最新斗轮堆取料机的plc控制系统设计毕业.docx
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最新斗轮堆取料机的plc控制系统设计毕业
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毕业设计
题目：
堆取料机PLC自动控制系统设计
斗轮堆取料机的PLC控制系统设计
摘要
斗轮堆取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，目前已经广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等散料存储料场的堆取作业。
随着社会发展，料场的吞吐量越来越高，斗轮堆取料机是料场工作运行的核心机械，斗轮堆取料机的生产力决定了料场的工作效率，因此有必要提高斗轮堆取料机工作效率。
PLC集成控制技术发展迅速，应用于斗轮堆取料机能够大大提高工作效率，减少劳动成本。
本设计对斗轮堆取料机的PLC控制系统进行了详细研究。
应用PLC控制完成斗轮堆取料机的堆料取料等工作过程，设计程序包含了应有的限制保护等，简单安全。
首先，讨论了斗轮堆取料机的工作流程，并选择最优堆取料工艺。
然后选择适当PLC型号。
了解斗轮堆取料机各部分动作原理，并给出了控制方案。
为后面设计PLC控制程序打下了基础。
经过系统分析设计要求，设计开发了斗轮堆取料机的PLC控制系统。
该系统具有较好的稳定性、可靠性。
关键词：
斗轮堆取料机；PLC；自动控制
APLCCONTROLSYSTEMDESIGNOFSTACKER-RECLAIMERS
Abstract
Stacker-reclaimeristheefficientequipmentofmodernindustrialforloadingandunloadingbulkdispersestheshapematerial.Atpresentithasbeenusedwidelyinportanddock,metallurgy,cement,steelmills,cokingplant,storeyard,powerplantsandbulkmaterialstorageyard.Withthedevelopmentofsociety,throughputofyardbecomesmoreandmorehigher.Stacker-reclaimeristhecoreoftheoperationalconceptsofmachinery.Theproductivityofstacker-reclaimerdeterminestheyardworkefficiency.Soitisnecessarytoimprovethestacker-reclaimerworkefficiency.PLCintegrationcontroltechnologyisdevelopingrapidly.Intheapplicationofstacker-reclaimercangreatlyimprovetheworkefficiency,andreducelabourcost.ThisissuemakesabriefsurveyaboutPLCcontrollingsystemofstacker-reclaimer.PLCcontrollinghelpsfinishfeeding,materialtakingandsomeotherprocessofstacker-reclaimer.Thedesigningprogramsincludethenecessarylimit,easyandsafe.
First,itreferstotheworkingprocessofstacker-reclaimer,anddeterminestheperfectworkingprocessoffeedingandmaterialtaking.ThenIchoosetheappropriatePLCtype.Makingsenseofthemovingprinciplesofstacker-reclaimer'severypart,andcomingupwiththecontrollingdesign.AndmakingthesolidfoundationofthefollowingPLCprogrammingdesign.Afteranalysisthedesignrequirements,IdesignedthePLCcontrolsystemofstacker-reclaimer.Thissystemhasagoodstabilityandreliability.
Keywords:
Stacker-reclaimer;PLC;Automaticcontrol
绪论
1.1课题背景
科学和技术的进步，越来越多的自动化程度高的要求，市场竞争激烈，劳动力成本上升，传统的手工方法已无法适应社会的发展。
轻劳动强度，保障生产的可靠性，安全性，降低了生产成本，减少环境污染，提高产品质量和经济效益是企业生产必须面对的一个重大课题。
斗轮堆取料机是大宗材料和设备高效现代工业批量连续处理，已被广泛应用于港口，码头，冶金，水泥，钢铁厂，焦化厂，储煤，电厂等散料（矿石，煤炭，焦炭，砂石）的堆叠器作业的堆场。
PLC集成自动控制技术，计量技术，新传感器技术，计算机管理技术于一体的机电一体化产品;充分利用计算机技术对生产过程的集中监视，控制和管理，分散控制方式;充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化，模块化，系统化，多样化的设计，配置灵活，易于配置。
1.2斗轮堆取料机的发展概况
目前，斗轮堆取料机常用的PLC和变频器调速控制，液压传动，网络控制技术。
其产能提高显著，造型进行了改进产品，以规模化，多元化，无人，环保以及支持国际化发展。
国际市场对斗轮堆取料机的需求。
随着技术的进步和产品性能的用户，提高质量的要求，斗轮堆取料机将继续发展和完善。
通过技术进步和创新，将会有更多更好的国产斗轮堆取料机产品问世，以投资于国内和国外市场。
1.2.1国内斗轮堆取料机的发展概况
国内斗轮堆料机的基本发展经历了三个阶段。
20世纪60年代，70年代，中国开始设计一个小斗轮堆取料机，典型的机型有3025,8030等，回收输出300吨/小时，800吨/小时，分别25米回转半径和30米。
20世纪80年代，90年代，是斗轮堆取料机发展的第二阶段。
钢厂，电厂等散装物料堆场逐步引入大型斗轮堆取料机，堆散装物料运输，如上海宝钢，秦皇岛码头堆场，新增建设斗轮堆取料机取料机输出达到2000t/h给，回转半径达到40米。
当时，限制的条件下，这些材料处理设备领域更多的合作制造或全部进口，甚至整个散装物料处理系统的建设都是从国外进口。
在2000年，该国的斗轮堆取料机发展到了一个新的阶段。
到目前为止，国内厂商有300〜6000吨/h的生产能力，回转斗轮堆取料机产品的设计和制造能力25〜60米半径。
在这个阶段，国外厂商仍然占据了一定的份额，但国内厂商掌握了相当的技术，生产能力，并与服务，价格优势占据了国内市场的主流地位，并迈向国际市场逐步上移。
国内斗轮堆料机的发展在过去的五，六年的发展非常迅速。
特别是固定资产投资的影响国民经济，国内需求的增长是比较大的，是罕见的，在过去十年中，主要是在院子里生长在铁矿石港口，电厂，钢铁企业和煤炭相对较快，原材料，能源部门的发展也促进了产业发展的斗轮堆取料机，并为斗轮堆料机的发展创造了非常良好的发展环境。
由于对斗轮堆取料机的研发和创新国内厂商带来了极大的信心，特别是对一些大型堆取料机的研究和开发市场需求增加，不仅提高了国内企业设计和制造大型装备的能力之前，设备的同时，国内总斗轮堆取料机不仅在产量也有非常大的提高了产品质量，这五六年新的斗轮堆取料机斗几乎制造轮堆料机总数。
在斗轮堆取料机作为一个整体，需要加以改进，尤其是在细节处理上的产品机构设计，有很大的差距与国外先进企业的产品存在设计和制造设备的详细信息。
因此，要提高产品设计细节的国内生产厂家需要迫切解决的问题。
电气及控制系统的硬件和基础山国外公司的产品没有什么区别，但在PLC的软件设计的差距，包括产品设计的可靠性，PLC编程规范，一台仪器的选择和设计的可靠性。
2.PLC的发展概况
自从1960年美国推出可编程逻辑控制器（可编程逻辑控制器，PLC）取代了传统的继电器控制系统，因为其PLC已得到了迅速发展，在世界各地被广泛使用。
同时，PLC的功能也在不断地提高。
随着计算机技术，网络技术，控制技术的不断完善，不断发展的信号处理技术和用户需求加工的再次增加运动控制和模拟处理功能的开关量的基础上的风格，PLC。
今天的PLC逻辑控制不再局限于单方面的，运动控制，过程控制等领域也发挥着非常重要的作用。
2.1国内PLC发展概况
我国已开始制定从1974年，1977年在工业上的应用。
进入20世纪70年代，随着越来越多的卡微电子技术的发展，尤其是使用通信微处理器的PLC后，控制器将不再限于原逻辑操作，功能得到进一步的提高。
进入20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路等微电子技术的飞速发展，16个32位的微处理器和少量微处理器的PLC，因此PLC的功能进一步增强，工作速度快，容量下降，提高可靠性，并降低成本，而且编程和故障检测更加灵活和方便。
近10年来，随着越来越多的价格不断降低PLC和用户的需求，越来越多的小型设备开始采用PLC控制，在中国PLC应用正在迅速增长。
随着国民经济的快速发展和自动化水平的基础，提高中国的经济，时间PLC在中国今后一个时期仍将保持快速增长。
可编程控制器，应用，开发引进，生产是伴随着改革开放的开始。
刚开始的时候是引进了一大批在可编程控制器中使用的设备。
接着，在各种企业的生产设备和产品，再次扩大PLC的应用。
目前，中国已经能够生产自己的小型和中型可编程控制器。
可以预见的是，随着中国现代化进程的深入，PLC在中国将拥有更广阔的发展天地。
2.2国外PLC发展概况
1969年美国数字设备公司已成功开发了世界上第一台可编程逻辑控制器PDP-14，并在第一时间与认可，在通用汽车公司的汽车装配生产线。
那么美国还制定了084MODICON控制，从此，新技术的应用在世界上迅速传播。
1971年引进该技术在日本在美国之后，很快就开发出了第一台可编程逻辑控制器DSC-18。
话又说回来，于1973年在西欧再次形成了自己的第一台可编程控制器。
在工业生产过程中，大量的顺序控制开关的，根据其逻辑的操作条件顺序，并根据保护运动控制的链之间的逻辑关系，并有大量的离散的数据收集。
传统上，这些功能实际上是通过气动或电气控制系统来实现的。
1968年美国通用汽车（GeneralMotors）公司建议更换集成电路电气控制装置继要求，第二年，美国公司已经开发出了基于集成电路和电子技术，第一次使用的程序手段的数字控制系统在电气控制中使用，这是第一代的可编程序控制器，称为可编程控制器（PC）。
个人计算机后（称为PC）的发展，为了方便，以反映可编程控制器，命名为可编程逻辑控制器（PLC）的可编程逻辑控制器的详细功能。
80年代中期到90年代，是增长最快的时期PLC，年均增长速度一直保持在30％至40％。
在此期间，在处理模拟和数字运算能力，人机接口能力和网络功能的PLC能力有了很大的提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在过程控制领域的一些应用中取代了主导地位在DCS系统。
PLC具有适应面广，可靠性高，通用性强，抗干扰能力强，使用方便，编程简单等特点。
在工业自动化控制特别是为了控制PLC的状态，在可预见的未来可以，但不能更换。
3斗轮堆取料机工作过程
它有一个堆取料机两个这样的做法。
堆垛机输送机由散装装运，然后通过轿厢卸载到传送带吊杆上的吊杆从前院掷卸的末端。
那么整个操作，吊杆摆动，投球后，可以变成整齐的料堆的梯形横截面。
通过旋转取料机臂和斗轮连续旋转时以两种方式来实现。
脱模板材料被卸到反向运转悬臂式输送机，然后通过机排出的漏斗的中心到带式传送器远低于院子。
通过机器上运行，景气回转，俯仰，斗轮将使在图1-1中材料耗尽的库存。
图1-1斗轮堆取料机料场作业
3.1斗轮堆取料机堆料工艺流程
堆料作业工艺有行走堆料、旋转堆料、定点堆料三种基本方式。
行走堆料
堆料分数层、数列进行断续行走定点堆积。
由料堆高度检测器检测出煤点的高度（或人工控制），发出指令，控制行走机构进行微动，一堆接一堆地进行堆积，达到设定位置，进行换列操作，反向堆积；当堆完第一层各列后，进行换层操作，继续第二层堆积，继而堆完最后一小堆。
该工艺特点是，可把不同煤种进行混堆，这样堆放的煤堆，在采取回转取料时，入炉煤基本为混煤。
旋转堆料
臂架始终固定在预定堆积高度上往返旋转堆积，达到设定次数后（堆积到一定高度）.
图1-2旋转堆料
行走机构微动一个设定距离，依次进行作业。
该工艺特点是，这样堆放出的煤场形状较好，便于碾压，但所需存煤场地要求较大。
旋转堆料如图1-2所示。
定点堆料
第一堆分数层进行堆积，待煤堆分数次堆积到一定高度时，臂架高度保持不变，按预先设定的旋转方向和角度旋转到第二个堆料点继续堆，达到旋转范围后，即开动行走机构微动一个设定距离，这样一直堆积到设定的堆料长度后停止作业。
该工业特点是，需要存放场地小，当煤场存放空间小，新、旧煤分堆时适宜采用该堆料方式，但不利于煤场整形和碾压。
3.2斗轮堆取料机取料工艺流程
取料方法分为旋转分层取料和定点斜坡取料。
旋转分层取料又分为分段和不分段两种。
分层分段取料
把斗轮置于料堆顶层作业点上，然后旋转控制开始取料，每达到旋转范围时，行走机构微动一个设定距离，按照设定的供料段长度取完第一层后，进行换层操作。
当取完最下一层后进行换段操作。
把斗轮置于第二段最顶层的作业开始点上，重复进行取料。
该工艺特点是，有利于煤场存煤实现存新取旧，防止煤存放时间较长，而出现存煤消耗。
分层不分段取料
把斗轮置于堆料层最顶层作业点上，然后旋转控制开始取料，每达到旋转范围时，行走机构微动一个设定距离，开始反向旋转取料，直至取到尽头，随后大车返回开始作业点，同时臂架下降一个吃煤深度，继续上述过程取第二层煤。
这种方式的特点是，取料后煤场煤堆形状较好，适用于汽车进煤的煤场，但不利于煤场存煤倒烧。
斜坡取料
斗轮沿堆料的斜坡按照一定的进给量由上往下逐层旋转上煤，斗轮大臂每下降一次，大车都要后退一个距离，当取料达到要求的取料深度后，行走机构再向前走一个斗深，同时大臂抬起，进行第二个斜坡取料。
这种方式适用于从煤堆中部取煤。
4本文主要研究内容
在斗轮堆取料机的PLC控制系统设计过程中主要进行了如下五个方面的工作：
1）确定斗轮堆取料机对PLC控制系统的要求
2）绘制斗轮堆取料机控制系统的工艺过程控制流程图PLC控制系统设计
PLC控制系统设计的一般步骤可以分为以下几步：
熟悉控制对象并计算输入/输出设备、PLC选型及确定硬件配置、设计电气原理图、设计控制台（柜）、编制控制程序、程序调试和编制技术文件。
一、明确控制要求，了解被控对象的生产工艺过程
熟悉控制对象设计工艺布置图这一步是系统设计的基础。
首先应详细了解被控对象的工艺过程和它对控制系统的要求，各种机械、液压、气动、仪表、电气系统之间的关系，系统工作方式（如自动、半自动、手动等），PLC与系统中其他智能装置之间的关系，人机界面的种类，通信联网的方式，报警的种类与范围，电源停电及紧急情况的处理等等。
此阶段，还要选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号指示灯等执行元件），以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。
同时，还应确定哪些信号需要输入给PLC，哪些负载由PLC驱动，并分类统计出各输入量和输出量的性质及数量，是数字量还是模拟量，是直流量还是交流量，以及电压的大小等级，为PLC的选型和硬件配置提供依据。
最后，再将控制功能和控制对象进行分类，可按控制区域或信号用途进行划分，确定控制设备和检测设备的物理位置，分析出每一个控制信号和检测信号的功能、规模、形式、互相之间的关系。
信号点确定后，设计出工艺布置图或信号图。
二、PLC控制系统的硬件设计
随着PLC的推广普及，PLC产品的数量和种类越来越多。
近年来。
从国外引进的PLC产品、国内厂家或自行开发的已有几十个系列，上百种型号。
PLC的种类繁多，其结构形式、容量、性能、编程方法、指令系统、价格等各有不同，使用场合也各有侧重。
因此，合理的选择PLC在提高PLC控制系统的技术中起着重要作用。
4.1PLC机型的选择
PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。
具体应考虑以下几方面：
（1）性能与任务相适应对于小型单台、仅需要数字量控制的设备，一般的小型PLC（如西门子公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM1/CPM2系列、三菱的FX系列等）都可以满足要求。
对于以数字量控制为主，带有少量模拟量的应用控制系统，如工业生产中经常遇到的压力、流量温度、等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带D/A转换的模拟量输出模块，再配合相应的变送器（对温度控制系统可选用温度传感器直接输入的温度模块）、传感器、和驱动装置，并选择运算、数据处理功能较强的小型PLC
对于控制比较复杂，控制功能要求更高的工程项目，比如要求实现PID运算、通信联网、闭环控制等功能时，复杂程度及可视控制规模，选用中档或高档机
（2）结构上合理、安装要方便、机型上应统一按照物理结构，PLC分为整体式和模块式。
整体式每一I/O点的平均价格比模块式的便宜，所以人们一般倾向于在小型控制系统中采用整体式PLC。
但是模块式PLC的功能扩展方便灵活，特殊I/O模块的使用、I/O模块的种类和块数、输入点数与输出点数的比例、I/O点数的多少等方面的选择余地都比整体式PLC大得多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便。
因此，对于较复杂的和要求较高的系统一般应选用模块式PLC。
根据I/O设备距PLC之间的距离和分布范围确定PLC的安装方式为集中式、远程I/O式还是多台PLC联网的分布式
4.2PLC容量估算
PLC的容量指I/O点数和用户存储器的存储容量两方面的含义。
在选择PLC型号时不应该盲目的追求过高的性能指标，但是在存储器容量和I/O点数方面除了要满足控制系统要求外，还应留有余量，以做备用或系统扩展时使用。
（1）I/O点数的确定
PLC的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。
在I/O点数的确定时，应留有适当余量。
通常I/O点数可按实际需要的10～15%考虑余量；当I/O模块较多时，一般按上述比例留出备用模块。
（2）存储器容量的确定
用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。
因此在程序编制前只能粗略的估算。
4.3I/O模块的选择
在PLC控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入PLC。
PLC经过运算、处理后，再将结果以数字量的形式输出，此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。
所以，在PLC和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置。
这个装置就是输入/输出（I/O）模块。
不同的信号形式，需要不同类型的I/O模块。
对PLC来讲，信号形式可分为四类。
（1）数字量输入信号生产设备或控制系统的许多状态信息，如开关、按钮、继电器的触点等，它们只有两种状态：
通或断，对这类信号的拾取需要通过数字量输入模块来实现。
输入模块最常见的为24V直流输入，还有直流5V、12V、48V，交流115V/220V等。
按公共端接入正负电位不同分为漏型和源型。
有的PLC即可以源型接线，也可以漏型接线，比如S7-200。
当公共端接入负电位时，就是源型接线；接入正电位时，就是漏型接线。
有的PLC只能接成其中一种。
（2）数字量输出信号还有许多控制对象，如指示灯的亮和灭、电机的启动和停止、晶闸管的通和断、阀门的打开和关闭等，对它们的控制只需通过二值逻辑“1”和“0”来实现。
这种信号通过数字量输出模块去驱动。
数字量输出模块按输出方式不同分为继电器输出型、晶体管输出型、晶闸管输出型等。
此外，输出电压值和输出电流值也各有不同。
（3）模拟量输入信号生产过程的许多参数，如温度、压力、液位、流量都可以通过不同的检测装置转换为相应的模拟量信号，然后再将其转换为数字信号输入PLC。
完成这一任务的就是模拟量输入模块。
（4）模拟量输出信号生产设备或过程的许多执行机构，往往要求用模拟信号来控制，而PLC输出的控制信号是数字量，这就要求有相应的模块将其转换为模拟量。
这种模块就是模拟量输出模块。
典型模拟量模块的量程为-10V～+10V、0～+10V、4～20mA等，可根据实际需要选用，同时还应考虑其分辨率和转换精度等因素。
一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如热电阻RTD、热电偶等信号）
此外，有些传感器如旋转编码器输出的是一连串的脉冲，并且输出的频率较高（20kHz以上），尽管这些脉冲信号也可算作数字量，但普通数字量输入模块不能正确的检测之，应选择高速计数模块。
不同的I/O模块，其电路和性能不同，它直接影响着PLC的应用范围和价格，应该根据实际情况合理选择。
4.4分配输入/输出点
PLC机型及输入/输出（I/O）模块选择完毕后，首先，设计出PLC系统总体配置图。
然后依据工艺布置图，参照具体的PLC相关说明书或手册将输入信号与输入点、输出控制信号与输出点一一对应画出I/O接线图即PLC输入/输出电气原理图。
PLC机型选择完后输入/输出点数的多少是决定控制系统价格及设计合理性的重要因素，因此在完成同样控制功能的情况下可通过合理设计以简化输入/输出点数
4.5安全回路设计
安全回路是保护负载或控制对象以及防止操作错误或控制失败而进行连锁控制的回路。
在直接控制负载的同时，安全保护回路还给PLC输入信号，以便于PLC进行保护处理。
安全回路一般考虑以下几个方面。
（1）短路保护应该在PLC外部输出回路中装上熔断器，进行短路保护。
最好在每个负载的回路中都装上熔断器。
（2）互锁与联锁措施除在程序中保证电路的互锁关系，PLC外部接线中还应该采取硬件的互锁措施，以确保系统安全可靠地运行。
（3）极限保护在有些如提升机类超过限位就有可能产生危险的情况下，设置极限保护，当极限保护动作时直接切断负载电源，同时将信号输入PLC。
三、PLC控制系统的软件设计
软件设计是PLC控制系统设计的核心。
要设计好PLC的应用软件，必须充分了解被控对象的生产工艺、技术特性、控制要求等。
通过PLC的应用软件完成系统的各项控制功能。
1、PLC应用软件设计的内容
PLC的应用软件设计是指根据控制系统硬件结构和工艺要求，使用相应的编程语言，对用户控制程序的编制和相应文件
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