基于PLC小车供料及四级皮带传动装置讲解.docx
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基于PLC小车供料及四级皮带传动装置讲解
电气与电子信息工程学院
《电气控制与PLC实训》
设计报告
名称：
基于PLC小车供料及四级皮带传动装置
专业名称：
电气工程及其自动化
班级：
学 号：
姓名：
指导教师：
设计时间：
设计地点：
电气控制与PLC实训成绩评定表
姓名
学号
专业班级
题目：
基于PLC小车供料及四级皮带传动装置
问题：
1、小车运输物料的位置选择是如何实现的？
答：
由于小车是从甲、乙两地运送物料到丙地，且甲乙两地分别运动两次到达丙地，方可实现一次完整的送料过程。
而编程过程中，采用两个计数器C0/C1来实行丙地的卸料计数。
乙地装料去丙地卸料用C0计数两次，完成后计数器C1加1，用M201来控制乙地的限位开关，确保小车在完成两次乙地到丙地的卸料后，不能再乙地停下，只能回到甲地的位置，从而实现了运送物料的位置选择。
2、计数器是如何实现复位控制的？
答：
计数器采用自复位编程。
RST复位键
成绩评定及依据：
1.考勤情况（10%）：
2.设计调试情况（30%）：
3.设计答辩（20%）：
4.设计报告（完成情况、报告规范性等情况40%）：
最终评定成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）：
指导教师签字：
设计任务书
2013～2014学年第2学期
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
工作部门：
电气与电子信息工程学院
一、设计题目
课题1：
电动机的综合控制方向
课题2：
竟猜抢答系统的设计方向
课题3：
交通灯控制方向
课题4：
电梯控制方向
课题5：
喷泉或彩灯控制方向
二、设计内容（含技术指标）
1、用PLC实现四台以上电动机综合控制，要求模拟实际的工况，包括电机的顺序控制、电机的连锁和互锁控制，电机间的逻辑联系应具有一定的复杂程度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，要求不少于5组，有必要的组号显示、记时显示和模拟记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
3、用PLC实现各种路口的交通信号灯控制，要求与实际交通灯工作情况基本相符，具有必要显示和通过外部设备进行设定功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
4、用PLC实现电梯控制，要求与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
5、用PLC实现喷泉控制，要求花样不少于6种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。
6、同组同学要求不能完全重复，必须有自己的亮点，对思路新颖的、和用到更多功能指令的有加分。
7、所有小组均应在开题的过程中，由指导老师对与题目相关的具体的设计控制要求进行审核。
三、设计进度安排
序号
内容
学时安排（天）
1
选题、讲解设计要求、查资料；
1
2
方案论证、说题及硬件选型和设计
2
3
软件设计
2
4
程序及系统调试
3
5
绘制图纸、撰写和打印设计报告
1
6
设计答辩
1
合计
10
设计指导答辩地点：
K3——PLC实验室
四、基本要求
设计报告：
不少于5000字，Ａ４幅面，统一复印封面。
1封面、设计任务书
2目录
1）方案选择，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）
2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统组成框图、器件选择、电路原理图、I/O分配及接线）
3）系统软件设计（各软件模块的功能，梯形图及说明）
4）系统调试（调试步骤、方法及调试过程中的问题及如何解决等）
5）结果分析及展望（最后的结果成功点和不足之处、总结及改进等）
3附录---参考文献
五、设计考核办法与成绩评定
根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩按得分0～100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。
评定项目
基本内涵
分值
设计考勤
考勤、自行设计、按进度完成任务等情况
10
设计调试
软硬件调试过程及完成情况
30
设计答辩
回答问题等情况
20
设计报告
完成情况、报告规范性、创新性、雷同率等情况
40
90～100分：
优；80～89分：
良；70～79分：
中；60～69分，及格；60分以下：
不及格
第一章方案选择及方案论证
1.设计总述...................................................................5
2.任务详解及设计思路.........................................................6
3.Plc选型...................................................................7
第二章系统硬件设计
1.系统功能及原理.............................................................8
2.系统组成框图...............................................................9
3.器件选择...................................................................10
4.电路原理图.................................................................11
5.I/O分配表.................................................................12
6.Plc硬件接线图.............................................................13
第三章系统软件设计
1.各模块功能.................................................................14
1.梯形图.....................................................................14
第四章系统调试
1.调试步骤...................................................................15
2.调试过程...................................................................16
3.出现问题...................................................................16
4.解决方案...................................................................16
第五章结果分析及展望
1.结果分析...................................................................17
2.系统改进...................................................................17
3.个人小结...................................................................17
附录...................................................................19
第一章方案选择及方案论证
一、设计总述
基于PLC控制小车送料系统暨电机四级传送带运料系统的控制
方案如下：
步骤一：
plc控制小车送料实现两地送料至一地的过程，过程如下图，小车起始点在乙地，往返乙地两次取料后，去甲地取料。
小车到丙地卸料四次完成一个循环过程。
步骤二：
小车卸料后起动电机控制四级皮带运动运动，此时小车开始运料。
过程如图所示。
四级皮带出现故障后，起动分级故障，依次停止皮带运动。
报警灯开始闪烁。
故障系统启动后，电机只能复位起动，方可运行。
二、任务详解及设计思路
1、小车运料系统的控制要求
小车运料要求如下：
（1）要求小车由乙地（X24）和甲地（X23）分别运料到丙地（X25）（即四级传送带上端的物料漏斗中），小车的起始位置在乙地（X24）。
（2）运料循环是：
小车从乙地开始装料Y15，右行到达丙地卸料（Y16），往返两次卸料。
然后经由乙地到达甲地装料，运送物料到达丙地，往返两次卸料后，完成一次运料过程
小车卸料启动电机四级传送带控制：
（1）小车在运料到到丙地后，开始卸料，卸料完成后，即卸料延时后启动电机的最末一跳皮带。
从小车的第一次卸料开始，即可启动四级传送带。
2、四级传送带控制要求
用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动。
控制要求如下：
（1）启动时先起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机到最前一条后5秒Y5得得电货物开始装填货物。
（2）停止时应先停止Y5货物停止装填，待料运送完毕后5秒后最前一条皮带机停止再依次停止其它皮带机。
（3）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且Y5也立即停止装填货物，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。
例如M2故障，Y5、M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。
控制功能：
（1）单动与循环控制连锁，任何一个单动按钮“ON”，循环控制不能建立，反之，如果循环控制已建立，单动按钮的动作对循环操作没有任何影响。
（2）当“手动/循环”旋转按钮置“手动”位置时，方可对单机进行单动。
（3）如当2#皮带出现故障时，1#皮带必须紧停，3#皮带可以保持运行，当故障解除，复位，按“启动”按钮，2#机可直接起动，当2#机起动完毕，再延时起动3、4#机。
（4）对于短路等，故障解除，按“复位”按钮，故障锁存复位，未循环起动按钮/旋转单动按钮，皮带不会自行起动。
（5）循环控制时，如果某台皮带起动失败，则其上游设备不能启动，下游设备可保持运行状态。
（6）设声、光报警。
光报警闪烁。
（7）不论循环控制还是单动控制，集中控制紧停按钮均起作用。
三、Plc选型原则
1、输入输出（I/O）点数的估算
I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展 余量后，作为输入输出点数估算数据。
实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
2、存储器容量的估算
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。
设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。
为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。
存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
控制功能的选择：
该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择
3、对PLC响应时间的要求
响应速度即响应时间包括输入滤波时间，输出滤波时间和扫描周期。
PLC一般以顺序扫描工作方式进行工作，对小于扫描时间的输入信号，有可能造成接收信号不可靠。
因此，对有维持很短时间的输入信号来讲，需要选取扫描速度高的PLC。
一般机器对扫描时间的限定值为100～200ms，而实际上执行一千条指令仅需时间1～10ms,对一般规模的PLC程序，则输入信号能维持在10ms左右就完全能安全地被接收到，但对模拟量输入则需要考虑与PLC的响应时间的配合问题。
4、系统可靠性
根据生产环境及工艺要求，应采用功能完善可靠性适宜的PLC。
对可靠性要求极高的系统，应考虑是否采用冗余控制系统或热备份系统。
5、编程器与外围设备
小型PLC控制系统一般选用价格便宜的简易编程器；如果系统较大或多台PLC共用，可以选用功能强，编程方便的图形编辑器；如果有现成的个人计算机，可选用能在计算机上使用的编程软件。
综合以上条件：
本次设计采用三菱FX0N-40MR
第二章系统硬件设计
一、系统功能及原理
此系统共分为两个部分：
小车供料部分和传送带送料部分
小车供料致丙地及传送带的漏斗内，利用plc控制小车供料单元和四级皮带送料部分，其中四级皮带由四台电机联动控制，完成送料的正常运行。
2、系统组成框图
3、器件选择
1.小车运行状态，选择礼花模块。
2.电机带动四级传送带运料系统，选择自动控制送料模块。
3.物料指示灯亮的的时候，证明小车已经有货物开始下落。
传送带方案选择：
对于该课题设计，基本上存在三种方案，但是针对设计的要求，对各个方案进行比较、选择，大致分析过程如下：
方案一：
利用强电电路，虽然强电电路也可以控制整个系统的运行，但是其电路连接复杂，不便直接操作且不能实现自动化，同时存在一个稳定性、可靠性的问题，而且很难制动继电器，不能够很好的完成所给定的任务。
方案二：
只利用PLC可编程控制器，若只利用PLC可编程控制器，其高可靠性是绝对可以保证系统的稳定性的，存在强电容易损坏PLC的问题。
而且程序复杂，控制器的运算时间变长。
方案三：
利用PLC可编程控制器来控制，再加上强电电路组成的控制部分。
这个方案是利用了PLC的高可靠性和强电电路的简单化，整个系统的动作均由可编程控制器控制，控制部分的信号通道由PLC和按钮开关来控制，这是为了保证电机动作的准确性。
这个方案包含了方案三的优点，从而保证了整个系统的可靠性之外，还可以简化程序。
与上面的三个方案相比较，方案三的可行性最高，也是最简单，可靠的。
所以采用方案三设计。
四、电路原理图
电机接线图：
控制面板
小车送料过程因为没有实物，所以改用礼花模块的指示灯来表示小车左行、右行、卸料、装料过程，使其能够更好地客观的观看到小车运送物料的过程。
五、I/O分配表
输入
功能
输出
功能
X6
起动按钮（X1）
X1
一级故障A（SQ1）
Y1
一级继电器（KM1）
X2
二级故障B（SQ2）
Y2
二级继电器（KM2）
X3
三级故障C（SQ3）
Y3
三级继电器（KM3）
X4
四级故障D（SQ4）
Y4
四级继电器（KM4）
X5
停止接钮（SB2）
Y5
物料指示灯（HL2）
X0/X10
循环/单动转换开关（SQ5）
Y1
报警灯（HL1）
X17
紧停开关（SQ6）
Y2
报警灯（HL2）
X14
四级皮带单动按钮（SB3）
Y3
报警灯（HL3）
X13
三级皮带单动按钮（SB4）
Y4
报警灯（HL4）
X12
二级皮带单动按钮（SB5）
X11
一级皮带单动按钮（SB6）
X20
起动左行（SB1）
Y12
小车右行
X21
起动右行（SB2）
Y13
小车左行
X23
甲地限位开关
Y15
装料起动
X24
乙地限位开关
Y16
卸料起动
X25
丙地限位开关
T21
装料延时5s
X26
停止按钮
T20
卸料延时5s
X27
位置选择
六、Plc硬件接线图
第三章系统软件设计
一、各模块的功能
（1）通过限位开关起传感器的作用，主要是检测小车的走向。
（2）通过计数器和限位开关共同作用，控制小车在何地装料。
（3）单动与循环控制连锁，任何一个单动按钮“ON”，循环控制不能建立，反之，如果循环控制已建立，单动按钮的动作对循环操作没有任何影响。
（4）当“手动/循环”旋转按钮置“手动”位置时，方可对单机进行单动。
（5）如当2#皮带出现故障时，1#皮带必须紧停，3#皮带可以保持运行，当故障解除，复位，按“启动”按钮，2#机可直接起动，当2#机起动完毕，再延时起动3、4#机。
（6）对于短路等，故障解除，按“复位”按钮，故障锁存复位，未循环起动按钮/旋转单动按钮，皮带不会自行起动。
（7）循环控制时，如果某台皮带起动失败，则其上游设备不能启动，下游设备可保持运行状态。
（8）设声、光报警。
光报警闪烁。
（9）不论循环控制还是单动控制，集中控制紧停按钮均起作用。
二、梯形图详解
经验法编程：
网络1小车右行
网络2小车左行（M201来控制乙地的限位选择）
网络3小车卸料
网络4：
小车装料
网络5-7：
用计数器来控制到丙地的卸料
第四章系统调试
一、调试步骤
PLC的调试分为两个调试过程：
模拟调试和现场调试。
1.对PLC外部接线作仔细检查，保证外部接线的准确无误。
按照I/O表进行输出的接线。
2.程序的模拟调试
将plc打到stop状态后，下载程序。
将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。
3.程序的现场调试
拨动plc的run开关，进行程序的调试。
将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。
二、调试过程
调试过程中，打开电脑的监控页面，观看plc输出信号的变化。
以及plc信号指示灯的变化。
首先拨动输出信号X0，使四级皮带处于环状态，而非单级启动。
按下输出信号X21，小车向右开始运动，观察输出信号。
已经输出的信号灯是否亮。
观察小车完成一个循环的运输后是否可以继续循环。
小车卸料完成后，观察输出信号是否有第四级皮带的输出，观察皮带是否转动。
观察模拟小车运输过程和四级皮带联动状态，如有出入，根据plc信号输出以及电机模块和礼花模块的指示灯来判断，plc有输出信号，可以判断接线问题或者硬件的问题，如果没有输出，通过电脑的监控页面检查程序里面的问题。
从而调试出最终的结果。
三、出现问题
问题一：
调试后发现小车运送物料的过程中，即从丙地回到甲地的过程中，拨动乙地的限位开关，小车仍能停止。
问题二：
拨动四级传送带的二级故障后，拨动启动按钮无法将传送带再次起动，只能将plc复位后才能再次运行。
四、解决方案
问题一解决方案：
改变程序，给乙地的位置添加限位开关，控制小车返回甲地的过程中不在乙地停留。
程序如下：
问题二解决方案：
给四级皮带添加一个复位起动开关，电机带动皮带运动报警后，如果想要重新启动可以使用复位起动开关进行起动。
第五章结果分析及展望
一、结果分析
经过两天的调试，最终将所有结果全部调试出来，已经在先前的分析中详细介绍过，小车进行两次循环运送货物。
电机带动四级皮带正常运送货物，但是其中也出现了很多的问题。
实现小车运料过程，小车从甲地、乙地分别运送两次物料到达丙地。
可以实现小车的急停、
小启动向左运动、启动向右运动。
同时小车卸料后，启动电机运行四级皮带运行，物料正常运行。
实现四级皮带的一二三四级故障急停、一键停止、复位启动。
出现问题例如：
四级传送带出现故障后，无法实现小车供料单元的停止。
只能手动停止供料小车单元。
车默认起始位置在乙地，并且默认车内有货物。
即便小车在甲地，车内没有货物，也仍旧会卸货在丙地，空载卸货一次。
这样的话电机就去启动运料系统，而此时物料漏斗内，并没有货物。
二、系统的改进（扩展）
改进①：
在本次设计中，只是进行了小车的供料和四级皮带的运料过程，我们可以根据实际情况，设计电机的转速，来控制四级皮带的运料速度。
可以分为快、中、低档位来控制。
改进②：
系统上，小车可以加一个起始位的设计，使得小车最初一定回到乙地，用物料检测传感器进行检测小车内是否有物料。
如果有就不再进行装料，检测无，则进行装料，这样就避免的空载卸货的情况发生。
改进③：
电机控制的四级皮带装置发生报警后，系统所有程序同时停止，小车供料单元也设计为停止状态。
添加一个声音报警信号。
改进④：
给系统添加一个分拣单元，用传感器检测瑕疵物料，将瑕疵品剔除。
三、个人小结
经过为期两个星期的努力，此次的课程设计已经圆满结束。
模拟结果也按照预定的结果全部实现。
在搜集资料的过程中，我在学校图书馆，以及在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记下来，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。
然后我将收集到的资料仔细整理分类。
这两周的时间里，从确定课题，查找资料，确定方案，就已经花费了近一周的时间，在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；以及编制传送带程序的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；我们小组共有四个人，课程设计前一周的时候还没有任何进展，当时的心情真的很复杂很慌乱。
因为太过笼统的设计概念，我们小组成员一直在设计方案上面讨论。
直到再次向高老师询问，并得到解答后，才定下方案。
方案确定后，就是编写程序，四个人分别编写不同的部分，然后整合在一起，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。
这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。
我从资料的收集中，掌握了很多PLC等相关的知识，让我对我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。
编写程序的过程中也出现了很多的问题，我们向老师请教，和组员讨论，最终完成了整个程序的设计。
附录：
参考资料
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机械工业出版社，2000
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机械工业出版社，2002
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