【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) 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 目 錄1 前言 6 6 皮帶運(yùn)輸機(jī)的現(xiàn)狀 6 7 方案的確定 7 82 皮帶運(yùn)輸機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的組成 9 9 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 163 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 23 23 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 28 I/O地址分配如下表31 284 結(jié)論 375 致謝 386參考文獻(xiàn) 39 附錄 40梯形圖 401 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)?？删幊炭刂破?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。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，、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(yǔ)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。，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)。 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。（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)22066011401480F、H 變頻器包括主控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路、門極驅(qū)動(dòng)電路、外部接口電路以及保護(hù)電路等幾個(gè)部分，是變頻器的核心部分。控制電路的優(yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣。控制電路的主要作用是完成對(duì)逆變器開關(guān)控制、對(duì)整流器的電壓控制以及完成各種保護(hù)功能。AC整流器逆變器控制電路DC控制電路運(yùn)行指令A(yù)C變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動(dòng)機(jī)的容量、電動(dòng)機(jī)的額定電流、電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中，最主要的是電動(dòng)機(jī)的額定電流。驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)。對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足下列三項(xiàng)計(jì)算公式，即滿足負(fù)載輸出（kVA） 滿足電動(dòng)機(jī)容量（kVA） 滿足電動(dòng)機(jī)電流（A） 式中 ——變頻器容量，單位為kVA； ——負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率，單位為kW； ——電動(dòng)機(jī)額定電壓，單位為V； ——電動(dòng)機(jī)額定電流，單位為A； ——電動(dòng)機(jī)效率（）； ——電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（）； k——電流波形補(bǔ)償系數(shù)。k是電流波形補(bǔ)償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而是含有高次諧波的成分，其中電流應(yīng)有所增加。對(duì)于PWM控制方式的變頻器，－。本系統(tǒng)采用安川CIMR—G5A4011型變頻器。 安川CIMR—G5A4011型變頻器，控制和保護(hù)功能相當(dāng)豐富，配有參數(shù)設(shè)置面板，可讀寫各種參數(shù)，顯示屏可監(jiān)視變頻器的運(yùn)行狀況，并能實(shí)現(xiàn)PID控制、DWELL控制、節(jié)能控制、轉(zhuǎn)矩限定、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償控制、高速滑差制動(dòng)、防止失速、瞬停電故障處理后平衡恢復(fù)、錯(cuò)誤診斷等一系列功能。變頻器的控制模式有無PG V／F控制、帶PG v／F控制、無PG矢量控制帶PG矢量控制、無PG矢量控制2共5種控制模式。變頻器運(yùn)行指令共有數(shù)字操作器、控制回路端子、MEMOBUS通信、選擇卡4種模式。此變頻器調(diào)速范圍寬，精度高，無級(jí)變速，高效率，高可靠性，保護(hù)功能完善，故障率低，特別適用于起重機(jī)械的電機(jī)控制。G5系列的變頻器，運(yùn)用16段的頻率指令和一個(gè)點(diǎn)動(dòng)頻率指令，可以切換最多17段速的速度。根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行需要，在變頻器輸入端功能中，運(yùn)用多段速指令1～3及點(diǎn)動(dòng)頻率選擇四個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)6段速(零位+ 四檔+點(diǎn)動(dòng))運(yùn)行。端子多功能接點(diǎn)(指令)輸入和組合如表2所示。（變頻器部分）。 注：虛線為未接端子表2 端子多功能接點(diǎn)輸入 PLC控制器可編程程序控制器(Programable controller )因?yàn)樵缙谥饕獞?yīng)用于開關(guān)量的控制，因此也稱為PLC(Programable Logic controller )即是可編程邏輯控制器?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。PLC自問世以來，經(jīng)過20年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需求外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。2. 典型的PLC控制功能有以下幾點(diǎn):（1）順序控制；（2）過程控制；（3）數(shù)據(jù)處理；（4）通信聯(lián)網(wǎng)和顯示打印。3. PLC的基本組成與各部分的作用PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入/輸出接口、電源、編程器擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。： 硬件結(jié)構(gòu)圖（1）.主機(jī)主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。CPU是PLC的核心，它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。（2）．輸入/輸出（I/O）接口I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開關(guān)等）的控制信號(hào)。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后