基于组态软件的多级皮带机plc控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于组态软件的多级皮带机plc控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

组态画面标题、 启动运行方式选择 :在按钮部分 可 组态每个画面中显示的固定按钮。 在现场部分可组态当前监控的各机构的具体情况。 3 系统 硬件设计 皮带输送机 工作原理 皮带输 送机又称胶带输送机， 也 称 带式输送机 (belt conveyer)。 通用带式输送机由输送带、 托辊 、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。 目前输送带除了橡胶带外，还有其他材料的输送带 (如 PVC、 PU、特氟龙、尼龙带等 )。 带式输送机由驱动装置拉紧输送带 ,中部构架和托辊组成输送带作为牵引和承载构件，借以连续输送散碎物料或成件品 ， 是一种以摩擦驱动方式连续 运输物料的机械。 应用它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。 它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送 ， 与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。 所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中 ， 可以单机输送，也可多机组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料。 另外带式输送机 具有输送距离长、运量大、连续输送 、 结构简单、维修方便、成本低、通用性强 、 运行可靠，易于实现自动化和集中化控制等优点 ，现已被 广泛地应用在冶金 、煤炭、交通、水电、化工等部门。 基于组态软件的多级皮带机 PLC 控制系统设计 8 多级皮带机系统双向启动控制原理 在矿山胶带运输系统中，其连锁控制大都采用“逆流启动”的方式。 即从料流的终端开始，逆料流方向依次启动每台胶带运输机，首端胶带运输机最后启动。 如果参加连锁的胶带机数量较多，则系统的启动时间有时长达几十分钟，此时设备空运转，造成机械磨损和能源损耗。 为了解决这个问题，长期以来，人们一直探求“顺流启动”的控制方式。 即从料流的始 端开始，根据料流情况，顺料流方向，依次启动每台胶带运输机。 但是，从胶带运输工艺的特点可知，当“紧急停车” (如事故停车 )后，由于胶带上载满物料，重新启动时必须改为“逆料流启动”。 这就是说，一个“顺流启动”控制系统必须具备“顺流启动”和“逆流启动”两种控制程序，而且这两种控制程序可根据需要随时转换，以满足工艺要求。 由于胶带运输机绝大部分采用继电器控制系统，其控制程序随其硬件接线一次性施工而固化，从运行管理角度讲，要想随心所欲地改变控制程序是不可能的。 但是， PLC 具有“可编程序”的功能，使得“顺流启动”这一难题迎 刃而解。 “顺流启动”的控制原理 本设计以四级皮带输送机为例来说明多级皮带机双向启动系统的控制原理。 四级皮带运输系统的工艺流程如图 3 所示。 图中 Bl、 B B B4......Bn，分别表示胶带机代号，箭头表示料流方向。 “顺流启动”的控制工艺流程如图 3所示。 （ 1）先启动 B1，并同时给料。 当物料随胶带运转而到达距转载点一定距离时，由程序启动 B2，如果 B2因其它原因拒启动或启动失败， B1必须在物料到达转载点之前停车。 B 1 * L 1 A 1 * L 1B 3 * L 3 A 3 * L 30 1 B 1N 1 M 10 2N 2M 2A 2 * L 2B 2 * L 20 3N 3M 3 B 2 B 3 B 4 B n 料 流 方 向 图 3 多机皮带机工艺 流程图 （ 2）系统处于正常运行中，如果其中一台胶带机突然停机，逆料流方向，其上部胶带机应立即停车，其下部胶带机可继续运行。 （ 3）系统正常停机的程序是按料流方向依次延时停机，以保证停机后胶带机空载。 （ 4）系统有载运行时突然停机后，再次启动时，必须转为“逆料流启动”程序，以保证转载点不发生“堵漏”。 综上所述，“顺流启动”控制方式的关键是相邻胶带之间的关系。 现以图 3中的 B2基于组态软件的多级皮带机 PLC 控制系统设计 9 为例，详细分析 Bl、 B2 和 B3之间各个参数的相互联系与制约关系。 在正常情况下，系统开车前，所有皮带都是停止的，首先启动 Bl，并开始下料。 当物料从 O1 到达 Nl时，命令 B2 启动，当物料到达 Ml时，如果 B2 启动不成功， Bl 应立即停机。 如成功，则系统继续运转。 同理，当物料到达 N2 时，启动 B3，到达 M2 时，根据 B3 的 启动情况决定系统停机或运行。 根据上述，为量化物理过程，有必要引入 两个定义。 启动信号 ： “顺流启动”的关键是“料来了才启动”。 因此，必须取一个代表“料流”的信号作为动信号。 如图 3 所示， B2的启动信号 (脉冲 )是物料到达 N1 时发出的。 为突出问题的实质，把这段时间 (TQBZ)称为 B2 的“启动信号”。 其值按下式计算。 TQB2=A Ll/V1 (1) 式中 L1 为 Bl 的长度。 V1 为 Bl 的运行速度。 A 为系数，取值 一。 由图 3 可知， TQB2 的意义是物料从 O1 点到达 M1 点的时间。 也就是说，在物料到达 M1 点 (而不是 N1 点 )时， B2 就开始启动。 显然，这一信号比真正的料流信号超前一段时间，使 B2有足够的启动时间，从而保证系统运行的可靠性。 运行信号 ： 从上述的控制原则 (2)可知，在系统启动运行后， B2 的运行受 B3 的制约，即 B3 停， B2 随之停。 因此， B2 的控制程序中要有一个 B3 运行状态的信号。 或者说，只 有 B3 启动并能正常运行，才允许 B2 继续运行。 但是，在“顺流启动”方式中，要求 B2 先于 B3 启动运行。 很显然 B2与 B3 在“启动”与“运行”两种工作状态下，其控制原则恰是相反的。 如图 3 所示，物料从 O2 到达 O3 这段时间内， B2 的运行不受 B3制约，可以运行。 因此，在这段时间内发出一个信号允许 B2 运行。 为突出问题的实质，把时间参数称作“允许运行信号”。 为了保证系统运行的可靠性，把物料从 O2到达 M2的这段时间 (TYB2)作为 B2 的“准许运行信号”。 其值按下式计算。 TYB2=B L2/V2 (2) 式中 L2 为 B2 的长度。 V2 为 B2 的速度。 B 为系数，取值 一。 (1)、 (2)式中 A 必须小于 B。 另外 A、 B 应从胶带机的长度、运行速度及电机启动时间 等参数统筹考虑，以保证系统运行的可靠性 [6]。 设备 选择 （ 1） PLC 机型 与容量 的选择 PLC 机型选择的基本原则是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。 通常做法是，在工艺过程比较固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结构的 PLC；其它情况则最好选用模块式结构的 PLC；对于开 关量控制以及以开关量控制为主、带少量仿真量控制的工程项目，一般其控制速度无须考虑， 常 选用带 A/D 转换、 D/A 转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求，如西 门子 公司 S7200 系列或 欧 姆 龙 公司 CPM1A 系列。 本设计选用整体式结构， 欧 姆 龙基于组态软件的多级皮带机 PLC 控制系统设计 10 公司 CPM1A 系列 PLC。 PLC 容量包括 两方 面：一是 I/O 点数 ；二是用 户内 存容量（字 数 ） [7]。 PLC 容量的选择 除了 满 足控制要求外 ，还应留有适当 的裕量，以做 备 用。 I/0 点数 也 应留有适当 的裕量。 由于目前 I/O 点数较 多的 PLC 价格也 较 高，若 备 用的 I/O 点数 太多，反而使成本增加。 根据被控 对 象的 输 入信 号 和 输 出信 号 的 总点数 ，并考 虑 到今后的 调整和扩 充，通常 I/O 点数 按 实际 需要的 10%15%考虑备用量。 本次 设计中，实验室提供的 CPU 型号为CPM1ACDR20A，它有 20 个 I/O 点数， 实际应用 只需要 10 个输入点和 8个输出点共 18个 I/O 点数，剩下的 I/O 点数就可以作为裕量使用。 （ 2） 其他设备选择 根据控制要求 ， 本设计 使用 OMRON CXProgrammer 软件进行 PLC 编程，选用CPM1ACDR20A 可编程控制器 对多机皮带机控制系统进行控制，同时 用 一台 计算机 作为上位机 和 组态软件 相结合， 实现对 多机皮带机 控制系统 的监控 和管理，最后通过 PLC 可编程控制器模拟 实验 箱 对控制系统运行 结果进行模拟显示。 控制系统 主电路的设计 主电路的设计对于本次设计 多级皮带机双向启动控制系统的设计相当重要 ,只有在主电路设计正确且简便的基础上 ,系统控制电路及软件设计才能精简方便。 根据系统的控制工艺要求， 本设计以四级皮带机为例 ， 设计的电气控制系统主回路原理图如图 4所示。 L 0L 1L 2F U 1 Q S K M 1 K M 2K M 3K M 4F R 1 F R 2 F R 3 F R 4M 1 M 2 M 3 M 4P E 图 4 系统主回路原理图 图中 M1， M2， M3， M4 为三四台皮带传 输 送电动 机，交流接触器 KM1KM4 通过控制四台电动机的运行来控制四个皮带输送机，从而进行对物料传输。 FR1， FR2， FR3， FR4为起过载保护作用的热继电器，用于物料传输过程中当皮带传输机过载时断开主电路。 基于组态软件的多级皮带机 PLC 控制系统设计 11 FU1 为熔断器 ，起过电流保护作用。 其他电动阀门在本设计的其他地方再做详细介绍。 PLC 开 关量及外部接线的设计 （ 1） 该系统占用 PLC 的 20 个 I/O 口， 10 个输入点， 8个输出点，具体的 I/O 分配见 表 1所示。 表 1 多机皮带机双向启动控制系统 I/O 地址表 输入 通道 地址DIZHI 输出 通道 地址 急停按钮 00000 皮带机 1 开 01000 系统启动按钮 00001 皮带机 2 开 01001 顺流启动 00002 皮带机 3 开 01002 逆流启动 00003 皮带机 4 开 01003 物料检测 1 00004 一级皮带机故障显示 01004 物料检测 2 00005 一级皮带机故障显示 01005 一级皮带机故障 00006 一级皮带机故障显示 01006 二级皮带机故障 00007 一级皮带机故障显示 01007 三级皮带机故障 00008 四级皮带机故障 00009 （ 2） 本设计的 PLC 外部接线图如图 5 所示。 0 0 0 0 10 0 0 0 00 0 0 0 20 0 0 0 70 0 0 0 80 0 0 0 90 0 0 0 60 0 0 0 40 0 0 0 50 0 0 0 3++C O M 0 1 0 0 2 0 1 0 0 3 0 1 0 0 40 1 0 0 50 1 0 0 6 0 1 0 0 7 0 1 0 0 8C O M 0 1 0 0 1 KKKKC P M 1 A 2 0 C D R A 一 级 皮 带 机 故 障 S B 6 二 级 皮 带 机 故 障 S B 7 三 级 皮 带 机 故 障 S B 8 四 级 皮 带 机 故 障 S B 9 逆 流 启 动 S B 3 顺 流 启 动 S B 2 系 统 启 动 按 钮 S B 1 急 停 按 钮 S B 02 4 V物 料 检 测 1 S B 4物 料 检 测 2 S B 5皮 带 机 1 故 障 显 示皮 带 机 2 故 障 显 示皮 带 机 3 故 障 显 示皮 带 机 4 故 障 显 示A C2 2 0 VRCCRCRCR 图 5 PLC 外部接线图 基于组态软件的多级皮带机 PLC 控制系统设计 12 图中 CPM1A20CDRAPLC 的 输入端 电源 为 24V(DC)， 输出 端电源为交流 220V。 另外，由于 PLC 输出端接 的是 继电器感性负载， 所以， 为了抑制线路断开时电感负载产生的感应高电压对 PLC 输出电路产生破坏，在负载两端并联 了 保护电路 [8]， 可 抑制高电压的产生。 对于 交流负载， 常 在感性负载两端并联 RC 吸收线路。 一般取 R:、 100～ 120Ω ；C：。 4 系统软件设计 PLC 程序设计 系统功能的分析与设计 PLC 软件功能的分析与设计实际上是 PLC 控制系统的功能分析与设计中的一个重要组成部分。 对于控制系统的整体功能要求，可以通过硬件途径、软件途径或者软硬件结合途径来实现。 因此，在正式编写程序之前，首先要站在控制系统的整体角度上，进行系统功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通过软件的执行来实现的，即明确应用软件所必须具备的功能。 对于一个实用软件，大体上可以从以下两个方面来考虑。 （ 1）控制功能 （ 2）自诊断功能 作为 PLC 控制系统，其最基本的要求就是如何通过 PLC对被控对象实现人们所希望的控制，所以对于以上两。