太原理工大學陽泉學院畢業設計說明書基于PLC的四級傳送帶控制系統的設計畢業論文 目錄摘要iiiAbstractiv第一章 緒論1第二章 方案論證2第一節 傳送帶的控制方式2一、繼電接觸器控制方式2二、單片機控制方式2三、PLC控制方式2第二節 傳送帶控制方式的確定3第三章 傳送帶介紹5第一節 傳送帶的發展歷史5第二節 傳送帶的現狀5第三節 傳送帶常見問題及處理方法5第四節 傳送帶的發展方向6第四章 可編程控制器的概述7第一節 PLC的基本概念7第二節 PLC的基本結構7第三節 PLC的工作原理8第五章 主要器件的選型9第一節PLC型號的選擇9一、PLC的選型原則9二、PLC型號的確定12第二節 電機型號的選擇12第三節 按鈕及保護裝置的選型12一、刀開關12二、按鈕13三、繼電器13四、熱繼電器13五、熔斷器13六、接觸器14七、斷路器15第六章 硬件設計16第一節 電機過載斷相保護電路16一、電動機在起動和運行過程中可能發生的故障和保護特點16二、電動機保護器對故障信號的采樣方法17三、時基電路NE555的電路原理簡析18四、HBHQ-0-1電動機斷相過載保護器20五、JD6型全電子式多功能電動機保護器21六、JD6等相似電動機保護器的故障檢修要點23七、電動機保護器故障維修實例24八、電動機保護器的控制接線24第二節 變頻器25一、變頻器的原理25二、變頻器的組成部分27三、變頻調速系統的抗干擾對策29四、常見變頻器故障判斷及處理30五、變頻器與外圍設備的接線32六、變頻器的配線34七、本設計變頻器的選擇35第三節 電機的自耦變壓器降壓啟動36第四節 硬件總接線38第七章 軟件設計40第一節 軟件設計流程圖40第二節 系統軟件控制要求41一、初始狀態41二、啟動操作41三、停止操作41四、故障停止42第三節 I/O地址分配42第八章 軟件仿真43第一節 啟動部分的仿真43第二節 停止部分的仿真45第三節 故障停止部分仿真48結論49參考文獻50附錄1 系統程序功能圖52附錄2 系統程序梯形圖53附錄3 硬件接線圖57外文資料59中文翻譯66致謝7070 第一章 緒論作為通用工業控制計算機，30年來，可編程控制器從無到有，實現了工業控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現了從邏輯控制到數字控制的進步；其應用領域從小到大，實現了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業控制領域的主流控制設備，在世界各地發揮著越來越大的作用，因此，PLC的應用也就成為了一個熱點問題。 在PLC誕生之前，工業控制設備的主流品種是以繼電器、接觸器為主體的控制裝置。繼電器、接觸器是一些電磁開關，后來隨著工業自動化程度的不斷提高，使用繼電器電路構成工業控制系統的缺陷不斷地暴露出來，在20世紀6070年代，社會的進步要求制造出小批量、多品種、多規格、低成本、高質量的產品以滿足市場需要，不斷的提出改善生產機械功能的要求。加上當時電子技術已經有了一定的發展，于是人們開始尋求一種以存儲邏輯代替接線邏輯的新型工業控制設備，這就是我們現在所說的PLC。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采用了嚴格的抗干擾技術，具有很高的可靠性，從PLC的機外電路來說，使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點以減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低，此外，PLC帶有故障電路的自我檢測功能，出現故障時可及時發出報警信息，這樣，整個系統具有極高的可靠性也就不足為怪了。此次畢業設計的課題內容即為PLC在四級傳送帶控制系統中的應用。其研究的主要內容是：四級傳送帶的順序啟動和逆向順序停止，以及出現故障時PLC和系統對其的處理。整個系統可顯示各皮帶輸送帶的運行狀況，并對整個過程會出現的所有情況做出了合理的自動控制，是極具實用價值的一項自動化應用實例。第二章 方案論證第一節 傳送帶的控制方式一、繼電接觸器控制方式繼電接觸器控制系統：是使用按鈕、開關、行程開關、繼電器、接觸器等組成的控制系統。它通過電氣觸點的閉合和分斷來控制電路的接通與斷開，實現對電動機拖動系統的起動、停止、調速、自動循環與保護等自動控制。優點：具備控制器件結構簡單、價格低廉、控制方式直觀、容易掌握、工作可靠易維護等優點。缺點：這些電器的機械動作壽命是有限的，必須按時更換損壞的電器，否則會影響系統的可靠性。另外，根據加工工藝的要求，需要改變控制邏輯關系時，必須修改線路，重新安裝配線，這對現代機床的控制要求是很不適應的。普通車床是應用非常廣泛的金屬切削工具，目前采用傳統的繼電器控制的普通車床在中小型企業中仍大量使用。由于繼電器系統接線復雜，故障診斷與排除困難，并存在著固有缺陷。由于它是利用布線組成各種邏輯來實現控制，需要大量機械觸點，因此可靠性不高；當改變生產流程時要改變大量的硬件接線，甚至重新設計系統，要耗費大量的人力物力，花費很多時間。因而造成了這些企業的生產率低下，效益差，反過來這些企業又沒有足夠的資金購買新的數控車床。二、單片機控制方式依據單片機目前的發展狀況，單片機控制的優點是：A、成本較低。由于現在單片機的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設計起來，成本比較低。B、可以對外部存儲容量根據需要進行擴展，設計可以相對比較靈活。C、由于現存有許多已經設計很完善的子程序，在系統軟件設計中可以直接調用，減少較大工作量。單片機雖然有一個五臟俱全的微計算機，但由于本身無自開發能力，必須借助開發工具來開發應用軟件，以及對硬件系統進行診斷。另外，單片機內的ROM比較小，所以在設計中系統必須在外面配置EPROM電路和擴展電路。其缺點為：A、系統硬件設計相對比較復雜，硬件設計包含擴展電路部分和系統配置電路部分，系統電路設計工作量相對較大，影響系統開發的時間。B、系統的抗干擾能力相對較差，很難保證系統的可靠性和穩定性。C、系統需要自己設計電源，而且不能保證系統的可靠運行。D、維護維修相對比較麻煩，維修需要的時間也相對較長。三、PLC控制方式可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點。A、使用方便，編程簡單。采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統開發周期短，現場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。B、功能強，性能價格比高。一臺小型PLC內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現非常復雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。C、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強。PLC產品已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統配置，組成不同功能、不同規模的系統。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和小型交流接觸器。硬件配置確定后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應工藝條件的變化。D、可靠性高，抗干擾能力強。傳統的繼電器控制系統使用了大量的中間繼電器、時間繼電器，由于觸點接觸不良，容易出現故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業控制設備之一。E、系統的設計、安裝、調試工作量少。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設計法來設計。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于復雜的控制系統，設計梯形圖的時間比設計相同功能的繼電器系統電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態。完成了系統的安裝和接線后，在現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間比繼電器系統少得多。F、維修工作量小，維修方便。PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執行機構發生故障時，可以根據PLC上的發光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故。第二節 傳送帶控制方式的確定可編程序控制器PLC是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產實踐。選PLC的優點A、采用PLC控制則PLC采用了計算機技術，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統功能。系統連線少、體積小、功耗小，而且PLC所謂“軟繼電器”實質上是存儲器單元的狀態，所以“軟繼電器”的觸點數量是無限的，PLC系統的靈活性和可擴展性好LC的用戶程序是按一定順序循環執行，所以各軟繼電器都處于周期性循環掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作。B、PLC的用戶程序是按一定順序循環執行，所以各軟繼電器都處于周期性循環掃描接通中，受同一條件制約的各個繼電器的動作次序決定于程序掃描順序。PLC通過程序指令控制半導體電路來實現控制的，速度快，程序指令執行時間在微秒級，且不會出現觸點抖動問題。C、PLC采用半導體集成電路作定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據需要在程序中設定定時值，修改方便，不受環境的影響，且PLC具有計數功能，而電器控制系統一般不具備計數功能。PLC大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態地監視控制程序的執行情況，為現場調試和維護提供了方便。因為PLC控制有上述優點，所以本設計采用PLC來控制傳送帶。第三章 傳送帶介紹第一節 傳送帶的發展歷史17世紀中，美國開始應用架空索道傳送散狀物料；19世紀中葉，各種現代結構的傳送帶輸送機相繼出現。 1868年，在英國出現了皮帶式傳送帶輸送機；1887年，在美國出現了螺旋輸送機；1905年，在瑞士出現了鋼帶式輸送機；1906年，在英國和德國出現了慣性輸送機。此后，傳送帶輸送機 受到機械制造、電機、化工和冶金工業技術進步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內部的傳送，發展到完成在企業內部、企業之間甚至城市之間的物料搬運，成為物料搬運系統機械化和自動化不可缺少的組成部分。第二節 傳送帶的現狀目前發達國家的膠帶生產工藝裝備和試驗測試設備已達到相當先進和完善的地步，整個生產工藝連續化,普遍采用計算機控制,使成型、硫化、磨削、切割等工藝設備和功率試驗機等測試設備實現了高度機電一體化,操作人員少,生產效率高,產品質量相當高。如德國的Scholz公司、Berstorff公司、日本的神戶公司等專業生產此類專用設備;某些大的橡膠公司如Pirell公司和Gates公司等也可自行設計制造此類設備。但引進這些廠家的設備價格相當昂貴,一為國產設備價格的310倍,從而使其在國內的推廣應用受到約束。從20世紀80年代末開始,國內少數有實力的廠家,如上海膠帶股份有限公司、無錫橡膠廠、貴州大眾橡膠有限公司、洛陽橡膠制品廠、寧波伏龍同步帶有限公司(原寧波同步帶總廠)、寧波凱馳膠帶有限公司、蘇州蓋茨霓塔傳動帶有限公司等相繼從德國或美國引進了部分新型傳動帶生產設備,開始生產切邊V帶、同步帶和多楔帶,產品很受用戶青睞,市場銷路相當不錯。這些先進生產設備的引進,對提高我國膠帶行業的工裝水平,改善落后狀況起到了積極的推動作用。但我們應該清醒地認識到,擁有先進設備的畢竟只是少數廠家,而其他大多數廠家的生產設備仍十分落后,成型工藝無恒張力裝置,只實現了自由張力下的成組成型,不少企業還采用手工操作;硫化工藝大多數企業仍采用顎式平板硫化機分段硫化;而擁有動態疲勞試驗機的只有5、6家,行業整體測試手段落后,也是我國傳動帶質量不高的一個重要原因。為了提高我國膠帶行業的裝備水平,目前,國內已有數家高校或企業在開發研制新型傳動帶生產設備,較突出的有青島化工學院、哈爾濱工業大學、西北工業大學、福建三明橡機設備公司等,他們均是在消化、吸收引進設備的基礎上,根據國情和自身的條件,進行國產化研制的。就設備的技術含量、自動化程度和生產線配備來說,以青島化工學院研制的設備最為先進和齊全。該院于1996年承擔了“九五”國家重點科技攻關項目“橡膠V帶及同步帶成套設備開發”,并于2000年4月初通過了國家科委的項目驗收。與會專家一致認為,該項目包括主機、輔機和工裝模具在內的全套生產線設備均達到甚至超過國際同類設備的先進水平,完全可以替代進口。目前,該院在國內已占據技術領先位置,并在不斷地進行創新設計,設備價格僅為進口設備價格的1/31/5。第三節 傳送帶常見問題及處理方法傳送帶運行時輸送帶跑偏是最常見的故障之一。跑偏的原因有多種，其主要原因是安裝精度低和日常的維護保養差。安裝過程中，頭尾滾筒、中間托輥之間盡量在同一中心線上，并且相互平行，以確保輸送帶不偏或少偏。 另外，帶子接頭要正確，兩側周長應相同。 在使用過程中，如果出現跑偏，則要作以下檢查以確定原因，進行進行調整。輸送帶跑偏時常檢查的部位和處理方法有： （1）檢查托輥橫向中心線與帶式輸送機縱向中心線的不重合度。如果不重合度值超過3mm，則應利用托輥組兩側的長形安裝孔對其進行調整。具體方法是輸送帶偏向哪一側，托輥組的哪一側向輸送帶前進的方向前移，或另外一側后移。 （2）檢查頭、尾機架安裝軸承座的兩個平面的偏差值。若兩平面的偏差大于1mm，則應對兩平面調整在同一平面內。頭部滾筒的調整方法是：若輸送帶向滾筒的右側跑偏，則滾筒右側的軸承座應當向前移動或左側軸承座后移；若輸送帶向滾筒的左側跑偏，則滾筒左側的軸承座應當向前移動或右側軸承座后移。尾部滾筒的調整方法與頭部滾筒剛好相反。 （3）檢查物料在輸送帶上的位置。物料在輸送帶橫斷面上不居中，將導致輸送帶跑偏。 如果物料偏到右側，則皮帶向左側跑偏，反之亦然。在使用時應盡可能的讓物料居中。為減少或避免此類輸送帶跑偏可增加擋料板，改變物料的方向和位置。 傳送帶除了上述跑偏問題，還經常出現磨損、劃傷、破損、搭接部位開裂等問題，這些設備問題的出現不僅加快了傳送帶的損壞，而且造成物料的漏撒和浪費，通常出現傳送帶設備問題以后，企業都是通過縫補、加熱硫化或者報廢更新，這些方式都不能很好的解決設備問題，報廢更新更是造成了設備采購成本的上升。現在歐美國家通過對高分子復合材料的研究，發現高分子橡膠材料針對傳送帶磨損、劃傷、破損、搭接部位開裂等問題可進行有效解決，在線現場快速修復。第四節 傳送帶的發展方向未來傳送帶設備將向著大型化發展、擴大使用范圍、物料自動分揀、降低能量消耗、減少污染等方面發展。大型化包括大輸送能力、大單機長度和大輸送傾角等幾個方面。水力輸送裝置的長度已達440公里以上帶式輸送機的單機長度已近15公里，并已出現由若干臺組成聯系甲乙兩地的“帶式輸送道”。不少國家正在探索長距離、大運量連續輸送物料的更完善的輸送機結構。擴大輸送機的使用范圍，是指發展能在高溫、低溫條件下有腐蝕性、放射性、易燃性物質的環境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結團、粘性物料的傳送帶設備。第四章 可編程控制器的概述第一節 PLC的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種采用微型計算機技術的工業控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。PLC自1969年美國數據設備公司（DEC）研制出現，現行美國、日本、德國的可編程序控制器質量優良，功能強大。第二節 PLC的基本結構PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為：A、電源PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去B、中央處理單元（CPU)中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照PLC系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。C、存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。D、輸入輸出接口電路現場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現場控制的接口界面的輸入通道?，F場輸出接口電路由輸出數據寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現場輸出接口電路向現場的執行部件輸出相應的控制信號。E、功能模塊如計數、定位等功能模塊。F、通信模塊如以太網、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。第三節 PLC的工作原理當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。A、 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O映象區中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化，I/O映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。B、 用戶程序執行階段在用戶程序執行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統RAM存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在I/O映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區或系統RAM存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區別。C、 輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區內對應的狀態和數據刷新所有的輸出鎖存電就進入輸路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。第五章 主要器件的選型第一節PLC型號的選擇一、PLC的選型原則 在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統，PLC的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。（一）輸入輸出（I/O）點數的估算I/O點數是可編程序控制器的一個簡單明了的性能參數，也是應用計算機賽最直接的參數。在機型選擇時必須注意一下問題：產品手冊上給出的最大I/O點數的確卻含義，由于各公司的習慣不同，所給出的最大I/O點數含義并不完全一樣，有的給出的時I/O總點數，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊上給出的點數是輸入點數和輸出點數之和，有的則分別給出最大輸入點數和最大輸出點數。要分清模擬量I/O點數和數字量I/O點的關系。有的產品模擬量I/O點數要占數字量I/O點數，有的產品則分別獨立給出且互相并無影響。遠程I/O的考慮，對于較大的控制系統，控制對象較為分散，一般都要采用遠程I/O，在選擇機型時，要注意可編程序控制器是否具有遠程I/O的能力和能驅動遠程I/O點數。智能I/O的考慮，在機型選擇考慮I/O點數的同時，還要考慮智能I/O的能力，具有智能I/O模板可方便的解決高速計數，閉環控制等特殊的控制功能。I/O點數的余量，無論如何，在系統硬件設計中要留有充分的I/O點數作為備用，這主要時基于二方面的考慮，一是系統設計的更改，如果不留有充分的余量，一旦系統設備調整，控制功能增加，就要全部推翻原有設計好的系統，造成不必要的損失；二是手冊上給出的最大I/O點數都是在理想情況下獲得的參數，一旦滿負荷運行，就要影響整個系統的響應速度和可靠性，給系統帶來不良的影響，為了保證所設計的控制系統的正常運行，在系統硬件設計時，建議根據實際I/O點數留有2030的余量。（二）存儲器容量的估算在初步估算時，對于僅需開關量控制的系統，將I/O點數乘以8，就是所需的存儲器的字數，這一要求一般都能滿足，在只有模擬量輸入，沒有模擬量輸出的系統中，一般要對模擬量信號作數據傳送，數據濾波和比較運算等操作。估算時可為每路模擬量準備100個存儲器字，在既有模擬量輸入又有模擬量輸出的系統中，一般要對模擬量作閉環控制，涉及的運算相當復雜，需要的用戶存儲器比只有模擬量輸入時要多一些，估算時可為每路模擬量準備200個存儲器字，當模擬量路數較少時，應將系統適當增大，反之則應將系統適當減小。由于本人編程水平有限，在考慮存儲器的容量時，多留了一些裕量。在自動測量，自動存儲和對系統補償等正常場合，對存儲器的要求是很大的，有時甚至要求可編程序控制器有十幾K字的甚至幾十K字的存儲容量。在選擇可編程序控制器的型號是不應盲目追求過高的性能指標，在I/O點數和存儲器容量方面應留有一定的裕量。作為單機小規模控制使用的場合，由于工藝簡單、程序固定，多數使用EPROM存儲器或EPROM+RAM存儲器。對于大、中規模的可編程序控制器，往往用于工藝比較復雜且多變的場合，程序改變較多，因此一般都使用CMOS RAM存儲器，且有后備電池，以便關機時存儲信息。存儲器的選擇有兩種方法：一種是根據編程實際使用的節點數計算，這種方法可精確地計算出存儲器實際使用容量，缺點是要編完程序之后才能計算；另一種方法，也是我們常用的方法是估算法，用戶可根據控制規模和應用目的，按下面給出的公式進行估算。代替繼電器： M=Km(10*DI)+(5*DO) （5-1）模擬量控制： M=Km(10*DI)+(5*DO)+(100*AI) （5-2）多路采樣控制： M=Km(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)+1+采樣點*0.25 （5-3）需開關量控制：M=I/O點數*8 （5-4）式中，DI數字（開關量）輸入信號 DO數字（開關量）輸出信號 AI模擬量輸入信號 Km每個節點所占有存儲器字節數 M存儲器容量（三）可編程序控制器物理結構及控制方式的選擇根據物理結構，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點的平均價格比比模塊式的便宜，小型控制系統一般使用整體式可編程序控制器。模塊式的可編程序控制器的功能擴展方便靈活，I/O點數的多少、輸入點數與輸出點數的比例、I/O模塊的種類和塊數等的選擇，比整體式可編程序控制器靈活的多，模塊式可編程序控制器還具備多種特殊I/O模塊供用戶選用，可完成各種特殊的控制任務，在判斷故障范圍和維修時更換模塊等也很方便。因此較復雜，要求較高的系統一般采用模塊式可編程序控制器。系統如有模擬量閉環控制、快速響應、高速計數、通信聯網和運動控制等特殊要求，可以選用有相應特殊I/O模塊的可編程序控制器計數，也可以選用內置相應功能的整體式可編程序控制器。控制方式可分為獨立式、集中式和分布式等，而在本次輸煤系統的設計中采用了兩臺PLC控制，按其所要完成的任務，設計中采用的是集中式控制方式。（四）CPU的能力CPU的能力是可編程序控制器最重要的性能指標，也是機械選擇時首要考慮的問題。實際上I/O點數，響應速度和軟件功能都屬于CPU的能力，后面分點提出，這里只說明除此之外的CPU能力?？删幊绦蚩刂破鞯腃PU能力還應包括處理器的個數，根據處理器的個數和位數就可粗略了解該可編程序控制器的基本特征；CPU的存儲器的性能，存儲器是存放程序和數據的地方，從使用角度考慮存儲器的性能主要是可供用戶使用的存儲器能力。它應包括存儲器的最大容量，可擴展性，存儲器的種類。存儲器的容量選擇在下一點將單獨提出，存儲器擴展性和種類多少則體現了系統構成的方便和靈活；中間標志，計時器和計數器的能力，這一性能實際上也體現了軟件功能。中間標志的多少和類型對系統的使用性能具有一定關系，如果構成的系統龐大，控制功能復雜，就需要較多的中間標志。對于計時器和計數器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計時和計數范圍。其它的性能參數，包括電流消耗，工作環境要求，壽命時間等?？傊?，CPU的能力是一種綜合的性能指標，而且要根據實際需要進行選擇，以滿足工作應用的要求。（五）響應速度對于數字量控制為主的工程應用項目，可編程序控制器的響應速度都可滿足實際需要，不必給以特殊的考慮。對于模擬量控制的系統，特別是具有較多閉環控制的系統則必須考慮可編程序控制器的響應速度。考慮響應速度主要是從二個方面考慮。一是可編程序控制器程序的語句處理時間，另一個是可編程序控制器的掃描周期。一般手冊上都給出語句處理時間，而且是以處理1K的語句所需時間計算的。在實際應用中要注意邏輯處理指令和字處理主令所需時間是不同的，有的產品中給出每條指令的處理時間。在PLC中給出的掃描周期都是最大的掃描周期時間，而系統中實際運行的掃描周期則與系統所連接設備的多少和應用軟件的多少及復雜程序有關。在機型選擇時還應該注意最大的掃描周期是否可以重新設定，如果可以重新設定，適應性則更強。在有個特殊響應速度要求的情況下，還要考慮系統中斷處理和直接控制I/O功能，這些功能可以隨時處理，而不變掃描周期的限制，當然這些功能都是有一定的具體要求的，有的也與系統硬件配置有關。整個系統的響應速度還與輸入輸出有關，因為任何輸入輸出模板都有一定的時間滯后?？傊?，不同的控制對象對響應速度有不同的要求，要根據實際需要選擇可編程序控制器，控制對象信號變化速度快，則要求響應速度快，控制對象信號變化速度慢，則要求響應的速度就不同。（六）可編程序控制器的指令系統由于可編程序控制器應用的廣泛性，各種機型所具備的指令系統也不完全相同，現代的可編程序控制器的指令功能越來越強，內部元件的個數也越來越多。任何一種可編程序控制器都可以滿足開關量控制系統的要求，如果系統要求完成模擬量與數字量的轉換，PID閉環控制，運動控制等工作，可編程序控制器應有算術運算，數據傳送等功能，有時甚至要求有開方、對數運算和浮點數運算等功能。在機型選擇時，從指令系統方向應注意下述內容：指令系統的總語句數，這一點反映了整個指令所包括的全部功能；指令系統的種類，主要應包括邏輯指令，運算指令和控制指令，具體的要求則與實際要完成的控制功能有關；指令系統的表達方式，指令系統的表達方式有多種；應用軟件的程序結構圖，程序結構有模塊化的程序結構，有子程序式的程序結構；軟件開發手段。在考慮指令系統這一性能時，還要考慮到軟件的開發手段，一般的廠家對可編程序控制器都配有專用的編程器，提供較強的軟件開發手段，有的廠家在此基礎上還開發了專用軟件，可利用通用的微型機作為軟件開發手段，這樣就更加方便了用戶的需要。（七）機型選擇的其他考慮在考慮上述性能后，還要根據工程應用實際考慮其它一些因素，包括：性能價格比，毫無疑問，高性能的機型必然需要較高的價格，在考慮滿足需要的性能后，還要根據工作的投資狀況來確定機型；備品備件的統一考慮，無論什么樣的設備，投入生產以后都要具有一定數量的備品備件，在系統軟件設計時，對于一個工廠來說應盡量與原有設備統一機型們這樣就可減少備品備件的種類和資金積壓，同時還有考慮備品備件的來源，所選機型要有可靠的訂貨來源；計數支持，選定機型時還要考慮有可靠的計數支持，這些支持包括必要的技術培訓，設計指導，系統維修等內容。總之，在選擇系統機型時要依據前面所述的根據，按照可編程序控制器本身的性能指標對號入座，選擇合適的系統。二、PLC型號的確定根據以上選型原則本設計選用的PLC為三菱FX2-32MR型PLC。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。三菱FX2-32MR型PLC是交流電源、24V直流輸入類型，其I/O總數為32點，輸入為漏型16點，輸出為繼電器型也是16點，尺寸mm（寬）x（厚）x（高）為150x87x90。第二節 電機型號的選擇電機全部選擇Y系列三相異步電動機。電動機的定子饒組為接法，采用B級絕緣。型號為Y160M-4型，其同步轉速為1500r/min，級數為4級，額定功率為11KW，滿載轉速為1460r/min，堵轉轉矩與額定轉矩比為2.2，最大轉矩與額定轉矩比為2.2，額定電流23A，功率因數0.84，效率88。第三節 按鈕及保護裝置的選型一、刀開關刀開關的作用為（1）、隔離電源，以確保電路和設備維修的安全；或作為不頻繁地接通和分斷額定電流以下的負載用（2）、分斷負載，如不頻繁地接通和分斷容量不大的低壓電路或直接啟動小容量電機。在本設計中刀開關的作用為隔離電源，確保電路和設備維修的安全。根據系統的工作情況選用HR6-250A型開啟式刀開關。二、按鈕按鈕是一種結構簡單、應用廣泛的主令電器。在低壓控制電路中，用于手動發出控制信號。按鈕是由按鈕帽、復位彈簧、橋式觸頭和外殼組成，通常做成復合式，即具有常閉觸點和常開觸點。按鈕在系統中有啟動停止復位清零選擇等作用。一般性的按鈕可選用LA18-22型，其中-常開-常閉觸頭各兩個；緊急按鈕可選用LA18-22J型；當按鈕作為選擇開關時可選用帶指示燈的按鈕。可選用LA19-11B/D。三、繼電器繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當輸入量（激勵量）的變化達到規定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統（又稱輸入回路）和被控制系統（又稱輸出回路）之間的互動關系。通常應用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。在本設計中，繼電器的作用為控制接觸器，從而控制電動機電路。選擇3TH4262-0XQ0 380V中間繼電器。四、熱繼電器熱繼電器的種類很多，應用最廣泛的是基于雙金屬片的熱繼電器，其主要由熱元件、雙金屬片、觸頭三部分組成。雙金屬片是熱繼電器的感應元件，它由兩種不同線膨脹系數的金屬機械輾壓而成。熱繼電器是利用電流的熱效應原理工作的保護電器，在電路中作電動機的過載保護。電動機在實際運行中，常遇到過載情況，過載時間長時，繞組溫升超過了允許值是將會加劇繞組絕緣老化，縮短電機的使用年限，嚴重時甚至會使電機繞組燒壞。因此，凡電機長期運行時，都需要對其過載提供保護裝置。選用熱繼電器主要應考慮的因素有：額定電流或熱元件的整定電流要求均應大于被保護電路或設備的正常工作電流。作為電動機保護時，要考慮其型號、規格和特性、正常啟動時的啟動時間和啟動電流、負載的性質等。在接線時對星型聯結的電動機，應選擇帶斷相保護的熱繼電器。所選用的熱繼電器的整定電流通常與電動機的額定電流相等。在此系統中選用JRS5-60/F-23A型的熱繼電器。 五、熔斷器熔斷器是一種簡單而有效的保護電器。在使用時，熔斷器串接在所保護的電路中，作為電路及用電設備的短路和嚴重過載保護，主要用做短路保護。熔斷器的容體與被保護的電路串聯，當電路正常工作時，容體允許通過一定大小的電流而不熔斷。當電路發聲短路或嚴重過載時，熔體中流過很大的故障電流，當電流產生的熱量達到熔體的熔點時，熔斷器斷切電路，從而達到保護電路的目的。（一）熔器類型的選擇 其類型應根據線路的要求、使用場合和安裝條件來選擇。例如用于電動機過載保護設時，一般要求熔斷器容量不大，也不要求限流，但希望其安秒特性平穩；用于配電時，如短路電流較大，則選高分斷能力或要求帶限流作用的，如RT0系列；在經常發生故障的地方，最好選用可折式，如RC1A、RL1、RM10等系列；在易燃品的地方，當然禁止選用敞開式的，并且其快速性應該很好等。（二）熔斷器額定電壓的選擇 其額定電壓應大于或等于線路的工作電壓。（三）熔斷器的額定電流的選擇 其額定電流必須大于或等于所裝的熔體的額定電流。（四）熔體的額定電流的選擇 熔體的額定電流可按以下幾種情況選擇：1.對于電爐、照明等阻性負載的短路保護，應使熔體的額定電流等于或稍大于電路的工作電流。 2.保護一臺電動機時，考慮到電動機啟動沖擊電流的影響。3.要依據動作特性校驗所選擇熔斷器以及上下級的配合，前者是熔斷器自身特性于保護對象的匹配問題，后者是熔斷器之間的配合問題，在要求時才進行校驗。本設計的電動機采用自耦降壓啟動，降壓起動電動機熔體額定電流=（1.52）電動機額定電流，因此電機電路部分選擇RT19-63/45A型的熔斷器，主電路部分選擇RT0-200體125A型的熔斷器。六、接觸器接觸器時利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。因為可快速切斷交流與直流主回路和可頻繁地接通與大電流控制（某些型別可達800安培）電路的裝置，所以經常運用于電動機做為控制對象，也可用作控制工廠設備、電熱器、工作母機和各樣電力機組等電力負載，并作為遠距離控制裝置。交流接觸器的選擇：A、持續運行的設備。接觸器按67-75%算即100A的交流接觸器，只能控制最大額定電流是67-75A以下的設備。B、間斷運行的設備。接觸器按80%算即100A的交流接觸器，只能控制最大額定電流是80A以下的設備。C、反復短時工作的設備。接觸器按116-120%算。即100A的交流接觸器，只能控制最大額定電流是116-120A以下的設備。根據上述原則和本設計的特點，選擇歐姆龍的CJ19-32A型接觸器。七、斷路器斷路器（英文名稱：circuit-breaker，circuit breaker）是指能夠關合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，并能關合、在規定的時間內承載和開斷異?；芈窏l件（包括短路條件）下的電流的開關裝置。斷路器可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件。目前，已獲得了廣泛的應用。斷路器的選型原則：A、首先根據額定電壓選，額定電壓要一致。B、斷路器的額定電流要大于等于所用電路的額定電流。C、斷路器的額定開斷電流要大于等于所用電路的短路電流。D、根據環境條件選，如海拔、溫度、濕度，選擇符合要求的斷路器。E、根據品牌選質量、性價比較高的斷路器。F、對特殊開斷情況，進行校驗斷路器。本設計選擇SE-250/3340 120A型斷路器。第六章 硬件設計第一節 電機過載斷相保護電路一、電動機在起動和運行過程中可能發生的故障和保護特點（一）電動機的過載電動機的一個重要工作參數即額定工作電流，在定額電流以內運行，為安全工作區。機械負載或供電電壓變化，都會引起工作電流的變化，出現異常情況時使電動機過載，轉速下降，電動機繞組中的電流增大，超過額定工作電流，繞組溫度升高。過載運行，會導致電動機繞組絕緣老化、縮短電機使用壽命，嚴重時使繞組絕緣擊穿造成短路，繞組起火燒毀等故障。電動機的過載運行，指轉差率增大由過流引起繞組異常溫升，所以又稱為過流運行。電動機的過電流大小與過電流時間之間的關系稱為過載特性。在實際運行中，電機短時過載和較低程度的過載，是難以避免的，也是可以允許的，過電流大小和過電流允許時間呈反比，稱為反時限保護特性，見圖6-1。 圖6-1 電動機過載保護反限保護特性曲線過載保護運行閥值的整定點在電動機額定電流的0.951.05左右，即運行電流在額定電流的1.1倍以下時，電動機能長期運行不應該產生保護停機動作；過載程度繼續加大時，保護動作時間應隨過流程度而縮短。一般認為，電動機的起動電流為額定電流的47倍，保護動作應該既能避開正常的起動電流，又能在過載時，實施有效的停機保護。比如在4倍額定電流時，延時10s產生保護動作，在7倍額定電流時，延時2s即應產生保護動作。對運行中的短時過載，有一定的時間延時處理，不會產生誤保護動作，對長時間過載，則能作出有效的反應。(二)電動機的短路短路保護是過載保護的一個極限情況。三相交流電動機的短路故障，有單相接地短路故障、相間短路故障等，當電纜短路時，更直接造成對三相電源的短路。電機內部短路大都是電機絕緣損壞引起的，表現為線圈匝間短路、層間短路、相間短路和對地（電機外殼、轉子）短路等。單相對地短路，一般不會燒毀電機，據外殼接地電阻的不同，形成大小不同的接地電流；（兩相或三相）相間短路時，會形成較大的短路電流，通常會使電機嚴重燒毀。一般，將大于電動機8倍額定電流，視為短路電流。對電動機的短路保護，要求實施速斷保護，時間常數越小越好（動作越快越好）。另外，當電動機在運行中因機械原因出現堵轉時，其堵轉電流有可能達到額定電流的58倍，在運行中出現5倍以上額定電流時，視為電動機堵轉故障，也應實施相應的反時限保護。(三)電動機的斷相電動機的斷相運行，可分為以下幾種情況：A 、供電電源缺相。在電動機起動前斷相，會造成起動困難或無法起動，起動聲音異常，無保護時電機因堵轉極易燒毀；在運行中斷相，輕載時尚能運轉，但運行電流嚴重不平衡，可能出現過流運行。重載時易發生堵轉、嚴重過載而損壞。B、電動機繞組斷路故障。供電電源正常，因電動機繞組斷路故障出現斷相運行，運轉無力，電動機振動大，故障現象同1。C、電動機電纜斷路故障。故障現象同供電電源缺相。電子式電動機保護器的出現，為完善地實施電動機的過載、短路和斷相保護提供了可能，一定程度上取代了熱繼電器，提升了控制功能和保護效果。本章內容的重點是對各種電子式電動機保護器電路的原理分析和故障維修指導，對電子式電動機保護器以下簡稱為電動機保護器。二、電動機保護器對故障信號的采樣方法（一）對過載、短路故障信號的采樣。電動機起動運行中的過載和短路故障，體現在流經電動機繞組的異常增大的電流值上，一般電動機保護器電路是采用3只電流互感器采樣運行電流信號，將采樣信號與電流基準信號相比較，判斷是否處于過載或短路故障狀態，故障時輸出停機信號。電路采集處理的為模擬電壓信號電流互感器輸出的電流信號經負載電阻轉變為信號電壓，送入電壓比較器電路，得到故障信號輸出。當產生單相對地短路故障信號的采樣，可通過零序電流互感器取得，原理同漏電保安器。或采樣電機外殼電壓，取得漏電信號。(二)對斷相故障信號的采樣。如上所述，電動機的斷相故障表現為電源缺相、電動機電纜斷路、電動機繞組斷路等不同故障內容，若采用對三相電源電壓進行采樣的方法，僅能對電源缺相故障進