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1、自动配料皮带运输机的传动与控制系统设计 摘要皮带运输是一种长距离、大批量、高速运输货物原料的运输体系，它被广泛的应用于工业生产中，如冶金、煤炭、港口、建筑、食品加工等。运输机的输送带是一种弹性体，从它起始点和卸载点之间有大量的能量储存与消耗。这种能量将使皮带产生较大的张力。关于动态计算和设计的理论至今还不完善。在中国，皮带在运输系统设计中一般被认为是一种坚硬的物质。为了防止传动滚筒运转开始时打滑，要由它静止时计算出的结果乘以一个系数（一般为1.3到1.7之间）来得到，导致皮带的张力和主要的承载设计参数增加，设备的成本也变得过高，另外它还可以经常引起组成结构、驱动装置、卸载装置和制动装置的不稳定
2、变化，而皮带的局部张力又是如此的小，从而导致经常有事故发生，如输送带的松弛。由于原煤是不规则的块状，容易对皮带造成损坏。美国和加拿大动力研究所把运输系统划分成一系列的弹性胶带和部件，用数学计算的方法分析运输机的动态特性。现代的工业生产中常常需要对物料进行加工、搬运，如果这些繁杂的工作由人工完成的话不但效率低，而且劳动强度大，不适合现代化的生产需要。本文主要对基于PLC自动配料皮带运输机控制系统。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
3、有巨大的潜力和广阔的市场应用前景。本次设计主要内容: 采用三菱FX2N系列PLC实现控制系统的设计，着重从带式运输机，液体混合装置系统两个方面深入研究，确定其控制要求，明确PLC的机型的选择，确定I/O地址的分配，设计I/O接线图，控制流程图及梯形图，深入理解PLC的编程方法，按照控制要求对自动配料皮带运输机的传动与控制系统设计进行编程。关键字:PLC,自动配料皮带运输机，带传动，程序，设计 目录前言。第一章 可编程序控制器概述。1.1可编程序控制器的产生和发展。1.2可编程控制器的基本组成和工作原理。 1.2.1PLC的基本组成。 1.2.2PLC的工作原理。1.3可编程序控制器的特点。 第
4、二章 三菱FX2N系列可编程控制器简介。 2.1 FX2N系列PLC的结构特点。 2.2 FX2N系列PLC的基本组成。 2.3 FX2N系列可编程控制器内部元件及功能。 第三章 应用PLC实现控制系统的设计。 3.1选题依据。 3.2方案研究与选择。 3.3结构设计及控制要求。 第四章 系统的总体设计。 4.1PLC机型的选择及外部接线图。 4.2I/O设备及I/O编号的分配。 4.3顺序功能图的设计。 4.4梯形图的设计及程序设计。绪 论谢 辞参 考 文 献附 录 前言PLC目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域，无论是从国外引进的自动化生产线还是自行设计的自动控制领域，都普遍采用了PL
5、C自动控制。PLC控制系统处于工业自动化控制领域的主战场，为各种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，适用与当前工业企业对自动化的需要。与传统的继电器控制相比，PLC控制系统具有构成简单、可靠性高、适用性强、抗干扰能力强、易于编程、体积小、可在线修改、设计与调试周期短、便于安装和维修等突出优点、而且一般不需要采取特殊措施，就能直接在工业环境中使用，更加适合现代化的要求，采用PLC控制系统能够提高系统的整体性能，具有较明显的优越性。本次设计主要的内容是在液体混合装置控制系统上的改进，结合皮带运输机的传动与控制系统，构
6、造出新的控制系统即自动配料皮带运输机的传动与控制系统。应用日本三菱公司FX2N系列PLC实现在自动配料皮带运输机的传动与控制系统方面的控制，该系统能够提供均匀的干料，并附带输送的功能，现场维修与安装非常便利，且能够适应于高温度、高粉尘、有冲击和连续振动，环境比较复杂的场合，减少人员劳动力，提高劳动生产率、节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。本次毕业设计的主要内容：1. 方案选择与系统结构设计2. 输入输出与PLC机型的选择3. I/O地址的分配4. 程序状态图的设计5. 梯形图的编写及程序分析， 第一章 皮带运输机的传动系统1.1皮带运输机的粘弹性摆动方程皮带运输机是一个运输系
7、统，它包括环绕皮带、张紧皮带轮、驱动装置、拉紧装置和卸载装置，设皮带机的运输长度为L（m）皮带运输机机尾平衡重量为M（kg），皮带的动态加速度为UU（x，t）；皮带的弹性系数为E（N/）；皮带的横截面积为A（）；等效阻力为j（N），皮带、输送物料和托滚的总质量是q（kg/m），皮带运输机的加速度是a（t）（m/），则其弹性方程为： （0X0） （1）其中： j皮带输送速度， j1.2 皮带运输机的初始条件和边界条件 皮带运输机的边界条件包括许多种不同的拉紧装置，根据制造方法，拉紧装置可分为固定式拉紧装置、垂直重锤拉紧装置和自动拉紧装置。固定式拉紧装置皮带运输机的边界条件为：U(0,t)=0,U
8、(L,t)=0 (2)垂直重锤拉紧装置系统为：驱动滚筒U(0,t)=0,U(L,t)=0拉紧装置 （3）其中：位移和时间的函数皮带运输机的初始位移和初始速度为 U(x,0)=0, (4) 1.3位移和张力的计算方案通过采用可变间距调节和总体协调调节，当垂直重锤拉紧装置被采用时，从方程式（1）中可得到位移方程为： （5）1.4动态拉紧和张力计算 若皮带机采用Y系列鼠笼式电动机，有辅助电动机有限扭矩的一对孔，它的初始加速度被近似地认为是纠正系数，以确保在加速过程中时间为T（s），正常的运转速度是，这里不考虑阻力，用a(t)解答了采用垂直重锤拉紧装置皮带张力的计算方法。 （5）公式（5）表明L是在正
9、常情况下皮带张力的计算方法，它表明了当来回运转时要求把垂直重锤拉紧装置安装在机尾时皮带上的张力更小。2拉紧装置的设计皮带输送机的拉紧装置可分为固定式拉紧装置、垂直重锤拉紧装置和自动式拉紧装置，它应该能保证当滚筒启动，停止或有突发事故时，使皮带不打滑，要保证在皮带的每一个点上有一个必要的张力，为了防止下垂设备和不工作的零件之间变松，拉紧装置的拉紧距离依据不同的拉紧装置，皮带使用过后的情况，在加速和减速的过程中保证预留的长度。在固定设计中，拉紧装置被称为最小的张力点，一般来说，拉紧装置一般要求安装在矿石的下面，当要求安装在水平皮带运输机的机头上时也是一样。在动态设计中，皮带的张力随拉紧装置的安装位
10、置和类型而改变。当驱动装置突然停止时，为了减小皮带的张力，防止皮带张力过大或过小，在长距离，大输送量，大功率皮带机向上运输，水平运输，向下运输，双向运输时，在两个滚筒之间应安装垂直重锤拉紧装置。这样，当机头的驱动滚筒突然停止时，垂直重锤拉紧装置可以消除一半的振动，与采用其他的拉紧装置相比，皮带的振动力量和速度可减少到50%。垂直重锤拉紧装置的极限条件是应该在两个驱动滚筒之间保持拉紧状态；采用固定式拉紧装置的极限条件是在驱动滚筒和改向滚筒之间保持张紧力，根据固定式极限条件，计算出的皮带张力更小，这样，皮带的张力就有了很大的减小，于是，它可以在凹面截面或最小张力点上确保运输机安全运行，使输送带的张
11、力和承受载荷在允许范围之内降低成本。当然，允许向上运行的皮带输送机把垂直重锤拉紧装置安装在矿井的底部，对于水平皮带运输机，要把固定式拉紧装置放在机头部位。拉紧装置的类型和安装位置要根据皮带机的参数来计算，设计过程中还要考虑到它的安全性、可靠性、技术含量、合理性、经济性和实用性。拉紧装置的最小张力要根据机尾滚筒和皮带轮之间的倾斜角度来确定，当向上或水平运输，皮带加速向下突然停止时，为了确保皮带在驱动滚筒上不打滑，可以用下列公式计算最小张力 （7）其中： -静止时确保皮带在驱动滚筒上不打滑的最小张力（N）, -圆周驱动力或工作阻力（N）, -传动装置的动载荷（N）， -摩擦常量，由公式（5）可计算
12、出采用垂直重锤拉紧装置的输送带的位移，由公式（3）可算出拉紧装置的位移。3驱动装置的设计根据皮带运输机的工作阻力和拉紧装置的拉紧力，可计算出皮带上每一点的张力，可以确定驱动装置的数量和其安装位置，可以合理的选择皮带的型号，为了减小皮带的张力和设备的成本，在设计中建议使用合理的柔性拉紧设备，合理计算柔性拉紧特性和合理的柔性制动特性。在传统的设计中，皮带运输机开始加速的特征曲线是其中的一部分特征曲线，换句话来说，启动时加速度从零增加到最大所产生的加速频率超过了极限范围，就导致压力动态特性过大。在柔性拉紧设计中，急速频率的变化在所允许的范围之内。因为加速度是从零缓慢地增加到最大值，沿着一个较缓的特征
13、曲线，动态压力的频率特性随着加速频率的减小而减小，特别是在某些特殊的条件下，皮带的弹性振动可以被消除，这样皮带运输机就变得合理和经济。近年来，柔性拉紧装置得到了广泛的应用，如CST控制启动运输设备，调速液力耦合器，软硅控制拉紧装置，频繁变速设备等等。通过研究三角正弦抛物线和不规则加速度特征曲线，我们发现当采用抛物线加速特征曲线时，皮带的弹性振动可以被消除，皮带的张力可以达到最小。皮带运输机抛物线加速度控制的计算公式如下： （8）抛物线加速度控制曲线的最大值为，把公式（8）代入公式（6）就可得到当采用垂直重锤拉紧装置时皮带张力的计算公式：第一章 可编程序控制器概述1.1 可编程序控制器的产生和发
14、展1. 可编程序控制器的产生20世纪60年代以前，对工业生产进行自动控制的最先进装置就是继电控制盘，它对当时生产力的发展确实发挥了很大的作用。但当人类历史跨入20世纪60年代后，工业生产随着市场的转变，开始由大批量少品种的生产转变为小批量多品种的生产。在这种转换过程中，继电控制系统的许多固有弊端越发显得突出，成为了生产转换的一大障碍。如继电器控制系统中，使用了大量的机械触点，系统的可靠性较差、功能局限性大、体积大、耗能多、特别是生产工艺要求发生变化时，控制柜内的元件和接线也必须要作相应的变动、这种变动的工期长，费用高，有的用户宁愿扔掉旧的控制柜，另外制作一台新的控制柜。总之，20世纪60年代后期，市场所需的柔性生产线呼唤新型控制系统的诞生。1968年，美国最大的汽车制造厂家-通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号的不断翻新，
