1、基于PLC运输及控制系统的设计目录【摘要】.2【前言】.3【三菱可编程控制器介绍】.51.1FX2N系列PLC的结构特点.61.2FX2N系列PLC的基本组成.7 【FX2N系列可编程控制器内部元件及功能】.8 1.21输入继电器（X0）.81.22输出继电器(Y).81.23辅助继电器(M).81.24状态器（S）.91.25定时器（T）.91.26计数器（C）.101.27数据寄存器（D）.111设计目的.132设计思路.133设计过程.133.1PLC输入/输出端子接线图133.2程序设计.143.3皮带传输机控制原理.174系统调试与结果.18/4.1系统调试.184.2调试结果.18
2、5主要元器件与设备.196课程设计体会与建议.207参考文献.218附录.22 8.1指令语句表.22 8.2梯形图.24摘要皮带运输机是当代最为得力的输送设备之一,在整个输送机范畴中,它是应用最为广泛的一种设备,它的产生已有上百年的历史了,现以成为冶金、矿山、水泥、码头、化工、粮食等行业最主要的运输工具。早期皮带运输机由于其功率小、运距短、速度低,应用受到一定限制。现针对皮带运输机控制系统中存在的问题,把可编程序控制器和变频器应用于皮带运输机控制系统上,利用可编程控制器取代继电器进行控制皮带运输机的起动和停止。提高了系统的可靠性,系统的调速控制采用变频器进行变频调速,使调速性能更加稳定,保证
3、了可靠。输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续 输送机。输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路，输送线路一般是固定的。输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线带式输送机是输送能力最大的连续输送机械之一。其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便。它是运输成件货物与散装物料的理想工具，因此被广泛用于国民经济各部门。尤其在矿中规格最大。 关键字：变频器、可靠性、能耗低、污染少。前
4、言皮带运输机，是运用皮带的无极运动运输物料的机械。伴随着现代科技的发展，经济效益提高的要求，粮库中多采用带式运输机将一个粮库粮食运往另一个粮库。当距离过长时，多采用多台运输机接力运行。该系统可实现提高生产效率、降低事故率，减少故障处理时间、减少现场操作人员、提高经济效益。中国古代的高转筒车和提水的翻车，是现代斗式提升机和刮板输送 机的雏形；17世纪中，开始应用架空索道输送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的输送机相继出现。1868年，在英国出现了带式输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。此后，输送机受到机械
5、制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的输送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。1880年德国LMG公司设计了一台链斗挖掘机，其尾部带一条蒸气机驱动的带式输送机。1896年美国纽约颁布了鲁宾斯为带式输送机的发明人。2 0世纪30年代随着德国褐煤露天矿连续开采工艺的发展，带式输送机也随之得到迅速地发展，二次大战前德国褐煤露天矿已出现1.6m带宽的带式输送机。50年代开发出的钢绳芯输送带为带式输送机长距离化和大型化创造了条件。前西德为了摆脱石油危机带来的影响，开发了年产40005000万t的褐煤露
6、天矿，并在5060年代为日产10万方的斗轮挖掘机开发了配套的3.0m带宽的带式输送机，带速为6.8m/s。后经科研开发将带速提高到7.5m/s，使带宽从3.0m降至2.8m，但运量仍保持3.75万t/h。单条带式输送机的装机容量为62000kW，是当今运量最大的带式输送机。 70年代开始，西方各国推广斜井带式输送机。德国鲁尔区Hansel-Prosper煤矿使用了当今规格最大的斜井带式输送机，其带宽为1.4m，带速为5.5m/s,属输送带度强为st7500N/mm，整机传动功率为23100kW同步电机。电机转子直接固定在滚筒轴上，从而省去了减速器。同步机用交直交变频装置调速，起、制动过程非常平
7、稳，起动时间可达140s，制动时间达40s。输送带保证寿命达20年。该机上、下分支输送带都运送物料。向上运煤1800t/h，下分支向下运矸石1000t/h。提高高度达700余米。经过一百年的发展，带式输送机已成为一个庞大的家族，不再是常规的开式槽型或直线布置的带式输送机，而是针对生产需求设计出各种各样的特种带式输送机。例如，弯曲型、线摩擦型。大倾角型。可伸缩型。吊挂型、管式、吊挂管式、波纹挡边式、气垫式、压带式、钢丝绳牵引式和钢带式等带式输送机。它们各有自己的独特优点，适用于某些特殊场合。例如，管式和吊挂式输送机因其密封性好，适用于有环保要求或物料不应受外界环境影响的场合。波纹挡边带式输送机可
8、以做大倾角甚至垂直提升，因而在卸船和 竖井提升中得到应用。压带式大倾角带式输送机于50年代在下挖式斗轮挖掘机上广泛应用。倾角可达35，从而缩短斗轮臂架长度。目前国内外带式输送机正朝着长距离、高速度和大运量方向发展。单机运距已达30.4km，多机串联运距最长达208km，由17条带式输送机组成，最宽的带式输送机带宽为4m。最大运输能力已达到3.75万t/h，最高带速达到15m/s。单条带式输送机的装机功率达到62000kW。我国生产的带式输送机最大带宽已达到2m，带速已达到2 m/s，设计运输能力已达到5.2万t/h，最大运距为3.7km。带式输送机的运输能力和输送距离是所有其他输送设备无法比拟
9、的，因此世界各国都在不断地努力发展和完善带式输送机技术。努力的方向着重于：(1) 提高带速，它是提高输送能力和节省投资的有效途径。(2) 提高各部件的可靠性，也包括输送带的可靠性，往往一个部件的失灵会影响整机乃至整个系统的停顿。(3) 努力减少维护工作量或取消日常维护工作，因带式输送机分布在几百米甚至几千米的运输线路上，很难实现有效的维护保养工作。(4) 节能研究，带式输送机本身是输送机中耗能最省的，但在大型矿山、冶金、电力和专用港口等企业中带式输送机用量很大，成为企业中的一个耗能大部门，因而进一步的节能研究具有重要意义。例如，功率计算中的阻力确定，加大张力和托辊直径以及改进输送带结构与配方降
10、低在运行阻力中占最大比重的压陷阻力 (5) 西方一些国家为适应金属露天矿型化的需要，正努力解决输送机输送金属矿石及其围岩的问题，以求用带式输送机替代昂贵的汽车运输。(6) 对大中型带式输送机采用动态设计方法，通常采用的静态设计方法没有考虑输送带的粘弹性问题，因而输送机的起动与制动过程中会在输送带中产生冲击波，冲击波引起的输送带动张力要比正常运行的最大张力大10多倍，它直接关系着输送带的强度、接头强度、滚筒、传动装置和联接件的设计强度，然而研究可控的起动装置和制动装置来减小动张力便成为动态设计的根本所在。 三菱可编程控制器系列软件介绍GX Developer:三菱全系列PLC编程软件,支持梯形图
11、、指令表、SFC、ST及FB、Label语言编程，网络参数设定，可进行程序的在线更改、监控及调试，结构化程序的编写(分部编程)，可制作成标准化程序, 在其它同类系统中使用。GX Simulator:三菱PLC的仿真调试软件，支持三菱所有型号PLC(FX,AnU,QnA和Q系列)，模拟外部I/O信号，设定软件状态与数值。 GX Explorer:三菱全系列PLC维护工具,提供PLC维护必要的功能。类Windows操作，通过拖动进行程序的上传/下载，可以同时打开几个窗口监控多CPU系统的数据，配合GX RemoteService-I 使用因特网维护功能。 GX RemoteService I :三
12、菱全系列PLC远程访问工具，安装在服务器上，通过因特网/局域网连接PLC和客户。将PLC的状态发EMAIL给手机或计算机，可以通过因特网浏览器对软元件进行监控/测试。在客户机上，可使用GXExplorer软件通过因特网/局域网进入PLC。GX Configurator-CC:A系列专用，cclink单元的设定，监控工具。用于A 系列CC-Link主站模块的CC-Link网络参数设定,无需再编制顺控程序来设定参数，在软件图形输入屏幕中简单设定。可以监控, 测试和诊断CC-Link 站的状态 (主站/其它站) ，可以设置 AJ65BT-R2的缓存寄存器 。GX Configurator-AD:Q系
13、列专用，A/D转换单元的设定，监控工具。用于设置Q64AD、Q68ADV 和Q68ADI模数转换模块的初始化数据和自动刷新数据，不用编制顺控程序即可实现A/D模块的初始化功能。 GX Configurator-DA:Q系列专用，D/A转换单元的设定，监控工具。用于设置Q62DA、Q64DA、 Q68DAV和Q68DAI 数模转换模块的初始化及自动刷新数据。不用编制顺控程序即可实现D/A模块的初始化功能。GX Configurator-SC:Q系列专用，串行通信单元的设定，监控工具。用于设置串行通信模块QJ71C24(N)、QJ71C24(N)-R2(R4)的条件数据。不用顺控程序即可实现1.传
14、送控制，2.MC 协议通讯，3.无协议通讯，4.交互协议通讯，5.PLC 监视功能，6.调制解调器设置参数设定。 GX Configurator-CT:Q系列专用，高速计数器单元的设定，监控工具。用于设置QD62 、QD62E 或QD62D 高速计数模块的初始化数据和自动刷新数据，不用编制顺控程序即可实现初始化功能。 GXConfigurator-PT:Q系列专用，QD70单元的设定，监控工具。用来设定QD70P4 或QD70P8 定位模块的初始化数据。省去了用于初始化数据设定的顺控程序，便于检查设置状态和运行状态。GX Configurator-QP:Q系列专用，QD75P/DM用的定位单元
15、的设定，监控工具。可以对QD75进行各种参数、定位数据的设置、监视控制状态并执行运行测试。进行（离线）预设定位数据基础上的模拟和对调试和维护有用的监视功能，即以时序图形式表示定位模块I/O 信号、外部I/O 信号和缓冲存储器状态的采样监视。GX Configurator-TI:Q系列专用，温度输入器单元的设定，监控工具。用于设置Q64TD 或Q64RD 温度输入模块的初始化数据和自动刷新数据，不用编制顺控程序即可实现初始化功能。GX Configurator-TC:Q系列专用，温度调节器单元的设定，监控工具。用于设置Q64TCTT、Q64TCTTBW、 Q64TCRT 或Q64TCRTBW 温
16、度控制模块的初始化数据和自动刷新数据。GX Configurator-AS:Q系列专用，AS-I主控单元的设定，监控工具。用于设置AS-i主模块QJ71AS92自动读出/写入的通信数据、CPU软元件存储的自动刷新设置、配置数据的注册/EEPROM保存等的软件工具。GX Configurator-DP:MELSEC-PLC系列专用，Profibus-DP模块的设定，监控工具。用于设置Profibus-DP主站模块QJ71PB92D和A(1S)J71PB92D网络参数（包括主站参数设定、总线参数设定、从站设定等）的软件工具。使用QJ71PB92D时可以实现自动刷新功能，可以通过网络在线远程登入模块
17、。 GX Converter:GX Converter软件包用于将GX Developer的数据转换成Word或Excel 数据使文档的创建简单化。把Excel数据(CSV格式)或文本数据(TXT文件)用于GPPW，把GPPW程序表和软元件注释转换为Excel数据(CSV格式)或文本数据(TXT文件).MX Component:MX Component支持个人计算机与可编程控制器之间的所有通信路径，支持VisualC+ 、Visual Basic 和Access Excel 的VBA、VBScript。不用考虑各种通信协议的不同，只要经简单处理即可实现通信。不用连接PLC，和GX Simula
18、tor同时使用，实现仿真调试。MX Sheet:MX Sheet是一种软件包，它使用Excel，不用编程，只要进行简单设置，即可运行可编程控制器系统的监视/记录/警报信息的采集/设置值的更改操作。将可编程控制器的软元件数据存储在Excel上，能够容易地收集和分析现场的质量、温度、试验结果等的数据。Excel上显示可编程控制器内的软元件实时状态。将可编程控制器内的位信息作为警报信息存储在Excel上，保存故障发生的历史记录。自动保存按照指定时刻或可编程控制器发出触发条件Excel上显示出来的数据，可用来实现日报和试验结果表的制作和存储的自动化。FXGP-WIN-C:三菱FX系列PLC编程软件(不
19、含FX3U),支持梯形图、指令表、SFC语言编程,可进行程序的在线更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。 1.1 FX2N系列PLC的结构特点FX2N采用一体化的箱体式结构，其结构非常紧凑。她将所有的电路装入一个模块内，构成了一个整体，体积小巧、成本低、安装方便为了达到输入输出点数灵活装置及易于扩展的目的，FX2N系列的产品可由不同点数的基本单元和扩展单元构成，使装置就越灵活。FX2N系列可编程程序控制器还有许多专用的特殊功能单元，这些单元有模拟量I/O单元、高速计数单元，位置控制单元、凸轮控制单元、数据输入输出单元等。大多数单元都是通过单元的拓展口与可编程控制器主机相连的。有部分特殊
20、功能单元通过可编程控制的编程器接口连接。还有的通过主机上并联的适配器接入，不影响源系统的扩展。FX2N系列最大输入输出点数为256点。为了构成点数更多的系统，还可以采用点对点通信方式，将两台机连接起来，构成总点数多一倍的系统。1.2FX2N系列PLC的基本组成FX2N系列PLC由基本单元、扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成。仅用于基本单元或将上述各种产品组合起来使用即可。基本单元包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是PLC的主要部分。扩展单元用于增加I/O点数及改变I/O比例，内部无电源，由基本单元或扩展单元供电。因扩展单元及扩展模块无CPU，因此必须与基本单元一起使用。特殊功能单元是一些
21、专门用途的装置，如位置控制模块、模拟量控制块、计算机通讯模块等等。FX2N系列可编程控制器内部元件及功能FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，暗通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等。但他们与真实元件有很大的差别，一般称它们软继电器。这些编程用的继电器，它的工作圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其功作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器,C代表计数器，S代表状态继电
22、器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。1.21输入继电器（X）PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致(按八进制输入)，线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000-X007,X010-X017,X020-X027.它们一般位于机器的上端。1.22输出继电器(Y)PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点
23、接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000-Y007,Y010-Y017,Y020-Y027.它们一般位于机器的下端。1.23辅助继电器(M)PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如下图2-1中M300，它只起到一个自锁的功能。在F
24、X2N中普遍采用M0-M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。1.24状态器（S）状态器S与步进梯形图指令STL一起使用，用于顺序控制的程序编程。当不对S使用STL指令时，其作用相当于普通辅助继电器M。无断电保持功能的通用状态器为S0-499,共500点。其中，S0-S9用于自动回原点程序的顺序功能图：S500-S899，共400点。状态器S900-S999用于外部故障诊断的输出（又称为报警器）。1.25定时器（T）在PLC内的定时器是根据脉冲的累积形式，当所记时间达到设定值时，其输出触点动作
25、，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据继电器。即使在此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误操作。 定时器通道范围如下： 100ms定时器T0-T199,共200点，设定值:0.1-3276.7秒： 10ms定时器T200-TT245,共46点，设定值：0.01-327.67： 1ms肌酸定时器T245-T249,共4点，设定值：0.001-32.767： 100ms积算定时器T250-T255，共6点，设定值：0.1-3276.7： 定时器指令
26、符号及应用如下图所示： 图2-2通用定时器 当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23秒（10123ms=1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现实值寄存器，编程时，由用户设定累积值。如果是积算定时器，它的符号接
27、线如下图2-3所示：图2-3积算定时器定时器线圈T250的驱动输入X001接通时，T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值K345相等时，定时器的输出触点动作。在计数过程中，即使输入X001在接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为34.5s(100ms345=34.5s)时触点动作。当复位输入X002接通，定时器就复位，输出触点也复位。1.26计数器（C）FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值1，当现在值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到
28、复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，在又进入计数状态。其设定值在K1-K32767范围内有效。设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。通用计数器的通道号：C0-C99，共100点。保持用计数器的通道号:C100-C199,共100点。通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。举个例子，如图2-4所示：图2-4计时器工作原理由于计数输入X011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1.当第10次执行线圈指令时，计数器C0的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011在动作，计数器的当前值保持不变。当复位输入X010接通（ON）,执行RST指令，计数器的当前值为0，输出接点也复位。应注意的是，计数器C100-C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。1.27数据寄存器（D）数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储30bit数据（最高位为正、负符号位）。（1）
