【正文】 1 摘要 皮帶機(jī)是皮帶輸送機(jī)的簡稱，皮帶機(jī)運(yùn)用輸送帶的連續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)來輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、包裝袋等單件重量不大的件貨，用途廣泛。它的控制形式也多種多樣，它可以由單片機(jī)， PLC，以及計(jì)算機(jī)來控制，由于 PLC 為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)的首選控制裝置，故本設(shè)計(jì)中采用 PLC集中控制的辦法，本設(shè)計(jì)中利用 PLC 簡單可視化的程序，采用了手動(dòng)和自動(dòng)控制的兩種不同的控制方式皮帶機(jī)廣泛運(yùn)用于我們的生活中，特別是工業(yè)生產(chǎn)中更是必不可缺。它被廣 泛應(yīng)用在港口、電廠、煤礦、鋼鐵企業(yè)、水泥、糧食以及輕工業(yè)的生產(chǎn)線。即可以運(yùn)送散狀物料，也可以運(yùn)送成件物品。工作過程中噪音較小，結(jié)構(gòu)簡單。皮帶運(yùn)輸機(jī)可用于水平或傾斜運(yùn)輸。皮帶運(yùn)輸機(jī)還應(yīng)用與裝船機(jī)、卸船機(jī)、堆取料機(jī)等連續(xù)運(yùn)輸移動(dòng)機(jī)械上。皮帶運(yùn)輸機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成。在大型港口或大型冶金企業(yè)，皮帶運(yùn)輸機(jī)得到最廣泛的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：皮帶機(jī) PLC 手動(dòng)控制 自動(dòng)控制 2 目錄 第 1 章 前言 ? ???? ??????????????????????? 3 第 2 章 控制器選擇方案確定 ?? ??????????????????? 5 方案比較???????????????????????? 5 方案確定???????????????????????? 6 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) ??????????????????????? 7 設(shè)計(jì)可行性方案 ???????????????????? 7 PLC 選型 ??????????????????????? 7 PLC 的組成結(jié)構(gòu)???????? ?????????? 7 PLC 的工作原理 ?????????????????? 9 FX2N 的性能及選型 ???????????????? 10 PLC 的端子分配及外部接線 ????????????? 10 傳感器的選擇 ?????????????????????? 11 傳感器簡介 ???????????????????? 11 壓力傳感器 ???????????????????? 14 控制電機(jī)的選型及主回路外部接線圖 ???????? ???? 16 Y2 系列三相異步電機(jī) ??????????????? 16 主回路電機(jī)的外部接線圖 ?????????????? 16 其它硬件選型??????????????????????? 17 接觸器選型????????????????????? 17 熱繼電器選型???????????????????? 17 空氣開關(guān)選型???????????????????? 18 第 4 章 軟件設(shè)計(jì)???????????????????? ?????? 19 控制要求分析 ?????????????????????? 19 程序?qū)崿F(xiàn) ???????????????????????? 19 第 5 章 結(jié)論???????????????????????????? 22 致謝 ??????????????????????????????? 23 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????? 24 3 第 1 章 前言 PLC 即可編程控制器（ Programmable logic Controller） ，是指以計(jì)算機(jī) 技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 做了如下定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 20 世紀(jì) 80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控 制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 目前 PLC 已經(jīng)滲透到生活的各個(gè)方面，尤其是自動(dòng)化控制。 在工業(yè)生 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是基于 PLC 三臺(tái)皮帶機(jī)送料控制程序的設(shè)計(jì)。皮帶機(jī)廣泛運(yùn)用于我們的生活中，特別是工業(yè)生產(chǎn)中更是必不可缺。它被廣泛應(yīng)用在港口、電廠、煤礦、鋼鐵企業(yè)、水泥、糧食以及輕工業(yè)的生產(chǎn)線。即可以運(yùn)送散狀物料，也可以運(yùn)送成件物品。工作過程中噪音較小，結(jié)構(gòu)簡單。皮帶運(yùn)輸機(jī)可用于水平或傾斜運(yùn)輸。皮帶運(yùn)輸機(jī)還應(yīng)用與裝船機(jī)、 卸船機(jī)、堆取料機(jī)等連續(xù)運(yùn)輸移動(dòng)機(jī)械上。皮帶運(yùn)輸機(jī)由皮帶、機(jī)架、驅(qū)動(dòng)滾筒、改向滾筒、承載托輥、回程托輥、張緊裝置、清掃器等零部件組成。在大型港口或大型冶金企業(yè)，皮帶運(yùn)輸機(jī)得到最廣泛的應(yīng)用。其總長度可達(dá)到十幾千米。 本次設(shè)計(jì)選擇了用 PLC 來控制皮帶機(jī)的整個(gè)運(yùn)行過程， PLC的運(yùn)用使得系統(tǒng)的電路變得簡明清楚，而且十分便于日后的運(yùn)行維護(hù)，那么 PLC究竟是什么呢？ 世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和中小規(guī)模 4 集成電路組成 ，可以完成簡單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。 20 世紀(jì) 70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的 PLC 為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20 世紀(jì) 70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了 飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的 。隨著 PLC 的出現(xiàn)， PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來 。 PLC 在皮帶機(jī)上面的應(yīng)用 ，使的皮帶機(jī)的控制機(jī)構(gòu)變得簡單，運(yùn)行更加可靠，同時(shí)維修起來也是十分的簡單方便。 5 第 2 章 總體方案的確定 就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。 (1) 繼電器控制系統(tǒng) 控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)，系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng) 的正常運(yùn)行，查 找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。 （ 2）單片機(jī)控制 單片機(jī)作為一個(gè)越大規(guī)模的集成電路、機(jī)構(gòu)上包括 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入 /輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部 I/O 接口電器上、硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。 （ 3）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制 工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。且其外部 I/O 接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷 電路板上引出，不如接線端子可靠。 （ 4） PLC 控制 可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自已設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器硬件配制和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和熱線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。 可騙程控制（ PLC）從上個(gè)世紀(jì) 70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系 統(tǒng)，起初它主要是針對開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著 30 多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展， PLC 也通過不斷的升級(jí)換代大大增強(qiáng)了其功能?，F(xiàn)在 PLC已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實(shí)的多功能控制器。由 PLC 為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性 6 高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)的首選控制裝置。 方案確定 通過對多種設(shè)計(jì)方案的比較，決定選擇可編程控制系統(tǒng)，相比于繼電器系統(tǒng)， 它性能可靠性高，接線很簡單，系統(tǒng)不復(fù)雜，易于維護(hù)，性能先進(jìn)，易于改造。和單片機(jī)系統(tǒng)相比，它編程簡單，易于掌握，連線簡單。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能先進(jìn)，但是價(jià)格昂貴，系統(tǒng)復(fù)雜，對于本系統(tǒng)而言實(shí)在是大材小用。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)應(yīng)選擇 PLC 控制更為合理。 7 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)可行性方案 本次課題是基于 PLC 三臺(tái)皮帶機(jī)送料控制程序的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試，根據(jù)要求我構(gòu)想了下面的可行性的控制要求如下。 控制要求： （ 1）某一生產(chǎn)線的末端有一臺(tái)三級(jí)皮帶 運(yùn)輸機(jī)，分別由 M M M3 三臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。 （ 2）手動(dòng)時(shí)，為了便于調(diào)試，每一臺(tái)電機(jī)都可以單獨(dú)啟動(dòng)，按停止按鈕都可以停下。 （ 3）自動(dòng)控制時(shí)，有料進(jìn)皮帶后，通過檢測傳感器讓皮帶運(yùn)行， M1→ M2→M3 的順序啟動(dòng)，間隔均為 5 秒，若無料進(jìn)入皮帶，通過安裝在一號(hào)皮帶機(jī)上的傳感器， 30秒鐘后讓皮帶機(jī)按 M3→ M2→ M1 的順序停止否則繼續(xù)運(yùn)行，如此循環(huán)往復(fù)；當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)立即停止，而其后的皮帶機(jī)則待料運(yùn)完后才停止，即仍為順序停止。 （ 4）為防止在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)傳感 器誤動(dòng)作，要求按下保護(hù)按鈕 (即后文中的SA2 按鈕 )后，系統(tǒng)才處于待運(yùn)行狀態(tài)，否則傳感器不動(dòng)作。 （ 5）為保證意外發(fā)生時(shí)的安全，還要有急停按鈕，當(dāng)急停按鈕按下時(shí)所有電機(jī)立即停止運(yùn)行。 （ 6）要有必要的短路、過載、連鎖保護(hù)。 設(shè)計(jì)任務(wù)： （ 1）列出 PLC 控制 I/O 口（輸入 /輸出）元件地址分配表； （ 2）畫出 PLC 輸入 /輸出接線圖和接觸器的主電路原理圖。 （ 3）盡量做到經(jīng)濟(jì)、合理、合用、減小設(shè)備成本。在方案的選擇、元器件的選型時(shí)更多的考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品?？刂朴扇斯た刂频阶詣?dòng)控制，使功能的實(shí)現(xiàn)由一到多而且更加趨 于完善。 PLC 選型 PLC 的組成結(jié)構(gòu) PLC 的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示，由圖可見主要有 6個(gè)部分組成，包括 CPU（中央處理器）、輸入 /輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、 I/O 擴(kuò)展接口。 8 圖 PLC 的一般結(jié)構(gòu)圖 其核心主要有 CPU,I/O 模塊 ,電源模塊以及它的存儲(chǔ)模塊，它們各自的特點(diǎn)如下。 一、 CPU PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái) PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù) ，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路，與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩 信號(hào)控制； CPU 的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作； CPU 的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)