集群物料输送带电动机控制系统设计 PLC课程设计.docx
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集群物料输送带电动机控制系统设计PLC课程设计
PLC课程设计报告
题目：
集群物料输送带电动机控制系统设计
院（系）：
专业：
学号：
姓名：
指导教师：
2012年5月18日
目录
TOC\o"1-3"\u摘要1
1、课程设计题目2
1.1基本控制要求2
1.2设计任务2
2、方案论证及设计思路2
2.1方案的论证及确定2
2.2设计思路的确定3
2.3设计原理流程图3
三、硬件设计4
3.1主要仪器设备4
3.1.1欧姆龙PLC简介4
3.1.2输入/输出的点数5
3.1.3继电器的简介5
3.1.4PLC的组成结构5
3.1.5PLC的工作原理5
3.2本设计控制原理6
3.2.1电机接线图6
3.2.2工作原理分析6
3.2.3PLC外围电路接线7
3.2.4PLC的端子分配7
4、软件设计8
4.1系统设计流程图8
4.2PLC梯形图设计9
4.3程序的调试与仿真9
五、设计总结10
六、参考文献10
PLC课程设计报告
——基于PLC的集群物料输送带电动机控制系统设计
摘要：
PLC是ProgrammableLogicController的简称，它的中文名是可编程逻辑控制器。
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。
实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
电源、中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出接口电路、功能模块、通信模块等。
具有控制功能强，可靠性高，性价比搞，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。
在交通、冶金、化工、电力等领域获得了广泛应用，被成为现代工业技术的三大支柱之一。
输送带电动机是运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可以输送各种散料，也可以输送各种纸箱，包装袋等单件重量不大的物品。
故本设计采用欧姆龙系列的PLC设计集群物料输送带电动机控制系统，利用PLC简单可视化的程序，采用了手动和自动控制的两种不同的控制方式。
欧姆龙系列的PLC是一种功能完善的紧凑型PLC，能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以Windows环境下高效的软件开发能力。
欧姆龙PLC也能用于包装系统，并支持HACCP过程处理标准。
关键词：
集群物料输送带电动机控制系统；PLC；手动和自动控制；
一、课程设计题目：
集群物料输送带电动机控制系统设计
1.1基本控制要求
1．完成3条以上输送带的单机手动启停控制；
2．完成3条皮带机的自动控制；
3．自动控制时按1，2，3的顺序延时轻载启动；按3，2，1的顺序停止；
4．设置热继电器，急停，保护，并提供相应故障显示，恢复正常操作状态；
5．每条输送带须有启动、停止指示，不能以PLC输出点直接控制。
1.2设计任务
根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行电动机顺序启动/停止运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图（手画）等；
2.系统有启动、停止功能；
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计；
4.程序结构与控制功能自行创新设计或扩展；
5.进行系统调试，实现电动机顺序启动/停止的控制要求。
二、方案论证及设计思路
2.1方案的论证及确定
PLC控制
可编程逻辑控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自已设计和制作硬件装置，只须确定可编程逻辑控制器的硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和总线，通过修改程序适应工程条件的变化。
可编程逻辑控制器（PLC）从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成的开关量控制系统。
随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。
现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。
由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。
通过对PLC控制的总体分析，相比于继电器系统，它性能可靠性高，接线很简单，系统不复杂，易于维护，性能先进，易于改造；和单片机系统相比，它编程简单，易于掌握，连线简单；工业控制和计算机控制系统性能先进，但是价格昂贵，系统复杂，对于本系统而言实在是大材小用。
综上所述，本次设计应选择PLC控制更为合理。
2.2设计思路的确定
上图中的3条运输带顺序相连。
自动控制部分：
按下启动按钮后，先是1号传送带开始运行，通过5s的延时后2号传送带自动启动，再过5s的延时后3号传送带自动启动，即按1→2→3的顺序启动；停机时，停机的顺序应与启动的顺序应相反，按了停止按钮后，先停的是3号传送带，延时5s后停2号传送带，再过5s停1号传送带，即按3→2→1的顺序停止运转。
当操作人员发现传送带在顺序启动过程中发生了异常情况，需要立即停机，若按下停止按钮，运转中的传送带不能立即停下，这时需要一定的时间，才能完全停止，所以在此处设计了一个急停按钮，即当发现机器出现故障时，可以通过按钮立即停止所有的传送带，以保证设备等安全。
同时，为方便下一次能立即启动，此按钮还设置了复位功能。
手动控制部分：
为适应工程控制的需要，在本次设计中还增加了手动功能，通过按钮可以实现对单一传送带的启动和停止。
2.3设计原理流程图
自动运行控制部分：
手动控制部分：
3、硬件设计
3.1主要仪器设备
欧姆龙PLC（CQM1H-CPU51）1台
三相交流电动机3台
PC机1台
指示灯3个
接触器3个
继电器若干
开关//按钮若干
导线若干
220V电源
3.1.1欧姆龙PLC简介
日本OMRON（立石公司）电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。
SYSMACC系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。
具有以下的特点：
1、可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代人规模集成电路技术，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。
．
2、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。
3、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。
4、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15g，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。
3.1.2输入/输出的点数
I/O点数可以衡量PLC规模的大小。
准确统计被控对象的输入信号和输出信号的总点数并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%-20%的备用点数。
多数小型PLC为整体式，具有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。
模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功能模式块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多、控制要求复杂的系统。
此外，还应考虑用户储存器的容量、PLC的处理速度是否能满足实时控制的要求、编程器与外围设备的选择等。
3.1.3继电器的简介
欧姆龙继电器：
24V控制220V，13、14为线圈两端接点，5、6为常开触点。
当线圈触点通电后，内部开关吸合，常开触点导通，完成低电压对高电压的控制。
3.1.4PLC的组成结构
PLC的一般结构如下图所示，由图1可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口等组成部分。
3.1.5PLC的工作原理
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
1.每次扫描过程。
集中对输入信号进行采样。
集中对输出信号进行刷新。
2.输入刷新过程。
当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，
新状态不能被读入。
只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5．扫描周期的长短由三条决定。
（1）CPU执行指令的速度
（2）指令本身占有的时间（3）指令条数
6．由于采用集中采样。
集中输出的方式。
存在输入/输出滞后的现象，即输入/
输出响应延迟。
3.2本设计控制原理
主电路的设计对于本次设计——集群物料输送带电动机控制系统设计相当重要，只有在主电路设计正确且简便的基础下，系统控制电路及软件设计才能精简方便。
3.2.1电机接线图
3.2.2工作原理分析
线路工作原理如下：
将手动/自动开关拨到手动位置：
合上电源开关QS，
启动：
按下SB1，KM1线圈得电并自锁，1号传送带启动。
按下SB2，KM2线圈得电并自锁，2号传送带启动。
按下SB3，KM3线圈得电并自锁，3号传送带启动。
停止：
按下SB2，KM3线圈失电，3号传送带停止运行。
按下SB1，KM2线圈失电，2号传送带停止运行。
按下SB3，KM1线圈失电，1号传送带停止运行。
手动启动按错按钮不起作用。
将手动/自动开关拨到自动位置：
合上电源开关QS，
启动：
按下SB1，KM1接触器线圈得电并自锁，1号传送带启动。
KM1接触器常开辅助触头（16--17）闭合KT1时间继电器得电吸合，当延时值一到KA中间继电器得电吸合（16--19）KM2接触器线圈得电并自锁，2号传送带启动。
KA常开触头（16—18）闭合，KT2时间继电器得电吸合并自锁，当延时值一到KT2时间继电器延时常开触头（1—8）闭合，KM3接触器吸合，3号传送带启动。
停止：
按下SB4停止按钮，KT3时间继电器得电吸合，它的瞬动常闭触头（9-10）断开KM3线圈失电，3号传送带停止运行。
KT3时间继电器延时触头（5-6）延时值到断开KM2接触器线圈失电，2号传送带停止运行。
同时KT3时间继电器延时触头（12-15）延时闭合的常开触头闭合使KT4时间继电器得电吸合，当延时值一到，KT4时间继电器的延时触头（20-21）断开，1号传送带停止运行，整个传送带系统停止运行。
3.2.3PLC外围电路接线
本设计的PLC外部接线如图下图所示。
CQM1HCPU51的输入端电源为24V（DC），输出交流电为220V（DC）。
其中急停选用常闭开关，PLC通过继电器控制电动机。
3.2.4PLC的端子分配
PLC的I/O元件地址分配
功能描述
I/O地址
急停
I0.03
手动自动方式切换
I0.08
手动启动
手动停止
传送带1启动
I0.05
传送带2启动
I0.06
传送带3启动
I0.07
传送带1停止
I0.09
传送带2停止
I0.10
传送带3停止
I0.11
自动
启动
I0.01
停止
I0.02
输出
传送带1开
Q100.01
传送带2开
Q100.02
传送带3开
Q100.03
4、软件设计
4.1系统设计流程图
从初始状态开始，设计自动启动按钮，按下启动按钮后，则传送带1开始运行，延迟5S后，传送带2开始运行，再延迟5S后，传送带3开始运行，这样传送带一直运行下去；设计停止按钮，按下停止按钮后，传送带3开始停止，延迟5S后，传送带2开始停止，再延迟5S后，传送带1停止，传送带全部停止。
设计急停按钮，当某一传送带发生故障时，按下急停按钮，则整个系统立即停止运行。
通过自动和手动工作方式切换的开关，还可以可以通过独立的按独控制传送带1、2、3的启动或停止。
4.2PLC梯形图设计
输入接点：
自动启动按钮、自动停止按钮、急停按钮、手动1号传送带启动/停止、手动2号传送带启动/停止、手动3号传送带启动/停止、自动或手动工作方式切换开关，一共10个。
输出接点：
输出节点总共3个。
分别为传送带1、2、3开启输出。
4.3程序的调试与仿真
利用PC机上所安装CX-Programmer软件，编好程序后，将梯形图程序输入CX-Programmer软件中进行初步仿真。
（1）先将PLC程序传入程序控制器中，程序的下载步骤：
选择菜单栏中的“PLC”-“运行”或者“PLC”-“停止”可进入相对的PLC模式；单击工具栏中的“运行”按钮或“停止”按钮，也可进入相应模式；还可以手工改变位于PLC上的开关或在程序内插入停止指令。
当PLC处于停止模式时，可利用图状态或程序状态查看操作数的当前值，也可以利用图状态或程序状态强迫数值（此操作只在梯形图和功能块图程序状态中使用），还可以利用图状态写入数值或写入和强迫输出，执行有限数目的扫描，通过状态图或程序状态查看影响。
在停止模式下，虽然能报告操作数状态，但PLC无法执行用户程序，达不到预期的控制效果。
如果想观察程序状态的连续更新，需将PLC转回运行模式。
（2）程序的运行
根据设计要求，对各个输入I/O给信号处理，再看输出口是否有相应的输出（对应输出在实验中用指示灯来表示）。
传送完程序进PLC后，就可以进行在线调试，可以将触点强制转换为ON或OFF。
当有故障或达不到预定效果时，检查梯形图是否有错并进行纠正，然后再进行调试。
本人经过多次调整后，系统运行稳定正常。
（3）初步仿真结束后，再外接实物进行实例仿真，最终使系统能准确可靠的工作。
在进行初步调试时，每次更改梯形图程序后应重新烧录进欧姆龙PLC，否则在软件与实例结合的仿真上不能准确的显示预期效果。
五、设计总结
本次课设，题目是有关与PLC理论与实践相结合，完成了3级集群物料输送带电动机控制系统设计，是对以前学习的理论知识的应用。
在对这个设计的材料进行独立搜索时，对于编程软件（CX-Programmer）的应用有了进一步的提高。
同时在对搜集的材料进行整核，结合所学理论知识，以及实际应用操作的情况下，提高了实际操作和独立解决问题的能力。
通过本次设计，还从中掌握了很多PLC等相关的知识，让我对所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今PLC的最新发展技术有所了解。
在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。
在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。
但本设计中也存在一些不足和缺点，比如控制要求的局限性，可能在实际生产中会有各种各样的需求，但由于实验室模拟设备的局限性，不能满足现实中的需求。
还有就是本设计中对于传送带的故障问题没有做出很详细的处理措施，但在实际中是必然存在的，这些都需要进一步改进。
基于这些问题，我会在以后的工作和学习中努力完善。
从中还明白了只有通过自己努力以及别人的帮助才能把工作做得更好。
本设计能够顺利的完成，也归功于老师的认真指导，在此感谢赵龙阳老师和同学的热心帮助和支持；同时还要感谢其他同学帮助，使我得以顺利完成论文。
6、参考文献
[1]弭洪涛.PLC技术实用教程.电子工业出版社
[2]孙立峰.胶带输送机监控系统设计的研究
[3]《PLC控制程序精编108例》，王阿根，电子工业出版社
[4]《PLC自学手册》，陈忠平、周少华、侯玉宝，人民邮电出版社
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