斗輪堆取料機的PLC設計畢業(yè)設計

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1、 畢業(yè)設計（論文） 題 目 斗輪堆取料機的PLC設計 斗輪堆取料機的PLC設計 摘要 本次畢業(yè)設計的題目是斗輪堆取料機的堆料和取料部分的PLC設計。通過對斗輪堆取料機整機的分析，來進一步研究斗輪堆取料機的工作過程。斗輪堆取料機是料場工作運行的核心機械，目前已經廣泛應用于港口、碼頭、水泥、鋼鐵廠、儲煤場、發(fā)電廠等散料存儲料場的堆取作業(yè)。PLC集成控制技術發(fā)展迅速，應用于斗輪堆取料機能夠大大提高工作效率，減少勞動成本。這次設計對斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)進行了詳細的研究。 這次研究我們討論了斗輪堆取料機的工作流程，選擇

2、最佳的堆取料工藝。合理選擇PLC型號。了解斗輪堆取料機的工作原理。經過系統(tǒng)分析設計要求，設計開發(fā)了斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性、可靠性。 關鍵詞：斗輪堆取料機，PLC控制系統(tǒng) 29 斗輪堆取料機的PLC設計 29 目錄 第一章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 斗輪堆取料機的發(fā)展狀況 1 1.2.1 國內斗輪堆取料機發(fā)展狀況 1 1.2.2 國外斗輪堆取料機發(fā)展狀況 2 1.3 斗輪堆取料機的工作過程 3 1.3.1 斗輪堆取料機堆料過程 3 1.3.2 斗輪堆取料機取料過程 4 第二章 斗輪堆取料機總體設計 5 2.1 總

3、體設計概論 5 2.2 斗輪堆取料機工藝流程分析 7 2.2.1 準備過程工藝流程 7 2.2.2 自動堆料工藝流程 8 2.2.3 自動取料工藝流程 9 第三章 斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計 10 3.1 電器元件的選擇 10 3.1.1 接觸器的選擇 10 3.1.2 繼電器的選擇 11 2.1.3 熔斷器的選擇 12 3.1.3 按鈕、開關的選擇 12 3.2 PLC機型的選擇 13 3.2.1 I/O點數(shù)的估算 13 3.2.2 存儲器容量的估算 13 3.2.3 控制功能的選擇 14 3.3 斗輪堆取料機自動堆取料設計 15 3.3.1 自動堆料設

4、計 15 3.3.2 自動取料設計 16 3.4 斗輪堆取料機PLC程序設計 16 第四章 結束語 23 第五章 致謝 24 第六章 參考文獻 25 附錄 26 第一章 緒論 1.1 課題背景 在經濟發(fā)展的過程中，很多地方需要對一些散料進行裝卸，隨著科技的發(fā)展，自動化程度越來越高。以往的人工操作已經無法滿足社會的發(fā)展。降低生產成本，提高產品的質量及經濟效益是企業(yè)生產所必須面臨的重大問題。斗輪堆取料機是連續(xù)輸送機的一種，應用它可以將物料在一定的輸送路線上，從裝載地點以恒定的或變化的速度進行輸送。斗輪堆取料機是現(xiàn)代化工業(yè)散狀物料連續(xù)裝卸的高效設備，目前已經廣泛應用于港口、

5、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、儲煤場、發(fā)電廠等存儲料場的堆取作業(yè)。PLC集成自動控制技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產品；充分利用計算機技術對生產過程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的有點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計。在現(xiàn)代化的港口散貨裝卸作業(yè)中，斗輪堆取料機是生產過程中組成有節(jié)奏的流水作業(yè)運輸線所不可缺少的組成部分。 1.2 斗輪堆取料機的發(fā)展狀況 在過去的幾十年中發(fā)達國家斗輪堆取料機技術的發(fā)展，極大的促進了散料輸送工業(yè)的發(fā)展自動化和信息技術又推動了該產業(yè)的發(fā)展。目前斗輪堆取料機普遍采用PLC和變頻器調速、液壓驅動、網絡控制等技術

6、。其生產能力顯著提升，造型得到了改進，產品向大型化、多樣化、無人化、環(huán)保和配套國際化方向發(fā)展。國際市場對斗輪堆取料機需求量大。隨著技術的發(fā)展和用戶對產品性能、質量要求的提高，斗輪堆取料機還會不斷發(fā)展和完善。通過技術進步和創(chuàng)新，會有更多更好的國產斗輪堆取料機產品問世，投向國內外市場 1.2.1 國內斗輪堆取料機發(fā)展狀況 我國斗輪堆取料機的應用起步比較晚，最早的斗輪堆取料機設計可以追溯到1966年。國內斗輪堆取料機的發(fā)展基本經歷了三個階段。20世紀60年代、70年代，國內開始設計小型斗輪堆取料機，典型機型有3025、8030等，取料出力分別為300t/h、800t/h，回轉半徑分別為25m和3

7、0m。20世紀80年代、90年代，是斗輪堆取料機發(fā)展的第二階段。鋼廠、電廠等新建設的散料堆場逐步采用了大型斗輪堆取料機，用于散料的堆取和轉運，例如上海寶鋼、秦皇島碼頭料場，斗輪堆取料機取料出力達到2000t/h，回轉半徑達到40m。受當時國內條件的限制，這些料場輸送設備的建設多是合作制造或者整機進口的，甚至整套散料輸送系統(tǒng)都是引進國外的。2000年后，國內斗輪堆取料機發(fā)展到了一個新階段。迄今為止，國內廠家具備了300～6000t/h生產能力、25～60m回轉半徑斗輪堆取料機系列產品的設計和制造能力。這一階段中，國外廠商仍占據(jù)一定份額，但國內廠家掌握了相當?shù)募夹g、生產能力，并憑借服務、價格優(yōu)勢占

8、據(jù)了國內市場的主流地位，并逐漸走向國際市場。 國內斗輪堆取料機的發(fā)展在近五六年里發(fā)展非常迅速。尤其受國民經濟固定資產投資的影響，國內的需求量增長比較大，是近十幾年來少有的，主要表現(xiàn)在港口、電廠、鋼鐵企業(yè)的煤炭和鐵礦石的料場增長迅速，能源、原材料行業(yè)的發(fā)展也給斗輪堆取料機的產業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了十分良好的發(fā)展環(huán)境。市場需求的增加，激發(fā)了國內制造企業(yè)對斗輪堆取料機研發(fā)和創(chuàng)新的信心，特別是一些大型堆取料機的研發(fā)，提高了國內企業(yè)自行設計制造大型設備的能力。國內的斗輪堆取料機不論在產量上還是在質量上都有非常大的提高，這五六年里新增的斗輪堆取料機的總和幾乎達到之前所制造的斗輪堆取料機設備數(shù)量的總和。在斗輪堆取料

9、機的整體上，設備的設計和制造的細節(jié)需要改進，尤其在產品的機構設計的細節(jié)處理上，與國外先進的公司產品存在較大的差距。因此提高產品細節(jié)方面的設計是國內產品制造商需要迫切解決的問題。電氣與控制系統(tǒng)的硬件與國外公司的產品基本山沒什么差別，而在PLC軟件設計上存在一定的差距，其中也包括產品設計的可靠性，PLC程序編制的規(guī)范性，一次儀表的選型和設計的可靠性等。經過幾十年的發(fā)展，我國的斗輪堆取料機研制水平取的了較大的提高，但是同發(fā)達國家相比，仍舊存在明顯差距。 1.2.2 國外斗輪堆取料機發(fā)展狀況 世界上研究和開發(fā)斗輪堆取料機最早的國家是德國，研究始于19世紀30年代，第一臺于19世紀80年代問世，

10、真正投入世紀應用是在20世紀初期。在國外，斗輪堆取料機作為散狀物料裝卸機械的使用是從上世紀初期開始的，它是由斗輪挖掘機演變而來的。計算機技術的發(fā)展使計算速度加快，數(shù)據(jù)存儲和讀取更加方便。各種網絡技術使得數(shù)據(jù)傳輸更加容易，為斗輪堆取料機無人化打下了硬件基礎。所謂斗輪堆取料機全自動無人化，概要的講就是由操控人員在中控室選擇堆料位置、按啟動按鈕，堆取料機自動尋位進行自動堆取料作業(yè)。國外的iSAM AG和西門子公司是從事料場設備無人化集成較早的公司。無人化斗輪堆取料機的操作是操作人員在中控室通過電腦屏幕監(jiān)控堆取料機的各種運行和故障信息，必要時進行手動干預。堆取料機完全自動運行，設備上無人操作[1]。

11、 目前，西方發(fā)達國家港口用的斗輪堆取料機，大部分實現(xiàn)了全自動無人化運行，其他國家也在計劃和準備訂購全自動無人化的斗輪堆取料機。如韓國浦項制鐵就計劃采購該種斗輪堆取料機，印度巴西等用戶也有使用無人斗輪堆取料機的意向。 1.3 斗輪堆取料機的工作過程 斗輪堆取料機有堆料和取料兩種作業(yè)方式。堆料由帶式輸送機運來的散料經尾車卸至臂架上的帶式輸送機，從臂架前端拋卸至料場。通過整機的運行，臂架的回轉、俯仰可使料堆形成梯形斷面的整齊形狀。取料是通過臂架回轉和斗輪旋轉連續(xù)實現(xiàn)的。物料經卸料板卸至反向運行的臂架帶式輸送機上，再經機器中心處下面的漏斗卸至料場帶式輸送機運走。通過整機的運行，臂架的回轉、俯仰，可

12、使斗輪將儲料堆的物料取盡 1.3.1 斗輪堆取料機堆料過程 堆料作業(yè)工藝有行走堆料、旋轉堆料、定點堆料三種基本方式。 1. 行走堆料 堆料分數(shù)層、數(shù)列進行斷續(xù)行走定點堆積。由料堆高度檢測器檢測出煤點的高度（或人工控制），發(fā)出指令，控制行走機構進行微動，一堆接一堆地進行堆積，達到設定位置，進行換列操作，反向堆積；當堆完第一層各列后，進行換層操作，繼續(xù)第二層堆積，繼而堆完最后一小堆。該工藝特點是，可把不同煤種進行混堆，這樣堆放的煤堆，在采取回轉取料時，入爐煤基本為混煤[2]。 2. 旋轉堆料 臂架始終固定在預定堆積高度上往返旋轉堆積，達到設定次數(shù)后（堆積到一定高度）， 圖1-2 旋轉

13、堆料 行走機構微動一個設定距離，依次進行作業(yè)。該工藝特點是，這樣堆放出的煤場形狀較好，便于碾壓，但所需存煤場地要求較大。旋轉堆料如圖1-2所示。 3. 定點堆料 第一堆分數(shù)層進行堆積，待煤堆分數(shù)次堆積到一定高度時，臂架高度保持不變，按預先設定的旋轉方向和角度旋轉到第二個堆料點繼續(xù)堆，達到旋轉范圍后，即開動行走機構微動一個設定距離，這樣一直堆積到設定的堆料長度后停止作業(yè)。該工業(yè)特點是，需要存放場地小，當煤場存放空間小，新、舊煤分堆時適宜采用該堆料方式，但不利于煤場整形和碾壓。 1.3.2 斗輪堆取料機取料過程 取料方法分為旋轉分層取料和定點斜坡取料。旋轉分層取料又分為分段和不分段兩種。

14、 1. 分層分段取料 把斗輪置于料堆頂層作業(yè)點上，然后旋轉控制開始取料，每達到旋轉范圍時，行走機構微動一個設定距離，按照設定的供料段長度取完第一層后，進行換層操作。當取完最下一層后進行換段操作。把斗輪置于第二段最頂層的作業(yè)開始點上，重復進行取料。該工藝特點是，有利于煤場存煤實現(xiàn)存新取舊，防止煤存放時間較長，而出現(xiàn)存煤消耗。 2. 分層不分段取料 把斗輪置于堆料層最頂層作業(yè)點上，然后旋轉控制開始取料，每達到旋轉范圍時，行走機構微動一個設定距離，開始反向旋轉取料，直至取到盡頭，隨后大車返回開始作業(yè)點，同時臂架下降一個吃煤深度，繼續(xù)上述過程取第二層煤。這種方式的特點是，取料后煤場煤堆形狀較好

15、，適用于汽車進煤的煤場，但不利于煤場存煤倒燒。 3. 斜坡取料 斗輪沿堆料的斜坡按照一定的進給量由上往下逐層旋轉上煤，斗輪大臂每下降一次，大車都要后退一個距離，當取料達到要求的取料深度后，行走機構再向前走一個斗深，同時大臂抬起，進行第二個斜坡取料。這種方式適用于從煤堆中部取煤。 第二章 斗輪堆取料機總體設計 2.1 總體設計概論 總體設計是機械系統(tǒng)內部設計的主要任務之一，也是進行系統(tǒng)技術設計的依據(jù)。總體設計對機械的性能、尺寸外形、質量及成產成本具有重大影響。因此，總體設計時必須在保證現(xiàn)已定方案的基礎上，盡可能考慮與人、機、環(huán)境、加工裝配、運行管理等外部系統(tǒng)的聯(lián)系，使機

16、械內部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)相協(xié)調和適應，以求設計更加完善。 ①機器在正常工作條件下，整機具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。 ②機器無論在工作狀況或非工作狀況，在規(guī)定的俯仰范圍內的各種工況下，整機都應該處于穩(wěn)定狀態(tài)。 ③在輸送線上，特別在取料、卸料和各轉運點、必須保證物流流暢，不發(fā)生物料溢出或堵塞現(xiàn)象。 ④斗輪堆取料機工作機制為重型工作制，主要鋼結構設計壽命為30年。 ⑤斗輪直徑與帶式輸送機參數(shù)和取煤炭與去鐵礦石的同能力的斗輪堆取料機相比，一般煤炭的要求斗輪直徑大，輸送帶寬、帶速高，斗輪驅動功率較小。 ⑥司機室要求。司機是要安裝牢靠，有防震措施以防震動。且保持在垂直位置。 ⑦聯(lián)鎖作業(yè)。只有當

17、夾軌器松開時，行走機構才工作；只有電纜卷筒制動器松閘后，行走機構才能啟動等等。 ⑧各安全保護及檢測裝備完備。 ⑨電纜卷筒裝置。電纜卷筒上纏有足夠的安全圈數(shù)。 ⑩漏斗、溜槽及懸掛緩沖裝置。 堆取料機是一種大型的電動裝卸輸送機械，機身高大，受風的影響較大，為了停車后固定不動，防止大風時滑移，設有手動錨固器和重錘式電動液力推桿夾軌器。行走時，夾軌器動力缸電機得電，液力推桿提起重錘，夾軌器在彈簧力作用下打開；停車時，夾軌器動力缸電機失電，在重錘作用下，夾緊軌道。行走驅動臺車數(shù)量因機型不同，數(shù)量不一。 旋轉機構對于調速要求較高，一般采用調速性能較好的直流調速或交流變

18、頻調速，現(xiàn)以一期礦變頻調速為例進行分析。旋轉機構是由2臺Y225-8 TH，22KW鼠籠變頻電動機通過行星減速器實現(xiàn)臂架旋轉無級調速，（分析時，僅用一臺電動機代替）。大車回轉速度為0.0525~0.099r/min，旋轉角度為110即旋轉范圍220，旋轉機構主回路如圖3-6所示，主電機2M通過三相自動空氣開關2ZK合閘送電，經過交流接觸器2C1使變頻器從電網上獲得電能。 臂架俯仰機構主要用于調節(jié)堆料或取料時臂架的高度，配合其它機構，以滿足生產要求。俯仰機構的驅動采用機械傳動鋼絲繩滑輪組系統(tǒng)，俯仰過程要求安全、平穩(wěn)、無沖擊，在臂架機構范圍內，臂架可以安全地停在任何位置，并可隨時啟動。

19、 2.2 斗輪堆取料機工藝流程分析 2.2.1 準備過程工藝流程 2.2.2 自動堆料工藝流程 2.2.3 自動取料工藝流程 第三章 斗輪堆取料機的PLC控制系統(tǒng)設計 斗輪堆取料機電氣系統(tǒng)采用可編程序控制器又稱可編程邏輯控制器（PLC）進行控制。PLC采用模塊化的軟件結構，編程語言以形象的繼電器梯形圖為基礎，梯形圖與繼電器原理圖相類似，用戶程序的編制清晰直觀、方便易學，調試和查錯都很容易。 本設計題目為斗輪堆取料機的PLC控制設計，主要目的是，應用PLC實現(xiàn)斗輪堆取料機的自動控制，提高斗輪堆取料機工

20、作效率，減少勞動力。目前PLC發(fā)展迅速，國內近些年開始研究斗輪堆取料機的無人自動控制，在國外大部分斗輪堆取料機已經實現(xiàn)了無人自動控制。在程序優(yōu)化方面國內還需進一步研究，在本設計中提出了簡易高效的堆取料工藝，預期能編寫出更加簡易程序。 3.1 電器元件的選擇 3.1.1 接觸器的選擇 接觸器的選用，應根據(jù)負荷的類型和工作參數(shù)合理選用。具體分為以下步驟： 1） 接觸器種類的選擇：根據(jù)接觸器控制的負載性質來相應選擇直流接觸器還是交流接觸器；一般場合選用電磁式接觸器，對頻繁操作的帶交流負載的場合，可選用帶直流線圈的交流接觸器。 2） 接觸器適用類別的選擇：接觸器按負荷種類一般分為一類、二類、

21、三類和四類，分別記為AC-1、AC-2、AC-3和AC-4.一類交流接觸器對應的控制對象是無感或微感負荷，如白熾燈、電阻爐等；二類交流接觸器用于繞線式異步電動機的啟動和停止；三類交流接觸器典型用途是鼠籠式異步電動機的啟動和運行中分段；四類交流接觸器用于籠型異步電動機的啟動、反接制動、反轉和電動。可根據(jù)接觸器所控制負載的工作任務來選擇相應使用類別的接觸器。對于生產中的廣泛使用的中、小容量鼠籠型異步電動機來說，大多數(shù)負載是一般任務，故應選擇AC-3使用類別；對于控制機床電動機用接觸器，其負載情況較為復雜，如果負載明顯屬于重任務，則應選擇AC-4類別，如果負載為一般任務與重任務混合時，則可根據(jù)實際情

22、況選用AC-3或AC-4類接觸器，如選用AC-3類時，應降級使用。 3） 接觸器額定電壓的確定：接觸器主觸點的額定電壓應根據(jù)主觸點所控制負載電路的額定電壓來確定，接觸器的額定電壓應等于負載電路的額定電壓。 4） 接觸器額定電流的選擇：一般情況下，接觸器主觸點的額定電流應大于等于負載或電動機的額定電流，當接觸器用于電動機的頻繁起動、制動或正反轉場合，一般可將其額定電流降一個等級來選用。 5） 接觸器線圈額定電壓的確定：接觸器線圈的電流種類和電壓等級應與控制電路相同。對于交流電路，為保持安全，一般接觸器線圈選用110V、127V,并由控制變壓器供電。但如果控制電路比較簡單，所用的接觸器數(shù)量較

23、少時，為省去控制變壓器，可選用380V、220V電壓。 6） 接觸器觸點數(shù)目的確定：在三相交流系統(tǒng)中一般選用三極接觸器，即三對常開主觸點，當需要同時控制中性線時，則選用四極交流接觸器。在單相交流和直流系統(tǒng)中則常用兩極或三極并聯(lián)接觸器。交流接觸器通常有三對常開主觸點和四到六對輔助觸點，直流接觸器通常用兩對常開主觸點和四對輔助觸點。一般應根據(jù)系統(tǒng)控制要求確定所需的觸點數(shù)及種類，同時應注意觸點的通斷能力和其他額定參數(shù)。 7） 接觸器額定操作頻率：交、直流接觸器額定操作頻率一般有600次/h、1200次/h等幾種，一般說來，額定電流越大，則操作頻率越低、可根據(jù)實際需要選擇。 3.1.2 繼電器的

24、選擇 1）電磁式繼電器的選用 中間繼電器、電流繼電器、電壓繼電器都屬于這一類。選用的主要依據(jù)是：被控制或被保護對象的特性、觸頭的種類、數(shù)量、控制電路的電壓、電流、負載性質等因素。線圈電壓、電流應滿足控制線路的要求。如果控制電流超過繼電器觸頭定額電流，可將觸頭并聯(lián)使用，也可以采用觸頭串聯(lián)使用方法來提高觸頭的分斷能力。 2）時間繼電器的選用 選用時應考慮延時方式(通電延時和斷電延時)、延時范圍、延時精度要求、外形尺寸、安裝方式、價格等因素。常用時間繼電器有氣囊式、電動式及晶體管等，在延時精度要求不高，電源電壓波動大的場合，宜選用價格較低的氣囊式、電磁式時間繼電器。當延時范圍大，精度要求高時，

25、可選用電動式和和晶體管式時間繼電器。 3）熱繼電器的選用 對于工作時間短，停歇時間長的電動機，如機床的刀架或工作臺的快速移動，橫梁升降、夾緊等運動，以及雖長期工作但過載的可能性很小的電動機，如排風扇，可以不設過載保護，除此以外一般電動機都應考慮過載保護。 熱繼電器有兩相式、三相式及三相帶斷相保護等型式。對于星形接法的電動機及電源對稱性較好的可采用兩相結構的熱繼電器。對于三角形接法的電動機或電源對稱性不夠好的情況則應選用三相結構的熱繼電器。而在重要場合或容量較大的電動機，可選用半導體溫度繼電器來進行過載保護。 熱繼電器發(fā)熱元件額定電流，原則上按被控電動機的額定電流選取，并一次去選擇發(fā)熱元件編

26、號和一定的調節(jié)范圍。 根據(jù)要求選用NR2-36/Z型，保護整定值36A，型號CJX2-32。[12] 2.1.3 熔斷器的選擇 熔斷器的選擇主要內容是其類型、額定電壓、熔斷器額定電流等級與溶體額定電流。根據(jù)負載保護特性、短路電流大小、各類熔斷器的使用范圍來選用熔斷器的類型，額定電壓是根據(jù)被保護電路的電壓來選擇的 溶體的額定電流是選擇熔斷器的關鍵，他與負載大小、負載性質密切相關。對于負載平穩(wěn)、無沖擊電流，如照明、信號、電熱電路可直接按負載額定電流選取。對于像電動機一類有沖擊電流負載，溶體額定電流可按下列公式計算： 單臺電動機長期工作 IR=（1.5~2.5）IN 多臺電動機長期共用一

27、個熔斷器保護 IR≥（1.5~2.5）INmax+ΣIN 式中INmax為容量最大的一臺電動機的額定電流；ΣIN是除去容量最大的電動機之外，其余電動機額定電流之和。 輕載及啟動時間短時，系數(shù)取1.5，啟動負載較重及啟動時間長，啟動次數(shù)又3較多的情況，則取2.5。 熔體額定電流的選擇還要照顧到上下級保護的配合，以滿足選擇性保護要求，使下一級熔斷器的分斷時間較上一級熔斷器熔體的分斷時間要小，否則將會發(fā)生越級動作，擴大停電范圍。 3.1.3 按鈕、開關的選擇 1）按鈕 按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流控制電路的一種主令電器。其選用依 據(jù)主要是根據(jù)需要的觸點對數(shù)、動作要求、是否需要帶指示燈，

28、使用場合以及顏色等要求。按鈕產品有多種結構形式、多種觸頭組合及多種顏色，供不同使用條件選用。例如，緊急操作一般選用蘑菇型，停止按鈕。常選用紅色等，起額定電壓有交流500v，直流440v，額定電流5A。 2）刀開關 又稱閘刀，主要用于接通和切斷長期工作設備的電源及不經常啟動及制動、容量小于7.5KW的異步電動機。刀開關選用時，主要是依據(jù)電源種類、電壓等級、斷流容量及需要極數(shù)。當用刀開關來控制電動機時，其額定電流要大于電動機額定電流的3倍。 3）組合開關 主要用于電源的引入，所以又叫電源隔離開關。其選用依據(jù)是電源種類電壓等級、觸頭數(shù)量以及斷流容量。當采用組合開關來控制5KW以下容量異步電動

29、機時，其額定電流一般為（1.5~2.5）IN，接通次數(shù)小于（15~20）次/小時。 4）限位開關 主要用于位置控制或有位置保護要求的場合。選用時主要根據(jù)機械位置對開關形式的要求和控制線路對觸頭數(shù)量的要求，以及電壓、電流來確定其型號。 5）自動開關 由于自動開關具有很好的保護作用，，故在電氣設計的應用中越來越多。自動開關的種類很多，有框架式、塑料外殼式、限流式、手動操作式和電動操作式。在選用時，主要從保護特性要求（幾段保護）、分斷能力、電網電壓類型、電壓等級、長期工作負載的平均電流、操作頻繁程度等及方面去確定它的型號。在初步確定自動開關的類型和等級后，各級保護動作值的整定還必須和上、下級

30、開關保護特性的協(xié)調配合，從總體上滿足系統(tǒng)對選擇性的保護的要求[3]。 根據(jù)要求，選取LX22-6型行程開關，其額定電壓為交流380V，額定電流為20A，允許最大速度為300m/min。 根據(jù)要求萬能轉換開關選取LW2-W型，額定電壓為交流220V，允許最大分段電流正常情況為30A，故障情況為40A。 3.2 PLC機型的選擇 隨著PLC技術的發(fā)展，PLC產品的種類也越來越多。不同型號的PLC，其結構形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側重。因此，合理選用PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術經濟指標有著重要意義。 在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制

31、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(jù)。PLC及有關設備應是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)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(yè)領域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應與裝置規(guī)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(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、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

32、控制系統(tǒng)。 3.2.1 I/O點數(shù)的估算 I/O點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。本設計共19個輸入點16個輸出點。 3.2.2 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量

33、的估算來替代。存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。 3.2.3 控制功能的選擇 1)運算功能：簡單PLC的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；型PLC中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在PLC中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠

34、或企業(yè)網進行數(shù)據(jù)通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。 2）控制功能：控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根據(jù)控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高PLC的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、AS

35、C碼轉換單元等。 3）通信功能：大中型PLC系統(tǒng)應支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應能與工廠管理網（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應符合ISO/IEEE通信標準，應是開放的通信網絡。 PLC系統(tǒng)的通信接口應包括串行和并行通信接口（RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工業(yè)以太網、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線（含接口設備和電纜）應1：1冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝置實際要求。 PLC系統(tǒng)的通信網絡中，上級的網絡通信速率應大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)的通信網絡主要形式有下列幾種形式：1）PC為主站

36、，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網絡；2）1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構成主從式PLC網絡；3）PLC網絡通過特定網絡接口連接到大型DCS中作為DCS的子網；4）專用PLC網絡（各廠商的專用PLC通信網絡）。 為減輕CPU通信任務，根據(jù)網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網）通信處理器。 4） 編程功能 離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方

37、便。在線編程方式：CPU和編程器有各自的CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖（SFC）、梯形圖（LD）、功能模塊圖（FBD）三種圖形化語言和語句表（IL）、結構文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 5)診斷功能：PLC的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過

38、硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對PLC內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。PLC的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。 3.3 斗輪堆取料機自動堆取料設計 PLC軟件的編程，主要是根據(jù)堆取料工藝進行的。下面分別介紹了自動定點堆料和回轉分層取料作業(yè)工藝。 3.3.1 自動堆料設計 首先將斗輪堆取料機開至堆料初始位置，進行堆料準備動作，尾車運行到堆料位置如圖2-所示。然后懸臂皮帶正向降壓啟動，開始堆料。當料位傳感器檢測到料位時（即料堆達到懸臂

39、高度時），懸臂上升T1時間，并且計數(shù)一次。當懸臂上升到最高時，回轉機構右回轉T2時間，并計數(shù)一次。當回轉機構右回轉到設定值時，大車后退T3時間，并計數(shù)一次。大車后退T3時間后，懸臂開始左回轉，同樣當料位檢測器檢測到料位時，懸臂左回轉T2時間，并計數(shù)一次。如上面次序往復堆料，當大車后退次數(shù)達到指定次數(shù)后，自動堆料結束。 3.3.2 自動取料設計 首先將斗輪堆取料機開始取料初始位置，進行取料準備動作，尾車運行到取料位置如圖2-所示。然后懸臂皮帶反向降壓啟動，斗輪降壓啟動，開始取料。懸臂開始右回轉，回轉T5時間后回轉停止，大車前行T6時間并計數(shù)一次。懸臂開始左回轉，回轉T5時間后停止。大車再前行

40、T6時間并計數(shù)一次。當大車前行次數(shù)到達指定次數(shù)后，大車后退到初始位置。懸臂左回轉△T時間，懸臂下降T7時間并計數(shù)一次，開始第二層取料。當取完最后一層（即懸臂下降次數(shù)到指定次數(shù)）后，取料結束。 3.4 斗輪堆取料機PLC程序設計 第四章 結束語 為期6個星期的畢業(yè)設計即將結束了，經過努力，我順利的完成了這次畢業(yè)設計。本次畢業(yè)設計工作是對我大學三學知識的一個總結，

41、在這期間，無論是資料的查閱、調研、方案的論證及設計校核計算都給我的業(yè)務素質、個人能力的培養(yǎng)提供了一個難得的機會，令我回顧這些天來的設計過程，我學到許多實際問題的解決方法，為以后在工作崗位上的繼續(xù)深造打下了基礎。 我們從接受知道到選用知識來解決問題，必須通過反復鍛煉和實踐，設計便是學生選用自己所學課程的知識來解決實際問題的一次很好的全面的鍛煉過程。通過這次畢業(yè)設計的完成，使我的自主學習能力和解決問題的能力得到了很大的提高。 第五章 致謝 將近6個星期的畢業(yè)設計階段結束了，在這段時間里，我得到了

42、許多老師和朋友的關心和幫助。 首先，我要對我的指導老師向老師誠摯的謝意，在整個做畢業(yè)論文期間，陳老師無微不至的關心我的學習和生活，課題遇到困難時更是關注著課題的進程。陳老師高深的學術造詣、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和勤勉的工作精神以及他平易近人的態(tài)度使我受益終身。 在我做畢業(yè)論文期間我的同學給予了我很大的幫助，在我遇到困難的時候，總是不斷給我提出許多有價值的意見，并且經常鼓勵我。 同時感謝我的班主任，在課題的進行階段給我提出了許多有創(chuàng)新的觀點。 最后感謝在我的課題進行中給予我?guī)椭乃械呐笥褌儯?

43、 第六章 參考文獻 [1]呂景泉.自動化生產線安裝與調試[M].北京：中國鐵道出版社，2009.11 [2]周萬珍，高鴻賓.PLC分析與設計應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004 [3]熊幸明. 電氣控制與PLC [M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.1 [4]梅麗鳳. 電氣控制與PLC應用技術[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2011.1 [5]李方園. 西門子S7系列PLC電氣控制精解[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.6 [6]陶權，韋瑞錄。PLC控制系統(tǒng)設計、安裝與調試[M].北京：北京理工大學出版社，2009.8 [7]龔仲華.S7-200系

44、列PLC應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2011.8 [8]王仁祥.現(xiàn)代電氣控制與PLC應用教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.4 附錄 開始按鈕 I0.1 停止按鈕 I0.2 開始條件 M1.0 選擇自動按鈕 I0.3 自動堆取料檔位 M1.1 選擇手動按鈕 I0.4 手動堆取料檔位 M1.2 堆料按鈕 I0.5 自動堆料結束 I0.6 選擇自動堆料 M1.3 堆料指示燈 Q1.0 取料按鈕 I0.7 自動取料結束 I1.0 選擇自動取料 M1.4 取料指示燈 Q

45、1.1 尾車堆料到位 I1.1 尾車向前 M1.5 尾車上升 M1.6 尾車堆料到位指示燈 M1.7 尾車取料到位 I1.2 尾車后退 M2.0 尾車下降 M2.1 尾車取料到位指示燈 M2.2 堆取料準備 I1.3 料位信號 I1.4 懸臂下降 M2.3 懸臂皮帶正向運行 M2.4 懸臂皮帶降壓啟動 M2.5 懸臂上升 M2.6 俯仰上升定時 T37 俯仰計數(shù) C1 右回轉計時 T38 右回轉計數(shù) C2 左回轉計時 T39 左回轉計數(shù) C3 回轉機構右回轉 M2.7 復位按鈕 I1.6 大車后退 M3.0 大車后退計時 T40 大車后退計數(shù) C4 大車后退輸出 M3.6 回轉機構左回轉 M3.1 堆料結束 M3.2 斗輪降壓啟動 M3.3 懸臂皮帶反向運行 M3.4 大車再前行計時 T41 大車前行計時 T42 大車前行計數(shù) C5 懸臂右回轉計時 T44 大車前行 M3.5 大車后退到原位 T45 左回轉一定時間 T46 懸臂下降一點 T43 懸臂下降計數(shù) C6 取料結束 M3.7