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1、华 东 交 通 大 学PLC课程设计成绩课 题：交通信号灯控制系统设计 学 号： 20101310010319 姓 名： 学 院： 轨道交通学院 专 业： 车辆工程 班 级： 车辆工程2010级3班 指导教师： 设计日期： 2013年12月10日 任务书 （一）课题皮带运输机传输系统模拟控制（二）设计内容1）设计皮带运输机传输系统模拟控制系统的硬件电路（主电路硬件接线设计和PLC外部连线图）和软件程序；2）PLC程序编制与调试；3）皮带运输机传输系统模拟控制系统PLC控制系统的综合调试，皮带运输机传输模型 如右图所示；4） 撰写课程设计报告；5)完成课程设计答辩。（三） 基本要求1、起动时M4
2、 M3 M2 M1 （分别间隔5s） 停止时M1 M2 M3 M4 （分别间隔5s） 2、当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而其后的皮带机则待料运完后才停止。例如：M2出故障，M2和M1立即停止，经5s延时后，M3停，再经过5s，M4停。 3. 设置故障调试模拟开关。 4. 设置急停按钮SB3，按下急停按钮SB3 所有电机立即停止。（四）课程设计报告写作要求1）课程设计报告由封面，设计任务书，目录，摘要，正文，参考文献，附录等部分组成。2）封面可自行设计，应包括课程设计名称及设计题目，专业，班级，姓名，指导老师，设计日期等内容。3）正文是设计报告的核心部分。应包括以下的
3、内容：a.概述所作课题的意义，本人所做的工作及系统的主要功能；b硬件电路设计及描述；c软件设计流程图及描述；d.源程序代码（要有注释）；e.体会及建议等。- 2 -摘 要 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则针对中小型皮带运输机的控制系统采用继电器控制存在可靠性差、劳动力强度大、生产效率低的问题，开发一种基于PLC的皮
4、带运输机控制装置。本控制系统选用CPM2A系列PLC作为控制器。在硬件电路设计中，完成PLC选型及外部低压电器的选用，设计了硬件接线图，提出了接线要求，使之具有控制和保护作用。在软件设计中，给出了程序流程图，并设计出梯形图程序。将硬件和软件有机结合，使控制系统运行可靠，打到预期的设计目的。 关键词：皮带运输机 PLC 集中控制 目录1 前言11.1设计的目的和意义11.2 皮带运输机的现状11.3交流调速的发展概况21.4 方案的确定21.5主要任务32 皮带运输机的PLC控制系统的组成42.1基本原理42.2概述42.2.1 三相异步电动机的选择52.2.2 变频器62.2.3 PLC控制器
5、92.2.4 其余部件113 皮带运输机的PLC控制系统软件设计133.1 控制系统软件的功能133.2 控制系统的主要指标133.3 PLC程序设计133.3.1 PLC编程器133.3.2 MELSEC-F/ FX系统编程软件153.3.3 安装FXGP-WIN-C编程软件153.3.4 FXGP-WIN-C编程软件的应用163.3.5设置编辑文件的路径173.3.6编辑文件的正确进入及存取173.3.7文件程序编辑183.3.8 设置通讯口参数193.3.9 FXGP与PLC之间的程序传送203.3.10 程序的运行与调试213.3.11退出系统223.4 I/O地址分配如下表3-122
6、4 结论325 致谢336参考文献34附录35梯形图351 前言1.1设计的目的和意义 冶金、煤矿、化工、机械、钢铁、建材、食品等工业生产中，需要广泛使用皮带运输机，它为企业的生产承担了绝大多数散料运输任务。可编程控制器(PLC)是以微处理器技术为基础，综合计算机技术和自动化技术发展起来的一种新型工业控制器，广泛应用于工业生产的各个领域。由于PLC采用的控制系统或设备具有可靠性高,控制易于实现，系统设计灵括， 能在实验室进行现场模拟调试，编程简单，安装方便，较好的抗干扰能力,被誉为当代工业生产自动化的支柱之一，正在得到越来越广泛的应用。利用PLC可以使皮带运输机的传动系统逐渐实现了全自动控制状
7、态，并且使皮带运输机具有完善的控制特性及简易的操作、基本免维护的工作量，达到一种经济、安全、可靠且运行效率高的状况, 其独特的易于使用性、可靠性和灵活性越来越受到广大工程技术人员的青睐。对于港口、厂区广泛使用的皮带运输机，应用PLC控制，可以使皮带机生产线的控制更加灵活、可靠。通过PLC进行控制提高了企业生产的效率，为工业生产的进行节省了大量的人力、物力、财力。1.2 皮带运输机的现状电气传动技术以运动机械的驱动装置-电动机为控制对象，以微电子装置为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下完成电气传动自动控制系统，控制电动机的转矩和转速，将电能转换成机械能，实现工作机械的
8、旋转运动或反复运动。因电机的种类的不同，我们可以将分为直流电动机传动和交流电动机传动。自19世纪80年代起至19世纪末，工业上传动用的电动机一直被直流电机垄断，到了19世纪末，出现了三相电源和结构简单且坚固耐用的交流鼠笼型电机以后，交流电机才在不调速的领域代替了直流电动机传动装置。对生产过程的监视和控制，在初级阶段是由人工进行的。工作人员凭自己的感官或借助于仪表等来监视生产过程，用头脑做出判断决策，并视情况进行必要的控制。在高级阶段，这种监视、判断决策和控制由机器承担，按照人们的意志自动完成，这是闭环自动控制。1.3交流调速的发展概况交流变频调速的优越性早在20年代就已被人们所认识，但受到器件
9、的限制，未能推广。50年代初，中小型感应电动机多采用晶闸管调压调速;大中型绕线式感应电动机采用晶闸管静止型电气串级调速系统。70年代发展起来的变频调速，比上述两种调速方式效率更高，性能更好。交流调速系统大致经历过三个阶段:（1）异步电动机调压调速系统； （2）串级调速系统；（3）变频调速系统。 80年代中期随着第三代电力半导体器件如:门极可关断晶闸管GTO、绝缘栅双极晶体管IGBT的相继出现，交流变频调速技术得到了飞速发展。日、美、德、英等在结合现代微处理器控制技术、电力电子技术、电机传动技术的基础上，推出了一系列的变频器，且不断进行更新换代.这些高精度、多功能、智能化的变频器将调速效率提高到
10、了前所未有的水平。1.4 方案的确定随着工业水平的发展，人们对皮带运输机自动控制程度要求越来越高，一般的自动控制方案有继电器控制、单片机控制、PLC控制等。但是用复杂的继电器控制的，存在可靠性差、可塑性差、接线复杂、自动化程度低等一系列缺点，并且为了在日益激烈的竞争中提高市场竞争力，采用PLC的改造势在必行；有的也采用单片机作为控制单元，但是单片机开发周期较长，抗干扰性差，可靠性低、灵活性差，选用PLC作为控制单元是较为合适的方案。本文提出了利用变频器和PLC控制单元的伺服系统构成控制系统的见解与方法，给出了控制系统软、硬件结构的设计方案。我认为本系统采用PLC软件控制它具有以下优点：(1)
11、抗干扰能力强、可靠性高；(2) 模块化组合结构，使系统构成十分灵活；(3) 编程语言简单易学，便于掌握能进行在线修改；(4) 柔性好体积小，维护方便。1.5主要任务皮带运输机的PLC控制系统，主要分变频器、PLC、主令控制器、三相异步电动机等四部分构成。在本文中，主要对其各个组成部分进行的介绍，并作出PLC运行控制程序，使其符合该系统的控制要求。2 皮带运输机的PLC控制系统的组成2.1基本原理采用矿用防爆本质安全型交流变频器进行启动和调速控制，在皮带机运行过程中，通过安装在传送带上的转速传感器测定皮带运输机的转速，再反馈到PLC，经过程序运行处理后，再提供指令通断信号给变频器，调节电机工作的
12、电源电压和频率。当出现扰动时，转速传感器将信号传送到PLC，再进行程序运行对其进行调节，从而达到稳定运行。2.2概述从图2.1可看出，当利用变频器构成自动控制系统进行控制时，采用的是和PLC配合使用。变频器利用内部继电器接点或具有继电器接点开关特性的元器件(如晶体管)与PLC连接。PLC作为整个系统的“大脑”，负责接收外部信号(主令控制器、变频器、转速传感器、限位等)，经过程序运行处理后，再提供指令通断信号(正转、反转、档数等)给变频器和其它动作单元，由变频器控制电机的转向、速度(频率)。整个系统接线见图2.3。 图2.1系统结构示意图2.2.1 三相异步电动机的选择为生产机械的电力拖动系统选
13、用电动机，主要内容包括确定电动机的种类、电动机的型号、电动机的额定电压、额定转速和额定功率等。选择电动机的基本原则如下：（1）电动机在工作过程中，其额定功率应得到充分利用。要求温升接近但不超过规定的允许数值。（2）电动机应满足生产机械需要的有关机械特性的要求。保证一定负载下的转速稳定，有一定的转速范围及具有良好的启动和制动性能。（3）电动机的结构型式应满足设计提出的安装要求和适应周围的工作环境。例如防止灰尘进入电动机内部，或者防止绕组绝缘受气体腐蚀等。电力拖动系统应用电动机来拖动生产机械工作的，由于生产机械种类繁多，工艺要求不一，作为驱动电机的电动机分类也很多。按电流种类分，有直流电动机和交流
14、电动机，交流电动机又有异步电动机和同步电动机两种。为了合理选用电动机的种类，应同时考虑两个方面的问题：一是电动机的性能，例如机械特性、启动性能和调速性能等；二是要知道生产工艺的特点，要使所选电动机的性能满足生产机械的工艺要求，具体从以下几个方面考虑：（1）电动机的机械特性；（2）电动机的启动性能；（3）电动机的调速性能；（4）电动机的电源；（5）电动机的经济性；最后着重强调的是综合的观点：一方面是以上的内容在选择电动机时必须都考虑到都能得到满足；另一方面能满足以上条件的电动机可能不是一种类型，还应综合其他情况，例如节能、货源、技术情况等。综上所述，经过综合考虑本系统采用YBSS-220型电机，是隔爆型三相异步电动机。表1 YBSS-220隔爆型三相异步电动机主要技术数据：功 率kW额定电 压V满载转速r/min满载电 流A满载效 率%功率因 数cos额定电 流额定转 矩额定转 矩绝缘等级22066011401480154.2267.293.50.886.02.32.2F、H2.2.2 变频器1.构成包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等几个部分，是变频器的核心部分。控制电路的优劣决定了变频器性能的
