1、输送带的 PLC 控制系统设计与调试毕业设计皮带输送机的 PLC 控制电气控制技术题目:电气控制技术在工业生产中的应用 班 级:-姓 名:- 学 号:- 指导教师:-前言由于电气控制技术的迅速发展,尤其是可编程控制器技术的发展与应用日臻完善。对电气控制技术及 PLC 的学习与应用显得特别重要。工厂及生产线的建设和改造正朝着自动化、网络化、信息化的方向发展。电气控制技术在工业生产中的作用越来越重要,特别是 PLC 的应用。PLC 集三电(电控、电仪、电传)为一体、性能价格比高、高可靠性的特点,已成为自动化工程的核心设备。 PLC 成为具备计算机功能的一种通用工业控制装置,其使用量高居首位。PLC
2、 成为现代工业自动化的三大技术支柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一。就全世界自动化市场的过去、现在和可以预见的未来而言,PLC 仍然处于一种核心地位。在最近出现在美国、欧洲和国内有关探讨 PLC 发展的论文中,这个结论是众口一词的,尽管对 PLC 的未来发展有着许多不同的意见。 在全球经济不景气的时候,PLC 的市场销售仍然坚挺;PC 控制有了引人注目的进展,但毕竟只能对高端的 PLC 产品形成竞争;小型、超小型 PLC 的发展势头令人刮目相看;PLC 和 PC 控制在今后可能相互融合。摘要随着计算机科学的发展,微控制器已经深入地渗透到我们的生活中。工厂及生产线的建设和改造正朝着自动化、
3、网络化、信息化的方向发展。我们的生活环境越来越多称之为可编程控制器的小电脑在为我们服务。传送带是生产系统中的重要物料输送工具,但现在仍有不少传送带采用功能单一的按钮式电气控制柜控制,已不能满足现代生产线物料输送管理的需要。本次以传送带为主要控制对象,采用基于 PLC 的控制系统来构建传送带输送控制平台。借助可编程控制器 PLC 强大的编程功能,本系统可以大幅度减轻了一线工人劳动强度和现场管理难度,提高了设备的可靠性,减少了故障率,加强了安全系数,体现了以人为本的原则,使生产和管理更趋规范化、科学化。关键词:PLC 皮带运输机自动控制一 可编程控制器理论基础1.1 PLC 的定义PLC 问世以来
4、,尽管时间不长,但发展迅速。为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会 NEMA(National Electrical Manufactory Association)经过四年的调查工作,于 1984 年首先将其正式命名为 PC(Programmable Controller),并给 PC 作了如下定义:“PC 是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行 PC 之功能,亦被视为 PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。 ”以后国际电工
5、委员会(IEC)又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿,第二稿,并在 1987 年 2 月通过了对它的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。 ”总之,可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体
6、工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2 PLC 的特点根据 IEC 标准草案给 PLC 下的定义:它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统,它使用可编程存储器内部储存的用户设计的指令,这些指令用来实现特殊的功能,诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算以及通过数字或模拟输入,输出来控制各种类型的机械或过程。不论是 PLC 还是与它有关的外部设备,都设计成容易集成在一个工业控制系统内,并且容易应用所有计划中的功能。从上述 PLC 的定义,我们可以看到 PLC 的许多特点,概括起来有以下几点:(1)高可靠性所有的 I/O 接口电路均
7、采用光电隔离;各输入端均采用 R-C 滤波器,其滤波时间常数一般为 1020ms;各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰;采用性能优良的开关电源;对采用的器件进行严格的筛选;良好的自诊断功能,一旦电源或其他软、硬件发生异常情况,CPU 立即采用有效措施,以防止故障扩大;大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或由三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。(2)丰富的 I/O 接口模块PLC 针对不同的工业现场信号,如:交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、 强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备,如:按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁
8、线圈、控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能,它还有多种人-机对话的接口模块;为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块等等。(3)采用模块化结构为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型 PLC 以外,绝大多数 PLC均采用模块化结构。PLC 的各个部件,包括 CPU,电源,I/O 等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(4)编程简单易学PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。(5)安装简单,维修方便PLC 不需要专门的机房,可以在
9、各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接,即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置,便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。1.3 PLC 的结构PLC 采用了典型的计算机结构,主要由 CPU、RAM、ROM 和输入输出接口电路等组成,如图 1-3 所示。如果将 PLC 看作一个系统,该系统由输入变量和输出变量组成。外部的各种开关信号、模拟量信号均作为 PLC 的输入变量,它们经PLC 外部输入到内部寄存器中,经 PLC 运算处理后送到输出端子,它们是 PLC
10、 的输出变量。PLC 系统各部分的作用说明如下:图 1-3 PLC 结构简化框图(1)中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入 I/O 映像区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将 I/O 映像区的各输出状态或
11、输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。为了进一步提高 PLC 的可靠性,近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统,或采用三 CPU 的表决式系统。这样,即使某个 CPU 出现故障,整个系统仍能正常运行。(2)存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路,用来存放系统程序、用户程序、逻辑变量和其它一些信息, PLC 使用两种存储器:ROM 和 RAM。ROM 中存放系统程序,包括检查档字、翻译程序和监控程序。RAM 中存放用户程序、逻辑变量和供内部程序使用的工作单元。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器,存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。系统程序存储器
12、该存储器存放系统程序(系统软件)。系统程序是 PLC 研制者所编的程序,它是决定 PLC 性能的关键。系统程序包括监控程序、解释程序、故障自诊断程序、标准子程序库及其他各种管理程序等。系统程序由制造厂家提供,一般都固化在ROM 或 EPROM 中,用户不能直接存取。系统程序用来管理、协调 PLC 各部分的工作,翻译、解释用户程序,进行故障诊断等。用户程序存储器该存储器存放用户程序(应用软件)。用户程序是用户为解决实际问题并根据 PLC 的指令系统而编制的程序,它通过编程器输入,经 CPU 存放入用户存储器。为便于程序的调试、修改、扩充、完善,该存储器使用 RAM。变量(数据)存储器变量存储器存
13、放 PLC 的内部逻辑变量,如内部继电器、I/O 寄存器、定时器/计数器中逻辑变量的现行值等,这些现行值在 CPU 进行逻辑运算时需随时读出、更新有关内容,所以,变量存储器也采用 RAM。现今用户程序存储器和变量存储器常采用低功耗的 CMOS-RAM 及锂电池供电的掉电保持技术,以提高运行可靠性。通常 PLC 产品资料中所指的内存储器容量,是针对用户程序存储器而言的,且以字(16 位/字)为单位来表示存储器的容量。(3)输入输出单元输入单元是 PLC 与工业生产现场的被控设备相连的输入接口,是现场信号进入 PLC 的桥梁。输入接口的主要作用是接收指令元件,检测元件传来的信号。输入接口采用光电耦
14、合电路,目的是把 PLC 与现场电路隔离,提高 PLC 的抗干扰能力。接口电路内部有滤波,电平转移及信号锁存电路。各 PLC 生产厂家都提供了多种形式的 I/O 部件或模块供用户选用。输出单元也是 PLC 与现场设备之间的连接部件,负责把输出信号送给控制对象的输出接口。输出接口电路一般由微电脑输出接口和功率放大电路组成,其作用将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号,驱动被控设备的执行元件。输出接口电路也采用光电耦合,每一点输出都有一个内部电路,由指示电路,隔离电路,继电器组成。输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排,输出部件或模块也有多种类型供选用。(4)电源
15、PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的,因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将 PLC直接连接到交流电网上去。1.4 PLC 的应用随着 PLC 技术的飞跃发展,PLC 系统已成为一种综合的控制系统,特别是PLC 己经深入到智能控制领域中,如在机械手控制、机器人控制、实现离散数学模型等方面都获得广泛应用,使 PLC 技术已大大超出了过去仅代替继电器电路的范畴。PLC 的输入输出功能完善,性能可靠,能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出,从
16、而使得 PLC 具备许多控制功能。(1)取代继电器控制:在灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自动化仓库、生产流水线等方面进行逻辑控制。(2)过程控制:对温度、压力、流量、物位高度等连续变化的物理量进行控制。(3)位置、速度控制:在机器人、机床、电机调速等领域进行位置、速度控制。(4)数据监控:在电力、自来水处理、化工、炼油、轧钢等方面进行数据采集、监控和控制。(5)组成分散控制系统:把 PLC 作为下位机,与上位机的计算机共同组成分散控制系统。可以说 PLC 几乎应用到了工业控制的每一个领域,小到家庭的灯光照明,大到冶金、石化企业的生产过程都有 PLC 的应用。二 电气控制技术在工
17、业生产中的应用?皮带传输机的 PLC 应用2.1 应用的背景皮带输送机是在输送设备中是最常用的一种传输机构。该机种具有结构简单,经济方便,使用可靠,传输平稳,输送量大,效率高,低噪音等优点。其形式多样,适用范围广,特别适合一些散碎原料与不规则物品的输送。广泛应用于工业生产中。它具有输送平稳,物料与输送带没有相对运动,能够避免对输送物的损坏。噪音较小,适合于工作环境要求比较安静的场合等特点。结构简单,便于维护。能耗较小,使用成本低。由于可编程控制器(简称 PLC)将其系统的继电器技术,计算机技术和通信技术融为一体,以其可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、以及编程简单、维护方便、通讯灵活等众多优点,
18、广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。PLC 不仅能实现复杂的逻辑控制,还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC 控制皮带运输机监控系统,可以实现高自动化的皮带机群的集中控制(包括遥控)及保护。2.2 控制实现的功能1.正常起动,空仓或按自动起动按钮时的起动顺序为M1、DT、M2、M3、M4,间隔时间 5s;2.正常停止,为使皮带上不留物料,要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止,即正常停止顺序为 DT、M1、M2、M3、M4,间隔时间 5s;3.故障后的起动,为避免前段皮带上造成物料堆积,要求按物料流动相反方向按一定时间间隔顺序起动,即
19、故障后的起动顺序为 M4、M3、M2、M1、DT,间隔时间 10s;4.紧急停止,当出现意外时,按下紧急停止按钮,则停止所有电动机和电磁阀;5 具有点动功能。2.3 皮带传输机的示意图 图 1 皮带运输机的动作示意图供料由电阀 DT 控制,电动机 M1、M2、M3、M4 分别用于驱动皮带运输线PD1、PD2、PD3、PD4。储料仓设有空仓和满仓信号,其动作示意简图如图 1 所示。系统 PLC 输入/ 输出端子接线图如图 2 所示,PLC 的输出负载都用指示灯代替。图 2 皮带运输机的 PLC 控制系统外部接线图图 2 中:SA0 ?自动/手动按钮SB1 ?自动启动按钮SB2 ?正常停止按钮SB
20、3 ?急停按钮SB4 ?点动 DT 电磁阀按钮SB5SB8 ?M1M4 的点动启动按钮SQ1?满仓信号按钮SQ2?空仓信号按钮SB9 ?故障启动按钮KA1?控制 DT 的起动和停止HL1HL4?M1M4 接通指示灯KM1KM4 ?交流接触器, 分别控制 M1M4 的起动和停止。2.4 运输带状态转移示意图运输带的状态转移程序如图 3 所示:图 3 皮带运输机的状态转移示意图2.5 皮带传输机控制原理 1 起动控制: 接通 PLC 的电源, 在初始化脉冲M8000 作用下进入初始状态 S0 , 按下 SB1/SQ2 接通 X1/X12 进入状态S20 启动定时器 T0 , 置位 Y1 接通 KM
21、1 起动 M1 5s 后 T0 动作进入状态 S21 起动定时器 T1 , 置位 Y0 接通 KA1 起动 DT 5s 后 T1 动作进入状态 S22 启动定时器 T2 , 置位 Y2 接通 KM2 起动 M2 5s 后T2 动作进入状态 S23 置位 Y3 接通 KM3 起动 M3 5s 后 T3 动作进入状态 S24 置位 Y4 接通 KM4 起动 M4 。至此, M1M4 与 DT 按控制要求全部起动起来, 进入正常运行状态。2 停车控制: 在系统运行时, 按下SB2/SQ1 接通 X2/X11进入状态 S30 启动定时器 T10 , 复位 Y0 断开KA1停止 DT 5s 后 T10
22、动作进入状态 S31 启动定时器 T11 , 复位 Y1 断开 KM1 停止 M1 5s 后 T11 动作进入状态 S32 启动定时器 T12 , 复位 Y2 断开 KM2 停止 M2 5s 后 T12 动作 进入状态 S33 启动定时器 T13 ,复位 Y3 断开 KM3 停止 M3 5s 后 T13 动作进入状态 S34 启动定时器 T14 ,复位 Y4 断开 KM4 停止 M4 。Y4 复位 5s 后 T14 动作, 状态返回初始状态 S0 , 等待下次操作。至此, M1M4 与 DT 按控制要求全部实现停车。3 急停控制 : 在系统运行时 , 如需要紧急停车,按下 SB3 接通 X3
23、同时置位状态 S20S34 同时复位 Y0 、Y1 、 Y2 、Y3 、Y4 同时断开KA1、KM1 、 KM2 、KM3 和 KM4 同时停止 DT 与 M1M4 。4 故障起动控制: 在系统运行时,按下 SB9 接通 X13 进入状态 S25 启动定时器 T5 , 置位Y4 接通 KM4 起动 M4 5s 后 T5 动作进入状态 S26 起动定时器 T6 , 置位 Y3 接通 KM3 起动 M3 5s 后 T6 动作 进入状态 S27 启动定时器T7 , 置位 Y2 接通 KM2 起动 M2 5s 后 T7 动作进入状态 S28 置位Y1 接通 KM1 起动 M1 5s 后 T8 动作进入
24、状态 S29 置位 Y0 接通KA1 起动 DT 。至此, M1M4 与 DT 按控制要求全部起动起来, 进入正常运行状态。5 点动控制:接通 PLC 的电源, 在初始化脉冲 M8002 作用下,按下 SB4 接通 X4 接通 Y0接通 KA1 起动 DT;按下 SB5 接通 X5接通 Y1 接通 KB1 起动 M1;按下 SB6 接通 X6接通 Y2 接通 KB2 起动 M2;按下 SB7 接通 X7接通 Y3 接通 KB3 起动 M3;按下 SB8 接通 X8接通 Y4 接通 KB4 起动 M4;。在上述控制系统中,主要阐述 PLC 在皮带输送机控制系统的应用,详细介绍了系统的状态转换示意
25、图及工作原理和过程。可以看出利用 PLC 实现对皮带输送机系统的控制,大大提高了工作效率,使这种应用广泛应用于工业生产中,节约了劳动力,实现了自动化生产。结束语这学期学习了电气控制技术,觉得内容非常实用。通过对运输带控制系统的分析,不但加深了课堂中所学的 PLC 及其相关学科知识,而且掌握了更多在做实际工作的经验,为以后的工作做了一个小小的铺垫。首先,通过在搜集所需资料的过程中,了解了更多 PLC 控制系统的相关知识,拓展了视野,看到了 PLC 作为现代自动化工业三大技术支柱之一的发展前景。其次,在对传送带控制系统进行整体分析时,熟悉并掌握了一个典型 PLC控制系统全过程及详细步骤。最后,通过对传送带系统的分析,可以看出科学技术给我们的生活生产带来的巨大变化。这些变化更加方便了我们的生活生产。同时也看到了自己对于这方便知识的不足,在以后的学习中,我会更加努力,扎实做学问,只有把基础打好,以后才能做的更好!参 考 文 献1.齐占庆、王振臣主编. 电器控制技术. 北京:机械工业出版社,20102.李仁主编. 电器控制. 北京:机械工业出版社, 19973.王兆义主编. 可编程序控制教程. 北京:机械工业出版社,19964.李乃夫主编. 可编程控制器原理、应用、实验.?北京:中国轻工业出版社, 2003
