皮带运输机设计方案.docx

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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

㈠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（Programmablelogiccontrollr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。

㈡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，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

M45sM35sM25sM1。

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M15sM25sM35sM4。

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。

㈢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：

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，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30~40%。

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：

①开关量控制，如逻辑、定时、计数、顺序等；②模拟量控制，部分PLC或功能模块具有PID控制功能，可实现过程控制；

③监控，用PLC可构成数据采集和处理的监控系统；

④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15～20％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。

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

L11QS

图3-1主电路图

图3-2PLC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和皮带机4的前端限位开关，感应是否

有重物来。

SB9~SB12是模拟发生故障的开关按钮。

SB5~SB8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3-1I/O分配表

输入

功能

输

出

功能

起动按钮

辅

助继电器

停止按钮

启动循环模式

循环按钮

启动手动模式

单动按钮

皮带机1

皮带机4单动按钮

皮带机2

皮带机3单动按钮

皮带机3

皮带机2单动按钮

皮带机4

皮带机1单动按钮

皮带机1故障报警灯

X10

皮带机1发生故障

皮带机2故障报警灯

X11

皮带机2发生故障

皮带机3故障报警灯

X12

皮带机3发生故障

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

㈣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：

M1M0

T6X13

T10T12T13X10

X4M2

X17

T13

X13X12T11X17T14X10

T12

T14

X12X11X17X16T15X10

T15

图4-1（a）梯形图1

图4-1（b）梯形图2

T10

T11

T16

图4-1（c）梯形图3

梯形图分析：

⑴启动时

按下启动按钮X0，M0线圈得电，①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。

②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。

⑵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。

⑶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（KingHistorian）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

I/O离散

PLC1

X0000

BIT

停止

I/O离散

PLC1

X0001

BIT

循环

I/O离散

PLC1

X0002

BIT

单动

I/O离散

PLC1

X0003

BIT

单动1

I/O离散

PLC1

X0004

BIT

单动2

I/O离散

PLC1

X0005

BIT

单动3

I/O离散

PLC1

X0006

BIT

单动4

I/O离散

PLC1

X0007

BIT

急停/故障1

I/O离散

PLC1

X0010

BIT

故障2

I/O离散

PLC1

X0011

BIT

故障3

I/O离散

PLC1

X0012

BIT

故障4

I/O离散

PLC1

X0013

BIT

皮带机1

I/O离散

PLC1

Y0000

BIT

皮带机2

I/O离散

PLC1

Y0001

BIT

皮带机3

I/O离散

PLC1

Y0002

BIT

皮带机4

I/O离散

PLC1

Y0003

BIT

I/O离散

PLC1

Y0004

BIT

I/O离散

PLC1

Y0005

BIT

I/O离散

PLC1

Y0006

BIT

I/O离散

PLC1

Y0007

BIT

5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

ANI

OUT

M0//

启动

AND

ANI

OUT

M1//

循环

AND

OUT

M2//

AND

ORB

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