【文章內(nèi)容簡介】 7 圖 四級傳送帶視圖 控制方案 選擇 PLC 的依據(jù) 單片機控制雖然說是經(jīng)濟實惠，成本相對較低，但是用單片機制作的主控板受制版工藝、布局結(jié)構(gòu)、器件質(zhì)量等因素的影響導致抗干擾能力差，故障率高，不易擴展，對環(huán)境依賴性強 ,開發(fā)周期長。并且單片機開發(fā)是底層開發(fā)，程序編寫比較麻煩都用匯編或者 C 語言。一個采用單片機制作的主控板不經(jīng)過很長時間的實際驗證很難形成一個真正的產(chǎn)品。 而相對來說 PLC 控制就有如下優(yōu)點， （ 1)可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個 PC生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指 標而加以研制，以單片機為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾 措施，使 PLC 的平均無故障時間達到30萬小時以上，使用壽命長。 (2)控制功能強。 PLC 具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和工程控制等等。 (3)編程方便，易于使用。 PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應用。 (4)適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強。具有各種接口，與外河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2總體方案設(shè)計 8 部設(shè)備連接非常方便。采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊結(jié)構(gòu) ，具有較大的靈活性和可擴性，擴展靈活方便。維修方便。 PLC 上有 I/O 指示燈（ LED），那個 I/O 元件有故障，一目了然?？筛鶕?jù)生產(chǎn)工藝要求或運行情況，隨時對程序進行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應性強。 此次設(shè)計傳送帶是用來輸送煤，環(huán)境相對惡劣一些，且要求有很高的可靠性和較強的控制功能，并且還要工人很容易的接受，所以選擇用 PLC 來對運煤皮帶機進行控制。 PLC 的工作原理 PLC 雖具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大的不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方式，有鍵按下或 I/O 動作則轉(zhuǎn)入相應子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。 PLC 則采用循環(huán)掃描工作方式，在 PLC 中用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個 CPU 每一個時刻只能執(zhí)行一個操作而不能同時執(zhí)行多個操作，因此用戶程序是按先后次序存放的， CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個操作。即 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，直到遇到結(jié)束符又返回第一條執(zhí)行，如此周而復始不斷循環(huán)。 PLC 的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，即在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點發(fā)出相應的 控制信號。除此之外，為提高工作的可靠性和及時地接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進行故障自診斷和處理與編程器、計算機的通信請求，因此， PLC 工作過程分為以下五步： （ 1）自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對 CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異常現(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機并顯示出錯的信息。 （ 2）與外設(shè)通信 自診斷正常后 PLC 即掃描 編程器、上位機等通信接口，如有通信請求便響應處 理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機，主機把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進行相應指示，編程器還可以向主機發(fā)送運行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機通信過程中 PLC 將接收上位機發(fā)出的指令進行相應的操作，把現(xiàn)場狀態(tài)、 PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機以及執(zhí)行啟動、停機、修改參數(shù)等命令。 （ 3）輸入現(xiàn)場狀態(tài) 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2總體方案設(shè)計 9 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。這一過程也稱為輸 入采樣或輸入刷新，在一個掃描 周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當時現(xiàn)場的實際值。 （ 4）解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序。一般是從存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進行邏輯判斷和算術(shù)運算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器、內(nèi)部繼電器等編程元件為相應存儲單元的即時值，而輸入繼電器、輸出繼電器 則用的是內(nèi)存映 象值。在一個掃描周期內(nèi)，某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實際情況是否己經(jīng)變化，對整個用戶程序是一致的，不會造成結(jié)果混亂。 （ 5）輸出刷新 輸出結(jié)果將本次掃描過程解算得到的最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯時，每一步所得到的輸出信號被存入輸出映像寄存器而并未發(fā)送到輸出模塊，相當于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應開關(guān)動作。 在依次完成上述五個步驟操作后 PLC 又開始進行下一次掃描。如此不斷 的反復循環(huán)掃描，實現(xiàn)對全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、出現(xiàn)故障 或載物。 系統(tǒng)設(shè)計基本步驟 可編程控制器應用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如圖 所示。 （ 1）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求 ①被控對象就是受控的機械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn)過程； ②控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護和聯(lián)鎖等。對較復雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。 （ 2）確定 I/O設(shè)備 根據(jù)被控對象對 PLC 控制 系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2總體方案設(shè)計 10 （ 3）選擇合適的 PLC 類型 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點數(shù)，選擇合適的 PLC 類型，包括機型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （ 4）分配 I/O 點 分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入／輸出分配表或者畫出輸入／輸出端子的 接線圖。接著就可以進行 PLC 程序設(shè)計，同時可進行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工 。 （ 5）設(shè)計應用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應用系統(tǒng)設(shè)計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實踐經(jīng)驗。 （ 6）將程序輸入 PLC 當使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機上編程時，可通過上下位機 的連接電纜將程序下載到 PLC 中去。 （ 7）進行軟件調(diào)試 程序輸入 PLC 后，應先進行調(diào)試工作。因為在程序設(shè)計過程中 ，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 （ 8）應用系統(tǒng)整體調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應先作局部調(diào)試，然后再進行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可先進行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2總體方案設(shè)計 11 N N Y 圖 可編程控制器應用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟 開始 分析控制要求 確定 I/O 設(shè)備 選擇合適的 PLC類型 將程序輸入 PLC 分配 I/O 點 設(shè)計系統(tǒng)梯形圖程序 軟件調(diào)試 應用系統(tǒng)整體調(diào)試 投入運行 調(diào)試硬件 是否符合設(shè)計要求 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3硬件分析 12 3 硬件分析 系統(tǒng)設(shè)備的選型 PLC 選型 PLC 輸入點統(tǒng)計 根據(jù)對系統(tǒng)設(shè)計的要求需要有 21 個輸入，分別為四個皮帶機的單動按鈕、四個皮帶機的拉線開關(guān)、四個皮帶機的撕裂開關(guān)、四個皮 帶機的防偏開關(guān)、循環(huán)啟動開關(guān)和單動啟動開關(guān)、啟動開關(guān)和停止開關(guān)以及緊停開關(guān)。具體如表所示： 表 輸入控制點統(tǒng)計表 名 稱 地 址 號 數(shù) 量 循環(huán)啟動開關(guān) X0 1 個 各級皮帶故障（拉線開關(guān)） X1— X4 各 1個 各級皮帶故障（撕裂開關(guān)） X20— X23 各 1個 各級皮帶故障（防偏開關(guān)） X30— X33 各 1個 停止按鈕 X5 1 個 啟動按鈕 X6 1 個 單動啟動開關(guān) X10 1 個 一級皮帶單動按鈕 X11 1 個 二級皮帶單動按鈕 X12 1 個 三級皮帶單動按鈕 X13 1 個 四級皮帶單動按鈕 X14 1 個 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3硬件分析 13 緊停開關(guān) X17 1 個 PLC 輸出點統(tǒng)計 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求輸出點為 9 個，分別為四個皮帶機所對應的繼電器KM1— KM4 和各級皮帶機故障報警燈 HL2— HL5，還有一個物料指示燈 HL1。其具體如下表所示： 表 輸出控制點統(tǒng)計表 名稱 地址號 數(shù)量 一級繼電器（ KM1） Y1 1個 二級繼電器（ KM2） Y2 1個 三級繼電器（ KM3） Y3 1個 四級繼電器（ KM4） Y4 1個 物料指示燈（ HL1） Y5 1個 一級皮帶故障報警（ HL2） Y6 1個 二 級皮帶故障報警（ HL3） Y7 1個 三級皮帶故障報警（ HL4） Y10 1個 四級皮帶故障報警（ HL5） Y11 1個 綜上所述，根據(jù)實際情況，輸入輸出點數(shù)決定選用三菱公司生產(chǎn)的 FX2n 系列微型可編程控制器中的 FX2n173。48MR 型。 電動機 選型 電動機是電力拖動系統(tǒng)中的原動機，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能，去拖動各種類型生 產(chǎn)機械的工作機構(gòu)運動，以實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求，如驅(qū)動軋鋼機的軋輥、龍門刨 床的工作臺、起重機的提升機及行走機構(gòu)、風機的葉輪等等。 河南城建學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3硬件分析 14 本設(shè)計使用的電動機 本設(shè)計需要四個電動機來 帶動四個皮帶機來運輸煤，這四個電動機都選用齒輪減速異步電動機，其新型號是 YCJ，舊型號是 JTC，型號的意義就是異齒減，標準編號是 JB/T6449－ 92。用于要求低速，大轉(zhuǎn)矩的機械。如運輸機械、礦山機械、煉鋼機械、造紙機械及其它要求低轉(zhuǎn)速的械。結(jié)構(gòu)特征是由 Y 系列（ IP44）電動機與齒輪減速器直接耦合而成的。所以還得選擇 Y 系列 IP44 電動機的具體型號。 Y（ IP44）是指小型三相異步電動機（封閉式），標準編號 ZBK22020－ 88（ H80 － 315） JB5274－ 91(H355)，結(jié)構(gòu)特征是自扇 冷卻，封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵，水滴大量進入電機部。用途是，作一般用途的驅(qū)動電源，即用以驅(qū)動對起動性能、轉(zhuǎn)差率等無特殊要求的機器和設(shè)備，亦可用于灰塵較多，水土飛濺的場所。選擇Y112M2 型的電動機，技術(shù)指標如下： 額定功率： 4KW 效率： ％ 功率因數(shù)： Cos∮＝ 同步轉(zhuǎn)速： 3000r/min 鐵心長度： 105mm 氣隙長度： 定子外徑： 175mm 定子內(nèi)徑： 98mm 定子線規(guī) nc－ dc： 1－ 每槽線數(shù)： 48 并聯(lián)支路數(shù)： 1 繞組型式：單層同心 節(jié) 距： 1－ 16 槽數(shù) Z1/Z2： 30/36 轉(zhuǎn)動慣量： 質(zhì)量： 45kg 其他 設(shè)備的選型 （ 1） 電流表 選用四