1、0 页 /共 17 页毕业设计题 目 皮带运输机电气控制系统设计 毕业设计类别 产品设计类方案设计类工艺设计类学生姓名 黄喜 学 号 201309050012 系 （部） 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 2013 级大专机电 指导教师 谭双华 职 称 副 高 完成时间 2017 年 5 月 01 日1 页 /共 17 页目 录摘要.前言.一、 皮带运输机的研究和设计 .3 (一)、设计的内容 (二)、设计的要求(三)、设计内容要求 .3二丶 皮带运输机的 PLC 控制系统组成 .4(一)、 基本原理 .4(二)、 概述 .4(三)、 三相异步电动机的选择 .4(四)、 变频器 .5(五
2、)、 PLC 控制器 .8(六)、 其余部件 .9三、 皮带运输机的 PLC 控制系统软件设计 .8(一)、 控制系统软件的功能 .10(二)、 控制系统的主要指标 .9(三)、 PLC 程序设计 (四)、 1PLC 编程器 .10(五)、 MELSEC-F 体会心得 .10致谢信 .11参考文献 .122 页 /共 17 页摘 要PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备应该
3、按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能原则针对中小型皮带运输机的控制系统采用继电器控制存在可靠性差、劳动力强度大、生产效率低的问题，开发一种基于 PLC 的皮带运输机控制装置。本控制系统选用 CPM2A系列 PLC 作为控制器。在硬件电路设计中，完成 PLC 选型及外部低压电器的选用，设计了硬件接线图，提出了接线要求，使之具有控制和保护作用。在软件设计中，给出了程序流程图，并设计出梯形图程序。将硬件和软件有机结合，使控制系统运行可靠，打到预期的设计目的。关键词：皮带运输机 PLC 集中控制前言冶金、煤矿、化工、机械、钢铁、建材、食品等工业生产中，需要广泛使用皮带运输机，它为企业的生产
4、承担了绝大多数散料运输任务。可编程控制器(PLC)是以微处理器技术为基础，综合计算机技术和自动化技术发展起来的一种新型工业控制器，广泛应用于工业生产的各个领域。由于PLC采用的控制系统或设备具有可靠性高,控制易于实现，系统设计灵括， 能在实验室进行现场模拟调试，编程简单，安装方便，较好的抗干扰能力,被誉为当代工业生产自动化的支柱之一，正在得到越来越广泛的应用。利用 PLC 可以使皮带运输机的传动系统逐渐实现了全自动控制状态，并且使皮带运输机具有完善的控制特性及简易的操作、基本免维护的工作量，达到一种经济、安全、可靠且运行效率高的状况, 其独特的易于使用性、可靠性和灵活性越来越受到广大工程技术人
5、员的青睐。对于港口、厂区广泛使用的皮带运输机，应用 PLC 控制，可以使皮带机生产线的控制更加灵活、可靠。通过 PLC 进行控制 提高了企业生产的效率，为工业生产的进行节省了大量的人力、物力、财力3 页 /共 17 页一丶皮带运输机的研究和设计用途：皮带输送机是依靠摩擦传动来实现物料输送的运输设备。适用于输送松散密度为 0.5-2.5t/m3 的各种粒状、粉状等散体物料，也可以输送成件物品。工作环境温度为-25-60，普通输送带适用的物料温度不应该超过 80。技术参数：带 宽: 300 mm头尾滚筒中心距：60400 mm带 速： 0.3m/s输送带型号：EP-150输送带规格长度：1000X
6、3(3+1.5)X128m（含硫化长度 0.9m）输送能力：205m3/h物料密度：0.6 t/m3倾 角：0电机功率：5.5kW结构：皮带运输机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。工作原理：系统启动后，电机转动带动滚筒转动，滚筒转动带动皮带运动运输物料，托辊承载输送带及上面输送的物料；到头时，物料落到下一环节，皮带有滚筒牵引改向循环。故障排除：1、输送带打滑：输送带张力小或驱动滚筒表面粘有物料导致的。应旋紧张紧螺杆，增大张力。清理驱动滚筒并加大清扫力度。2、输送带在两端跑偏：原因是滚筒装配位置偏斜，应拉紧跑偏一侧的张紧装置的螺杆调整改向滚筒位置
7、。通过调整轴承座调整传动滚筒的位置。3、输送带在中部跑偏：原因是托辊安装位置不正。应检查各托辊安装位置是否与输送带垂直，否则松开安装螺栓调整托辊位置。调整完毕后旋紧各螺栓。（一）、设计的内容本设计是以 PLC 软件及硬件相结合设计出的皮带运输机电器控制系统，达到了自动化、安全、高效生产的目的。图一：某原料皮带运输机示意图4 页 /共 17 页图 1 皮带运输机 1.如图 1，本设计是一台两级皮带运输机，分别由 M1、M2二台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。2.手动时，按下启动按钮，要求按 5s 的时间间隔，并按 M1、M2 的顺序启动；按下停止按钮按，5s 的时间间隔，并按 M2、M1
8、的顺序停止3.自动控制时，要求按下启动按钮，按 5s 时间间隔顺序启动，经 10s 后，按 5s的时间间隔顺序停止，完成了一个工作循环。经 5s 后自动重复上述工作循环。如在某一时刻，按下停止按钮，必须完成了一个工作循环后停止。 4.要有必要的短路、过载、连锁保护和急停按钮。（二）、设计的内容要求 （1）必须具备各种电路的设计及电路保护（2）必须具备 I/O 表及 PLC 程序（3）必须具备元器件的选型（4）必须具备系统说明书2 皮带运输机的 PLC 控制系统的组成 2.1 基本原理 采用矿用防爆本质安全型交流变频器进行启动和调速控制，在皮带机运行过程中，通过安装在传送带上的转速传感器测定皮带
9、运输机的转速，再反馈到 PLC，经过程序运行处理后，再提供指令通断信号给变频器，调节电机工作的电源电压和频率。当出现扰动时，转速传感器将信号传送到 PLC，再进行程序运行对其进行调节，从而达到稳定运行。2.2 概述从图 2.1 可看出，当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，采用的是和 PLC 配合使用。变频器利用内部继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件(如晶体管)与PLC 连接。PLC 作为整个系统的“大脑”，负责接收外部信号(主令控制器、变频器、转速传感器、限位等)，经过程序运行处理后，再提供指令通断信号(正转、反转、档数等)给变频器和其它动作单元，由变频器控制电机的转向、速度(频率
10、)。整个系统接线见图 2.3。5 页 /共 17 页图 2.1 系统结构示意图2.2.1 三相异步电动机的选择为生产机械的电力拖动系统选用电动机，主要内容包括确定电动机的种类、电动机的型号、电动机的额定电压、额定转速和额定功率等。选择电动机的基本原则如下：（1）电动机在工作过程中，其额定功率应得到充分利用。要求温升接近但不超过规定的允许数值。 （2）电动机应满足生产机械需要的有关机械特性的要求。保证一定负载下的转速稳定，有一定的转速范围及具有良好的启动和制动性能。 （3）电动机的结构型式应满足设计提出的安装要求和适应周围的工作环境。例如防止灰尘进入电动机内部，或者防止绕组绝缘受气体腐蚀等。 电
11、力拖动系统应用电动机来拖动生产机械工作的，由于生产机械种类繁多，工艺要求不一，作为驱动电机的电动机分类也很多。按电流种类分，有直流电动机和交流电动机，交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种。为了合理选用电动机的种类，应同时考虑两个方面的问题：一是电动机的性能，例如机械特性、启动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求，具体从以下几个方面考虑： （1）电动机的机械特性； （2）电动机的启动性能；（3）电动机的调速性能；（4）电动机的电源； （5）电动机的经济性；最后着重强调的是综合的观点：一方面是以上的内容在选择电动机时必须都考虑到都能得到满足；另
12、一方面能满足以上条件的电动机可能不是一种类型，还应综合其他情况，例如节能、货源、技术情况等。 综上所述，经过综合考虑本系统采用 YBSS-220 型电机，是隔爆型三相异步电动机。6 页 /共 17 页2.2.2 变频器1. 构成包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的优劣。控制电路的主要作用是完成对逆变器开关控制、对整流器的电压控制以及完成各种保护功能。2.变频器容量的选用变频器容量的选用由很多因素决定，例如电动机的容量、电动机的额定电流、电动机加速时间等，其中，最主要的是电动机的额定电流。驱动一台电动
13、机时。对于连续运转的变频器必须同时满足下列三项计算公式，即满足负载输出（kVA） cosPkPCMM 满足电动机容量（kVA） 3103PkUICMEE 满足电动机电流（A） IkICME 式中 CMP变频器容量，单位为 kVA；P负载要求的电动机轴输出功率，单位为 kW； EU电动机7 页 /共 17 页额定电压，单位为 V； EI电动机额定电流，单位为A； 电动机效率（通常为 0.85）； cos 电动机的功率因数（通常为 0.75）； k电流波形补偿系数。 k 是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而是含有高次谐波的成分，其中电流应有所增加。对于 PWM 控制方式的
14、变频器，k 约为1.051.1。本系统采用安川 CIMRG5A4011 型变频器。 安川 CIMRG5A4011 型变频器，控制和保护功能相当丰富，配有参数设置面板，可读写各种参数，显示屏可监视变频器的运行状况，并能实现 PID 控制、DWELL 控制、节能控制、转矩限定、转差补偿控制、高速滑差制动、防止失速、瞬停电故障处理后平衡恢复、错误诊断等一系列功能。变频器的控制模式有无 PG VF 控制、带 PG vF 控制、无 PG 矢量控制 1、带 PG 矢量控制、无 PG 矢量控制 2 共 5 种控制模式。变频器运行指令共有数字操作器、控制回路端子、MEMOBUS 通信、选择卡 4种模式。此变频
15、器调速范围宽，精度高，无级变速，高效率，高可靠性，保护功能完善，故障率低，特别适用于起重机械的电机控制。 G5 系列的变频器，运用 16 段的频率指令和一个点动频率指令，可以切换最多 17段速的速度。根据皮带运输机的运行需要，在变频器输入端功能中，运用多段速指令 13 及点动频率选择四个功能，实现 6 段速(零位+ 四档+点动)运行。端子多功能接点(指令)输入和组合如表 2 所示。其外部端子见图 2.3（变频器部分）。8 页 /共 17 页2.2.3 PLC 控制器1.PLC 概述 可编程程序控制器(Programable controller )因为早期主要应用于开关量的控制，因此也称为 P
16、LC(Programable Logic controller )即是可编程逻辑控制器。现代的可编程控制器是以微处理器为基础，高度集成的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。 PLC 自问世以来，经过 20 年的发展，己经成为最受欢迎的工业控制类产品。它之所以高速发展，除了工业自动化的客观需求外，还有许多独特的优点。它较好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 2. 典型的 PLC 控制功能有以下几点: （1）顺序控制；（2）过程控制；（3）数据处理；（4）通信联网和显示打印。3. PLC 的基本组成与各部分的作用PLC 的类型繁多，功能和指令
17、系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 PLC 的硬件系统结构如图 2.4 所示：9 页 /共 17 页（1）.主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU 是 PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作
18、编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。（2）输入/输出（I/O）接口、I/O 接口是 PLC 与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O 接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O 点数即输入 /输出端子数是 PLC 的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。 （3）电源 图中电源是指为 CPU
19、、存储器、I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。 （4）编程器 编程器是 PLC 的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监视 PLC 的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将 PLC 与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。（5）输入/输出扩展单元 I/O 扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。 （6）外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。本系统采用三菱 FX2N 一 128MR 一 001 型 PLC。 三菱 FX2N 一 128MR 一 001 型 PLC 将一体式 PLC 和模块式 PLC 的优点巧妙而完美的结合在一起，不仅方便了系统的扩展，而且与用户的实际需求也更为贴近，丰富的指令集，较好的调试和故障诊断功能，便捷的通讯，严格的口令保护，灵活的中断处理，高速计数等多项功能的组合，更使其无论在独立运行中或是连成网络皆能实现复杂控制功能，以满足用户的多种需求。外部端子接线见图 2.3(可编程控制器部分)
