高级维修电工技师论文

国家职业资格统一鉴定

论文题目：基于PLC与传感器在磷矿输送系统中的应用

姓 名： 符新

学 号： 20131370903109

所在省市： 海南省海口市

培训单位：

浅谈PLC与传感器在磷矿输送系统中的应用

符新

摘要：本论文主要针对三菱PLC，FX2N系列与现代传感器技术在工业生产工艺中的应用。浅谈FX2N系列PLC与传感器技术在生产工艺流程中起主导作用性的基本应用和该产品在生产流程中的所占应用领域。根据本人在平常工作中总结的实践经验，谈谈PLC与传感器在工业生产流程中如何实现全自动和半自动的控制，实现机电一体化。

关键字：磷矿输送系统 料位音叉 FX2N系列PLC 调试 传感器

目录

一、 该车间的流程简介 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

二、 PLC与传感器对该车间磷矿输送系统控制情况的选用，，，，

三、 PLC控制中枢与远距离控制的几点思考 ，，，，，，，，，，，，，，

四、 按操作流程编写PLC程序 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

五、 对PLC程序的调试 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

六、 PLC对外控制的安装接线 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

七、 结束语 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

八、 参考文献 ，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

前言： 下述内容主要以车间原料磷矿石的烘干和输送-储存工艺为例：车间大概于1985年建成投产，其期间的工艺流程中的控制方式主要以交流接触器、时间继电器、中间继电器来完成，大多以点动，自锁连续运行为主。虽能满足工艺上的基本要求，但其维修费用和在操作层面上，需投入大量的时间、人力物力。在工业发展如日中天的今天，其处于上世纪八十年代末的工控方式和设备，足显出落后。其在工控方式上实现自动化或半自动化，那是免于羞提了。所以，本人就着该车间工艺流程控制上的不足，谈谈如何来为该车间实现自动化或半自动化控制。如果此论点能真正投入到该车间的生产工艺流程中，可减少相应的维修、维护费用，或投入更多的人力物力来满足工艺生产上的要求。同时在生产操作上可以减少相对的财力、劳力为企业创造经济效益。

1.PLC技术的发展及工作特点

1.1 PLC的概述

可编程逻辑控制器，及PLC，是一种可编程的存储器，用于其内部存储程序，

执行逻辑运算、顺序控制、定时、技术与计算操作方面向用户的指令，并通过数

字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

1.2PLC的发展

20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，

可使编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算

机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机噶站起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为PLC（Programmable Logic Controller）。

20世纪70年代终末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型

体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了

它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制

器已步入成熟阶段。

20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30—40%。在这时期，PLC在处理器模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。

1.3 PLC的工作特点

可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。

一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长，也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

二、使用方便，编程简单，采用简单的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，

而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，远高于其他各种机型。

一、该车间的流程简介 经均料工段对磷矿石进行破碎、筛分、配料后用皮带运输机运输至地下料仓1---20号仓库储存，然后再用变频振动给料机给料，再接着用皮带运输机运进烘干机进行干燥，最后再用皮带运输机运进圆桶料仓储存或经三流程供给下一加工车间。或烘干系统未开车生产时从圆桶料仓里放出直接送三流程给下一加工车间。如图1-1：

上图是该车间磷矿石烘干、储存、输送系统流程图。该流程中的电力拖动控制主要以接触器、时间继电器、中间继电器以传统的接线式为主，以一条皮带或若干条分配一个控制柜，皮带的起停由人来人为的逐条皮带去起停。圆桶料仓1113.1-3个仓进料由卸料小车完成。可自由经轨道任进1113.1-3的任意一个仓，但当某一个仓满换仓到另一个仓时，由人去现场去操控进行换仓。同时，当该车间磷矿工艺流程不生产时，皮带运输机还要由人逐条的去停，所以在生产操作上的操作工带来许多的不便，甚至在每个岗位上多出些原本不必要的操作人员。这给操作人员和管理人员带来不便，同时皮带电力拖动控制中枢（控制柜）不够集中维修和维护也带来不便。当该车间有一个集体控室，但只用来磷矿流程模拟板的摆放和一些“就地”、“联锁”等简单的控制。

二PLC与传感器对该车间磷矿输送系统的控制情况的选用 为改进该车间磷矿输送系统控制的情况着几点考虑：对PLC对外控制I/O分配的选用。 PLC的选用着重考虑用三菱FX2N系列的PLC，该产品的编程易于编程人员着手。同时，为以后维护维修上，但凡有电器控制基础的维修人员也轻易着手维修或更改程序。 同时考虑到该产品的编程软件还带有仿真功能，便于在偷用之前调试。综上所述：根据该车间磷矿生产输送的工艺流程上的十三条皮带的考虑，在PLC的选用上从PLC的I/O上应选择FX2N—48MR—001系列PLC，该产品输入输出点各为24点，足够满足对十三条皮带运输机点数控制的要求同时也满足PLC内存或在I/O接点控制余留10%空位的要求FX2N系列PLC的基本指令运算速度0.08us/指令的运算速度，足够满足该车间磷矿输送系统工艺参数上的要求。另外，在传感器上的选用，是着重用于控制圆桶料仓卸料小车的自动控制上。其所要求是：当圆桶料仓1113-1仓满后，经传感器的感应把卸料小车自动换仓到1113-2仓，如此循环。这样就避免了人为地去现场操作换仓。

其控制换仓的基本图形2-1所示：

在传感器的选用上，采用料位音叉传感器能足够满足该生产工艺上的要求。 料位音叉简介：位音叉又称为物位开关或料位极限开关。音叉式料位开关是一种新型的无谓限位开关。音叉由晶体管激励产生振动，当音叉被物体浸没时振动频率发生变化，这个频率变化由电子线路检测出来并输出一个开关信号。 其特点是适应性强：

1 料不同的电子参数，密度对测量均不产生影响。结垢、搅动、湍流、气泡、振动、中等粘度、高温、高压等恶劣条件检测也无影响。

2 特点是免于维护：由于音叉限位开关检测不受被测介质电参数密度的影响，所以无论何种物体、液体都不需要现场调教。总之，用料位音叉开关来实现圆桶料仓1113.1-3之间换仓工作，能满足其间自动换仓的要求。避免操作人员去现场进行换仓。

三PLC控制中枢与远距离控制的几点思考。

由于该车间皮带运输机分布面广，在集中控制上要达到理想的近距离控制便不容易。另外，在PLC所安装的环境也受到磷矿粉尘的影响。同时在控制柜距离用线上考虑，其PLC所安装的控制中枢与各台皮带运输机的距离上也应做响应的考虑。

综上所述的几点，本人做了以下几点思考： 为保障PLC在工作期间不受磷矿粉尘的影响，把PLC控制中枢假定安装在该车间集控室。在磷矿流程的分布上看，集控室为前后两段磷矿流程线的中点，这便于在安装PLC时排电力线能缩短相应距离，节省用线。 为然后在维修上的方便，把电力拖动部分控制的交流接触器和PLC整合安装在一个控制柜上，。但考虑到PLC和接触器工作时不受相互干扰，分别安装在两个控制柜上。为操作工操作方便，可用多地控制来满足操作要求。

在设计PLC接线时，考虑突发事故时的紧急停车按钮。

四 按操作流程要求编写程序PLC程序

1、 为书写方便和不更多占用本文太多空间，本人把该车间的十三条皮带运输机暂改为五条，同时也能达到书面了然直观。该车间对皮带运输机的工艺要求为：逆起顺停。按皮带长度的不同程度和对皮带运输机起停时间的不同，其工艺控制方式也不同。该车间最长的那条皮带约为400m，以皮带1.5m/s算：

（1） 1.5mx60s=90m

（2） 400m÷90m/min=4.4min

据该车间的情况有时候在皮带会有料，所起在皮带启动时每条皮带启动时间设为25S，停止时按最长那条皮带上的余料为准，把每条皮带的停止时间一致设为4.4min=2640ms（因为该车间的皮带长短差异不太大），上面的数字2640ms以PLC编程元件中的定时器100ms定时器作为该程序上的编程元件。综上述和计算结果，该车间的工艺流程控制程序为下图：

2、以上PLC程序是十三条皮带运输机简化成五条后的顺空程序。其X0和X1是启动和停止，X2—X6是行程开关（皮带拉线开关）的出点，其功能为： 主要按下X2—X6中的其中一个按钮整个流程就会停止运行，和M8002脉冲元件并接的X2常闭按钮元件是为了X2—X6动作后还保持S0的初始脉冲便于在下一次的启动。如果不并接X2元件，S0就得不到初始脉冲，在之后启动程序就启动不了。T0—T3为启动延时定时器，T4—T9为停止延时定时器，其目的是为了达到走完皮带上的余料。

3、下图为圆桶料仓1113.1-3之间卸料小车自动调仓的程序，其达到自动的主要以料位音叉开关为主。程序中X10、X11、X12为音叉A、B、C的料位信号源：当卸料小车在1113-1仓上，料未满的音叉得不到信号的时候，卸料小车停在该仓上进料，1113-1仓满后，音叉B开关X11得到信号后，卸料小车延时前进5秒后停在1113-2仓上进料，如此推进。而当1113-3料仓慢则卸料小车电机反转向后退（向后退是1113.2—1113.1仓已放空）后退5秒后停在1113-2仓上进料，当该仓料满后,X11得电往1113-1仓并对该仓进料，如此循环。为了正反转电机不相互影响，该程序中设置了互锁。图中Y5为正转，Y6为反转。程序如图4—1：

4、在生产过程中，如遇突发事故需紧急停车时，在安装接线的时候有和皮带拉线开关串接的急停按钮。把X2—X6中的任意一个开关接到主控制作台上，可实现上述紧急停车功能。

五 对PLC程序的调试

对PLC程序在线仿真调试，当PLC程序编写好以后，依赖FX2N系列PLC仿真软件在线上传仿真。对所控制流程熟悉后，看PLC仿真动作软件的动作顺序或时间动作顺序进行仿真在线修改程序。看PLC仿真动作是否符合工艺流程走向的要求。对PLC上传控制程序进行流程模拟。在很多实践经验中表明，很多编写出来的PLC程序虽然能在FX2N仿真软件中正确扫描并无误的读写出来，但当上传到PLC机里面后，在很多逻辑顺序上PLC会读出错误信息。这些错误往往出现在应用指令或编辑元件顺序上出现错误。所以，在接线投运之前是有必要进行流程模拟仿真调试的。其仿真调试方法如下： 在PLC输入端子上接入起停开关信号。在输出端子上接上若干接触器或灯泡等能反映信号源的东西来进行流程仿真。看PLC上“信号源”动作的顺序、时间和生产流程汇中的参数做比对。当仿真无误并确保PLC无误动作后，进行流程控制电路或电力拖动电路的接线并空载调试。

六 对PLC对外控制安装接线 在展开对PLC控制线路进行接线之前，为确保接线工作无误，要先画出PLC对外控制I/O接点的接线图。同时在设计控制图时，要有安全方面的保障，如急停皮带拉线开关等。对该车间磷矿流程系统设计的安装接线图6—1：

当把控制电路和主电路的线全部接上后，在进行空载起停试车，看是否达到工艺流程上的要求，在各个参数上重新作比对，看各个参数指标是否延误动作或误动作等。全部调试完毕后可正式投入生产。

七 结束语

在工业发达的今天，在工业生产活动中，如果没有自动化或半自动化控制的设备，在或者没有自动化的操作系统，则必须是要投入大量的人力物力来完成生产，这样，在工业生产活动上的投入，是不可用“操作麻烦”等来形容的，同时也无法创造更大的经济效益。 所以，在工业发展发达的今天，在工业企业中要拥有的不止是精锐的员工队伍和领导班子，靠的也不止是企业坚实的产业基础，而是在生产设备上的先进， 所谓“磨刀不误砍柴工”与其整天花时间在维修不成器的设备上，不如拥有精良的设备顺利的生产。同时，在设备控制上的问题，也是作为我们维修电工人员值得考虑的问题，凭自己丰厚的工作经验，实现在生产设备的控制上。在如今自动化控制设备纷繁涌现的局势下，与传感器的配合应用，是完全可以达到自动化控制的。

致谢

本文非常感谢广东省国防科技技工学校的赵贤毅和卢梓江老师的指导！并对本文的修改提出了宝贵的意见，谨此表示感谢！

八、参考文献

1 可编程序控制器原理、应用与实训 王兆明.-北京：机械工业出版社，2008.1

2 可编程序控制器原理及应用技巧 薛迎成.-北京：机械工业出版社，2010.2

3 现代传感器技术 斐蓓.-北京：电子工业出版社，2010.8

4 电工快速识图 齐宝林.-福州：福建科学技术出版社，2005.1

5 图解PLC与电气控制入门 张华龙.-北京：人民邮电出版社，2008.9

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