皮带运输机传输系统梯形图控制程序设计与调试.doc
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1、皮带运输机传输系统梯形图控制程序设计与调试摘要:皮带机是皮带输送机的简称,皮带机运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品,既可输送各种散料,也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货,用途广泛。它的控制形式也多种多样,它可以由单片机,PLC,以及计算机来控制,由于PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点,是目前工业自动的首选控制装置,故本设计中采用PLC集中控制的办法,本设计中利用PLC简单可视化的程序,采用了手动和自动控制的两种不同的控制方式。关键词:皮带机 PLC 手动控制 自动控制 毕业设计说明书目录第一章 前言 24第二章 控制器选择方案确定252
2、.1方案比较252.2方案确定26第三章 硬件设计 273.1 设计可行性方案 273.2 PLC选型 273.2.1 PLC的组成结构273.2.2 PLC的工作原理 293.2.3 FX2N的性能及选型 303.2.4 PLC的端子分配及外部接线 313.3 传感器的选择 323.3.1 传感器简介 323.3.2压力传感器 343.5 控制电机的选型及主回路外部接线图 37 3.5.1 Y2系列三相异步电机 37 3.5.2主回路电机的外部接线图 383.6 其它硬件选型383.6.1 接触器选型383.6.2 热继电器选型393.6.3 空气开关选型39第四章软件设计404.1控制要求
3、分析 404.2程序实现 40 第一章 前言PLC即可编程控制器(Programmable logic Controller),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会(International Electrical Committee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成
4、一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。20世纪80年代初,可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说,这个时期发展了大型机和超小型机;从控制能力上来说,诞生了各种各样的特殊功能单元,用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合;从产品的配套能力来说,生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前,
5、可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。目前PLC已经渗透到生活的各个方面,尤其是自动化控制。在工业生本次毕业设计的题目是基于PLC三台皮带机送料控制程序的设计。皮带机广泛运用于我们的生活中,特别是工业生产中更是必不可缺。它被广泛应用在港口、电厂、煤矿、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。即可以运送散状物料,也可以运送成件物品。工作过程中噪音较小,结构简单。皮带运输机可用于水平或倾斜运输。皮带运输机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械上。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
6、。在大型港口或大型冶金企业,皮带运输机得到最广泛的应用。其总长度可达到十几千米。本次设计选择了用PLC来控制皮带机的整个运行过程,PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚,而且十分便于日后的运行维护,那么PLC究竟是什么呢?世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司(DEC)研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平,早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成,可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器,使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工
7、程技术人员使用,可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言,并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期,可编程控制器进入实用化发展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功
8、能是通过气动或电气控制系统来实现的。随着PLC的出现,PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。PLC在皮带机上面的应用,使的皮带机的控制机构变得简单,运行更加可靠,同时维修起来也是十分的简单方便。第二章 总体方案的确定2.1方案比较 就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求:继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。(1) 继电器控制系统控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作,以实现电力拖动装置的自动控制及保护,系
9、统复杂,在控制过程中,如果某个继电器损坏,都会影响整个系统 的正常运行,查找和排除故障往往非常困难,虽然继电器本身价格不太贵,但是控制柜的安装接线工作量大,因此整个控制柜价格非常高,灵活性差,响应速度慢。(2)单片机控制单片机作为一个越大规模的集成电路、机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能,成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是,单片机是一片集成电路,不能直接将它与外部I/O接口电器上、硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。(3)工业控制计算机控制工控机采用总线结构,各厂家产品兼容性强,有实时操作系统的支持,在要求快速
10、、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高,将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座,直接从印刷 电路板上引出,不如接线端子可靠。(4)PLC控制可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择,用户不用自已设计和制作硬件装置,只须确定可编程序控制器硬件配制和设计外部接线图,同时采用梯形图语言编程,用软件取代继电器电器系统中的触点和热线,通过修改程序适应工艺条件的变化。可骗程控制(PLC)从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统,起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置,可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来
11、微电子技术的不断发展,PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能,是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点,是目前工业自动的首选控制装置。 2.2 方案确定通过对多种设计方案的比较,决定选择可编程控制系统,相比于继电器系统,它性能可靠性高,接线很简单,系统不复杂,易于维护,性能先进,易于改造。和单片机系统相比,它编程简单,易于掌握,连线简单。工业控制计算机控制系统性能先进,但是价格昂贵,系统复杂,对于本系统而言实在是大材小用。
12、综上所述,本次设计应选择PLC控制更为合理。 第三章 硬件设计3.1 设计可行性方案 本次课题是基于PLC三台皮带机送料控制程序的设计、安装与调试,根据要求我构想了下面的可行性的控制要求如下。1、控制要求:(1)某一生产线的末端有一台三级皮带运输机,分别由M1、M2、M3三台电动机拖动,有手动和自动两种控制方式。(2)手动时,为了便于调试,每一台电机都可以单独启动,按停止按钮都可以停下。(3)自动控制时,有料进皮带后,通过检测传感器让皮带运行,M1M2M3的顺序启动,间隔均为5秒,若无料进入皮带,通过安装在一号皮带机上的传感器,30秒钟后让皮带机按M3M2M1的顺序停止否则继续运行,如此循环往
13、复;当某条皮带机发生故障时,该皮带机及其前面的皮带机立即停止,而其后的皮带机则待料运完后才停止,即仍为顺序停止。(4)为防止在自动运行时传感器误动作,要求按下保护按钮(即后文中的SA2按钮)后,系统才处于待运行状态,否则传感器不动作。(5)为保证意外发生时的安全,还要有急停按钮,当急停按钮按下时所有电机立即停止运行。(6)要有必要的短路、过载、连锁保护。2、设计任务:(1)列出PLC控制I/O口(输入/输出)元件地址分配表;(2)画出PLC输入/输出接线图和接触器的主电路原理图。(3)尽量做到经济、合理、合用、减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到
14、自动控制,使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。 3.2 PLC选型 3.2.1 PLC的组成结构PLC 的一般结构如下图所示,由图可见主要有6个部分组成,包括CPU(中央处理器)、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。图(一)其核心主要有CPU,I/O模块,电源模块以及它的存储模块,它们各自的特点如下:一、 CPUPLC中的CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每台PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等
15、。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路,与通用计算机一样,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制;CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作;CPU的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。二、I/O模块:PLC的对外功能,主要
16、是通过各种I/O接口模块与外界联系的,按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。三、电源模块: 有些PLC中的电源,是与CPU模块合二为一的,有些是分开的,其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有:交流电源,加的为交流220VAC或110VAC,直流电源,加的为直流电压,常用的为24V。四、存储模块:PLC的存储器包括系统储存器和用户储存器两种。系统
17、储存器用于存储系统程序,用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统储存器和用户储存器。3.2.2 PLC的工作原理一.PLC采用“顺序扫描,不断循环”的工作方式1.每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2.输入刷新过程。当输入端口关闭时,程序在进行执行阶段时,输入端有新状态, 新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时,新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样,程序执行,输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。(1)CPU执行指令的速度(2)指令本身占有的时间(3)
18、指令条数6由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象,即输入/ 输出响应延迟。二PLC与继电器控制系统、微机区别1PLC与继电器控制系统区别: 前者工作方式是“串行”,后者工作方式是“并行”,前者用“软件”,后者用“硬件”。2PLC与微机区别: 前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言,等等。尤其前两者为常用。3. 由于PLC是集中采样,在程序处理阶段即使输入发生了变化,输入映象寄存 器中的内容也不会变化,要到下一周期
19、的输入采样阶段才会改变。4. 由于PLC是串行工作,所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关,这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争,减 少繁琐的联锁电路。3.2.3 FX2N的性能及选型三菱公司的PLC是最早进入中国市场的产品,小型机FX2N是近几年推出的高功能整体式小型机。FX系列PLC具有庞大的家族。基本单元(主机)有FX0、FX0S、FXON、FX1、FX2、FX2C、FX1S、FX2N、FX2NC9个系列。每个系列又有14、16、32、48、64、80、128点等不同输入输出点数的机型,每个系列还有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种输出形式。FX2N系列
20、PLC是三菱公司高性能小型机的代表作,系统最大I/O点数为128点,配置扩展单元后可达256点。FX2系列基本执行指令的速度为0.48s/步,用户程序存储器的容量可扩展至8K步。 FX2N系列PLC在我国应用比较广泛。通过对PLC的工作原理及性能的了解,并结合设计要求,设计中选择了FX2N系列的小型PLC。分析要求,可以确定需要12个输入点,手动工作时,分别为M1,M2,M3启动按钮,停止按钮,通常用于系统的检测维护;一个急停按钮;自动工作时,传感器开与关时的两个不同信号输入以及停止按钮。因为有三台皮带机,故需要三个输出点。又为了便于日后的功能增加等因素,选择了48点的基本输入输出单元,因为输
21、出的是220V的交流电,为了增加它的耐用性,采用了可控硅输出。综上所述,设计中最终选择了FX2N-48MS的PLC,这种PLC技术成熟,性能好,故障少,价格低廉,对于本项目又留有一定的余量,可以为以后改进留下余地。3.2.4 PLC的端子分配及外部接线PLC的I/O元件地址分配功能描述动作器件I/O地址急停SB1X0工作方式手动选择开关SAX1自动X2手动M1启动SB2X10M1停止SB3X11M2启动SB4X12M2停止SB5X13M3启动SB6X14M3停止SB7X15自动压力传感器传感器ST开X20传感器ST关X21停止SB8X22皮带机1开KM1Y0皮带机2开KM2Y1皮带机3开KM3
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