摘要：原公司項(xiàng)目部根據(jù)鐵路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求，需對(duì)鐵路建設(shè)用的砂石清洗后再進(jìn)行拌合站配比，以達(dá)到高速鐵路要求的混凝土標(biāo)準(zhǔn)。故我部將自行制作一臺(tái)供砂石清洗的設(shè)備。本文是對(duì)洗砂設(shè)備（以下稱洗砂機(jī)）電氣部分的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)根據(jù)控制要求等因素確定使用PLC（可編程控制器）作為核心控制器，用以替代復(fù)雜的繼電邏輯電路。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包含：洗砂機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)介、洗砂機(jī)電氣控制要求、電氣主回路設(shè)計(jì)、PLC輸入與輸出端子分配表、PLC梯形圖程序、控制系統(tǒng)原理圖與端子接線圖、電氣元件型號(hào)表等。關(guān)鍵字：洗砂機(jī) PLC控制一、洗砂機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)介洗砂機(jī)設(shè)備的組成：儲(chǔ)料箱、干砂輸送斜皮帶、砂料清洗滾籠、濕砂輸出斜皮帶、水泵、空壓機(jī)、照明燈等。各組成部分的作用：① 儲(chǔ)料箱：存放待洗砂料的裝置，當(dāng)清洗時(shí)使用氣缸打開(kāi)出料口，砂料即可漏出。② 干砂輸送斜皮帶：運(yùn)送干料滾籠的裝置，砂料從出料口漏出后落到斜皮帶上，由斜皮帶運(yùn)送干料到滾籠中進(jìn)行清洗。③ 砂料清洗滾籠：清洗砂料用傾斜安裝的圓柱形旋轉(zhuǎn)裝置，表面用鋼絲網(wǎng)籠罩。④ 濕砂輸出斜皮帶：將清洗后的砂料運(yùn)送砂料運(yùn)輸車上的裝置。砂料經(jīng)過(guò)清洗后滾落到斜皮帶上，由斜皮帶運(yùn)砂料車上。⑤ 水泵：清洗用水的動(dòng)力裝置。⑥ 空壓機(jī)：為出料口氣缸提供動(dòng)力的裝置。⑦ 照明燈：夜間工作時(shí)使用的場(chǎng)地照明裝置。二、洗砂機(jī)的電氣控制要求① 輸送、清洗系統(tǒng)自動(dòng)順序啟動(dòng)、順序停止。啟動(dòng)順序?yàn)闈窳闲逼А谩瓷皾L籠——干料斜皮帶。停止順序?yàn)楦闪闲逼А瓷皾L籠、水泵——濕料斜皮帶。② 輸送、清洗系統(tǒng)須在儲(chǔ)料箱出料口關(guān)閉狀態(tài)下才可進(jìn)行順序停止。③ 出料口的打開(kāi)、關(guān)閉由手動(dòng)控制。出料口的打開(kāi)須在輸送、清洗系統(tǒng)正常運(yùn)行后才可以進(jìn)行。緊急停止時(shí)應(yīng)能立刻關(guān)閉出料口。④ 當(dāng)輸送、清洗系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)盡可能不出現(xiàn)砂料積壓等情況，保證整個(gè)系統(tǒng)能夠安全有序的完成停止工作。⑤ 洗砂機(jī)檢修時(shí)應(yīng)分別能對(duì)水泵、干料斜皮帶、滾籠、濕料斜皮帶進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)控制，方便維護(hù)與檢修。⑥ 洗砂機(jī)非正常停止時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，報(bào)警時(shí)間為20秒。⑦ 安裝必要的電氣保護(hù)裝置，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。⑧ 裝設(shè)夜間工作照明燈。三、洗砂機(jī)主回路的設(shè)計(jì)洗砂機(jī)所用電氣負(fù)載表：

設(shè)備名稱

代號(hào)

功率（KW）

數(shù)量（臺(tái)）

使用場(chǎng)合

輸送電動(dòng)機(jī)

M1

3

1

干料輸送斜皮帶

滾籠電動(dòng)機(jī)

M2

3

1

旋轉(zhuǎn)滾籠

輸出電動(dòng)機(jī)

M3

3

1

濕料輸出斜皮帶

水泵

M4

3

1

清洗供水

空壓機(jī)

M5

5.5

1

出料口氣動(dòng)裝置供氣

照明燈

H

0.45

2

夜間照明

主回路原理圖如下：

如上圖所示，所有電氣設(shè)備由QF1作為總電源。其中M1、M2、M3三臺(tái)電動(dòng)機(jī)為輸送系統(tǒng)由QF2控制，水泵M4為供水設(shè)備由QF3控制，空壓機(jī)M5由QF4控制。另外，照明燈H由QF5控制，控制回路由QF6控制。所有電氣負(fù)載由交流接觸器作為控制手段，除照明燈外，其他電動(dòng)機(jī)安裝熱繼電器，以便在其出現(xiàn)過(guò)載的情況下通過(guò)PLC控制接觸器斷開(kāi)，達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的目的。關(guān)于主回路的設(shè)計(jì)PLC控制和繼電控制的主回路并沒(méi)有什么區(qū)別。PLC作為一種控制手段，主要作用是體現(xiàn)在控制回路當(dāng)中。相對(duì)于繼電控制故障多、可靠性差、工作壽命短、不利于檢修等缺點(diǎn)，PLC的高可靠性及便于維修、便于更改控制過(guò)程等特點(diǎn)，恰恰是取代傳統(tǒng)繼電控制的主要目的。四、洗砂機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案4.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則① 限度地滿足被控對(duì)象的控制要求?？紤]將來(lái)發(fā)展的要求，選擇PLC時(shí)，在I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量上留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。?保證控制系統(tǒng)安全可靠。③ 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用與維修方便。④ 設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)，使系統(tǒng)具有較高的性價(jià)比。4.2洗砂機(jī)PLC控制方案通過(guò)分析洗砂機(jī)的電氣控制要求，現(xiàn)設(shè)計(jì)具體控制：輸入側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)停止按鈕SB1和一個(gè)啟動(dòng)按鈕SB2來(lái)完成輸送、清洗系統(tǒng)的自動(dòng)順序啟動(dòng)與停止；設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)按鈕SA1來(lái)完成自動(dòng)與檢修的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，利用四個(gè)按鈕SB3、SB4、SB5、SB6來(lái)完成對(duì)各個(gè)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制；設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)按鈕SA2和空壓機(jī)的氣壓開(kāi)關(guān)SP來(lái)完成空壓機(jī)的啟動(dòng)與停止；設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)按鈕SA3控制場(chǎng)地照明燈；設(shè)計(jì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)按鈕SA4來(lái)完成出料口的打開(kāi)與關(guān)閉，利用兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2來(lái)判斷出料口的開(kāi)閉位置。利用熱保護(hù)器FR1、FR2、FR3、FR4、FR5的常閉觸點(diǎn)作為各電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的分?jǐn)鄺l件。輸出側(cè)有六個(gè)交流接觸器KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6和兩個(gè)小型繼電器KA1、KA2，它們的線圈兩端各并聯(lián)一組RC浪涌吸收器，以保護(hù)PLC的輸出觸點(diǎn)。KA1、KA2是出料口氣動(dòng)電磁閥的開(kāi)/閉動(dòng)作繼電器，它們之間裝設(shè)聯(lián)鎖保護(hù)。裝設(shè)一個(gè)聲光報(bào)警器HL作為洗砂機(jī)故障時(shí)的提示裝置。另外，急停按鈕SBJ的常閉觸頭控制PLC的電源，常開(kāi)觸頭與KA2的觸頭并聯(lián)控制關(guān)門(mén)電磁閥，以便進(jìn)行緊急停止時(shí)使出料口關(guān)閉，防止砂料堆積。4.3根據(jù)I/O接點(diǎn)數(shù)確定PLC的機(jī)型根據(jù)確定的I/O設(shè)備統(tǒng)計(jì)出輸入點(diǎn)為18個(gè)，輸出點(diǎn)為9個(gè)。根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)等因素決定采用三菱公司生產(chǎn)的FX2N-48MR-001作為洗砂機(jī)的控制器。該控制器為AC100/200V電源、外部接點(diǎn)DC24V輸入（內(nèi)部供電），I/O點(diǎn)數(shù)分配為：24輸入24輸出，8000步存儲(chǔ)容量，繼電器輸出型。對(duì)于洗砂機(jī)來(lái)說(shuō)該型號(hào)完全滿足工作要求。4.4編制I/O點(diǎn)分配表洗砂機(jī)I/O點(diǎn)分配表：

輸入點(diǎn)分配表

輸入設(shè)備

輸入端子號(hào)

輸入設(shè)備

輸入端子號(hào)

輸入電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)FR1

X0

自動(dòng)運(yùn)行停止按鈕SB1

X11

滾籠電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)FR2

X1

自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)按鈕SB2

X12

輸出電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)FR3

X2

輸入電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3

X13

水泵熱保護(hù)FR4

X3

滾籠電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)按鈕SB4

X14

空壓機(jī)熱保護(hù)FR5

X4

輸出電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)按鈕SB5

X15

檢修/運(yùn)行旋鈕SA1

X5

水泵點(diǎn)動(dòng)按鈕SB6

X16

空壓機(jī)啟/停旋鈕SA2

X6

空壓機(jī)氣壓開(kāi)關(guān)SP

X17

照明開(kāi)/關(guān)旋鈕SA3

X7

出料口打開(kāi)限位SQ1

X20

出料口開(kāi)/關(guān)旋鈕SA4

X10

出料口關(guān)閉限位SQ2

X21

輸出點(diǎn)分配表

輸出設(shè)備

輸出端子號(hào)

輸出設(shè)備

輸出端子號(hào)

輸送電動(dòng)機(jī)接觸器KM1

Y0

照明燈接觸器KM6

Y5

滾籠電動(dòng)機(jī)接觸器KM2

Y1

出料口開(kāi)門(mén)繼電器KA1

Y6

輸出電動(dòng)機(jī)接觸器KM3

Y2

出料口關(guān)門(mén)繼電器KA2

Y7

水泵接觸器KM4

Y3

聲光報(bào)警器HL

Y10

空壓機(jī)接觸器KM5

Y4

4.5繪制梯形圖根據(jù)I/O接點(diǎn)分配表和控制方案設(shè)計(jì)梯形圖。

圖 4.5——1圖 4.5——1的梯形圖包含三個(gè)方面的內(nèi)容：① 洗砂機(jī)的延時(shí)順序啟動(dòng)當(dāng)X5轉(zhuǎn)換為運(yùn)行檔位時(shí)，啟動(dòng)信號(hào)X12接通，Y2輸出繼電器工作，同時(shí)T0定時(shí)器工作。T0的設(shè)定時(shí)間為3s，這段時(shí)間是輸出電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間。延時(shí)3s后T0的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合控制Y3輸出繼電器工作，同時(shí)T1定時(shí)器工作。啟動(dòng)過(guò)程依次進(jìn)行下去，直T3定時(shí)器的延時(shí)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值。此，輸送、清洗系統(tǒng)的順序啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，洗砂機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。② 洗砂機(jī)的手動(dòng)控制當(dāng)X5轉(zhuǎn)換為檢修檔時(shí)，點(diǎn)動(dòng)信號(hào)X15（或X16、X14、X13）輸入，輸出繼電器Y2（或Y3、Y1、Y0）工作，雖然定時(shí)器同時(shí)工作，但是由于后續(xù)環(huán)節(jié)達(dá)不到啟動(dòng)條件，所以不用擔(dān)心下一環(huán)節(jié)的非正常啟動(dòng)。③ 洗砂機(jī)的熱過(guò)載分?jǐn)嗫刂茻徇^(guò)載的分?jǐn)嗫刂频脑O(shè)計(jì)原則是根據(jù)《洗砂機(jī)的電氣控制要求》第四條的規(guī)定。分析如下：當(dāng)輸送電機(jī)出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，則熱繼電器信號(hào)X0分?jǐn)啵瑪嚅_(kāi)Y0的回路控制，使輸送電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行。Y1、Y2、Y3繼續(xù)運(yùn)行直將清洗過(guò)的砂料運(yùn)送完畢。避免同時(shí)停止造成砂料堆積在皮帶上的現(xiàn)象。如此，當(dāng)后續(xù)的環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障時(shí)，不但本環(huán)節(jié)停止工作，而且前一環(huán)節(jié)也會(huì)立即停止運(yùn)行。但當(dāng)輸出電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)，為了防止更多的砂料落到地上，不可避免的將立刻停止整個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行。這時(shí)，排除故障后，運(yùn)用點(diǎn)動(dòng)手段，逐步清除皮帶上的余料后才可繼續(xù)正常運(yùn)行。

圖4.5——2圖4.5——2的梯形圖包含四個(gè)方面的內(nèi)容：① 洗砂機(jī)的順序停止洗砂機(jī)的順序停止需要結(jié)合圖4.5——1來(lái)分析，當(dāng)儲(chǔ)料箱出料口關(guān)閉后，接通X11停止信號(hào)，輔助繼電器M0、定時(shí)器T4、T5開(kāi)始工作。M0常閉信號(hào)控制Y0輸出繼電器斷開(kāi)，使輸送電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行；當(dāng)T4設(shè)定時(shí)間6s到達(dá)后，滾籠電動(dòng)機(jī)Y1和水泵Y3同時(shí)分?jǐn)啵Ｖ惯\(yùn)行；當(dāng)T5設(shè)定時(shí)間11s到達(dá)后，輸出電動(dòng)機(jī)Y2分?jǐn)?，停止運(yùn)行。同時(shí)，T5常閉分?jǐn)?，?fù)位停止時(shí)間設(shè)定程序。② 空壓機(jī)的運(yùn)行與停止當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行信號(hào)X6給定后，空壓機(jī)進(jìn)入預(yù)備運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)X17接通，輸出繼電器Y4工作，空壓機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)壓力高于設(shè)定值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)X17分?jǐn)?，輸出繼電器Y4斷開(kāi)，空壓機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)空壓機(jī)出現(xiàn)熱過(guò)載時(shí)，輸入信號(hào)X4迫使運(yùn)行程序中止，直到熱過(guò)載故障解除后方可恢復(fù)運(yùn)行。③ 場(chǎng)地照明燈的開(kāi)/關(guān)當(dāng)夜間工作時(shí)，需要開(kāi)啟場(chǎng)地照明。接通X7信號(hào)后，輸出繼電器Y5工作，照明燈開(kāi)啟。斷開(kāi)X7信號(hào)后，輸出繼電器Y5斷開(kāi)，照明燈關(guān)閉。④ 出料口的開(kāi)/閉出料口的開(kāi)/閉遵循的程序?yàn)椋合瓷皺C(jī)輸送電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后才可以打開(kāi)；輸送電動(dòng)機(jī)停止前或出現(xiàn)故障時(shí)關(guān)閉。出料口的打開(kāi)：當(dāng)輸送電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)延時(shí)T3閉合后，接通X10信號(hào)，輸出繼電器Y6工作，出料口打開(kāi)。當(dāng)打開(kāi)限位X20信號(hào)接通后，輸出繼電器Y6斷開(kāi)，出料口保持開(kāi)啟狀態(tài)。出料口的關(guān)閉：斷開(kāi)X10或輔助繼電器M1（安全輔助繼電器，見(jiàn)圖4.5——3）信號(hào)后，輸出繼電器Y7工作，出料口關(guān)閉。當(dāng)關(guān)閉限位X21信號(hào)接通后，輸出繼電器Y7斷開(kāi)，出料口保持關(guān)閉狀態(tài)。

圖4.5——3圖4.5——3的梯形圖是洗砂機(jī)的保護(hù)報(bào)警程序，M1為安全輔助繼電器，當(dāng)輸送電機(jī)、滾籠電機(jī)、輸出電機(jī)、水泵或空壓機(jī)的熱保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，輔助繼電器M1便分?jǐn)?。接通輸出繼電器Y10，發(fā)出聲光報(bào)警信息，同時(shí)接通定時(shí)器T6，設(shè)定時(shí)間為20s，當(dāng)時(shí)間到達(dá)后控制Y10分?jǐn)?，結(jié)束報(bào)警提醒。4.6繪制控制系統(tǒng)原理圖、端子接線圖見(jiàn)圖4.6——14.7編制主要電氣元件型號(hào)表

名稱

代號(hào)

型號(hào)

備注

斷路器

QF1

CDM1L-100M/mA

額定電流：50A

QF2

DZ47-32/3P D25

額定電流：25A

QF3

DZ47-32/3P D10

額定電流：10A

QF4

DZ47-32/3P D25

額定電流：25A

QF5

DZ47LE-32/2P C16 30mA

額定電流：16A

QF6

DZ47LE-32/2P C630mA

額定電流：6A

接觸器

KM1

CJX2-09/10M

線圈電壓：220V 50HZ

KM2

CJX2-09/10M

線圈電壓：220V 50HZ

KM3

CJX2-09/10M

線圈電壓：220V 50HZ

KM4

CJX2-09/10M

線圈電壓：220V 50HZ

KM5

CJX2-25/10M

線圈電壓：220V 50HZ

KM6

CJX2-18/10M

線圈電壓：220V 50HZ

熱繼電器

FR1

JRS1D-25

整定電流范圍：5.5～8A

FR2

JRS1D-25

整定電流范圍：5.5～8A

FR3

JRS1D-25

整定電流范圍：5.5～8A

FR4

JRS1D-25

整定電流范圍：5.5～8A

FR5

JRS1D-25

整定電流范圍：12～18A

小型繼電器

KA1

JZX-22F(D)/220～4Z6

觸電容量：240V3A

KA2

JZX-22F(D)/220～4Z6

觸電容量：240V3A

聲光報(bào)警器

HL

ND16-22FSAC220V

紅色、斷續(xù)報(bào)警型

可編程控制器

PLC

FX2N-48MR-001

額定電壓：220VAC

熔斷器

FU1

RT18-32

熔體：2A

FU2

RT18-32

熔體：2A

FU3

RT18-32

熔體：2A

按鈕、旋鈕

SBJ

LAY7-11ZS42

緊急停止鈕、紅色

SA1

LAY7-11X2022

旋鈕、黑色

SA2

LAY7-11X2022

旋鈕、黑色

SA3

LAY7-11X2022

旋鈕、黑色

SA4

LAY7-11X2022

旋鈕、黑色

SB1

LAY7-11BN42

平鈕、紅色

SB2

LAY7-11BN32

平鈕、綠色

SB3

LAY7-11BN22

平鈕、黑色

SB4

LAY7-11BN22

平鈕、黑色

SB5

LAY7-11BN22

平鈕、黑色

SB6

LAY7-11BN22

平鈕、黑色

接近開(kāi)關(guān)

SQ1

E2EQ-X15X1

DC：12-24V(脈動(dòng))

SQ2

E2EQ-X15X1

DC：12-24V(脈動(dòng))

圖4.6——1五、結(jié)束語(yǔ)通過(guò)兩年的運(yùn)行實(shí)踐來(lái)看，采用PLC控制的洗砂機(jī)在電氣上的故障非常少。在故障后檢測(cè)及維修的效率非?？?。由此可見(jiàn)，PLC在新設(shè)備制造、舊設(shè)備改造中，正不斷地得到人們的認(rèn)可。PLC的廣泛應(yīng)用將為各行業(yè)在工作效率、產(chǎn)品質(zhì)量等方面帶來(lái)更多的穩(wěn)定效益。鑒于本人的水平有限，敬請(qǐng)各位專家和評(píng)委給予指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)[1] 建主編 . 維修電工：技師、技師 . 北京：中國(guó)電力出版社，2009[2] 韓曉新主編 . 三菱FX系列PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.8本文作者：張新忠創(chuàng)作原因：職業(yè)鑒定（電工技師）聲明：未經(jīng)作者本人同意不得更改作者署名