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1、绪 论随着科学技术的发展，特别是大规模集成电路的问世和微处理机技术的应用，出现了可编程序控制器（PLC），它不仅可以取代传统的继电接触器控制系统，还可以进行复杂的过程控制和构成分布式自动化系统，使电气控制技术进入了一个崭新的阶段。可编程控制器以其可靠性极高，能经受恶劣环境的考验，使用极其方便的巨大优越性，迅速占领了工业自控领域，成为工业自动控制的首选产品。当前，在我国广大矿山企业中的装备和技术改造，正在兴起广泛应用可编程控制器的热潮，其发展之势恰如数年前个人计算机在我国迅速推广一样，方兴未艾，如火如荼。广大工程技术人员已经认识到可编程控制器的巨大优越性，许多人通过对进口设备、生产线的分析解剖认
2、识了可编程控制器，还有许多人自己设计可编程控制器系统，取得良好成果后更引发深入了解可编程控制器的兴趣。本次毕业设计，面对井下胶带运输机继电器逻辑控制的众多问题，我选择了日本三菱FX2N系列超小型可编程控制器，对井下胶带运输机的控制进行PLC改造。本设计介绍了FX2N系列可编程控制器的结构组成、基本指令，胶带运输机外围各保护的接入方法。经改造，使胶带运输机控制融入更多的科技含量，适应科技进步，确保胶带运输机安全可靠的运转。第1章 设计课题的选择1.1 设备现状兖矿集团东滩煤矿井下原使用的胶带运输机电控系统主要以继电器控制为主，依靠中间继电器、得电延时继电器、断电延时继电器、热继电器、起动停止按钮
3、的组合实现胶带运输机的起动、停止和保护。在胶带运输机电控保护回路中，运行指令由电气故障、机械故障、运输机故障、启动按钮、停止按钮组成。其中电气故障由涨紧电气故障、盘型闸电气故障、电机电气故障、机尾电气故障组成；机械故障由急停故障、减速箱油温故障、堆煤故障、涨紧过位故障、制动闸未张开故障组成；运输机故障由机头跑偏故障、机尾跑偏故障、胶带撕裂故障、胶带穿孔故障、涨紧液压站低压故障、欠速故障。随着矿井服务年限的不断延长，井下胶带运输机电控系统中的继电器长期使用，接点氧化、线圈老化严重，电控系统的大部分继电器已经到了更换周期。为此，我从矿井的实际出发，选择了“井下胶带运输机PLC改造”的设计题目。1.
4、2 可编程控制器（PLC）概述1969年第一台PLC在美国出现，是20世纪60年代发展起来的一种新型自动化装置。可编程控制器是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用其内部存储器放在用户设计的程序指令，而这些指令用来实现逻辑运算、顺序操作、定时、计数及算术运算并通过数字或模拟的输入/输出来控制各种类型的机械和生产过程。其硬件特征仅在于具有存贮器和输入/输出模块。七十年代后期，微处理器广泛应用于可编程控制器中，使其得到惊奇的发展。其功能不但早已不象早期产品可编程序逻辑控制器那样，仅限于替代继电器系统完成顺序逻辑控制，而且具有很强的模拟量闭环调节，通讯网络、数据及文字处理，彩色图象显示等功能；
5、因此，制造商就不再把他们的产品称为可编程逻辑控制器PLC，而改叫可编程控制器PC，但为了与个人计算机的缩写PC区别，仍将可编程控制器简称为PLC。现代的可编程控制器是计算机技术与传统继电器逻辑控制概念相结合的产物，从工业设备的概念来看，它是新一代的通用型工业自动化控制装置，而从计算机技术的概念来看，它又是用于工业控制的计算机。在常规电气控制电路中，输入元件和输出元件的连接是通过导线连接的。而PLC的输入元件和输出元件的连接不是通过导线连接的，而是通过程序来连接的。所以不会发生常规电气控制电路所出现的问题。PLC的控制程序由编程器或计算机通过编程电缆输入到PLC中，还可以对PLC内部控制的状态和
6、参数进行监控和修改，十分方便。当控制功能发生变化时，不必重新改接线（即不需要进行任何硬件的改动），只需改变程序就可以了。这种控制器程序编制比较简单，凡能够设计继电器线路的电气技术人员，只要学习并掌握了控制器的简单指令系统，就可以很方便地将继电器线路图转换为控制程序。有的控制器甚至可以直接输入线路图，使用人员甚至连指令系统都不需要学习了，可以把这种方法称为图形语言，使用上的方便性也是这种控制器受到欢迎的主要因素。上述的逻辑控制在工业控制中主要用于顺序动作的控制，它不能完成诸如温度、压力等的连续闭环控制，为此需要在可编程逻辑控制器的基础上增加以下部件：模拟数字转换器（A/D转换器），数字模拟转换器
7、（D/A转换器）以及为实现闭环的PID调节及相关的软件。这种既可以完成逻辑控制又可以完成闭环控制的控制器称为可编程序控制器（PLC），因此他们具有很广泛的应用。 1.3 继电器控制与PLC控制性能比较继电器是一种根据某种物理量的变化，使其自身的执行机构动作的电器。继电器一般由3个基本部分组成：检测机构、中间机构和执行机构。检测机构的作用是接受外界输入信号并将信号传递给中间机构；中间机构对信号的变化进行判断、物理量转换、放大等；当输入信号变化到一定值时，执行机构动作，从而使其所控制的电路状态发生变化，接通或断开某部分电路，达到控制和保护的目的。继电器的种类很多，按输入信号可分为：电压继电器、电流
8、继电器、功率继电器、速度继电器、压力继电器、温度继电器等；按工作原理可分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器、热继电器等；按用途分控制与保护继电器；按输出形式可分为有触点和无触点继电器。电磁式电流继电器的线圈串于被测量电路中，根据电流的变化而动作。为降低负载效应和对被测量电路参数的影响，线圈匝数少，导线粗，阻抗小。它除了用于电流型保护的场合外，还经常用于按电流原则控制的场合。时间继电器是利用某种原理实现触头延时动作的自动电器，经常用于按时间原则进行控制的场合。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。热继
9、电器可以根据过载电流的大小自动调整动作时间，具有反时限保护特性，即过载电流大，动作时间短；过载电流小，动作时间长；当电动机的工作电流为额定电流时，热继电器长期不动作。虽然继电器控制为我们现今企业的发展做出了不可磨灭的贡献，但继电器控制作为一种有触点控制，长期使用，触点容易氧化、损坏，出现故障时处理起来比较繁琐，东滩煤矿井下使用的原法国胶带运输机的电控系统主要以继电器控制为主。如今，因长时间的使用，大部分胶带运输机的电控系统的继电器已经到了更换周期，触点的氧化及吸合线圈的损坏越来越影响着胶带运输机的正常运转，继电器的使用及更换成了生产中面对的一大难题，在正常情况下一条胶带运输机的电控系统大约需要
10、70多个继电器，性能较好的继电器约170180元/个，一条胶带运输机控制系统大约需要11900元，如果对井下胶带运输机电控系统进行继电器更换，其配件购置及更换都将影响生产时间，处理起来比较繁琐，而采用PLC控制，一条胶带运输机控制系统仅需要约5000元（主机），且问题处理简单，将给我们带来更好的经济效益。PLC控制与继电器控制相比较主要有以下优点：1、控制程序可变，具有很好的柔性。在生产工艺流程改变或被控设备更新的情况下，不必改变PLC的硬件只需改变程序就可以满足要求。2、可靠性强，适用于工业环境。PLC平均无故障运行时间可达10万小时以上，这是其他计算机系统无法比拟的；PLC是无触点控制方式
11、，其内部的控制元件拥有大量的常开、常闭接点，解决了继电器接点数量少，易氧化的缺点。3、编程简单，使用方便。使用者不需具备很深的计算机编程知识。4、功能完善。PLC具备输入输出、逻辑运算、算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通讯、人-机对话、自检、记录和显示等功能，并且具有高速处理功能，使系统的应用范围大大提高。5、体积小、重量轻、易于装入机器内部，便于维护。第2章 三菱FX2N系列可编程控制器2.1 三菱FX2N系列可编程控制器概要一、FX2N型PLC主要种类FX2N系列可编程控制器是日本三菱公司生产的超小型、小型系列产品，在我国电气自动化控制系统中有较多的应用。FX2N型PLC按品种可
12、分为基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊扩展设备。基本单元由内部电源、内部输入输出、内部CPU和内部存储器组成，只有基本单元可以单独使用，当输入输出点数不足时可以进行扩展。扩展单元由内部电源、内部输入输出组成，需要和基本单元一起使用。扩展模块由内部输入输出组成，自身不带电源，由基本单元、扩展单元供电，需要和基本单元一起使用。特殊扩展设备可分为三类：特殊功能板、特殊模块和特殊单元。是一些特殊用途的装置。特殊功能板用于通信、连接和模拟量设定等，特殊模块主要有模拟量输入输出、高速计数、脉冲输出、接口等模块，特殊单元用于定位脉冲输出。（如FX2N-2A/D模数转换，FX2N-2D/A数模转换）该可编程控
13、制器中部分符号的含义：1、输出输入总点数是输出点数和输入点数总和。基本单元、扩展单元的输出和输入点数都相同。2、输出形式R、继电器输出（有接点、交流、直流负载两用）S、三端双向可控硅开关元件（晶闸管）输出（无接点、交流负载用）T、晶体管输出（无接点、直流负载用）3、其它区分001：交流电源100V240V （-15%+20%），即86V264VACD：直流电源 24V供电4、输入输出形式R：直流输入4点，继电器输出4点X：输入专用（无输出）YR：继电器输出专用（无输入）YS：三端双向可控硅开关元件输出专用（无输入）YT：晶体管输出专用（无输入）二、FX2N 型PLC的型号FX2N型PLC的型号
14、可表示如下：FX2N M 、PLC系列名称 、输入和输出点数总和 、单元种类：M基本单元，E输入输出混合扩展模块及扩展单元，EX输入专用扩展模块，EY输出专用扩展模块， 、输出形式（区别与继电器输出R；晶体管输出T；三端双向可控硅开关输出S） 、其他区分：001专为中国推出的产品。基本单元主要有以下几种规格：FX2N-16M，32M，48M，64M，80M，128M。扩展单元主要有以下几种规格：FX2N-32E，48E扩展模块主要有以下几种规格：FX0N-8ER；FX0N-8EX；FX0N-8EYR；FX0N-8EYT；FX0N-16EX；FX0N-16EYR； FX0N-16EYT；FX2N
15、-16EX；FX2N-16EYR；FX2N-16EYT；FX2N-16EYS三、特殊扩展模块FX2N型PLC的特殊扩展模块主要用于A/D，D/A转换以及温度、脉冲、通信等。它主要有以下几种：FX2N-2AD/DA；FX2N-4AD/DA；FX2N-8AD；FX0N-3A等。四、使用PLC的注意事项1、一定要在可编程控制器的外部设置安全线路，以便当外部电源出现异常，可编程控制器发生故障时，全系统也能安全运行。因为误动作，误输出有引发事故的可能。2、一定要在可编程控制器的外部建立紧急停机电路，使得PLC发生故障时，能将引起事故的负载电源可靠切断。 3、一定要在可编程控制器的外部建立安全保护电路。正反向运转等可逆操作的控制系统，要设置外部电器互锁保护；往复运行及升降移动的控制系统，要设置外部限位保护电路。 4、可编程控制器有监视定时器等自检功能，检查出异常时，输出全部关闭。但当可编程控制器CPU故障时就不能控制输出，因此，对于能使用户造成事故的危险负载，为确保设备在安全状态下运行，需设计外电路加以防护。 5、电源过负荷的防护。如果PLC电源发生故障，中断时间少于10秒，PLC工作不受影响，若电源中断超过10秒或电源下降超过允许值，则PLC停止工作，所有的输出点均同时断开；当电源恢复时，若RUN输入接通，则操作自动进行。因此，对一些易过负载的输入设备应设置必要的限流保护电路。
