1、辽宁工程技术大学课程设计10 绪论运输带输送是基于 PLC 的自动控制系统，具有功能全面，灵活性强，性价比高等特点，受到连续配料系统集成商和用户的欢迎。该系统集现代物流技术、仓储技术、自动化技术于一体，是 CIMS 中的重要环节，在国外已经得到较广泛的应用，该技术也正在逐渐地应用于我国许多行业中。自动配料车是物流体系中运输分配的重要组成部分，它是能自动地存储和取出物料的系统。主要为自动控制式的三段皮带轮的输送系统，采用 PLC进行控制，能满足简单的传送带控制，操作简便，简单易懂。现代工业生产中，有许多场合需要皮带运输机，如建材、化工、冶金、矿山、纺织、印染、造纸、机械等工业领域，是不可缺少的运
2、输工具，用于运送生产原料和产品。很多部门和企业还在使用的控制系统是传统的继电接触器控制方式，长期的使用运行，具有故障率高，各种元器件包括继电器老化，维护和检修困难等缺点。本文将用可编程控制器对运送物料的皮带机进行控制，较常规的继电器控制系统硬件结构大为简化。同时，由于采用的是“软接线”的控制程序，系统的可靠性和灵活性都大为提高，也就是说可以使劳动生产率成倍增长。在科技发达的今天，采用先进的生产设备和生产方式才能提高效率，降低成本，适应社会发展的需要。由于控制对象的复杂性, 使用环境的特殊性和运行的长期连续性, 使PLC在设计上有自己明显的特点: 可靠性高 , 适应性广, 具有通信功能, 编程方
3、便, 结构模块化。在现代集散控制系统中, PLC已成为一种重要的基本控制单元, 在工业控制领域中应用前景极其广泛。基于 PLC 的运输机控制系统设计21 总体设计图1.1三级运输带系统构成图1.1 工艺过程图 1 中的三条运输带顺序相连，三条运输带系统有两个运行状态：手动状态和自动状态。1手动状态：系统进入手动状态，可单独启动和停止某运输带。2自动状态：（1）启动操作：为了避免运送的物料在1号和2号运输带上堆积，起动时应先起动下面的运输带，再起动上面的运输带。有料进皮带后，通过检测传感器让皮带运行 ，1号运输带开始运行，延时5s后2号运输带自动起动， 5s后3号运输带自动起动。（2）停止操作：
4、停机时为了避免物料的堆积，并尽量将皮带上的余料清理干净，使下一次可以轻载起动，停机的顺序与起动的顺序应相反。若无料进入皮带，通过安装在一号皮带机上的传感器，30秒钟后 ，先停3号运输带，5s 后停2号运输带，再过5s停1号运输带。操作人员在顺序起动3条运输带的过程中如果发现异常情况，可能需要立即停车。按下停止按钮后，将已起动的运输带停车，仍采用后起动的运输带先停车的原则。辽宁工程技术大学课程设计3（3）故障停车：在皮带运输机的运行过程中，若3号运输带故障，应将其停止，5s后2号运输带停止，再过5s后1号运输带停止；若2号运输带发生故障，则应把2、3号运输带停止，1号运输带5s后停止；若1号运输
5、带故障，则应把三个运输带都停止，以免发生物料堆积。（4）急停操作：若发生意外，需停止一切操作，按下急停按钮，3个运输带全部停止。1.2 系统功能和特点皮带运输机由皮带、机架、驱动滚筒、承载托辊、张紧装置等零部件组成，既可以运送散状物料，又可以运送成件物品，工作过程中噪音较小，结构简单，可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和热线，通过修改程序适应工艺条件的变化。可编程控制系统，相比于继电器系统，它性能可靠性高，接线很简单，系统不复杂，易于维护，性能先进，易于改造。和单片机系统相比，它编程简单，易于掌握，连线简单。图 1.2PLC 工作
6、原理图1.3 控制要求1某一生产线的末端有一台三级皮带运输机，分别由 M1、M2、M3 三台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。2手动时，为了便于调试，每一台电机都可以单独启动，按停止按钮都可以停下。3.要有必要的短路、过载、连锁保护。1.4 设计任务1.列出 PLC 控制 I/O 口（输入/输出）元件地址分配表；2.画出 PLC 输入/输出接线图和接触器的主电路原理图。3.尽量做到经济、合理、合用、减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多基于 PLC 的运输机控制系统设计4的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。 2 硬件设计辽宁工程技术
7、大学课程设计52.1 PLC 选型与接线2.1.1 PLC 的组成结构PLC 的一般结构如下图所示，由图可见主要有 6 个部分组成，包括 CPU（中央处理器） 、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O 扩展接口。图 2.1 PLC 结构图FX2N 系列 PLC 是三菱公司高性能小型机的代表作，系统最大 I/O 点数为 128 点，配置扩展单元后可达 256 点。FX2 系列基本执行指令的速度 0.48s/步，用户程序存储器的容量可扩展至 8K 步。 FX2N 系列 PLC 在我国应用比较广泛。FX2n 系列是 FX 系列 PLC家族中最先进的系列。由于 FX2n 系列具备如下特点：最大范围
8、的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。在所有的 FX2NPLC 中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。通过对 PLC 的工作原理及性能的了解，并结合设计要求，设计中选择了 FX2N 系列的小型 PLC。分析要求，可以确定需要 15 个输入点，手动工作时，分别为 M1,M2,M3 启动
9、按钮，基于 PLC 的运输机控制系统设计6停止按钮，通常用于系统的检测维护；一个急停按钮；自动工作时，传感器开与关时的两个不同信号输入以及停止按钮；三个热继电器动断触电，控制故障电动机。因为有三台皮带机，故需要三个输出点。又为了便于日后的功能增加等因素，选择了 48 点的基本输入输出单元，因为输出的是 220V 的交流电，为了增加它的耐用性，采用了可控硅输出。综上所述，设计中最终选择了 FX2N-48MS 的 PLC，这种 PLC 技术成熟，性能好，故障少，价格低廉，对于本项目又留有一定的余量，可以为以后改进留下余地。辽宁工程技术大学课程设计72.1.2 I/O 口分配PLC 的 I/O 元件
10、地址分配功能描述 动作器件 I/O 地址急停 SB1 X0手动 X1工作方式自动选择开关 SAX2M1启动 SB2 X10M1停止 SB3 X11M2启动 SB4 X12M2停止 SB5 X13M3启动 SB6 X14手动M3停止 SB7 X15传感器 ST 开 X20压力传感器传感器 ST 关 X21自动停止 SB8 X22皮带1故障 FR1 X31皮带2故障 FR2 X32皮带3故障 FR3 X33皮带机1开 KM1 Y0皮带机2开 KM2 Y1皮带机3开 KM3 Y2图 2.2 I/O 地址分配2.1.3 PLC 的 I/O 外部接线图基于 PLC 的运输机控制系统设计8图 2.3 外部
11、接线图2.2 皮带电机的选型及其外部接线2.1.1 Y2 系列异步电机 本次设计中的电机采用普通的三项异步电动机，因为本系统中没有对电机的什么特别要求，因此选用普通的三相异步电机，本设计中选用 Y2 型异步电机。Y2 系列电动机是我国 20 世纪 90 年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式笼型电动机，包括基本设计系列（Y2 系列）和提高效率设计系列（Y2E系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品 20 世纪 90 年代的水平，是用以替代 Y 系列的更新换代产品，从 90 年代末期起我国已开始实现由 Y 系列向 Y2 系列过渡 Y2 系列电动机是我国 20
12、 世纪 90 年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式笼型电动机，包括基本设计系列（Y2 系列）和提高效率设计系列（Y2E 系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品 20 世纪 90 年代的水平，是用以替代 Y 系列的更新换代产品，从 90 年代末期起我国已开始实现由 Y 系列向 Y2系列过渡。Y2 系列电动机额定电压为 380V，额定频率为 50Hz。功率 3kwt 以下为 Y 接法，其辽宁工程技术大学课程设计9他功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过 1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过 40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度
13、为 90%；同时该月月平均最低温度不高于 25。Y2 系列电动机采用 F 级绝缘等级，但温升仍按 B 级绝缘考核（除机座为 315 部分及355 部分规格外） ，故电动机的温升裕度较大。防护等级提高到 IP54，机座用平行垂直分布的散热筋，接线盒置于电动机机座的上方，以方便接线。Y2 系列电动机在 Y 系列电动机的基础上改进了电磁和结构设计，降低了电机的噪声及振动，节约了材料，并使电动机结构更合理，外形新颖、美观。Y2 系列电动机（除个别延伸的机座和规格外）的功率等级与安装尺寸的对应关系与 Y 系列电动机完全相同，有利于 Y2 系列电动机逐步取代 Y系列电动机。Y2E 系列电机是为了提高电动机
14、效率而设计的系列产品，其满载效率比 Y2系列提高 1.79%，主要适用于运行时间长，负载率较高的各种机械设备上。Y2 系列电机的安装尺寸和功率等级符合 IEC 标准，与德国 DIN42673 标准一致，也与Y 系列电机一样，其外壳防护等级为 IP54，冷却方法为 IC41l，连续工作制（S1） 。采用F 级绝缘，温升按 B 级考核(除 315L2-2、4，355 全部规格按 F 级考核外)，并要求考核负载噪声指标。Y2 系列电动机是 Y 系列电机的更新换代产品，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。其整体水平已达到国外同类产品九十年代初的水平。该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水
15、泵、风机、压缩机，也可适用于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。Y2 系列电动机有两种设计，一种是适用于一般机械配套和出口需要，在轻载时有较高效率，在实际运行中有较佳节能效果，且具有较高堵转转矩，此设计称为 Y2-Y 系列。中心高 63355mm，功率从 0.12315kW。电动机符合 JB/T8680.1-1998 Y2 系列(1P54)三相异步电动机（机座号 63355）技术条件。型号含义：如 Y2-200L1-2Y：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计， “200”表示中心高， “L”表示机座长短号， “1”表示铁心长度序号， “2”表示极数， “Y”表示
16、第一种设计（可省略） 。 第 2 种设计是满载时有较高效率，更适用于长期运行和负载率较高的使用场合，如水泵、风机配套，此设计称为 Y2-E 系列，中心高 80280mm，功率从 0.5590kW。电动机符合 JB/T8680.2-1998 Y2 系列(1P54)三相异步电动机（机座号 80280）技术条件。 型号含义：如 Y2-200L2-6E：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计， “200”表示中基于 PLC 的运输机控制系统设计10心高， “L”表示机座长短号， “2”表示铁心长度序号， “6”表示极数， “E”表示第二种设计。Y2 系列电动机机座外轮廓呈四方形兼圆形，散热片呈垂直，水平
17、平行分布，全部采用铸铁结构。另外 H63112 还兼有铝合金压铸结构。本系列电动机采用浅端盖结构，增加了内部加强筋的数量和尺寸，全部采用铸铁结构，另外 H63112 还兼有铝合金压铸结构。为方便用户使用和检修，H180 及以上增设了不停机的注油装置。接线盒防护等级为IP55。为了减轻电机重量，H63280 接线盒用铝合金压铸(也可用铸铁件)，H315355使用铸铁件。且盒内设有专用的接地装置，H160 及以上机座考虑有热保护装置的安装位置，电源进线孔采用双孔进线，并有两种密封结构：一种为加密封盖，另一种为锁紧密封。接线盒一般位于机座顶部，并可以四面出线，另外 H80355 铸铁机座的接线盒还可
18、以位于机座侧面。2.1.2 主回路电机的外部接线图 辽宁工程技术大学课程设计11本次设计因为有三级皮带机，故需要三个电机来拖动，当然需要有一些短路、过载等保护，继电器、空开的选型后面后详细介绍，具体的主电路接线图如下：图 2.4 主回路电机外部接线图2.3 皮带运输机结构皮带运输机具有结构简单，操作连续平稳，运输量较大的特点，又因各部分摩擦阻力小，动力消耗也低，运输距离不受限制。皮带输送机由头部、中部和尾部组成。头部由头辊及支撑架组成；中部由支撑架、限位辊、张紧辊等组成；尾部由尾辊、支撑架及调节装置组成。其设计紧凑合理，自动化程度高，内部结构复杂，安装精度高。(1)输送带带式运输机使用的运输带
19、有橡胶带、塑料带、钢带等。橡胶带工艺简单、生产率高、成本低、质量好，工作环境温度在-10+40；塑料输送带具有耐油、酸、碱等特点；金属带结构工艺比较复杂，价格较高。这里选择橡胶带作为输送带。(2)托辊托辊是带式输送机输送带及货载的支撑装置，托辊随输送带的运行而运转，以减小输送机的运行阻力，要求结构合理，经久耐用，回转阻力系数小，密封可靠。基于 PLC 的运输机控制系统设计12(3)头架头架用来安装驱动滚筒和改向滚筒，其侧面与驱动装置架组装在一起。头架有平行输送机头架及槽形输送机头架两种。前者不能安装卸料斗及护罩，供输送成件物品时选用，后者可以安装卸料斗及护罩。这里选用槽形输送机头架。(4)拉紧
20、装置在各种具有挠性牵引构件的构件的输送机中，必须装有拉紧装置，拉紧装置使输送机具有足够的初张力，保证输送带与驱动滚筒之间所必须的摩擦力，补偿牵引构件在工作过程中的伸长，保证输送机正常平稳地运行。(5)电动滚筒根据不同的使用条件和工作要求，带式输送机的驱动方式， ，可分为单电机驱动、多电机驱动、单滚筒驱动，双滚筒驱动几种。本设计采用的电动滚筒，是将电动机和减速器装入驱动滚筒内。2.4 传感器的选择力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它
21、具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是 A/D 转换和 CPU ）显示或执行机构。
22、因为本系统中的传感器只是检测有无重物，精度灵敏度要求并不是很高，故采用经济实用的压阻式压力传感器。2.5 其他硬件选型辽宁工程技术大学课程设计132.5.1 接触器选用 CJ29-10/16 型接触器其中“C”表示接触器， “J”表示交流，20 为设计编号，10/16 为主触头额定电流相关元件主要技术参数及原理如下：(1)操作频率为 1200/h(2)机电寿命为 1000 万次(3)主触头额定电流为 10/16（A）(4)额定电压为 380/220（V）(5)功率为 2.5KW2.5.2 热继电器选用 JR16B-60/3D 型热继电器其中“J”表示继电器， “D”带断相保护相关元件主要技术参
23、数及原理如下：（1） 额定电流为 20A（2） 热元件额定电流为 32/42.5.3 空气开关市面上的空气开关多种多样，以“DZ10-100/330 Ie=60A ”来说明各个参数的含义所在：DZ“自动”的反拼音10设计序号100是它的壳架等级3表示极数即三相3脱扣形式（0无脱扣器，1热脱扣器式，2电磁脱扣器式，3复式）0有无辅助触头（0无辅助触头，2有辅助触头）Ie=60A过电流调节 额定电流。要点：基于 PLC 的运输机控制系统设计141、空气开关额定电压大于等于线路额定电压2、空气开关额定电流和过电流脱扣器的额定电流大于等于线路计算负荷电流。通过比较认识，以及对实际系统中的要求分析，本系
24、统中选用“DZ10-100/330 Ie=20A”的空气开关。3 软件设计辽宁工程技术大学课程设计153.1 控制要求（1）某一生产线的末端有一台三级皮带运输机，分别由 M1、M2、M3三台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。（2）手动时，为了便于调试，每一台电机都可以单独启动，按停止按钮都可以停下。（3）自动控制时，有料进皮带后，通过检测传感器让皮带运行，M1M2M3的顺序启动，间隔均为5秒，若无料进入皮带，通过安装在一号皮带机上的传感器，30秒钟后让皮带机按 M3M2M1的顺序停止否则继续运行，如此循环往复；当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其上面的皮带机立即停止，而其下的皮带机则待料运
25、完后才停止，即仍为顺序停止。（4）为防止在自动运行时传感器误动作，要求按下保护按钮(即后文中的 SA2按钮)后，系统才处于待运行状态，否则传感器不动作。（5）为保证意外发生时的安全，还要有急停按钮，当急停按钮按下时所有电机立即停止运行。（6）要有必要的短路、过载、连锁保护。3.2 程序的实现在3.2.4PLC 外部接线的分析过程中已经列出了 PLC 的 I/O 分配表，外了使程序的过程更为明了，采用子程序跳转的方式将程序分为三大块，即公共程序，手动和自动子程序。一、公共程序：在该程序中输入点 X1执行调用手动子程序 P0,输入点 X2执行调用手动子程序 P1。图 3.1 公共程序基于 PLC
26、的运输机控制系统设计16二、手动程序：手动程序相对比较简单，一般采用经验设计法进行设计，手动控制子程序见下图，手动按钮 X10X15,分别控制 M1 M2 M3电机的启动和停止。图 3.2 手动程序三、自动程序：自动程序相对比较复杂，对于顺序控制系统一般采用顺序控制设计法，其流程图如下：辽宁工程技术大学课程设计17图 3.3 顺序功能图对于顺序控制可用多种方法进行编写，本系统的梯形图程序采用截图形式如下：基于 PLC 的运输机控制系统设计18程序运行如下：传感器检测到物料，X20 接通，Y0 启动并保持，定时器 T0 定时，5 秒后，T0 接辽宁工程技术大学课程设计19通，Y1 启动并保持，定
27、时器 T1 定时开始，5 秒后，T1 接通，Y2 启动并保持；传感器检测无物料时，X21 接通，辅助继电器 M3 启动，T4 开始定时，30 秒后，辅助继电器 M1 启动，Y2 复位，定时器 T2 开始定时，5 秒后，Y1 复位，M2 辅助继电器启动，T3 开始定时，5 秒后，Y0 复位；扫描过程中，若 X0 接通，三个电机均复位；X31 接通，三个电机均复位，X32 接通，Y2、Y1 复位，5 秒后 Y0 复位，X33 接通，Y2 复位，5 秒后 Y1 复位，5 秒后 Y0 复位；X20 接通时，逆序停止。5 结论通过本次基于三菱 FX2N 型号 PLC 控制全自动传送带的系统设计,实现了传
28、送带系统基于 PLC 的运输机控制系统设计20的自动运行、检测和装载功能,提高了传送带的性能与效率。在实际生产中,可应用于产品的流水加工和装箱的生产过程,提高了生产效率,防止了产品的堆积和人工的辅助加工。若在此基础上继续改进,可以实现对传送带全自动化以及调速控制,使其能应用到更广阔的领域中,从而提高生产效率，为企业和社会创造更多的价值。通过 PLC 程序的控制使得装配的工作过程更加的安全可靠，使得自动装配技术应用得到更好推广和发展。同时利用 PLC 程序的控制能够大大的节约人员劳动力，从而使的装配运输行业向现代化迈进了一步。传送带输送机的多元化功能选择及其广泛的应用，已逐渐成为工农业生产不可缺少的设备。辽宁工程技术大学课程设计21参考文献1 吴中俊、黄永红. 可编程序控制器原理及应用. 机械工业出版社.2009,042 廖常初. 可编程控制器应用技术. 重庆大学出版社.20043 三菱电机FX2N. 编程手册.20104 胡晓明.电气控制及PLC. 机械工业出版社.20065 史建成、孙毅. 三菱FLC/Q 系列应用技术. 机械工业出版社. 20066 陈在平、赵向宾. 可编程序控制器技术应用系统设计. 机械工业出社.20027 韩常. PLC 编程及应用. 机械工业出版社. 20058 吴旗. 传感器及其应用. 电子工业出版社. 2010
