基于PLC的皮带运输机电器控制系统设计.docx

1、基于PLC的皮带运输机电器控制系统设计XXXX职业技术学院学生毕业设计（毕业论文）系 别： 机电工程学院 专 业： 机电一体化 班 级： 机电XXX 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 设 计（论文）题目： 皮带运输机电器控制系统设计 指 导 教 师： 设 计 地 点： XXXX职业技术学院 起 迄 日 期： 2013.09.08-2013.11.12 毕业设计（论文）任务书专业 机电一体化 班级 机电 姓名 XXX 一、课题名称：皮带运输机电器控制系统设计二、主要技术指标：1.延时开关延时时间为5s，使皮带运输机能够按间隔5s时间相继运行，间隔5s相继停止 2.三菱FX2N PLC程序的设计

2、，使皮带运输机能够自动循环的运行 3.电路及电路保护的设计，使皮带运输机能够防止短路、过载等危险，安全运行 三、工作内容和要求：1.了解市场皮带运输机的优缺点，明确设计方向及要点 2.电路及保护电路的设计 3.PLC程序设计 4.皮带运输机电器系统的原理说明 四、主要参考文献：1.王成福.可编程序控制器原理及应用M.北京:北京机械工业出版社，2006 2.李景学.可编程序控制器应用系统设计及方法M.北京:电子工业出版社，1995 3.陈新华.电工技术与可编程序控制器实践M.北京：北京机械工业出版社，2002 4.余雷声.电气控制与PLC应用M.北京:机械工业出版社，2001 5.三菱微型可编程

3、控制器编程手册(手册) 2000年 学 生（签名） 年 月 日指 导 教师（签名） 年 月 日教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目皮带运输机电器控制系统设计一、选题的背景和意义：随着社会的发展、科技的进步，现代的工业生产中常常需要对物料进行加工、搬运，如果这繁杂的工作由人工完成的话不但效率低，而且劳动强度大，不适合现代化的生产需要。因此，皮带运输系统应运而生。它因具备长距离、大批量、高速、高效的有点而被广泛应用于冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等工业中。但是因为皮带运输机控制系统的安全、操作难度等还不够完善，在工业生产中时常发生事

4、故。因此，设计出安全、高效的皮带运输系统以迫在眉睫。它可使企业更高效、更安全的生产、增加效益、减少事故。二、课题研究的主要内容：1.皮带运输系统所使用的相关内容和领域2.三菱FX2N PLC在皮带运输机电器控制系统中的应用3.电工学在皮带运输机电器控制系统设计中的应用三、主要研究（设计）方法论述：1.通过网络、书籍了解皮带运输机控制系统存在的优缺点，明确设计方向2.查阅电工学书籍，学习电路知识，完成电路图及电路保护的设计3.学习、借助三菱PLC软件，完成PLC程序的设计4.后期处理阶段，完成毕业设计工作四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容2013.9.8-2013.9.15

5、确定论文题目，通过网络、资料等了解皮带运输控制系统存在背景、意义及优缺点2013.9.16-2013.9.20通过查找皮带运输机控制系统的相关资料和书籍，完成并且上交开题报告，模拟初稿2013.9.21-2013.10.1通过对皮带运输机控制系统设计的资料的研究，完成绪论部分和第一章的内容2013.10.2-2013.10.10研究PLC、皮带运输机控制系统设计的相关资料，确定最终设计方案的走向，完成第二章和第三章2013.10.11-2013.10.21深刻理解PLC、电工、皮带运输机控制系统设计的应用，并通过相关资料完成第四章内容2013.10.22-2013.11.1经指导老师提出意见，

6、修改以前几章的不足之处并继续完成第五章的内容2013.11.2-2013.11.12完成设计剩余的内容，经过修改，审核完成设计并且打印论文，提交设计报告五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日摘要.10.绪论.11.皮带运输机的研究与设计.11.1 简介.11.2 设计的内容.21.3 设计的要求.22.元器件的选择.32.1 主元器件的选择.32.2 电路保护元器件的选择.43. PLC程序的设计.73.1 PLC的简介.73.2 I/O口的选择.93.3 PLC程序的设计.94.电路的设计.104.1 电路保护的设计.104.2 电路的设计.1

7、15.系统工作原理说明书. .12结论与展望.12致谢信.12参考文献.13皮带运输机电器控制系统设计摘要：本设计是设计一种用于皮带运输机的PLC电气控制装置，其中使用了交流接触器、熔断器和热继电器等电气元件，在控制电路上加强了保护，增强了控制系统的安全性和便捷性。PLC控制系统具有工作较平稳、对空间要求低、性能可靠等优点，是一种较先进、较完善、适合于大型皮带运输机的控制系统。关键词：皮带运输机机；PLC控制系统；电气元件The design of electrical control system for belt conveyorAbstract：This design is to des

8、ign a PLC electric control device for belt conveyor, which used the AC contactor, fuses and thermal relays and other electrical components, the control circuit is to strengthen the protection, enhance the safety and convenience of control system. PLC control system has a stable work, the space requi

9、rements of low, reliable performance, is a more advanced, more complete, suitable for control system for large belt conveyor.Keywords：belt conveyor machine; PLC control system; electrical components0.绪论随着科技的快速发展，工业领域已经引入自动化控制技术许多年历史了，它正推动着工业的快速发展。然而，随着工业的迅猛发展，其对自动化控制技术的要求也越来越高，自动化控制技术也千变万化，向着更高端的方向发

10、展。自动化控制技术正在不断成熟，并已作为一门应用学问，形成了自己的体系和一套有效的分析和设计方法。皮带运输机电器控制系统的设计，属于自动化控制的范畴。如今，皮带运输因其长距离、大批量、高速、高效率等优点，在工业中正扮演这重要的角色。本设计坚持理论与实际相结合，坚持符合机械制造生产情况，尽可能使设计做到技术先进、操作方便、生产可行、安全可靠及经济合理。1.皮带运输机的研究与设计1.1 简介用途：皮带输送机是依靠摩擦传动来实现物料输送的运输设备。适用于输送松散密度为0.5-2.5t/m3的各种粒状、粉状等散体物料，也可以输送成件物品。工作环境温度为-25-60，普通输送带适用的物料温度不应该超过8

11、0。技术参数：带 宽: 300 mm 头尾滚筒中心距：60400 mm 带 速： 0.3m/s 输送带型号：EP-150 输送带规格长度：1000X3(3+1.5)X128m（含硫化长度0.9m） 输送能力：205m3/h 物料密度：0.6 t/m3 倾 角：0 电机功率：5.5kW结构：皮带运输机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。工作原理：系统启动后，电机转动带动滚筒转动，滚筒转动带动皮带运动运输物料，托辊承载输送带及上面输送的物料；到头时，物料落到下一环节，皮带有滚筒牵引改向循环。故障排除：1.输送带打滑：输送带张力小或驱动滚筒表面粘有物料

12、导致的。应旋紧张紧螺杆，增大张力。清理驱动滚筒并加大清扫力度。2.输送带在两端跑偏：原因是滚筒装配位置偏斜，应拉紧跑偏一侧的张紧装置的螺杆调整改向滚筒位置。通过调整轴承座调整传动滚筒的位置。3.输送带在中部跑偏：原因是托辊安装位置不正。应检查各托辊安装位置是否与输送带垂直，否则松开安装螺栓调整托辊位置。调整完毕后旋紧各螺栓。1.2 设计的内容本设计是以PLC软件及硬件相结合设计出的皮带运输机电器控制系统，达到了自动化、安全、高效生产的目的。图1 皮带运输机1.如图1，本设计是一台两级皮带运输机，分别由M1、M2二台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。2.手动时，按下启动按钮，要求按5s的时间

13、间隔，并按M1、M2的顺序启动；按下停止按钮，按5s的时间间隔，并按M2、M1的顺序停止3.自动控制时，要求按下启动按钮，按5s时间间隔顺序启动，经10s后，按5s的时间间隔顺序停止，完成了一个工作循环。经5s后自动重复上述工作循环。如在某一时刻，按下停止按钮，必须完成了一个工作循环后停止。4.要有必要的短路、过载、连锁保护和急停按钮。1.3 设计的要求1.设计的内容要求（1）必须具备各种电路的设计及电路保护（2）必须具备I/O表及PLC程序（3）必须具备元器件的选型（4）必须具备系统说明书2.设计的原则要求（1）尽可能地满足控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，拟定电气控制方案

14、，解决设计中出现的各种问题。（2）首先要满足控制要求，然后力求控制系统安全、简单、经济，一次性投资小，使用后节约能源。（3）保证控制系统的安全、可靠，使用与维修方便。（4）考虑研制和生产过程的改进，为PLC控制系统选择容量时，应适当的冗余。2.元器件的选择2.1 主元器件的选择1.电机的选择对于仅有一两个简单往复动作的普通机械，可采用三相鼠笼式异步电动机拖动，经齿轮减速后用螺旋传动机构来传动。本系列采用B级绝缘，外壳防护等级为封闭式或防护式。Y系列电动机额定电压380V，额定频率50HZ。具体选型如下：表1 电机参数表型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩转动惯量Kg*m*m噪声净重k

15、g转速r/min电流A功率%功率因数cos j额定电流额定转矩额定转矩同步转速Y100L-25.528706.39820.877.02.22.20.00297933图2 Y100L-2电机2.时间继电器的选择表2 继电器表标志型号名称功能KT1JSZ3A通电延时继电器通电延时5sKT2JSZ3F断电延时继电器断电延时5s图3 时间继电器3.按钮的选择按钮是用于人工操作瞬间接通和断开小电流（5A以下）控制电路的开关。不同的颜色和结构型式所具备的作用也不一样。通常情况下，绿色是起动按钮，红色是停止按钮，红色蘑菇头型式是紧急停止按钮；需要显示按钮操作状态时选用带指示灯的按钮；大多数按钮的触头为一常开

16、和一常闭，多对触头的按钮主要用来控制两个或两个以上的回路。LA18、LA19、LA20等几种型号主要用在机械设备上的按钮。它们的额定电压为：交流500V、直流440V、额定电流为5A。图4 各式按钮2.2 电路保护元器件的选择1.热继电器的选择热继电器：热继电器有双金属片式和电子式两种，主要用于对电动机过载保护。电子式热继电器保护性能好，主要用于保护重要电动机。若电气控制系统已使用自动开关，那热继电器可不再使用；像冷却泵电机等负载恒定、过载可能性很小的电动机，也可不用热继电器。选择热继电器时，要根据电动机的额定电流来确定其额定电流及热元件的电流等级。电动机若采用星形连接，则采用两相或三相结构的

17、热继电器；若采用三角形连接，则采用断相保护的热继电器。热元件的额定整定电流值通常是电动机的额定电流的0.95-1.05倍。选用型号如下：表3 热继电器参数表型号额定电流(A)热元件等级热元件额定电流电流调节范围（A）JR16B-20/3JR16B-20/3D200.350.500.721.11.62.43.557.21116220.25-0.350.32-0.500.45-0.720.68-1.11.0-1.61.5-2.42.2-3.53.2-54.5-7.26.8-1110-1614-22图5 热继电器2.熔断器的选择熔断器主要类型有：插入式、螺旋式、填料封闭管式等。常用的有RL1系列。选

18、择熔断器时，应根据电流的特点及参数求出熔体电流，再根据熔体电流大小选择熔断器的额定电流并确定其型号。（1）对负载电流稳定的电气设备，如照明灯、电阻炉等，可按额定电流选用。（2）对具有冲击电流的电气设备如异步电动机，可按以下方法确定：单台电动机长期工作时： Ir=(2-3)Ied电动机频繁起动时，上式的系数为3-4。如果多台电动机共用一组熔断器保护，则 Ir=（2-3）lemax aIed式中Ir熔体额定电流； Ied电动机额定电流； Iemax容量最大的电动机的额定电流；aIed除容量最大的电动机之外，其余电动机的额定电流之和。表4 熔断器参数表型号熔断器额定电流（A）熔体额定电流等级（A）交

19、流380V时极限分断能力（A，有效值）RL1-15152、4、5、6、10、152000图6 熔断器3.交流接触器的选择交流接触器的选用，应根据负荷的类型和工作参数合理选用。具体分为以下步骤：1.选择接触器的类型交流接触器按负荷种类型一般分为一类AC1、二类AC2、三类AC3和四类AC4。一类交流接触器控制的是白炽灯等无感或微感负荷；二类交流接触器主要控制绕线式异步电动机的起动和停止；三类交流接触器主要控制笼型异步电动机的运转和运行中分断；四类交流接触器主要控制鼠笼型异步电动机的起动、反转、反接制动和点动。2.选择接触器的额定参数接触器的额定参数主要依据被控对象和工作参数如电压、电流、功率、频

20、率及工作制等来确定。(1) 接触器的线圈电压通常应该一些，这样可以降低接触器的绝缘要求，可以安全使用。但为了方便和减少设备，通常选取按实际电网电压。(2) 电动机的操作频率不高，如压缩机、水泵、空调等，接触器额定电流应大于负荷额定电流。接触器类型可选用CJl0、CJ20等。(3) 接触器控制变压器时，应考虑浪涌电流的大小。例如交流电弧焊机、电阻焊机等，通常选取交流接触器电流是变压器额定电流的2倍，选CJl0、CJ20等型号。(4) 对于电热设备，如电阻炉、电热器等，负荷的冷态电阻较小，因此起动电流相应要大一些。选用接触器时可不用考虑起动电流，直接根据负荷额定电流选取。可选用CJl0、CJ20等

21、型号。(5) 由于气体电灯起动电流大、起动时间长，对于照明设备的控制，交流接触器电流即为额定电流1.1-1.4倍，可选CJl0、CJ20等型号。图7 交流接触器3.PLC程序的设计及IO口的确定3.1 PLC的简介1.PLC的基本概念大型设备所需要的继电器众多，接线复杂无比，而且一旦更改逻辑控制方式，接线与安装方式必须更改，这一过程需要耗费大量人力物力，并且极易出错，一旦出错，检测问题更是一项体力活和耐力活，严重影响工业生产，大大降低了效率，这是亟待解决的问题，此时，PLC应运而生。PLC不仅解决了继电器接线众多的问题，而且是无须更改现有接线方式，这极大的改善了工业生产方式，可以说是划时代的突

22、破，这就是可编程控制器，同时为了不与个人电脑重名，改名为PLC,这就是PLC的诞生背景。第一台PLC于1969年出现在美国，研发者是美国数据设备公司。时至今日，各个国家都在大力发展这种方便的逻辑控制器，其中又以日本和德国的PLC最好，与美国成三足鼎立之势，它们三家生产的PLC种类众多，产品线齐全，可以较好地满足各个层次的需要。2.PLC的基本结构PLC由以下六大机构组成： 1.电源PLC的电源是整个系统的动力源。没有电源动力的驱动，PLC连开机都做不到，更不用说实现逻辑控制了。PLC的电源品质无疑是十分重要的，必须要在大多数情况下都能稳定运行。PLC使用的是220V电源。2.中央处理单元中央处

23、理单元（CPU）是PLC的控制中枢。CPU由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个CPU内，是PLC的核心部件。在向存储区中写入程序和数据后，开启电源，CPU按循环扫描的方式执行用户的程序。3.存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。4.输入输出接口电路。输入/输出接口是PLC与其它设备实现连接的桥梁，外部信息通过输入接口写入PLC的CPU中，CPU经过运算处理，再通过输出接口传递给外部的机构。各种PLC的输入接口都是差不多的，但是输出接口却迥然不同，因为负载的不同，PLC一般有三种类型的输出电路，分别是继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出

24、，它们的作用，简单来说，就是把PLC的标准信号转换成需要的信号。5.功能模块如计数、定位等功能模块。6.通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。3.PLC的工作原理PLC的工作原理很简单，只有三个状态：1.输入采样阶段 PLC以扫描方式输入所有可以接收的外部信息，并将它们存入内部的存储器中，在此期间，无论外部信息如何改变，已扫描并且储存的数据是不会有任何改变的，不会有吃回头草现象。2.用户程序执行阶段用户程序执行阶段中，PLC的执行方式是按照从上到下、从左往右的顺序。遇到跳转，先判断程序条件是否满足，再执行下一步。程序执行过程中，PLC从映象中取出数据信息，然后按照程序

25、确定的进行逻辑运算或其他运算，运算结束后将结果存入相应的内部继电器中。这时信号就存放在输出映像区，输出映像寄存器的数据具有重大作用。3.输出刷新阶段在输出刷新阶段，CPU将所有输出继电器的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过输出端子和外部电源，驱动相应的外设。4.PLC的特点1.功能完善，通用性强，控制程序可变。PLC品种齐全的硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变与PLC相连接的硬件设备，只需改编程序就可以满足要求。2.安装简单，容易维修。复杂的工业环境下PLC能够稳定工作，前

26、提是各种设备与PLC 的I/O口正确连接。强大的自检功能为PLC维修提供了便利。3.功能强，适应面广。现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.抗干扰能力和可靠性能力强。PLC的内部电源采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。除此之外，PLC的输入接口和输出接口的电源彼此独立，避免干扰，而正确的选择接地地点和完善接地系统是PLC抗电磁干扰的重要措施之一。为适应工作现场的恶劣环境，PLC的外壳还采用密封、防尘、抗震的封装结构。通

27、过以上的种种措施，能够保证PLC稳定工作，可以达到平均故障间隔时间长，故障修复时间短的工业要求。5.环境要求低。PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能在强电磁干扰环境下可靠工作。6.易学易用。PLC是一种工业设备，接口丰富，编程形式是直观易懂的梯形图，编程语言更易学习。5.PLC的选型PLC的厂商众多，有美国、欧洲和日本三家，无论是哪家的PLC，其产品质量都很可靠。 PLC的产品丰富，不胜枚举。我学过的就有三菱Fx2N以及西门子S7300，其它的还有欧姆龙PLC和日立PLC。本文选择的是三菱FX2N-32MR，如图5所示。三菱FX2N-32MR是FX系列中最好的设备。FX2N的规格：FX2N-32MR含有16点继电器输出，使用220V的交流电压。3.2 IO口的确定表5 IO分配表输入点