皮带运输机PCL控制.docx

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皮带运输机PCL控制

摘要

本次设计的主要内容是对皮带运输机传统的继电器控制，设计成PLC的自动和循环控制，并进行模拟试验和安装调试。

通过本次的设计，掌握典型电气控制电路的分析和设计能力、可编程控制器的工作原理及结构特点、基本逻辑指令的应用、步进顺控指令编程方法及应用，坚持理论联系实际，坚持与机械制造生产情况相符合，将自动化控制技术完美的融合到工业生产中，使设计尽可能做到技术先进、经济合理、生产可行、操作方便、安全可靠，对于提高劳动生产率具有一定的现实意义。

关键词皮带运输机PLC控制系统设计

1.引言

皮带运输机，是运用皮带的无极运动运输物料的机械。

早在几千年以前，我们的祖先就运用吊绳运送货物，在不断的改革中，皮带运输机产生了，方便了货物的运输。

可是皮带运输机运行时皮带跑偏是最常见的故障，在生产中带来了诸多不便。

一百多年前，人们将自动化控制技术引入了工业领域，随着工业的迅猛发展自动化控制技术更加日新月异。

伴随着数学、控制理论计算机、电子器件的发展，出现了自动化控制技术系统，并作为一门应用科学已发展成熟，形成了自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。

可编程控制器（PLC）是一种以微处理器为核心的工业控制装置。

它将传统的继电接触器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特点，因此近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。

PLC的生产厂家和产品型号很多，但是基本原理相同，特别是梯形图（LD）和顺序功能图（SFC）程序设计方法，对所有的PLC都是一样的。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

它克服了使用继电器、接触器控制系统中因机械触点多、接线复杂、故障率高、维修复杂、功耗高、灵活性差的缺点，充分利用了微处理器，在不改变系统硬件接线的情况下，通过改变程序的设置，即可改变被控对象的运行方式的优点。

特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；安装调试与检测也很方便。

用户在购买到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

PLC的这些优点不但大大提高了控制系统的灵活性，特别对那些需要经常改变生产工艺的自动流水线有着重大的意义，使它的运行更加安全、方便、准确，快捷。

现代工业生产中，有许多场合需要皮带运输机，建材、化工、冶金、矿山、纺织、印染、造纸、机械等工业领域，是不可缺少的运输工具，用于运送生产原料和产品。

例如：

码头物料搬运系统，自从实现机械化后，节约了大量的人力和物力，提高了劳动生产率。

但如果不能实现完全的自动化，操作维护还将会很困难。

因为码头场地大，设备多，粉尘大，长期的使用运行，具有故障率高，各种元器件老化，维护和检修困难等缺点，情况严重的会影响生产的正常进行。

本文就码头货船装料用的皮带运输机系统运用PLC控制的程序和实验情况予以介绍。

它比常规的继电器控制系统硬件结构大为简化，同时由于采用的是“软接线”的控制程序，系统的可靠性和灵活性都大为提高。

在科技发达的今天，采用先进的生产设备和生产方式才能提高效率，降低成本，适应社会发展的需要。

2.皮带运输机的结构及工作原理

2.1皮带运输机的结构

皮带运输机是一种连续运输机械，也是一种通用机械。

即可以运送散装物料，也可以运送成件物品。

皮带运输机由输送带（皮带）、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。

在建材、化工、食品、机械、钢铁、冶金、煤矿等工业生产中广泛使用皮带运输机运送原料或物品。

本设计如图1是某原料皮带运输机的示意图，原料从料斗经过四台皮带运输机送出。

从料斗向皮带1供料由电磁阀YV控制皮带1、2、3、4分别由电动机M1、M2、M3、M4驱动。

图1皮带运输机系统

2.2皮带运输机的工作原理

皮带机是由驱动装置拉紧装置输送带中部构架和托辊组成输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件品。

采用多条皮带运输机是因为输送路程远，路径变化大，难以采用直线传送的单皮带输送机系统。

故采用多条皮带输送机系统，方便系统的灵活组合。

皮带运输机的驱动装置由单个或多个驱动滚筒驱动。

驱动电机也可以是单个电机或多个电机驱动。

一般驱动装置包括电动机、减速机、液力耦合器、制动器或逆止器等组成。

耦合器的作用是改善皮带运输及的启动性能，制动器和逆止器是为了防止当皮带运输机停机时皮带向下滑动。

皮带运输及的电气保护和控制装置主要有：

拉绳开关、皮带跑偏、检测开关、皮带打滑检测、皮带防撕裂检测、料流检测、堵料检测及皮带秤。

3.皮带运输机的控制要求

控制方式通常有行程控制、时间控制和其他物理量（压力、流量、电流、速度等）控制。

行程控制方式是利用机械设备运动部件上的碰块或感应头，触发在固定位置安装的行程开关或无触头行程开关，以此发出行程信号来实现位置控制。

凡是要求进行位置控制的执行机构都应采用行程控制方式。

时间控制方式是利用时间继电器或PLC的定时器，使控制系统按工艺要求的不同时段进行程序步切换，实现生产过程的自动控制。

因此，机械设备的工作程序如果要求要求延续一般时间后才切换的则应采用时间控制方式。

对于要求实现位置控制的执行机构，如果其行程很短，无法安装行程开关。

在运动速度比较稳定的情况下，根据运动速度与时间的乘积等于行程的原理，也可以采用时间控制方式来实现位置控制。

本系统使用的四台皮带传输机分别由电动机M1～M4传动,M1传动的皮带运输机位于物料传送方向的起始段,向前依次为M2、M3和M4传动的皮带运输机。

（1）起动控制要求

为了避免在上级皮带上造成物料堆积,起动时要求四台电动机按M4→M3→M2→M1的次序,间隔10s顺序起动。

（2）停车控制要求

为了不使皮带上残留物料,停车时要求四台电动机按M1→M2→M3→M4的次序间隔10s顺序停车。

（3）紧急停车控制要求

系统正常运行时,如遇到紧急情况需要停车,四台电动机应无条件地同时停车。

（4）长期过载保护控制要求

某台皮带运输机长期过载时,该皮带运输机及为其提供物料的皮带运输机应立即停车,间隔10s后,其他皮带运输机才依次停车。

4．PLC选型及输入/输出接线

4.1PLC的选型

PLC主要是由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出部件（I/O）、电源和编程器几大部分组成。

其结构框图2如下：

地址总线控制总线

开关或传感器

照明

继电器接点

电磁装置电动机

行程开关

其他装置

模拟量输入

数据总线

地址总线

数据总线

图2PLC结构框图

4.1.1中央处理单元

CPU是PLC的核心部件。

从图中可以看出，它控制所有其它部件的操作。

与通用微机CPU一样，它在PLC控制系统中的作用类似于人体的中枢神经。

CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。

这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。

CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。

CPU主要完成以下功能：

1从存储器中读取指令。

CPU从地址总线上给出存储地址，从控制总线上给出读命令，从数据总线上得到读出的指令，并放到CPU内的指令寄存器中去。

2执行指令。

对存入在指令寄存器中的指令操作码进行逻辑运算和算术运算，将结果输出等。

3取下一条指令。

在CPU的控制下，程序的指令可以按顺序执行，也可以进行分支或转移。

4处理中断。

CPU除了能按顺序执行程序外，还能接受输入输出接口发来的中断请示，并进行中断处理，中断处理完后，再返回原址，继续顺序执行。

4.1.2存储器

存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其他一些信息。

存储器一般由存储体、地址译码器、读、写控制器和数据寄存器组成。

在PLC中使用两种类型的存储器ROM和RAM。

在只读存储器ROM中，一般存放着由制造厂写入的系统程序。

它包括检查程序、键盘输入处理程序、翻译程序、监控程序等内容。

系统程序一经被写入，它将永远驻留（PLC去电后，ROM中的内容不变）。

RAM是可读可写存储器。

它一般存入用户程序、逻辑变量及供内涵程序使用的工作单元。

RAM作为可读写存储器，读出时，RAM中的内容不被破坏；写入时，原来的信息就会被新写入的信息所覆而消除。

为了防止去电后RAM中的内容丢失，PLC使用了对RAM的电池供电电路。

4.1.3输入输出接口电路

PLC的输入输出接口电路时系统的眼、耳、手、脚，是联系系统外部现场和CPU的桥梁。

输入接口电路接收从按钮开关、选择开关、行程开关等来的开关量输入信号和由继电器、热电偶、测速发电机等连续变化的模拟量输入信号，然后送入PLC。

输入接口电路一般由光电耦合电路和微电脑的输入接口电路组成。

PLC通过输出接口电路控制现场的执行部件，如接触器、继电器、电磁阀、晶闸管电路组成。

在PLC内部，由于CPU本身工作电压比较低（一般5V左右），而输入输出信号电压一般比较高（如直流24V和交流220V），所以CPU不能直接与外部输入输出装置连接，而由输入输出接口电路转接。

这样，输入输出接口电路除了传递信号外，还有电平转换和噪声隔离的作用。

4.1.4电源单元

PLC一般使用220V交流电源。

电源单元的作用就是把外部电源转换成内部工作电压，有些PLC则可以为输入电路和少量的外部电平检测装置（如接近开关）提供24V直流电源。

备用电池（一般为锂电池）用于掉电情况下保存程序存储器和内部保持标志，有计时器和计数器并带电池故障指示灯。

按照控制要求,皮带运输机的起动、停车和急停车各需要一个按钮作为控制输入信号，四台电动机的长期过载保护各需要一套热继电器,每套热继电器的一对动断触点作为一台电动机的长期过载保护输入。

四台电动机的起动和停车各由一套交流接触器直接控制,需要PLC提供四路控制信号。

因此,整个皮带运输机控制系统共需要7个输入信号、4个输出信号。

根据I/O点数够用和经济原则,选用日本三菱公司的FX2—16MR型PLC。

该型PLC功能齐全,使用方便,性能可靠,有8个输入点和8个输出点,能够满足上述要求。

4.2PLC输入/输出端子接线图

PLC输入/输出端子接线图如图3所示：

图3PLC输入/输出端子接线图

图3中　SB1———起动按钮

SB2———停车按钮

SB3———急停按钮

FR1～FR4———热继电器,分别保护M1～M4

KM1～KM4———交流接触器,分别控制M1～M4的起动和停车。

5．程序设计及控制原理

5.1程序设计

常用PLC的编程指令系统如下：

（1）LD指令LD（Load）：

取指令，适用于梯形图中与左母线相连的第一个常开触点，表示一个逻辑行的开始。

（2）LDN指令LDI（LoadInverse）：

取反指令，适用于梯形图中与左母线相连的第一个常闭触点。

（3）OUT指令OUT（Out）：

线圈驱动指令（又叫输出指令），适用于将运算结果驱动输出继电器、辅助继电器、定时器和计数器的线圈，但不能用于输入继电器。

OUT指令用于计数器和定时器时，必须有常数K值紧跟，K分别表示定时器时间或计数次数，它也作为一个步序。

（4）AND指令AND（And）：

“与”指令，适用于和触点串联的常开触点。

（5）ANI指令ANI（AndInverse）：

“与反”指令，适用于和触点串联的常闭触点。

（6）OR指令OR（Or）：

“或”指令，适用于单触点并联的常开触点。

（7）ORI指令ORI（OrInverse）：

“或反”指令，适用于单触点并联的常闭触点。

（8）RST指令RST（Reset）：

计数器和移位寄存器的复位指令，适用于将计数器的当前值回复到设定值或清除移位寄存器中所有位的信息，即清零。

计数器有计数输入和复位输入两个输入端。

当计数输入端触点每次从断开至接通时，计数器的值减1，当通断次数达计数值后，计数器的当前值减为0，此时计数器的线圈接通，其常开触点闭合。

如果要计数器从当前值回到最初设定值，则要接通复位输入端的触点，RST起复位作用，使计数器线圈断开，其常开触点断开。

RST指令总是优先执行的，因此当RST的输入保持时，对计数器或移位寄存器的输入不再接受。

所有的计数器和部分寄存器具有掉电保护功能，所以当不必再保持计数器原有状态时，在工作开始之前，要使用特殊辅助继电器M71，在主机投入运行的瞬时，产生的初始化脉冲，使计数器或位移寄存器复位。

（9）SFT指令SFT（Shift）：

移位指令，适用于将移位寄存器中的内容做移位操作。

可由8个或16个辅助继电器组成移位寄存器。

根据控制要求,本文编制的状态转移程序如图4所示。

图4状态转移程序

5.2皮带传输机控制原理

5.2.1起动控制

接通PLC的电源,在初始化脉冲M8002作用下进入初始状态S0,按下SB1→接通X1→进入状态S20→启动定时器T1,置位Y4→接通KM4→起动M4→10s后T1动作→进入状态S21→起动定时器T2,置位Y3→接通KM3→起动M3→10s后T2动作→进入状态S22→启动定时器T3,置位Y2→接通KM2→起动M2→10s后T3动作→进入状态S23→置位Y1→接通KM1→起动M1。

至此,M1～M4按控制要求全部起动起来,进入正常运行状态。

5.2.2停车控制

在系统运行时,按下SB2→接通X2→进入状态S24→启动定时器T4,复位Y1→断开KM1→停车M1→10s后T4动作→进入状态S25→启动定时器T5,复位Y2→断开KM2→停车M2→10s后T5动作→进入状态S26→启动定时器T6,复位Y3→断开KM3→停车M3→10s后T6动作→进入状态S27→复位Y4→断开KM4→停车M4。

Y4复位后,Y4接通,状态返回初始状态S0,等待下次操作。

至此,M1～M4按控制要求全部实现停车。

5.2.3急停控制

在系统运行时,如需要紧急停车,按下SB3→接通X3→同时置位状态S24、S25、S26和S27→同时复位Y1、Y2、Y3、Y4→同时断开KM1、

KM2、KM3和KM4→同时停车M1～M4。

5.2.4长期过载保护控制

在系统运行时,若某台电动机长期过载,以M3为例来说明控制原理。

若M3长期过载→FR3动作→接通X6→同时置位S24、S25和S26→启动T6,同时复位Y1、Y2和Y3→同时断开KM1、KM2和KM3→同时停车M1、M2和M3→10s后接通T6→进入S27→复位Y4→断开KM4→停车M4。

至此,按控制要求实现了长期过载保护控制,一旦热继电器复位,又可以进行正常操作。

参考文献

[1]．田瑞庭.可编程控制器应用技术.1994

[2]．曲非非、杨长能.PLC应用技术200例.2003

[3]．MITSUBISHI三菱微型可编程控制器编程手册.2000年

[4]．张运波.工厂电气控制技术.北京：

高等教育出版社.2001

[5]．余雷声.电气控制与PLC应用.北京：

机械工业出版社.2001

[6]．王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：

机械工业出版社，2002

[7]．钟肇新.可编程控制器原理及应用.广州：

华南理工大学出版社.2002

[8]．李景学.可编程序控制器应用系统设计及方法.北京：

电子工业出版社

[9]．可编程控制器（PC）例题习题及实验指导.重庆：

重庆大学出版社.1999

[10].吴丽.电气控制与PLC应用技术[M]1北京:

兵器工业出版社.2001