电气论文--码头物料运输机的plc控制系统设计

1 绪论1.1 课题的背景现代工业生产中，有许多场合需要皮带运输机，用于运送生产原料和产品。

在现实中码头物料搬运系统就是运用了皮带运输机，从而节约了大量的人力和物力，提高了劳动生产率。

码头货船装料的皮带运输机系统是由料库、卸料电磁阀YA和多条连续排列的皮带运输机组成。

待装船的物料贮存于料库内，装船用的末端皮带运输机是移动式的，卸料端伸入船上料仓。

而采用多条皮带运输机，这主要原因是因为输送路程远，路径变化大，难以采用直线传送的单皮带输送机系统。

故采用多条皮带输送机系统，方便系统的灵活组合。

虽说码头物料搬运运用皮带运输机系统提高了劳动生产率，但如果不能实现完全的自动化，操作维护还将会很困难，因为码头场地大，设备多，粉尘大，过去的继电器，接触器控制系统故障率高，检查线路，排除故障费时费力，影响生产的正常进行。

根据实际码头货船装料的工艺布置，本文采用对4条皮带运输机装料控制设计。

4条皮带运输机供给货船装料的工艺布置图如图1-1所示。

图1-1物料皮带运输机运送系统示意图Fig. 1-1 Conveyor belt material transportation system diagram皮带运输机的工作流程：需装船的物料(例如：粮食、花生、大豆、煤炭等散装粉状或颗粒状物料)应先贮存在料库内，尽量装满，保持适当物料位置的高度，保证系统可连续稳定地进行生产，不跑料，不扬尘。

物料装船现场应有声光报警装置，警告或提醒现场人员注意行走和工作的安全。

四皮带物料输送系统有驱动电动机4台(M1，M2，M3和M4)，其控制回路分别由交流接触器KMl，KM2，KM3和KM4和各过载保护热继电器FRI，FR2，FR3和FR4组成。

皮带机会因物料性状造成过载停机，比如因某段皮带上堆积原料过多。

过载电动机以及上游皮带电动机和电磁阀均应停电处理以免系统堵塞，扩大故障范围。

1.2继电器控制与PLC控制的比较针对此码头皮带运输机控制系统中，控制系统有很多种，比如说单片机、继电器、PLC 等系统。

而在实际中绝大多数皮带运输机系统应用继电器和PLC来控制。

下文对继电器控制和PLC控制进行比较，选择出一种控制方式。

1.2.1运输机继电器控制系统继电器控制为接线程序控制，它是由分立元件（继电器、接触器、电子元件等）用导线连接起来加以实现的。

继电器在控制皮带运输机时有自己的优点及存在的问题。

运输机继电器控制系统的优点如下[1]：1）所有控制功能及信号处理均由硬件实现，线路直观，易于理解和掌握，适合于一般技术人员和技术工人所掌握。

2）系统的保养、维修及故障检查无需较高的技术和特殊的工具、仪器。

3）大部分电器均为常用控制电器，更换方便，价格便宜。

4）多年来我国一直生产这类运输机，技术成熟，已形成系列化产品，技术资料图纸齐全，熟悉掌握的人员较多。

运输机继电器控制系统存在的问题如下：1）系统触点繁多接线线路复杂，且触点容易烧坏磨损，造成接触不良，因而故障率较高。

2）普通控制电器及硬件接线方法难以实现较复杂的控制功能，使系统的控制功能不易增加，技术水平难以提高。

3）电磁机构及触点动作速度比较慢，机械和电磁惯性大，系统控制精度难以提高。

4）系统结构庞大，能耗较高，机械动作噪音大。

5）由于线路复杂，易出现故障，因而保养维修工作量大，费用高；而且检查故障困难，费时费工。

运输机继电器控制系统故障率高，大大降低了运输机的可靠性和安全性，经常造成停机，给工作人员带来不便和惊扰。

且运输机一旦发生跑偏、过快等问题，不但会造成运输机机械部件损坏，还可能出现人身事故。

1.2.2 运输机继电器控制系统PLC控制为存储程序控制，其工作程序存放在存储器中，系统要完成的控制任务是通过存储器中的程序来实现的。

PLC控制皮带运输机的特点如下：1）在运输机控制中采用了 PLC，用软件实现对运输机运行的自动控制，可靠性大大提高。

2）去掉了大部分继电器，控制系统结构简单，外部线路简化。

3）PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。

4）PLC可进行故障自动检测报警显示，提高运行安全性，并便于检修。

5）用于群控调配和管理，并提高了运输机运行效率。

6）更改控制方案时不需改动硬件接线。

总之，PLC控制皮带机运输系统结构简单、操作方便、故障率低，大大提高了运输机的可靠性和安全性，且运输机一旦发生跑偏、打滑等问题，可自动报警并能及时可靠的发出信号和自动保护，从而降低了系统及人身事故的发生率。

综合以上所述，在对此码头的皮带运输机系统设计时，由于需要稳定性高、可靠性强、控制灵敏、安全系数高并且具有集散控制网络管理等要求的运输系统，而PLC控制系统大大地优越继电器控制系统，去掉了大部分继电器，使得控制系统结构简单，外部线路简化，提高了系统的安全性和效率。

因此本文设计需要采用PLC控制。

1.3 交流变频器调速的介绍随着电力电子技术、微电子技术和计算机控制技术的飞速发展，交流变频调速技术的发展也十分迅速。

电动机交流变频技术是当今节电，改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种手段。

交流变频器是一种微处理器，它在控制三相电机时产生三相P、W、M信号，调节输出频率和电压，控制电机的转速和转矩时具有无与伦比的可靠性，在任何负载条件下，都能调节输出使电机处于最佳运行状态。

变频调速以其优异的调速性能和起制动平稳性能、高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

变频调速控制的特点如下：1）变频调速运输机使用的是异步电动机，比同容量的直流电动机具有体积小、占空间小、结构简单、维护方便、可靠性高、价格低等优点。

2）变频调速电源使用了先进的SPWM 技术SVPWM 技术，明显改善了电动机运行质量和性能；调速范围宽、控制精度高，动态性能好，已逐渐取代直流电机调速。

3）变频调速运输机使用先进的SPWM 和SVPWM 技术，明显改善了电动机供电电源的质量，减少谐波，提高了效率和功率因数，节能明显。

本文设计利用PLC和变频器对自动皮带运输机控制系统进行改造，不但可以增加皮带机的安全性和可靠性，还可以降低能耗，节约能源，减少运行费用。

2皮带运输机与可编程控制器PLC介绍2.1皮带运输机发展与辅助系统2.1.1带式运输机的发展输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。

输送机可进行水平、倾斜和垂直输送，也可组成空间输送线路。

输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。

带式输送机则是其中最好的代表，应用于装船机、卸船机、堆取料机等连续运输机械上等，在大型港口、矿山或冶金企业，带式输送机得到了广泛应用。

随着科学技术的发展，工业自动化得到了进一步发展。

从而对控制系统提出了更高的要求。

上世纪继电器控制系统曾起这非常重要的作用，但随着生产规模的扩大，市场经济竞争日益激烈，它以不在适应。

可编程控制器（PLC）的出现正逐渐取代之,它采用可编程序的存储器，用来在其内部进行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作指令并通过数字式的模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。

它是综合了计算机技术，自动控制装置，具有功能强，可靠性高，使用灵活方便，维护方便，易于编程以及适应工业环境应用等一系列特点，近年来在工业自动化，传统产业技术改造等方面应用越来越广泛，成为现代工业控制三大支柱之一。

20世纪传统的工业生产线多是继电器控制系统，其性能差，容易出错且不易修改，一旦生产流程改变就必须重新设计，布线，调试等。

显然这样的系统不满足现代化生产的需要。

因此我们采用PLC控制系统。

通过改变其内部的程序便可改变生产流程，通过网络控制还可已进行异地控制，增强了控制的多样性；另外由于可编程体积小，灵活多样，因此可以节约占地；低廉的价格可以节约投资。

现在所要做的系统是一种由带式运输机（又称皮带输送机）系统，是一种平移的连续运输机械。

即可以运送散状物料，也可以运送成件物品。

皮带运输机可用于水平或倾斜运输。

带式运输机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械上。

带式运输机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。

带式运输机被广泛应用在长途运输设备，库房，料仓，港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食，矿业以及轻工业的生产线。

在大型港口或大型冶金企业，带式运输机得到最广泛的应用，其总长度可达十几米甚至千米。

近年来，可编程控制器在广大企业技术改造中迅速得到应用和推广，深入到过程控制、位置控制等场合，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、厂区广泛使用的带式运输机，应用PLC控制，可以使皮带机生产线的控制更加灵活、可靠。

我们所研究的是一个小型的皮带机控制系统，不过它具有一般交通运输设备应该有的各项功能和要求，例如：顺序起动，过载保护，适时检测、报警功能以及各种保护功能。

2.1.2 带式运输机辅助系统皮带机运输自动化系统作为生产中的必不可少的辅机系统，其安全可靠运行对于厂家的经济效益具有较大影响，由于皮带机运输系统分布广泛（长达数百米甚至上千米），皮带机系统工作环境恶劣，工艺流程复杂，参与程控对象多，可靠性要求高。

皮带机运输自动化系统运行不理想，与传感器的选型、物流、撕裂、阻旋料位计、连续料位计、跑偏、拉绳等均有自动保护功能，任意传感器故障都会影响小、系统的正常运行，轻则造成系统频繁误动作，加速系统老化，重则造成设备和人身事故。

故传感器选型与质量尤为重要。

传感器必须选用具有低故障率、高灵敏度、长寿命，具有三防功能的产品。

对如跑偏等频繁动作的传感器选型时应关注其机械寿命，对无法确保能长期可靠动作的（如行程开关）可靠率替代，选择国产传感器以降低成本、维修方便为原则[4]。

皮带运输机自动系统控制对象既有简单的低压装置对象又有复杂的高压装置，线路分布广泛，容易造成系统感应电压过高，有时甚至发生现场高压电回馈至程控装置的事故，系统的隔离显得尤为重要。

对于进入系统的现场开关量信号和发往现场的信号均应加以隔离，以防止现场电返回而烧坏程控装置。

原则上程控装置与现场之间互相提供的信号都应为无源节点，以提高系统安全性和检修人员的安全性。

此外，程控装置各个子系统应相对独立。

减少事故时故障面。

对有远程站间通讯应先考虑双路冗余，距离较长时通讯电缆的敷设应与强电电缆分开走线，无法分开的应考虑穿管敷设，以防干扰。

不可在毫无平屏蔽的高处架设线路，以防打雷等意外情况造成系统的损坏。

2.2可编程控制器PLC的基本概念2.2.1 PLC的一般定义PLC是“可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）”的简称[1]，是60年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器。