皮帶運(yùn)輸機(jī)PCL控制

1、摘要21.引言22. 皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理32.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)32.2 皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作原理43. 皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制要求44PLC 選型及輸入/ 輸出接線54.1 PLC的選型5中央處理單元6存儲器7輸入輸出接口電路7電源單元84.2 PLC 輸入/ 輸出端子接線圖85程序設(shè)計及控制原理95.1 程序設(shè)計95.2.1 起動控制115.2.2 停車控制125.2.3 急?？刂?25.2.4 長期過載保護(hù)控制12參考文獻(xiàn)13摘要 本次設(shè)計的主要內(nèi)容是對皮帶運(yùn)輸機(jī)傳統(tǒng)的繼電器控制，設(shè)計成PLC 的自動和循環(huán)控制，并進(jìn)行模擬試驗(yàn)和安裝調(diào)試。通過本次的設(shè)計，掌握典型電氣控制電路的分析和設(shè)計能

2、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，堅持理論聯(lián)系實(shí)際，堅持與機(jī)械制造生產(chǎn)情況相符合，將自動化控制技術(shù)完美的融合到工業(yè)生產(chǎn)中，使設(shè)計盡可能做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)可行、操作方便、安全可靠，對于提高勞動生產(chǎn)率具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞 皮帶運(yùn)輸機(jī) PLC 控制系統(tǒng) 設(shè)計1.引言皮帶運(yùn)輸機(jī)，是運(yùn)用皮帶的無極運(yùn)動運(yùn)輸物料的機(jī)械。早在幾千年以前，我們的祖先就運(yùn)用吊繩運(yùn)送貨物，在不斷的改革中，皮帶運(yùn)輸機(jī)產(chǎn)生了，方便了貨物的運(yùn)輸。可是皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行時皮帶跑偏是最常見的故障，在生產(chǎn)中帶來了諸多不便。一百多年前，人們將自動化控制技術(shù)引入了工業(yè)領(lǐng)域，隨著工業(yè)的

3、迅猛發(fā)展自動化控制技術(shù)更加日新月異。伴隨著數(shù)學(xué)、控制理論計算機(jī)、電子器件的發(fā)展，出現(xiàn)了自動化控制技術(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)計方法?？删幊炭刂破?PLC)是一種以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點(diǎn)，因此近年來在工業(yè)自動控制、機(jī)電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。PLC的生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品型號很多，但是基本原理相同，特別是梯形圖（LD）和順序功能圖（SFC）程序設(shè)計方法，對所有的PLC 都是一樣的。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝

4、置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時/ 計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。它克服了使用繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中因機(jī)械觸點(diǎn)多、接線復(fù)雜、故障率高、維修復(fù)雜、功耗高、靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器，在不改變系統(tǒng)硬件接線的情況下，通過改變程序的設(shè)置，即可改變被控對象的運(yùn)行方式的優(yōu)點(diǎn)。特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；安裝調(diào)試與檢測也很方便。用戶在購買到所需的PLC后，只

5、需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。PLC 的這些優(yōu)點(diǎn)不但大大提高了控制系統(tǒng)的靈活性，特別對那些需要經(jīng)常改變生產(chǎn)工藝的自動流水線有著重大的意義，使它的運(yùn)行更加安全、方便、準(zhǔn)確，快捷。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有許多場合需要皮帶運(yùn)輸機(jī)，建材、化工、冶金、礦山、紡織、印染、造紙、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域，是不可缺少的運(yùn)輸工具，用于運(yùn)送生產(chǎn)原料和產(chǎn)品。例如：碼頭物料搬運(yùn)系統(tǒng)，自從實(shí)現(xiàn)機(jī)械化后，節(jié)約了大量的人力和物力，提高了勞動生產(chǎn)率。但如果不能實(shí)現(xiàn)完全的自動化，操作維護(hù)還將會很困難。因?yàn)榇a頭場地大，設(shè)備多，粉塵大，長期的使用運(yùn)行，具有故障率高，各種元器件老化，

6、維護(hù)和檢修困難等缺點(diǎn)，情況嚴(yán)重的會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文就碼頭貨船裝料用的皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)運(yùn)用PLC控制的程序和實(shí)驗(yàn)情況予以介紹。它比常規(guī)的繼電器控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)大為簡化，同時由于采用的是“軟接線”的控制程序，系統(tǒng)的可靠性和靈活性都大為提高。在科技發(fā)達(dá)的今天，采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)方式才能提高效率，降低成本，適應(yīng)社會發(fā)展的需要。2. 皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理2.1 皮帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械，也是一種通用機(jī)械。即可以運(yùn)送散裝物料，也可以運(yùn)送成件物品。皮帶運(yùn)輸機(jī)由輸送帶（皮帶）、托輥、滾筒及驅(qū)動、制動、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。在建材、化工、食品、機(jī)械、鋼鐵、

7、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。 本設(shè)計如圖1是某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)的示意圖，原料從料斗經(jīng)過四臺皮帶運(yùn)輸機(jī)送出。從料斗向皮帶1供料由電磁閥YV控制皮帶1、2、3、4分別由電動機(jī)M1、M2 、M3、 M4驅(qū)動。 圖1 皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng) 2.2 皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作原理皮帶機(jī)是由驅(qū)動裝置拉緊裝置輸送帶中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品。采用多條皮帶運(yùn)輸機(jī)是因?yàn)檩斔吐烦踢h(yuǎn)，路徑變化大，難以采用直線傳送的單皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)。故采用多條皮帶輸送機(jī)系統(tǒng)，方便系統(tǒng)的靈活組合。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

8、。一般驅(qū)動裝置包括電動機(jī)、減速機(jī)、液力耦合器、制動器或逆止器等組成。耦合器的作用是改善皮帶運(yùn)輸及的啟動性能，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)輸及的電氣保護(hù)和控制裝置主要有：拉繩開關(guān)、皮帶跑偏、檢測開關(guān)、皮帶打滑檢測、皮帶防撕裂檢測、料流檢測、堵料檢測及皮帶秤。3. 皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制要求控制方式通常有行程控制、時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。時間控制方式是利用時間繼

9、電器或PLC的定時器，使控制系統(tǒng)按工藝要求的不同時段進(jìn)行程序步切換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。因此，機(jī)械設(shè)備的工作程序如果要求要求延續(xù)一般時間后才切換的則應(yīng)采用時間控制方式。對于要求實(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)動速度比較穩(wěn)定的情況下，根據(jù)運(yùn)動速度與時間的乘積等于行程的原理，也可以采用時間控制方式來實(shí)現(xiàn)位置控制。本系統(tǒng)使用的四臺皮帶傳輸機(jī)分別由電動機(jī)M1M4 傳動, M1 傳動的皮帶運(yùn)輸機(jī)位于物料傳送方向的起始段, 向前依次為M2 、M3 和M4 傳動的皮帶運(yùn)輸機(jī)。(1) 起動控制要求為了避免在上級皮帶上造成物料堆積, 起動時要求四臺電動機(jī)按M4 M3 M2 M1

10、 的次序, 間隔10s 順序起動。(2) 停車控制要求為了不使皮帶上殘留物料, 停車時要求四臺電動機(jī)按M1 M2 M3 M4 的次序間隔10s 順序停車。(3) 緊急停車控制要求系統(tǒng)正常運(yùn)行時, 如遇到緊急情況需要停車, 四臺電動機(jī)應(yīng)無條件地同時停車。(4) 長期過載保護(hù)控制要求某臺皮帶運(yùn)輸機(jī)長期過載時, 該皮帶運(yùn)輸機(jī)及為其提供物料的皮帶運(yùn)輸機(jī)應(yīng)立即停車, 間隔10s 后, 其他皮帶運(yùn)輸機(jī)才依次停車。4PLC 選型及輸入/ 輸出接線4.1 PLC的選型PLC主要是由中央處理單元（CPU）、存儲器(RAM、ROM)、輸入輸出部件（I/O）、電源和編程器幾大部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖2如下： 地址總線

11、控制總線 輸出接 口輸入輸出數(shù)據(jù)存儲存儲器中央處理單元輸入接口開關(guān)或傳感器 照明繼電器接點(diǎn) 電磁裝置電動機(jī)行程開關(guān) 其他裝置模擬量輸入電源單元編程單元 數(shù)據(jù)總線 地址總線 數(shù)據(jù)總線圖2 PLC結(jié)構(gòu)框圖中央處理單元 CPU是PLC的核心部件。從圖中可以看出，它控制所有其它部件的操作。與通用微機(jī)CPU一樣，它在PLC 控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的中樞神經(jīng)。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。CPU主要完成以下功能： 從存儲器中讀取指令。CPU從地址總線上給出存儲地址，從控制總線

12、上給出讀命令，從數(shù)據(jù)總線上得到讀出的指令，并放到CPU內(nèi)的指令寄存器中去。 執(zhí)行指令。對存入在指令寄存器中的指令操作碼進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，將結(jié)果輸出等。 取下一條指令。在CPU 的控制下，程序的指令可以按順序執(zhí)行，也可以進(jìn)行分支或轉(zhuǎn)移。 處理中斷。CPU除了能按順序執(zhí)行程序外，還能接受輸入輸出接口發(fā)來的中斷請示，并進(jìn)行中斷處理，中斷處理完后，再返回原址，繼續(xù)順序執(zhí)行。存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其他一些信息。存儲器一般由存儲體、地址譯碼器、讀、寫控制器和數(shù)據(jù)寄存器組成。在PLC中使用兩種類型的存儲器ROM和RAM。在只讀存儲器ROM中，一

13、般存放著由制造廠寫入的系統(tǒng)程序。它包括檢查程序、鍵盤輸入處理程序、翻譯程序、監(jiān)控程序等內(nèi)容。系統(tǒng)程序一經(jīng)被寫入，它將永遠(yuǎn)駐留（PLC去電后，ROM中的內(nèi)容不變）。RAM是可讀可寫存儲器。它一般存入用戶程序、邏輯變量及供內(nèi)涵程序使用的工作單元。RAM作為可讀寫存儲器，讀出時，RAM中的內(nèi)容不被破壞；寫入時，原來的信息就會被新寫入的信息所覆而消除。為了防止去電后RAM中的內(nèi)容丟失，PLC使用了對RAM的電池供電電路。輸入輸出接口電路 PLC的輸入輸出接口電路時系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系系統(tǒng)外部現(xiàn)場和CPU的橋梁。輸入接口電路接收從按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、行程開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號和由繼電器、熱電偶

14、、測速發(fā)電機(jī)等連續(xù)變化的模擬量輸入信號，然后送入PLC。輸入接口電路一般由光電耦合電路和微電腦的輸入接口電路組成。PLC通過輸出接口電路控制現(xiàn)場的執(zhí)行部件，如接觸器、繼電器、電磁閥、晶閘管電路組成。在PLC內(nèi)部，由于CPU本身工作電壓比較低(一般5V左右)，而輸入輸出信號電壓一般比較高（如直流24V和交流220V），所以CPU不能直接與外部輸入輸出裝置連接，而由輸入輸出接口電路轉(zhuǎn)接。這樣，輸入輸出接口電路除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換和噪聲隔離的作用。電源單元 PLC一般使用220V交流電源。電源單元的作用就是把外部電源轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓，有些PLC則可以為輸入電路和少量的外部電平檢測裝置（如接

15、近開關(guān)）提供24V直流電源。備用電池（一般為鋰電池）用于掉電情況下保存程序存儲器和內(nèi)部保持標(biāo)志，有計時器和計數(shù)器并帶電池故障指示燈。按照控制要求, 皮帶運(yùn)輸機(jī)的起動、停車和急停車各需要一個按鈕作為控制輸入信號，四臺電動機(jī)的長期過載保護(hù)各需要一套熱繼電器, 每套熱繼電器的一對動斷觸點(diǎn)作為一臺電動機(jī)的長期過載保護(hù)輸入。四臺電動機(jī)的起動和停車各由一套交流接觸器直接控制, 需要PLC 提供四路控制信號。因此, 整個皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)共需要7 個輸入信號、4 個輸出信號。根據(jù)I/ O 點(diǎn)數(shù)夠用和經(jīng)濟(jì)原則, 選用日本三菱公司的FX2 16MR 型PLC。該型PLC 功能齊全, 使用方便, 性能可靠, 有8

16、個輸入點(diǎn)和8 個輸出點(diǎn), 能夠滿足上述要求。4.2 PLC 輸入/ 輸出端子接線圖 PLC 輸入/ 輸出端子接線圖如圖3 所示： 圖3 PLC 輸入/ 輸出端子接線圖圖3 中SB1 起動按鈕SB2 停車按鈕SB3 急停按鈕FR1 FR4 熱繼電器, 分別保護(hù)M1M4 KM1 KM4 交流接觸器, 分別控制M1M4 的起動和停車。5程序設(shè)計及控制原理5.1 程序設(shè)計常用PLC的編程指令系統(tǒng)如下：（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常開觸點(diǎn)，表示一個邏輯行的開始。 （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

17、一個常閉觸點(diǎn)。（3）OUT指令 OUT（Out）：線圈驅(qū)動指令（又叫輸出指令），適用于將運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動輸出繼電器、輔助繼電器、定時器和計數(shù)器的線圈，但不能用于輸入繼電器。OUT指令用于計數(shù)器和定時器時，必須有常數(shù)K值緊跟，K分別表示定時器時間或計數(shù)次數(shù)，它也作為一個步序。（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)

18、。（8）RST指令 RST（Reset）：計數(shù)器和移位寄存器的復(fù)位指令，適用于將計數(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。計數(shù)器有計數(shù)輸入和復(fù)位輸入兩個輸入端。當(dāng)計數(shù)輸入端觸點(diǎn)每次從斷開至接通時，計數(shù)器的值減1，當(dāng)通斷次數(shù)達(dá)計數(shù)值后，計數(shù)器的當(dāng)前值減為0，此時計數(shù)器的線圈接通，其常開觸點(diǎn)閉合。如果要計數(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，對計數(shù)器或移位寄存器的輸入不再接受。所有的計數(shù)器和部分寄存器具有掉電保護(hù)功能，所以當(dāng)不必再保持計數(shù)器原有狀態(tài)時，在工

19、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，產(chǎn)生的初始化脈沖，使計數(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。可由8個或16個輔助繼電器組成移位寄存器。根據(jù)控制要求, 本文編制的狀態(tài)轉(zhuǎn)移程序如圖4 所示。 圖4 狀態(tài)轉(zhuǎn)移程序5.2 皮帶傳輸機(jī)控制原理 起動控制 接通PLC 的電源, 在初始化脈沖M8002 作用下進(jìn)入初始狀態(tài)S0 , 按下SB1 接通X1 進(jìn)入狀態(tài)S20 啟動定時器T1 , 置位Y4 接通KM4 起動M4 10s 后T1 動作進(jìn)入狀態(tài)S21 起動定時器T2 , 置位Y3 接通KM3 起動M3 1

20、0s 后T2 動作進(jìn)入狀態(tài)S22 啟動定時器T3 , 置位Y2 接通KM2 起動M2 10s 后T3 動作進(jìn)入狀態(tài)S23 置位Y1 接通KM1 起動M1 。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)。 停車控制在系統(tǒng)運(yùn)行時, 按下SB2 接通X2進(jìn)入狀態(tài)S24 啟動定時器T4 , 復(fù)位Y1 斷開KM1停車M1 10s 后T4 動作進(jìn)入狀態(tài)S25 啟動定時器T5 , 復(fù)位Y2 斷開KM2 停車M2 10s 后T5 動作進(jìn)入狀態(tài)S26 啟動定時器T6 , 復(fù)位Y3 斷開KM3 停車M3 10s 后T6 動作進(jìn)入狀態(tài)S27 復(fù)位Y4 斷開KM4 停車M4 。Y4 復(fù)位后, Y4接通, 狀態(tài)返回初始狀態(tài)S0 , 等待下次操作