基于plc的自动送料装车控制系统设计(编辑修改稿)

基于plc的自动送料装车控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

)，电动机 (M M M3)皆为 OFF状态。 当汽车到来时，车辆检测开关 S2接通，红灯 L2亮，绿灯 L1灭，电动机 M3运 9 行 ，电动机 M2在 M3接通 2秒后运行，电动机 M1在 M2启动 2秒 后运行，依次顺序起动整个送料系统。 当电动机 M3运行后，进料阀门 K1打开给料斗进料。 当料斗中物料装满时，料斗检测开关 S1接通，此时进料阀门 K1关闭（设 1料斗 物料足够运料小车装满一车）。 料斗出料阀门 K2在电动机 M1运行 2秒及料斗装满后，打开放料，物料通过传送带 PD PD2和 PD3的传送 ，装入 汽车。 当运料小车装满后，称重开 关 S3动作，送料阀门 K2关闭，同时电动机M1延时 2秒后停止，电动机 M2在 M1停止 2秒后停止，电动机 M3在 M2停止 2秒后停止。 此时绿灯 L1亮，红灯 L2灭，表示 汽车可以开走。 故障操作：在带式传输机传送物料过程中，若传送带 PD1超载，则送料阀门 K2立即关闭，同时停止电动 机 M1，电动机 M2和 M3在电动机 M1停止4秒后停止。 在带式传输机传送物料过程中，若传送带 PD2超载，则同时停止电动机 M1和 M2并关闭送料阀门 K2，延时 4S后电动机 M3停止。 在带式传输机传送物料过程中，若传送带 PD2超载，则同时停止电动机 M M2和 M3并关闭送料阀门 K2。 10 第 2章 系统硬件设计 主电路的设计 主电路的设计对于本次设计小车自动送料装车系统设计相当重要 ,只有在主电路设计正确且简便的基础上 ,系统控制电路及软件设计才能精简方便。 根据系统的控制工艺要求，我所设计的电气控制系统主回路原理图如图 21所示。 图中， M1， M2， M3为三台皮带传输送料电动机，交流接触器KM1~KM3通过控制三台电动机的运行来控制三个传送带，从而进行对物料的传输。 FR1， FR2， FR3为起过载保护作用的热继电器，用 于物料传输过程中当传送带过载时断开主电路。 FU1为熔断器，起过电流保护作用。 （注意： FU和 FR不能进行互换，它们在本设计电路当中所承担的任务不一样。 FU起过流保护， FR起过载保护）主电路原理图如图 21。 图 21 自动送料装车系统主电路原理图 11 元器件的选择 PLC的选择 目前市场上的 PLC产品众多，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC产品，使用户眼花缭乱、无所适从。 除国产品牌外，国外有：日本的 OMRON、 MITSUB、 ISHI、 FUJI、 ANASONIC，德国的 SIEMENS，韩国的 LG等。 一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。 机型的选择具体可以从一下 12个方面来考虑： 1. 选择自己需要的机种和机型 若已有设备（或产品）上已经用了某一种型号的 PLC，再要选用 PLC开发新的产品，在满足工艺条件的前提下，建议还是选用已经用过的 PLC为好，这样就可以做到资源共享。 2. 不要大材小用 什么样的规模设计任务就选用什么样的规模的 PLC，避免造成太多的硬件资源浪费。 3. 具体的控制对象具体选择 根据不同的设计任务，来选择 PLC的机型。 4. 选用易采购的机型 5. 经常了解 PLC产品的发展动态 6. 对 I/O点的选择 要先弄清控制系统的 I/O点的总点数，再按实际所需要的总点数的15%~20%留出备用量后确定所需 PLC的点数。 7. 对存储容量的选择 对用户存储容量只能做粗略的估算。 在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10字 /点 +输出总点数 5字 /点来估算；计数器 /定时器按 (3~5)字 /个来估算；有运算处理时按 (5~10)字 /个来估算；在有模拟量 I/O出的系统中，可以按每输入（或输出）一路模拟量约需（ 80~100） 字左右的存储量来估算；有通信处理时按每个接口 200字以上的数量粗略估算。 8. 对 I/O响应时间的选择 12 PLC的 I/O响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2~3个扫描周期）等。 9. 根据输出负载的特点选型 根据 PLC输出所带的负载是直流型还是交流型、是大电流还是小电流以及 PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出还是晶体管输出。 10. 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。 11. 选择性能相当的机型 PLC选 型中还有一个重要问题就是性能要相当。 12. 选择新机型 由于 PLC产品更新换代很快，所以选用相应的新机型很有必要。 在本次设计由于输入量基本是开关量，而对于 PLC的开关量输入回路，西门子公司 ( Siemens) 的 S7200可编程序控制器基本满足设计要求。 电动机的选择 电动机按转子结构形式分类：三相笼型异步电动机和三相绕线型异步电动机。 电动机型号根据以下几个方面选择： 1. 功率的选择 要为某一生产机械选配一台电动机，首先考虑电动机的功率需要选择多大，合理选择电动机的功率具有重大的经济意 义。 在本次设计中运料小车装满料重 500kg，小车的车轮半径 ，小车与轨道之间的摩擦系数 μ=，假设在启动阶段加速时的加速度为 ，则匀速行驶的滚动摩擦力矩 T=500kg。 2. 电动机结构的选择 因为用的是三相交流电源，在交流电动机中，三相笼型异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、工作可靠、价格低廉。 主要的弊端是调速困难，功率因数比较低，启动性能比较差，由于送料小车要求的机械特性比较硬而且没有特殊的调速要 求，所以可以采用笼型电动机。 3. 结构形式的选择 13 生产机械的种类繁多，它们的工作环境也不尽相同。 因此，有必要保证在不同环境中能安全的可靠运行。 电动机常有下列几种结构型式： （ 1）开启式：在构造上无特殊防护装置，运用于干燥、无尘场所。 通风好。 （ 2）防护式：在机壳或端盖下面有通风罩，以防止杂物掉进去。 （ 3）封闭式：封闭式电动机外壳严密封闭，电动机靠风扇冷却，并且在外壳带有散热片。 使用在灰尘多、潮湿、盐碱、腐蚀性强的场所。 （ 4）防暴式：整个电机严密的封闭，多用于矿井中。 综上所述，运料小车所处的环境而选择 封闭式的电动机。 4. 电动机电压的选择 Y系列的电动机的额定电压只有 380V一个等级。 5. 电动机转速的选择 电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的。 通常情况下转速不低于 500r/min，异步电动机通常采用 4个极的，则同步转速 no =1500r/min的。 电动机的参数如表 21。 表 21 运料小车电动机的参数 符号 名称 型号 规格 台数 M 三相异步电动机 Y160M12 功率 KW 额定电流 A 转速 2930r/min 重量 68 kg 1 传感器的选择 重量传感器又称称重传感器，是将压力信号转换成电压或电流控制信号。 其输出格式是标准的控制信号类型： 0~10VDC， 10~10VDC， 4~20mA，0~20mA。 有的智能称重传感器也能输出开关量信号，但是其动作量（检测到的 14 压力信号）是可调的。 本次设计中称重传感器选择 CS20型。 本次设计选用 HAL815可编程线性霍尔传感器 ，其 可用于角度或距离测量。 HAL815是一个可编程的霍尔传感器，内置 DSP，可设置 的比例电压输出，具有高精度，多个可编程磁特性存储在具有冗余和锁定功能的非易失性存储器 (EEPROM)，多种保护功能如。 开路（地和电源线突变检测）、过压和欠压检测，保证了传感器的高可靠性，可逐个编程或通过选择拉低输出脚来编几个并联在相同供电电压上的传感器，温度特性可编程可匹配所有常见的磁性材料。 可编程的特性方便了客户的设计。 继电器的选择 继电器主要用于控制与保护电路或用于信号转换。 继电器是一种根据特定形式的输入信号而发生动作的自动控制电器。 它与接触器不同，主要用于反应控制信号，其触点一般接在控 制电路中。 当输入量变化到某一定值时，继电器动作，其触头接通或断开交、直流小容量的控制回路。 继电器的种类有很多，分类的方法也很多，常用的分类方法有： 1. 按输入量的物理性质可分为电压继电器、电流继电器、功率继电器、时间继电器和温度继电器等。 2. 按动作原理可分为电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子式继电器等。 3. 按动作时间可分为快速继电器、延时继电器和一般继电器。 4. 按执行环节作用原理可以分为有触点继电器和无触点继电器。 5. 按用途可分为电器控系统用继电器和电力系统用继电器。 继电器的主要特性是输入、输出特性、继电器的返回系数、吸合时间、释放时间。 吸合时间是从线圈接收型号到衔铁完全吸和时所需要的时间，释放时间是从线圈失电导衔铁完全释放时所需要的时间。 一般继电器的吸合时间与释放时间为 ~，它的大小会影响继电器的操作频率。 本次设计所选择的继电器有：时间继电器 JR0，热继电器 JR1620/3。 15 接触器的选择 接触器是用来接通或者切断电动机或其他负载主电路的一种控制电器。 它通常可分为交流接触器和直流接触器。 接触器的基本参数有主触点的额定电流、主触点的允 许切断电流、触点数、线圈电压、操作频率、动作时间、机械寿命和电寿命。 选用接触器时通常是交流负载的选择交流接触器 ,直流负载选用直流接触器，但由于交流负载频繁动作时可采用直流吸引线圈的接触器。 通常选用的是直流 110V、 220V，交流 220V、 380V。 直流接触器断开时产生的过电压可达 10~20倍，故不宜采用高电压等级（ 440V的已经停止生产）。 而电压太低时，接通此线圈用的继电器或接触器的联锁触点不可靠（如灰尘或油层存在）。 额定操作频率是指每小时接通的次数。 交流接触器最高可达 600次每小时；直流接触器可高达 1200次 /小时。 综上所述，接触器的选择可按下列步骤进行：根据负载性质确定工作任务类型；并根据类型确定接触器系列；根据负载额定电压确定接触器的额定电压；根据负载电流确定接触器的额定电流；并根据外界实际田间加以修正。 本次的设计中所选用的接触器型号为：交流接触器 CJ1020。 行程开关的选择 行程开关又叫限位开关，是用于控制机械设备的行程和限位保护。 在实际生产应用中，将行程开关安装在预先要设置的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击到行程开关时，行程开关的触点动作，就实现了电路的切换。 因此，行 程开关是一种根据运动部件模块的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮有些类似。 行程开关广泛应用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。 在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位、轿厢的上、下限位保护。 主令电器应用广泛、种类繁多。 按其工作可分为：按钮、行程开关、接近开关、万能开关及其它主令电器 行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。 16 本次设计我选用 LX111型限位开关。 参数如表 22。 表 22 LX111 型限位开关主要参数 型号 温 度范围 额定电压 额定电流 LX111 0（℃） 380（ V） 10（ A） I/O地址分配及外部接线设计 I/O地址分配 此次设计，系统占用 18个 PLC的 I/O端口，分别是 8个输入端口和 10个输出端口，具体的 I/O分配如表 23所示。 表 23 I/O 地址分配表 PLC外部接线图的设计 该控制系统核心部分是以德国西门子 CPU226为主， CPU模块采用整体式结构，它的体积小、价格低， CPU模块、 I/O模块和电源装在一个箱形机壳内，前盖下面有模式选择开关、模拟量电位器和扩展模 块连接器。 I/O模块中输入 8点，输出 10点，可实现高速输入输出响应，内部具有高速计数和输 入 输 出 启动开关 电动机 M3 称重开关 S2 电动机 M2 装车开关 S3 电动机 M1 紧急停止 送料阀门 K2 料斗已满 进料阀门 K1 电动机 M3故障 红灯 L2 电动机 M2故障 绿灯 L1 电动机 M1故障 电动机 M3故障显示 电动机 M2故障显示 电动机 M1故障显示 17 中断处理功能。 PLC的输入输出端子均接到相应的接线端子排，输入输出信号通过这些接线端子排可由其它地方直接引入，这些接线端子排的布置与 PLC的输入输出端子以及电源端、接地端和公共端的实际位置一一对应。 I/O模块接口将输入输出信号引入到控制台上。 PLC外部硬件接线图如图 22所示（ PLC外部接线图）。 PC/PPI编程电缆上标有 PC的 RS232端连接电脑的 RS232通信接口，标有 PPI的 RS485端连接到 CPU模块的通信 口，并拧紧两边接。