斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計說明

1、. . . . 斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計摘要斗輪堆取料機是現(xiàn)代化工業(yè)大宗散狀物料連續(xù)裝卸的高效設備，目前已經(jīng)廣泛應用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲煤廠、發(fā)電廠等散料存儲料場的堆取作業(yè)。隨著社會發(fā)展，料場的吞吐量越來越高，斗輪堆取料機是料場工作運行的核心機械，斗輪堆取料機的生產(chǎn)力決定了料場的工作效率，因此有必要提高斗輪堆取料機工作效率。PLC集成控制技術(shù)發(fā)展迅速，應用于斗輪堆取料機能夠大大提高工作效率，減少勞動成本。本設計對斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)進行了詳細研究。應用PLC控制完成斗輪堆取料機的堆料取料等工作過程，設計程序包含了應有的限制保護等，簡單安全。首先，討論了斗

2、輪堆取料機的工作流程，并選擇最優(yōu)堆取料工藝。然后選擇適當PLC型號。了解斗輪堆取料機各部分動作原理，并給出了控制方案。為后面設計PLC控制程序打下了基礎。經(jīng)過系統(tǒng)分析設計要求，設計開發(fā)了斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性、可靠性。關(guān)鍵詞：斗輪堆取料機；PLC；自動控制A PLC CONTROL SYSTEM DESIGN OF STACKER-RECLAIMERSAbstractStacker-reclaimer is the efficient equipment of modern industrial for loading and unloading bulk dis

3、perses the shape material.At present it has been used widely in port and dock, metallurgy, cement, steel mills, coking plant, store yard, power plants and bulk material storage yard.With the development of society, throughput of yard becomes more and more higher. Stacker-reclaimer is the core of the

4、 operational concepts of machinery. The productivity of stacker-reclaimer determines the yard work efficiency. So it is necessary to improve the stacker-reclaimer work efficiency. PLC integration control technology is developing rapidly. In the application of stacker-reclaimer can greatly improve th

5、e work efficiency, and reduce labour cost. This issue makes a brief survey about PLC controlling system of stacker-reclaimer. PLC controlling helps finish feeding, material taking and some other process of stacker-reclaimer. The designing programs include the necessary limit, easy and safe.First, it

6、 refers to the working process of stacker-reclaimer, and determines the perfect working process of feeding and material taking. Then I choose the appropriate PLC type. Making sense of the moving principles of stacker-reclaimer's every part, and coming up with the controlling design. And making t

7、he solid foundation of the following PLC programming design. After analysis the design requirements, I designed the PLC control system of stacker-reclaimer. This system has a good stability and reliability.Keywords: Stacker-reclaimer; PLC; Automatic control34 / 37目 錄摘要IAbstractII1緒論11.1課題背景11.2斗輪堆取料

8、機發(fā)展概況11.2.1國斗輪堆取料機發(fā)展概況11.2.2國外斗輪堆取料機發(fā)展概況21.3 PLC發(fā)展概況21.3.1國PLC發(fā)展概況21.3.2國外PLC發(fā)展概況31.4 斗輪堆取料機工作過程31.4.1斗輪堆取料機堆料工藝流程41.4.2斗輪堆取料機取料工藝流程51.4本文主要研究容52斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計62.1電氣元件選型62.1.1 接觸器的選用62.1.2 繼電器的選擇72.1.3 熔斷器的選擇72.1.4 按鈕、刀開關(guān)、組合開關(guān)、限位開關(guān)與自動開關(guān)的選擇82.2 PLC機型選擇82.2.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算92.2.2 存儲器容量的估算92.2.3 控制功能

9、的選擇92.2.4 機型的選擇112.3 PLC I/O節(jié)點分配122.4斗輪堆取料機自動堆取料工藝流程設計142.4.1 自動堆料工藝設計142.4.2自動取料工藝設計152.5 PLC控制程序設計19參考文獻30附錄A 歐姆龍PLC型號信息31附錄B 程序指令表33致351緒論1.1課題背景科學技術(shù)的日新月異，自動化程度要求越來越高，市場競爭激烈、人工成本上漲，以往的人工操作方式已經(jīng)無法滿足社會的發(fā)展。輕勞動強度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量與經(jīng)濟效益是企業(yè)生成所必須面臨的重大問題。斗輪堆取料機是現(xiàn)代化工業(yè)大宗散狀物料連續(xù)裝卸的高效設備，目前已經(jīng)廣泛

10、應用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲煤廠、發(fā)電廠等散料（礦石、煤、焦碳、砂石）存儲料場的堆取作業(yè)。PLC集成自動控制技術(shù)、計量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計算機管理技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品；充分利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計，配置靈活、組態(tài)方便。1.2斗輪堆取料機發(fā)展概況目前斗輪堆取料機普遍采用PLC和變頻器調(diào)速、液壓驅(qū)動、網(wǎng)絡控制等技術(shù)。其生產(chǎn)能力顯著提升，造型得到了改進，產(chǎn)品向大型化、多樣化、無人化、環(huán)保和配套國際化方向發(fā)展。國際市場對斗輪堆取料機需求量大。隨著技術(shù)的發(fā)展和用戶對產(chǎn)

11、品性能、質(zhì)量要求的提高，斗輪堆取料機還會不斷發(fā)展和完善。通過技術(shù)進步和創(chuàng)新，會有更多更好的國產(chǎn)斗輪堆取料機產(chǎn)品問世，投向國外市場。1.2.1國斗輪堆取料機發(fā)展概況國斗輪堆取料機的發(fā)展基本經(jīng)歷了三個階段。20世紀60年代、70年代，國開始設計小型斗輪堆取料機，典型機型有3025、8030等，取料出力分別為300t/h、800t/h，回轉(zhuǎn)半徑分別為25m和30m。20世紀80年代、90年代，是斗輪堆取料機發(fā)展的第二階段。鋼廠、電廠等新建設的散料堆場逐步采用了大型斗輪堆取料機，用于散料的堆取和轉(zhuǎn)運，例如寶鋼、碼頭料場，斗輪堆取料機取料出力達到2000t/h，回轉(zhuǎn)半徑達到40m。受當時國條件的限制，這

12、些料場輸送設備的建設多是合作制造或者整機進口的，甚至整套散料輸送系統(tǒng)都是引進國外的。2000年后，國斗輪堆取料機發(fā)展到了一個新階段。迄今為止，國廠家具備了3006000t/h生產(chǎn)能力、2560m回轉(zhuǎn)半徑斗輪堆取料機系列產(chǎn)品的設計和制造能力。這一階段中，國外廠商仍占據(jù)一定份額，但國廠家掌握了相當?shù)募夹g(shù)、生產(chǎn)能力，并憑借服務、價格優(yōu)勢占據(jù)了國市場的主流地位，并逐漸走向國際市場。國斗輪堆取料機的發(fā)展在近五六年里發(fā)展非常迅速。尤其受國民經(jīng)濟固定資產(chǎn)投資的影響，國的需求量增長比較大，是近十幾年來少有的，主要表現(xiàn)在港口、電廠、鋼鐵企業(yè)的煤炭和鐵礦石的料場增長迅速，能源、原材料行業(yè)的發(fā)展也給斗輪堆取料機的產(chǎn)

13、業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了十分良好的發(fā)展環(huán)境。市場需求的增加，激發(fā)了國制造企業(yè)對斗輪堆取料機研發(fā)和創(chuàng)新的信心，特別是一些大型堆取料機的研發(fā)，提高了國企業(yè)自行設計制造大型設備的能力。國的斗輪堆取料機不論在產(chǎn)量上還是在質(zhì)量上都有非常大的提高，這五六年里新增的斗輪堆取料機的總和幾乎達到之前所制造的斗輪堆取料機設備數(shù)量的總和。在斗輪堆取料機的整體上，設備的設計和制造的細節(jié)需要改進，尤其在產(chǎn)品的機構(gòu)設計的細節(jié)處理上，與國外先進的公司產(chǎn)品存在較大的差距。因此提高產(chǎn)品細節(jié)方面的設計是國產(chǎn)品制造商需要迫切解決的問題。電氣與控制系統(tǒng)的硬件與國外公司的產(chǎn)品基本山?jīng)]什么差別，而在PLC軟件設計上存在一定的差距，其中也包括產(chǎn)品設計

14、的可靠性，PLC程序編制的規(guī)性，一次儀表的選型和設計的可靠性等。1.2.2國外斗輪堆取料機發(fā)展概況在國外，斗輪堆取料機作為散狀物料裝卸機械的使用是從上世紀初期開始的，它是由斗輪挖掘機演變而來的。計算機技術(shù)的發(fā)展使計算速度加快，數(shù)據(jù)存儲和讀取更加方便。各種網(wǎng)絡技術(shù)使得數(shù)據(jù)傳輸更加容易，為斗輪堆取料機無人化打下了硬件基礎。所謂斗輪堆取料機全自動無人化，概要的講就是由操控人員在中控室選擇堆料位置、按啟動按鈕，堆取料機自動尋位進行自動堆取料作業(yè)。國外的iSAM AG和西門子公司是從事料場設備無人化集成較早的公司。無人化斗輪堆取料機的操作是操作人員在中控室通過電腦屏幕監(jiān)控堆取料機的各種運行和故障信息，必

15、要時進行手動干預。堆取料機完全自動運行，設備上無人操作1。目前，西方發(fā)達國家港口用的斗輪堆取料機，大部分實現(xiàn)了全自動無人化運行，其他國家也在計劃和準備訂購全自動無人化的斗輪堆取料機。如國浦項制鐵就計劃采購該種斗輪堆取料機，印度巴西等用戶也有使用無人斗輪堆取料機的意向。1.3 PLC發(fā)展概況自二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量

16、處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。1.3.1國PLC發(fā)展概況我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)推廣應用。進入20世紀70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是PLC采用通訊微處理器之后，這種控制器就不在不局限于當初的邏輯運算了，功能得到更進一步增強。進入20世紀80年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機化PLC，使PLC的功能增強，工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。近10年來，隨著PLC價格的不斷降

17、低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設備與產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上屋電氣生產(chǎn)的CF系列、機床電器廠生產(chǎn)的DKK與D系列、組合機床研究所生產(chǎn)的S系列、電子計算機廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應用。此外，華光公司、鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)

18、也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家?？梢灶A期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應用天地。1.3.2國外PLC發(fā)展概況1969年美國數(shù)字設備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP-14，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。接著美國MODICON公司也研制出084控制，從此，這項新技術(shù)迅速在世界各國得到推廣應用。1971年日本從美國引進這項技術(shù)，很快研制出第一臺可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，與大量離散量的數(shù)據(jù)采

19、集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力

20、、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。1.4 斗輪堆取料機工作過程它有堆料和取料兩種作業(yè)方式。堆料由帶式輸送機運來的散料經(jīng)尾車卸至臂架上的帶式輸送機，從臂架前端拋卸至料場。通過整機的運行，臂架的回轉(zhuǎn)、俯仰可使料堆形成梯形斷面的整齊形狀。取料是通過臂架回轉(zhuǎn)和斗輪旋轉(zhuǎn)連續(xù)實現(xiàn)的。物料經(jīng)卸料板卸至反向運行的臂架帶式輸送機上，再經(jīng)機器中心處下面的漏斗卸至料場帶式

21、輸送機運走。通過整機的運行，臂架的回轉(zhuǎn)、俯仰，可使斗輪將儲料堆的物料取盡如圖1-1。圖1-1斗輪堆取料機料場作業(yè)1.4.1斗輪堆取料機堆料工藝流程堆料作業(yè)工藝有行走堆料、旋轉(zhuǎn)堆料、定點堆料三種基本方式。1. 行走堆料堆料分數(shù)層、數(shù)列進行斷續(xù)行走定點堆積。由料堆高度檢測器檢測出煤點的高度（或人工控制），發(fā)出指令，控制行走機構(gòu)進行微動，一堆接一堆地進行堆積，達到設定位置，進行換列操作，反向堆積；當堆完第一層各列后，進行換層操作，繼續(xù)第二層堆積，繼而堆完最后一小堆。該工藝特點是，可把不同煤種進行混堆，這樣堆放的煤堆，在采取回轉(zhuǎn)取料時，入爐煤基本為混煤2。2. 旋轉(zhuǎn)堆料臂架始終固定在預定堆積高度上往返

22、旋轉(zhuǎn)堆積，達到設定次數(shù)后（堆積到一定高度），圖1-2 旋轉(zhuǎn)堆料行走機構(gòu)微動一個設定距離，依次進行作業(yè)。該工藝特點是，這樣堆放出的煤場形狀較好，便于碾壓，但所需存煤場地要求較大。旋轉(zhuǎn)堆料如圖1-2所示。3. 定點堆料第一堆分數(shù)層進行堆積，待煤堆分數(shù)次堆積到一定高度時，臂架高度保持不變，按預先設定的旋轉(zhuǎn)方向和角度旋轉(zhuǎn)到第二個堆料點繼續(xù)堆，達到旋轉(zhuǎn)圍后，即開動行走機構(gòu)微動一個設定距離，這樣一直堆積到設定的堆料長度后停止作業(yè)。該工業(yè)特點是，需要存放場地小，當煤場存放空間小，新、舊煤分堆時適宜采用該堆料方式，但不利于煤場整形和碾壓。1.4.2斗輪堆取料機取料工藝流程取料方法分為旋轉(zhuǎn)分層取料和定點斜坡取料

23、。旋轉(zhuǎn)分層取料又分為分段和不分段兩種。1. 分層分段取料把斗輪置于料堆頂層作業(yè)點上，然后旋轉(zhuǎn)控制開始取料，每達到旋轉(zhuǎn)圍時，行走機構(gòu)微動一個設定距離，按照設定的供料段長度取完第一層后，進行換層操作。當取完最下一層后進行換段操作。把斗輪置于第二段最頂層的作業(yè)開始點上，重復進行取料。該工藝特點是，有利于煤場存煤實現(xiàn)存新取舊，防止煤存放時間較長，而出現(xiàn)存煤消耗。2. 分層不分段取料把斗輪置于堆料層最頂層作業(yè)點上，然后旋轉(zhuǎn)控制開始取料，每達到旋轉(zhuǎn)圍時，行走機構(gòu)微動一個設定距離，開始反向旋轉(zhuǎn)取料，直至取到盡頭，隨后大車返回開始作業(yè)點，同時臂架下降一個吃煤深度，繼續(xù)上述過程取第二層煤。這種方式的特點是，取料

24、后煤場煤堆形狀較好，適用于汽車進煤的煤場，但不利于煤場存煤倒燒。3. 斜坡取料斗輪沿堆料的斜坡按照一定的進給量由上往下逐層旋轉(zhuǎn)上煤，斗輪大臂每下降一次，大車都要后退一個距離，當取料達到要求的取料深度后，行走機構(gòu)再向前走一個斗深，同時大臂抬起，進行第二個斜坡取料。這種方式適用于從煤堆中部取煤。1.4本文主要研究容在斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計過程中主要進行了如下五個方面的工作：1）確定斗輪堆取料機對PLC控制系統(tǒng)的要求2）繪制斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的工藝過程控制流程圖3）確定輸入、輸出點數(shù)，繪制I/O分配表4）選定PLC型號5）設計控制系統(tǒng)梯形圖并編制指令語句程序首先通過閱讀相關(guān)資料了解斗輪堆

25、取料機工作過程，然后設計自動控制流程，最后設計控制系統(tǒng)梯形圖，實現(xiàn)對斗輪堆取料機的自動控制系統(tǒng)。2斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計本設計題目為斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計，主要目的是，應用PLC實現(xiàn)斗輪堆取料機的自動控制，提高斗輪堆取料機工作效率，減少勞動力。目前PLC發(fā)展迅速，國近些年開始研究斗輪堆取料機的無人自動控制，在國外大部分斗輪堆取料機已經(jīng)實現(xiàn)了無人自動控制。在程序優(yōu)化方面國還需進一步研究，在本設計中提出了簡易高效的堆取料工藝，預期能編寫出更加簡易程序。2.1電氣元件選型2.1.1 接觸器的選用接觸器的選用，應根據(jù)負荷的類型和工作參數(shù)合理選用。具體分為以下步驟：1） 接觸器種類的

26、選擇：根據(jù)接觸器控制的負載性質(zhì)來相應選擇直流接觸器還是交流接觸器；一般場合選用電磁式接觸器，對頻繁操作的帶交流負載的場合，可選用帶直流線圈的交流接觸器。2） 接觸器適用類別的選擇：接觸器按負荷種類一般分為一類、二類、三類和四類，分別記為AC-1、AC-2、AC-3和AC-4.一類交流接觸器對應的控制對象是無感或微感負荷，如白熾燈、電阻爐等；二類交流接觸器用于繞線式異步電動機的啟動和停止；三類交流接觸器典型用途是鼠籠式異步電動機的啟動和運行中分段；四類交流接觸器用于籠型異步電動機的啟動、反接制動、反轉(zhuǎn)和電動?？筛鶕?jù)接觸器所控制負載的工作任務來選擇相應使用類別的接觸器。對于生產(chǎn)中的廣泛使用的中、小

27、容量鼠籠型異步電動機來說，大多數(shù)負載是一般任務，故應選擇AC-3使用類別；對于控制機床電動機用接觸器，其負載情況較為復雜，如果負載明顯屬于重任務，則應選擇AC-4類別，如果負載為一般任務與重任務混合時，則可根據(jù)實際情況選用AC-3或AC-4類接觸器，如選用AC-3類時，應降級使用。3） 接觸器額定電壓的確定：接觸器主觸點的額定電壓應根據(jù)主觸點所控制負載電路的額定電壓來確定，接觸器的額定電壓應等于負載電路的額定電壓。4） 接觸器額定電流的選擇：一般情況下，接觸器主觸點的額定電流應大于等于負載或電動機的額定電流，當接觸器用于電動機的頻繁起動、制動或正反轉(zhuǎn)場合，一般可將其額定電流降一個等級來選用。5

28、） 接觸器線圈額定電壓的確定：接觸器線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路一樣。對于交流電路，為保持安全，一般接觸器線圈選用110V、127V,并由控制變壓器供電。但如果控制電路比較簡單，所用的接觸器數(shù)量較少時，為省去控制變壓器，可選用380V、220V電壓。6） 接觸器觸點數(shù)目的確定：在三相交流系統(tǒng)中一般選用三極接觸器，即三對常開主觸點，當需要同時控制中性線時，則選用四極交流接觸器。在單相交流和直流系統(tǒng)中則常用兩極或三極并聯(lián)接觸器。交流接觸器通常有三對常開主觸點和四到六對輔助觸點，直流接觸器通常用兩對常開主觸點和四對輔助觸點。一般應根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定所需的觸點數(shù)與種類，同時應注意觸點的通斷能

29、力和其他額定參數(shù)。7） 接觸器額定操作頻率：交、直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h、1200次/h等幾種，一般說來，額定電流越大，則操作頻率越低、可根據(jù)實際需要選擇。以行走電機為例，電機容量為22KW，電壓為380V，K取1.2，即接觸器的電流為1*22*1000/（380*1.2）=48.25A，主觸頭為3級，所以行走電機的接觸器選用型號為：LC1-D1S1OM5N，其他接觸器選擇型號計算一樣具體型號見表2-1。表2-1 接觸器型號名稱型號或代號額定電流數(shù)量行走電機接觸器CJ10-60606夾軌器接觸器CJ10-20204電纜卷筒接觸器CJ10-202012.1.2 繼電器的選擇1）電

30、磁式繼電器的選用 中間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器都屬于這一類。選用的主要依據(jù)是：被控制或被保護對象的特性、觸頭的種類、數(shù)量、控制電路的電壓、電流、負載性質(zhì)等因素。線圈電壓、電流應滿足控制線路的要求。如果控制電流超過繼電器觸頭定額電流，可將觸頭并聯(lián)使用，也可以采用觸頭串聯(lián)使用方法來提高觸頭的分斷能力。 2）時間繼電器的選用 選用時應考慮延時方式(通電延時和斷電延時)、延時圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價格等因素。常用時間繼電器有氣囊式、電動式與晶體管等，在延時精度要求不高，電源電壓波動大的場合，宜選用價格較低的氣囊式、電磁式時間繼電器。當延時圍大，精度要求高時，可選用電動式和和晶體管

31、式時間繼電器。 3）熱繼電器的選用 對于工作時間短，停歇時間長的電動機，如機床的刀架或工作臺的快速移動，橫梁升降、夾緊等運動，以與雖長期工作但過載的可能性很小的電動機，如排風扇，可以不設過載保護，除此以外一般電動機都應考慮過載保護。 熱繼電器有兩相式、三相式與三相帶斷相保護等型式。對于星形接法的電動機與電源對稱性較好的可采用兩相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。對于三角形接法的電動機或電源對稱性不夠好的情況則應選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器。而在重要場合或容量較大的電動機，可選用半導體溫度繼電器來進行過載保護。 熱繼電器發(fā)熱元件額定電流，原則上按被控電動機的額定電流選取，并一次去選擇發(fā)熱元件編號和一定的調(diào)節(jié)圍。 根據(jù)要

32、求選用NR2-36/Z型，保護整定值36A，型號CJX2-32。122.1.3 熔斷器的選擇 熔斷器的選擇主要容是其類型、額定電壓、熔斷器額定電流等級與溶體額定電流。根據(jù)負載保護特性、短路電流大小、各類熔斷器的使用圍來選用熔斷器的類型，額定電壓是根據(jù)被保護電路的電壓來選擇的 溶體的額定電流是選擇熔斷器的關(guān)鍵，他與負載大小、負載性質(zhì)密切相關(guān)。對于負載平穩(wěn)、無沖擊電流，如照明、信號、電熱電路可直接按負載額定電流選取。對于像電動機一類有沖擊電流負載，溶體額定電流可按下列公式計算： 單臺電動機長期工作 IR=（1.52.5）IN多臺電動機長期共用一個熔斷器保護 IR（1.52.5）INmax+IN 式

33、中INmax為容量最大的一臺電動機的額定電流；IN是除去容量最大的電動機之外，其余電動機額定電流之和。 輕載與啟動時間短時，系數(shù)取1.5，啟動負載較重與啟動時間長，啟動次數(shù)又3較多的情況，則取2.5。 熔體額定電流的選擇還要照顧到上下級保護的配合，以滿足選擇性保護要求，使下一級熔斷器的分斷時間較上一級熔斷器熔體的分斷時間要小，否則將會發(fā)生越級動作，擴大停電圍。根據(jù)需要選取RL1-15型熔斷器，具體參數(shù)為：熔斷器額定電流：15A，熔斷器額定電壓：500V。 2.1.4 按鈕、刀開關(guān)、組合開關(guān)、限位開關(guān)與自動開關(guān)的選擇1）按鈕 按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器。其選用依 據(jù)

34、主要是根據(jù)需要的觸點對數(shù)、動作要求、是否需要帶指示燈，使用場合以與顏色等要求。按鈕產(chǎn)品有多種結(jié)構(gòu)形式、多種觸頭組合與多種顏色，供不同使用條件選用。例如，緊急操作一般選用蘑菇型，停止按鈕。常選用紅色等，起額定電壓有交流500v，直流440v，額定電流5A。 2）刀開關(guān) 又稱閘刀，主要用于接通和切斷長期工作設備的電源與不經(jīng)常啟動與制動、容量小于7.5KW的異步電動機。刀開關(guān)選用時，主要是依據(jù)電源種類、電壓等級、斷流容量與需要極數(shù)。當用刀開關(guān)來控制電動機時，其額定電流要大于電動機額定電流的3倍。 3）組合開關(guān) 主要用于電源的引入，所以又叫電源隔離開關(guān)。其選用依據(jù)是電源種類電壓等級、觸頭數(shù)量以與斷流容

35、量。當采用組合開關(guān)來控制5KW以下容量異步電動機時，其額定電流一般為（1.52.5）IN，接通次數(shù)小于（1520）次/小時。 4）限位開關(guān) 主要用于位置控制或有位置保護要求的場合。選用時主要根據(jù)機械位置對開關(guān)形式的要求和控制線路對觸頭數(shù)量的要求，以與電壓、電流來確定其型號。 5）自動開關(guān) 由于自動開關(guān)具有很好的保護作用，故在電氣設計的應用中越來越多。自動開關(guān)的種類很多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動操作式和電動操作式。在選用時，主要從保護特性要求（幾段保護）、分斷能力、電網(wǎng)電壓類型、電壓等級、長期工作負載的平均電流、操作頻繁程度等與方面去確定它的型號。在初步確定自動開關(guān)的類型和等級后，各級

36、保護動作值的整定還必須和上、下級開關(guān)保護特性的協(xié)調(diào)配合，從總體上滿足系統(tǒng)對選擇性的保護的要求3。 根據(jù)要求，選取LX22-6型行程開關(guān)，其額定電壓為交流380V，額定電流為20A，允許最大速度為300m/min。根據(jù)要求萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)選取LW2-W型，額定電壓為交流220V，允許最大分段電流正常情況為30A，故障情況為40A。2.2 PLC機型選擇隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確

37、定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要設計選型的主要依據(jù)。PLC與有關(guān)設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置與功能應與裝置規(guī)模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖與有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的

38、控制系統(tǒng)。2.2.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。本設計共28個輸入點39個輸出點。2.2.2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算

39、來替代。存儲器存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。2.2.3 控制功能的選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。1)運算功能：簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機的

40、通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。2）控制功能：控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如

41、采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。3）通信功能：大中型PLC系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網(wǎng)絡。PLC系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。PLC系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡中，上級的網(wǎng)絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的

42、通信網(wǎng)絡主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網(wǎng)絡；2）1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡；3）PLC網(wǎng)絡通過特定網(wǎng)絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)；4）專用PLC網(wǎng)絡（各廠商的專用PLC通信網(wǎng)絡）。為減輕CPU通信任務，根據(jù)網(wǎng)絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。4） 編程功能 離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編

43、程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。5)診斷功能：PLC的診斷功能包

44、括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分診斷和外診斷。通過軟件對PLC部的性能和功能進行診斷是診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。6）處理速度PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點的響應快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.20.4Ls，因此能適應控制要求高、

45、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿足：小型PLC的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時間不大于0.2ms/K。2.2.4 機型的選擇 1）PLC的類型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2）輸入輸出模塊的選擇：輸

46、入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓圍廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。可根據(jù)應用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。3）電源的選擇：PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PLC應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設計和選用外，一般PLC的

47、供電電源應設計選用220VAC電源，與國電網(wǎng)電壓一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。4）存儲器的選擇：由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。5）冗余功能的選擇 1控制單元的冗余 (1)重要的過程單元：CPU（包括存儲

48、器）與電源均應1B1冗余。(2)在需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。 2I/O接口單元的冗余 (1)控制回路的多點I/O卡應冗余配置。(2)重要檢測點的多點I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對重要的I/O信號，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。(六)經(jīng)濟性的考慮：選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相應增加，因此，

49、點數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比4。 根據(jù)本設計容，首先選定歐姆龍PLC C系列P型機。P型機屬小型PLC機，它由CPU單元（主機）、擴展單元（選用）、特殊單元（選用）和外部設備組成。根據(jù)I/O點數(shù)需求選定型號為C60P-CDR-AE，機型信息見附錄A。2.3 PLC I/O節(jié)點分配表2-2 PLC輸入點分配PLC地址連接的外部設備設備功能說明0000SB1復位按鈕0001SB2開始按鈕0002SB3停止按鈕0003SB4自動取料按鈕0004SB5自動堆料按鈕0005SB6自動運行按鈕0006SB7手動運

50、行按鈕0007SQ1俯仰上限位0008SQ2俯仰下限位0009SQ3料位檢測器0010SQ4回轉(zhuǎn)機構(gòu)右限位0011SQ5回轉(zhuǎn)機構(gòu)左限位0012FU熔斷器0013FR熱繼電器0014KCA1尾車皮帶跑偏故障0015KCA2尾車皮帶打滑故障0100KCA3尾車皮帶撕裂故障0101SQ6尾車堆料到位0102SQ7尾車取料到位0103KCA4懸臂皮帶跑偏0104KCA5懸臂皮帶打滑0105KCA6懸臂皮帶撕裂0106SB8堆取料初始位置到位0107SQ8夾軌器防松到位0108SQ9夾軌器夾緊到位0109SB9沖洗按鈕0110SQ10水箱缺水0111SB10沖洗停止按鈕表2-3 PLC輸出點分配PLC地

51、址連接的外部設備設備功能說明0501KM1懸臂皮帶正向運行0502KM2懸臂皮帶反向運行0503KM3懸臂皮帶直接啟動0504KM4懸臂皮帶降壓啟動0505KM5尾車皮帶直接啟動0506KM6尾車皮帶降壓啟動0507KM7斗輪直接啟動0508KM8斗輪降壓啟動0509KM9尾車前進0510KM10尾車后退0511KM11尾車上升0512KM12尾車下降0513KM13大車前行0514KM14大車后退0515KM15大車慢速行走0600KM16大車快速行走0601KM17回轉(zhuǎn)機構(gòu)右回轉(zhuǎn)0602KM18回轉(zhuǎn)機構(gòu)左回轉(zhuǎn)0603KM19變幅機構(gòu)上升0604KM20變幅機構(gòu)下降0605KM21變幅機構(gòu)制

52、動0606KM22左夾軌器夾緊0607KM23左夾軌器放松0608KM24右夾軌器夾緊0609KM25右夾軌器放松0610KM26電纜卷筒放松0611KM27電纜卷筒收緊0612KM28尾車皮帶制動0613BL動車電鈴0614HL1堆料指示燈0615HL2取料指示燈0700HL3自動運行指示燈0701HL4手動運行指示燈0702HL5尾車堆料到位指示燈0703HL6尾車取料到位指示燈0704HL7夾軌器夾緊指示燈0705KM29灑水0706HL8水箱缺水指示燈0707HL9故障指示燈2.4斗輪堆取料機自動堆取料工藝流程設計PLC軟件的編程，主要是根據(jù)堆取料工藝進行的。下面分別介紹了自動定點堆料

53、和回轉(zhuǎn)分層取料作業(yè)工藝8。堆取料準備過程流程圖如圖2-3所示。2.4.1 自動堆料工藝設計回轉(zhuǎn)定點堆料工藝如圖2-1所示。首先將斗輪機開到初始位置，使懸臂前端對準a點，然后開始堆料。當料位檢測器碰到料堆時，懸臂提升一個角度。當料位檢測器再次碰到料堆時，懸臂再提升一個角度，直到設定高度。然后懸臂旋轉(zhuǎn)一個角度到b點。當料位檢測器再次碰到料堆時，懸臂再旋轉(zhuǎn)一個角度，直到回轉(zhuǎn)設定次數(shù)c點。然后斗輪機大車后退一段距離到d點。當料位檢測器再碰到料堆時，懸臂向左回轉(zhuǎn)一個角度。逐次重復下去到e點。斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的堆料工藝過程控制流程圖如圖2-4所示。圖2-1 自動回轉(zhuǎn)定點堆料工藝圖 2.4.2自動取料工

54、藝設計回轉(zhuǎn)分層取料工藝如圖2-2所示。首先將斗輪機對準a點，然后開始回轉(zhuǎn)取料。先是右回轉(zhuǎn)，當回轉(zhuǎn)到b點后，取料機前進到c點，然后左回轉(zhuǎn)取料，這樣往復下去直到d點。本層取完之后斗輪機后退到e點。由于料堆是梯形，所以斗輪機先左轉(zhuǎn)一小段距離到f點（為下層起點做準備）。然后下降到g點，開始第二層取料，逐次重復下去直到最后一層結(jié)束。斗輪堆取料機控制系統(tǒng)的取料工藝過程控制流程圖如圖2-5所示。圖2-2 自動回轉(zhuǎn)分層取料工藝圖圖2-3 準備過程工藝流程圖圖2-4 自動堆料工藝流程圖圖2-5 自動取料工藝流程圖2.5 PLC控制程序設計斗輪堆取料機的PLC控制程序通過梯形圖語言編寫，便于閱讀和理解，下面將詳細

55、說明。指令表見附錄B。1） 自動堆料PLC控制程序設計首先將斗輪堆取料機開至堆料初始位置，進行堆料準備動作，尾車運行到堆料位置如圖2-所示。然后懸臂皮帶正向降壓啟動，開始堆料。當料位傳感器檢測到料位時（即料堆達到懸臂高度時），懸臂上升T1時間，并且計數(shù)一次。當懸臂上升到最高時，回轉(zhuǎn)機構(gòu)右回轉(zhuǎn)T2時間，并計數(shù)一次。當回轉(zhuǎn)機構(gòu)右回轉(zhuǎn)到設定值時，大車后退T3時間，并計數(shù)一次。大車后退T3時間后，懸臂開始左回轉(zhuǎn)，同樣當料位檢測器檢測到料位時，懸臂左回轉(zhuǎn)T2時間，并計數(shù)一次。如上面次序往復堆料，當大車后退次數(shù)達到指定次數(shù)后，自動堆料結(jié)束。2） 自動取料PLC控制程序設計首先將斗輪堆取料機開始取料初始位置

56、，進行取料準備動作，尾車運行到取料位置如圖2-所示。然后懸臂皮帶反向降壓啟動，斗輪降壓啟動，開始取料。懸臂開始右回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)T5時間后回轉(zhuǎn)停止，大車前行T6時間并計數(shù)一次。懸臂開始左回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)T5時間后停止。大車再前行T6時間并計數(shù)一次。當大車前行次數(shù)到達指定次數(shù)后，大車后退到初始位置。懸臂左回轉(zhuǎn)T時間，懸臂下降T7時間并計數(shù)一次，開始第二層取料。當取完最后一層（即懸臂下降次數(shù)到指定次數(shù)）后，取料結(jié)束。程序圖如下所示：結(jié)論本次設計順利完成，實現(xiàn)了運用PLC對斗輪堆取料機的自動控制運行。整個設計過程當中遇到了很多困難，查閱了很多資料，在導師的耐心指導下，完成了本次設計。國在斗輪堆取料機自動控制方面的研究日漸成熟，許多大公司開始投入研究與開發(fā)，在不久的將來定能普與無人操作自動控制系統(tǒng)。首先，本設計斗輪堆取料機的堆