《输送带的PLC控制系统设计与调试毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《输送带的PLC控制系统设计与调试毕业设计.doc（15页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
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成为现代工业自动化
2、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、网络化、信息化的方向发展。我们的生活环境越来
3、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,尽管时间不长,但发展迅速。为了使其生产和发展标准
4、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。” 以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿,第二稿,并在198
5、7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
6、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,
7、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
8、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
9、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
10、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,
11、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 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,
12、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
13、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
14、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 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
15、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、
16、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
17、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,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
18、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、
19、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 SB3 ?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
20、 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KM1 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
21、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 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
22、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 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
23、 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
24、绍了系统的状态转换示意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
