皮带输送机电气控制系统设计与调试课设报告doc.docx
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皮带输送机电气控制系统设计与调试课设报告doc
7皮带机输送控制系统
（设计人员：
）
7.1设计目的
（1）通过本设计，使学生掌握传统继电器-接触器控制电路与PLC的结合方法，从较高的层次对电气控制系统有系统的初步的认识。
（2）通过本设计，使学生初步掌握港口现场皮带传输系统的控制原理和方法。
7.2设备概述及技术数据
（1）皮带机输送系统概述
如图所示为某皮带机输送系统，物料经给料机、1#、2#皮带，然后根据挡板位置UP/DOWN，分别由3#、4#皮带流向1#、2#仓，现场和中控室设有急停按钮，当发生故障时按下，可使全线停机。
在中控室可对皮带系统进行手动和自动操作。
自动操作时，挡板在UP位置时，为1#流程；挡板在DOWN位置时，为2#流程。
（2）技术数据
供电电压：
AC380V
皮带电机M1~M4：
笼型异步电机，380V,30KW
给料机电机M5：
380V,10KW
挡板电机：
380V,10KW
7.3设计要求
（1）控制要求
a）能够实现两个流程的自动控制。
b）能够实现单机手动控制。
c）上下游设备间要有互锁，保证设备顺序启动和停止。
d）现场和中控室要有急停开关，以便发生故障时紧急停机。
e）设有必要的电气保护（短路、过流、热保护）。
（2）设计内容：
a）绘制电气控制原理图，包括主电路和控制电路，列出元件目录表。
b）进行，列出I/O分配分配表。
c）画出外部接线图。
e）画出控制程序流程框图。
f）设计控制程序（梯形图）。
一、设计目的···················
二、设计任务书···················
三、设计方案····················
四、程序调试····················
五、元器件的选择··················
六、元件明细表···················
七、控制柜的设计··················
八、使用说明书···················
九、总结······················
十、参考文献····················
十一、附录·····················
一、设计目的
通过对电气控制系统的设计，掌握电气控制系统设计的一般方法，能够设计出满足控制要求的电气原理图，安装布置图、接线图和控制箱的设计，并进行模拟调试。
具有电气控制系统工程设计的初步能力。
根据系统的控制要求，采用PLC为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统并进行联机调试。
二、设计任务书
（一）、设计内容及要求
通过对电气控制系统的设计，掌握电气控制系统设计的一般方法，能够设计出满足控制要求的电气原理图，安装布置图、接线图和控制箱的设计，并进行模拟调试。
具有电气控制系统工程设计的初步能力。
根据系统的控制要求，采用PLC为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统并进行联机调试。
（二）、设计原始资料
皮带输送机由三条皮带组成，1#、2#皮带运送左、右两侧的物料，由3#皮带运出。
其控制要求为：
1、M1、M2的功率4KW，M3的功率5.5KW。
2、1#和2#皮带不能同时起动，也不能同时工作。
3、按下1#或2#起动按鈕时，3#皮带先起动，5秒后，1#或2#皮带起动。
停机时，按下1#或2#停机按鈕，经10S后1#或2#皮带停止，20S后3#停止。
4、1#或2#电动机过载时，1#或2#停机，3#过载时全部停机。
5、设手动、自动工作方式。
手动方式下各台电机不联锁，用按钮分别对电机起停控制。
6、各种指示及报警。
（三）、设计完成后提交的文件和图表
1．计算说明书部分
1）系统工作原理说明
2）程序调试
3）操作使用说明。
2．图纸部分：
1）电气原理图：
主电路、控制电路、梯形图、指令系统。
2）电气箱面板布置图，电气箱内部布置图。
3）接线图。
（相对编号法）
4）元件明细表
5）控制箱尺寸
三、方案设计
1、主电路的设计
利用低压断路器进行短路、欠压保护，热继电器进行过载保护，接触器控制主电路的通断。
2、控制电路的设计
根据系统的控制要求，采用华光（SH）系列PLC为中心控制单元，根据控制要求列出I/O分配表如下：
PLC控制的I/O分配表
输入
输出
现场信号
PLC地址
现场信号
PLC地址
停机按钮SB0（自动）
I00
电源接触器KM1
Q00
1#皮带启动按钮SB1（自动）
I01
电源接触器KM2
Q01
2#皮带启动按钮SB2（自动）
I02
电源接触器KM3
Q02
3#皮带启动按钮SB3（手动）
I03
自动状态信号指示灯HL0
Q03
3#皮带停机按钮SB4（手动）
I04
1#皮带过载指示灯HL4
Q04
紧急停车按钮SB
I05
2#皮带过载指示灯HL5
Q05
自动手动切换旋钮SA
I06
3#皮带过载指示灯HL6
Q06
1#皮带启动按钮SB5（手动）
I07
过载报警器HA
Q07
1#皮带停机按钮SB6（手动）
I10
2#皮带启动按钮SB7（手动）
I11
2#皮带停机按钮SB8（手动）
I12
热继电器触点FR1
I13
热继电器触点FR2
I14
热继电器触点FR3
I15
有I/O分配表可知，需要输入/输出点数为14/8点。
增加10%~20%的可扩展余量后，得到输入/输出点数为16/10点。
因此选用型号为SH32-R1的PLC作为中心控制单元，其输入/输出点数均布，输入/输出接口模块的外部接线图均为分组式，为四位一组，输出方式为继电器输出。
根据控制要求及I/O分配表，设计控制电路PLC外部接线图如下:
SH32-R1输入接口模块为分组式，但其各组的COM端在内部均相连，因此，外部接线时若要采用汇点式或是不同组的分组组合式可以共用一个COM端，各个COM端不必用导线短接。
而其输出接口模块也为分组式，但其各个COM端内部没有相连，因此，若要采用汇点式或者是不同组的分组组合式时，需要在外部用导线将相应的各个COM端短接。
3、软件设计
（1）根据控制要求及I/O分配表编写梯形图如下：
M000、M001是内部辅助继电器，在自动状态下，按下1#皮带或者2#皮带的启动按钮SB1或SB2，3#皮带首先启动，经延时，相应的1#或2#皮带才启动，M000、M001的采用，使得自动状态下SB1或SB2按钮按下时，1#皮带或2#皮带准确启动，避免造成误启动。
自动手动切换旋钮SA处于中间位置，即对应输入点不被接通，系统处于自动运行状态，此时，输出Q03将被接通，系统自动运行指示灯将会点亮；当旋至另一边时，系统处于手动运行状态，系统自动运行指示灯灭。
自动状态下，M3启动后，延时5s，M1或M2才启动，并且M1和M2也不能同时启动，也不能同时工作，因此，采用了互锁的方法，避免，由于误动作，使得MI和M2在自动状态下同时工作的情况。
系统在自动状态下，按下停机按钮，首先经定时器T2延时10s，M1或M2停机，经定时器T3延时20s，M3停机。
手动状态下，各电机互不联锁。
当任意电机过载时，将接通Q07，接通报警器，发出报警，同时对应的指示灯亮，指示过载电机,并且持续50s后，定时器T4断开相应的电路。
（2）根据梯形图编写指令语句如下：
LDI01
ORI02
ORQ02
ANDNT3
ANDNI06
LDI03
ORQ02
ANDNI04
ANDI06
ORLD
ANDNI15
ANDNI05
OUTQ02
LDI01
ORM000
ANDNI06
ANDNQ00
ANDQ02
OUTM000
LDI02
ORM001
ANDNI06
ANDNQ01
ANDQ02
OUTM001
LDNI06
OUTQ03
LDM000
ORM001
TMRT0K50
LDTO
ANDM000
ORQ00
ANDNQ01
ANDNI15
ANDNT2
LDI07
ORQ00
ANDNI10
ANDI06
ORLD
ANDNI13
ANDNI05
OUTQ00
LDT0
ANDM001
ANDNQ00
ANDNI15
ANDNT2
LDI11
ORQ01
ANDNI12
ANDI06
ORLD
ANDNI14
ANDNI05
OUTQ01
LDI00
ORM002
ANDNT3
OUTM002
LDM002
TMRT3K200
TMRT2K100
LDI13
ORI14
ORI15
ORM003
ANDNT4
OUTM003
OUTQ07
LDM003
TMRT4K500
LDI13
ORQ04
ANDNT4
OUTQ04
LDI14
ORQ05
ANDNT4
OUTQ05
LDI15
ORQ06
ANDNT4
OUTQ06
END
四、程序调试
根据控制要求，编写梯形图并写出指令代码后，连接PLC外部接线，待接线完好，接通PLC工作电源，并通过手持简易编程器将指令代码写入PLC中。
指令代码准确输入以后，接通PLC输出负载电源，开始调试程序，通过改变输入状态，观察输出指示灯的状态，来调试程序，看是否满足控制要求。
调试过程中遇到的问题：
（1）输入部分按钮的接线错误，将常开按钮错节成常闭，导致，程序还未运行，输入指示灯就一直亮。
（2）梯形图的设计错误，导致程序不能够达到预期的调试结果，例如：
应该用常开触点的却用成常闭触点，手动自动状态的输入通过并联来控制输出的时候，为了减少块指令的使用，采用内部辅助继电器代替的时候，由于考虑不周，造成指示灯该灭的时候却不能灭。
（3）指令代码的输入错误
五、元器件的选择
1、低压断路器的选择
低压断路器具有过载、短路、欠电压保护作用，其额定电流及过电流脱扣器的额定电流应大于或等于被保护电路的计算电流。
电机M1、M2的功率为4KW。
M3的功率为5.5KW，有：
，得M1、M2的额定电流约为
M3的额定电流约为：
则所用于控制总电源通断的断路器QF的额定电流约为：
故，在此处，选用天水二一三DZX7-8040的三极低压断路器，其电流调整
范围为25~40A。
控制各电机线路电源通断的断路器的额定电流则为：
QF1的额定电流约为:
故，在此处选用天水二一三DZX7-2514三极低压断路器，其电流调整范围为6~10A.
QF2的额定电流约为:
故，在此处选用天水二一三DZX7-2514三极低压断路器，其电流调整范围为6~10A.
QF3的额定电流约为:
故，在此处选用天水二一三DZX7-2520三极低压断路器，其电流调整范围为10~16A.
PLC正常工作电源为AC220V,其工作电流比较小，甚至不到1A，故，控制PLC电源通断的低压断路器QF4，选用天水二一三DZX4-3/2两级低压断路器,其额定电流为3A。
控制PLC输出负载通断的低压断路器QF5，其额定电流约为各负载额定电流之和，指示灯、报警器的额定电流都比较小，因此主要为通过接触器线圈的额定电流之和，约为23A,因此，选用天水二一三DZX4-32/2两级低压断路器，其额定电流为32A。
2、接触器的选择
所用电源为三相交流电，因此，所选用接触器为交流接触器
接触器的额定电压应等于负载的额定电压，额定工作电流近似等于控制功率的2倍或者根据
计算。
分别控制M1、M2的接触器KM1、KM2的额定工作电压、、额定工作电流约为：
故，在此，选用天水二一三LC1-D09接触器，其额定电流为9A。
控制M3的接触器KM3的额定工作电压、额定工作电流约为：
故，在此选用天水二一三LC1-D12接触器，其额定电流为12A.
3、热继电器的选择
热继电器用于对电机负载进行过载保护，热继电器的脱扣电流应约为负载额定电流的（1~1.1）倍。
分别对M1、M2电机所带负载进行过载保护的热继电器的脱扣电流约为：
I=6.75A~7.25A
故，在此选用天水二一三LR1-D09314热继电器，电流调整范围为7~10A。
对M3电机所带负载进行过载保护的热继电器的脱扣电流约为：
I=9.28A~10.21A
故，在此选用天水二一三LR1-D12316热继电器，电流调整范围为10~13A。
在此，所用的热继电器是与相应的接触器组合使用的。
六、元件明细表
序号
代号
型号
数量
备注
1
KM1、KM2
LC1-D09
2
额定电流9A
2
KM3
LC1-D12
1
额定电流12A
3
FR1、FR2
LR1-D09314
2
电流调整范围为7~10A
4
FR3
LR1-D12316
1
电流调整范围为10~13A
5
QF
DZX7-8040
1
电流调整范围为25~40A
6
QF1、QF2
DZX7-2514
2
电流调整范围为6~10A
7
QF3
DZX7-2520
1
电流调整范围为10~16A
8
QF4
DZX4-3/2
1
额定电流为3A
9
QF5
DZX4-32/2
1
额定电流为32A
10
M1、M2
2
功率为4KW
11
M3
1
功率为5.5KW
12
PLC
SH-32R1
1
I/O点数为32
13
1
手持式简易编程器
14
HL1、HL2、HL3、HL0
AD16-16/g31
4
开孔尺寸为22mm,绿色
15
HL4、HL5、HL6
AD16-16/r31
3
开孔尺寸为22mm,红色
16
HA
TL-90LF/BC/R31/S
1
开孔尺寸为90mm,警示灯，声光报警
17
SB1、SB2、SB3、SB5、SB7
NP2-BW3361
5
开孔尺寸为30mm，带LED指示，绿色，
18
SB0、SB4、SB6、SB8
NP2-EW3465
4
开孔尺寸为30mm，带LED指示，红色
19
SB
NP2-BW3561
1
开孔尺寸为30mm，带LED指示，黄色
20
SA
NP2-ED21
1
开孔尺寸为30mm,二位置锁定
21
TH35-7.5
1
额定电流为35A
22
导线若干
七、控制柜的设计
根据各元器件的产品尺寸，所设计的控制柜尺寸为480*690。
详情见元件布置图。
八、使用说明书
合上各低压断路器，接入电源，旋钮SA至于中间位置，皮带传输系统处于自动运行状态，按下SB1（或者SB2），3#皮带先启动运行，指示灯HL3亮，经延时5s，相应的1#（或者2#）皮带启动并运行,指示灯HL1（或者HL2）亮。
按下SB0，经延时10s，1#（或者2#）皮带停机，指示灯灭，经延时20s,3#皮带停机，指示灯灭。
在自动状态下，1#皮带与2#皮带不能同时运行，也不能同时启动，若不慎同时按下其启动按钮或者在1#（或者2#）皮带运行的时候，按下2#（或者1#）皮带启动按钮，由于PLC中二者对应的输出线圈触点的互锁，2#（或者1#）皮带都不会被启动。
自动状态下，3#皮带过载，则全部自动停机。
旋钮SA往右旋，皮带传输系统处于手动状态，手动状态下，各电机之间没有联锁。
按下SB3,3#皮带启动，指示灯HL3亮，按下SB4则停机，指示灯灭。
按下SB5,1#皮带启动，指示灯HL1亮，按下SB6则停机，指示灯灭。
按下SB7,2#皮带启动，指示灯HL2亮，按下SB8则停机，指示灯灭。
不论在自动状态下，还是手动状态下，在需要紧急停车时，按下SB即可实现紧急停车。
当任何一台电机过载时，热继电器动作，将会拉响声光报警器，报警，相应的过载指示灯也会被点亮。
九、总结
经过此次课设，了解并且实践了电气控制系统的设计过程与步骤，加深了对电气控制系统中诸多的问题的理解，也提升了自己动手操作设计的能力，同时也学会了一些电气故障排除的方法。
有电气理论知识的学习上升到了实践认知，这为以后的毕业设计以及为以后从事电气设计工作打下了一定的基础。
课设的过程中认识到了自身很多的不足，同时也学到了很多的知识。
在此感谢各位老师对课设耐心的指导与解答！
参考文献：
《建筑电气控制技术》王俭建筑工业出版社
《建筑电气控制技术》马小军机械工业出版社
《常用低压电气应用手册》闫和平机械工业出版社
《天水二一三电器元件产品样本》
附录：
皮带传输系统原理图：
皮带传输系统接线图：
皮带传输系统元件布置图：
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