1、皮带运输机设计方案皮带运输机设计方案一 内容摘要皮带运输机是一种依靠摩擦驱动以连续方式运输物料的机械 , 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。在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天 采矿场及选矿厂中广泛应用水平运输或倾斜运输 , 用于运送生产原料 和产品。传统的控制装置大部分采用继电器联锁控制方式 , 个别在车 间或工厂采用 PLC装置。采用 PLC构成的控制系统 ,小到单机控制 , 大到与计算机一起形成车间级以上的自动化控制系统。 组态软件的使 用为生产流程的可视化和集中化管理提供了可能 , 当应用场合很大而 各种生产传输环节又紧密联系
2、时 , 通过组态软件与 PLC装置组成的各 种系统相结合 , 观看到整个系统的运行情况与运行状态。在组态界面中可以直观的看到皮带机的运转并且能够控制它的 启动和停止。组态的界面更加人性化，而 PLC控制又能可靠运行，因 此 PLC与组态软件系统的结合使生产控制更为方便了。正文课题的意义随着计算机工业控制技术的不断发展，计算机监控技术日趋完 善， PLC（Programmable logic controllr 程序逻辑控制）工业控制系统为各式各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用， 其主 要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解 决方案。本系统又有组态控制软件的结合更方
3、便可靠， 可以通过计算 机实现远程控制和监控，可以通过计算机时刻监控到皮带的运行状 态，也可以将皮带运输机运行过程的数据记录下来。带式输送机是煤矿井下和地面生产系统中应用最多的一种连续 运输设备。 本文讲的是基于组态的皮带运输机传输控制系统。 该控制 系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单 等特点，具有良好的应用价值，在建材、化工、食品机械、钢铁、冶 金、煤矿等工业生产中广泛运用。近些年，带式输送机又在其他一些 产业部门表现出具有巨大的潜力和广阔的市场应用前景。系统功能皮带运输机的传输系统由四台电动机 M1， M2，M3，M4带动。1起动时起动时先起动最末一条皮带机 M4
4、，经过 5 秒延时，再起动 M3，经 过 5 秒延时 ，再起 动 M2，经 过 5 秒延 时，再 起动 M1。 即M4 5 s M3 5s M2 5s M1。2停止时停止时先停止最前一条皮带机， 待料运完后再依次停止其它皮带 机。即 M1 5s M2 5s M3 5s M4。3出故障时 当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停 止，而其后的皮带机则待料运完后才停止。例如 M2故障， M2、M1立 即停止，经 5 秒延时后， M3停止，再经过 5 秒， M4停止。4有重物时当某条皮带机上有重物时， 该皮带机前面的皮带机停止， 该皮带 机运行 5 秒后停止，而该皮带机以后的皮带机则待
5、料运完后才停止。 例如， M3上有重物， M1、M2立即停止，过 5秒后， M3停止，再过 5 秒， M4停止。系统硬件的设计3.1控制方案控制方案有：继电器控制系统、微机控制方式、 PLC控制方式。 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。微机控制：
6、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。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。1方案确定通过对多种设计方案的比较，决定选择可编程控制系统，相比于 继电器系统，它性能可靠性高，
7、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控制更为合理。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。它在工业中的主要应用有： 开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等； 模拟量控制
8、， 部分 PLC或功能模块具有 PID 控制功能，可实现过程控制；监控，用 PLC可构成数据采集和处理的监控系统；建立工业网络，为适应复杂的控制任务且节省资源，可应用于 煤矿及现代工业的控制系统。2PLC 选型原则 在做出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求， 从而决定是否选用 PLC进行控制。机型的选择可从以下几个方面来考 虑：（1）对输入输出点的选择 要先弄清楚控制系统的 I/O 总点数， 再按实际所需总点数的 1520留出备用量 （为系统的改造等留有余 地）后确定所需 PLC的点数。（2）对存储容量的选择 对用户存储容量只能作粗略的估算。（3）对 I/O 响应时间的选择
9、对开关量控制的系统， PLC和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。 但对模拟量控制的系统，特别是闭环系统就要考虑这个问题。（4）根据输出负载的特点选型 不同的负载对 PLC的输出方式有 相应的要求。（5）对在线和离线编程的选择 计算机辅助编程既能实现离线编 程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。 采用哪种编程方法应根据需要决定。（6）对 PLC结构形式的选择 在相同功能和相同 I/O 点数的情况 下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便 （换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC的结构形 式。三菱公
10、司是日本生产 PLC的主要厂家之一。 先后推出的小型、 超 大型 PLC有 F、F1、FX2、FX1、FX2C、FX0、FX2N、FX2NC等系列已停 产，取而代之的是 FX2系列机型，属于高性能叠装式机种，也是三菱 公司的典型产品。 另外，三菱公司还生产 A 型系列 PLC的大中型模块 式机种，只要系列型号有 ANS/ANA和 Q4AR等产品。它们的点数比较 多，最多可达 4096 点，最大用户程序存储量达 124K步，一般用在控 制规模比较大的场合。 A系列产品具有数百条功能指令，类型众多的 功能单元，可以方便的完成位置控制、模拟量控制及几十个回路的 PLD控制，可以方便的和上位机及各种外
11、设进行通讯工作，在许多任 务业自动化场合获得应用。 20 世纪 90 年代，三菱公司在 FX 系列 PLC的基础上又推出了 FX2N系列产品，该机型在运算速度、指令数 量及通讯功能方面有了较大的进步， 是一种小型化、 高速度、高性能、 各方面都相当于 FX系列中最高档次的超小型的 PLC。3FX2N 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
12、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。4FX2N 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。
13、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。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，一般称它们为软继电器 。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
14、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 状态继电器， D代表数据寄存器， MOV代表传输等。3.2电动机的选择由于鼠笼型异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、价格便 宜等优点，所以其使用数量大约占拖动设备总台数的 85%。三相鼠笼型异步电动机的起动有两种方式： 直接起动（即全压起 动）和降压起动。直接起动是一种最简单、可靠的起动方式，在小型 电动机（容量一般在 10kW 一下）中广泛使用。电动机直接起
15、动时， 起动电流为额定电流的 4-7 倍，过大的起动电流将会造成电网电压显 著下降，影响在同一电路上的其他电动机及用电设备的正常运行。 另 一方面，电动机频繁起动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的 寿命，所以直接起动电动机的容量受到一定的限制。 电动机是否能直 接起动通常要根据电动机容量、 起动电流、 变压器容量以及机械设备 的机械特性等因素来确定。本次设计中的电机采用普通的三相异步电动机， 因为本系统中没 有对电机的什么特别要求， 因此选用普通的三相异步电机， 本设计中 选用 Y2 型异步电机。 Y2 系列电动机是 Y 系列电机的更新换代产品， 是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电
16、动机。3.3主电路和接线图设计系统中有四台皮带机要用到四台电动机带动。 主电路图如下图 3-1所示。 PLC接线图如下图 3-2 所示L11 QS图 3-1 主电路图图 3-2 PLC 接线图图 3-2 中，L1、L2、L3、L4 分别为电动机是否得电的显示灯， 当电动机 1 得电时 L1亮；电动机 2 得电时 L2亮；电动机 3得电 时 L3 亮；电动机 4 得电时 L4 亮。若皮带机 1 发生故障时， L5 亮； 若皮带机 2发生故障时， L6亮；若皮带机 3发生故障时， L7亮； 若皮带机 4发生故障时， L8亮。SQ1、SQ2、SQ3、SQ4分别为皮带机 1 、皮带机 2、皮带机 3
17、和皮带机 4 的前端限位开关，感应是否有重物来。 SB9SB12是模拟发生故障的开关按钮。 SB5SB8是各 个皮带机的单动按钮。 SB1是启动按钮。 SB2是停止按钮。 SB3是 循环按钮。 SB4是单动按钮。3.4系统 I/O 分配表表 3-1 I/O 分配表输入功能输出功能X0起动按钮M0辅助继电器X1停止按钮M1启动循环模式X2循环按钮M2启动手动模式X3单动按钮Y0皮带机 1X4皮带机 4 单动按钮Y1皮带机 2X5皮带机 3 单动按钮Y2皮带机 3X6皮带机 2 单动按钮Y3皮带机 4X7皮带机 1 单动按钮Y4皮带机 1 故障报警灯X10皮带机 1 发生故障Y5皮带机 2 故障报
18、警灯X11皮带机 2 发生故障Y6皮带机 3 故障报警灯X12皮带机 3 发生故障Y7皮带机 4 故障报警灯X13皮带机 4 发生故障X14皮带机 1 限位开关X15皮带机 2 限位开关X16皮带机 3 限位开关X17皮带机 4 限位开关软件设计4.1系统梯形图设计梯形图是 PLC使用得最多的图形编程语言， 被称为 PLC的第一编 程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似， 具有直观易懂的优 点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。 X 为 输入继电器， Y为输出继电器， M为辅助继电器， T 为定时器。但这 些不是真正的继电器， 而是用计算机中的存储器来模拟的， 通常将其
19、称为软继电器。 存储器中的某一位就可以表示一个继电器， 存储器有 足够的容量来模拟成千上万个继电器， 用 1 表示继电器得电。 把 1 或 0写入存储器中的某一位就表示对应的继电器线圈得电或失电。读出 该存储器某位的值为 0 时，表示对应继电器的常开接点断开； 为 1 时， 表示对应继电器的常开接点闭合。而常开接点的值是对存储器的取 反。由于读存储器的次数是不受限制的， 所以一个位继电器的接点从 理论上讲的是无穷多的， 而这是常规继电器无法相比的。 根据 PLC的 外部接线图及任务要求可以画出梯形图如下图 4-1 （a）、（b）、（c） 所示：M0X2M0M2M1M2M1 M0T6 X13T1
20、0 T12 T13 X10X4 M2Y3Y3T0X17M1T13T0T5X13 X12 T11 X17 T14 X10Y2X5M2T1Y2T5Y2T6T12T14T7X12 X11 X17 X16 T15 X10Y1X6M2T2Y1Y1T9T15Y1T5图 4-1 （a） 梯形图 1Y0图 4-1 （b） 梯形图 2T8T10T11T16Y4Y5Y6Y7图 4-1 （c） 梯形图 3梯形图分析：启动时按下启动按钮 X0，M0线圈得电，若按下 X2则 M1得电，循环 模式启动，皮带机 4 的电动机得电开始转动，定时器 T0 开始计时。 5 秒过后 T0的常开接点闭合， Y2得电自锁，皮带机 3
21、的电动机开始转 动，定时器 T1开始计时。 5 秒过后 T1常开接点闭合， Y1得电自锁， 皮带机 2的电动机开始转动，定时器 T2开始计时。 5秒过后 T2常开 接点闭合， Y0 得电自锁，皮带机 1 的电动机开始转动。若按下 X3 则 M2得电，手动模式启动。按下皮带机 4 单动按钮 X4则 Y3 得电自 锁，皮带机 4 的电动机开始转动。 按下皮带机 3 单动按钮 X5则 Y2 得 电自锁，皮带机 3 的电动机开始转动。按下皮带机 2 单动按钮 X6 则 Y1 得电自锁，皮带机 2 的电动机开始持续转动。按下皮带机 1 单动 按钮 X7则 Y0得电自锁，皮带机 1 的电动机开始持续转动。
22、停止时按下停止按钮 X1，Y0失电，皮带机 1 的电动机停止，定时器 T4 开始定时 5 秒。 5秒后定时器 T4的常闭接点断开， Y1失电，皮带机 2 的电动机停止转动，定时器 T4常开接点闭合，定时器 T5开始定时 5秒。5 秒后定时器 T5的常闭接点断开， Y2失电，皮带机 3的电动 机停止转动，定时器 T5的常开接点闭合，定时器 T6开始定时 5 秒。 5 秒后定时器 T6的常闭接点断开， Y3失电，皮带机 4 的电动机停止 转动。故障时1若皮带机 4发生故障， X13常闭接点断开， Y3、Y2失电，皮带 机 4 和皮带机 3 的电动机停止转动。 X13 常开接点闭合， T7定时器开
23、始定时 5秒，5秒后 T7常闭接点断开， Y0失电，皮带机 1的电动机 停止转动， T8开始定时 5秒，5秒后 T8常闭接点断开， Y1失电，皮 带机 2 的电动机停止转动。2若皮带机 3发生故障， X12常闭接点断开， Y2、Y1失电，皮带 机 3 和皮带机 2 的电动机停止转动。 X12 常开接点闭合， T9定时器开 始定时 5秒，5秒后 T9常闭接点断开， Y0失电，皮带机 1的电动机 停止转动， T10开始定时 5秒，5 秒后 T10常闭接点断开， Y3失电， 皮带机 4 的电动机停止转动。3若皮带机 2发生故障， X11常闭接点断开， Y1、Y0失电，皮带 机 2 和皮带机 1 的电
24、动机停止转动。 X11常开接点闭合， T11 定时器 开始定时 5秒，5秒后 T11常闭接点断开， Y2失电，皮带机 3的电动 机停止转动， T12开始定时 5秒，5秒后 T12常闭接点断开， Y3失电， 皮带机 4 的电动机停止转动。4若皮带机 1 发生故障， X10常闭接点断开，四个皮带机的电动 机都失电，皮带机停止转动。4.2组态设计组态王 kingview6.55 是亚控科技根据当前的自动化技术的发展 趋势，面向低端自动化市场及应用， 以实现企业一体化为目标开发的 一套产品。 该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标， 集成了对 亚控科技自主研发的工业实时数据库( KingHistor
25、ian )的支持，可 以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、 分析及管理的有效 平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最 优化的结果。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优 点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次 结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对 现场的实时监测与控制， 且在控制系统中完成上传下达、 组态开发的 重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系 统要求及实现功能的分析， 采用组态王对监控系统进行设计。 组态软 件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。 而
26、且，它能充分利用 Windows的图形编辑功能， 方便地构成监控画面， 并以动画方式显示控制设备的状态， 具有报警窗口、实时趋势曲线等， 可便利的生成各种报表。 它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态 方式、数据链接功能。1组态画面设计新建面面名称为 1010603307，点击“图库”“打开图库” ，在 图库中选择相应的图放置在画面中。 单击工具箱中的按钮， 放入按钮 并修改按钮的相应属性。新建画面如图所示：图4-2 组态界面2串口设置单击工程浏览器中“设备” ，出现下拉菜单，双击 COM，1 在弹出 的画面中，设置波特率为 9600，数据位为 7，停止位为 1，通信方式 为 RS485等。如
27、图 4-3 所示：图 4-3 串口设置3组态 PLC设置在工程浏览器的“设备”中单击 COM，1 然后双击“新建”，在下拉菜单中单击 PLC左边的“ +”，弹出下拉菜单，选择“三菱” ，然后 选择“ FX2”“编程口”。如图 4-4 所示图 4-4 组态 PLC设置（ a ）设置 PLC的逻辑名称为“ PLC1”，选择串口号“ COM”1，与前面的串口选择相同。设置 PLC的地址为“ 01”。如图 4-5 所示：图 4-5 组态 PLC设置（ b ）4变量设置表 4-1变量名变量类型连接设备寄存器数据类型X0I/O 离散PLC1X0000BIT停止I/O 离散PLC1X0001BIT循环I/O
28、 离散PLC1X0002BIT单动I/O 离散PLC1X0003BIT单动 1I/O 离散PLC1X0004BIT单动 2I/O 离散PLC1X0005BIT单动 3I/O 离散PLC1X0006BIT单动 4I/O 离散PLC1X0007BIT急停/故障 1I/O 离散PLC1X0010BIT故障 2I/O 离散PLC1X0011BIT故障 3I/O 离散PLC1X0012BIT故障 4I/O 离散PLC1X0013BIT皮带机 1I/O 离散PLC1Y0000BIT皮带机 2I/O 离散PLC1Y0001BIT皮带机 3I/O 离散PLC1Y0002BIT皮带机 4I/O 离散PLC1Y0
29、003BITL1I/O 离散PLC1Y0004BITL2I/O 离散PLC1Y0005BITL3I/O 离散PLC1Y0006BITL4I/O 离散PLC1Y0007BIT5组态变量的关系对 L1、L2、L3、 L4 和四个故障报警显示的等分别设置相对应的 颜色。并对其他按钮做相应的设置。6组态与 PLC通信测试单击工程浏览器“设备” ，出现下拉菜单，单击 COM，1 右边出现 “PLC1”，右击，弹出下拉菜单。 双击“测试”，弹出“串口设备测试” 画面， PLC设备默认为当前设置的“ PLC1”，PLC1地址设置为 01，波 特率为 9600。选择寄存器 Y，添加数字 0000，即选择 Y0000，数据类 型 BIT ，添加进入采集列表，在采集列表中单击 Y0000，单击“加入 变量”按钮，加入变量名“ L1”，单击“确定”，进入测试准备阶段。4.3程序代码0LDX01ORM02ANIX13OUTM0 /启动4LDX25ORM16ANDM07ANIM28OUTM1 /循环10ORM211ANDM012OUTM2 /13LDM114ANDM015LDX416ANDM217ORB18
