皮帶運輸機的自動控制畢業(yè)設計

1、<p>　　畢業(yè)設計(論文)任務書</p><p>　　課題名稱： 皮帶運輸機的自動控制 </p><p>　　專 業(yè)： 機電一體化技術     </p><p>　　班 級：  機電10303 </p><p>　　設

2、 計：  </p><p>　　指導教師： </p><p>　　完成期限：2013年11月至2014年12月</p><p>　　2013年12月10日</p><p><b>　　目錄</b></p><p

3、>　　摘要···································&#

4、183;···························3</p><p><b>　　第一章 前言</b></

5、p><p>　　1.1課題研究的背景意義·······························

6、3;····4</p><p>　　第二章 總體方案設計 </p><p>　　2.1方案比較·····················

7、83;·····························5</p><p>　　2.2方案確定··

8、····································

9、3;···········7</p><p>　　2.3設計要求····················&

10、#183;·····························7</p><p>　　2.4 設計任務·

11、83;····································&

12、#183;···········8</p><p>　　第三章 PLC可編程序控制器</p><p>　　3.1 PLC的定義·············

13、···································9</p>

14、;<p>　　3.2 PLC的基本結構································&#

15、183;·········9</p><p>　　3.3 PLC的工作原理·····················

16、····················12</p><p>　　3.4 PLC與繼電器，微機的區(qū)別·········

17、3;·················13</p><p>　　第四章 硬件選擇</p><p>　　4.1PLC的選型········

18、;····································

19、83;····14</p><p>　　4.2皮帶電動機的選型··························&

20、#183;··············15</p><p>　　4.3其它硬件的選擇················

21、····························16</p><p>　　第五章 硬件連線PLC I/O地址分配·&l

22、t;/p><p>　　5.1電動機的控制接線·······························&#

23、183;·········18</p><p>　　5.2 PLC I/O地址分配····················&#

24、183;····················19</p><p>　　5.3PLC接線圖的設計··········

25、;·································20</p><p&g

26、t;　　第六章程序設計···································

27、;·························21</p><p>　　第七章 總結······&#

28、183;····································

29、···············24</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　針對皮帶運輸機的控制系統(tǒng)采用繼電器控制，存在可靠性差，勞動強度大生產(chǎn)效率低得問題，開發(fā)一種基于PLC的皮帶運輸機的控制裝置

30、。本控制系統(tǒng)選用F1-40MR型PLC作為控制器。在硬件設計電路中完成PLC選型及外部低壓電器的選用，設計了硬件接線圖，提出來接線要求，使之具有控制和保護功能。在軟件設計中，設計了程序流程圖，并設計出梯形圖程序。將硬件和軟件有機的結合起來，是控制系統(tǒng)運行可靠，達到預期的設計目的。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Accordi

31、ng to the control of the belt conveyor systems use relay control, there are poor reliability, labor intensity, low efficiency of production, development based on PLC control device of the belt conveyor this control syste

32、m chooses F1-40 MR type PLC controller hardware circuit design as the complete PLC selection and external low-voltage choose, design the hardware the wiring diagram, out connection request, make have control and protecti

33、on function in software design, design the program fl</p><p>　　第一章 前言</p><p>　　1.1 課程研究背景意義</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，有許多場合需要皮帶運輸機，建材，化工，冶金，礦山，紡織機械等工業(yè)領域，是不可缺少的運輸工具，用于運輸生產(chǎn)原料和產(chǎn)品。例如：碼頭

34、物料搬運系統(tǒng)，自從實現(xiàn)機械化后，節(jié)約了大量的人力和物力，提高了勞動生產(chǎn)率。但如果不能實現(xiàn)完全的自動化控制，操作維護還將會很困難。因為碼頭場地大，設備多，粉塵大，長期的使用運行，具有故障率高，各種元件老化，維護和檢修困難等缺點，情況嚴重的會影響 生產(chǎn)的正常進行。</p><p>　　本文就碼頭貨船裝料用的皮帶運輸機系統(tǒng)應用PLC控制的程序和實驗情況予以介紹。它比它比常規(guī)的繼電器控制系統(tǒng)結構大為簡化，同時由于采用了“

35、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)達的今天，采用先進的生產(chǎn)設備和生產(chǎn)方式才能提高生產(chǎn)效率，降低成本，適應社會發(fā)展的需要。</p><p>　　第二章 總體方案設計</p><p>　　2.1 方案比較</p><p>　　就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機控制、工業(yè)控制計算機控制、可編程序控制器控制。

36、</p><p>　　(1) 繼電器控制系統(tǒng)</p><p>　　控制功能是用硬件繼電器實現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉速、時間及溫度等參量變化而動作，以實現(xiàn)電力拖動裝置的自動控制及保護，系統(tǒng)復雜，在控制過程中，如果某個繼電器損壞，都會影響整個系統(tǒng) 的正常運行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個控制柜價格

37、非常高，靈活性差，響應速度慢。</p><p><b>　?。?）單片機控制</b></p><p>　　單片機作為一個越大規(guī)模的集成電路、機構上包括CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強的控制功能，成為功控領域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計算機之一。但是，單片機是一片集成電路，不能直接將它與外部I/O接口電器上、硬件設計、制作和程序

38、設計的工作量相當大。</p><p>　?。?）工業(yè)控制計算機控制</p><p>　　工控機采用總線結構，各廠家產(chǎn)品兼容性強，有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實用性強、功能復雜的領域中占優(yōu)勢。但工控機價格較高，將它用于開關量控制有些大材小用。且其外部I/O接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷 電路板上引出，不如接線端子可靠。</p><p><

39、;b>　　（4）PLC控制</b></p><p>　　可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自已設計和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器硬件配制和設計外部接線圖，同時采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點和熱線，通過修改程序適應工藝條件的變化。</p><p>　　可騙程控制（PLC）從上個世紀70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主

40、要是針對開關量進行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時間繼電器等構成開關量控制系統(tǒng)。隨著30多年來微電子技術的不斷發(fā)展，PLC也通過不斷的升級換代大大增強了其功能。現(xiàn)在PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運動控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實的多功能控制器。由PLC為主構成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動的首選控制裝置。</p>&l

41、t;p><b>　　2.2 方案確定</b></p><p>　　通過對多種設計方案的比較，決定選擇可編程控制系統(tǒng)，相比于繼電器系統(tǒng)，它性能可靠性高，接線很簡單，系統(tǒng)不復雜，易于維護，性能先進，易于改造。和單片機系統(tǒng)相比，它編程簡單，易于掌握，連線簡單。工業(yè)控制計算機控制系統(tǒng)性能先進，但是價格昂貴，系統(tǒng)復雜，對于本系統(tǒng)而言實在是大材小用。</p><p>　　綜

42、上所述，本次設計應選擇PLC控制更為合理。</p><p>　　2.3 設計要求</p><p>　　圖中的3條運輸帶順序相連，為了避免運送的物料在2號和3號運輸帶上堆積，起動時應先起動下面的運輸帶，再起動上面的運輸帶。按下起動按鈕后，3號運輸帶開始運行，延時5s后2號運輸帶自動起動，再過5s后1號運輸帶自動起動。</p><p><b>　　

43、圖一</b></p><p>　　2.4 設計任務</p><p>　　皮帶傳輸系統(tǒng)由三段構成，每段由一臺三項異步電動機帶動，兩端各有一個裝料機和一個卸料機；</p><p><b>　　任務：</b></p><p>　　畫出繼電接觸器控制原理圖。</p><p><

44、b>　　畫出PLC梯形圖。</b></p><p><b>　　寫出I/O分配表。</b></p><p><b>　　分析程序的實現(xiàn)過程</b></p><p>　　第三章 PLC可編程控制器</p><p>　　3.1 PLC的定義</p

45、><p>　　PLC（Programmable Logic Controller），是可編程邏輯控制器。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。</p><p>　　3.2 PLC的基本結構</p><p>　　1． CPU運算和控制中

46、心起“心臟”作用：</p><p>　　縱：當從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內部所認可的用戶編譯程序。</p><p>　　橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機地結合在一起。把結果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲器中

47、，然后輸出到輸出接口、控制外部驅動器。</p><p>　　組成：CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。</p><p><b>　　2． 存儲器</b></p><p>　　具有記憶功能的半導體電路。分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。</p><p&

48、gt;　　系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。</p><p>　　用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為3~5年。</p><p><b>　　3．輸

49、入/輸出接口</b></p><p><b>　?。?）輸入接口：</b></p><p>　　光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。</p><p>　　發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。</p><p>　　光電三級管：在光信號的照射

50、下導通，導通程度與光信號的強弱有關。在光電耦合器的線性工作區(qū)內，輸出信號與輸入信號有線性關系。</p><p>　　輸入接口電路工作過程：當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成PLC內部所能接受的數(shù)字信號。</p><p><b>　　（2）輸

51、出接口</b></p><p>　　PLC的繼電器輸出接口電路</p><p>　　工作過程：當內部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內部的數(shù)字電路化成一種信號使負載動作或不動作。</p&

52、gt;<p><b>　　三種類型：</b></p><p>　　繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負載</p><p>　　晶體管輸出：無觸點、壽命長、直流負載</p><p>　　晶閘管輸出：無觸點、壽命長、交流負載</p><p><b>　　4．編程器</b></

53、p><p>　　編程器分為兩種，一種是手持編程器，方便。我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計算機相連。然后敲擊鍵盤。通過NSTP-GR軟件（或WINDOWS下軟件）向PLC內部輸入程序。</p><p>　　3.3 PLC的工作原理</p><p><b>　　圖2</b></p><p&

54、gt;　　3.4 PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別</p><p>　　1．PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別：</p><p>　　前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”。</p><p>　　前者用“軟件”，后者用“硬件”。</p><p>　　2．PLC與微機區(qū)別：</p><p>　　前者工作方式是“循

55、環(huán)掃描”。后者工作方式是“待命或中斷”</p><p><b>　　PLC 編程方式</b></p><p>　　PLC最突出的優(yōu)點采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。</p><p>　　PLC編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。</p><p>　　3.梯形

56、圖語言特點：</p><p>　　1．每個梯形圖由多個梯級組成。</p><p>　　2．梯形圖中左右兩邊的豎線表示假想的邏輯電源。當某一梯級的邏輯運算結果為“1”有假想的電流通過。</p><p>　　3．繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而它的常開、常閉觸點可以出現(xiàn)無數(shù)次。</p><p>　　4．每一梯級的運算結果，立即被后面的梯級所利用。<

57、;/p><p>　　5．輸入繼電器受外部信號控制。只出現(xiàn)觸點，不出現(xiàn)線圈</p><p>　　第四章 硬件的選擇</p><p>　　4.1 PLC的選型</p><p>　　三菱公司的PLC是最早進入中國市場的產(chǎn)品，小型機FX2N是近幾年推出的高功能整體式小型機。FX系列PLC具有龐大的家族?；締卧?主機)有FX0、FX0

58、S、FXON、FX1、FX2、FX2C、FX1S、FX2N、FX2NC9個系列。每個系列又有14、16、32、48、64、80、128點等不同輸入輸出點數(shù)的機型，每個系列還有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種輸出形式。</p><p>　　FX2N系列PLC是三菱公司高性能小型機的代表作，系統(tǒng)最大I/O點數(shù)為128點，配置擴展單元后可達256點。FX2系列基本執(zhí)行指令的速度為0.48μs/步，用戶程序存儲器的

59、容量可擴展至8K步。 FX2N系列PLC在我國應用比較廣泛。通過對PLC的工作原理及性能的了解，并結合設計要求，設計中選擇了FX2N系列的小型PLC。</p><p>　　分析要求，可以確定需要12個輸入點，手動工作時，分別為M1,M2,M3啟動按鈕，停止按鈕，通常用于系統(tǒng)的檢測維護；一個急停按鈕；自動工作時，傳感器開與關時的兩個不同信號輸入以及停止按鈕。因為有三臺皮帶機，故需要三個輸出點。又為了便于日后的功能

60、增加等因素，選擇了48點的基本輸入輸出單元，因為輸出的是220V的交流電，為了增加它的耐用性，采用了可控硅輸出。</p><p>　　綜上所述，設計中最終選擇了FX2N-48MS的PLC，這種PLC技術成熟，性能好，故障少，價格低廉，對于本項目又留有一定的余量，可以為以后改進留下余地。</p><p>　　4.2 皮帶電機的選型 </p><p>　　本次

61、設計中的電機采用普通的三項異步電動機，因為本系統(tǒng)中沒有對電機的什么特別要求，因此選用普通的三相異步電機，本設計中選用Y2型異步電機。</p><p>　　Y2系列電動機是我國20世紀90年代中期最新設計的三相異步電動機基本系列產(chǎn)品，為全封閉自扇冷式籠型電動機，包括基本設計系列（Y2系列）和提高效率設計系列（Y2E系列）兩個系列產(chǎn)品，產(chǎn)品的技術性能指標達到國外同類產(chǎn)品20世紀90年代的水平，是用以替代Y系列的更新?lián)Q

62、代產(chǎn)品，從90年代末期起我國已開始實現(xiàn)由Y系列向Y2系列過渡Y2系列電動機是我國20世紀90年代中期最新設計的三相異步電動機基本系列產(chǎn)品，為全封閉自扇冷式籠型電動機，包括基本設計系列（Y2系列）和提高效率設計系列（Y2E系列）兩個系列產(chǎn)品，產(chǎn)品的技術性能指標達到國外同類產(chǎn)品20世紀90年代的水平，是用以替代Y系列的更新?lián)Q代產(chǎn)品，從90年代末期起我國已開始實現(xiàn)由Y系列向Y2系列過渡。</p><p>　　Y2系列電

63、動機采用F級絕緣等級，但溫升仍按B級絕緣考核（除機座為315部分及355部分規(guī)格外），故電動機的溫升裕度較大。防護等級提高到IP54，機座用平行垂直分布的散熱筋，接線盒置于電動機機座的上方，以方便接線。Y2系列電動機在Y系列電動機的基礎上改進了電磁和結構設計，降低了電機的噪聲及振動，節(jié)約了材料，并使電動機結構更合理，外形新穎、美觀。Y2系列電動機（除個別延伸的機座和規(guī)格外）的功率等級與安裝尺寸的對應關系與Y系列電動機完全相同，有利于Y2

64、系列電動機逐步取代Y系列電動機。Y2E系列電機是為了提高電動機效率而設計的系列產(chǎn)品，其滿載效率比Y2系列提高1.79%，主要適用于運行時間長，負載率較高的各種機械設備上</p><p>　　4.3 其它硬件選型</p><p><b>　　4.3.1 接觸器</b></p><p>　　選用CJ29-10/16型接觸器</p&

65、gt;<p>　　其中“C”表示接觸器，“J”表示交流，20為設計編號，10/16為主觸頭額定電流</p><p>　　相關元件主要技術參數(shù)及原理如下：</p><p>　　操作頻率為1200/h</p><p>　　機電壽命為1000萬次</p><p>　　主觸頭額定電流為10/16（A）</p><p&

66、gt;　　額定電壓為380/220（V）</p><p><b>　　功率為2.5KW</b></p><p>　　4.3.2 熱繼電器</p><p>　　選用JR16B-60/3D型熱繼電器</p><p>　　其中“J”表示繼電器，“D”帶斷相保護</p><p>　　相關元件主要技術參數(shù)及

67、原理如下：</p><p>　?。?） 額定電流為20A</p><p>　?。?） 熱元件額定電流為32/4</p><p>　　4.3.3 空氣開關</p><p>　　市面上的空氣開關多種多樣，以“DZ10-100/330 Ie=60A ”來說明各個參數(shù)的含義所在：</p><p>　　DZ－－“自動”的反拼音&

68、lt;/p><p><b>　　10－－設計序號</b></p><p>　　100－是它的殼架等級</p><p>　　3－－－表示極數(shù)即三相</p><p>　　3－－－脫扣形式（0－－無脫扣器，1－－熱脫扣器式，2－－電磁脫扣器式，3－－復式）</p><p>　　0－－－有無輔助觸頭（0－－無

69、輔助觸頭，2－－有輔助觸頭）</p><p>　　Ie=60A－－－過電流調節(jié) 額定電流。</p><p><b>　　要點：</b></p><p>　　1、空氣開關額定電壓大于等于線路額定電壓</p><p>　　2、空氣開關額定電流和過電流脫扣器的額定電流大于等于線路計算負荷電流。</p><p

70、>　　通過比較認識，以及對實際系統(tǒng)中的要求分析，本系統(tǒng)中選用“DZ10-100/330 Ie=20A”的空氣開關</p><p>　　第五章 硬件連線PLC I/O地址分配</p><p>　　5.1 皮帶傳送機電動機的控制接線</p><p><b>　　其控制電路如圖三</b></p><p><

71、;b>　　圖三</b></p><p>　　5.2 I\O分配表PLC的I/O元件地址分配</p><p>　　5.3 接線圖的設計</p><p>　　根據(jù)設計要求，對此次設計的主要設備型號選用F1-40MR型，F(xiàn)1是系列名，I/O點總數(shù)為40，M是基本單元，R繼電器輸出。</p><p>　　接線圖的設計如

72、下圖所示</p><p><b>　　圖四</b></p><p>　　第六章 程序的實現(xiàn)</p><p>　　在3.2.4PLC外部接線的分析過程中已經(jīng)列出了PLC的I/O分配表，外了使程序的過程更為明了，采用子程序跳轉的方式將程序分為三大塊，即公共程序，手動和自動子程序。</p><p><b>　　一：

73、公共程序：</b></p><p>　　在該程序中輸入點X1執(zhí)行調用手動子程序P0,輸入點X2執(zhí)行調用手動子程序P1。</p><p><b>　　圖(五)</b></p><p><b>　　二、手動程序：</b></p><p>　　手動程序相對比較簡單，一般采用經(jīng)驗設計法進行設計，

74、手動控制子程序見下圖，手動按鈕X10~X15,分別控制M1 M2 M3電機的啟動和停止。</p><p><b>　　圖(六)</b></p><p><b>　　三、自動程序：</b></p><p>　　自動程序相對比較復雜，對于順序控制系統(tǒng)一般采用順序控制設計法，其流程圖如下：</p><p>

75、;<b>　　圖(七)</b></p><p>　　對于順序控制可用多種方法進行編寫，本系統(tǒng)的梯形圖程序采用截圖形式如下：</p><p><b>　　圖(八)</b></p><p>　　第七章 總結</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件部分就是這樣了，該系統(tǒng)在改用PLC以前，采

76、用傳統(tǒng)的繼電器控制，器控制線路復雜，維護起來也是十分困難，改用PLC后安裝十分簡單、方便，并且保證了系統(tǒng)運行的可靠性，減少了維修量，提高了工效，社會經(jīng)濟效益。</p><p>　　通過這次寫畢業(yè)設計，我更加深刻地體會到知識就在生活中。知識可以改變生活，同時透漏出自己對知識的掌握并不是很好，雖說即將畢業(yè)，但學習是不分時間和地點的。以后要嚴格要求自己多學。</p><p><b>　

77、　致謝</b></p><p>　　本次設計的完成除了自己的努力，還得到了來自老師及同學的熱情的指點與幫助。在此，特別感謝指導教師*老師能夠在百忙之中抽出時間來給予我設計上的支持，對我的設計提出了寶貴的意見與建議。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　?。?）王炳實主編.機床電器控制 第3版. 北京：機

78、械工業(yè)出版社, 2004</p><p>　?。?）江秀漢主編.可編程序控制器及應用.西安電子科技大學出版社，2003</p><p>　　（3）.廖兆榮編.數(shù)控機床電器控制。</p><p>　?。?）常曉玲主編 .   電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器    北京   機械工業(yè)出版社 20