煤炭皮带传输线PLC控制系统设计

一， PLC及其工作原理

PLC的工作原理

最初研制生产的 PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：

(1)继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。

(2)PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 1、扫描技术

当 PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (1)输入采样阶段

在输入采样阶段， PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (2)用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段， PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

(1)输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后， PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

2、PLC的I/O响应时间

为了增强 PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。

为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制， PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。

以上两个主要原因，使得 PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。

二 煤炭皮带传输线的技术要求

传统的煤炭皮带传输线采用的是继电器控制系统，从成本的角度考虑继电器控制系统要低一些，也基本能满足工作的要求，但是它存在着设备体积大，动作速度较慢，工作的可靠性较差，维修难的问题。PLC的初期由于器价格高于继电器控制装置，使其应用受到。但近几年来由于微处理芯片及有关原件价格大大下降，时PLC成本下降，同时又由于PLC的功能大大增强，使PLC的应用越来越广泛，用PLC来控制煤炭皮带传输系统设备简单，操作和使用方便，维护和维修更容易。 煤炭皮带传输线示意图如下：

煤炭皮带传输系统示意图

煤炭皮带传输线由四段构成，分别由四台电动机M1、M2、M3和M4驱动。

起动：M4→M3→M2→M1

停止：M1→M2→M3→M4

（1）起动时，先起动最末一台皮带机M4，经5S延时，依次起动其他皮带机；

（2）停止时，先停止最前一台皮带机M1，经5S延时，依次停止其他皮带机；

（3）当某台皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机后面的

机器依次间隔5S停机。例如：M2出故障，M2、M1立即停止，经5S延时，M3停，再过5S，M4停。

三 煤炭皮带传输线PLC控制系统总体设计过程

1. 总体方案说明

1) 煤炭皮带传输PLC系统控制对象电动机均由交流接触器完成起、停控制。 2) 控制装置选用PLC作为系统的控制核心。

3) 电动阀上驱动电动机，其内部设有过载保护开关，为常闭触点，作为电动阀过载保 护信号，PLC 控制电路考虑该信号逻辑关系。

4)电动机分别采用热继电器实现过载保护，其热继电器的常开触点通过中间继电器转换后，作为 PLC 的输入信号，用以完成各个电动机系统的过载保护。

5)主电路用断路器，各负载回路和控制回路以及PLC 控制回路采用熔断器，实现短路保护。 6) 电控箱设置在控制室内。控制面板与电控箱内的电器板用BVR 型铜导线连接，控箱与执行装置之间采用端子板连接。 7) PLC 选用继电器输出型。

8) PLC自身配有24V 直流电源，外接负载时考虑其供电容量。PLC 接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力

2. 煤炭皮带传输线PLC控制系统动力设备

煤炭皮带传输系统中所使用的动力设备均采用三相异步交流电机，

3. 煤炭皮带传输线PLC控制系统的原理图设计

（1） 主电路设计

煤炭皮带传输线PLC控制系统主电路如图所示：

煤炭皮带传输线PLC控制主电路图

1) 主回路中交流接触器KM1、KM2、KM3 KM4分别控制电动机M1,M2 M3,M4； 2) 电动机M1、M2、M3、M4 由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4 实现过载保护。 3) QF为电源总开关，既可完成主电路的短路保护，又起到分断三相交流电源的作用，

使用和维修方便。

4) 熔断器FU1、FU2、FU3、FU4 分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6 分别完 成交流控制回路和PLC 控制回路的短路保护。

(2)交流控制电路设计

煤炭皮带传输线PLC控制系统交流控制电路如图：

煤炭皮带传输线PLC控制系统控制电路图

1) 控制电路有电源指示HL。PLC 供电回路采用隔离变压器TC，以防止电源干扰。 2) 隔离变压器TC 的选用根据PLC 耗电量配置，可以配置标准型、变比 1：1、容量

100VA隔离变压器。

3)电动机M1,M2,M3,M4分别有运行指示灯HL1、HL2、HL3,HL4。由KM1,KM2,KM3,KM4接触器常开辅助触点控制。

4）4 台电动机M1、M2、M3、M4 的过载保护，分别由4 个热继电器FR1、FR2、

FR3、 FR4 实现，将其常闭触点并联后与中间继电器KA1 连接构成过载保护信号，KA1 还起到电压转换的作用，将220V 交流信号转换成直流24V 信号送入PLC 完成过载保护控制功能。

(2)主要参数计算

1) 断路器QF脱扣电流。断路器为供电系统电源开关，其主回路控制对象为电感性

负载交流电动机，断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。煤炭皮带传输系统有3kW负载电动机四台，起动电流较大，因此可根据3kW电动机选择自动开关QF脱扣电流IQF ：

IQF ＝1.7IN=1.7 ×6A＝10.2A≈10A，选用IQF ＝10A的断路器。

2) 熔断器FU熔体额定电流IFU 。IFU ≥2IN ＝2 ×5A＝10A，选用 10A的 熔体。

控制回路熔体额定电流选用2A。

3) 热继电器的选择请参考有关技术手册，自行计算参数。

(4) PLC 控制电路设计 包括PLC 硬件结构配置及PLC 控制原理电路设计。 1）硬件结构设计。 2）根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC 控制电路原理图，绘制PLC 控制电路，编制I/O 接口功能表。下图为煤炭皮带传输线系统PLC 控制电路原理图，L6 作为PLC 输出回路的电源，分别向输出回路的负载供电，输出回路所有COM 端短接后接入电源N 端。

煤炭皮带传输线PLC控制系统电路原理图

3) PLC 输入回路中，信号电源由PLC 本身的24V 直流电源提供，所有输入COM 端短 接后接入PLC 电源DC24V 的 （＋）端。输入口如果有有源信号装置，需要考虑信号装置的电源等级和容量，最好不要使用PLC自身的24V 直流电源，以防止电源过载损坏或影响其他输入口的信号质量。

4）PLC采用继电器输出，每个输出点额定控制容量委AC250,2A。

下图为煤炭皮带传输线系统PLC输入和输出接口功能表 煤炭皮带传输线系统PLC输入接口功能表

启动按钮 停止按钮 M1热继电器 M2热继电器 M3热继电器 M4热继电器 M1接触器 M2接触器 M3接触器 M4接触器 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 文字符号 M1~M4 FR1~FR4 FU1~FU4 FU5~FU6 QF SB1 SB2 KM1~KM4 KT0~KT7 PLC 名称 电动机 热继电器 熔断器 熔断器 断路器 启动按钮 停止按钮 交流继电器 时间继电器 可编程控制器 SB1 SB2 FR1 FR2 FR3 FR4 煤炭皮带传输线系统PLC输出接口功能表 X000 X001 X003 X004 X005 X006 Y001 Y002 Y003 Y004 数量 4 4 12 2 1 1 1 4 8 1 规格 型号 Y系列 JR16B-20/3 RL1-15 RT16-32X C45AD LAY37 LAY37 DJX-9 JSK1-30/1 FX2N-48MR 备注 三相交流异步电机 参照电机整定电流 熔体2~10A 熔体2A 脱扣电流10A 绿色 红色 线圈电压：AC220V 线圈电压：AC220V 继电输出 KM1 KM2 KM3 KM4 5)根据设计方案选择的电气元件，编制原理图的元器件目录表

（5）PLC控制程序设计 1)，程序设计

LD M8002 ZRST

S0 S28 SET S0 STL S0 LDI X003 ANI X004 X005 X006 AND X000 SET S20 STL S20 OUT Y004 OUT T3 K50 LD T3 SET S21 STL S21 OUT Y004 OUT Y003 OUT T2 K50 LD T2 SET S22 STL S22 OUT Y004 OUT Y003 OUT Y002 OUT T1 K50 LD T1 SET S23 STL S23 OUT Y004 OUT Y003 OUT Y002 OUT Y001 OUT T0 K50 LD T0 SET S24 STL S24 OUT Y004 OUT Y003 OUT Y002

OUT LD SET LD SET LD SET LD SET LD SET STL OUT OUT OUT OUT OUT LD SET STL OUT OUT OUT OUT LD SET STL OUT OUT OUT LD SET STL OUT OUT LD SET RET END

Y001 X001 S25 X003 S26 X004 S27 X005 S28 X006 S0 S25 Y004 Y003 Y002 Y001 T7 K50 T7 S26 S26 Y004 Y003 Y002 T6 K50 T6 S27 S27 Y004 Y003 T5 K50 T5 S28 S28 Y004 T4 K50 T4 S0

2) 系统静态调试。空载静态调试时，针对运行的程序检查硬件接口电路中各种逻辑关系是否正确，然后先调试子程序或功能模块程序，然后调试初始化程序，最后调试主程序。调试过程中尽量接近实际系统，并考虑到各种可能发生的情况，作反复调试，出现问题及时分析、调整程序或参数。

3) 系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试，密切观察系统的运行状态，采用 先手动再自动的调试方法，逐步进行。遇到问题及时停机，分析产生问题的原因，提出解决 问题的方法，同时做好详尽记录，以备分析和改进。

皮带传输线PLC控制系统功能图 结论 1 全文总结

2 经验和体会

四