基于PLC的四节传送带控制系统设计资料.docx

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基于PLC的四节传送带控制系统设计资料

哈尔滨理工大学

机电一体化系统设计

课程设计说明书

设计题目:

四节传送带系统设计

专业:

机械电子工程

班级:

12级1班

学号:

1230120103

姓名:

常通帅

指导教师:

丁艳艳

二〇一五年十一月

哈尔滨理工大学荣成学院课程设计任务书

姓

名

常通帅

学

号

1230120103

班

级

机电12-1

专

业

机械电子工程

孙广顺

1230120119

设计题目

设计内容：

1、根据设计要求，确定系统总体方案；

2、结构设计：

（1）根据确定的总体方案，计算各部件的结构参数及电气参数；

（2）通过查阅手册和网络资源，选取性价比高的器件；

（3）画出系统的结构图或硬件电路图、接线图。

3、程序设计：

（1）根据系统功能要求，设计系统的软件流程，画出总体流程图，并划分为几个相对独立的功能模块；

（2）画出各功能模块的流程图，编写各功能模块程序；

（3）通过仿真方式模拟调试程序。

4、完成课程设计论文（字数不少于3500字。

）

任务分配：

总体方案、控制电路、软件编程：

机械结构：

编写说明书：

设计时间：

2015年11月23日至11月27日

答辩时间：

2011年11月28日

主要参考文献、资料：

摘要………………………………………………………………………………………….....…Ⅰ目录…………………………………………….………………………………………………......II

引言…………………………………………………………………….………………………..1

第一章可编程控制器的概述…………………………………………….……………………2

1.1可编程逻辑控制器（PLC）………………………………………….……………………2

1.2可编程逻辑控制器（PLC）的产生………………………………….……………………2

1.3可编程逻辑控制器的特点……………………………………………..…………………..3

1.4可编程逻辑控制器的分类………………………………………………..………………..5

1.5可编程逻辑控制器的的发展………………………………………………..……………..6

1.5.1国外的PLC的发展…………………………………………………..…………….6

1.5.2国内的PLC的发展…………………………………………………..…………….7

1.5.3PLC的展望……………………………………………………………...………….7

第二章可编程控制器的结构和原理……………………………………………….…………8

2.1可编程控制器的基本结构………………………………………………………...……….8

2.2可编程控制器的编程语言…………………………………………………………..……..9

第三章PLC与继电器，单片机的异同………………………………………………………12

3.1什么是PLC………………………………………………………………………………..12

3.2PLC与单片机的区别…………………………………………………………………….12

3.3PLC与继电器系统的异同…………………………………………………………...…….12

3.4PLC系统的设计……………………………………………………………………...…….13

3.4.1PLC的选型原则………………………………………………………………..…….13

3.4.2可编程顺序控制器的设计流程…………………………………………….……….14

3.5PLC的自动检测功能及故障诊断………………………………………………..………..15

3.5.1超时检测………………………………………………………………….………….15

3.5.2逻辑错误检查………………………………………………………….…………….16

第四章传送带的介绍……………………………………………………….……………….17

4.1传送带常见的故障由与维护……………………………………….…………………..17

4.1.1传送带常见的故障………………………………………………………………..17

4.1.2传送带跑偏………………………………………………………………………..17

4.2四级传送带的设计………………………………………………………………………18

4.2.1四级传送带的控制要求………………………………….………………………..18

4.2.2四级传送带的视图……………………………………..………………………….19

4.2.3输入、输出分配表…………………………………….…………………………..20

4.2.4电动机接线图………………………………………….…………………………..20

4.2.5PLC接线图…………………………………………...…………………………….21

4.2.6控制面板……………………………………………...……………………………21

4.2.7程序梯形图…………………………………………..…………………………….22

总结……………………………………………………………….……………………………..27

参考文献…………………………………………………………………………………………1

引言

可编程控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。

有着160年历史的西门子公司，同时作为自动化领域技术、标准与市场的领先者，以最先进的技术和产品，向用户提供具有先进、可靠的解决方案。

自从1996年提出崭新自动化理念——全集成自动化（TIA，TotallyIntegratedAutomation）以来，如何帮助广大的自动化工程师广泛深入地理解和掌握全集成自动化（TIA）的三个要素，即共同的通信、共同的组态与编程、共同的数据库。

可编程控制器是以微处理器为基础的通用工业自动控制装置，被称为现代工业自动化的支柱之一。

人机界面是操作人员与PLC之间进行对话和相互作用的接口设备。

人机界面要用专用的组态软件组态，由于人机界面品种的日益丰富和功能的不断增强，学习和掌握组态软件的使用方法需要花费大量的时间，但目前基本上还没有有关人机界面组态和应用的教材和书籍。

可编程控制器与以往那些基于文本的高级编程语言不同，它采用的是一种全新的梯形图和助记符编程方式，即用形象的图行符号和连线来代替一行一行的文本，这种编程序的方法使用起来比较简单方便，特别是对继电器控制电路有所了解的技术人员来说，就更容易使用梯形图语言。

可编程控制器最有优势的技术是软件开发环境，与传统程序设计语言不同，这类软件一般采用强大的图形化语言编程，面向测试工程师，而不是面向专业程序员，编程非常方便，人机交互界面非常友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力。

无疑是最好的选择。

面向对象思想在可编程控制器领域的应用和发展，极大地发展了现代仪器的设计方法和技术。

相信不久的将来，开发大型高度智能化的仪器也会象“搭积木”一样简单。

论文主要介绍了可编程控制器（PLC）的特点及应用领域，PLC的国内外发展状况，并就PLC的未来做出展望。

谈控制要求，PLC的定义，PLC的特点，PLC的编程语言，PLC控制系统的配置，PLC的应用领域，PLC的工作原理，PLC的结构，可编程控制器（PLC）与继电器控制的区别，PLC的国内外状况，PLC未来展望。

第一章可编程控制器的概论

1.1可编程序逻辑控制器（PLC）

可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的工业自动化控制装置。

目前，PLC已经基本代替了传统的继电器控制系统而广泛应用于工业控制的各个领域，成为工业自动化领域中最重要的控制装置。

PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:

一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

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。

可编程控制系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。

它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。

可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。

随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。

由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。

可编程控制器（PLC），是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。

具有可靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。

由此可见，用PLC控制的智能型舞台艺术灯比传统的舞台艺术灯控制优越的多。

1.2可编程序逻辑控制器（PLC）的产生

在可编程控器出现之前，工业生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器控制系统，其设备具有体积大、触点寿命低、可靠性差、接线复杂、改装麻烦、维护和排除故障困难等缺点，不能适应现代社会制造工业的飞速发展。

20世纪60年代，世界上第一台可编程序逻辑控制器诞生于美国的汽车制造领域，目的是用来取代继电器电气控制系统，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

随着计算机技术的不断发展，其功能逐渐扩大，不再是原来意义上的以逻辑控制为主，后来把“逻辑”二字去掉，称做可编程控器，曾经一度简称为PC，但是为了避免与个人计算机的简称相混淆，现在仍然把可编程控器简称为PLC。

提出PLC概念的是美国通用汽车公司。

当时汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，汽车的每一次改型都是直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。

随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样，继电器控制安装就需要经常的重新设计和安装，既费时，费工又费料。

为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出如下10项招标指标：

1）编程简单，可在现场修改程序。

2）维修方便，采用规模化结构。

3）可靠性高于继电器控制装置。

4）体积小于继电器控制装置。

5）可将数据直接送入计算机。

6）成本可与继电器装置竞争。

7）可直接用115V交流输入（美国市电为115V）.

8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等。

9）控制装置扩展时很方便。

10）用户程序存储器容量至少为4KB。

1969年末，美国数字设备公司DEC研制出了世界上第一台PLC美国通用汽车公司自动装配线上试用，并获得了成功。

这种新型的智能化工业控制装置很快在美国其他工业控制领域推广应用，至1971年，以成功的将PLC用于食品，饮料，冶金，造纸等行业。

PLC的出现受到了世界各国工业控制界的高度重视。

1971年日本从美国引进这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。

1973年西欧国家也研制出了它们的第一台PLC。

我国的PLC研制始于1974年，于1977年开始工业应用。

随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到20世纪70年代中期以后，PLC已广泛的发展为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用中，大规模甚至超大规模集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑判断能力，还同时具有数据处理，PID调节和数据通信功能。

国际电工委员会1987年颁布的可编程控制器标准草案中对PLC做了如下的定义：

“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程控制器的存储器，用来在其内部储存程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外围设备，都按照易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

1.3可编程控制器的特点

随着微处理器，计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。

PLC之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，PLC还有许多独特的优点。

它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠性、通用性、灵活性、使用方便等问题。

主要特点如下:

（1）可靠性高。

可靠性高是PLC最突出的优点之一。

PLC具有较高的可靠性是因为它采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路完成。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

（2）在设计制造过程中，抗干扰能力强，采用一系列硬件和软件抗干扰措施。

如:

硬件方面采用隔离、滤波、精选元器件等。

在微处理器与1/0电路之间采用光电隔离措施，有效地抑制了外部干扰对PLC的影响，同时可以防止外部高压进入CPU单元。

（3）应用灵活。

由于PLC己实现了产品的系统化、标准的积木式硬件结构和单元化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能复杂的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合。

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中的大量中间继电器、时间继电器、计数器及其它专用功能的器件，使控制系统的设计、安装、接线工作量大大减少。

（4）功能强，通用性好。

有丰富的Ｉ／Ｏ接口模块。

PLC不仅具有逻辑运算、定时、计数，顺序控制等功能，而且还具有A/D,D/A转换、数值运算、数据处理和通讯联网等功能；既可以对开关量进行控制，也可以对模拟量进行控制；既可以对单台设备进行控制，也可以对一条生产线或全部生产工艺过程进行控制。

PLC具有通信联网功能，可以实现不同PLC之间联网，并可以与计算机构成分布式控制系统。

（5）编程简单。

大多数PLC采用梯形图编程方式。

梯形图与传统的继电接触控制线路图有许多相似之处，与常用的计算机语一言相比更容易被操作者接受并掌握。

操作者通过阅读PLC操作手册，可以很快熟悉梯形图语言，并用来编制一般的用户程序，这也是PLC获得迅速普及和推广的重要原因之一。

（6）配套齐全，功能完善，适用性强。

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（7）易学易用，深受工程技术人员欢迎。

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（8）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（9）体积小，重量轻，能耗低。

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

1.4可编程控制器的分类

PLC按照输入和输出即I/O的点数多少可分为表1所表示的5种类型。

表1可编程控制器规模分类表

类型

I/O点数

存储器容量/KB

超小型

24以下

1～2

小型

24-256

2～8

中型

256-1024

8～16

大型

1024-8192

16～64

超大型

大于8192

64～256

PLC按结构形式分类可分为厢体式和模块式两种。

厢体式又称为单元式或整体式。

厢体式PLC将电源，CPU,I/0等都集中装在一个机箱内，结构紧凑，体积小，价格低。

一般超小型PLC都采用这种结构，小型PLC多数也属厢体式，它由不同I/O点数的基本单元和扩展单元组成。

基本单元内有CPU,I/O和电源，扩展单元内没有CPU。

基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。

模块式结构的PLC将各部分分成若干个单独的模块，如电源模块，CPU模块，I/O模块和各种功能模块。

一般大中型PLC都采用模块式结构。

有的小型PLC也采用模块式结构。

有的小型PLC也采用这种结构，因为模块式结构的PLC配置灵活，安装方便，便于扩展和维修。

1.5可编程序控制器的发展

1.5.1国外的PLC发展

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。

限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。

20世纪70年代初出现了微处理器。

人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。

为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。

此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。

更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。

20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。

这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。

这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。

这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。

从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。

1.5.2国内的PLC发展

我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。

最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。

接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。

目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。

上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。

此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。

可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。

1.5.3PLC未来展望

21世纪，PLC会有更大的发展。

从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

目前的计算机集散控制系统DCS（DistributedControlSystem）中已有大量的可编程控制器应用。

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

第二章可编程序控制器的结构和原理

2.1可编程序控制器的基本结构

PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器（CPU），存储器（RAM,ROM），输入输出接口电路（I/O接口），电源及编程设备几大部分构成。

一．中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU）是PLC的控制中枢。

PLC的CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键入的应用程序和数据，检查电源，存储器，I/O以及警戒定时器的状态，诊断用户程序的语法错误。

PLC中采用的CPU一般有三大类，一类为通用处理器，如80286，80386等，一类为单片机芯片，如8301，8096等，另外还有位处理器，如AMD2900,AMD2903等。

二．存储器

PLC是工业控制计算机，除了硬件以外，还必须有软件才能正常工作。

PLC的软件分两部分：

系统软件和应用软件。

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

RLC常用存储器的类型：

读写存储器（RAM），可擦除的只读存储器（EPROM）,电可擦除的只读存储器（EPROM）

三．输入/输出（I/O）

I/O接口有良好的光电隔离和滤波作用。

PLC的输出接口往往始于被控对象相连接，被控对象有电磁阀，指示灯，接触器，小型电动机等。

输入接口

各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种输入类型。

一种是直流（12~14）输入，另一种是交流（100~120V，200~240V）输入，第三种是交直流输入。

输出接口

PLC的输出有三种形式：

继电器输出，晶体管输出。

继电器输出型PLC

最为常用。

当CPU有输出时，接通输出电路中继电器的线圈，继电器的触点闭合，通过该触点控制外部负载电路的负载。

晶体管输出型PLC是通过光耦合器是晶体管截至或导通以控制外部负载电路，并同时PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。

四．电源

PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

模块的PLC，是独立的电源模块；整体式PLC电源集成在厢体内。

PLC的电源多为高精度的开关电源；掉电保护电路供电的后备电源多为锂电池。

五．编程器

编程器是PLC的重要外围设备。

编程器的主要任务是输入程序，编辑程序，调试程序，监控程序，还可以在线测试PLC工作状态和参数与PLC进行人机对话。

2.2可编程序控制器的编程语言

可编程序控制器可采用的编程语言大致可分为以下儿种:

梯形图（LAD）编程语言、功能块图（FBD）编程语言，指令语句编程语言和逻辑表达式编程语言。

（1）梯形图（LAD）编程语言

梯形图（LAD）是与电气控制电路图相呼应的图形语言。

它沿用了继电器、触电、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。

梯形图格式中的继