1、学 号： 200901050227 HEBEI UNITED UNIVERSITY 毕业设计说明书 GRADUATE DESIGN 设计题目： 对辊式破碎机控制系统设计 学生姓名： 刘文杰 专业班级 ： 09 电气 2 班 学 院： 电气工程学院 指导教师： 王海群 副教授 2013 年 05 月 29 日 摘要 I 摘 要 本说明书介绍了国内破碎机的发展现状及其存在的问题，同时介绍了可编程控制器 PLC 的工作原理及其编程软件 STEP7 的使用方法，另外说明书还介绍了西门子 MM440 变频器的使用。本设计是一种基 于 PLC-300 程序的全自动对辊式破碎机控制系统，本设计包括硬件设计、
2、软件设计两部分。 本说明书第 6 章 介绍了对辊式破碎机的硬件设计，硬件设计包括了对辊式破碎机的工艺、控制过程、硬件选择和硬件的接线。其中重点介绍了对辊式破碎机的控制过程及其硬件接线，并且配有系统控制原理图跟 PLC 硬件接线图各一套。 本说明书第 7 章是 对辊式破碎机的软件设计部分，软件设计包括了系统程序流程、 PLC 的输入输出 I/O 分配、系统程序的编程。程序编程部分介绍了 PLC编程软件 STEP7 的安装和系统程序的编程过程 。本章配有系统程序流程图、 I/O符号表。程序梯形图 3 套。 关键词 对辊式破碎机； PLC-300；西门子 MM440 变频器Abstract -II-
3、 Abstract The manual describes the development of the domestic status quo Crusher and its problems, at the same time introduced the PLC programmable controller and its working principle STEP7 programming software to use, and specification also describes the use of Siemens frequency converter MM440.
4、The design is a process based on the PLC-300 automatic oppositely rolling roller crusher control system, the design includes hardware design, software design in two parts. Chapter 5 of this manual describes the oppositely rolling roller crusher hardware design, hardware design, including the roller
5、crusher technology, process control, hardware selection and wiring hardware. Which focuses on the oppositely rolling roller crusher control wiring process and its hardware, and system control with schematic wiring diagram with the set of hardware. Chapter 6 of this manual is oppositely rolling rolle
6、r crusher part of software design, software design processes including the system procedures, PLC input and output I / O allocation, the system programming. Programming the PLC section describes the installation of STEP7 programming software and systems programming process. Procedures in this chapte
7、r with a system flow chart, I / O symbol table. 3 sets of procedures ladder. Keywords oppositely rolling roller crusher； PLC-300； Siemens MM440 Inverter 目录 -III- 目 录 摘 要 . I Abstract.II 第 1 章 绪论 . 1 第 2 章 国产破碎机的背景 . 2 2.1 国产破碎机的发展 . 2 2.2 国产破碎机所存在的问题 . 2 2.3 破碎机的发展趋势 . 3 2.4 实现自动化 . 3 第 3 章 可编程控制器 P
8、LC 原理及选型 . 5 3.1 PLC 发展历程 . 5 3.2 PLC 的应用现状 . 5 3.3 PLC 控制系统的发展前景 . 6 3.4 可编程序控制器 PLC 的分类 . 6 3.5 PLC 的选型方法 . 8 3.5.1 PLC 电源的选择 . 8 3.5.2 输入输出（ I/O）点数的估算 . 9 3.5.3 输入输出模块的选择 . 9 3.5.4 存储器容量的估算 . 9 3.5.5 存储器的选择 . 9 第 4 章 西门子 STEP7 软件介绍 . 10 4.1 西门子 STEP7 的概述 . 10 4.2 STEP7 的构成组件 . 10 4.3 STEP7 各程序块的功
9、能 . 11 第 5 章 MM440 变频器 . 14 5.1 MM440 通用型变频器概述 . 14 5.2 MM440 变频器的安装与接线 . 14 5.3 MM440 变频器开关量输入功能 . 15 5.4 MM440 变频器的多段速选择功能 . 16 5.5 MM440 变频器的停车跟制动 . 17 第 6 章 对辊式破碎机的硬件设计 . 18 6.1 对辊式破碎机简介 . 18 6.2 对辊式破碎机的主要结构 . 18 6.3 对辊式破碎机的控制要求 . 18 目录 -IV- 6.4 对辊式破碎机的控制过程 . 19 6.4.1 对辊式破碎机的控制模式 . 19 6.4.2 PLC
10、现场控制箱的指示按钮 . 19 6.4.3 对辊式破碎机的控制原理图 . 19 6.5 硬件选择说明 . 23 6.5.1 主电路电动机选择 . 23 6.5.2 油泵电机选择 . 23 6.5.3 电流互感器选择 . 24 6.5.4 电流变送器选择 . 24 6.5.5 断路器选择 . 24 6.5.6 热过载继电器选择 . 25 6.5.7 中间继电器选择 . 25 6.5.8 变频器的选择 . 25 6.6 PLC 硬件选择 . 25 6.6.1 PLC 电源 选择 . 25 6.6.2 CPU 选择 . 26 6.6.3 数字量输入模块选择与接线 . 26 6.6.4 数字量输出模块
11、选择与接线 . 26 6.6.5 模拟量输入模块选择与接线 . 27 第 7 章 对辊式破碎机控制系统软件设计 . 29 7.1 对辊式破碎机控制系统的程序流程 . 29 7.2 I/O 符号表 . 30 7.3 编辑系统程序 . 32 7.3.1 创建新项目 . 32 7.3.2 设计 PLC 硬件组态 . 35 7.3.3 编辑符号表 . 36 7.3.4 编写系统的程序 . 37 7.4 对辊式破碎机控制系统的程序梯形图 . 38 结论 . 48 参考文献 . 49 谢辞 . 50 第 1 章 绪论 -1- 第 1 章 绪论 随着我国煤炭、矿山、建筑等行业规模的不断发展，破碎机呈现出种类
12、、数目不断增多，机型不断丰富的局面。随着各行业对破碎机产品质量要求的不断提高，对破碎机技术提出了更高的要求，特别是对辊式破碎机提出了更新更高的要求。在当前各种多功能全自动破碎机逐渐进入各企业的情况下，人们有必要对国产破碎机的应用现状及发展作进一步研究。 对辊式破碎机适用于在水泥，化工，电力，冶金，建材，耐火材料等工业部门破碎中等硬度的物料，如石灰石， 炉渣 ，焦炭，煤等物料的中碎，细碎作业。对辊式破碎机两路齿辊由油泵润滑，物料进入破碎机后 靠辊子的挤轧和磨剪力进行破碎，其结构简单、紧凑、轻便、工作可靠、 破碎能力大。对辊式破碎机齿形优化设计，拉剪力选择破碎，高效低耗，出粒均匀 ，将其应用在大块
13、物料破碎至小块物料，是其他破碎机所望尘莫及的。 本课题将选用西门子的 S7-300 PLC 程序，根据控制要求设计出对辊式破碎机的控制系统。本控制系统应该有硬件设计和软件设计两部分。河北联合大学电气工程学院 -2- 第 2 章 国产破碎机的背景 2.1 国产破碎机的发展 1.在质量 方面，由于破碎机是机械中较为复杂的机械，它包罗了机、电、气、光和其它技术于一体，而目前国内破碎机制造厂无论是产品的最初设计水平，还是后来的加工与装配水平，都与国外同行有着十几年的差距，无法生产出真正有竞争力的产品。 2.在适应性方面，国产自动破碎机的功能比较单一，适应面也比较窄，对待装破碎机的形状与体积等均有较严格
14、的规定，一般只适用于一二种破碎机，而国内同一破碎机生产企业所生产的破碎机规格各不相同，产量也不同，这就给相关工作带来一定的困难。而国外破碎机生产厂商特别注重这方面的问题，他们所生产的设备功能更加灵 活多变，适用范围也更广。 3.在运行可靠性方面，进口自动也要高出国产一截，部分国产破碎机的故障率较高。因此，许多破碎机生产企业不得不购买多台国产自动，以防因维修机器而影响正常生产。 4.在工作效率方面，由于国产破碎机的运行速度大多在中低档水平，且自动化程度一般，其生产效率自然不如以生产高档产品著称的国外同类产品，这样就等于无形中增加了企业的成本，降低了企业的利润，造成了极大的浪费。总之，目前国产破碎
15、机存在着适应物种类单一、纸盒尺寸的变化范围小、生产速度普遍停留在中低速水平等不完善之处。 2.2 国产破碎机 所存在的问题 1.破碎机的研制是一个复杂的系统工程，需要有雄厚的技术力量、精密的生产工艺等多方面的要求，而目前我国在这方面的投入甚少，行业中的产品生产与基础研究经费的投入比例严重失调，生产厂家只顾眼前利益，不愿投入资金进行基础研究。可以说，破碎机的研发力量薄弱与经费严重不足造成其技术含量低下，无法与国外同类产品竞争，且只能靠低价维持其市场竞争力，无法长期占领市场的现状。 2.在行业中，破碎机低水平重复太多，应变能力不强，国内的大部分生产厂商规模都很小，且大多生产同种类型的设备，在市场上
16、进行低价恶性竞争，而一旦遇上市场要求变动，又无法及时转型，从而极易被市场所淘汰。 第 2 章 国产破碎机的背景 -3- 2.3 破碎机的发展趋势 人机工程学属于一种综合性的边缘学科，现已广泛地应用于产品设计中，使产品设计更注重人的因素，它的最终目的是达到“人 产品 环境”的和谐统一。那么破碎机设备作为一种为了降低人的劳动强度的产品来说更应该考虑人的因素，且应该将这种观念贯穿于机械设计的每一个细节，如操作台面的高低、操作程序的合理化、操作界面的视觉效果（视疲劳的产生程度）、操作的安全性、维修的方便性、调整的方便性等。制料厂家由于各种因素对破碎机更新换代比较频繁，那么 一种型号的设备就不能只用于一
17、种产品的。由于不同破碎机的态、特性，即使工艺相同，也会涉及到模具不同、加料方式不同等问题。 现今市场上的破碎机设备兼容性较小，适用也不广泛，一般为一对一的，既使可以包不同的破碎机，更换模具也不是很方便。如果把工序相同或类似的机械做成一种或几种标准设备，需要更换的部位做成能独立运行的基本单元体，通过接口相连实现和主机的连机，使其和主机成为一个共同体（类似积木的形式，可以根据要求进行组合），在实际应用中根据自己的需要对基本单元体进行自行组合就行了。如果能实现这种设计，既方便操作者更换 模具，又可以极大的减少浪费，同时增大了机器的灵活性和适用性。 2.4 实现自动化 自动化已成为一种必然的趋势，而且
18、我们也正朝着这个方向努力。但现在的自动化只能说是相对的，要实现真正的自动化我们的路还很长，会碰到诸如检测、自动调整等一系列问题。对形态各异、物理特性各不相同的破碎机在检测过程中所碰到的问题会更多，而检测之后数据的传输和处理，对控制系统的要求也不会就停。 留在当前的程度上。这需要电子行业和行业的共同努力，需要医料机械能够将新的电子技术及时的应用到实践中来，需要两个行业的共同探索。 有些制料机械企 业已经开始用伺服电机控制代替传统的传动系统，这种替代就是对传统框框的一种改革和突破。用伺服系统控制的传动系统即可以通过程序的编写来控制整个动作的同步问题，又可以消除传统传动系统容易形成积累误差的缺点，在
19、调试的过程还可以对每个动作单独控制，也节省了调试所形成的浪费。在自动化的设计中我们强调“模块化”设计，将相关动作分解开来，由系统独立控制，并可方便地实现整体控制，实际上是增加了机械运行和调节的灵活性，提高了自动化。在对医疗机械进行自动化上，我们对自动化定义越来越广，越来越河北联合大学电气工程学院 -4- 细，研究的也越来越深，从一种机械自动化 上升到整个车间的自动化，从的一部分工序到整个过程，整条生产线及整个车间的设计将成为一种必然的趋势。整体自动化车间的设计，实际上是对破碎机提供一套完整的解决方案，是对自动化一种全新的飞跃，随着这种趋势的发展，工业也会加入其中，发挥它强大的功能。 从绿色设计
20、的角度看待机械，我们需要改进的地方还很多。泡罩采用的无边冲裁，就是成功的典型一例，它既是破碎机厂家的节约之举，也是社会资源的节约，同时还减少了环境污染。刚刚修订过的固体环境污染防治法草案 ,草案的实施对过度问题提出了具体的限制，虽然仍不完善，但这说明国家已 经将所引起的环境问题提到日程上来了。据统计，垃圾已经占到生活垃圾的 30%，而这些垃圾绝大部分都是过度。顺着这个思路思考一下医料机械的整体状况，就会发现我们距离“绿色”有多远。我们应当遵守这样一条原则：减少一切可以避免的，一切废品都是浪费，都可能对环境造成污染。在这条原则的下，我们可以从结构、工艺组合及原材料等方面来考虑我们的机械。 第 3
21、 章 可编程控制器 PLC 原理及选型 -5- 第 3 章 可编程控制器 PLC 原理及选型 3.1 PLC 发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系 进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（ PC）。 个人计算机（简称 PC）发展起来后，为
22、了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（ PLC） 。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。 PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。 3.2 PLC
23、 的应用现状 自 20 世纪 60 年代中期以来 PLC 产品在电力 、冶金、化工等行业发挥了重大作用 , 尤其近 20 年来计算机和信息技术的飞速发展 , 不断成倍扩大的功能和成倍降低的价格 , 使 PLC、通讯联网技术、过程控制软件都获得了长足进步 , 也使 PLC 的广泛应用成为可能。下面通过两组数据 (引自工控网 ) 说明 PLC 的应用现状。 PLC 在冶金行业的市场将持续增加 2003 年中国的工业出现了快速增长 , 工业产值同比增长在 12% 以上 , 而且中国的最大钢铁出口对象 美国在 2003 年下半年取消了钢铁附加税 , 中国钢材对其出口也将迅速回升。这些有利因素刺激了中国冶金行业的投资 。据调查 , 中国冶金行业对设备的投资同比增长接近50%。冶金设备的大量增长带动了 PLC 在该行业的增长 , 2003 年 PLC 在冶金行业的市场达到 216 亿元 , 2004 年有望达到 3 亿元。
