diǎn)。 （ 7） ORI 指令 ORI（ Or Inverse）：“或反”指令，適用于單觸點(diǎn)并聯(lián)的常閉觸點(diǎn)。 （ 8） RST 指令 RST（ Reset）：計(jì)數(shù)器和移位寄存器徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 22 頁 的復(fù)位指令，適用于將計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值回復(fù)到設(shè)定值或清除移位寄存器中所有位的信息，即清零。計(jì)數(shù)器有計(jì)數(shù)輸入和復(fù)位輸入兩個(gè)輸入端。當(dāng)計(jì)數(shù)輸入端觸點(diǎn)每次 從斷開至接通時(shí)，計(jì)數(shù)器的值減 1，當(dāng)通斷次數(shù)達(dá)計(jì)數(shù)值后，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值減為 0，此時(shí)計(jì)數(shù)器的線圈接通，其常開觸點(diǎn)閉合。如果要計(jì)數(shù)器從當(dāng)前值回到最初設(shè)定值，則要接通復(fù)位輸入端的觸點(diǎn)， RST 起復(fù)位作用，使計(jì)數(shù)器線圈斷開，其常開觸點(diǎn)斷開。 RST 指令總是優(yōu)先執(zhí)行的，因此當(dāng)RST 的輸入保持時(shí)，對(duì)計(jì)數(shù)器或移位寄存器的輸入不再接受。所有的計(jì)數(shù)器和部分寄存器具有掉電保護(hù)功能，所以當(dāng)不必再保持計(jì)數(shù)器原有狀態(tài)時(shí)，在工作開始之前，要使用特殊輔助繼電器 M71，在主機(jī)投入運(yùn)行的瞬時(shí)，產(chǎn)生的初始化脈沖，使計(jì)數(shù)器或位移寄存器復(fù)位。 （ 9） SFT 指令 SFT（ Shift）：移位指令，適用于將移位寄存器中的內(nèi)容做移位操作?？捎?8 個(gè)或 16 個(gè)輔助繼電器組成移位寄存器。 移位寄存器三個(gè)輸入端功能為： 數(shù)據(jù)輸入端 IN：當(dāng)連接 IN 端的觸點(diǎn)接通時(shí)，表示把“ 1”送到移位寄存器的最低位，反之則把“ 0”送到此位。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 23 頁 移位信號(hào)輸入端 CP：當(dāng)連接 CP 端的觸點(diǎn)每由斷變通一次、來一個(gè)脈沖時(shí)，移位寄存器的內(nèi)容從編號(hào)小的低位，向編號(hào)大的高位順序移動(dòng)一次，最高位原來的數(shù)據(jù)丟失。 復(fù)位信號(hào)輸入端 R：當(dāng)連接 R 的觸點(diǎn)接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輔助繼電器全部斷開，即 移位積存器全部清零。如果 R 端連接的觸點(diǎn)一直處于接通狀態(tài)，則數(shù)據(jù)輸入和移位輸入的信號(hào)全無效。 F 系列指令系統(tǒng)如下： 指 令 功 能 指 令 功 能 LD 公共總線或支路的起始常開觸點(diǎn) PLS 脈沖產(chǎn)生指令 LDI 公共總線或支路的起始常閉觸點(diǎn) SFT 移位寄存器的移位指令 AND 串聯(lián)的常開觸點(diǎn) NOP 空操作指令 ANI 串聯(lián)的常閉觸點(diǎn) END 程序結(jié)束指令 OR 單個(gè)并聯(lián)的常開觸點(diǎn) S 操作保持指令 ORI 單個(gè)并聯(lián)的常閉觸點(diǎn) R 操作保持 復(fù)位指令 ANB 電路塊的串聯(lián) 連接 MC 主控轉(zhuǎn)移指令 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 24 頁 ORB 電路塊的并聯(lián)連接 MCR 主控復(fù)位指令 OUT 線圈驅(qū)動(dòng)指令 CJP 條件跳步指令 RST 計(jì)數(shù)器、移位寄存器復(fù)位指令 EJP 跳步結(jié)束指令 3、繼電器的選擇 JZ17 型繼電器是引進(jìn)日本 OMRON 公司技術(shù)。設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品（原型號(hào)為 MA460N）?？捎糜诮涣?50Hz 或 60Hz，額定電壓至 220V 的控制電路中。該產(chǎn)品采用直動(dòng)式磁系統(tǒng)，橋式雙斷點(diǎn)觸頭，共有 8 對(duì)觸頭（ 4 常開 4 常閉）。 JZ17 型繼電器的技術(shù)數(shù)據(jù)： 額定絕緣電壓（ V） 約定發(fā)熱電流（ A） 使 用 類 別 觸頭額定工作電壓（ V） 觸頭額定控制容量（ VA） 電壽命（萬次） 機(jī)械壽命（萬次） 操作頻率（次/h） 動(dòng)作時(shí)間（ s） 重 量 440 6 AC-11 380 360 50 600 1200 0.03 0.29 180 80 72 120 DC-11 220 28 60 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 25 頁 4、 I/O 地址分配 地址分配如下： 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn)編號(hào) 輸出設(shè)備 輸出點(diǎn)編號(hào) 起動(dòng)按鈕 X400 M1 接觸器 Y430 停止按鈕 X401 M2 接觸器 Y431 急停按鈕 X402 YV Y432 M1 熱繼電器 動(dòng)斷觸點(diǎn) X403 M2 熱繼電器 動(dòng)斷觸點(diǎn) X404 5、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求用基本邏輯指令編程編制的梯形圖如圖二。圖中， T450、 T451 分別為 PD-2、 YV 延時(shí)起動(dòng)的計(jì)時(shí)器； T452、 T453 分別為 PD-2、 PD-1 延時(shí)停止的計(jì)時(shí)器。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 26 頁 語句表 LD 400 LD T451 OR Y430 ANDN M101 ANDN 402 OUT Y432 ANDN 403 LD 401 ANDN 453 OR M101 OUT Y430 ANDN 400 TMR T450 OUT M101 K5 TMR T452 LD T450 K10 OUT M100 LD Y430 LD M100 ANDN 404 OR Y431 OR Y452 ANDN 402 TMR T453 ANDN 403 K10 ANDN 404 ANDN 452 OUT Y431 TMR T451 K5 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 27 頁 程序運(yùn)行過程 起動(dòng)時(shí)，按下起動(dòng)按鈕， X400 接通， Y430 接通并自鎖， M1 起動(dòng)， PD-1 投入運(yùn)行； T450 開始計(jì)時(shí)常開觸點(diǎn)閉合， M100 產(chǎn)生一脈沖，使 Y431 接通并自鎖， M2 起動(dòng)，PD-2 投入運(yùn)行； T451 開始計(jì)時(shí)。 T451 計(jì)時(shí) 到， T451 常開觸點(diǎn)閉合， Y432 接通， YV 投入運(yùn)行，完成全部起動(dòng)過程。 停止時(shí)，按下按鈕， X401 接通， M101 接通并自鎖。Y432 斷開， YV 停止； T452 開始計(jì)時(shí)， T452 開始計(jì)時(shí)到，T452 常閉觸點(diǎn)斷開，使 Y431 斷開， M2 停止， PD-2 停止運(yùn)行；同時(shí) T452 常開觸點(diǎn)閉合，使 T453 計(jì)時(shí)。 T453 計(jì)時(shí)到， T453 常閉觸點(diǎn)斷開，使 Y430 斷開， M2 停止， PD-1停止運(yùn)行，完成全部停止過程。 運(yùn)行中緊急停止時(shí)，按下急停按鈕， X402 常閉觸點(diǎn)斷開，使 Y430、 T450、 Y431、 T451 斷開， Y432 也斷開，同時(shí)停止運(yùn)行。 運(yùn)行中當(dāng) M1 過載時(shí)， X403 常閉觸點(diǎn)斷開，使 Y430、T450、 Y431、 T451 斷開， Y432 也斷開， PD-1、 PD-2、YV 同時(shí)停止運(yùn)行。 運(yùn)行中當(dāng) M2 過載時(shí)， X404 常閉觸點(diǎn)斷開、使 Y431、徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 28 頁 T451 斷開， Y432 也斷開， PD-2、 YV 同時(shí)停止運(yùn)行； X404常閉觸點(diǎn)斷開使 T453 計(jì)時(shí)。 T453 計(jì)時(shí)時(shí)， T453 常閉觸點(diǎn)斷開，使 Y430 斷開， M1 停止， PD-1 停止運(yùn)行。 徐州師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)紙 第 29 頁 設(shè)計(jì)總結(jié) “操千曲而后曉聲，觀千劍而后識(shí)器?！痹趨⒓颖敬?機(jī)床電氣 控制技術(shù) 課程設(shè)計(jì) 的過程中，獲益匪淺，對(duì)所學(xué)的專業(yè)課程知識(shí)有了更系統(tǒng)的理解和掌握。第一次系統(tǒng)地參加了整個(gè)設(shè)計(jì)過程，對(duì)于設(shè)計(jì)程序有了深刻的了解和掌握。在本次為期一周的機(jī)床電氣 控制技術(shù) 課程 設(shè)計(jì)中，通過查閱有關(guān)書籍，了解和掌握了機(jī)床電氣 控制技術(shù) 設(shè)計(jì) 的一般步驟和方法，并運(yùn)用了這些方法和步驟進(jìn)行了皮帶運(yùn)輸機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我們對(duì)機(jī)床電氣 控制技術(shù) 設(shè)計(jì)的基本原理和步驟有深入的了解，打好了一定的基礎(chǔ)。只有在基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)后才可根據(jù)工程實(shí)際