PLC传送带控制系统之欧阳科创编.docx

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PLC传送带控制系统之欧阳科创编

计控学院

时间：

2021.02.05

创作：

欧阳科

Collegeofcomputerandcontrolengineering

Qiqiharuniversity

电气工程课程设计报告

题目：

PLC传送带控制系统

系别电气工程系

专业班级

学生姓名

学号

指导教师

提交日期

成绩

摘　要

传送带是一种广泛应用于工业的传输设备，对其进行自动化的改造无疑将提高工业生产的效率和安全性并且将大大的节约人力资源。

因其意义重大，对传送带的改造是多方面的而本文将主要介绍的是：

基于PLC的传送带多速度控制系统的设计。

该系统的设计包括硬件设计和软件设计。

其中硬件设计包括PLC、变频器、异步电动机的外部电路的设计与安装；软件部分包括程序的设计与调试。

所设计系统最终能够通过PLC与变频器实现以下功能：

（1）能对物品进行运送，速度可根据两物品之间的距离自动变换防止传送物品之间发生碰撞；

（2）能够实现故障报警、状态指示、传送带带负载软启动等；（3）能够实现手动与自动状态切换，方便维护。

该系统主要运用了PLC、传感器、继电器、变频器等器件，利用PLC良好的自动控制性能，实现流水线传送带传送过程的无人控制。

本文将主要对PLC、变频器以及PLC对变频器的控制部分进行介绍。

关键词：

PLC；传送带；变频器；无人控制

摘要..………………………………………………………………………………………………………...I

1设计目的及意义1

2设计内容1

2.1传送机的简介1

2.2可编程逻辑控制器（PLC）1

2.3变频器1

3功能需求分析1

3.1系统功能1

3.2方案设计2

4具体设计3

4.1PLC选型3

4.2电动机的选择3

4.3变频器的选择3

4.4传感器3

4.5系统梯形图程序3

结论9

参考文献10

1设计目的及意义

传统的传送带系统往往只能工作在某一固定的速度上，这种设计有着其他系统无法比拟的优点。

那就是系统及其简单，操作简便易于掌握使用且用途广泛。

其缺点也同样明显，当传送带上传送物品为易碎品或某些危险品时，若出口处有传送物品积压如果操作不当必然会造成损失甚至发生危险。

传统传送带虽然可以加入自动停止功能，但反复的启停势必对电动机产生不良影响并且会影响物品传输时的稳定性。

基于对单一速度传送带存在以上问题，一种多速度控制系统的概念被提出。

本文即阐述了基于PLC的传送带多速度控制系统的一种设计方案。

2设计内容

2.1传送机的简介

17世纪中叶，美国人开始应用一种架空的索道来传送散状的物料，所谓的传送带自此诞生；进入19世纪中后期，经过了近两个世纪的发展，各种现代结构的传送带输送机相继出现。

1868年，在英国出现了皮带式传送带的输送机；1887年，在美国出现了螺旋式的输送机；20世纪后，1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。

至此现代意义的传送带基本成型并且在此后传送带输送机受到机械制造、化工、电机、电子和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运。

时至今日传送带已然成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的重要组成部分。

现代工业生产过程中，因传送带应用之广泛、工作之可靠相信在未来相当一段时间内其地位无可动摇。

2.2可编程逻辑控制器（PLC）

PLC即可编程控制器，它是微机技术与继电接触器常规控制概念相结合的产物，即采用了微型计算机的基本结构和工作原理，融合了继电接触器控制的概念构成一种新型电控器，它专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程的存储器，用来存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并采用数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程。

PLC具有各种优良的特点：

通用性强；接线简单；编程容易；抗干扰能力强、可靠性高；容量大、体积小、重量轻、功耗少、成本低、维修方便。

2.3变频器

变频器可理解为能改变施加于交流电动机出线端上的电源频率值和电压值的调速设备。

它由电力电子器件、电子器件、微处理器（CPU）等组成。

它可分为交-交和交-直-交两种。

交-交变频器可将工频交流电直接变换成电压、频率可调的交流电。

所以交-交变频器又被叫做直接式变频器。

交-直-交变频器则是先把工频交流电通过整流器变成直流电，然后再把直流电变换成频率和电压均可控的交流电，又可称之为间接变频器。

在变频调速时，往往需要同时对逆变器的输出电压和频率进行调节，用以保障电动机主磁通维持恒定。

3功能需求分析

3.1系统功能

首先本系统必需能够进行正常的传送工作，如正运行、反向运行、启动与停止。

与此同时为改进传统传送带的不足系统要具有多速度切换功能。

即系统运行中检测前方出口处是否有物品积压情况，如果没有则系统保持正常速度运行。

如果前方出现积压情况，则系统开始测量距离出口最近的物品与出口的距离。

系统为防止物品间的碰撞会根据距离出口最近的物品与出口的距离进行减速或停止直到物品积压情况解除。

为保护电动机，传送带一般禁止带负载启动，所以设计时要加入软启动功能。

为防止系统工作中发生危险，整个系统要对工作状态进行指示同时对变频器的故障进行报警并紧急停止工作。

为保证系统在检修维护是仍能够维持工作，所以系统须具备手动工作与自动工作状态相互切换的功能。

3.2方案设计

为完成上述功能，本设计将使用PLC为整个系统的核心控制部分。

以上几乎所有功能都由PLC进行控制。

利用PLC的开关量输入对系统开关、工作状态选择、传送带是否有积压进行控制、选择或反馈。

另外通过PLC的数字输出量对系统工作状态进行指示，最主要的是对变频器进行控制。

变频器通过对电动机的频率的调节来控制电动机的正反转和转速。

因为需要手动，所以需要两个变频器一个主变频器负责平时的自动调速，该变频器全部功能都由数字控制。

另一个变频器变速部分为模拟量控制，另正反转部分为开关量控制，负则检修时的手动控制,整个系统的运作流程如图2-1所示。

图2-1　　功能框图

4具体设计

本系统接工频电源主要分为PLC、变频器和电动机三大部分。

系统最终能够通过PLC与变频器实现以下功能：

（1）能对物品进行运送，速度可根据两物品之间的距离自动变换防止传送物品之间发生碰撞；

（2）能够实现故障报警、状态指示、传送带带负载软启动等；（3）能够实现手动与自动状态切换，方便维护。

该系统主要运用了西门子PLC、传感器、继电器、变频器等器件，利用PLC良好的自动控制性能，实现流水线传送带传送过程的无人控制。

4.1PLC选型

系统PLC总共有开关量输入7个、开关量输出10个；模拟量输入1个。

参照实际应用的输入输出端口数量和PLC产品目录，选用主机为8入/6继电器输出的CPU222一台，加上一台扩展模块EM222（8点继电器输出），在扩展一个模拟量模块EM235（4AI/1AO）。

4.2电动机的选择

考虑到系统的通用性问题，本系统并不注重电动机的选择。

具体的应用不同，电动机可根据需要进行选择。

为方便下文的论述，本系统采用西门子1LG0106-2AA20电动机。

该电动机的容量为3KW、额定电压220/380V，电源频率50H，允许电压偏差±5％。

4.3变频器的选择

在变频器的选择时，应该充分考虑到所使用的场合的使用工况条件的最恶劣情况，留有充足的设计裕度和必要的保护措施。

在选型时应对经济指标和技术指标进行综合的考虑，以选择相应的变频器规格。

若选型不当造成容量偏小，对变频器的效率和正常运行影响极大。

4.4传感器

限位开关又可成为称行程开关，它可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。

当动物接近或接触静物时，开关的连杆驱动开关闭合的触点分断或者断开的触闭合。

由开关触点开、合状态的改变去反馈信息。

4.5系统梯形图程序

为明确PLC各个接口的功能同时方便编程下文中给出PLC的I/O分配。

输入接口输出接口

I0.0自动控制Q0.0KM0

I0.1手动控制Q0.1运行灯

I0.2故障监控Q0.2故障灯

I0.3反转Q0.3KM1

I0.4启动Q0.4待机速度

I0.5压力传感器Q0.5减一档

I0.6正转Q1.0减二档

I0.7暂停Q1.1正速

Q1.2停车

Q1.3反转

明确了PLC输入输出分配后便可以据此编辑程序。

如图4-1所示，I0.2为常闭触点平时为闭合状态，开关SA选择手动控制状态时I0.1闭合，与此同时自动控制状态断开线圈Q0.3、Q0.1得电，运行灯亮起并且线圈KM1得电，开关Q0.3闭合，此时手动控制状态同路自锁直到开关SA选择自动控制状态。

当开关SA选择自动控制状态时，触点I0.0闭合，此时手动控制通路由于有I0.0常闭触点而断开。

此时Q0.0实现自锁同时开始调用子程序SBR-0。

当变频器传送回故障信号时，即I0.2闭合，此时PLC控制Q0.2输出，故障提示灯亮。

图4-1　　梯形图主程序图

图4-2　　梯形图子程序1

AIW0是模拟量输入输出模块EM235将采集的模拟量变换成数字量后的值。

其范围在0～32000之间。

因为测距传感的反馈信号为4～20mA所以本程序中AIW0的值在6400～3200之间。

本文不对传送带上距离进行细致论述，因此设当AIW0的值大于等于25000时即相当于传送带上无负载。

另设AIW0值为19200、12800、6500分别为第一安全距离、第二安全距离、第三安全距离。

如图4-2所示，此时按下启动键I0.4。

当AIW0的值大于32000时开关闭合，内部继电器M0.0得电，断开常闭触点M0.0。

系统进入待机低速运行状态。

当按下停止按钮I1.1接通，系统暂停。

图4-3　　梯形图子程序2

如图4-3所示，当AWI0值不再大于等于32000时说明传送带上有负载。

此时，继电器M0.0失电系统软启动。

T33路接通后，定时器T33开始计时。

在计时结束之前电动机以待机速度运行。

T33计时结束同时T34开始计时此时变频器输出频率为10Hz。

T34计时结束同时T35开始计时，此时变频器输出频率为25Hz。

图4-4梯形图子程序3

如图4-4所示，T35计时结束同时T36开始计时此后变频器输出为50Hz。

当压力开关闭合时系统会开始计算物位，常闭触点Q0.5、Q1.2、Q1.0实际是与下图中的各种状态互锁。

即Q0.5、Q1.2、Q1.0中有任意一中输出Q1.1都不可能输出。

图4-5　　梯形图子程序4

如图4-5，I0.5为一压力开关，即有物品在前方积压时I0.5闭合。

前文已经介绍AIW0值为19200、12800、6500分别为第一安全距离、第二安全距离、第三安全距离。

当I0.5闭合且AIW0值小于等于19200时，说明物品已进入第一安全距离，此时Q0.5输出。

同样当AIW0值小于等于12800时Q1.0输出。

当AWI0值小于等于6500时Q1.2输出。

若AIW0值大于19200时传送带仍然维持正常速度运行。

图4-6　　梯形图子程序5

如图4-6，当按下反向运行开关I0.3则Q1.3输出且自锁。

按下I0.6正转按钮后，通路断开系统恢复正转。

图4-7　　梯形图子程序6

如图4-7所示，当系统选择手动或出现故障时，即I0.1或I0.2接通，子程序返回主程序。

图4-8为子程序全部视图：

图4-8　　梯形图子程序图

结论

现代工业往往追求高效率低成本，目前我国正处于经济发展的转型期并且随着科技的不断发展，未来工厂的生产过程必定会越来越智能化。

传送带是一种物料传输设备，因其高效、连续、快速的特性，被广泛的应用于矿业、化工、机械、电力、建材、轻工业以及港口码头等重要的工业领域。

也正因为传送带的应用十分的广泛，对传送带的制造和自动化改进对于工业生产的意义日趋重大。

PLC自诞生起便广受业界的关注，如今PLC依然是自动控制领域的一大支柱。

传送带和PLC的结合为大势所趋，未来必将大放异彩。

参考文献

[1]史国生.电气控制与可编程控制器技术[M].北京：

化学工业出版社，2003.

[2]汪明.网络化控制变频调速系统[M].北京：

中国电力出版社，2006.

[3]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：

北京航空航天大学出版社，2008.

[4]臧克茂马晓军.装甲车辆电气传动系统及其设计[M].北京：

国防工业出版社，2004.

[5]范永胜王岷.电气控制与PLC应用[M].北京：

中国电力出版社，2004.

[6]汪志峰.可编程序控制器原理与应用[M].西安：

西安电子科技大学出版社，2004.

[7]曲波肖圣兵吕建平.工业常用传感器选型指南[M].北京：

清华大学出版社，2002.

[8]王庭友.可编程控制器原理及应用[M].北京：

国防工业出版社，2005.

时间：

2021.02.05

创作：

欧阳科