三菱变频器与PLC传送带系统设计
（液晶面板物流传送中的应用）
姓名
工号
部门
职务
申报工种维修电工
申报等级技师
年10月
摘要：
在液晶面板生产中，传送带的连续或间歇运动来输送各种不同型号的产品，而在30寸以下液晶面板生产中，公司基本依赖传送带作为物流方式，因此在传送带设计时，要保证脆弱的液晶面板不会从叠，挤压，否则会带巨大损失。由于PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点。同时变频器具有对速度，故障自动检测输出等功能，是目前传送带控制的首选控制装置，故本设计中采用PLC和变频器集中控制的办法。利用PLC简单可视化的程序，变频器的速度和故障输出功能，对传送带进行高安全，高效率控制，杜绝液晶面板从叠，挤压，避免产品批量损坏造成重大损失。
关键词：高效安全传送带；PLC；变频器；自动控制
目录
1概述
1.1选题的背景
1.2PLC介绍选型
1.3变频器介绍选型
1.4课题研究目的和内容
1.5课题研究的方案论证
2传送带控制系统
2.1传送带电控原理
2.2传送系统控制要求
3变频器及PLC传送带安全控制系统硬件电路设计
3.1主电路设计和接线图
3.2系统I/O分配 16
4控制系统软件设计
4.1程序设计方法
4.2系统梯形图程序设计
设计体会及总结
参考文献
1.1 选题的背景
随着公司对生产线的要求也是越来越高，最近一年多来,我们公司对设备改造投入了大量的人力财力，目标和方向就让生产径流\无人化发展,可靠，高效的传送带是物流的基础保障。
在传送带设计时，要保证脆弱的液晶面板不会从叠，挤压，否则会带巨大损失。
本设计选择三菱FX3U可编程控制器,三菱e变频器。由于三菱PLC程序市场占有率高，通俗易懂、操作方便、实用性强，简单易学。只要具有继电器控制线路图这方面的知识，就可以很快学会编程和操作，不存在计算机技术和传统电器技术之间的专业“鸿沟”，系统扩展灵活，便于传送带分布式或集中式的控制系统。PLC的输入口可与触电式开关直接相连，输出口与执行元件（接触器、电磁铁）相连，即在PLC的端子上接相应的输入、输出信号线即可，使用非常方便。变频器同样如此，当控制要求改变时，要变更控制系统的功能，可用编程器修改程序。它还可以用于不同的受控对象只要输入、输出组件和应用的软件不同而已，可与强电相连，并有较强的带负载能力；体积小，重量轻便于安装，有自检和监控功能，能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试提供方便。
用可编程序控制器来控制多台传送电机，需要考虑到电动机正反转控制、多段速控制，故障输出反馈，启动停止时间等，为了实现任务要求的各项功能，还需在这个基础上进行部分功能扩展，使得整个统的功能更加完善。当然，选择这个课题并非只运用可编程控制器和变频器相关知识，还要结合电路基础和电子技术、电动机传动原理、继电器－接触器控制系统课程的知识，运用它们来将该课题设计完成。
根据IEC标准草案给PLC下的定义：它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存储器内部储存的用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算以及通过数字或模拟输入，输出来控制各种类型的机械或过程。不论是PLC还是与它有关的外部设备，都设计成容易集成在一个工业控制系统内，并且容易应用所有计划中的功能。从上述PLC的定义，我们可以看到PLC的许多特点，概括起来有以下几点：
（1）高可靠性
（2）丰富的I/O接口模块
（3）采用模块化结构
（4）编程简单易学
（5）安装简单，维修方便
PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
随着PLC技术的飞跃发展，PLC系统已成为一种综合的控制系统，特别是PLC己经深入到智能控制领域中，如在机械手控制、机器人控制、实现离散数学模型等方面都获得广泛应用，使PLC技术已大大超出了过去仅代替继电器电路的范畴。PLC的输入输出功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输入和输出，从而使得PLC具备许多控制功能。
由于三菱在中国市场进入早，市场占有率高，可高性，稳定性，外部扩展能力强，因此考虑性价比，设计选用三菱FX3U系列PLC
变频器是由计算机控制电力电子器件，将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电器设备，用以驱动交流异步（同步）电动机进行变频调速。变频器的出现，使交流电动机的调速变得和直流电动机一样方便，并可由计算机联网控制，因此，得到了广泛的应用，其发展前景广阔。
表1变频调速的效果
由三相异步电动机转子转速公式：n=（1-s）60f1/p，三相异步电动机的调速方式有：变频（f1）调速、变极（p）调速和变转差率（s）调速。
变频器的调频调压原理：
1．调频原理
2．调压原理
综上所述，变频器的调频调压过程是通过控制三相调制信号进行的。
二、变频器的组成
变频器是由计算机控制大功率开关器件将工频交流电变为频率和电压可调的三相交流电的电器设备。由主电路和控制电路两大部分组成，主电路包括整流及滤波电路、逆变电路、制动电阻和制动单元，控制电路包括计算机控制系统、键盘与显示、内部接口及信号检测与传递、供电电源和外接控制端子等。
三、变频器的分类
1．按变换环节分为，交-直-交型和交-交型两种。
2．按改变变频器输出电压的方法分为，PAM调制和PWM调制（即脉冲幅度调制和脉冲宽度调制）两种。
3．按电压等级分为，低压型（~V）和高压型（3KV、6KV和10KV）两类。
4．按滤波方式分为，电压型和电流型两种。
5．按用途分为，专用型和通用型两种。
四、本次设计采用三菱EV50/60HZ
1．面板操作（FR-E）
2、变频器的端子
端子说明：
本设计中涉及变频器参数一览表，其它参数保持默认值
1.4课题的研究目的和内容
传送带控制系统的设计是一个很传统的课题，随着各种先进控制仪器的出现，传送带控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献也数不胜数。
传送带是在输送设备中是最常用的一种传输机构。该机种具有结构简单，经济方便，使用可靠，传输平稳，输送量大，效率高，低噪音等优点。其形式多样，适用范围广，特别适合一些散碎原料与不规则物品的输送。广泛应用于轻工，电子，食品，化工，木业，机械等行业。它具有输送平稳，物料与输送带没有相对运动，能够避免对输送物的损坏。噪音较小，适合于工作环境要求比较安静的场合等特点。结构简单，便于维护。能耗较小，使用成本低。由于可编程控制器（简称PLC）将其系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、以及编程简单、维护方便、通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的自动控制中。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。加上变频器，设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC控制传送带监控系统，可以实现高自动化的传送带的集中控制（包括遥控）及保护。此次设计的课题内容即为公司用变频器/PLC改善传送带控制系统。
利用PLC可编程控制器来控制，再加上变频器组成的控制部分。这个方案是利用了PLC的高可靠性和变频器的简单化，整个系统的动作均由可编程控制器控制，控制部分的信号通道由PLC和按钮开关来控制，这是为了保证电机动作的准确性。本方案还利用变频器故障检测输出，确保整个系统的安全性。
1.5系统设计的基本步骤
可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图1-3所示。
（1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求
①被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程；
②控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。
图1-3可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤
（2）确定I/O设备
根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，确定系统所需的输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等输出设备有指示灯，变频器。
（3）选择合适的PLC类型
根据已确定的I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的PLC类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
（4）分配I/O点
分配PLC的输入输出点，编制出输入／输出分配表或者画出输入／输出端子的接线图。接着就可以进行PLC程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。
（5）设计应用系统梯形图程序
根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
2.1传送带的电控原理
传送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的产品，设计中以公司某工位的四节液晶面板传送带为例，其示意图如图2-1所示。
图2-1四节传送带示意图
2.2传送系统，控制要求
1.启动时，依据传送带前进方向，每节安装有物料感应SENSOR，同时配有串联急停开关
2.故障、待机、紧急停止时，全部立即停止，红灯
3.设有定时待机功能，节能要求，待机黄灯
4．四个变频器全部设置故障检测输出
5.当变频器出现报警时，报警信号输出给PLC，PLC1S内给变频器一次复位信号，如果复位成功，传送带继续运行，否则全部停止，报警红灯。
6．绿灯正常运行
传送带安全控制系统硬件电路设计
3.1主电路设计
本次设计中四节传送带，故需要四个电机来拖动，同时需要四个变频器驱动，具体的主电路接线图如图3-1所示。
3.2系统I/O分配
3.2.1系统I/O点的设置原则
一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。
（1）确定I/O通道范围
（2）内部辅助继电器
（3）分配定时器／计数器
3.2.2系统I/O分配表
根据变频器及PLC传送带安全控制系统设计的控制要求可得出系统的I/O接口分配情况，如表3-2所示。
4.1程序设计方法
4.1.1PLC程序设计的基本要求
编制一个较好的PLC控制程序一般需要注意以下几个方面：
①正确性
一个程序必须经过实际检验，以证明其运行的正确性，这是对PLC程序最基本的要求。而正确，规范地使用各种指令，正确合理地使用各类部件，则是程序正确的重要因素。
②可靠性
PLC程序不仅要正确，而且要可靠。可靠性反映了PLC在不同工作状态下的稳定性，这也是对程序设计的基本要求。有的用户程序在正常的工作条件下，或合乎逻辑要求的操作情况下能正常工作，但当出现非正常工作情况，或进行非法操作后，程序就不一定能正常工作了。所以为保证PLC的正常工作，使PLC能应付各种非正常的突发事件，提高实际应用中的可靠性是非常重要的。
③合理性
PLC程序的合理性主要表现在两个方面：一是应尽可能使用户程序简短；二是应尽可能缩短扫描周期，提高输入／输出响应速度。
④可读性
系统的可读性好，是指程序要层次清晰，结构合理，指令使用得当，并按模块化，功能化和标准化设计；在输入／输出点及内部器件的分配和使用上要有规律性；还应在一些功能段以一些特殊指令后作一些注释，以方便记忆和理解。一个可读性好的程序不仅便于设计者加深对程序的理解，便于修改和调试，而且还便于使用者读懂程序，便于调整功能和日常维护。
⑤可塑性
程序的可塑性是指当控制方案稍作改动时，只需对已设计好的程序略作修改即可，程序容易修改或控制方案容易改变是PLC的一大特点。因此，PLC可广泛应用于各种控制场合，特别适合在灵活多变的控制系统中应用。
4.1.2程序设计常用方法
要想顺利完成控制系统的设计，不仅要熟练掌握各种指令的功能及使用规则，还要学习如何编程，下面将介绍常用的几种方法。
一、逻辑设计法
逻辑设计法的基础是逻辑代数。当PLC控制系统主要对开关量进行控制时，使用逻辑设计比较方便。在程序设计时，利用系统输入和输出之间的信号状态表或系统工作时序图作为分析工具，对控制任务进行逻辑分析和综合。将控制电路中的元件的通断状态视为以触点通断状态为逻辑变量的逻辑函数，对经过化简的逻辑函数，利用PLC的逻辑指令可以顺利地设计出满足要求的且较为简练的控制程序。这种方法的设计思路清晰，所编写的程序易于优化，是一种较为实用可靠的程序设计方法。
二、顺序控制设计法
所谓顺序控制，就是根据生产工艺，按预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，使生产过程的各个执行机构自动地按顺序动作。顺序控制不仅广泛应用于中，小企业的加工，装配，检验，包装等工作的自动化中，而且在大型计算机控制的高度自动化工矿企业中，也是不可或缺的控制方式。
顺序控制设计法有一定的规律可循，所编写的程序易读、易检查、易修改，是常用的设计方法之一。使用顺序控制设计法的关键有三条：一是理顺动作顺序，明确各步的转换条件；二是准确地画出功能表图；三是根据功能表图正确地画出相应的梯形图，最后再根据某些特殊功能要求，添加部分控制程序。要想用好顺序控制设计法，重要的是熟练掌握功能表图的画法，以及根据功能表图画出相应梯形图的方法。
4.2系统梯形图程序设计
根据PLC的外部接线图及任务要求可以通过三菱GXWorkS2软件画出梯形图如图4-1所示。
设计体会及总结
随着公司的发展战略转移，对生产线的要求也是越来越高，最近一年多来我们公司对设备改造；改善投入了大量的人力；财力，目标和方向就让生产径流化；无人化发展。
通过这次设计，改善公司传统传送带简单的控制方式，增加了变频器报警输出，结合PLC，有效的预防液晶面板物流中，因为传送带故障，导致的挤压损坏，为公司避免不必要的损失。
由于公司相关设备，产品，对外保密，本人签有保密协定，因此没有整台实物图片。
感谢许多同事对我的支持和鼓励，感谢公司领导对我方案的认可，以及项目推进时给予的帮助！
参考文献
[1]田瑞庭主编.可编程控制器应用技术[M].北京：机械工业出版社
[2]王兆义主编.可编程序控制器教程[M].北京:机械工业出版社
[3]三菱变频器E说明书
[4]三菱FX3U系列PLC说明书