伸縮機原理與plc控制設計【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　伸縮機原理與PLC控制設計</p><p>　　伸縮機原理與PLC控制設計</p><p>　　摘要：可編程邏輯控制器（Programmale Logic Controller

2、）簡稱PLC。由于PLC的可靠性高、環(huán)境適應性強、靈活通用、使用方便、維護簡單，所以PLC的應用領域在迅速擴大。對早期的PLC，凡是有繼電器的地方，都可采用。而對當今的PLC幾乎可以說是凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要PLC。尤其近幾年來，PLC的成本下降，功能又不斷增強，所以，目前PLC在國內外已被廣泛應用于各個行業(yè)。</p><p>　　本設計用PLC取代繼電器來控制可伸縮式皮帶輸送機，實現(xiàn)其自動控制，簡化了

3、電路。其中，PLC程序還通過西門子仿真軟件模擬運行，驗證了程序的正確性。同時又設計了可伸縮式皮帶輸送機的關鍵零件傳動滾筒及所在軸。</p><p>　　關鍵詞：PLC,可伸縮式皮帶輸送機，傳動滾筒</p><p>　　Telescopic belt conveyor principle and PLC control design</p><p>　　Abstrac

4、t：Programmale Logic controller referred to PLC. Because of the highreliability，adaptability,flexibility,use convenient,simple maintenance,so the application of PLC in the rapidly expanding.In early PLC,always have relays

5、 place,can use.But in today’s PLC to control system that almost say there is need of place of PLC.Especially in rencent years,the cost of PLC,function and not increase,so,at the moment,PLCat home and abroad,has been wide

6、ly used in various industrics.</p><p>　　This design replaced by PLC relays to control telescopic belt conveyor and achieves its automatic control,simplifys the circuit. And PLC program is also run by Siemens

7、 emulation software simulation to verify the correctness of the program.At the same time,designed drive roller and the shaft where it belongs that is the key part.</p><p>　　KEY WORDS:PLC, Telescopic belt con

8、veyor,Drive roller</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 前言.................................................................1</p><p>　　2 可伸縮式皮帶輸送機簡介...........................

9、....................6</p><p>　　2.1 可伸縮式皮帶輸送機結構.............................................6</p><p>　　2.2 可伸縮式皮帶輸送機原理.............................................6</p><p>　　3 驅動滾

10、筒及所在軸設計.................................................8</p><p>　　3.1 減速電機選擇.......................................................8</p><p>　　3.2 鏈輪設計.........................................

11、..................8</p><p>　　3.3 確定筒皮厚度......................................................10</p><p>　　3.4 驅動滾筒所在軸設計................................................11</p><p>　　3

12、.5 軸強度校核........................................................11</p><p>　　3.6 滾動軸承校核......................................................13</p><p>　　3.7 鍵強度校核..............................

13、..........................13</p><p>　　4 可伸縮式皮帶輸送機控制設計..........................................15</p><p>　　4.1 S7-200系列PLC簡介........................................... ......15</p><p

14、>　　4.1.1 S7-200的硬件組成.................................................15</p><p>　　4.1.2 S7-200的內部編程元件（軟繼電器）.................................21</p><p>　　4.2 PLC設計簡介............................

15、...........................22</p><p>　　4.2.1 PLC工作原理.....................................................22</p><p>　　4.2.2 PLC設計準備工作.................................................23</p>

16、;<p>　　4.2.3 PLC程序設計方法.................................................23</p><p>　　4.3 PLC控制設計.......................................................24</p><p>　　4.3.1 控制要求.............

17、...........................................24</p><p>　　4.3.2 控制方案........................................................24</p><p>　　4.3.3 主要電器元件選型.............................................

18、...24</p><p>　　4.3.4 變頻器參數(shù)設置..................................................25</p><p>　　4.3.5 PLC編程.........................................................25</p><p>　　4.3.6 電路

19、圖..........................................................28</p><p>　　總結...................................................................30</p><p>　　致謝........................................

20、...........................31</p><p>　　參考文獻...............................................................32</p><p>　　附錄一.................................................................33</p

21、><p>　　附錄二.................................................................37</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　隨著時代的發(fā)展,當今的技術也日趨完善、競爭愈演愈烈;單靠人工的操作已不能滿足于目前的制造業(yè)前景,也無法保證更高質量的要求和高新技

22、術企業(yè)的形象. </p><p>　　人們在生產實踐中看到,自動化給人們帶來了極大的便利和產品質量上的保證,同時也減輕了人員的勞動強度,減少了人員上的編制.在許多復雜的生產過程中難以實現(xiàn)的目標控制、整體優(yōu)化、最佳決策等,熟練的操作工、技術人員或專家、管理者卻能夠容易判斷和操作,可以獲得滿意的效果.人工智能的研究目標正是利用計算機來實現(xiàn)、模擬這些智能行為,通過人腦與計算機協(xié)調工作,以人機結合的模式,為解決十分復雜的

23、問題尋找最佳的途徑.</p><p>　　我們在各種場合看到了繼電器連接的控制，那已經是時代的過去，如今的繼電器只能作為低端的基層控制模塊或者簡單的設備中使用到；而PLC的出現(xiàn)也成為了劃時代的主題，通過極其穩(wěn)定的硬件穿插靈活的軟件控制，使得自動化走向了新的高潮。PLC的最大特點在于：電氣工程師已不再電氣的硬件上花費太多的心計，只要將按鈕開關或感應器的輸入點連接到PLC的輸入點上就能解決問題，通過輸出點連接接觸器或

24、繼電器來控制大功率的啟動設備，而小功率的輸出設備直接連接就可以。</p><p>　　PLC的內部包含了具有中央處理器的CPU，并帶有外部I/O口擴展的I/O接口地址和存儲器三大塊組成，CPU的核心是由一個或者多個累加器組成，它們具有邏輯的數(shù)學運算能力，并能讀取程序存儲器的內容通過計算后去驅動相應的存儲和I/O接口；I/O口將內部累加器和外部的輸入和輸出系統(tǒng)連接起來，并將相關的數(shù)據(jù)存入程序存儲器或者數(shù)據(jù)存儲器中；

25、存儲器可以將I/O口輸入的數(shù)據(jù)存入存儲器中，并在工作時調轉到累加器和I/O接口上，存儲器分程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM,ROM可以將數(shù)據(jù)永久的存入存儲器中，而RAM只能作為CPU計算時臨時計算使用的緩沖空間。</p><p>　　PLC的抗干擾是極其優(yōu)秀的，我們根本不用去關心它的使用壽命和工作場合的惡劣，這些所有的問題已不再成為我們失敗的主題，而留給我們的是關心如何來利用PLC的內部資源為我們加強設備的控制

26、能力，使我們的設備更加的柔性。</p><p>　　PLC的語言并不是我們所想象的匯編語言或C語言來進行編程，而是采用原有的繼電器控制的梯形圖，使得電氣工程師在編寫程序時很容易就理解了PLC的語言，而且很多的非電氣專業(yè)人士也對PLC很快認識并深入。</p><p>　　以上僅僅是PLC的優(yōu)點之一，這也是人們比較容易理解的一部分，在很多的設備中，人們已不再希望看到太多的控制按鈕，它們不但容易

27、損壞而且極易產生人為的失誤，小的并不是主要的失誤也許你還能夠接受；但過大的甚至是致命的失誤是我們無法容忍的。新的技術總是為了給我們帶來更安全和便捷的操作，使得我們面臨的一大堆問題一掃而光，你有了解過HMI嗎？這里說HMI你根本不知道是啥，也沒有興趣了解，換一個中文把它說明為觸摸屏或者人機界面你就知道了，它和PLC的結合給了我們更大的空間。</p><p>　　HMI控制不僅僅是減少了控制按鈕，增加控制的靈活性，更

28、主要的它是可順序性的，而且在能夠改變數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出反饋，在溫度控制曲線的模擬也能直觀的顯示出來。并且能夠通過編寫功能幫助程序來提供各種力所能及的幫助，使得操作者減少不必要的失誤。HMI的廠商目前也越來越多，功能也越來越強，價格也越來越低，使用的面越來越廣。HMI的前景可以說十分的看好。</p><p>　　在很多場合，單靠單機的控制是無法保證設備的順暢運行，而通過設備與設備的信息交流達到我們想要的效果。比如在

29、前包裝和后工序的檢測，我們就要將包裝的信息反饋到檢測處，而檢測處的信息也要反饋到包裝來。這樣通過信息共享來使得兩者之間鏈接起來，形成一個共體，從而使的兩者間的配合更加的緊密，在彼此間達到映影相揮的效果。</p><p>　　PLC的通信已經愈來愈體現(xiàn)它的價值，在PLC與PLC之間的通信，能夠通過信息的溝通和數(shù)據(jù)的共享來保證設備之間的相互協(xié)調，已達到互補的效果。PLC之間的數(shù)據(jù)轉換采用RS232接口來傳送數(shù)據(jù)，而R

30、S232接口只能保證10米的傳輸距離，如果在1000米的距離內我們可以通過來進行通信，更長的距離只能通過MODEL來進行傳輸。</p><p>　　PLC的數(shù)據(jù)傳送只是將內部的數(shù)據(jù)傳送到對方的一塊連續(xù)的地址中，我們把它稱為一個表，對方的PLC通過讀取表中的數(shù)據(jù)來進行操作。如果表中的數(shù)據(jù)是一個一般設置的數(shù)據(jù)的話，那只是一般的數(shù)據(jù)傳送，比如今天的油價上升了，我要把油價的價格傳送到所有的輸油機上，那就是數(shù)據(jù)的共享；而當

31、表中的數(shù)據(jù)是一段控制PLC的指令程序，那就很有難度了，比如你要控制一臺機器人來按你想象的動作工作，你會給它編制一段程序并以數(shù)據(jù)的形式發(fā)送過去。</p><p>　　信息輸送的式有單工位、半雙工位和全雙工位的分別。單工位的意義也就是說兩者之間，一個只能發(fā)送，而一個只能接收，比如一個特務他只能接收上司的指示，而無法給上司回復；半雙工位也就是兩個能都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，但不能同時發(fā)送和接受，比如你打電話時是不能接電話,對

32、方也一樣；而全雙工位是兩者之間都能發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，并可同時發(fā)送和接受。像互聯(lián)網(wǎng)就是典型的例子。</p><p>　　信息輸送的過程也有同步和異步之分：同步的意義在于發(fā)送數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)線和時鐘線是同步的，也就是數(shù)據(jù)信號和時鐘信號同時由CPU進行發(fā)送，這需要彼此都要專門的時鐘信號來進行傳送和接送，并且是強制性的，這種方法的特點在于它的速度極快、但相應占用CPU的工作時間也相對的要長、同時技術難度也非常的大。它的要求在于在

33、一幀的數(shù)據(jù)傳送中不能有一位的誤差，不然的話整個數(shù)據(jù)將發(fā)生錯誤，這在硬件上是一個比較大的難度。在一些專用的設備中應用的越來越廣泛，像專用的醫(yī)療設備、數(shù)字信號設備等，在比較單一數(shù)據(jù)的傳輸中 ，它的效果非常的好。而異步是應用范圍最廣泛的，這得益于它的技術難度相對要小、同時不需要配制專門的時鐘信號、它的特點在于，它的數(shù)據(jù)是間隔性的，離散性的發(fā)送和接受，當CPU太忙的時候可以停頓性去工作，在硬件上也減少了難度，同時數(shù)據(jù)的丟失相對要少，我們可以通過

34、數(shù)據(jù)的檢測來觀察我們發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯誤，像奇偶法、累加法和八位效驗法等，都可以用來幫助我們檢測發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有錯誤發(fā)生，通過反饋來進行辨別。</p><p>　　信息的傳送口線有串口和并口之分：通常的PLC是8位機，當然也有16位機。我們在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候可以是一位一位的發(fā)送給對方，也可以8位8位的將數(shù)據(jù)發(fā)送到對方，一位和8位區(qū)別也就是我們所說的串口發(fā)送數(shù)據(jù)和并口發(fā)送數(shù)據(jù)。串口速度比較慢，但只要兩條或者三條口線就

35、能解決問題，并能借用電話線來進行遠程控制。而并口的傳送速度是極快的，它是串口的256倍，在短距離占有優(yōu)勢，由于是TTL電平，一般限于1米的范圍，它并不適用于長距離的數(shù)據(jù)傳送，這樣成本太昂貴了。</p><p>　　很多的情況下我們總喜歡采用串并轉換芯片來進行傳輸，這種情況下不需要我們進行過于復雜的寄存器設置了，而直接通過數(shù)據(jù)傳送指令進行數(shù)據(jù)交流，但在通信中并不是一個十分可行的辦法，因為在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候對方的PLC

36、必須一直等待你的數(shù)據(jù)輸出，它不能去做其他的工作。</p><p>　　當你在看書的時候，你聽到有人敲門、你停下手上的事情、去打開門、并同敲門者對話、這個時候電話響了、你示意接個電話、在接完電話后、回過頭來同敲門者繼續(xù)對話、對話完畢后、你繼續(xù)看你的書，這種情況我們把它稱為中斷，它具有權威性，也具有優(yōu)先性，PLC具備了這樣的功能。它的特點在于我們在設備的操作過程中可能會遇到緊急的突發(fā)事件，我們要立刻的停下手上的工作，

37、去處理更重要的事情，這種情況是我們經常所遇到的，PLC在去執(zhí)行緊急的任務時，總會先保存目前的狀態(tài)，比如程序的地址，CPU的累加器數(shù)據(jù)等，就像我們去開門時要記下我們看的書在第幾頁了或者干脆作個記號，因為我們待會還要繼續(xù)接著看后面的書。CPU總是按照我們的意愿去做應該做的事情，但你錯誤的給它一件事情，它也會同樣的去做，這一點我們必須注意。</p><p>　　中斷并不是只有一個，有時會同時存在幾個中斷，中斷具有優(yōu)先的

38、級別，他們會根據(jù)人的要求去執(zhí)行更高級別的中斷。這種中斷中的中斷也就形成了中斷嵌套。當然中斷的級別根據(jù)各種PLC內部CPU的資源有關，同時也跟堆棧的容量大小也有關系。中斷的內容有很多種，比如外部中斷、通信中的發(fā)送和接受中斷、定時和計數(shù)的時鐘中斷、還有WDT復位中斷等，它們豐富了CPU在處理各種事務時響應種類。這樣講也許你并不能完全理解中斷的內部結構和操作順序，我們做一個小小的例子來說明. </p><p>　　每一

39、個設備總是不會忘記有一個按鈕，它也是在我們遇到緊急情況時使用的，那就是急停按鈕。當我們遇到人身事故和意外情況時我們只要按下它，機器立即停止所有的操作，并等待處理完意外后再恢復操作。急停按鈕連接PLC內部CPU的內部I/O接口上，當按鈕給CPU一個外部觸發(fā)信號時，CPU對I/O進行再次檢測，當確認有外部觸發(fā)信號時，CPU保護現(xiàn)場并將程序計數(shù)器自動轉到相應的外部I/O中斷程序中去，當外部中斷程序處理完畢，程序計數(shù)器返回到主程序繼續(xù)工作。有一

40、點可以說明的是我們一般會把急停按鈕的外部中斷升至最高級別，從而保證安全。</p><p>　　當我們在工作完一個工件時，給PLC一個信號，將PLC的內部計數(shù)器加1來計算我們一天的工作量時，一個簡單的計數(shù)器能解決問題，當然它們也能夠在掉電的情況下保持數(shù)據(jù)，促使數(shù)據(jù)不丟失，這也是我們所渴望的。</p><p>　　PLC還具有高級計數(shù)器的功能，當我們在接受一些高速的數(shù)據(jù)時，這里所說的高速是在在

41、微秒級的數(shù)據(jù)，比如條碼掃描機在不斷的掃描數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理器DSP計算的高速信號等，我們就要采用到高級計數(shù)器來幫助我們進行計數(shù)。它在PLC執(zhí)行程序時一旦發(fā)現(xiàn)高級計數(shù)器對應的中斷，就會立即放下手上的工作。經過再次編程的梯形圖程序說明我們在執(zhí)行程序時高級計數(shù)器會自動的執(zhí)行對應的工作，從而將高級計數(shù)器的級別升至高一級別。</p><p>　　你也許聽過太多的這個詞:“死機”，大致的意思是CPU工作量過大，內部資源不足等情況

42、造成程序無法運行。PLC也有類似的情況，在PLC內部有一個看門狗WDT，我們可以設置WDT一個程序運行的時間，當程序運行過程中出現(xiàn)程序跳轉錯誤時或者程序繁忙時，程序的運行時間超過WDT的設置時間，CPU轉而WDT復位狀態(tài)。程序重新開始運行，但對中斷不會進行破壞。</p><p>　　PLC的發(fā)展已經從單一的模式進入了通信的網(wǎng)絡時代，并同其它的工控網(wǎng)板和I/O卡板輕易的進行共享。組態(tài)軟件可以將所有的這些硬件連接起來

43、，通過更直觀的動畫圖片來進行控制，并可以通過互聯(lián)網(wǎng)在異地進行控制，像神舟五號的發(fā)射就是采用這種辦法來使飛船升空。</p><p>　　更高層次的發(fā)展需要我們不斷的努力來取得。PLC的出現(xiàn)已經足足影響了幾代人，我們也從上一輩的經驗中獲取了更多的知識和教訓，來不斷的發(fā)展PLC技術，將它推向更高浪潮。</p><p>　　本課題研究的可伸縮式皮帶輸送機是一種比普通平帶輸送機增加了伸縮功能以及升降

44、功能的主要用于物流行業(yè)的設備，主要用來運輸一些小型、重量輕的快遞件。以前的可伸縮式皮帶輸送機基本上都是用繼電器控制的，不易于實現(xiàn)集中控制并且控制線路復雜，即使稍微改動控制要求則改動電控箱的工作量將會很大（有可能電控箱的大小不合適，沒地方安裝電器元件，有可能以前設計的電路要修改甚至重新設計，電器元件的位置也要重新安排），給改動帶來很大的麻煩，既浪費時間精力，又浪費成本。本課題針對這一現(xiàn)象，研究怎樣用PLC（可編程邏輯控制器）取代繼電器來控

45、制可伸縮式皮帶輸送機，實現(xiàn)對可伸縮式皮帶輸送機的自動控制并且研究其動作原理。</p><p>　　本課題研究的可伸縮式皮帶輸送機是連續(xù)性運輸貨物最常用的設備，其不僅具有長距離、大運量、連續(xù)運輸?shù)葍?yōu)點，而且運行可靠易于實現(xiàn)自動化、集中化控制。而PLC控制是現(xiàn)代工業(yè)自動化常用的控制方式，其應用范圍極其廣泛，可實現(xiàn)柔性控制，簡化了控制電路（比如說，本課題設計研究的可伸縮式皮帶輸送機用到的遙控器發(fā)射器、遙控接收器如果用繼

46、電器控制，則要增加幾個繼電器來實現(xiàn)相應的功能并且還要修改遙控接收器的內部電路來實現(xiàn)控制要求，而PLC控制不需要這么麻煩，只需修改內部程序即可實現(xiàn)相應的控制要求），并且PLC還能和觸摸屏連接以及與其他PLC通訊，為以后實現(xiàn)可伸縮式皮帶輸送機的集中控制做好了鋪墊。</p><p>　　2 可伸縮式皮帶輸送機簡介</p><p>　　2.1 可伸縮式皮帶輸送機結構</p><

47、p>　　本設計研究的可伸縮式皮帶輸送機是由三節(jié)車廂、傳動滾筒及所在軸、改向滾筒、張緊滾筒、托輥、小車、滑輪、滾輪組成的，其結構簡圖見可伸縮式皮帶輸送機結構簡圖的A4圖紙（1張）。</p><p>　　其中17、25是將鏈輪和滾筒組裝在一根軸上的，在此軸上鏈傳動和皮帶傳動同時存在，節(jié)省了安裝空間。</p><p>　　2.2 可伸縮機皮帶輸送機原理</p><p&g

48、t;　　本設計研究的可伸縮式皮帶輸送機的原理見圖見可伸縮式皮帶輸送機的原理簡圖的A4圖紙（3張）。</p><p>　　伸縮原理：見縮回狀態(tài)原理簡圖的的圖紙，位于第一節(jié)車廂的鏈條C、D端通過小車與第二節(jié)車廂連在一起，當電機帶動鏈條動作時，第二節(jié)車廂也動作，其速度v2等于鏈條速度v1；位于第二節(jié)車廂的鏈條A、B端也通過小車與第三節(jié)車廂連在一起，并且其E、F端固定在第一節(jié)車廂上，當?shù)诙?jié)車廂伸出時由于E、F端不動，所

49、以將帶動鏈輪L3、L4轉動，并且第三節(jié)車廂的速度v3=2v2（見下圖1.2，鏈輪L4速度示意圖；鏈輪L4滾動，M點是瞬心，O點速度就是第二節(jié)車廂的速度v2，則N點的速度v3=2rω，而v2=rω，所以v3=2v2，但第三節(jié)的速度相對于第二節(jié)的速度就是v2，所以第三節(jié)可以伸出來而不會與第二節(jié)保持同速）。</p><p>　　圖2.1 鏈輪L4速度示意圖</p><p>　　升降原理：見升降原

50、理簡圖的圖紙，當啟動油泵1的電機后，伸縮機上升；當電磁閥通電后，二位三通換向閥4處于右邊卸荷狀態(tài)，伸縮機下降；單向閥3是伸縮機能保持在一定高度而不下降；溢流閥2能保持油泵1的出口壓力恒定。</p><p>　　3 驅動滾筒及所在軸設計</p><p>　　3.1 減速電機選擇</p><p>　　已知條件：輸送量Q=300t/h,帶速v=0.8m/s,帶寬B=500

51、mm，皮帶長度L1=120m，輸送機傾角β=30°，驅動滾動包角α=40°，伸縮機長度L2=5.8m，伸縮機寬度B0=1m，伸縮機高度H=0.5m,滾筒直徑D取180mm</p><p>　　查《新型帶式輸送機設計手冊》知驅動功率簡易計算法：</p><p>　　所以選擇減速電機功率Pd=2.2KW,額定轉速n=1410r/min，輸出轉速nz=84r/min,速比=1

52、7，輸出扭矩=250N*M。</p><p><b>　　3.2鏈輪設計</b></p><p>　?。?）取鏈輪齒數(shù)Z1=Z2=28，初選中心距a0=20P;</p><p><b>　　（2）鏈節(jié)數(shù)Lp</b></p><p>　?。C械設計）式7-16，</p><p>

53、;　?。?）計算功率Pca</p><p>　　查表7-7（機械設計）知KA=1，則</p><p>　?。C械設計）式7-14，</p><p><b>　　（4）確定鏈節(jié)距p</b></p><p>　?。C械設計）式7-15，</p><p>　　查表7-8（機械設計）知</p>

54、<p>　　查表7-9（機械設計）知KP=1，則</p><p>　　查圖7-11（機械設計），取鏈號為10A，</p><p>　　查表7-1（機械設計）知節(jié)距p=15.875mm。</p><p>　　由于點（nz，P0）在功率曲線左側，所以與所選系數(shù)KZKL一致。</p><p><b>　?。?）確定中心距a&

55、lt;/b></p><p>　?。C械設計）式7-17，</p><p>　　中心距減小量△a=（0.002~0.004）a=0.635~1.27，則實際中心距a´=a-△a=316.23~316.865,取a´=316.5mm。</p><p><b>　?。?）鏈速v</b></p><p&g

56、t;　?。C械設計）式7-1，</p><p>　?。?）計算作用于軸上的壓軸力Fp</p><p>　?。C械設計）式7-9，</p><p><b>　?。?）鏈輪尺寸</b></p><p>　　查表7-1（機械設計）知d1=10.16mm，h2=15.09mm；</p><p>　　查表7

57、-3（機械設計）公式如下：</p><p>　　取da=150mm；</p><p>　　取dg=124mm；</p><p>　　鏈輪輪轂L1=32mm。</p><p>　　3.3 確定筒皮厚度</p><p>　　按經驗公式（新型帶式輸送機設計手冊）確定，</p><p>　　注：Z---

58、--滾筒所受合張力，kg；</p><p>　　R-----滾筒半徑，mm；</p><p>　　A0-----兩幅板之間距離，cm；</p><p>　　t--------筒皮厚度，mm。</p><p>　　考慮加工筒皮時存在厚度誤差，取t=6mm；考慮輪輻承受一定載荷，取輪輻厚度8mm。</p><p>　　3.

59、4 驅動滾筒所在軸設計</p><p>　　軸材料45鋼，調質處理，查表14-2（機械設計）知許用彎曲應力[σ-1]=60MP;</p><p>　　查表14-4（機械設計）取A0=110；</p><p>　?。C械設計）式14-2，</p><p>　　考慮第Ⅰ段軸要安裝軸承，所以取dⅠ=40mm，軸承右端用套筒定位；所以=43mm；第二

60、段是非定位軸間并考慮單鍵槽影響，所以dⅡ=45mm；鏈輪右端用軸間定位，所以dⅢ=50mm；dⅣ=dⅠ=40mm。</p><p>　　LⅠ=71mm；LⅡ=30mm；LⅢ=786mm； LⅣ=49mm。</p><p>　　驅動滾筒所在軸結構圖如下圖3.4：</p><p>　　圖3.4 驅動滾筒所在軸結構圖</p><p><b&g

61、t;　　3.5 軸強度校核</b></p><p>　　查表6-7（機械設計）知KA=1.4，則Pc=KAPz=1.4×2=2.8KW；</p><p>　　查表6-6（機械設計）知Kα=0.89;</p><p>　　查《新型帶式輸送機設計手冊》知q=0.35kg/m；</p><p>　　式6-29（機械設計），&l

62、t;/p><p>　　不考慮傳動帶的緊邊拉力與松邊拉力的差別以及離心拉力的影響，近似按式6-30（機械設計）計算傳動帶作用在軸上的壓軸力Fpp，</p><p>　　不考慮軸以及滾筒自重，在x軸方向進行受力分析：</p><p>　　坐標軸如下圖3.5.1 坐標軸示意圖</p><p>　　圖3.5.1 坐標軸示意圖</p><

63、;p>　　軸受力圖、彎矩圖、扭矩圖如下圖3.5.2 軸受力分析圖</p><p>　　圖3.5.2 軸受力分析圖</p><p>　　FN1=[3857×832+26×(780+118)]/898≈6550N</p><p>　　FN2=3857+2976×2-6550=3259N</p><p>　　MB

64、=6550×66≈432N˙m</p><p>　　MC=6550×118-3857×52≈572N˙m</p><p>　　MD=6550×780-3857×714-2976×662≈385N˙m</p><p>　　根據(jù)彎矩圖與扭矩圖可知C截面是危險截面，按彎扭組合強度條件校核軸的強度，取α=1，<

65、;/p><p>　　所以設計的軸有足夠的強度并有一定的裕度。</p><p>　　3.6 滾動軸承校核</p><p>　　軸承預期壽命Lh1=4×365×24=35040h；</p><p>　　所選的軸承代號是6308，查《機械設計手冊》知Cr=40800N,</p><p>　　因為6000型是球

66、軸承，所以ε=3；輕微沖擊，所以fp=1.1，則P=fpFr=1.1×6550=7205N；</p><p>　　查表12-4（機械設計）知，ft=1；</p><p>　　則軸承應具有的徑向額定動載荷</p><p>　　因為它比所選軸承的徑向額定動載荷（Cr=40800N）小并且相差不太多，所以所選軸承型號合適；</p><p>

67、;<b>　　因為軸承壽命</b></p><p>　　所以，所選軸承可滿足壽命要求。</p><p><b>　　3.7 鍵強度校核</b></p><p>　　查表4-1（機械設計手冊），由dⅠ=40mm選擇b×h=12×8；根據(jù)鏈輪輪轂長L1=32mm，選擇鍵長L=28mm；</p>

68、<p>　　查表5-2（機械設計手冊）取[σp]=110MP;</p><p>　　工作長度l=L-b=28-12=16mm，k=0.5h=0.5×8=4mm；</p><p>　　則（機械設計）式5-1，</p><p>　　所以鍵的強度滿足要求。</p><p>　　4 可伸縮式皮帶輸送機控制設計</p>

69、<p>　　4.1 S7-200系列PLC簡介</p><p>　　4.1.1 S7-200的硬件組成</p><p>　?。?）主機外部結構及作用[2]</p><p>　　SIEMENS S7-200 CPU 22X系列PLC主機（CPU模塊）的外形如圖4.1.1.1 S7-200 CPU224型PLC主機外形。</p><p&

70、gt;　　圖4.1.1.1 S7-200 CPU224型PLC主機外形</p><p>　?、佥斎虢泳€端子。在底部端子蓋下是PLC的輸入接線端子盒為傳感器提供的24V直流電源。輸入接線端子用于連接外部輸入設備，以備CPU采集輸入設備發(fā)出的控制信號。</p><p>　?、谳敵鼋泳€端子。在頂部端子蓋下是輸出接線端子和PLC的工作電源。輸出端子用于連接被控設備，以備CPU在輸出刷新掃描階段將輸

71、出信號準確的傳遞給被控設備。</p><p>　　③PLC狀態(tài)指示燈。</p><p>　　<1>CPU狀態(tài)指示燈：綠色燈點亮表示CPU處于RUN（運行）模式，橙色燈點亮表示CPU處于STOP（停止）模式，紅色燈點亮表示CPU處于系統(tǒng)故障狀態(tài)。</p><p>　　<2>輸入/輸出接線端子狀態(tài)指示燈：PLC的每個輸入或輸出端子都有一個狀態(tài)指示

72、燈，指示燈點亮，表示該端子狀態(tài)為ON,指示燈熄滅表示該端子狀態(tài)為OFF。</p><p>　?、芡ㄐ沤涌?。用于連接計算機、手持式編程器、PLC等。</p><p>　　⑤I/O擴展單元接口。用于連接各種I/O擴展單元模塊、功能模塊等。</p><p>　?、弈M電位器。模擬電位器用來改變程序運行時的參數(shù)，如過程量的控制參數(shù)、定時器的預置值等。</p>

73、<p>　?、叻绞介_關。方式開關用來手動切換CPU的工作方式，開關切換到STOP，可以停止程序的執(zhí)行；開關切換到RUN，可以啟動程序的執(zhí)行；開關切換到TERM（terminal），允許通過（STEP7-Micro/Win）軟件來控制CPU的狀態(tài)。</p><p>　　⑧存儲卡。該卡位可以選擇安裝擴展卡。擴展卡有E2PROM存儲卡、電池和時鐘卡等模塊。E2PROM存儲模塊，用于用戶程序的復制。電池模塊，用

74、于長時間保存數(shù)據(jù)，使用CPU224內部存儲電容數(shù)據(jù)存儲時間達190h，而使用電池模塊存儲時間可達200天。</p><p>　?。?）輸入/輸出接線[2]</p><p>　　CPU22X系列PLC的特點：CPU22X主機的輸入點為24VDC雙向光耦輸入電路，輸出有繼電器和晶體管（MOS型）兩種類型。輸入/輸出接口電路時PLC與輸入設備、輸出設備傳遞信號的接口部件，以S7-200CPU22

75、4為例介紹PLC的輸入/輸出接口電路。</p><p>　　CPU224 DC/DC/DC型接線端子。</p><p>　　CPU224 DC/DC/DC型是指該主機CPU電源電壓24VDC,輸入電壓24VDC和24VDC傳感器電源輸出。CPU224主機共有I0.0~I1.1等10個輸出點。CPU224輸入電路采用了雙向光耦合器，24VDC極性可任意選擇，1M為IB0字節(jié)輸入端子的公共端，

76、2M為IB1字節(jié)輸入端子的公共端。在晶體管輸出電路中采用了MOSFET功率驅動器件，并將數(shù)字量輸出分為兩組，每組有一個獨立公共端，共有1L、2L兩個公共端，可接入不同的負載電源。</p><p>　　CPU224 DC/DC/DC型的I/O端子接線如圖4.1.1.2 CPU224 DC/DC/DC型的I/O端子接線</p><p>　　圖4.1.1.2 CPU224 DC/DC/DC型的I

77、/O端子接線</p><p>　　CPU224 AC/DC/繼電器型接線端子。</p><p>　　CPU224 AC/DC/繼電器型是指該主機CPU電源電壓220VAC，輸入電壓24VDC、繼電器輸出型（即輸出電壓可以選擇24VDV，也可以選擇220VAC）。數(shù)字量輸出分為3組，每組有一個獨立公共端，共有1L、2L和3L 3個公共端，可接入不同的負載電源。</p><

78、p>　　CPU224 AC/DC/繼電器型的I/O端子接線如圖 4.1.1.3 CPU224 AC/DC/繼電器型的I/O端子接線</p><p>　　圖 4.1.1.3 CPU224 AC/DC/繼電器型的I/O端子接線</p><p>　　（3）CPU22X系列主機性能[2]</p><p>　　S7-200CPU22X系列PLC的主要技術指標如表4.1.

79、1.1 S7-200CPU22X系列PLC的主要技術指標</p><p>　　表4.1.1.1 S7-200CPU22X系列PLC的主要技術指標</p><p>　　CPU22X 系列PLC主機具有：30kHz高數(shù)計數(shù)器，20kHz高速脈沖輸出；RS-485通信/編程口，PPI、MPI通信協(xié)議和自由口通信能力；CPU222及以上CPU還有PID控制和擴展的能力，內部資源及指令系統(tǒng)更加豐富，

80、功能更加強大。</p><p>　?。?）主機I/O擴展[2]</p><p>　　S7-200系列的PLC主機提供一定數(shù)量的數(shù)字量I/O和模擬量I/O，在采購時，用戶可以根據(jù)需要選擇最合適的主機產品，以滿足工程項目的具體需要。對于I/O點數(shù)不夠或需要進行特殊功能的控制時，就必須增加I/O擴展模塊，對I/O點數(shù)進行擴充；或增加特殊功能模塊完成特殊控制任務。</p><p

81、><b>　　I/O擴展模塊。</b></p><p>　　S7-200系列PLC的I/O擴展模塊有以下幾種：</p><p>　　<1>輸入擴展模塊EM221：有3種產品，即8點DC、16點DC和8點AC。</p><p>　　<2>輸出擴展模塊EM222：有5種產品，即8點DC、4點DC(5A)、8點AC、8點

82、繼電器和4點繼電器（10A）。</p><p>　　<3>輸入/輸出擴展模塊EM223：有6種產品，其中DC輸入/DC輸出的有3種，DC輸入/繼電</p><p>　　出的有3種，其對應的輸入/輸出點數(shù)分別是4點（I4/O4）、8點（I8/O8）和16點（I1/O16）。</p><p>　　<4>模擬量輸入擴展模塊EM231：共有3種產品，

83、4路AI、2路熱電阻輸入和4路熱電偶輸入。其中，前者是普通的模擬量輸入模塊，可以用來接標準的電壓、電流信號；后兩種是專門為特定的物理量輸入到PLC而設計的模塊。</p><p>　　<5>模擬量輸出擴展模塊EM232:只有一種2路模擬量輸出的擴展模塊產品。</p><p>　　<6>模擬量輸入/輸出擴展模塊EM235：只有一種4路AI、1路AQ（占用2路輸出地址）的

84、產品。</p><p><b>　　特殊功能模塊。</b></p><p>　　當需要PLC完成特殊功能任務時，CPU主機可以通過連接特殊功能擴展模塊來實現(xiàn)。常見的特殊功能模塊如下。</p><p>　　<1>定位模塊EM235。用于運動控制系統(tǒng)中實現(xiàn)高精度的定位控制，控制范圍從微型步進電機到智能伺服系統(tǒng)。集成的脈沖接口能產生高達2

85、00kHz的脈沖信號，并指定位置、速度和方向。</p><p>　　<2>調制解調器模塊EM241。用于代替連接于CPU通信口的外部MODEM功能。在與使用該模塊的系統(tǒng)進行通信時，只需要在安裝有STEP7-Micro/WIN編程軟件的計算機上連接一個外置MODEM即可。</p><p>　　<3>ProfiBus-DP模塊EM277。通過該模塊可以將S7-200PL

86、C與DP網(wǎng)絡連接起來，傳輸速度達12Mb/s。</p><p>　　<4>以太網(wǎng)模塊GP234。通過該模塊可以把PLC連接到工業(yè)以太網(wǎng)中。</p><p>　　最大I/O配置的預算。</p><p>　　最大I/O配置預算需要考慮的問題包括：</p><p>　　<1>I/O點數(shù)數(shù)量。</p><p

87、><b>　　<2>電流提供。</b></p><p><b>　　<3>模塊電流。</b></p><p><b>　　<4>電流預算規(guī)則</b></p><p>　　其中，各CPU所能提供的最大5VDC電流以及各模塊擴展消耗的電流如表4.1.1.2 CPU

88、提供的電流以及各模塊擴展消耗的電流</p><p>　　表4.1.1.2 CPU提供的電流以及各模塊擴展消耗的電流</p><p>　　④擴展I/O模塊的編址。</p><p>　　每種主機上集成的I/O點，其地址是固定的。進行擴展時，可以再CPU右邊連接多個擴展模塊，每個擴展模塊的組態(tài)地址編號取決于各模塊的類型和該模塊在I/O鏈中所處的位置。S7-200系統(tǒng)擴展對

89、輸入/輸出的地址空間分配規(guī)則為：</p><p>　　<1>同類型輸入/輸出點的模塊進行順序編址。</p><p>　　<2>對于數(shù)字量，輸入/輸出映像寄存器的單位長度為8bit（1B）。本模塊高位實際位數(shù)未滿8bit的，未用位不可分配給I/O鏈的后續(xù)模塊，后續(xù)同類地址編排須重新從一個新的連續(xù)的字節(jié)開始。</p><p>　　<3>

90、;對于模擬量，輸入/輸出以2點或2個通道（2個字）遞增方式來分配空間。本模塊中未使用的通道地址不能被后續(xù)同類模塊繼續(xù)使用，后續(xù)同類地址編排須重新從新的2個字以后的地址開始。</p><p>　?。?）S7-200主機掃描周期[2]</p><p>　　S7-200PLC工作在RUN模式下，系統(tǒng)周期性循環(huán)掃描執(zhí)行用戶程序，完成控制任務。每個掃描周期分為5個階段：輸入采樣掃描階段、執(zhí)行用戶程序

91、掃描階段、處理通信請求階段、CPU自診斷階段和輸出刷新掃描階段。</p><p>　　4.1.2 S7-200的內部編程元件（軟繼電器）</p><p>　　S7-200的內部編程元件（軟繼電器）見表4.1.2 S7-200的內部編程元件（軟繼電器）</p><p>　　表4.1.2 S7-200的內部編程元件（軟繼電器）</p><p>　

92、　續(xù)表4.1.2 S7-200的內部編程元件（軟繼電器）</p><p>　　4.2 PLC設計簡介</p><p>　　4.2.1 PLC工作原理</p><p>　　PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開

93、始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。</p><p>　　PLC的一個掃描周期必經輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。</p><p>　　PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中

94、，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。</p><p>　　PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內容隨著程序的執(zhí)行而改變。</p><p>　　輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管

95、）輸出，驅動相應輸出設備工作。</p><p>　　4.2.2 PLC設計準備工作</p><p>　　進行PLC控制設計時必須做好以下3方面基礎工作：</p><p>　?、倭私庀到y(tǒng)的概況：包括系統(tǒng)的控制目標、控制方案、控制規(guī)模、整體功能、具體功能、控制精度、I/O種類和數(shù)量、是否需要通訊、通訊內容與方式、是否需要顯示、顯示內容與方式、操作方式等等，應盡量對系統(tǒng)有

96、一個全面的了解。</p><p>　?、谑煜な褂玫腜LC類型、功能、編程語言和指令系統(tǒng)，能熟練的操作編程器和控制器。</p><p>　?、鄹鶕?jù)控制系統(tǒng)的控制要求、設備、器件條件、工藝過程，結合采用的PLC的功能強弱，確定PLC在整個控制系統(tǒng)中所承擔的工作任務。</p><p>　　4.2.3 PLC程序設計方法</p><p>　　PLC程

97、序設計常用的方法主要有經驗設計法、繼電器控制電路轉換為梯形圖法、順序控制設計法、邏輯設計法等。</p><p>　　（1）經驗設計法：經驗設計法即在一些典型的控制電路程序的基礎上，根據(jù)被控制對象的具體要求，進行選擇組合，并多次反復調試和修改梯形圖，有時需增加一些輔助觸點和中間編程環(huán)節(jié)，才能達到控制要求。這種方法沒有規(guī)律可遵循，設計所用的時間和設計質量與設計者的經驗有很大的關系，所以稱為經驗設計法。</p&g

98、t;<p>　?。?）繼電器控制電路轉換為梯形圖法：將繼電器電路圖轉換為具有相同功能的PLC外部硬件接線圖和梯形圖。</p><p>　?。?）順序控制設計法：根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步的設計下去，直至完成。此法的關鍵是畫出功能流程圖。</p><p>　　（4）邏輯設計法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實際上就是找到了輸出和輸入的關系，完成了設計任務

99、。用這種方法設計PLC程序，設計者可以順利的設計出正確的PLC程序。</p><p>　　4.3 PLC控制設計</p><p>　　4.3.1 控制要求</p><p>　　（1）皮帶可以正反轉，由一個按鈕控制切換，切換時間間隔2S；皮帶啟動時，以正轉啟動；皮帶速度可調。</p><p>　?。?）伸出、縮回的前提條件是皮帶運轉以后且點動控

100、制并且伸出時有防撞保護。</p><p>　　（3）有上升、下降功能，點動控制，有上升限位保護。</p><p>　?。?）有電源指示燈（紅色），工作指示燈（綠色），急停指示燈（紅色）。</p><p>　　（5）控制電壓用24V安全電壓。</p><p>　　4.3.2 控制方案</p><p>　　皮帶的速度、正

101、反轉控制通過變頻器來實現(xiàn)，其中速度控制通過變頻器上的旋轉按鈕手動調速；伸縮機的伸出與縮回通過兩個接觸器的通斷去控制伸縮電機的正反轉進而控制設備的伸出與縮回并且裝有伸出限位和縮回限位以及防撞保護；伸縮機的上升與下降通過一套液壓裝置來實現(xiàn)并且裝有上升限位；除了皮帶電機不用裝熱保護繼電器外（因為變頻器有過載保護功能），伸縮電機和油泵電機都裝熱保護器以防止電機過載；主電路上裝三相斷路保護器以防止短路，控制電路上裝相序保護器以防止因相序改變而使電

102、機反轉。</p><p>　　4.3.3 主要電器元件選型</p><p>　?。?）PLC:根據(jù)控制要求，知共需要12個數(shù)字量輸入，9個數(shù)字量輸出，并且不需要快速動作，所以選擇PLC型號——CPU 224XP AC/DC/RLY，訂貨號——6ES7 214-2BD23-0XB0，該機某些參數(shù)如下：220V交流電源；24V直流輸入；繼電器輸出；14個數(shù)字量輸入，10個數(shù)字量輸出；2個模擬量

103、輸入，一個模擬量輸出。</p><p>　?。?）變頻器：根據(jù)皮帶電機額定功率是2.2KW，所以選擇三菱變頻器型號——3相400V，F(xiàn)R-D740-2.2K-CHT。</p><p>　　（3）遙控器：根據(jù)需要6個遙控輸入，選擇遙控器型號：F21-E1/E1B，該遙控器有6個輸入可用。</p><p>　?。?）相序保護器：為了防止電機正反轉、伸縮、升降反向，所以需

104、要加相序保護，選擇施耐德RM4 T相序保護器。</p><p>　?。?）斷路器：因為三相斷路器保護整個電路，根據(jù)電機功率，所以選擇允許最大電流32A的施耐德三相斷路器；而二相斷路器只保護控制電路電流小，所以選擇允許最大電流16A的施耐德二相斷路器。</p><p>　　（6）熱保護繼電器：根據(jù)伸縮電機的功率計算出額定電流選擇施耐德AC380V熱保護繼電器，且將旋鈕旋到4A處。</p

105、><p>　?。?）接觸器：施耐德220V/380V接觸器，型號LC1-D12C，其主觸點通380V交流電，控制線圈通220V交流電。</p><p>　?。?）繼電器：選擇220V交流繼電器。</p><p>　?。?）開關：上升限位開關選擇220V交流接近開關；伸縮限位開關選擇220V行程開關；防撞開關選擇微動開關。</p><p>　?。?

106、0）指示燈：220V交流指示燈。</p><p>　　4.3.4 變頻器參數(shù)設置</p><p>　　Pr.79=3(外部/PU組合運行模式1)；</p><p>　　Pr.80=2.2（電機容量2.2KW）；</p><p>　　Pr.83=380(電機額定電壓380V);</p><p>　　Pr.84=50（電機

107、額定頻率50Hz）；</p><p>　　Pr.1=50（電機上限頻率50Hz）；</p><p>　　Pr.2=30（電機下限頻率30HZ）；</p><p>　　Pr.8=2（減速時間2s）；</p><p>　　注：皮帶速度改變通過旋轉變頻器上的旋轉按鈕，旋轉到相應的頻率然后按SET按鈕即可。</p><p>　

108、　4.3.5 PLC編程</p><p>　?。?）輸入輸出分配如下表4.3.5 I/O表</p><p>　　表4.3.5 I/O表</p><p><b>　?。?）PLC程序</b></p><p>　　該程序的編制方法是經驗法，分塊編制。程序中有符號注釋，程序塊注釋，易于看懂。</p><p&

109、gt;<b>　　具體程序見附錄一。</b></p><p><b>　　程序解釋：</b></p><p>　　網(wǎng)絡1是指示燈控制：PLC通電則電源指示燈Q0.7亮，PLC不通電則電源指示燈Q0.7不亮；急停I1.2有輸入則急停指示燈Q0.6亮，急停I1.2沒有輸入則急停指示燈Q0.6不亮 ；在急停I1.2和皮帶停I0.1沒有輸入時，皮帶正轉Q

110、0.0或者皮帶反轉Q0.1只要有一個接通則工作指示燈就亮，如果皮帶停I0.1或者急停I1.2有輸入則工作指示燈熄滅。</p><p>　　網(wǎng)絡2是皮帶以正轉啟動控制：在急停I1.2和皮帶反轉Q0.1都沒接通的前提下，皮帶開I0.0有輸入的一瞬間皮帶正轉Q0.0接通，皮帶以正轉啟動。</p><p>　　網(wǎng)絡3、4、5、6是皮帶正反轉切換的控制：</p><p>