基于PLC的生产线输送带控制系统设计毕业设计论文.docx

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基于PLC的生产线输送带控制系统设计毕业设计论文

摘要

目前，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。

其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。

对于输送带的控制，它的控制形式也多种多样，它可以由单片机，PLC，以及计算机来控制，以前都采用接触继电器控制系统。

而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。

PLC因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。

根据所学知识和文献资料对基于PLC的生产线输送带控制系统设计所采用的方法是PLC集中控制的办法，利用PLC内部存储来执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并采用数字量，模拟量的输入和输出来完成控制过程，从而实现对传送带的智能控制。

而且PLC能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，使PLC和组态控制软件的联系更加紧密，使其模拟量控制、位置控制控制等使其远程通信功能更加完善。

因此本次设计选择了用PLC来控制输送带的整个运行过程，利用PLC简单可视化的程序，实现自动控制的目的。

PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护带式输送机。

关键词：

PLC；输送带；集中控制

DesignOfTheConveyorBeltControlSystemForProductionlineBasedonPLC

Abstract

Atpresent,beltconveyorsystemintheindustrialareasinwhichthereisawiderangeofapplications.Itssimplestructure,smoothrunning,runreliable,lowenergyconsumptionandenvironmentalpollutiononsmall,easytofocusoncontrolandautomation,andeaseofmaintenance,andmanagementinacontinuousloadconditionsfortransport.Conveyorbeltforthecontrol,ithasavarietyofformsofcontrol,itcanbedonebysingle-chipPhone,aswellascomputer,PLC,haveinthepasttocontrolrelaycontrolsystemwithtouch.Contactwithrelaycontrolsystemwiringcomplex,anti-interferenceabilityispoor,vulnerabletofailureandpoorcontact,andscalability.PLCduetoitshighreliability,andfunctionalityhasbeenmoreandmoreenterprises,traditionalcontactrelaycontrolsystemhasbeenreplacedbyPLCforstep-by-step.

Basedontheknowledge-basedinformationanddocumentationofPLCconveyorbeltproductionlinecontrolsystemdesignisthemethodusedbythecentralizedcontrolPLCapproaches,usingPLCinternalstoragetoperformlogicaloperations,sequencecontrol,timer,countingandarithmeticoperations,suchasvolume,andadoptsthedigital,andanaloginputandoutputtocompletecontrolovertheprocess,theconveyorbeltofintelligentcontrol.ButPLCtomanyofthefeaturesofthecomputerandrelaycontrolsystemsintoone,sothatgroupmentalityandPLCcontrolsoftware,andmorecloselyconnectedtotheanalogcontrol,positioncontrol,andcontroltheirremotecommunicationismuchmorerefined.ThereforethisdesignchoicePLCtocontroltheuseoftheconveyorbelt,usedduringtheentirerunPLCsimplevisualizationoftheprocess,theautomaticcontrol.UsethePLCThecircuitmakesthesystemmoreconciseclearand10foreasyfuturemaintenanceoftherunningbeltconveyor.

Keywords:

PLC;conveyorbelt;centralizedcontrol

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

1引言1

1.1设计目的和意义1

1.2国内外带式输送机技术现状及差距2

1.2.1大型带式输送机的关键核心技术上的差距3

1.2.2技术性能上差距4

1.2.3控制系统上差距5

1.3本文所做的工作5

2基于PLC的生产线输送带控制系统方案设计6

2.1胶带运输机6

2.1.1胶带运输机的类型及适用条件6

2.1.2胶带运输机结构6

2.2方案比较7

2.3方案确定8

2.3.1设计任务9

2.3.2系统设计思路10

3基于PLC的生产线输送带控制系统硬件设计及选型12

3.1可编程控制器PLC的选型12

3.1.1PLC的组成结构12

3.1.2PLC的工作原理13

3.1.3机型的选择 16

3.1.4SiemensS7-200介绍17

3.1.5本设计的PLC配置18

3.1.5本设计PLC的I/O配置及外围电路设计20

3.2传感器选型22

3.2.1 光电传感器22

3.2.2 称重传感器22

3.2.2 跑偏开关24

3.3被控装置的选择26

3.3.1 传送带电机26

3.3.2 电动推杆27

3.3.3液压推杆29

3.3.4 滚筒电机30

4基于PLC生产线输送带控制系统软件设计31

4.1PLC程序设计31

4.1.1 编程软件介绍（STEP7Micro/WIN）31

4.1.2 软件编程分析及编程32

4.1.3PLC编程32

4.2上位机组态监控界面37

4.2.1组态软件的系统构成及其简介37

4.2.4系统方案的开发步骤39

4.2.5系统组态界面40

5 系统仿真测试及结果42

5.1传感器1#模块仿真42

5.2传送带模块仿真43

5.3称重比较模块仿真43

5.4传感器2#模块仿真45

5.5传感器3#模块仿真46

5.6胶带跑偏保护和急停报警及报警复位47

5.7系统运行指示48

5.8仿真结果总分析48

6结论与展望49

参考文献50

致谢51

1引言

1.1设计目的和意义

目前，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。

例如，在采矿业的输送带系统、火电厂的燃料煤进料系统、食品工业的输送带系统等这些领域都采用了输送带。

输送带运行的可靠性与稳定性，直接影响着企业的生产发展。

对于输送带的控制，以前都采用接触继电器控制系统。

而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。

特别是在采矿业中，现场操作环境恶劣，直接影响人体的健康和企业的正常作业。

PLC因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。

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。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。

可以预料：

在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。

目前可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。

在宝钢的二期三期工程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器，在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器，像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。

因此，本设计对PLC的研究是有很强的实用性和研究意义的。

由于PLC是一种专门为在工作环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

而且PLC及其有关的外围设备东应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

所以本次设计选择了用PLC来控制皮带机的整个运行过程，PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护。

此次毕业设计的意义是：

由于PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动的首选控制装置，而且胶带机的运输系统复杂，环节多，运量大，所用的设备种类多，要求高。

对于高产高效的现代化炸药的运输系统就必须做到减少环节，消除停顿，实行不间断的运输连续化、控制、检测自动化，才能达到高产高效减员提效的目的。

1.2国内外带式输送机技术现状及差距

国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：

一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。

目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点：

（1）设备大型化。

（2）应用动态分析技术和机电一体化。

（3）输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。

（4）新型、高可靠性关键元部件技术。

表1-1国外带式输送机的主要技术指标

主参数

顺槽可伸缩带式输送机

大巷与斜井固定式强力带式输送机

运距/m

6000～7500

＞6000

带速/

4.5～6

4～7,最高达10

输送量/

3500～5000

4000～5000

驱动功率/kW

1500～4000

3500～7000，最大达15000

我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。

在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。

如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。

目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示

表1-2国内带式输送机的主要技术指标

主参数

顺槽可伸缩带式输送机

大巷与斜井固定式强力带式输送机

运距/m

2000～3000

＞3000

带速/

3.5～4

4～5,最高达8

输送量/

2500～3000

3000～4000

驱动功率/kW

1200～2000

1500～3000，最大达10000

1.2.1大型带式输送机的关键核心技术上的差距

（1）带式输送机动态分析与监测技术长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。

目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。

实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。

国外已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=5～6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。

（2）可靠的可控软起动技术与功率均衡技术长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。

为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.3～0.1m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。

由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。

国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。

但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。

此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。

当电机功率>50kW时，可控启动传输-CST（用于大惯性负载平滑启动的多级减速齿轮装置,多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动）显示出优越性。

由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。

通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98%以上。

但价格昂贵，急需国产化。

1.2.2技术性能上差距

我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。

（1）装机功率我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4×250kW，国外产品可达4×970kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%～40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。

（2）运输能力我国带式输送机最大运量为3000t/h，国外已达5500t/h。

（3）最大输送带宽度我国带式输送机为1400mm，国外最大为1830mm.

（4）带速由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。

（5）工作面顺槽运输长度我国为3000m，国外为7300m。

（6）高效储带与张紧装置我国采用封闭式储带结构和绞车拉紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。

国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。

输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。

（7）输送机品种机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（>+25°）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。

1.3.3可靠性、寿命上的差距

（1）输送带抗拉强度我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500N/mm，国外为3150N/mm。

钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000N/mm，国外为7000N/mm。

（2）输送带接头强度我国输送带接头强度为母带的50%～65%，国外达母带的70%～75%。

（3）托辊寿命我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大外国的比我们的寿命多30%-40%。

（4）输送机减速器寿命我国输送机减速器寿命3万h，国外减速器寿命7万h。

（5）带式输送机上下运行时可靠性差。

1.2.3控制系统上差距

（1）驱动方式我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST（软启动）可控传动系统等，控制精度较高。

（2）监控装置国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。

我国输送机仅采用了中档