PLC論文———皮帶輸送機的集中控制

1、2013年“金藍領(lǐng)”維修電工高級技師論文 PLC皮帶輸送機的集中控制 作者；楊慶偉單位：山東煤炭技術(shù)學(xué)院指導(dǎo)老師：鄭良田、尚建寶2013年 8月 10日PLC皮帶輸送機的集中控制 楊慶偉摘 要本設(shè)計主要針對中小型皮帶輸送機的控制系統(tǒng)通常采用的繼電器控制存在的可靠性差、勞動強度大及生茶效率低的問題而提出的；改用基于PLC控制的皮帶輸送機控制裝置，克服了上述問題的不足。本設(shè)計控制系統(tǒng)選用的是歐姆龍CPM2A系列PLC控制器，在硬件電路設(shè)計中，完成PLC選型及外部低壓電器的選用，設(shè)計了硬件接線圖，提出了接線要求，使之具有控制和保護的功能；在軟件設(shè)計中，給出了程序流程圖，編程語言采用了梯形圖邏輯的方式

2、，將硬件和軟件有機的結(jié)合在一起，使控制系統(tǒng)運行可靠，達到了預(yù)期的設(shè)計目的?！娟P(guān)鍵詞】皮帶輸送機、PLC、集中控制引 言隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，煤礦、冶金、鋼鐵、化工、制藥、倉儲、電廠等方面對于皮帶輸送機有了許多高新的要求。皮帶輸送機俗稱帶式運輸機，是一種連續(xù)性的帶式運輸機械，也是一種通用的機械，它既可以運送散狀物料，也可以運輸件式成品物料。工作過程中噪音較小、結(jié)構(gòu)簡單，皮帶輸送機可用于水平或傾斜運輸。皮帶輸送機還用于裝船機、卸船機、堆取料機等連續(xù)運輸移動的機械上。以前的皮帶輸送機的電氣控制部分為繼電器和接觸器控制，采用手工的操作方式，存在勞動強度大、能耗高、維護量大、可靠性能差等缺點。隨著工業(yè)

3、大發(fā)展繼電器控制系統(tǒng)無法達到相應(yīng)的要求，且使用元件過多，因此根據(jù)不同行業(yè)不同用戶的要求，采用PLC控制皮帶輸送機是十分必要的。采用可編程控制器（PLC）控制的優(yōu)勢有如下幾條：可靠性能高，皮帶機的綜合保護裝置以PLC控制器為核心，系統(tǒng)具有高可靠性和強抗干擾等特點，對環(huán)境要求不高，適用于較為惡劣的工作場所。配置靈活，PLC在組態(tài)系統(tǒng)時具有極大的靈活性，極強的處理能力，以及極大的輸入輸出I/O擴容量，當現(xiàn)場發(fā)生變化時，只需改變程序即可，因此能夠方便靈活地進行系統(tǒng)配置，組成不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)，即可控制一臺單機，也可控制一條生產(chǎn)線，即可現(xiàn)場控制，也可遠程集中控制。設(shè)備擴展性強，PLC具有很強的

4、組網(wǎng)能力和擴展能力，今后可以很方便的添加新設(shè)備，如果與計算機PC控制相結(jié)合，則功能就更高了，它既可一通過MPI又可以通過BUS總線與其它PC系統(tǒng)相連，從而避免了以前上套設(shè)備需要更換一套控制設(shè)備的弊端，因此節(jié)省了大量的人力和財力。維護方便，模塊連接采用插拔式接線端子排，更換和維護都相當?shù)姆奖憧旖荨Ｕ?文一、 皮帶輸送機集中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程1.1、 皮帶輸送機的結(jié)構(gòu)皮帶輸送機由皮帶、機架、驅(qū)動輥、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成，組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示；原材料輸送機示意圖由圖2所示：312 1、皮帶 2、托輥 3、轉(zhuǎn)動輪 圖1 皮帶輸送機的組成部分MO1233 PD1 P

5、D2 PD3 PD4 圖2 原材料皮帶輸送機輸送示意圖1.2、 皮帶輸送機控制的電氣要求1.2.1、設(shè)計目的和技術(shù)要求：1、啟動時先啟動最后一臺PD4，然后每間隔15秒，依次向前啟動PD3、PD2、PD1皮帶機。2、停車時先停最前面一臺PD1，待料運送完畢后，每間隔30秒，向后PD2、PD3、PD4依次停止運行。3、當某臺皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機和前面的皮帶機立即停止運行，而該皮帶機后面的皮帶機待料運送完畢后依次每隔30秒停止，如：PD2發(fā)生故障，M1、M2立即停止運行，待料送完后，經(jīng)過30SM3停止運行，再經(jīng)過30SM4停止運行。 1.3、皮帶輸送機控制方案的確定皮帶輸送機通常采用采用傳統(tǒng)

6、的繼電器控制和PLC控制兩種控制方法，兩種控制方法比較如下：方式：傳統(tǒng)的繼電器是利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)及延時繼電器的滯后動作等組合方式形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制；PLC采用存儲邏輯，其控制邏輯是以程序的方式存在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需要改變邏輯程序即可，不需要硬件連接，是軟的連接。速度：傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯是依靠觸電的機械動作實現(xiàn)控制的，工作速度低、毫秒級的、且機械觸點有抖動現(xiàn)象；PLC控制是由程序指令控制電子電路來實現(xiàn)的，速度快、微妙級、嚴格同步且無抖動現(xiàn)象?？刂疲簜鹘y(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的時間滯后動作來實現(xiàn)延時控制的，時間繼電器定時精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)

7、整時間困難且是有級調(diào)時。PLC控制是采用集成電路做成的計時器，時鐘脈沖是由晶體振蕩產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時間方便且是無級調(diào)時，不受環(huán)境影響。通過對兩種控制方式的大概比較，PLC控制方式控制效果比較好，可實現(xiàn)皮帶輸送機的自動化控制，而采用傳統(tǒng)繼電器控制方式，還停留在以人工手動操作為主（當然也可以實現(xiàn)自動化控制，但是線路較為復(fù)雜，使用硬件元器件太多，不經(jīng)濟也不劃算，且維修困難），控制效果也就不是很明顯，為此采用PLC控制是很好的選擇。二、 控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計11 PLC的選擇及I/O分配表輸入信號：啟動開關(guān) 1 個停車開關(guān) 1 個故障輸入 4 個（M1、M2、M3、M4）（注：這里不考慮跑偏開關(guān)、

8、張力保護器、物料探測器等）以上共6個輸入的開關(guān)量信號，考慮以后的擴充，預(yù)留50%的備用點，共9個數(shù)字量輸入點DI。輸出信號：電動機啟動信號 4 個（M1、M2、M3、M4） 綜 合 報 警 燈 1 個 停 車 1 個 故 障 4 個（M1、M2、M3、M4）以上共需要10個數(shù)字量輸出信號DO，考慮到以后對系統(tǒng)的調(diào)整擴充，預(yù)留30%的備用點，共需要13個輸出點。根據(jù)以上輸入DI點及輸出DO點的要求，我們選用日本歐姆龍（OMRON）公司的CPM2A系列30點I/O的可編程PLC（其輸入點DI為12點，輸出點DO為18點）,它具有如下優(yōu)點：同步控制：CPM2A/2C的高速計數(shù)器功能可以和脈沖輸出功能

9、結(jié)合起來，依照輸入脈沖頻率按比例產(chǎn)生一個特定的脈沖輸出。 高速處理功能：高速處理包括50ms的快速響應(yīng)輸入，0.64ms的掃描周期，高速處理在很大程度上可以提高勞動效率，以包裝機械為例，這可以顯著縮短檢測標簽記號和檢測產(chǎn)品之間的時間間隔。 高速計數(shù)器功能：CPM2A/2C支持單軸高速計數(shù)20KHZ單相和5KHZ雙向，線性計算從-8388608到388607,25KHZ的四軸高速計算等。脈沖輸出位置控制：CPM2A/2C支持4種脈沖輸出的有2個點；1010KHZ脈沖輸出的有1個點；PWM輸出1.0-999.9KHZ的1個點，其具有同步功能。RS232通訊端口：CPM2A/2C提供一個內(nèi)置的RS2

10、32端口，能很方便地連接可編程終端，確認操作環(huán)境和調(diào)試時能實現(xiàn)可視化，將來擴充時刻選擇其它的組網(wǎng)模塊。價格低廉：在價格方面PLC也是比較便宜的，因為一個PLC可控制整個控制系統(tǒng)，歐姆龍PLC經(jīng)濟實惠，價格低于西門子及三菱PLC，且性能穩(wěn)定，性價比較高。一般情況下輸入點與輸入信號，輸出點與輸出信號在控制上一一對應(yīng)，分配好以后，按系統(tǒng)配置的通道與接點信號分配給每一個輸入信號和輸出信號，在本系統(tǒng)中報警器是幾個信號共用一個輸出點，個報警因素按邏輯關(guān)系并聯(lián)后接到報警輸出點，I/O分配表如下表1所示：輸入啟動按鈕SB1停車按鈕SB2故障點SB3、 SB4 、 SB5 、 SB6 地址00000000010

11、0003、 00004、 00005、 00006輸出報警指示燈HA停車輸出點TA故障輸出M1 M2 M3 M4地址 01004 01005 01006 01007 01008 01009輸 出電機運行M4 M3 M2 M1 地 址 01000 01001 01002 01003 表1 I/O分配表1.2 PLC外圍硬件電路設(shè)計與硬件電路圖1.2.1 PLC外圍硬件電路圖（見圖3）SB1為啟動按鈕（地址00000），SB2為停止按鈕（地址00001），SB3SB6為四臺電機對應(yīng)的故障信號（電機正常時為常開，故障時為常閉），01004為故障報警輸出，當任何一臺電機發(fā)生故障時，HA便開始報警，電機

12、故障信號由熱繼電器FR和空氣開關(guān)QF的輔助觸點串聯(lián)后輸出的。 L N SB1 HA SB2 TA QF2 SB3 HL1 SB4 HL2 FU2 SB5 HL3 SB6 HL4 KM1 FR1 KM2 FR2 DC COM KM3 FR3 -24VDC KM4 FR4 +24VDC L2/N COM L1 圖三 PLC與外設(shè)之間接線原理圖 1.2.2 硬件電路主電路圖（圖4）及說明 V U W QF0 FU0 QF1 QF2 QF3 FU4 FU1 FU2 FU3 FU4 KM1 KM2 KM3 KM4 FR1 FR2 FR3 FR4 M1 M2 M3 M4 圖4 主電路圖電氣主回路主要由塑殼

13、空氣開關(guān)QF1QF5、熔斷器FU1FU5、接觸器KM1KM5及熱繼電器FR1FR4組成。1.3 硬件電路的接線要求 在硬件電路圖（見圖3、圖4）的基礎(chǔ)上，對一些相關(guān)的控制接線作如下要求：1）采用遠程集中控制，完全由PLC按照工藝要求來啟動生產(chǎn)線上各個設(shè)備。2）電動機容量小于45KW或其容量不超過電源變壓器容量的15%容量時，均采用直接啟動方式。 3）交流接觸器的觸點容量根據(jù)電動機容量確定，所有接觸器線圈的控制電壓為220VAC。4）所有電機都配有相應(yīng)的低壓電路保護，具有短路、過載、過電流等保護功能，這些保護的元件選型QF、FR、FU均根據(jù)電機容量選取。5）電控系統(tǒng)采用380VAC三相四線制供電

14、。6）PLC的故障輸出端直接接到AC220V報警上。2、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計根據(jù)工藝要求和用戶使用需要，同時考慮到設(shè)備使用的安全性，故障保護與報警狀態(tài)顯示的要求，以及實現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備協(xié)調(diào)工作的功能，用梯形圖編制整個控制程序。在考慮到皮帶輸送機發(fā)生故障時，每臺皮帶機運行相隔的時間用定時器控制。在集中控制方式下，通過定時器控制依次啟動個電機。2.1 程序流程圖與梯形圖及其說明首先PLC上電自檢初始化，然后按下啟動按鈕SB1，M4電機先行啟動，然后每間隔15S一次啟動M3、M2、M1電機。當需要皮帶輸送機停止時，只需要按下停車按鈕SB2，則M1立即停止，接著每隔30S依次停下M2、M3、M4電機。SB3

15、-SB6是故障輸入點，是對應(yīng)與PD1-PD4的設(shè)備，該故障是塑殼開關(guān)QF2-QF5的輔助觸點與熱繼電器輔助觸電的串聯(lián)，如SB3是QF2和FR1輔助觸電的串聯(lián)。當某臺電機出現(xiàn)故障時，這臺電機和它前面的電機立即停止，通過30S后其后面的一次間隔30S停止。為了分析問題方便，并根據(jù)控制要求做出系統(tǒng)工作過程流程圖如圖5所示：根據(jù)控制要求及流程圖，做成梯形圖如圖6所示，在程序中01000、01001、01002、01003控制電機M4、M3、M2、M1；01004作為故障報警燈輸出控制；01006、01007、01008、01009作為電機M1、M2、M3、M4的故障報警輸出；01005作為停車指示顯示

16、輸出。每臺電機啟動時間定時器分別采用定時器TIM000(T000)、TIM001(T001)、TIM002(T002)控制，停止延時定時器用TIM003(T003)、TIM004(T004)、TIM005(T005)控制。 PLC上電 啟動 啟動SB1 停止按鈕SB2 M4電機啟動 有故障 M4停止15S后 30S后 M3電機啟動 有故障 M3停止 30S后 M4停止15S后 30S后M2電機啟動 有故障 M2停止 30S后 M3停止 30S后 M4停止15S后 30S后M1電機啟動 有故障 M1停止 30S后 M2停止 30S后 M3停止 30S后 M4停止 圖5 皮帶機控制方框流程圖3、系統(tǒng)調(diào)試 根據(jù)CX-P編程的基本操作，建立一個新工程（或項目），創(chuàng)建一個程序，按照圖5的控制梯形邏輯圖編譯程序，將PC機上的程序下裝到PLC，將PLC中的程序上傳到PC機并將兩個程序進行比較，在執(zhí)行PLC程序時進行監(jiān)視，在線進行編程等。 在按下啟動按鈕00000，最后一臺皮帶機M4開始啟動，隨后定時15S間隔依次啟動M3、M2、M1。停車時按下停車按鈕00001應(yīng)先停止最前面一臺皮帶機M1，然后一次延時每間隔30S停M2、M3、M4。這就是在正常情況下的停車與開車。在