【正文】 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢 業(yè) 論 文 說 明 書 專 業(yè) : 機(jī)電一體化 姓 名 : 準(zhǔn)考號(hào) : 日 期 : 山西省高等教育自學(xué)考試指導(dǎo)委員會(huì) 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 摘 要 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 針對(duì)中小型皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng)采用繼電器控制存在可靠性差、勞動(dòng)力強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低的問題，開發(fā)一種基于 PLC的皮帶運(yùn)輸機(jī)控制裝置。本控制系統(tǒng)選用 CPM2A系列 PLC作為控制器。在硬件電路設(shè)計(jì)中，完成 PLC選型及外部低壓電器的選用，設(shè)計(jì)了硬件接線圖，提出了接線要求，使之具有控制和保護(hù)作用。在軟件設(shè)計(jì)中，給出了程序流程圖，并設(shè)計(jì)出梯形圖程序。將硬件和軟件有機(jī)結(jié)合，使控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，打到預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。 關(guān)鍵詞： 皮 帶運(yùn)輸機(jī) PLC 集中控制 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 目 錄 1 前言 ............................................. 6 設(shè)計(jì)的目的和意義 .......................................6 皮帶運(yùn)輸機(jī)的現(xiàn)狀 ......................................6 交流調(diào)速的發(fā)展概況 .....................................7 方案的確定 ............................................7 主要任務(wù) ...................................... 8 2 皮帶運(yùn)輸機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)的組成 .................... 9 基本原理 ...............................................9 概述 ......................................... 9 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 ............................10 變頻器 ..........................................11 PLC 控制器 ......................................14 其余部件 ........................................16 3 皮帶運(yùn)輸機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................. 18 控制系統(tǒng)軟件的功能 ...................................18 控制系統(tǒng)的主要指標(biāo) ...................................19 PLC 程序設(shè)計(jì) ..........................................19 PLC 編程器 ......................................19 MELSECF/ FX 系統(tǒng)編程軟件 .......................21 安裝 FXGPWINC編程軟件 .........................21 FXGPWINC編程軟件的應(yīng)用 .......................21 設(shè)置編輯文件的路徑 ..............................23 編輯文件的正確進(jìn)入及存取 ........................23 文件程序編輯 ....................................24 設(shè)置通訊口參數(shù) ......................... 25 FXGP 與 PLC 之間的程序傳送 .............. 26 程序的運(yùn)行與 調(diào)試 ...................... 27 退出系統(tǒng) .............................. 28 I/O 地址分配 如下表 31 .................... 28 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 4 結(jié)論 .......................................... 37 5 致謝 ......................................... 38 6 參考文獻(xiàn) ...................................... 39 附錄 ........................................... 40 梯形圖 ......................................... 40 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 1 前言 設(shè)計(jì)的目的和意義 冶金、煤礦、化工、機(jī)械、鋼鐵、建材、食品等工業(yè)生產(chǎn)中，需要廣泛使用皮帶運(yùn)輸機(jī)， 它為企業(yè)的生產(chǎn)承擔(dān)了絕大多數(shù)散料運(yùn)輸任務(wù) 。 可編程控制器 (PLC)是以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制器，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。由于 PLC采用的控制系統(tǒng)或 設(shè)備具有可靠性高 ,控制易于實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈括， 能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬調(diào)試，編程簡(jiǎn)單，安裝方便 ，較好的 抗干擾能力 ,被譽(yù)為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的支柱之一，正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。 利用 PLC 可以 使皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制狀態(tài)，并且使皮帶運(yùn)輸機(jī)具有完善的控制特性及簡(jiǎn)易的操作、基本免維護(hù)的工作量，達(dá)到一種經(jīng)濟(jì)、安全、可靠且運(yùn)行效率高的狀況 , 其獨(dú)特的易于使用性、可靠性和靈活性越來越受到廣大工程技術(shù)人員的青睞。對(duì)于港口、廠區(qū)廣泛使用的皮帶運(yùn)輸機(jī)，應(yīng)用 PLC 控制，可以使皮帶機(jī)生產(chǎn)線的控制更加靈活、可靠 。通過 PLC進(jìn)行控制 提高了企業(yè)生產(chǎn)的效率，為工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)行節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力。 皮帶運(yùn)輸機(jī)的現(xiàn)狀 電氣傳動(dòng)技術(shù)以運(yùn)動(dòng)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)裝置 電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下完成電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)工作機(jī)械的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或反復(fù)運(yùn)動(dòng)。 因電機(jī)的種類的不同，我們可以將分為直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。自 19世紀(jì) 80年代起至 19世紀(jì)末，工業(yè)上傳動(dòng)用的電動(dòng)機(jī)一直被直流電機(jī)壟斷，到了 19世紀(jì)末， 出現(xiàn)了三相電源和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且堅(jiān)固耐用的交流鼠籠型電機(jī)以后，交流電機(jī)才在不調(diào)速的領(lǐng)域代替了直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置。 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制，在初級(jí)階段是由人工進(jìn)行的。工作人員憑自己的感官或借助于儀表等來監(jiān)視生產(chǎn)過程，用頭腦做出判斷決策，并視情況進(jìn)行必要的控制。在高級(jí)階段，這種監(jiān)視、判斷決策和控制由機(jī)器承擔(dān)，按照人們的意志自動(dòng)完成，這是閉環(huán)自動(dòng)控制。 交流調(diào)速的發(fā)展概況 交流變頻調(diào)速的優(yōu)越性早在 20年代就已被人們所認(rèn)識(shí)，但受到器件的限制，未能推廣。 50年代初，中小型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)多采用晶閘管調(diào)壓調(diào)速 。大中型繞線 式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)采用晶閘管靜止型電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。 70年代發(fā)展起來的變頻調(diào)速，比上述兩種調(diào)速方式效率更高，性能更好。交流調(diào)速系統(tǒng)大致經(jīng)歷過三個(gè)階段 : （ 1）異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)； （ 2）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)； （ 3）變頻調(diào)速系統(tǒng)。 80年代中期隨著第三代電力半導(dǎo)體器件如 :門極可關(guān)斷晶閘管 GTO、絕緣柵雙極晶體管 IGBT的相繼出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展。日、美、德、英等在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)行更新?lián)Q代 .這些高精度、多功能、智能化的變頻 器將調(diào)速效率提高到了前所未有的水平。 方案的確定 隨著工業(yè)水平的發(fā)展，人們對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)控制程度要求越來越高， 一般的自動(dòng)控制方案有繼電器控制、單片機(jī)控制、 PLC 控制等。但是 用復(fù)雜的繼電器控制的，存在可靠性差、可塑性差、接線復(fù)雜、自動(dòng)化程度低等一系列缺點(diǎn)，并且為了在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，采用 PLC 的改造勢(shì)在必行；有的也采用單片機(jī)作為控制單元，但是單片機(jī)開發(fā)周期較長(zhǎng)，抗干擾性差，可靠性低、靈活性差，選用 PLC 作為控制單元是較為合適的方案。本文提出了利用變頻器和 PLC 控制單元的伺服系統(tǒng)構(gòu)成控 制系統(tǒng)的見解與方法，給出了控制系山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。 我認(rèn)為本系統(tǒng)采用 PLC軟件控制 它具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高； (2) 模塊化組合結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)構(gòu)成十分靈活； (3) 編程語言簡(jiǎn)單易學(xué)，便于掌握能進(jìn)行在線修改； (4) 柔性好體積小，維護(hù)方便。 主要任務(wù) 皮帶運(yùn)輸機(jī)的 PLC控制系統(tǒng)，主要分變頻器、 PLC、主令控制器、三相異步電動(dòng)機(jī)等四部分構(gòu)成。在本文中，主要對(duì)其各個(gè)組成部分進(jìn)行的介紹，并作出PLC運(yùn)行控制程序，使其符合該系統(tǒng)的控制要求。 2 皮帶運(yùn)輸 機(jī)的 PLC 控制系統(tǒng)的組成 采用礦用防爆本質(zhì)安全型交流變頻器進(jìn)行啟動(dòng)和調(diào)速控制，在皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，通過安裝在傳送帶上的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)定皮帶運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)速，再反饋到山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 PLC，經(jīng)過程序運(yùn)行處理后，再提供指令通斷信號(hào)給變頻器，調(diào)節(jié)電機(jī)工作的電源電壓和頻率。當(dāng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速傳感器將信號(hào)傳送到 PLC，再進(jìn)行程序運(yùn)行對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。 從圖 ，當(dāng)利用變頻器構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，采用的是和PLC配合使用。變頻器利用內(nèi)部繼電器接點(diǎn)或具有繼電器接點(diǎn)開關(guān)特性的元器件(如晶體 管 )與 PLC連接。 PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，負(fù)責(zé)接收外部信號(hào) (主令控制器、變頻器、轉(zhuǎn)速傳感器、限位等 )，經(jīng)過程序運(yùn)行處理后，再提供指令通斷信號(hào) (正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔數(shù)等 )給變頻器和其它動(dòng)作單元，由變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向、速度 (頻率 )。整個(gè)系統(tǒng)接線見圖 。 圖 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 為生產(chǎn)機(jī)械的電力拖動(dòng)系統(tǒng)選用電動(dòng)機(jī)，主要內(nèi)容包括確定電動(dòng)機(jī)的種類 、電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、電動(dòng)機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率等。選擇電動(dòng) 機(jī)的基本原則如下： （ 1）電動(dòng)機(jī)在工作過程中，其額定功率應(yīng)得到充分利用。要求溫升接近但不超過規(guī)定的允許數(shù)值。 山西省高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 （ 2）電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足生產(chǎn)機(jī)械需要的有關(guān)機(jī)械特性的要求。保證一定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，有一定的轉(zhuǎn)速范圍及具有良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能。 （ 3）電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)滿足設(shè)計(jì)提出的安裝要求和適應(yīng)周圍的工作環(huán)境。例如防止灰塵進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，或者防止繞組絕緣受氣體腐蝕等。 電力拖動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作的，由于生產(chǎn)機(jī)械種類繁多，工藝要求不一，作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)分類也很多。按電流種類分，有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī) ，交流電動(dòng)機(jī)又有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩種。 為了合理選用電動(dòng)機(jī)的種類，應(yīng)同時(shí)考慮兩個(gè)方面的問題：一是電動(dòng)機(jī)的性能，例如機(jī)械特性、啟動(dòng)性能和調(diào)速性能等；二是要知道生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，要使所選電動(dòng)機(jī)的性能滿足生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求，具體從以下幾個(gè)方面考慮： （ 1）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性； （ 2）電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能； （ 3）電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能； （ 4）電動(dòng)機(jī)的電源； （ 5）電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性； 最后著重強(qiáng)調(diào)的是綜合的觀點(diǎn)：一方面是以上的內(nèi)容在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)必須都考慮到都能得到滿足；另一方面能滿足以上條件的電動(dòng)機(jī)可能不是一種類型，還應(yīng)綜 合其他情況，例如節(jié)能、貨源、技術(shù)情況等。 綜上所述，經(jīng)過綜合考慮 本系統(tǒng)采用 YBSS220 型電機(jī)，是隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)。 表 1 YBSS220隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù) ： 功 率 kW 額定電 壓 V 滿載轉(zhuǎn)速r/min 滿載電 流 A 滿載效 率 % 功率因 數(shù)cos? 額定電 流 額定轉(zhuǎn) 矩 額定轉(zhuǎn) 矩 絕緣 等級(jí) 220 660 114