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1、 自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 皮帶運(yùn)輸是一種長(zhǎng)距離、大批量、高速運(yùn)輸貨物原料的運(yùn)輸體系，它被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，如冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等。運(yùn)輸機(jī)的輸送帶是一種彈性體，從它起始點(diǎn)和卸載點(diǎn)之間有大量的能量?jī)?chǔ)存與消耗。這種能量將使皮帶產(chǎn)生較大的張力。關(guān)于動(dòng)態(tài)計(jì)算和設(shè)計(jì)的理論至今還不完善。在中國(guó)，皮帶在運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一般被認(rèn)為是一種堅(jiān)硬的物質(zhì)。為了防止傳動(dòng)滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始時(shí)打滑，要由它靜止時(shí)計(jì)算出的結(jié)果乘以一個(gè)系數(shù)（一般為1.3到1.7之間）來(lái)得到，導(dǎo)致皮帶的張力和主要的承載設(shè)計(jì)參數(shù)增加，設(shè)備的成本也變得過(guò)高，另外它還可以經(jīng)常引起組成結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、卸載裝置和制動(dòng)

2、裝置的不穩(wěn)定變化，而皮帶的局部張力又是如此的小，從而導(dǎo)致經(jīng)常有事故發(fā)生，如輸送帶的松弛。由于原煤是不規(guī)則的塊狀，容易對(duì)皮帶造成損壞。美國(guó)和加拿大動(dòng)力研究所把運(yùn)輸系統(tǒng)劃分成一系列的彈性膠帶和部件，用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法分析運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)態(tài)特性。 現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中常常需要對(duì)物料進(jìn)行加工、搬運(yùn)，如果這些繁雜的工作由人工完成的話不但效率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，不適合現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要。本文主要對(duì)基于PLC自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)具有精度高、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、故障率低、操作維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值，在建材、化工、食品機(jī)械、鋼鐵、冶金、煤礦等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用。近些年，帶式輸送機(jī)又在其他一些

3、產(chǎn)業(yè)部門(mén)表現(xiàn)出具有巨大的潛力和廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。 本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容: 采用三菱FX2N系列PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，著重從帶式運(yùn)輸機(jī)，液體混合裝置系統(tǒng)兩個(gè)方面深入研究，確定其控制要求，明確PLC的機(jī)型的選擇，確定I/O地址的分配，設(shè)計(jì)I/O接線圖，控制流程圖及梯形圖，深入理解PLC的編程方法，按照控制要求對(duì)自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行編程。 關(guān)鍵字:PLC,自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)，帶傳動(dòng)，程序，設(shè)計(jì) 目錄 前言。。。。。。。。。。。。。。 第一章 可編程序控制器概述。。。。。。。。。。。 1.1可編程序控制器的

4、產(chǎn)生和發(fā)展。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 1.2可編程控制器的基本組成和工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。 1.2.1PLC的基本組成。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 1.2.2PLC的工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 1.3可編程序控制器的特點(diǎn)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 第二章 三菱FX2N系列可編程控制器簡(jiǎn)介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 2.1 FX2N系列PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。。。。。。 2.2 FX2

5、N系列PLC的基本組成。。。。。 2.3 FX2N系列可編程控制器內(nèi)部元件及功能。。。。。 第三章 應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。。。。。。。。 3.1選題依據(jù)。。。。。。。。 3.2方案研究與選擇。。。。。 3.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制要求。。。。。。 第四章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。。。。。。。。 4.1PLC機(jī)型的選擇及外部接線圖。。。。。。 4.2I/O設(shè)備及I/O編號(hào)的分配。。。。。 4.3順序功能圖的設(shè)計(jì)。。。。。。。 4.4梯形圖的設(shè)計(jì)及程序設(shè)計(jì)。。。

6、。。。 緒 論 謝 辭 參 考 文 獻(xiàn) 附 錄 前言 PLC目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域，無(wú)論是從國(guó)外引進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線還是自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制領(lǐng)域，都普遍采用了PLC自動(dòng)控制。PLC控制系統(tǒng)處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。其主要原因，在于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適用與當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。 與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，PLC控制系統(tǒng)具有構(gòu)成簡(jiǎn)單、可靠性高、適用性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、易于編程、體積小、可在線修改、設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短、便于安裝和維

7、修等突出優(yōu)點(diǎn)、而且一般不需要采取特殊措施，就能直接在工業(yè)環(huán)境中使用，更加適合現(xiàn)代化的要求，采用PLC控制系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的整體性能，具有較明顯的優(yōu)越性。 本次設(shè)計(jì)主要的內(nèi)容是在液體混合裝置控制系統(tǒng)上的改進(jìn)，結(jié)合皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)與控制系統(tǒng)，構(gòu)造出新的控制系統(tǒng)即自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)與控制系統(tǒng)。應(yīng)用日本三菱公司FX2N系列PLC實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)與控制系統(tǒng)方面的控制，該系統(tǒng)能夠提供均勻的干料，并附帶輸送的功能，現(xiàn)場(chǎng)維修與安裝非常便利，且能夠適應(yīng)于高溫度、高粉塵、有沖擊和連續(xù)振動(dòng)，環(huán)境比較復(fù)雜的場(chǎng)合，減少人員勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。

8、 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 1. 方案選擇與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2. 輸入輸出與PLC機(jī)型的選擇 3. I/O地址的分配 4. 程序狀態(tài)圖的設(shè)計(jì) 5. 梯形圖的編寫(xiě)及程序分析， 第一章 皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng) 1.1皮帶運(yùn)輸機(jī)的粘彈性擺動(dòng)方程 皮帶運(yùn)輸機(jī)是一個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)，它包括環(huán)繞皮帶、張緊皮帶輪、驅(qū)動(dòng)裝置、拉緊裝置和卸載裝置，設(shè)皮帶機(jī)的運(yùn)輸長(zhǎng)度為L(zhǎng)（m）皮帶運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾平衡重量為M（kg），皮帶的動(dòng)態(tài)加速度為U＝U（x，t）；皮帶的彈性系數(shù)為E（N/）；皮帶的橫截面積為A（）；等效阻力為j（N），皮帶、輸送物料和托滾的總質(zhì)量是q（kg/m），皮帶運(yùn)輸機(jī)的加速度是a（t）（m/），則

9、其彈性方程為： （00） （1） 其中： j——皮帶輸送速度， j＝ 1.2 皮帶運(yùn)輸機(jī)的初始條件和邊界條件 皮帶運(yùn)輸機(jī)的邊界條件包括許多種不同的拉緊裝置，根據(jù)制造方法，拉緊裝置可分為固定式拉緊裝置、垂直重錘拉緊裝置和自動(dòng)拉緊裝置。 固定式拉緊裝置皮帶運(yùn)輸機(jī)的邊界條件為： U(0,t)=0,U(L,t)=0 (2) 垂直重錘拉緊裝置系統(tǒng)為： 驅(qū)動(dòng)滾筒 U(0,t)=0,U(L,t)=0 拉緊裝置 （3） 其中： 位移

10、和時(shí)間的函數(shù) 皮帶運(yùn)輸機(jī)的初始位移和初始速度為 U(x,0)=0, (4) 1.3位移和張力的計(jì)算方案 通過(guò)采用可變間距調(diào)節(jié)和總體協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)，當(dāng)垂直重錘拉緊裝置被采用時(shí)，從方程式（1）中可得到位移方程為： （5） 1.4動(dòng)態(tài)拉緊和張力計(jì)算 若皮帶機(jī)采用Y系列鼠籠式電動(dòng)機(jī)，有輔助電動(dòng)機(jī)有限扭矩的一對(duì)孔，它的初始加速度被近似地認(rèn)為是糾正系數(shù)，以確保在加速過(guò)程中時(shí)間為T(mén)（s），正常的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是，這里不考慮阻力，用a(t)解答了采用垂直重錘拉緊裝置皮帶張力的計(jì)算方

11、法。 （5） 公式（5）表明L是在正常情況下皮帶張力的計(jì)算方法，它表明了當(dāng)來(lái)回運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要求把垂直重錘拉緊裝置安裝在機(jī)尾時(shí)皮帶上的張力更小。 2拉緊裝置的設(shè)計(jì) 皮帶輸送機(jī)的拉緊裝置可分為固定式拉緊裝置、垂直重錘拉緊裝置和自動(dòng)式拉緊裝置，它應(yīng)該能保證當(dāng)滾筒啟動(dòng)，停止或有突發(fā)事故時(shí)，使皮帶不打滑，要保證在皮帶的每一個(gè)點(diǎn)上有一個(gè)必要的張力，為了防止下垂設(shè)備和不工作的零件之間變松，拉緊裝置的拉緊距離依據(jù)不同的拉緊裝置，皮帶使用過(guò)后的情況，在加速和減速的過(guò)程中保證預(yù)留的長(zhǎng)度。 在固定設(shè)計(jì)中，拉緊裝置被稱為最小的張力點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，拉緊裝置一般要求安裝在礦石的下面，當(dāng)要求安裝在水平皮帶運(yùn)輸機(jī)的

12、機(jī)頭上時(shí)也是一樣。 在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中，皮帶的張力隨拉緊裝置的安裝位置和類型而改變。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置突然停止時(shí)，為了減小皮帶的張力，防止皮帶張力過(guò)大或過(guò)小，在長(zhǎng)距離，大輸送量，大功率皮帶機(jī)向上運(yùn)輸，水平運(yùn)輸，向下運(yùn)輸，雙向運(yùn)輸時(shí)，在兩個(gè)滾筒之間應(yīng)安裝垂直重錘拉緊裝置。這樣，當(dāng)機(jī)頭的驅(qū)動(dòng)滾筒突然停止時(shí)，垂直重錘拉緊裝置可以消除一半的振動(dòng)，與采用其他的拉緊裝置相比，皮帶的振動(dòng)力量和速度可減少到50%。垂直重錘拉緊裝置的極限條件是應(yīng)該在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒之間保持拉緊狀態(tài)；采用固定式拉緊裝置的極限條件是在驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒之間保持張緊力，根據(jù)固定式極限條件，計(jì)算出的皮帶張力更小，這樣，皮帶的張力就有了很大的減小，

13、于是，它可以在凹面截面或最小張力點(diǎn)上確保運(yùn)輸機(jī)安全運(yùn)行，使輸送帶的張力和承受載荷在允許范圍之內(nèi)降低成本。當(dāng)然，允許向上運(yùn)行的皮帶輸送機(jī)把垂直重錘拉緊裝置安裝在礦井的底部，對(duì)于水平皮帶運(yùn)輸機(jī)，要把固定式拉緊裝置放在機(jī)頭部位。拉緊裝置的類型和安裝位置要根據(jù)皮帶機(jī)的參數(shù)來(lái)計(jì)算，設(shè)計(jì)過(guò)程中還要考慮到它的安全性、可靠性、技術(shù)含量、合理性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。 拉緊裝置的最小張力要根據(jù)機(jī)尾滾筒和皮帶輪之間的傾斜角度來(lái)確定，當(dāng)向上或水平運(yùn)輸，皮帶加速向下突然停止時(shí)，為了確保皮帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上不打滑，可以用下列公式計(jì)算最小張力 （7） 其中： -靜止時(shí)確保皮帶在驅(qū)動(dòng)

14、滾筒上不打滑的最小張力（N）, -圓周驅(qū)動(dòng)力或工作阻力（N）, -傳動(dòng)裝置的動(dòng)載荷（N）， -摩擦常量， 由公式（5）可計(jì)算出采用垂直重錘拉緊裝置的輸送帶的位移，由公式（3）可算出拉緊裝置的位移。 3驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)的工作阻力和拉緊裝置的拉緊力，可計(jì)算出皮帶上每一點(diǎn)的張力，可以 確定驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量和其安裝位置，可以合理的選擇皮帶的型號(hào)，為了減小皮帶的張力和設(shè)備的成本，在設(shè)計(jì)中建議使用合理的柔性拉緊設(shè)備，合理計(jì)算柔性拉緊特性和合理的柔性制動(dòng)特性。 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，皮帶運(yùn)輸機(jī)開(kāi)始加速的特征曲線是其中的一部分特征曲線，換句話來(lái)說(shuō)，啟動(dòng)時(shí)加速

15、度從零增加到最大所產(chǎn)生的加速頻率超過(guò)了極限范圍，就導(dǎo)致壓力動(dòng)態(tài)特性過(guò)大。在柔性拉緊設(shè)計(jì)中，急速頻率的變化在所允許的范圍之內(nèi)。因?yàn)榧铀俣仁菑牧憔徛卦黾拥阶畲笾?，沿著一個(gè)較緩的特征曲線，動(dòng)態(tài)壓力的頻率特性隨著加速頻率的減小而減小，特別是在某些特殊的條件下，皮帶的彈性振動(dòng)可以被消除，這樣皮帶運(yùn)輸機(jī)就變得合理和經(jīng)濟(jì)。 近年來(lái)，柔性拉緊裝置得到了廣泛的應(yīng)用，如CST控制啟動(dòng)運(yùn)輸設(shè)備，調(diào)速液力耦合器，軟硅控制拉緊裝置，頻繁變速設(shè)備等等。通過(guò)研究三角正弦拋物線和不規(guī)則加速度特征曲線，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用拋物線加速特征曲線時(shí)，皮帶的彈性振動(dòng)可以被消除，皮帶的張力可以達(dá)到最小。 皮帶運(yùn)輸機(jī)拋物線加速度控制的計(jì)算

16、公式如下： （8） 拋物線加速度控制曲線的最大值為，把公式（8）代入公式（6）就可得到當(dāng)采用垂直重錘拉緊裝置時(shí)皮帶張力的計(jì)算公式： 第一章 可編程序控制器概述 1.1 可編程序控制器的產(chǎn)生和發(fā)展 1. 可編程序控制器的產(chǎn)生 20世紀(jì)60年代以前，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制的最先進(jìn)裝置就是繼電控制盤(pán)，它對(duì)當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力的發(fā)展確實(shí)發(fā)揮了很大的作用。但當(dāng)人類歷史跨入20世紀(jì)60年代后，工業(yè)生產(chǎn)隨著市場(chǎng)的轉(zhuǎn)變，開(kāi)始由大批量少品種的生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨慷嗥贩N的生產(chǎn)。在這種轉(zhuǎn)換過(guò)程中，繼電控制系統(tǒng)的許多固有弊端越發(fā)顯得突出，成為了生產(chǎn)轉(zhuǎn)換的一大障礙。如繼電器

17、控制系統(tǒng)中，使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，系統(tǒng)的可靠性較差、功能局限性大、體積大、耗能多、特別是生產(chǎn)工藝要求發(fā)生變化時(shí)，控制柜內(nèi)的元件和接線也必須要作相應(yīng)的變動(dòng)、這種變動(dòng)的工期長(zhǎng)，費(fèi)用高，有的用戶寧愿扔掉舊的控制柜，另外制作一臺(tái)新的控制柜?？傊?，20世紀(jì)60年代后期，市場(chǎng)所需的‘柔性’生產(chǎn)線呼喚新型控制系統(tǒng)的誕生。 1968年，美國(guó)最大的汽車制造廠家---通用汽車公司(GM)為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷翻新，試圖 尋找一種新型的工業(yè)控制器，以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時(shí) 間，降低成本。因而設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活及通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、 操作方便、價(jià)格

18、便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置，并把計(jì)算機(jī)的編 程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用 “面向控制過(guò)程，面向?qū)ο蟆钡摹白匀徽Z(yǔ)言”進(jìn)行編程，使 不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。即： 硬件： 減少 軟件： 靈活 簡(jiǎn)單 針對(duì)上述設(shè)想，通用汽車公司提出了這種新型控制器所必須具備的十大條件(有名的“GM10條” ) 1 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序序 2 維護(hù)方便，最好是插件式 3 可靠性高于繼電器控制柜 4 體積小于繼電器控制柜 5 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī) 6 在成本上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 7輸入可以是交流115V

19、 8輸出可以是交流115V，2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥 9 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更 10 用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（GEC）首先研制成功第一臺(tái)可編程序控制器，并在通用汽車公司的自 動(dòng)裝配線上試用成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。 接著，美國(guó)國(guó)MODICON公司也開(kāi)發(fā)出可編程序控制器084。 1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)可編程序控制器DSC-8。1973年 ，西歐國(guó)家也研制出了他們的第一臺(tái)可編程序控制器。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制，1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng) 用。早期的可編程序

20、控制器是為取代繼電器控制線路、存儲(chǔ)程序指令、完成順序控制而設(shè)計(jì)的。主 要用于：1. 邏輯運(yùn)算? 2. 計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等順序控制，均屬開(kāi)關(guān)量控制。所以，通常稱為可編程序邏 輯控制器（PLC—Programmable Logic Controller）。? 進(jìn)入70年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展， PLC采用了通用微處理器，這種控制器就不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算了，功能不斷增強(qiáng)。因此，實(shí) 際上應(yīng)稱之為PC——可編程序控制器。 至80年代，隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī) 化PC得到了驚人的發(fā)展。使PC在概念、設(shè)計(jì)、性能、價(jià)格以及應(yīng)用等方面都有了新的

21、突破。不僅控 制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著 遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使PC向用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向發(fā)展， 為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。 1.2可編程控制器的基本組成和工作原理 由PLC得定義可知，它實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)，所以盡量可編程控制器的品種繁多，結(jié)構(gòu)、功能多種多樣，但系統(tǒng)組成和工作原理基本相同。概括起來(lái)，系統(tǒng)都是硬件和軟件兩大部分組成，都是采用集中采樣、集中輸出的周期循環(huán)掃描方法進(jìn)行工作。 1.2.1PLC的基本組成 可編程控制器的硬件由微處理器、存儲(chǔ)

22、器、I/O接口電路、電源、擴(kuò)展接口、外接接口及編程器。圖1—1為可編程控制器的硬件簡(jiǎn)化框圖。 圖1—1編程控制器的硬件簡(jiǎn)化框圖 1. 中央控制處理單元(CPU) 可編程控制器中常用的CPU主要采用通用微處理器、單片機(jī)和雙極型位片式微處理器三種類型。 通用微處理器有8080、8086、80286、80386等；單片機(jī)有8031、8096等；位片式微處理器的AM2900、AM2903等。FX2可編程控制器使用的微處理器是16位的8096單片機(jī)。 2. 存儲(chǔ)器 可編程控制器配有兩種存儲(chǔ)器：系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器：存放系統(tǒng)管理程序。 用戶存儲(chǔ)器：

23、存放用戶編制的控制程序。 3. 輸入接口電路 PLC通過(guò)輸入單元可實(shí)現(xiàn)將不同輸入電路的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成PLC所需的標(biāo)準(zhǔn)電平供PLC進(jìn)行處理。 接到PLC輸入接口的輸入器件是：各種開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器等。各種PLC的輸入電路大都相同，PLC輸入電路中有光耦合器隔離，并設(shè)有RC濾波器，用以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和外部噪聲干擾。PLC輸入電路通常有三種類型：直流(12∽24)V輸入、交流(100∽120)V輸入與交流(200∽240)V輸入和交直流(12∽24)V輸入 4. 輸出接口電路 PLC的輸出有三種形式，即繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出 輸出端子有兩種接法： 一種是輸出各自獨(dú)

24、立，無(wú)公共點(diǎn)：各輸出端子各自形成獨(dú)立回路。 一種為每4∽8個(gè)輸出點(diǎn)構(gòu)成一組，共有一個(gè)公共點(diǎn)：在輸出共用一個(gè)公共端子時(shí)，必須用同一電壓類型和同一電壓等級(jí)，但不同的公共點(diǎn)組可使用不同電壓類型和等級(jí)的負(fù)載，且各輸出公共點(diǎn)之間是相互隔離的。 輸入輸出端子處理的過(guò)程如下： 5. 電源 PLC的供電電源一般是市電，也有用直流24V電源供電的。 6. 編程器 利用編程器可將用戶程序輸入PLC的存儲(chǔ)器，還可以用編程器檢查程序、修改程序；利用編程器還可以監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。編程器一般分簡(jiǎn)易型 和智能型。 7. PLC的軟件結(jié)構(gòu) 在可編程控制器中，PLC的軟件分為兩大部分： （1） 系統(tǒng)監(jiān)控

25、程序：用于控制可編程控制器本身的運(yùn)行。主要由管理程序、用戶指令解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊，系統(tǒng)調(diào)用。 (2) 用戶程序：它是由可編程控制器的使用者編制的，用于控制被控裝置的運(yùn)行。 1.2.2PLC的工作原理 1.掃描工作方式 可編程控制器工作時(shí)，它的CPU每一瞬間只能做一件事，也就是說(shuō)一個(gè)CPU每一刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不可能同時(shí)執(zhí)行多個(gè)操作。CPU按分時(shí)操作方式來(lái)順便處理各項(xiàng)任務(wù)。PLC對(duì)各個(gè)需要處理的任務(wù)依次俺規(guī)定順序進(jìn)行訪問(wèn)和處理的工作方式稱為掃描工作方式。用戶程序所用到的PLC各種軟繼電器室按各自程序號(hào)的大小在時(shí)間上串行工作的，但由于CPU運(yùn)算速度極高，宏觀上給人一種似乎

26、是同時(shí)完成的感覺(jué)。 PLC執(zhí)行用戶程序時(shí)，采用掃描工作方式完成。整個(gè)掃描過(guò)程PLC除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成其它工作，如圖1—2所示為PLC工作過(guò)程框圖。 圖1—2PLC工作過(guò)程框圖 在執(zhí)行用戶程序前，PLC還要完成內(nèi)部處理，通信服務(wù)于自診檢查。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部硬件是否正常，監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位以及完成其他一些內(nèi)部處理。在通訊服務(wù)階段，PLC完成與一些帶處理器的智能模塊或其他外設(shè)的通信，完成數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送任務(wù)、響應(yīng)編程器鍵入命令，更新編程器顯示內(nèi)容、更新時(shí)鐘和特殊寄存器內(nèi)容等工作。PLC具有很強(qiáng)的自診斷功能，如電源檢測(cè)、內(nèi)部部件是

27、否正常、程序語(yǔ)法是否有錯(cuò)誤等，一旦有錯(cuò)或異常則CPU能根據(jù)錯(cuò)誤類型和程度發(fā)出提示信號(hào)，甚至進(jìn)行相應(yīng)的出錯(cuò)處理，使PLC停止掃描或強(qiáng)制變成STOP狀態(tài)。當(dāng)PLC處于STOP狀態(tài)時(shí)，只能完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作。當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)的操作外，還要完成輸入處理、程序執(zhí)行、輸出處理工作。 2 .PLC執(zhí)行程序的過(guò)程 PLC執(zhí)行程序的過(guò)程份三個(gè)階段，即輸入采樣（輸入處理）階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新（輸出處理階段），如圖1—3所示 圖1—3PLC掃描工作過(guò)程示意圖 （1） 輸入處理階段 在這階段，PLC以掃描方式按順序?qū)⑺?/p>

28、有輸入端的輸入狀態(tài)存入輸入映像存儲(chǔ)器中。在本工作周期內(nèi)，這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，而且這個(gè)采樣結(jié)果將在PLC執(zhí)行過(guò)程時(shí)被使用。 (2) 程序執(zhí)行階段 在這一階段，PLC按順序進(jìn)行掃描，即從上到下，從左到右地掃描每條指令，并分別從輸入映像寄存器和輸出映像寄存器（及元件映像寄存器）中獲得所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理，再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫(xiě)入寄存執(zhí)行結(jié)果的輸出映像寄存器中保存。但這個(gè)結(jié)果在全部程序未執(zhí)行完畢前不會(huì)送到輸出端口上。 （3） 輸出刷新階段 在所有用戶程序執(zhí)行完成后，PLC將輸出映像寄存器的內(nèi)容送入輸出所存其中，通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 從上述PLC的工作過(guò)程可以看出

29、：PLC工作方式的主要特點(diǎn)是采用周期循環(huán)掃描，集中輸入與集中輸出的方式。 第二章 三菱FX2N系列可編程控制器簡(jiǎn)介 三菱公司是日本生產(chǎn)PLC的主要廠家之一。先后推出的小型、超大型PLC有F、F1、FX2、FX1、FX2C、FX0、FX2N、FX2NC等系列已停產(chǎn)，取而代之的是FX2系列機(jī)型，屬于高性能疊裝式機(jī)種，也是三菱公司的典型產(chǎn)品。另外，三菱公司還生產(chǎn)A型系列PLC的大中型模塊式機(jī)種，只要系列型號(hào)有ANS/ANA和Q4AR等產(chǎn)品。它們的點(diǎn)數(shù)比較多，最多可達(dá)4096點(diǎn)，最大用戶程序存儲(chǔ)量達(dá)124K步，一般用在控制規(guī)模比較大的場(chǎng)合。A系列產(chǎn)品具有數(shù)百條功能指令，類型眾多的功能單元，

30、可以方便的完成位置控制、模擬量控制及幾十個(gè)回路的PLD控制，可以方便的和上位機(jī)及各種外設(shè)進(jìn)行通訊工作，在許多任務(wù)業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)合獲得應(yīng)用。 20世紀(jì)90年代，三菱公司在FX系列PLC的基礎(chǔ)上又推出了FX2N系列產(chǎn)品，該機(jī)型在運(yùn)算速度、指令數(shù)量及通訊功能方面有了較大的進(jìn)步，是一種小型化、高速度、高性能、各方面都相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小型的PLC。 2.1 FX2N系列PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) FX2N采用一體化的箱體式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)非常緊湊。她將所有的電路裝入一個(gè)模塊內(nèi)，構(gòu)成了一個(gè)整體，體積小巧、成本低、安裝方便 為了達(dá)到輸入輸出點(diǎn)數(shù)靈活裝置及易于擴(kuò)展的目的，F(xiàn)X2N系列的產(chǎn)品可由不同點(diǎn)數(shù)的

31、基本單元和擴(kuò)展單元構(gòu)成，使裝置就越靈活。 FX2N系列可編程程序控制器還有許多專用的特殊功能單元，這些單元有模擬量I/O單元、高速計(jì)數(shù)單元，位置控制單元、凸輪控制單元、數(shù)據(jù)輸入輸出單元等。大多數(shù)單元都是通過(guò)單元的拓展口與可編程控制器主機(jī)相連的。有部分特殊功能單元通過(guò)可編程控制的編程器接口連接。還有的通過(guò)主機(jī)上并聯(lián)的適配器接入，不影響源系統(tǒng)的擴(kuò)展。FX2N系列最大輸入輸出點(diǎn)數(shù)為256點(diǎn)。 為了構(gòu)成點(diǎn)數(shù)更多的系統(tǒng)，還可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，將兩臺(tái)機(jī)連接起來(lái)，構(gòu)成總點(diǎn)數(shù)多一倍的系統(tǒng)。 2.2 FX2N系列PLC的基本組成 FX2N系列PLC由基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元構(gòu)成

32、。僅用于基本單元或?qū)⑸鲜龈鞣N產(chǎn)品組合起來(lái)使用即可。 基本單元包括CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。擴(kuò)展單元用于增加I/O點(diǎn)數(shù)及改變I/O比例，內(nèi)部無(wú)電源，由基本單元或擴(kuò)展單元供電。因擴(kuò)展單元及擴(kuò)展模塊無(wú)CPU，因此必須與基本單元一起使用。特殊功能單元是一些專門(mén)用途的裝置，如位置控制模塊、模擬量控制塊、計(jì)算機(jī)通訊模塊等等。 2.3 FX2N系列可編程控制器內(nèi)部元件及功能 FX系列產(chǎn)品，它內(nèi)部的編程元件，也就是支持該機(jī)型編程語(yǔ)言的軟元件，暗通俗叫法分別稱為繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。但他們與真實(shí)元件有很大的差別，一般稱它們?yōu)椤浝^電器’。這些編程用的繼電器，它的工作圈沒(méi)有工

33、作電壓等級(jí)、功耗大小和電磁慣性等問(wèn)題；觸點(diǎn)沒(méi)有數(shù)量限制、沒(méi)有機(jī)械磨損和電蝕等問(wèn)題。它在不同的指令操作下，其功作狀態(tài)可以無(wú)記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數(shù)字元件使用。一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時(shí)器,C代表計(jì)數(shù)器，S代表狀態(tài)繼電器，D代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV代表傳輸?shù)取? 1. 輸入繼電器（X） PLC的輸入端子是從外部開(kāi)關(guān)接受信號(hào)的窗口，PLC內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號(hào)與接線端子編號(hào)一致(按八進(jìn)制輸入)，線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點(diǎn)的狀態(tài)。內(nèi)部有常開(kāi)/常閉兩種觸點(diǎn)供編程

34、隨時(shí)使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時(shí)間常數(shù)一般小于10ms。各基本單元都是八進(jìn)制輸入的地址，輸入為X000-X007,X010-X017,X020-X027.它們一般位于機(jī)器的上端。 2. 輸出繼電器(Y) PLC的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號(hào)的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點(diǎn)接到PLC的輸出端子上供外部負(fù)載使用，其余常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限。輸出電路的時(shí)間常數(shù)是固定的。各基本單元都是八進(jìn)制輸出，輸出為Y000-Y007,Y010-Y017,Y020-Y027.它們一般位于機(jī)器的下端。 3. 輔助繼電器(M)

35、 PLC內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內(nèi)各軟元件的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒(méi)有向外的任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開(kāi)/常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)必須通過(guò)輸出繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如下圖2-1中M300，它只起到一個(gè)自鎖的功能。在FX2N中普遍采用M0-M499，共500點(diǎn)輔助繼電器，其地址號(hào)按十進(jìn)制編號(hào)。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 4. 狀態(tài)器（S） 狀態(tài)器S與步進(jìn)梯形圖指令STL一起使用，用于順序控制的程序編程。當(dāng)

36、不對(duì)S使用STL指令時(shí)，其作用相當(dāng)于普通輔助繼電器M。 無(wú)斷電保持功能的通用狀態(tài)器為S0-499,共500點(diǎn)。其中，S0-S9用于自動(dòng)回原點(diǎn)程序的順序功能圖：S500-S899，共400點(diǎn)。狀態(tài)器S900-S999用于外部故障診斷的輸出（又稱為報(bào)警器）。 5. 定時(shí)器（T） 在PLC內(nèi)的定時(shí)器是根據(jù)脈沖的累積形式，當(dāng)所記時(shí)間達(dá)到設(shè)定值時(shí)，其輸出觸點(diǎn)動(dòng)作，時(shí)鐘脈沖有1ms、10ms、100ms。定時(shí)器可以用用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)的常數(shù)K作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護(hù)功能的數(shù)據(jù)繼電器。即使在此，若備用電池電壓降低時(shí)，定時(shí)器或計(jì)數(shù)器往往會(huì)發(fā)生

37、誤操作。 定時(shí)器通道范圍如下： 100ms定時(shí)器T0-T199,共200點(diǎn)，設(shè)定值:0.1-3276.7秒： 10ms定時(shí)器T200-TT245,共46點(diǎn)，設(shè)定值：0.01-327.67： 1ms肌酸定時(shí)器T245-T249,共4點(diǎn)，設(shè)定值：0.001-32.767： 100ms積算定時(shí)器T250-T255，共6點(diǎn)，設(shè)定值：0.1-3276.7： 定時(shí)器指令符號(hào)及應(yīng)用如下圖所示： 圖2-2通用定時(shí)器 當(dāng)定時(shí)器線圈T200的驅(qū)動(dòng)輸入X000接通時(shí)，T200的當(dāng)前值計(jì)

38、數(shù)器對(duì)10ms的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)前值與設(shè)定值K123相等時(shí)，定時(shí)器的輸出接點(diǎn)動(dòng)作，即輸出觸點(diǎn)是在驅(qū)動(dòng)線圈后的1.23秒（10×123ms=1.23s）時(shí)才動(dòng)作，當(dāng)T200觸點(diǎn)吸合后，Y000就有輸出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輸入X000斷開(kāi)或發(fā)生停電時(shí)，定時(shí)器就復(fù)位，輸出觸點(diǎn)也復(fù)位。 每個(gè)定時(shí)器只有一個(gè)輸入，它與常規(guī)定時(shí)器一樣，線圈通電時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)；斷電時(shí)，自動(dòng)復(fù)位，不保存中間數(shù)值。定時(shí)器有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，一個(gè)為設(shè)定值寄存器，另一個(gè)是現(xiàn)實(shí)值寄存器，編程時(shí)，由用戶設(shè)定累積值。 如果是積算定時(shí)器，它的符號(hào)接線如下圖2-3所示： 圖2-3積算定時(shí)

39、器 定時(shí)器線圈T250的驅(qū)動(dòng)輸入X001接通時(shí)，T250的當(dāng)前值計(jì)數(shù)器對(duì)100ms的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行累積計(jì)數(shù)，當(dāng)該值與設(shè)定值K345相等時(shí)，定時(shí)器的輸出觸點(diǎn)動(dòng)作。在計(jì)數(shù)過(guò)程中，即使輸入X001在接通或復(fù)電時(shí)，計(jì)數(shù)繼續(xù)進(jìn)行，其累積時(shí)間為34.5s(100ms×345=34.5s)時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)復(fù)位輸入X002接通，定時(shí)器就復(fù)位，輸出觸點(diǎn)也復(fù)位。 6. 計(jì)數(shù)器（C） FX2N中的16位增計(jì)數(shù)器，是16位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它是在計(jì)數(shù)信號(hào)的上升沿進(jìn)行計(jì)數(shù)，它有兩個(gè)輸入，一個(gè)用于復(fù)位，一個(gè)用于計(jì)數(shù)。每一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖上升沿使原來(lái)的數(shù)值1，當(dāng)現(xiàn)在值減到零時(shí)停止計(jì)數(shù)，同時(shí)觸點(diǎn)閉合。直到復(fù)位控制信號(hào)的上

40、升沿輸入時(shí)，觸點(diǎn)才斷開(kāi)，設(shè)定值又寫(xiě)入，在又進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。 其設(shè)定值在K1-K32767范圍內(nèi)有效。 設(shè)定值K0與K1含義相同，即在第一次計(jì)數(shù)時(shí)，其輸出觸點(diǎn)就動(dòng)作。 通用計(jì)數(shù)器的通道號(hào)：C0-C99，共100點(diǎn)。 保持用計(jì)數(shù)器的通道號(hào):C100-C199,共100點(diǎn)。 通用與掉電保持用的計(jì)數(shù)器點(diǎn)數(shù)分配，可由參數(shù)設(shè)置而隨意更改。 舉個(gè)例子，如圖2-4所示： 圖2-4計(jì)時(shí)器工作原理 由計(jì)數(shù)輸入X011每次驅(qū)動(dòng)C0線圈時(shí)，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值加1.當(dāng)?shù)?0次執(zhí)行線圈指令時(shí)，計(jì)數(shù)器C0的輸出觸點(diǎn)即動(dòng)作。之后即使計(jì)數(shù)器輸入X011在動(dòng)作，計(jì)數(shù)器的當(dāng)

41、前值保持不變。 當(dāng)復(fù)位輸入X010接通（ON）,執(zhí)行RST指令，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值為0，輸出接點(diǎn)也復(fù)位。 應(yīng)注意的是，計(jì)數(shù)器C100-C199，即使發(fā)生停電，當(dāng)前值與輸出觸點(diǎn)的動(dòng)作狀態(tài)或復(fù)位狀態(tài)也能保持。 7. 數(shù)據(jù)寄存器（D） 數(shù)據(jù)寄存器是計(jì)算機(jī)必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。FX2N中每一個(gè)數(shù)據(jù)寄存器都是16bit（最高位為正、負(fù)符號(hào)位），也可用兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器合并起來(lái)存儲(chǔ)30bit數(shù)據(jù)（最高位為正、負(fù)符號(hào)位）。 （1） 通用寄存器D 通道分配D0-D199，共200點(diǎn)。 只要不寫(xiě)入其它數(shù)據(jù)，已寫(xiě)入的數(shù)據(jù)不會(huì)變化，但是，由由RUN-STOP時(shí)，全部數(shù)據(jù)均清零。（若特

42、殊輔助繼電器M8033已被驅(qū)動(dòng)，則數(shù)據(jù)不被清零）. (2)停電保持用寄存器 通道分配D200-D511，共312點(diǎn)，或D200-D999，共800點(diǎn)（由機(jī)器的具體型號(hào)定）。 基本上同通用數(shù)據(jù)寄存器。除非改寫(xiě)，否則原有數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不論電源接通與否，PLC運(yùn)行與否，其內(nèi)容也不會(huì)變化。然而在兩臺(tái)PLC作點(diǎn)對(duì)的通信時(shí)，D490-D509被用作通信操作。 （2） 特殊功能寄存器 通道分配D8000-8255(共256點(diǎn))。它用作監(jiān)控可編程控制器的運(yùn)行狀態(tài)，如電池電壓、掃描時(shí)間、正在動(dòng)作的狀態(tài)的編號(hào)等，其在電源接通時(shí)被清零，隨后被系統(tǒng)程序?qū)懭氤跏贾怠? 第3章 應(yīng)用PLC實(shí)

43、現(xiàn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1選題依據(jù) 可編程邏輯控制器（PLC）是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備。它集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為一體，是一種專門(mén)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。目前，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種自動(dòng)化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂茟?yīng)用。主要原因在它能為自動(dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要。由與控制對(duì)象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行的長(zhǎng)期連續(xù)性，使PLC在設(shè)計(jì)上有自己明顯的特點(diǎn)：可靠性高，適用性廣，具有通信功能，編程方便，結(jié)構(gòu)模塊化。在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已成為

44、一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛。 本文主要在原有混液裝置系統(tǒng)上的改進(jìn)，結(jié)合皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)，構(gòu)造出新的控制系統(tǒng)，即自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)與控制系統(tǒng)，采用三菱公司FX2N系列PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的控制，該系統(tǒng)能夠提供均勻、無(wú)雜色、無(wú)結(jié)塊、品質(zhì)均一的干混料，同時(shí)可運(yùn)送散裝物料，現(xiàn)場(chǎng)安裝和維修都很方便，檢查時(shí)也一目了然，且能夠適應(yīng)高溫度、高粉塵、有沖擊和連續(xù)振動(dòng)的工作條件，不受惡劣環(huán)境的影響。該系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用空間，被廣泛應(yīng)用在煤炭、電廠、鋼鐵企業(yè)、水泥、糧食、煙草、食品及輕工業(yè)的生產(chǎn)線。 3.2 方案研究與選擇 本次設(shè)計(jì)

45、主要是圍繞液體混料裝置即皮帶運(yùn)輸機(jī)方面的研究，綜合運(yùn)用其控制功能。 1. 皮帶運(yùn)輸機(jī)的控制系統(tǒng) 在建材、化工、食品、機(jī)械、煤礦等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)送原料或物品。 圖3-1為某原料皮帶運(yùn)輸機(jī)的示意圖。原料從料斗經(jīng)過(guò)PD-1、PD-2兩臺(tái)皮帶運(yùn)輸機(jī)送出。從料斗向PD-2提供由電磁閥YV控制，PD-1和PD-2分別由電動(dòng)機(jī)M1和M2驅(qū)動(dòng)。該系統(tǒng)主要考慮的時(shí)傳送帶的啟動(dòng)和停止。在啟動(dòng)時(shí)，對(duì)其進(jìn)行一些要求：為了避免在前段皮帶上造成物料堆積，要求逆物料方向按一定的流動(dòng)方向按一定的時(shí)間間隔順序啟動(dòng)。同樣，在停止時(shí)，為了使運(yùn)輸皮帶上不殘留物料，要求順序物料流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序停止。

46、 圖3-1 原料皮帶運(yùn)輸機(jī)控制示意圖 2. 物料混合主軸控制系統(tǒng) 圖3-2為水泥、糧食、煙草、食品等輕工業(yè)生產(chǎn)線的混料裝置，閥A、B、C為電磁閥，用于控制管路。線圈通電時(shí)，打開(kāi)管路：線圈斷電后，關(guān)閉管路。高、中、低三個(gè)料位傳感器被淹沒(méi)時(shí)為ON。 系統(tǒng)初始狀態(tài)為電動(dòng)機(jī)停止，所有閥門(mén)關(guān)閉，裝置內(nèi)沒(méi)有物料，高、中、低三個(gè)傳感器處于OFF狀態(tài)。 控制要求為按下啟動(dòng)按鈕，打開(kāi)A閥，物料A流入：當(dāng)中傳感器被淹沒(méi)為ON時(shí)，A閥關(guān)閉，B閥打開(kāi)，B物料流入容器：當(dāng)高位傳感器被淹沒(méi)為ON時(shí)，B閥關(guān)閉，攪拌電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，開(kāi)始攪動(dòng)物料，

47、8s后停止攪拌，打開(kāi)C 圖3-2物料混合裝置系統(tǒng)示意圖 閥放出均勻的混合物料：當(dāng)料下降到低位傳感器（傳感器ON變?yōu)镺FF）時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，3s后關(guān)閉C閥（以確保容器放空）系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，系統(tǒng)運(yùn)行完一個(gè)完整得的周期。此時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)檢驗(yàn)在剛過(guò)的運(yùn)行周期里是否發(fā)出了停止信號(hào)，如果已發(fā)出，則系統(tǒng)停止在初始狀態(tài)等待下一次啟動(dòng)信號(hào)，否則系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。也就是說(shuō)，按下此類系統(tǒng)的停止要求不應(yīng)馬上停止。而應(yīng)該等回到初始狀態(tài)運(yùn)行完這個(gè)周期而停止。這生產(chǎn)工藝所必須要求的。 3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制要求 根據(jù)皮帶運(yùn)輸機(jī)控制及混液裝置系統(tǒng)的工控原理，從中提取一部分元件，綜合運(yùn)用，構(gòu)造出新的

48、PLC控制系統(tǒng)，即自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)。 1. 系統(tǒng)的基本組成 (1) 自動(dòng)配料系統(tǒng) 由一個(gè)混料容器，三個(gè)料位傳感器，進(jìn)料閥A，進(jìn)料閥B及放料閥C，一臺(tái)攪拌電機(jī)組成。 （2）皮帶傳動(dòng)系統(tǒng) 包括3條個(gè)傳送帶PD-1、PD-2、PD-3，傳送帶均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，共使用了3臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。 （3） 控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)的全部控制功能由一臺(tái)三菱FX2N-16MR型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，用于控制進(jìn)料、攪拌、放料、皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)、停止等工作過(guò)程。 2 .系統(tǒng)的工作原理 圖3-3為自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖，SL1、SL2、SL3、分別為高、中、低料位傳感器，料位淹沒(méi)時(shí)接通，物料A、B有進(jìn)料

49、電磁閥Y4、Y5控制、混料由出料電磁閥Y6控制，M0為攪拌電機(jī)，三條PD-1、PD-2、PD-3分別由接觸器M1、M2、M3控制。 控制要求如下： （1）初始狀態(tài) 自動(dòng)配料混合裝置處于OFF狀態(tài)，攪拌電機(jī)停止，所以閥門(mén)關(guān)閉，裝置內(nèi)沒(méi)有物料，上、中、下三個(gè)液位傳感器處于OFF狀態(tài)：皮帶運(yùn)輸機(jī)由電動(dòng)機(jī)控制，現(xiàn)處于停止?fàn)顟B(tài)。 （2）啟動(dòng)狀態(tài) 圖3-3自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 按下啟動(dòng)按鈕SB1，裝置開(kāi)始按以下規(guī)律運(yùn)行： a.物料A電磁閥打開(kāi)，物料A流入容器。當(dāng)料位到達(dá)中料位SL2時(shí)，SL2接通，關(guān)閉物料A電磁閥，打

50、開(kāi)物料B電磁閥，物料B開(kāi)始流入容器。 b.當(dāng)容器料位達(dá)到高料位傳感器SL1時(shí)，SL1接通，關(guān)閉物料B電磁閥，攪拌電機(jī)M0啟動(dòng)，開(kāi)始攪勻物料。 C．?dāng)嚢桦姍C(jī)工作8s后停止攪動(dòng)，在開(kāi)啟放料電磁閥C之前，為了避免在前段傳送帶上造成物料堆積，依次間隔2s啟動(dòng)傳送帶電動(dòng)機(jī)M3、M2、M1，分別帶動(dòng)傳送帶PD-3、PD-2、PD-1運(yùn)轉(zhuǎn)。 d.當(dāng)皮帶PD-1運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)2s后，放料電磁閥C打開(kāi)，開(kāi)始放出混合物料。 e.當(dāng)容器料位下降到低料位傳感器SL3時(shí)，由SL3由接通變?yōu)榇蜷_(kāi)，開(kāi)始計(jì)時(shí)時(shí)，3s后關(guān)閉放料電磁閥C。 f.在關(guān)閉放料電磁閥C的同時(shí)，為了使傳送帶上不殘留物料，依次間隔

51、2s停止傳動(dòng)M1、M2、M3電動(dòng)機(jī)，傳送帶PD-1、PD-2、PD-3停止運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)開(kāi)始執(zhí)行下一個(gè)循環(huán)周期。 （3）停止操作 按下停止按鈕SB2后，在當(dāng)前的混合，放料，輸送操作處理完畢后，才停止運(yùn)行（停在初始狀態(tài)上）。 第4章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 4.1 PLC機(jī)型的選擇及外部接線圖 圖4-1 自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)PLC外部接線圖 根據(jù)對(duì)自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)控制要求的分析，可以確定輸入信號(hào)由啟動(dòng)、停止按鈕SB1、SB2，物料傳感器SL1、SL2、SL3共計(jì)5點(diǎn)輸入：輸出信號(hào)

52、為攪拌電機(jī)接觸器M0、傳感器M1、傳送帶接觸器M2、傳送帶寄存器M3，進(jìn)料電磁閥A、進(jìn)料電磁閥B、放料電磁閥C，共計(jì)7點(diǎn)。 綜合上述分析系統(tǒng)要求，考慮到系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型和技術(shù)指標(biāo)，可選用三菱公司的FX2N系列PLC，機(jī)型為FX2N-16MR。 該機(jī)基本單元有8個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，8個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)，能夠滿足系統(tǒng)控制要求。 據(jù)此可作出自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)的輸入、輸出分配，如外部接線圖4-1所示。 4.2 I/O設(shè)備及I/O編號(hào)的分配 如表4-1所示為控制系統(tǒng)的I.O分配表。 4.3 順序功能圖的設(shè)計(jì) 由題目給出的控制要求，可以把順序功能圖分

53、為12步，連同初始步共13步。每一步驅(qū)動(dòng)相關(guān)的負(fù)載，設(shè)計(jì)思路同STL順序功能圖一樣，圖4-2給出了用M代表步的順序功能圖。需要注意的是M7步的轉(zhuǎn)換條件是料位露出下傳感器，也就是X4由ON變?yōu)镺FF，所以轉(zhuǎn)換條件應(yīng)該是X4，下面是與順序功能圖對(duì)應(yīng)的梯形圖4-3. 圖中X0為啟動(dòng)信號(hào)，X1為停止信號(hào)，如果啟保停輔助繼電器M20為ON，M0為ON后能馬上狀態(tài)轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)繼續(xù)工作：如果M20為OFF，M0為ON后不能轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)停在初始步。編寫(xiě)梯形圖時(shí)，必須把所有夠使M為ON的條件全部考慮到，比如M0電路，M20為活動(dòng)步情況下，T8為ON將會(huì)使M0為ON，所以將M12、T8的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)作為M0的

54、啟動(dòng)電路?？删幊炭刂破鏖_(kāi)始運(yùn)行時(shí)應(yīng)將M0置ON，否則系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，故將M20的常開(kāi)觸點(diǎn)與上述的電路并聯(lián)，并聯(lián)后還應(yīng)并聯(lián)上M0的自保觸點(diǎn)。M0后續(xù)步M1為ON應(yīng)將M0線圈斷開(kāi)，所以后續(xù)步M1的常閉觸點(diǎn)與M0德 線圈串聯(lián)。對(duì)于傳送帶的啟動(dòng)，為了避免在前段運(yùn)輸皮帶上造成無(wú)聊堆積，要求逆物料流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序啟動(dòng)PD-3、PD-2、PD-1，停止時(shí)，為了使運(yùn)輸皮帶上不殘留物料，要求順物料流動(dòng)方向按一定時(shí)間間隔順序啟動(dòng)PS-1、PD-2、PD-3，M7、M8兩步都驅(qū)動(dòng)負(fù)載Y6，為了避免雙線圈輸出，用M7、M8的常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)集中驅(qū)動(dòng)Y2。具體的程序分析過(guò)程見(jiàn)4.4節(jié)。 以M為編程軟件的順

55、序功能圖和S為編程軟件的順序功能圖一樣，一般情況下，每一步為ON時(shí)都要驅(qū)動(dòng)一定得負(fù)載，條件不滿足活動(dòng)不轉(zhuǎn)移。在狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程中，相鄰兩步的狀態(tài)同時(shí)為ON一個(gè)周期，對(duì)于那些不能同時(shí)接通的外部負(fù)載（如正反接觸器），為了保證安全，必須在外部設(shè)置硬件互鎖。 圖4-2自動(dòng)配料皮帶運(yùn)輸機(jī)的順序功能圖 4.4 梯形圖的設(shè)計(jì)及過(guò)程分析 該控制系統(tǒng)的梯形圖程序如圖4-3所示 1. 采用基本邏輯指令編程 根據(jù)控制要求編寫(xiě)的梯形圖如圖所示，下面分析其工作過(guò)程： （1

56、）初始狀態(tài) 當(dāng)系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)配料裝置處于OFF狀態(tài)，攪拌電機(jī)停止，所以閥門(mén)關(guān)閉，裝置內(nèi)沒(méi)有物料，上、中、下三個(gè)料位傳感器處于OFF狀態(tài)：皮帶運(yùn)輸機(jī)由電動(dòng)機(jī)控制，處于停止?fàn)顟B(tài)： （2）啟動(dòng)操作 按下啟動(dòng)按鈕X0，M20接通并自保，同時(shí)使并聯(lián)在第2行及串聯(lián)在第3行的M20動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，此時(shí)M0接通并自保，第3行串聯(lián)的動(dòng)合觸點(diǎn)（為開(kāi)啟進(jìn)料電磁閥A準(zhǔn)備）及串聯(lián)在第12行的M0動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)(切斷執(zhí)行皮帶停止轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng))，同時(shí)M1接通并自保，使串聯(lián)在第4行的M1動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為開(kāi)啟進(jìn)料電磁閥B作準(zhǔn)備）及串聯(lián)在第2行的M1動(dòng)斷帶觸點(diǎn)斷開(kāi)（切斷初始步系統(tǒng)），同時(shí)使Y4接通，物料A電磁閥打開(kāi)

57、，物料流入容器。 a. 料位上升到中料位 當(dāng)料位上升到中料位時(shí)，X3動(dòng)作，M2接通并自保，使串聯(lián)在第5行的M2動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為攪拌啟動(dòng)作準(zhǔn)備）及串聯(lián)在第3行的M2動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)（切斷進(jìn)料A系統(tǒng)），同時(shí)Y5接通，進(jìn)料電磁閥B開(kāi)啟，物料B流入容器。 b.料位上升到高料位 當(dāng)料位上升到高料位時(shí)，X2動(dòng)作，M3接通并自保，使串聯(lián)在第6行M3動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為皮帶3啟動(dòng)作準(zhǔn)備）及串聯(lián)在第4行的M3動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)（切斷進(jìn)料B系統(tǒng)），同時(shí)Y0接通，攪拌電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，T0接通開(kāi)始計(jì)時(shí)。 c.依次間隔啟動(dòng)傳送帶M3、M2、M1電動(dòng)機(jī) 當(dāng)定時(shí)器T0

58、計(jì)時(shí)8s過(guò)后，串聯(lián)在第6行定時(shí)器T0的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，M4接通并自保，使串聯(lián)在第7行的M4動(dòng)合觸點(diǎn)閉合(為皮帶2啟動(dòng)作準(zhǔn)備)及串聯(lián)在第5行的M4動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)(切斷攪拌物料系統(tǒng))，同時(shí)Y3接通，皮帶PD-3開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，定時(shí)器T1接通開(kāi)始計(jì)時(shí)，2s過(guò)后，串聯(lián)在第7行的定時(shí)器T1的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，M5接通并自保，使串聯(lián)在第8行的M5動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為皮帶PD-1啟動(dòng)作準(zhǔn)備），同時(shí)Y2接通，皮帶PD-2開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，定時(shí)器T2接通開(kāi)始計(jì)時(shí)，2s過(guò)后，串聯(lián)在第8行的定時(shí)器T2的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，M6接通并自保，使串聯(lián)在第9行M6的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為開(kāi)啟放料閥作準(zhǔn)備），同時(shí)Y1接通，皮帶PD-1開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，定時(shí)器T3接通開(kāi)始

59、計(jì)時(shí)。 d.放料電磁閥開(kāi)啟 當(dāng)定時(shí)器T3計(jì)時(shí)2s過(guò)后，串聯(lián)在第9行的定時(shí)器T3動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，M7接通并自保，使串聯(lián)在第10行的M7動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為清空容器作準(zhǔn)備），同時(shí)Y6接通開(kāi)始放料。 e.料位下降到低料位 當(dāng)料位下降到低料位時(shí)，，X4動(dòng)作，M8接通并自保，使串聯(lián)在第9行M8懂?dāng)嘤|點(diǎn)斷開(kāi)（暫時(shí)切斷放料系統(tǒng)）及第12行的M8動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為關(guān)閉放料電磁閥作準(zhǔn)備），同時(shí)Y6接通繼續(xù)放料，定時(shí)器T4接通開(kāi)始計(jì)時(shí)。 f.關(guān)閉放料電磁閥 當(dāng)定時(shí)器T4計(jì)時(shí)3s過(guò)后，T4動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，M9接通并自保，使串聯(lián)在第10行的M9動(dòng)斷觸點(diǎn)閉斷開(kāi)（切斷放料系統(tǒng)），同時(shí)定時(shí)器T5開(kāi)始計(jì)時(shí)

60、。 g.依次間隔停止三條傳送帶M1、M2、M3電機(jī) 當(dāng)定時(shí)器T5計(jì)時(shí)2s過(guò)后，串聯(lián)在第13行的定時(shí)器T5動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，M10雞接通，使串聯(lián)在第8行的M10動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，M6、Y1。T3斷電，所有的觸點(diǎn)復(fù)位，皮帶PD-1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)定時(shí)器T6接通開(kāi)始計(jì)時(shí)，2s過(guò)后，串聯(lián)在第14行的M11接通，使串聯(lián)在第7行的M11動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，M5、Y2、T2斷電，所有的觸點(diǎn)復(fù)位，皮帶PD-2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)定時(shí)器T7開(kāi)始計(jì)時(shí)，2s過(guò)后，串聯(lián)在第7行的M11接通，使串聯(lián)在第7行的M11動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，M5、Y2、T2斷電，所有的觸點(diǎn)復(fù)位，皮帶PD-2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)定時(shí)器T7開(kāi)始計(jì)時(shí)，2s過(guò)后，串聯(lián)在第15行的M12接通，使串聯(lián)在第6行的M12動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，M4、Y3、T1斷電，所有的觸點(diǎn)復(fù)位，皮帶PD-3停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)串聯(lián)在第2行M12動(dòng)合觸點(diǎn)閉合（為下一次循環(huán)作準(zhǔn)備）及定時(shí)器T8接通開(kāi)始計(jì)時(shí)，2s過(guò)后，串聯(lián)在第2行的定時(shí)器T8動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，準(zhǔn)備執(zhí)行下一次循環(huán)周期。 25 / 25文檔可自由編輯打印