1、 湖南工业职业技术学院 Hunan Industry Polytechnic 类别 毕业 设计 题目 四节传送带 PLC 控制系统设计 系名称 电气工程系 专业及班级 机电 S2012-8 班 学 生 姓 名 冯 奇 学号 09 指 导 教 师 张志田老师、 李鄂湘 老师 摘 要 可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，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。 现今的社会，科 技发展迅速，在工业方面，计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新
2、技术推动了 PLC的发展。今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为可编程控制器的小电脑在为我们服务，可编程控制器在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测、控制领域的应用中独占鳌头。本四级传送带电路采用 PLC 为控制核心，具备顺序起动和顺序停止功能，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止的自动控制等功能。利用本次设计，初步掌握 PLC 的基本控制功能，学会运用 PLC，控制基本工业控制。 本课题是用 PLC 模拟四节传送带的工作。用 PLC控制传送带具有程序设计简单、易于操作和理解、能够实现多种功能等优点。此系统能够实现四节传送带的倒序启动和顺序停止以及
3、故障、重物处理等功能 关键词： PLC 传送带 皮带机 控制技术 储存程序 四节传送带 PLC 控制系统设计 目 录 摘要 2 页 前言 6 页 第一章： PLC 与四节传送带的概述 7 页 1.1： PLC 概述 8 页 1.1.1： PLC 起源 8 页 1.1.2： PLC 的基本组成和各部分作用 8-9 页 1.1.3： PLC 的功能 9 页 1.2： 四节转送带的概述 9 页 1.2.1：四节传送带的起源 9 页 1.2.2：四节转送带的发展 9 页 1.2.3：四节传送带的功能 10 页 第二章：元器件的选择 11 页 2.1： PLC 的远型 11 页 2.2：电器元件的选择
4、12 页 第三章：系统的硬件设计 13 页 3.1：系统的硬件分析 13 页 3.2：电机驱动控制 13 页 3.2.1：电机选择 13 页 3.2.2：检测元件选型 14 页 3.2.3：传感器的选型 15 页 3.2.4：低压电器的选型 16 18 页 3.3：电源选型 19 页 3.4：人机接口设计 19 页 3.5：电路工作过程 20-21 页 第四章：系统软件设计 22 页 4.1：本设计的具体控制流程图 22-23 页 4.2： I/O 分配表 24 页 4.3： I/O 接线图 24 页 4.4：程序设计 25 33 页 4.5：指令表设计 33 38 页 第五章：系统的调试 3
5、9 页 5.1：软件部分调试 39 页 5.2：硬件部分调试 39 页 总结 40 页 致谢 41 页 参考文献 42 页 四节传送带 PLC 控制系统设计 前 言 随着科技的飞速发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中， PLC 具有广泛的应用。 PLC 的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。 PLC 总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。 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
6、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，可以实现高自动化的传送带机的集中控制及保护。而对于基于 PLC 的传送带的研究和设计正是目前工业生产中所需要的。 本次毕业设计是应用 S7-200PLC 控制四节传送带系统的硬件电路，并利用 OB1 的梯形图控制程序设计。通过 控制 S7 200 PLC 的定时继电器的功能来实现四条皮带的运行。它以成本低、大量节省人力、物力、财力、故障少、可靠性高、工作寿命长为优势，具有很强
7、的竞争力。 第 一 章 :PLC 与 四节传送带的说明 1.1： PLC 的概述 1.1.1： PLC 的起源 PLC 是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自 1836 年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑或顺序控制。上世纪 60 年代末，它不断吸收微计算机技术 使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求， PLC 技术出现并快速发展。目前， PLC 在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，具有逻辑判断、定时、计
8、数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及 PID 回路调节等功能的现代 PLC。 1.1.2： PLC 的基本组成和各部分 作用 可编程序控制器 英文称 Programmable Controller 简称 PC。但由于 PC 和个人计算机 Personal Computer 混淆故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置 专为在工电 源电 源 接 口中 央 处 理 器存 储 器输入输出外 部 设 备 接 口编 程 器 其 他图 1-1 PLC 的基本结构图 业现场应用而设计它采用可编程序的存储器用以在其内部存储区域执行逻辑运算、顺
9、序控制、定时 /计数和算术运算等操作指令 并通过数字式或模拟式的输入、输出接口控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物 它克服了继电器控 制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性 低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点 充分利用了微处理器的优点又照顾到现场操作维修人员的技能与习惯特别是 PLC 程序的编制 不需要专门的计算机编程语言知识而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式使用户程编制形象、直观、方便易学调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后 只需按说明书的提示做少量的接线和简易的用户程序的编制工作就可灵活方便地将 PLC 应用于生产
10、实践。 本课题是用 PLC 模拟四节传送带的工作。用 PLC 控制传送带具有程序设计简单、易于操作和理解、能够实现多种功能等优点。此系统能够实现四节传送带的倒序 启动和顺序停止以及故障、重物处理等功能。 PLC的硬件主要由中央处理器（ CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口、电源等几部分组成。其中， CPU 是 PLC 的核心；输入单元 /输出单元是 CPU 与现场输入 /输出设备之间的接口电路；通信接口用于连接编程器、上位计算机等外部设备 . 从广义上说， PLC 也是一种工业控制计算机，只不过比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言
11、。所以 PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（ CPU）、存储器、输入 /输出（ I/O）接口、 电源等。 a) 中央处理单元（ CPU） 中央处理单元（ CPU）是 PLC 的控制中枢。它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、 I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映像区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行
12、完毕之后，最后将 I/O 映像区的各输出状态或输出寄存器 内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 b) 存储器 PLC 系统中的存储器配有系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器用于存放 PLC 生产厂家编写的系统程序，并固化在 PROM 或 EPROM存储器中，用户不可访问和修改。用户程序存储器可分为三部分：用户程序区、数据区、系统区。用户程序区用于存放用户经编程器输入的应用程序。数据区用于存放
13、 PLC在运行过程中所用到的和生成的各种工作数据。系统区主要存放 CPU 的组态数据。 c) 输入、输出单元 输入、输出单元是可编程序控制器的 CPU 与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。输入单元将现场的输入信号，经过输入单元接口电路的转换，变换为中央处理器能接受和识别的低电压信号，送给中央处理器进行运算；输出单元则将中央处理器输出的低电压信号变换为控制器件能接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、电磁阀、电磁开关等。 d) 编程器 编程器是 PLC 重要的外部设备。它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。 电源单元 电源单元是 PLC 的电源供给部分。它的作用是把外
14、部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源 1.1.3： PLC 的功能 1、数据采集与输出。 2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。 3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、 PID 运算、滤波等。 4、输入 /输出接口调理功能。具有 A/D、 D/A 转换功能，通过 I/O 模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 5、通信、联网功能。现代 PLC 大多有 RS232 或 RS485 接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC 可彼此间 联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换。 6、支持人间界面功能
15、。提供操作者以监视机器 /过程工作必需的信息。允许操作者和 PC 系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程 。 1.2：四节传送带概述 1.2.1:四节传送 带的起源 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。此后，传送带输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技
16、术的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。 1.2.2： 四节传送带的发展 未来传送带设备的将向着大型化发展、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。大型化包括大输送能力、单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长 度已达 440 公里以上带式输送机的单机长度已近 15 公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃
17、性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的传送带设备。 本论文设计了一个多级皮带传输系统，它多用于处于复杂地形的大型工业厂矿。系统采用可编程控制器（ PLC）做下位机控制，上位机则采用工业通用组态软件 “组态王”设计控制界面，并最终完成上下位机的通信以 达到直观方便的控制效果。多级皮带传输系统凭借它自身的特点和优势在现代工业中有着重要的作用和地位，最典型的应用就是我们常说的输煤系统。输煤系统的组成部分包括给煤机、皮带、破碎机、三通、卸料器等。我们采用 PLC 对此系统进行顺序控制。 1.2.3： 四节传送带的功能 生 产生活中，很多地方会用到皮带传送，如粮站运送粮食、工矿企
18、业运送石料，给人们带来了很大方便，既省时又省力。随着 PLC 控制技术的普及，大大提高了皮带传送系统的可靠性，减少了控制装置的体积，维修维护也更加方便 按钮分配和实物模型如下： 要求： 1.四台皮带传送机分别由 4台交流电电动机 M1、 M2、 M3、 M4 拖动，按下启动按钮后，为了减少 4 台电动机同时启动对电网造成的冲击，应该按照物料传送方向逆序启动，启动顺序为 M4、 M3、 M2、 M1.启动间隔 5 秒。 2.为防止物料在皮带上滞留，应按照物料传送方向顺序停车，停止顺序为M1、 M2、 M3、 M4，间隔 5秒。 3.当某条皮带机故障时，该皮带机及前面的皮带机立即停止，而后面的皮带机待料运完后自动间隔停止（ 5 秒） 4.发生紧急情况时，可按紧急停车按钮，电动机 M1、 M2、 M3、 M4 同 时停车。 注：故障设置可用开关来模拟，电机的停止和运行用灯泡或者发光二极管
