【正文】 （ PLC），因此他們具有很廣泛的應(yīng)用。有的控制器甚至可以直接輸入線路圖，使用人員 3 甚至連指令系統(tǒng)都不需要學(xué)習(xí)了，可以把這種方法稱為圖形語言，使用上的方便性也是這種控制器受到歡迎的主要因素。當(dāng)控制功能發(fā)生變化時，不必重新改接線 （即不需要進行任何硬件的改動） ，只需改變程序就可以了。所以不會發(fā)生常規(guī)電氣控制電路所出現(xiàn)的問題。 在常規(guī)電氣控制電路中，輸入元件和輸出元件的連接是通過導(dǎo)線連接的。其功能不但早已不象早期產(chǎn)品 —— 可編程序邏輯控制器那樣，僅限于替代繼電器系統(tǒng)完成順序邏輯控制，而且具有很強的模擬量閉環(huán)調(diào)節(jié)，通訊網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)及文字處理，彩色圖象顯示等功能；因此，制造商就不再把他們的產(chǎn)品稱為可編程邏輯控制器 PLC，而改叫可編程控制器PC，但為了與個人計算機的縮寫 PC區(qū)別，仍將可 編程控制器簡稱為 PLC。其硬件特征僅在于具有存貯器和輸入 /輸出模塊。 可編程控制器（ PLC）概述 1969 年第一臺 PLC 在美國出現(xiàn)， 是 20 世紀 60 年代發(fā)展起來的一種新型自動化裝置。隨著礦井服務(wù)年限的不斷延長，井下膠帶運輸機電控系統(tǒng)中的繼電器長期使用，接點氧化、線圈老化嚴重，電控系統(tǒng)的大部分繼電器已經(jīng)到了更換周期。 在膠帶運輸機電控保護回路中，運行指令由電氣故障、機械故障、運輸機故障、啟動按鈕、停止按鈕組成。經(jīng)改造，使膠帶運輸機控制融入更多的科技含量，適應(yīng)科技進步，確保膠帶運輸機安 全可靠的運轉(zhuǎn)。 本次畢業(yè)設(shè)計，面對井下膠帶運輸機繼電器邏輯控制的眾多問題，我選擇了日本三菱 FX2N 系列超小型可編程控制器，對井下膠帶運輸機 的 控制進行 PLC 改造。 當(dāng)前，在我國廣大礦山企業(yè)中的裝備和技術(shù)改造，正在興起廣泛應(yīng)用可編程控制器的熱潮，其發(fā)展之勢恰如數(shù)年前個人計算機在我國迅速推廣一樣，方興未艾，如火 如荼。 1 緒 論 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的問世和微處理機技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了可編程序控制器（ PLC），它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)，還可以進行復(fù)雜的過程控制和構(gòu)成分布式自動化系統(tǒng)，使電氣控制技術(shù)進入了一個嶄新的階段。 可編程控制器以其可靠性極高，能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗，使用極其方便的巨大優(yōu)越性，迅速占領(lǐng) 了 工業(yè)自控領(lǐng)域，成為工業(yè)自動控制的首選產(chǎn)品。 廣大工程技術(shù)人員已經(jīng)認識到可編程控制器的巨大優(yōu)越性，許多人通過對進口設(shè)備、生產(chǎn)線的分析解剖認識了可編程控制器，還有許多人自己設(shè)計可編程控制器系統(tǒng)，取得良好成果后更引發(fā)深入了解可編程控制器的興趣。本 設(shè)計 介紹 了 FX2N系列可編程控制器的結(jié)構(gòu)組成、基本指令，膠帶運輸機外圍各保護 的 接入方法。 第 1 章 設(shè)計課題的選擇 設(shè)備現(xiàn)狀 兗礦集團東灘煤礦井下 原使 用的 膠帶運輸機 電控系統(tǒng)主要以繼電器控制為主，依靠中間繼電器、得電延時繼電器、斷電延時繼電器、熱繼電器、起動停止按鈕的組合實現(xiàn) 膠帶運輸機 的起動、停止和保護。其中電氣故障由漲緊電氣故障、盤型閘電氣故障、電機電氣故障、機尾電氣故障組成；機械故障由急停故障、 2 減速箱油溫故障、堆煤故障、漲緊過位故障、制動閘未張開故障組成；運輸機故障由機頭 跑偏故障、機尾跑偏故障、膠帶撕裂故障、膠帶穿孔故障、漲緊液壓站低壓故障、欠速故障。為此，我從礦井的實際出發(fā)，選擇了“井下膠帶運輸機 PLC 改造”的設(shè)計題目。 可編程控制器是 在工業(yè)環(huán)境中使用的 數(shù)字 操作的 電子 系統(tǒng)，它使用其內(nèi)部存儲器放在用戶設(shè)計的程序指令，而這些指 令用來實現(xiàn) 邏輯運算、順序 操作 、定時、 計 數(shù) 及算術(shù) 運算 并通過數(shù)字或 模擬的輸入 /輸出 來控制 各種類型的機械 和生產(chǎn)過程。七十年代后期，微處理器廣泛應(yīng)用于可編程控制器中，使其得到驚奇的發(fā)展。 現(xiàn)代的可編程控制器是計算機技術(shù)與傳統(tǒng)繼電器邏輯控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從工業(yè)設(shè)備的概念來看，它是新一代的通用型工業(yè) 自動化 控制裝置，而從計算機技術(shù)的概念來看，它又是用于工業(yè)控制的計算機。而 PLC 的輸入元件和輸出元件的連接不是通過導(dǎo)線連接的，而是通過程序來連接的。 PLC 的控制程序由編程器或計算機通過編程電纜輸入到 PLC 中，還可以對 PLC 內(nèi)部控制的狀態(tài)和參數(shù)進行監(jiān)控和修改，十分方便 。 這種控制器程序編制比較簡單， 凡 能夠設(shè)計繼電器線路的電氣技術(shù)人員，只要學(xué)習(xí)并掌握了控制器的簡單指令系統(tǒng)，就可以很方便地將繼電器線路圖轉(zhuǎn)換為控制程序。 上述的邏輯控制在工業(yè)控制中主要用于順序動作的控制，它不能完成諸如溫度、壓力等的連續(xù)閉環(huán)控制，為此需要在可編程邏輯控制器的基 礎(chǔ)上增加以下部件： 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 （ A/D 轉(zhuǎn)換器）， 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 （ D/A轉(zhuǎn)換器）以及為實現(xiàn)閉環(huán)的 PID 調(diào)節(jié)及相關(guān)的軟件。 繼電器控制與 PLC 控制性能比較 繼電器是一種根據(jù)某種物理量的變化，使其自身的執(zhí)行機構(gòu)動作的電器。檢測機構(gòu)的作用是接受外界輸入信號并將信號傳遞給中間機構(gòu)；中間機構(gòu)對信號的變化進行判斷、物理量轉(zhuǎn)換、放大等；當(dāng)輸入信 號變化到一定值時，執(zhí)行機構(gòu)動作，從而使其所控制的電路狀態(tài)發(fā)生變化，接通或斷開某部分電路，達到控制和保護的目的。 電磁式電流繼電器的線圈串于被測量電路中，根據(jù)電流的變化而動作。它除了用 于電流型保護的場合外，還經(jīng)常用于按電流原則控制的場合。熱繼電器就是利用電流的熱效應(yīng)原理，在出現(xiàn)電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。 雖然繼電器控制為我們現(xiàn)今企業(yè)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻，但繼電器控制作為一種有觸點控制，長 期使用，觸點容易氧化、損壞，出現(xiàn)故 4 障時處理起來比較繁瑣， 東灘煤礦 井下 使用的原法國膠帶運輸機 的電控系統(tǒng)主要以繼電器控制為主 。 PLC控制與繼電器控制相比較主要有以下優(yōu)點： 控制程序可變，具有很好的柔性。 可靠性強，適用于工業(yè)環(huán)境。 編程簡單，使用方便。 功能完善。 體積小、重量輕、易于裝入機器內(nèi)部 ，便于維護。 FX2N型 PLC 按品種可分為基本單元、擴展單元、擴展模塊和特殊擴展設(shè)備。 5 擴展單元由內(nèi)部電源、內(nèi)部輸入輸出組成，需要和基本單元一起使用。 特殊擴展設(shè)備可分為三類：特殊功能板、特殊模塊和特殊單元。特殊功能板用于通信、連接和模擬量設(shè)定等，特殊模塊主要有模擬量輸入輸 出、高速計數(shù)、脈沖輸出、接口等模塊，特殊單元用于定位脈沖輸出。 基本單元、擴展單元的輸出 和 輸入點數(shù)都相同。 基本單元主要有以下幾種規(guī)格： FX2N16M， 32M， 48M， 64M， 80M， 128M。它主要有以下幾種： FX2N2AD/DA； FX2N4AD/DA； FX2N8AD； FX0N3A等。因為誤動作，誤輸出有引發(fā)事故 的 可能。 一定要在可編程控制器的外部建立安全保護電路。 可編程控制器有監(jiān)視定時器等自檢功能，檢查出異常時，輸出全部關(guān)閉。 電源過負荷的防護。因此，對一些易過負載的輸入設(shè)備應(yīng)設(shè)置必要的限流保護電路。 由于輸出單元的繼電器晶體管、三端雙向可控硅開關(guān)元件故障導(dǎo)致輸出開關(guān)信號失靈，對于與重大事故有關(guān)的輸出信號，要設(shè)計外部電路和機構(gòu)， 使 機器安全運行。 不要在灰塵、油煙、導(dǎo)電性塵埃、腐蝕性氣體、可燃燒氣體的場所，高溫、結(jié)露、風(fēng)吹雨淋的場所，有震動沖擊的場所使用， 這樣 會引起電震、火災(zāi)、誤動作、產(chǎn)品損傷或質(zhì)量下降 ， PLC 應(yīng)遠離強干擾源。 1 在進行安裝配線作業(yè)時，一定要在全部關(guān)閉外部電源之后進行，否則，容易電震、損傷產(chǎn)品。 1 動力線、控制線以及 PLC 的電源線和 輸入線、輸出線 I/O 線應(yīng)分別配線， 一般 輸入、輸出線達到 30～ 50m，基本不會有噪聲問題，但從安全起見，請將配線長度定在 20m 以內(nèi)為好。 FX2N系列 PLC 的 輸入信號 一 、輸入端子：輸入端子和 COM 端子之間用無電壓接點或 NPN 開路集電極晶體管連接，就進入輸入狀態(tài)，這時表示輸入的 LED 燈亮。 二 、輸入電路：輸入的一次電路和二次電 用光耦合器絕緣，二次電路沒有 CR 濾波器，這是為了防止混入輸入接點的震動噪音和輸入線的噪聲引起誤動作。 8 三 、輸入靈敏度：該可編程控制器的輸入電源為 DC24V、 7mA（ DC24V、5mA）但是為可靠起見，使其為 ON 時，需要用 （ ）以上的電流，使其為 0FF 時，需要用 。因此，利用外部電源驅(qū)動光電開關(guān)等傳感器時，該外部電源的電壓應(yīng)是 DC24V177。 FX2N系列 PLC 的 輸出 繼電器輸出型、基本單元和擴展單元及擴展模塊 電源 ： AC250V 、 DC30V 以下 電路絕緣：機械的絕緣 動作指示：繼電器螺線管，通電時 LED 點燈 最大負載：電阻負載， 2A/1 點， 8A/4 點公用， 8A/8 點公用 ； 感應(yīng)負載 ，80A； 燈負載 ， 100W 一 、輸出端子：繼電器輸出 型端子時 4 點或 8 點公用的輸出端子，各公用端子負載與 COM1～ COM10 編號，各個公共模塊單位（公共分離型以點為單位）可以驅(qū)動不同的電路電壓系統(tǒng)（例如： AC250V 、 AC127V 和 DC24V 等）的負載。 三 、動作指示：輸出繼電器的線圈通電時， LED 燈亮，輸出接點 ON。 五 、輸出電流 ：對于 AC250V 以下的電壓，可驅(qū)動純電阻性負載的輸出電流為 2A/點，感性負載為 80VA 以下（ AC100V 或 AC220V），燈負載 100W以下（ AC100V 或 AC220V）的負載，關(guān)于感應(yīng)性的負載開關(guān)時接點壽命請參閱下列數(shù)據(jù)。 六 、開路漏電電流：因輸出接點 0FF 時，沒有電流， 所 以氖燈也可以直接驅(qū)動。 八 、輸出接線：該可編程控制器的輸出電路無內(nèi)置保險，為了防止負載短路等故障，燒斷可編程控制器的基板配線，請每 4點設(shè)置 5～ 10A 的保險。 交流感應(yīng)性負載并聯(lián)浪涌吸收器，就會減少噪聲，對于同時 ON 有危險的正反轉(zhuǎn)接觸器等負載，除了用可編程控制器內(nèi)部程序連鎖外，還一定要實施可編程控制器的外部連鎖。 輸入繼電器和輸出繼電器元件分配表 型號 FX2N－16M FX2N－32M FX2N－48M FX2N－64M FX2N－80M FX2N－128M 擴展時 輸入繼電器 X000～X007 8點 X000～X017 16點 X000～X027 24點 X000～X037 32點 X000～X047 40 點 X000～X077 64 點 X000～X267 184 點 輸出繼電器 Y000～Y007 8點 Y000～Y017 16點 Y000～Y027 24點 Y000～Y037 32點 Y000～Y047 40 點 Y000～Y077 64 點 Y000～Y267 184 點 10 輸入繼電器 (X)和輸出繼電器 (Y)在 PLC 中各有 184 點， 各基本單元分配 采用八進制編號。 輸入繼電器 X000～ X007 的輸入濾波器上使用的數(shù)字濾波器，用程序可以變更為 0～ 60ms。也有一種保持用繼電器，即使可編程控制器的電源斷電，也還能存儲其 ON/OFF狀態(tài)。 編號 M500～ M3071 2572 點 保持 輔助繼電器。 三 、 狀態(tài) 繼電器（ S） 狀態(tài)繼電器 是一種步進梯形圖或 SFC 表達工序號用的繼電器，不做工序號使用時，也 可 作為與輔助繼電器相同的一般接點 /線圈來編程使用，也可以用做信號器，用作外部故障診斷使用。 定時器的類型 16 位定時器（設(shè)定值 K0～ K32767）（共 256點） 通用定時器 T0～ T199（共 200 點） 100 ms 時鐘脈沖 （ Tl92— T199 中斷用） T200～ T245（共 46 點） 10 ms 時鐘脈沖， 積算定時器 T246～ T249(共 4 點 ) 1 ms 時鐘脈沖 (執(zhí)行中斷電池備用 ) T250～ T255(共 6點 ) 100ms 時鐘脈沖 (電池備用 ) 11 定時器利用時鐘脈沖可測量的范圍為 ～ 秒， T192～ T199 也可用于程序和中斷子程序。 五 、 計數(shù)器 （ C） 計數(shù)器根據(jù)目的和用途可分為如下幾種：內(nèi)部記數(shù)用、通電 /停電保持用 16 位計數(shù)器向上記數(shù)用、記數(shù)范圍為 1～ 32767； 32 位計數(shù)器，向上 /向下計數(shù)用，記數(shù)范圍為 2147483648～ 2147483647，這些計數(shù)器是可編程控制器的內(nèi)部信號用的，其應(yīng)答速度通常為 10HZ以下；高速計數(shù)器，停電保持用 32 位計數(shù)器，向上 /向下計數(shù)用，記數(shù)范圍為 2147483648～2147483647，分配在輸入繼電器 X000～ X007 高速計數(shù)器與可編程控制器的運算無關(guān) 。與其他元件一樣， 數(shù)據(jù)寄存器有一般用和停電保持用的兩種。 ② 停電保持型，但可 利用參數(shù)設(shè)定變?yōu)榉峭ｋ姳３中汀? 普通用 停電保持用 停電保持專用 特殊用 變址用 D0 ～D199 (200點 )①