皮带运输机PLC控制

任务及要求

１.设计要求

１）掌握ＰＬＣ的硬件系统配置和选用

２）掌握光电传感器＼变频器的工作原理

３）熟练掌握基本逻辑指令的应用

４）工作时间：每天工作８小时，每年３００天使用期限十年

５）检修间隔期：四年一次大修两年一次中修半年一次小修

２技术数据

项目运输带带轮受力Ｆ＼Ｎ带轮线速度Ｖｍ＼ｓ带轮直径运输零件长Ｘ宽Ｘ高

数据４００００.８３１５２５０Ｘ２５０Ｘ２００１）进行PLC控制的皮带运输机总体方案的设计和论证

２）绘制整机总体设计运动原理图方案图一张(A2图纸)

３）绘制系统的主电路图/PLC控制接线图（一张）

４）编写设计说明书一份设计任务

摘要

皮带式输送机具有输送量大、结构简单、维修方便、部件标准化等优点，广泛应用于机场、码头、车站等行业的货物进行短距离运输。皮带输送机主要由机架、输送皮带、皮带辊筒、张紧装置、传动装置等组成。能方便地实行程序化控制和自动化操作。

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。

本设计中采用PLC集中控制的方法，本设计中利用了PLC简单可视化的程序，采用了手动和自动控制的两种不同的控制方式。

关键词：皮带运输机 PLC可编程控制器

目录

第一章引言

第二章皮带运输机控制方案

2.1继电器控制

2.2 微机控制

2.3 PLC控制

2.4 方案确定 (5)

第三章皮带运输机硬件设计.................................

3.1 光电传感器工作原理

3.2 三相异步电动机

3.2.1 三相异步电动机的工作原理

3.2.2三相异步电动机调速的方法有几种各有什么特点？

a）变极对数调速方法

b) 变频调速的方式

3.3 变频器

3.3.1 变频器的工作原理

3.3.2变频器的功能与结构

a )变频器的功能

b )变频器的结构

3.3.3变频器的使用

3.4 计数器译码器七段数码显示器

a) 计数器

b )译码器

c ）七段数码显示器

３.4.、1 七段数码的概述

３．5 PLC的硬件系统配置和选用３.5.１概述

３.5.2 PLC的基本结构

3. 5. 3 中央处理单元

３．5.4 存储器

３.5.5 输入＼输出（Ｉ＼Ｏ）接口３.6.6 电源

３.5.7 ＰＬＣ的选用

第四章皮带运输机软件设计

4．1 皮带运输机的电动机流程控制图4，2 皮带运输机PLC控制梯形图

结论

谢辞

参考文献

第一章引言

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。

皮带输送机也叫带式输送机或胶带输送机，是组成有节奏的流水作业线所不可缺少的经济型物流输送设备。皮带机按其输送能力可分为重型皮带机,如矿用皮带输送机，轻型皮带机如用在电子塑料,食品轻工,化工医药等行业。皮带输送机具有输送能力强，输送距离远，结构简单易于维护，能方便地实行程序化控制和自动化操作。

本文针对系统的主令控制器、光电传感器、变频器、可编程控制器、三相异步电动机部分皮带运输机的运行进行了设计。实现了检测到物体在皮带运输机上自动运行，皮带运输机的速度调整，通过光电传感器的数据按照一定规律指示变频器进行控制三相异步电动机的转速发生变化。

第二章皮带运输机控制方案

皮带运输机的工作原理皮带输送机主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送带组成。带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒（传动滚筒）；另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。物料由喂料端喂入，落在转动的输送带上，依靠输送带摩擦带动运送袋卸料

控制方案有：继电器控制系统、微机控制方式、PLC控制方式

2.1继电器控制

控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护，系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。

2.2 微机控制

微机控制也具有软硬件结合实现功能的特点，而且目前的微机系统有专业的工控机适用于工业控制环境，一般维修人员难以掌握其维修技术，成本也较高。

2.3 PLC控制

由于它采用的是程序指令实现半导体电路来控制，运行十分稳定、可靠；由于它内部有特定的计数器，可实现对皮带运输机的步进控制，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学，调试与查错也都很方便。

2.4 方案确定

通过对多种设计方案的比较，决定选择ＰＬＣ可编程控制系统，相比于继电器系统，它性能可靠性高，接线很简单，系统不复杂，易于维护，性能先进，易于改造。和单片机系统相比，它编程简单，易于掌握，连线简单。工业控制计算机控制系统性能先进，但是价格昂贵，系统复杂，对于本系统而言实在是大材小用。综上所述，本次设计应选择PLC控制更好。

第三章皮带运输机硬件设计

.3。1 光电传感器的工作原理

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。

发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。

三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

3.2 三相异步电动机

3.2．1三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机转子之所以会旋转，实现能量的转换，是因为转子气隙内有一个极性和大小不变且以一定转速旋转的磁场。

3.2.2三相异步电动机的调速方法及特点

三相异步电动机转速公式为：

n=60f/p(1-s)

从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。

在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、串级调速以及应。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。

从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。

a ) 变极对数调速方法

这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：

具有较硬的机械特性，稳定性良好；

无转差损耗，效率高；

接线简单、控制方便、价格低；

有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；

可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。

b ) 变频调速方法

变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点：

效率高，调速过程中没有附加损耗；

应用范围广，可用于笼型异步电动机；

调速范围大，特性硬，精度高；

技术复杂，造价高，维护检修困难。

本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合

3.3变频器

3.3.1 变频器的工作原理

变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。我们选用的是欧姆龙的变频器。

3.3.2变频器的构成和功能

a) 变频器的构成

变频器的发展已经有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着如图所示的基本结构。

通用变频器的构成图

1.主电路

变频器的主电路主要由整流电路，直流中间电路和逆变电路三部分以及有关的辅助电路组成。下面我们将分别介绍这三部分电路。(1)整流电路

整流电路的主要作用是对电网的交流电源进行整流后给你、逆变电路控制提供所需要的直流电源。

(2)直流中间电路

虽然利用整流电路可以从电网的交流电源得到直流电压或直流电流，但是这种电压或电流含有频率6倍的电压纹波。为了保证逆变电路和控制电源能够得到较高质量的直流电流或电压，必须对整流电路的输出进行平滑，以减少电压或电流的波动，这就是直流中间电路的作用。而正因为如此，直流中间电路也被称为平滑电路。

（3）逆变电路

逆变电路是变频器最主要的部分之一。它的只要作用是在控制电路的控制下将直流中间电路输出的直流电压（电流）转换成具有所需频率的交流电压（电流）。逆变电路的输出即为变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。

2.控制电路

与主回路相对应，为主电路提供所需驱动信号的电路称为变频器的控制电路。控制电路的主要作用是根据事先确定的变频的控制方式产生进行V/F或电流控制是所需要的各种门极驱动信号或基本驱动信号。此外，变频器的控制电路还包括对电流，电压，电动机速度进行检测的信号检测电路，为变频器和电动机提供保护电路，对外接口电路和对数字操作盒的控制电路。

通用变频器的控制电路框图

b )变频器的功能

随着变频器技术的发展，变频器尤其是高性能通用型变频器的功能越来越丰富，这里主要介绍与频率设定有关的功能。

1.多级转速设定功能

多级转速设定功能是为了使电动机能够已预定的速度按一定的程序运行。用户可以通过对功能端子的组合选择记忆在内存中的频率指令。与用模拟信号设定输入频率相比，采用这种控制方式时可以达到对频率进行精确设定和避免嗓音影响的目的。此外，该功能还为和PLC进行连接提供了方便的条件。

2.频率上下限设定功能

频率上下限设定功能是为了限制电动机的转速，从而到达保护机械设备的目的而设置的。

3．禁止加减速功能

为了提高变频器的可操作性，在加减速过程中，可以通过外部信号，使频率的上升、下降在短时间暂时保持不变，如图所示。

变频保持功能图

4.加减速时间切换

加减速时间切换功能的作用是利用外部信号对变频器的加减速时间进行切换。该功能主要用于机械设备的紧急停止，用一台变频器控制两台不同用途的电动机，或在调速控加减速速率进行切换等用途。

3.３.３变频器的使用

本设计参数设定

３.４计数器译码器七段数码管显示器

ａ）我们选用同步十进制加法７４ＬＳ１６０计数器

ｂ）译码器

我们选用驱动共阳LED的是输出低电平有效的译码器.CT5447. Ｃ）七段数码管的显示

3.9 ＰＬＣ的硬件系统配置和选用

３.９.１概述

PLc的控制功能是通过执行程序实现的，而程序是用程序设计语言编制的。编制语言多种多样，不同的PLC型号，采用的表达方式也不尽相同。PLC最突出的优点之一就是采用“软”继电器（编程元件）代替“硬”继电器（实际元件），用软件编程逻辑代替传统的硬不线逻辑实现控制作用，而且PLC的编程语言面向被控制对象，面向操作者，易于熟悉继电器控制电路的电气技术人员理解和掌握。

３.９.２ＰＬＣ的基本结构

Plc主要由中央处理器单元（CPU）、输入单元、输出单元和编程装置组成，如图4.1所示。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊任务。

3.9.3 中央处理器单元（CPU）

一般小型PLC的CPU多采用单片机或专用CPU，大型PLC 多采用位片式结构。PLC的档次越高，CPU的位数也越多，系统处理的信息量越大，运算的速度也越快，指令功能越强。

３.９.4 存储器

系统程序存储器和用户程序存储器。系统存储器用于存放PLC 内部系统的管理程序。用户存储器用于存放用户编制的控制程序。

用户程序存储器的容量一般以字为单位，三菱公司的FX系列PLC 的用户程序存储器以步为单位（每步占2个字）。小型PLC的用户程序存贮器的容量一般是固定的，大中型PLC的用户存储器的容量可以由用户选择。

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３．９. 5输入/输出单元（I/O接口电路）

I/O单元是PLC与工业控制现场各类信号连接的接口部件，在模块式PLC中采用的是模块式I/O部件。

输入单元还具有信号的电隔离、滤波等作用。PLC用I/O单元将各种开关、按钮以及传感器等直接接到PLC输入端，也可以将各种执行机构（电磁阀、继电器、接触器、调节阀、调速器等）直接接到PLC 的输出端，它们可以是用直流、交流或高电压、低电压开关量信号驱动的机构，也可以是用模拟量驱动的机构。

３.９.6电源单元

供电电源一般为市电，也有24伏供电的。PLC对电源的稳定度要

求不高，一般允许电源电压额定值为（+10～-15）%的范围内波。３.９.7ＰＬＣ的选用

我们选用的ＦＸ２Ｎ——１６Ｍ型号的，输入有８个点，输出有８个点。

谢辞

经过几个月的查资料，整理材料，写作论文，今天终于可以顺利完成论文的最后的谢辞了，想想求学期间的点点滴滴历历涌上心头时光匆匆飞逝，三年的努力与付出，随着毕业论文的完成，让我在学校的生活，得以划下了完美的句号。

首先要感谢徐老师，因为论文是在徐老师的悉心指导下完成的，徐老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德。徐老师指导我的论文的写作方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，使我有了思考的方向，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给与我无尽的启迪。在此谨向徐老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。

同时，论文的顺利完成也离不开张老师，同学和朋友的关心和帮助提供有利于论文写作的建议和意见。

另外，要感谢学习期间所有传授我们知识的老师是你们的悉心教导使我有良好的专业课知识这也是论文得以完成的基础。

签自己名字

年月日

参考文献

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