1、 I 本科毕业论文 题 目： 基于 PLC 的物料运送控制系统的设计 学 院： 机电工程学院 专 业 : 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 完成时间： 2015 年 4 月 目录 II 摘要 随着经济快速发展，各行各业对生产运输效率提出了越来越高的要求。各个企业为了提高生产效率和市场竞争力，采用了机械化流水线作业的生产运输方式。企业中原有的人力体力劳动需要被自动化设备替代。在各种生产运输企业中，物料运送控制系统是非常重要的环节。尤其在恶劣通用的环境以 及特殊的条件要求下，自动化的设备运输显得尤为重要，自动化生产运输具有简单高效、操作精准、抗干扰能力强等优点。 随着电力电子技术以及控制技
2、术的发展，交流变频调速在工业电机拖动领域得到了广泛应用；可编程控制器 PLC 作为替代继电器的新型控制装置，简单可靠，操作方便、通用灵活、体积小、使用寿命长且功能强大、容易使用、可靠性高，常常被用于现场数据采集和设备的控制；组态软件技术作为用户可定制功能的软件开发平台工具，可实现显示电机转速，可实现远程调速控制，在 PC 机上可开发友好人机界面，通过 PLC 可以对自动化设备进 行“智能”控制。在此，本次设计就是基于 PLC 的变频器调速系统。将现在应用最广泛的 PLC 和变频器综合起来主要功能实现了变压变频调速。 关键词 ：物料运送控制系统；可编程控制器；变频器调速 Abstract III
3、 ABSTRACT With the rapid development of economy, all walks of life put forward higher requirements on the production of transportation efficiency. Individual enterprises in order to improve the production efficiency and the market competitive power, adopts the mechanized production line the producti
4、on mode of transport. Enterprise original human manual labor needs to be automated equipment replacement. Enterprise original human manual labor needs to be automated equipment replacement. In various production and transportation enterprises, material handling control system is a very important lin
5、k. Especially in the harsh environment particularly important,automation of production transportation has the advantages of simple operation, high precision, strong anti-interference ability etc. With the development of power electronic technology and control technology, AC variable frequency speed
6、regulation is widely used in the field of industrial motor; programmable controller PLC as the model to replace the relay control device, is simple and reliable, operation is convenient, universal and flexible, small volume, long service life and powerful, easy to use, high reliability, is often use
7、d for control of field data acquisition and equipment; configuration software technology as the user tool software development platform customization function, can display the motor speed, can realize remote speed control, can develop the friendly man-machine interface on the PC, through the PLC can
8、 be“smart“ control of automation equipment. Here, the design is based on the frequency control system of PLC. The most widely used PLC and together the main function of the realization of the variable frequency speed regulation Key words: material handling control system ;PLC;AC variable frequency s
9、peed regulation 目录 IV 目 录 1.引言 . 1 1.1 本课题研究的内容及意义 . 1 1.2 物料运送的起源和发展 . 2 1.3 系统设计的总体思路 . 2 2.对 PLC、变频器、电机的选型 . 2 2.1 PLC 的了解和选型 . 3 2.1.1 PLC 的组成 . 3 2.1.2 PLC 工作原理 . 3 2.1.3 PLC 的选择 . 5 2.2 变频器的了解和选择 . 7 2.2.1 变频器的组成 . 7 2.2.2 变频器的调速原理 . 8 2.2.3 变频器的选择 . 8 2.3 电机的选择 . 9 2.4 检测元件选型 . 10 2.4.1 传感器量程
10、的选择 . 10 2.4.2 传感器精度等级的选择 . 10 2.4.3 传感器环境适应性选择 . 11 2.5 低压电器选型 . 12 2.5.1 电磁式继电器的选择 . 12 2.5.2 熔断器的选择 . 13 2.5.3 塑壳式断路器的选用 . 15 2.6 电源选型 . 17 2.7 PLC 控制变频器的启动、停止、调速 . 17 2.7.1 地址分配图 . 17 2.7.2 变频器设置 . 18 目录 V 2.7.3 控制系统的接线原理图 . 19 2.7.4 梯形图 . 20 3.物料运送系统的设计 . 22 3.1 物料运送系统传送带实验模型图 . 22 3.1.1 控制流程图
11、. 23 3.2 程序设计思路 . 24 3.3 输入输出地址分配表 . 24 3.4 主机接线图 . 错误 !未定义书签。 3.5 PLC 主机及扩展模块接线图 . 26 3.6 梯形图 . 27 4.控制系统软件设计 . 33 4.1 人机接口设计 . 33 4.2 显示操作界面设计 . 34 结 束 语 . 40 参考文献 . 41 致谢 . 42引言 1 1 引言 随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，机械工业手传送带工作单元的设计方案也越来越先进越来越趋于完美。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高实现工件的拆卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的
12、自动化，已越来越引起人们的重视，同时也要求供料机构更加灵活、柔性化。对机械手的的控制系统提出了更高要求，原来的继电器控制方式已经逐渐不能满足生产的需要。可编程控制器 PLC 控制性更强、应变 更灵活，已经逐渐取代继电器控制系统成为新的控制方式。可编程控制器（简称 PLC）由于其将系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以及其可靠性高、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。设置性能完善质量可靠、技术先进的可编程控制器 PLC 控制皮带运输系统，可实现
13、高自动化的传送带机的集中控制及保护。 1.1 本课题研究的内容及意义 可编程控制器（ PLC）可编程控制器是 一种工业控制计算机，是继续计算机、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动装置。它具有抗干扰能力强，价格便宜，可靠性强，编程简朴，易学易用等特点，在工业领域中深受工程操作人员的喜欢，因此 PLC 已在工业控制的各个领域中被广泛地使用。 本课题主要以 PLC 为控制核心，通过与变频器的连接进而控制电机的顺序启动逆序停止。当出现故障时 PLC 能及时采集到故障信息从而进行判断做出下一步的指示，实现物料运送系统的自动化运行。 PLC 的相关设计是自动化专业的重要的实践性教学环节。本课程设计的目
14、的是使我们掌握以西门子 S7-200 为控制核心，进而控制变频器和电机的运行，并能利用指令进行程序设计，初步掌握利用 PLC 进行控制系统设计、开发的方法。通过实验操作，能进一步巩固和加深我对所学理论知识的理解，不仅可以培养我引言 2 的设计、制作 PLC 控制系统的能力和独立分析问题、解决问题的能力，还可以培养大学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术报告的能力，理论知识应用于实践的能力。为今后工作打下坚实的基础。 1.2 物料运送的起源和发展 17 世纪中，美国开始用架空索道传送散状物料； 19 世纪中叶，各种现代结构的传送带输送机相继出现。皮带式传送带设 备 1868 年，在英
15、国出现了皮带式传送带输送机； 1887 年，在美国出现了螺旋输送机； 1905 年，在瑞士出现了钢带式输送机； 1906 年，在英国和德国出现了惯性输送机。未来传送带设备将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。 1.3 系统设计的总体思路 1. PLC 控制变频器 和电机的正转、反转 、 停止、 调速 2. 物料运送系统的设计 本设计用变频器来驱动物料运送的电机，外面接有称重传感器来检测外部信号，如果有故障产生，外部传感器会及时反馈外部信息，从而使 PLC 及时做出相应的控 制动作。设计采用报警电铃和信号灯的装置，工作信号指示灯及报警电铃安装在 PLC
16、输出端子，故障报警指示灯安装在变频器 MM440 开关量输出端 NO、COM 端，压力传感器连接 PLC 模拟量输入模块作为信号采集，其流程图如图 1-1： 图 1-1 流程图 对 PLC、变频器、电机的选型 3 2 对 PLC、变频器、电机的选型 2.1 PLC 的了解和选型 2.1.1 PLC 的组成 1.中央处理单元 , 中央处理单元一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。 CPU 通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入 /输出接口相连。 2.存储器 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放由 PLC 生产厂家编写的系统程序，并
17、固化在 ROM 内用户不能随便更改。它使 PLC 具有基本都是功能，能够完成 PLC 设计者规定的各项工作。用户存储器包括用户程序存储器和用户 数据存储器两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体任务用规定的 PLC 编程语言编写的应用程序 3.输入 /输出单元 PLC 的输入和输出信号类型可以是开关量，模拟量。输入 /输出接口单元包含两部分，一部分是与被控设备相连接的接口电路，另一部分是输入和输出的映像存储器。 4.电源部分 PLC 一般使用 220V 的交流电源或 24V 直流电源，内部的开关电源喂 plc的中央处理器、存储器等电路提供 5V、 +-12V、 24V 等直流电源，整体式的小
18、型PLC 还提供一定容量的 24V 电源，供外部有源传感器使用。 5.扩展接口 扩 展接口用于将扩展单元活功能模块与基本单元相连，是 PLC 的配置更加灵活，以满足不同控制系统的需要。 对 PLC、变频器、电机的选型 4 6.通信接口 些 PLC 配有一定的通信接口。 PLC 通过这些通信接口可以与显示设定单元、触摸屏、打印机相连，提供方便人机交互途径；也可以与其他 plc、计算 机及现场总线网络相连，组成多机系统或工业网络控制系统。 7.编程设备 使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可实现不同的变成语言的相互转换。 8.其他部件 需要时 PLC
19、可以存储卡、电池卡等。 2.1.2 PLC 工作原理 PLC 是按集中输入，集中输出，周期性循环扫描方式进行工作的。每一次的扫描所用的时间叫扫描周期或者工作周期。 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC 的一个扫描周期必经输入采样、程 序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在
20、输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 PLC 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器 、晶体管或晶闸管）对 PLC、变频器、电机的选型 5 输出，驱动相应输出设备工作 。其工作流程图如图 2-1： 图 2-1 PLC 工作流程图 2.1.3 PLC 的选择 PLC 的选择要根据设计能容的要求标准，整个系统流程的特点及要求是选择 PLC 型号的关键。 PLC 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应，并且它要与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能。选择 PLC时，要分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，所需存储器容量、估算输入输出点数、确定 PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。
