基于組態(tài)軟件的多級(jí)皮帶機(jī)plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 組態(tài)畫(huà)面標(biāo)題、 啟動(dòng)運(yùn)行方式選擇 :在按鈕部分 可 組態(tài)每個(gè)畫(huà)面中顯示的固定按鈕 。在現(xiàn)場(chǎng)部分可組態(tài)當(dāng)前監(jiān)控的各機(jī)構(gòu)的具體情況。 3 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 皮帶輸送機(jī) 工作原理 皮帶輸 送機(jī)又稱(chēng)膠帶輸送機(jī)， 也 稱(chēng) 帶式輸送機(jī) (belt conveyer)。通用帶式輸送機(jī)由輸送帶、 托輥 、滾筒及驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、張緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。 目前輸送帶除了橡膠帶外，還有其他材料的輸送帶 (如 PVC、 PU、特氟龍、尼龍帶等 )。 帶式輸送機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置拉緊輸送帶 ,中部構(gòu)架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構(gòu)件，借以連續(xù)輸送散碎物料或成件品 ， 是一種以摩擦驅(qū)動(dòng)方式連續(xù) 運(yùn)輸物料的機(jī)械。應(yīng)用它可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點(diǎn)到最終的卸料點(diǎn)間形成一種物料的輸送流程。它既可以進(jìn)行碎散物料的輸送，也可以進(jìn)行成件物品的輸送 ， 與各工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)流程中的工藝過(guò)程的要求相配合，形成有節(jié)奏的流水作業(yè)運(yùn)輸線。所以帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化的各種工業(yè)企業(yè)中 ， 可以單機(jī)輸送，也可多機(jī)組合成水平或傾斜的運(yùn)輸系統(tǒng)來(lái)輸送物料 。 另外帶式輸送機(jī) 具有輸送距離長(zhǎng)、運(yùn)量大、連續(xù)輸送 、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、成本低、通用性強(qiáng) 、 運(yùn)行可靠，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和集中化控制等優(yōu)點(diǎn) ，現(xiàn)已被 廣泛地應(yīng)用在冶金 、煤炭、交通、水電、化工等部門(mén) 。 基于組態(tài)軟件的多級(jí)皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 多級(jí)皮帶機(jī)系統(tǒng)雙向啟動(dòng)控制原理 在礦山膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)中，其連鎖控制大都采用“逆流啟動(dòng)”的方式。即從料流的終端開(kāi)始，逆料流方向依次啟動(dòng)每臺(tái)膠帶運(yùn)輸機(jī)，首端膠帶運(yùn)輸機(jī)最后啟動(dòng)。如果參加連鎖的膠帶機(jī)數(shù)量較多，則系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾十分鐘，此時(shí)設(shè)備空運(yùn)轉(zhuǎn)，造成機(jī)械磨損和能源損耗。為了解決這個(gè)問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直探求“順流啟動(dòng)”的控制方式。即從料流的始 端開(kāi)始，根據(jù)料流情況，順料流方向，依次啟動(dòng)每臺(tái)膠帶運(yùn)輸機(jī)。但是，從膠帶運(yùn)輸工藝的特點(diǎn)可知，當(dāng)“緊急停車(chē)” (如事故停車(chē) )后，由于膠帶上載滿物料，重新啟動(dòng)時(shí)必須改為“逆料流啟動(dòng)”。這就是說(shuō)，一個(gè)“順流啟動(dòng)”控制系統(tǒng)必須具備“順流啟動(dòng)”和“逆流啟動(dòng)”兩種控制程序，而且這兩種控制程序可根據(jù)需要隨時(shí)轉(zhuǎn)換，以滿足工藝要求。由于膠帶運(yùn)輸機(jī)絕大部分采用繼電器控制系統(tǒng)，其控制程序隨其硬件接線一次性施工而固化，從運(yùn)行管理角度講，要想隨心所欲地改變控制程序是不可能的。但是， PLC 具有“可編程序”的功能，使得“順流啟動(dòng)”這一難題迎 刃而解。 “順流啟動(dòng)”的控制原理 本設(shè)計(jì)以四級(jí)皮帶輸送機(jī)為例來(lái)說(shuō)明多級(jí)皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)系統(tǒng)的控制原理。四級(jí)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的工藝流程如圖 3 所示。圖中 Bl、 B B B4......Bn，分別表示膠帶機(jī)代號(hào)，箭頭表示料流方向。“順流啟動(dòng)”的控制工藝流程如圖 3所示 。 （ 1）先啟動(dòng) B1，并同時(shí)給料。當(dāng)物料隨膠帶運(yùn)轉(zhuǎn)而到達(dá)距轉(zhuǎn)載點(diǎn)一定距離時(shí)，由程序啟動(dòng) B2，如果 B2因其它原因拒啟動(dòng)或啟動(dòng)失敗， B1必須在物料到達(dá)轉(zhuǎn)載點(diǎn)之前停車(chē)。 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 圖 3 多機(jī)皮帶機(jī)工藝 流程圖 （ 2）系統(tǒng)處于正常運(yùn)行中，如果其中一臺(tái)膠帶機(jī)突然停機(jī)，逆料流方向，其上部膠帶機(jī)應(yīng)立即停車(chē)，其下部膠帶機(jī)可繼續(xù)運(yùn)行。 （ 3）系統(tǒng)正常停機(jī)的程序是按料流方向依次延時(shí)停機(jī)，以保證停機(jī)后膠帶機(jī)空載。 （ 4）系統(tǒng)有載運(yùn)行時(shí)突然停機(jī)后，再次啟動(dòng)時(shí)，必須轉(zhuǎn)為“逆料流啟動(dòng)”程序，以保證轉(zhuǎn)載點(diǎn)不發(fā)生“堵漏”。 綜上所述，“順流啟動(dòng)”控制方式的關(guān)鍵是相鄰膠帶之間的關(guān)系。現(xiàn)以圖 3中的 B2基于組態(tài)軟件的多級(jí)皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 為例，詳細(xì)分析 Bl、 B2 和 B3之間各個(gè)參數(shù)的相互聯(lián)系與制約關(guān)系。在正常情況下，系統(tǒng)開(kāi)車(chē)前，所有皮帶都是停止的，首先啟動(dòng) Bl，并開(kāi)始下料。 當(dāng)物料從 O1 到達(dá) Nl時(shí)，命令 B2 啟動(dòng)，當(dāng)物料到達(dá) Ml時(shí)，如果 B2 啟動(dòng)不成功， Bl 應(yīng)立即停機(jī)。如成功，則系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)物料到達(dá) N2 時(shí)，啟動(dòng) B3，到達(dá) M2 時(shí)，根據(jù) B3 的 啟動(dòng)情況決定系統(tǒng)停機(jī)或運(yùn)行。根據(jù)上述，為量化物理過(guò)程，有必要引入 兩個(gè)定義。 啟動(dòng)信號(hào) ： “順流啟動(dòng)”的關(guān)鍵是“料來(lái)了才啟動(dòng)”。因此，必須取一個(gè)代表“料流”的信號(hào)作為動(dòng)信號(hào)。如圖 3 所示， B2的啟動(dòng)信號(hào) (脈沖 )是物料到達(dá) N1 時(shí)發(fā)出的。為突出問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，把這段時(shí)間 (TQBZ)稱(chēng)為 B2 的“啟動(dòng)信號(hào)”。其值按下式計(jì)算 。 TQB2=A Ll/V1 (1) 式中 L1 為 Bl 的長(zhǎng)度 。V1 為 Bl 的運(yùn)行速度 。A 為系數(shù)，取值 一 。由圖 3 可知， TQB2 的意義是物料從 O1 點(diǎn)到達(dá) M1 點(diǎn)的時(shí)間。也就是說(shuō)，在物料到達(dá) M1 點(diǎn) (而不是 N1 點(diǎn) )時(shí)， B2 就開(kāi)始啟動(dòng)。顯然，這一信號(hào)比真正的料流信號(hào)超前一段時(shí)間，使 B2有足夠的啟動(dòng)時(shí)間，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 運(yùn)行信號(hào) ： 從上述的控制原則 (2)可知，在系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行后， B2 的運(yùn)行受 B3 的制約，即 B3 停， B2 隨之停。因此， B2 的控制程序中要有一個(gè) B3 運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)。或者說(shuō)，只 有 B3 啟動(dòng)并能正常運(yùn)行，才允許 B2 繼續(xù)運(yùn)行。但是，在“順流啟動(dòng)”方式中，要求 B2 先于 B3 啟動(dòng)運(yùn)行。很顯然 B2與 B3 在“啟動(dòng)”與“運(yùn)行”兩種工作狀態(tài)下，其控制原則恰是相反的。 如圖 3 所示，物料從 O2 到達(dá) O3 這段時(shí)間內(nèi)， B2 的運(yùn)行不受 B3制約，可以運(yùn)行。因此，在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)出一個(gè)信號(hào)允許 B2 運(yùn)行。為突出問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，把時(shí)間參數(shù)稱(chēng)作“允許運(yùn)行信號(hào)”。為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，把物料從 O2到達(dá) M2的這段時(shí)間 (TYB2)作為 B2 的“準(zhǔn)許運(yùn)行信號(hào)”。其值按下式計(jì)算 。 TYB2=B L2/V2 (2) 式中 L2 為 B2 的長(zhǎng)度 。V2 為 B2 的速度 。B 為系數(shù)，取值 一 。 (1)、 (2)式中 A 必須小于 B。另外 A、 B 應(yīng)從膠帶機(jī)的長(zhǎng)度、運(yùn)行速度及電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間 等參數(shù)統(tǒng)籌考慮，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性 [6]。 設(shè)備 選擇 （ 1） PLC 機(jī)型 與容量 的選擇 PLC 機(jī)型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護(hù)使用最方便以及性能價(jià)格比最優(yōu)的機(jī)型。通常做法是，在工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好的場(chǎng)合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC；對(duì)于開(kāi) 關(guān)量控制以及以開(kāi)關(guān)量控制為主、帶少量仿真量控制的工程項(xiàng)目，一般其控制速度無(wú)須考慮， 常 選用帶 A/D 轉(zhuǎn)換、 D/A 轉(zhuǎn)換、加減運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機(jī)就能滿足要求，如西 門(mén)子 公司 S7200 系列或 歐 姆 龍 公司 CPM1A 系列。本設(shè)計(jì)選用整體式結(jié)構(gòu)， 歐 姆 龍基于組態(tài)軟件的多級(jí)皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 公司 CPM1A 系列 PLC。 PLC 容量包括 兩方 面：一是 I/O 點(diǎn)數(shù) ；二是用 戶(hù)內(nèi) 存容量（字 數(shù) ） [7]。 PLC 容量的選擇 除了 滿 足控制要求外 ，還應(yīng)留有適當(dāng) 的裕量，以做 備 用。 I/0 點(diǎn)數(shù) 也 應(yīng)留有適當(dāng) 的裕量。由于目前 I/O 點(diǎn)數(shù)較 多的 PLC 價(jià)格也 較 高，若 備 用的 I/O 點(diǎn)數(shù) 太多，反而使成本增加。根據(jù)被控 對(duì) 象的 輸 入信 號(hào) 和 輸 出信 號(hào) 的 總點(diǎn)數(shù) ，并考 慮 到今后的 調(diào)整和擴(kuò) 充，通常 I/O 點(diǎn)數(shù) 按 實(shí)際 需要的 10%15%考慮備用量。本次 設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)室提供的 CPU 型號(hào)為CPM1ACDR20A，它有 20 個(gè) I/O 點(diǎn)數(shù)， 實(shí)際應(yīng)用 只需要 10 個(gè)輸入點(diǎn)和 8個(gè)輸出點(diǎn)共 18個(gè) I/O 點(diǎn)數(shù)，剩下的 I/O 點(diǎn)數(shù)就可以作為裕量使用。 （ 2） 其他設(shè)備選擇 根據(jù)控制要求 ， 本設(shè)計(jì) 使用 OMRON CXProgrammer 軟件進(jìn)行 PLC 編程，選用CPM1ACDR20A 可編程控制器 對(duì)多機(jī)皮帶機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，同時(shí) 用 一臺(tái) 計(jì)算機(jī) 作為上位機(jī) 和 組態(tài)軟件 相結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)對(duì) 多機(jī)皮帶機(jī) 控制系統(tǒng) 的監(jiān)控 和管理，最后通過(guò) PLC 可編程控制器模擬 實(shí)驗(yàn) 箱 對(duì)控制系統(tǒng)運(yùn)行 結(jié)果進(jìn)行模擬顯示。 控制系統(tǒng) 主電路的設(shè)計(jì) 主電路的設(shè)計(jì)對(duì)于本次設(shè)計(jì) 多級(jí)皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要 ,只有在主電路設(shè)計(jì)正確且簡(jiǎn)便的基礎(chǔ)上 ,系統(tǒng)控制電路及軟件設(shè)計(jì)才能精簡(jiǎn)方便。 根據(jù)系統(tǒng)的控制工藝要求， 本設(shè)計(jì)以四級(jí)皮帶機(jī)為例 ， 設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 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 圖 4 系統(tǒng)主回路原理圖 圖中 M1， M2， M3， M4 為三四臺(tái)皮帶傳 輸 送電動(dòng) 機(jī)，交流接觸器 KM1KM4 通過(guò)控制四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行來(lái)控制四個(gè)皮帶輸送機(jī)，從而進(jìn)行對(duì)物料傳輸。 FR1， FR2， FR3， FR4為起過(guò)載保護(hù)作用的熱繼電器，用于物料傳輸過(guò)程中當(dāng)皮帶傳輸機(jī)過(guò)載時(shí)斷開(kāi)主電路。基于組態(tài)軟件的多級(jí)皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 FU1 為熔斷器 ，起過(guò)電流保護(hù)作用。其他電動(dòng)閥門(mén)在本設(shè)計(jì)的其他地方再做詳細(xì)介紹。 PLC 開(kāi) 關(guān)量及外部接線的設(shè)計(jì) （ 1） 該系統(tǒng)占用 PLC 的 20 個(gè) I/O 口， 10 個(gè)輸入點(diǎn)， 8個(gè)輸出點(diǎn)，具體的 I/O 分配見(jiàn) 表 1所示。 表 1 多機(jī)皮帶機(jī)雙向啟動(dòng)控制系統(tǒng) I/O 地址表 輸入 通道 地址DIZHI 輸出 通道 地址 急停按鈕 00000 皮帶機(jī) 1 開(kāi) 01000 系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 00001 皮帶機(jī) 2 開(kāi) 01001 順流啟動(dòng) 00002 皮帶機(jī) 3 開(kāi) 01002 逆流啟動(dòng) 00003 皮帶機(jī) 4 開(kāi) 01003 物料檢測(cè) 1 00004 一級(jí)皮帶機(jī)故障顯示 01004 物料檢測(cè) 2 00005 一級(jí)皮帶機(jī)故障顯示 01005 一級(jí)皮帶機(jī)故障 00006 一級(jí)皮帶機(jī)故障顯示 01006 二級(jí)皮帶機(jī)故障 00007 一級(jí)皮帶機(jī)故障顯示 01007 三級(jí)皮帶機(jī)故障 00008 四級(jí)皮帶機(jī)故障 00009 （ 2） 本設(shè)計(jì)的 PLC 外部接線圖如圖 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 級(jí) 皮 帶 機(jī) 故 障 S B 6 二 級(jí) 皮 帶 機(jī) 故 障 S B 7 三 級(jí) 皮 帶 機(jī) 故 障 S B 8 四 級(jí) 皮 帶 機(jī) 故 障 S B 9 逆 流 啟 動(dòng) S B 3 順 流 啟 動(dòng) S B 2 系 統(tǒng) 啟 動(dòng) 按 鈕 S B 1 急 停 按 鈕 S B 02 4 V物 料 檢 測(cè) 1 S B 4物 料 檢 測(cè) 2 S B 5皮 帶 機(jī) 1 故 障 顯 示皮 帶 機(jī) 2 故 障 顯 示皮 帶 機(jī) 3 故 障 顯 示皮 帶 機(jī) 4 故 障 顯 示A C2 2 0 VRCCRCRCR 圖 5 PLC 外部接線圖 基于組態(tài)軟件的多級(jí)皮帶機(jī) PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖中 CPM1A20CDRAPLC 的 輸入端 電源 為 24V(DC)， 輸出 端電源為交流 220V。 另外，由于 PLC 輸出端接 的是 繼電器感性負(fù)載， 所以， 為了抑制線路斷開(kāi)時(shí)電感負(fù)載產(chǎn)生的感應(yīng)高電壓對(duì) PLC 輸出電路產(chǎn)生破壞，在負(fù)載兩端并聯(lián) 了 保護(hù)電路 [8]， 可 抑制高電壓的產(chǎn)生。 對(duì)于 交流負(fù)載， 常 在感性負(fù)載兩端并聯(lián) RC 吸收線路。 一般取 R:、 100～ 120Ω ；C： 。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PLC 程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能的分析與設(shè)計(jì) PLC 軟件功能的分析與設(shè)計(jì)實(shí)際上是 PLC 控制系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。對(duì)于控制系統(tǒng)的整體功能要求，可以通過(guò)硬件途徑、軟件途徑或者軟硬件結(jié)合途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在正式編寫(xiě)程序之前，首先要站在控制系統(tǒng)的整體角度上，進(jìn)行系統(tǒng)功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通過(guò)軟件的執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即明確應(yīng)用軟件所必須具備的功能。對(duì)于一個(gè)實(shí)用軟件，大體上可以從以下兩個(gè)方面來(lái)考慮 。 （ 1）控制功能 （ 2）自診斷功能 作為 PLC 控制系統(tǒng)，其最基本的要求就是如何通過(guò) PLC對(duì)被控對(duì)象實(shí)現(xiàn)人們所希望的控制，所以對(duì)于以上兩