PLC與變頻器在LCD面板物流傳送中的應用

三菱變頻器與PLC傳送帶系統設計

（液晶面板物流傳送中的應用）

姓名

工號

部門

職務

申報工種維修電工

申報等級技師

2020年10月

摘

要：

在液晶面板生產中，傳送帶的連續或間歇運動來輸送各種不同型號的產品，而在30寸以下液晶面板生產中，公司基本依賴傳送帶作為物流方式，因此在傳送帶設計時，要保證脆弱的液晶面板不會從疊，擠壓，否則會帶巨大損失。由於PLC為主構成的控制系統具有可靠性高、控制功能強大、價效比高等優點。同時變頻器具有對速度，故障自動檢測輸出等功能，是目前傳送帶控制的首選控制裝置，故本設計中採用PLC和變頻器集中控制的辦法。利用PLC簡單視覺化的程式，變頻器的速度和故障輸出功能，對傳送帶進行高安全，高效率控制，杜絕液晶面板從疊，擠壓，避免產品批次損壞造成重大損失。

關鍵詞：

高效安全傳送帶； PLC；變頻器；自動控制

概

述

1。1 選題的背景

1。2 PLC介紹選型

1。3變頻器介紹選型

1。4 課題研究目的和內容

1。5 課題研究的方案論證

傳送帶

控制系統

2。1 傳送帶電控原理

2。2 傳送系統控制要求

變頻器及

PLC

傳送帶安全控制系統硬體電路設計

3。1 主電路設計和接線圖

3。2 系統I/O分配 16

控制系統軟體設計

4。1 程式設計方法

4。2 系統梯形圖程式設計

設計體會及總結

參考文獻

1。1 選題的背景

隨著公司對生產線的要求也是越來越高，最近一年多來，我們公司對裝置改造投入了大量的人力財力，目標和方向就讓生產徑流\無人化發展，可靠，高效的傳送帶是物流的基礎保障。

在傳送帶設計時，要保證脆弱的液晶面板不會從疊，擠壓，否則會帶巨大損失。

本設計選擇三菱FX3U可程式設計控制器，三菱e700變頻器。由於三菱PLC程式市場佔有率高，通俗易懂、操作方便、實用性強，簡單易學。只要具有繼電器控制線路圖這方面的知識，就可以很快學會程式設計和操作，不存在計算機技術和傳統電器技術之間的專業“鴻溝”，系統擴充套件靈活，便於傳送帶分散式或集中式的控制系統。PLC的輸入口可與觸電式開關直接相連，輸出口與執行元件（接觸器、電磁鐵）相連，即在PLC的端子上接相應的輸入、輸出訊號線即可，使用非常方便。變頻器同樣如此，當控制要求改變時，要變更控制系統的功能，可用程式設計器修改程式。它還可以用於不同的受控物件只要輸入、輸出元件和應用的軟體不同而已，可與強電相連，並有較強的帶負載能力；體積小，重量輕便於安裝，有自檢和監控功能，能動態的監視控制程式的執行情況，為現場除錯提供方便。

用可編程式控制器來控制多臺傳送電機，需要考慮到電動機正反轉控制、多段速控制，故障輸出反饋，啟動停止時間等，為了實現任務要求的各項功能，還需在這個基礎上進行部分功能擴充套件，使得整個統的功能更加完善。當然，選擇這個課題並非只運用可程式設計控制器和變頻器相關知識，還要結合電路基礎和電子技術、電動機傳動原理、繼電器－接觸器控制系統課程的知識，運用它們來將該課題設計完成。

根據IEC標準草案給PLC下的定義：它是在工業環境中使用的數字操作的電子系統，它使用可程式設計儲存器內部儲存的使用者設計的指令，這些指令用來實現特殊的功能，諸如邏輯運算、順序操作、定時、計數以及算術運算以及透過數字或模擬輸入，輸出來控制各種型別的機械或過程。不論是PLC還是與它有關的外部裝置，都設計成容易整合在一個工業控制系統內，並且容易應用所有計劃中的功能。從上述PLC的定義，我們可以看到PLC的許多特點，概括起來有以下幾點：

（1）高可靠性

（2）豐富的I/O介面模組

（3）採用模組化結構

（4）程式設計簡單易學

（5）安裝簡單，維修方便

PLC不需要專門的機房，可以在各種工業環境下直接執行。使用時只需將現場的各種裝置與PLC相應的I/O端相連線，即可投入執行。各種模組上均有執行和故障指示裝置，便於使用者瞭解執行情況和查詢故障。

隨著PLC技術的飛躍發展，PLC系統已成為一種綜合的控制系統，特別是PLC己經深入到智慧控制領域中，如在機械手控制、機器人控制、實現離散數學模型等方面都獲得廣泛應用，使PLC技術已大大超出了過去僅代替繼電器電路的範疇。PLC的輸入輸出功能完善，效能可靠，能夠適應於各種形式和性質的開關量和模擬量訊號的輸入和輸出，從而使得PLC具備許多控制功能。

由於三菱在中國市場進入早，市場佔有率高，可高性，穩定性，外部擴充套件能力強，因此考慮價效比，設計選用三菱FX3U系列PLC

變頻器是由計算機控制電力電子器件，將工頻交流電變為頻率和電壓可調的三相交流電的電器裝置，用以驅動交流非同步（同步）電動機進行變頻調速。變頻器的出現，使交流電動機的調速變得和直流電動機一樣方便，並可由計算機聯網控制，因此，得到了廣泛的應用，其發展前景廣闊。

表1 變頻調速的效果

由三相非同步電動機轉子轉速公式：n=（1-s）60f1/p，三相非同步電動機的調速方式有：變頻（f1）調速、變極（p）調速和變轉差率（s）調速。

變頻器的調頻調壓原理：

1．調頻原理

2．調壓原理

綜上所述，變頻器的調頻調壓過程是透過控制三相調製訊號進行的。

二、變頻器的組成

變頻器是由計算機控制大功率開關器件將工頻交流電變為頻率和電壓可調的三相交流電的電器裝置。由主電路和控制電路兩大部分組成，主電路包括整流及濾波電路、逆變電路、制動電阻和制動單元，控制電路包括計算機控制系統、鍵盤與顯示、內部介面及訊號檢測與傳遞、供電電源和外接控制端子等。

三、變頻器的分類

1．按變換環節分為，交-直-交型和交-交型兩種。

2．按改變變頻器輸出電壓的方法分為，PAM調製和PWM調製（即脈衝幅度調製和脈衝寬度調製）兩種。

3．按電壓等級分為，低壓型（220~460V）和高壓型（3KV、6KV和10KV）兩類。

4．按濾波方式分為，電壓型和電流型兩種。

5．按用途分為，專用型和通用型兩種。

四、本次設計採用三菱E700 220V 50/60HZ

1．面板操作（FR-E700）

2、變頻器的端子

端子說明：

本設計中涉及變頻器引數一覽表，其它引數保持預設值

1。4 課題的研究目的和內容

傳送帶控制系統的設計是一個很傳統的課題，隨著各種先進控制儀器的出現，傳送帶控制的設計方案也越來越先進，越來越趨於完美，各種參考文獻也數不勝數。

傳送帶是在輸送裝置中是最常用的一種傳輸機構。該機種具有結構簡單，經濟方便，使用可靠，傳輸平穩，輸送量大，效率高，低噪音等優點。其形式多樣，適用範圍廣，特別適合一些散碎原料與不規則物品的輸送。廣泛應用於輕工，電子，食品，化工，木業，機械等行業。它具有輸送平穩，物料與輸送帶沒有相對運動，能夠避免對輸送物的損壞。噪音較小，適合於工作環境要求比較安靜的場合等特點。結構簡單，便於維護。能耗較小，使用成本低。由於可程式設計控制器（簡稱PLC）將其系統的繼電器技術，計算機技術和通訊技術融為一體，以其可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、以及程式設計簡單、維護方便、通訊靈活等眾多優點，廣泛應用於工業生產過程和裝置的自動控制中。PLC不僅能實現複雜的邏輯控制，還能完成定時、計算和各種閉環控制功能。加上變頻器，設定效能完善、質量可靠、技術先進的可程式設計控制器PLC控制傳送帶監控系統，可以實現高自動化的傳送帶的集中控制（包括遙控）及保護。此次設計的課題內容即為公司用變頻器/PLC改善傳送帶控制系統。

利用PLC可程式設計控制器來控制，再加上變頻器組成的控制部分。這個方案是利用了PLC的高可靠性和變頻器的簡單化，整個系統的動作均由可程式設計控制器控制，控制部分的訊號通道由PLC和按鈕開關來控制，這是為了保證電機動作的準確性。本方案還利用變頻器故障檢測輸出，確保整個系統的安全性。

1。5 系統設計的基本步驟

可程式設計控制器應用系統設計與除錯的主要步驟，如圖1-3所示。

（1）深入瞭解和分析被控物件的工藝條件和控制要求

①被控物件就是受控的機械、電氣裝置、生產線或生產過程；

②控制要求主要指控制的基本方式、應完成的動作、自動工作迴圈的組成、必要的保護和聯鎖等。對較複雜的控制系統，還可將控制任務分成幾個獨立部分，這種可化繁為簡，有利於程式設計和除錯。

圖1-3可程式設計控制器應用系統設計與除錯的主要步驟

（2）確定 I/O 裝置

根據被控物件對PLC控制系統的功能要求，確定系統所需的輸入、輸出裝置。常用的輸入裝置有按鈕、選擇開關、行程開關、感測器等輸出裝置有指示燈，變頻器。

（3）選擇合適的PLC型別

根據已確定的I/O裝置，統計所需的輸入訊號和輸出訊號的點數，選擇合適的PLC型別，包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模組的選擇、電源模組的選擇等。

（4）分配 I/O 點

分配PLC的輸入輸出點，編制出輸入／輸出分配表或者畫出輸入／輸出端子的接線圖。接著就可以進行PLC程式設計，同時可進行控制櫃或操作檯的設計和現場施工。

（5）設計應用系統梯形圖程式

根據工作功能圖表或狀態流程圖等設計出梯形圖即程式設計。這一步是整個應用系統設計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設計的實踐經驗。

2。1 傳送帶的電控原理

傳送帶的連續或間歇運動來輸送各種輕重不同的產品，設計中以公司某工位的四節液晶面板傳送帶為例，其示意圖如圖2-1所示。

圖2-1 四節傳送帶示意圖

2。2傳送系統，控制要求

1。啟動時，依據傳送帶前進方向，每節安裝有物料感應SENSOR，同時配有串聯急停開關

2。故障、待機、緊急停止時，全部立即停止，紅燈

3。設有定時待機功能，節能要求，待機黃燈

4．四個變頻器全部設定故障檢測輸出

5。當變頻器出現報警時，報警訊號輸出給PLC，PLC 1S內給變頻器一次復位訊號，如果復位成功，傳送帶繼續執行，否則全部停止，報警紅燈。

6．綠燈正常執行

傳送帶安全控制系統

硬體電路

設計

3。1 主電路設計

本次設計中四節傳送帶，故需要四個電機來拖動，同時需要四個變頻器驅動，具體的主電路接線圖如圖3-1所示。

3。2 系統I/O分配

3。2。1 系統I/O點的設定原則

一般輸入點和輸入訊號、輸出點和輸出控制是一一對應的。分配好後，按系統配置的通道與接點號，分配給每一個輸入訊號和輸出訊號，即進行編號。在個別情況下，也有兩個訊號用一個輸入點的，那樣就應在接入輸入點前，按邏輯關係接好線（如兩個觸點先串聯或並聯），然後再接到輸入點。

（1）確定I/O通道範圍

（2）內部輔助繼電器

（3）分配定時器／計數器

3。2。2 系統I/O分配表

根據變頻器及PLC傳送帶安全控制系統設計的控制要求可得出系統的I/O介面分配情況，如表3-2所示。

4。1 程式設計方法

4。1。1 PLC程式設計的基本要求

編制一個較好的PLC控制程式一般需要注意以下幾個方面：

①正確性

一個程式必須經過實際檢驗，以證明其執行的正確性，這是對PLC程式最基本的要求。而正確，規範地使用各種指令，正確合理地使用各類部件，則是程式正確的重要因素。

②可靠性

PLC程式不僅要正確，而且要可靠。可靠性反映了PLC在不同工作狀態下的穩定性，這也是對程式設計的基本要求。有的使用者程式在正常的工作條件下，或合乎邏輯要求的操作情況下能正常工作，但當出現非正常工作情況，或進行非法操作後，程式就不一定能正常工作了。所以為保證PLC的正常工作，使PLC能應付各種非正常的突發事件，提高實際應用中的可靠性是非常重要的。

③合理性

PLC程式的合理性主要表現在兩個方面：一是應儘可能使使用者程式簡短；二是應儘可能縮短掃描週期，提高輸入／輸出響應速度。

④可讀性

系統的可讀性好，是指程式要層次清晰，結構合理，指令使用得當，並按模組化，功能化和標準化設計；在輸入／輸出點及內部器件的分配和使用上要有規律性；還應在一些功能段以一些特殊指令後作一些註釋，以方便記憶和理解。一個可讀性好的程式不僅便於設計者加深對程式的理解，便於修改和除錯，而且還便於使用者讀懂程式，便於調整功能和日常維護。

⑤可塑性

程式的可塑性是指當控制方案稍作改動時，只需對已設計好的程式略作修改即可，程式容易修改或控制方案容易改變是PLC的一大特點。因此，PLC可廣泛應用於各種控制場合，特別適合在靈活多變的控制系統中應用。

4。1。2 程式設計常用方法

要想順利完成控制系統的設計，不僅要熟練掌握各種指令的功能及使用規則，還要學習如何程式設計，下面將介紹常用的幾種方法。

一、邏輯設計法

邏輯設計法的基礎是邏輯代數。當PLC控制系統主要對開關量進行控制時，使用邏輯設計比較方便。在程式設計時，利用系統輸入和輸出之間的訊號狀態表或系統工作時序圖作為分析工具，對控制任務進行邏輯分析和綜合。將控制電路中的元件的通斷狀態視為以觸點通斷狀態為邏輯變數的邏輯函式，對經過化簡的邏輯函式，利用PLC的邏輯指令可以順利地設計出滿足要求的且較為簡練的控制程式。這種方法的設計思路清晰，所編寫的程式易於最佳化，是一種較為實用可靠的程式設計方法。

二、順序控制設計法

所謂順序控制，就是根據生產工藝，按預先規定的順序，在各個輸入訊號的作用下，使生產過程的各個執行機構自動地按順序動作。順序控制不僅廣泛應用於中，小企業的加工，裝配，檢驗，包裝等工作的自動化中，而且在大型計算機控制的高度自動化工礦企業中，也是不可或缺的控制方式。

順序控制設計法有一定的規律可循，所編寫的程式易讀、易檢查、易修改，是常用的設計方法之一。使用順序控制設計法的關鍵有三條：一是理順動作順序，明確各步的轉換條件；二是準確地畫出功能表圖；三是根據功能表圖正確地畫出相應的梯形圖，最後再根據某些特殊功能要求，新增部分控制程式。要想用好順序控制設計法，重要的是熟練掌握功能表圖的畫法，以及根據功能表圖畫出相應梯形圖的方法。

4。2 系統梯形圖程式設計

根據PLC的外部接線圖及任務要求可以透過三菱GX WorkS2軟體畫出梯形圖如圖4-1所示。