基于PLC的传送带控制系统设计.docx
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基于PLC的传送带控制系统设计
河南工业职业技术学院
HENANPolytechnicInstitute
毕业设计（论文）
题目基于PLC的传送带控制系统设计
班级机电一体化1007
姓名欧阳裕洋
指导教师李永飚
摘要
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。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点己减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
本系统是对四节传送带控制的系统，该设备适用于流水线生产等，也可以把生产出的货物进行传送到特定的地方。
此系统还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。
本文中还介绍了基于PLC与单片机的区别使我们能更加的清楚认识PLC，对我们熟悉PLC控制系统的结构和工作原理以及学习梯形图的编写都有很大的帮助。
关键词：
可编程控制器PLC,四节传送带，启动和停止，故障和重物处理
第一章前言
1.1传送带控制系统的背景
传送带的发展起源于17世纪美国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。
此后，传送带又受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术进步的影响，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。
传送带控制系统的意义：
传统的输送带控制系统，都是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。
随着PLC技术的发展，PLC的功能增强、速度加快、体积减少、成本下降、可靠性提高，使控制技术产生了质的飞跃。
PLC的应用也推动了现代控制技术的发展，使控制规模扩大，控制水平增强，控制效率提高，为工业自动化提供了有力的工具，加速了机电一体化的实现，PLC以微处理器为核心，它综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术，用面向控制对象、面向控制过程的“自然语言”编程，是一种简单易懂、操作方便、适应工业环境、可靠性高的新一代通用工业控制装置。
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。
PLC联网、通讯能力很强，它可与个人计算机相连接进行通讯，从而实现对工业现场的监控，真正实现了脱离现场的自动化控制。
因为传输带控制系统可以衍生运用到各种运动的自动化控制系统，所以研究最基本的传输带控制系统有很重要的现实意义。
1.2课程设计的目的
PLC课程设计是机电一体化专业的重要的实践性教学环节。
本课程设计的目的是使学生掌握西门子S7-200系列PLC的结构、工作原理、指令系统；并能利用指令进行程序设计，初步掌握利用PLC进行控制系统设计、开发的方法。
通过实验操作，进一步巩固和加深对所学理论知识的理解，不仅可以培养学生设计、制作PLC控制系统的能力和独立分析问题、解决问题的能力，还可以培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术报告的能力，理论知识应用于实践的能力。
为今后工作打下坚实的基础。
第二章概述
2.1PLC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。
2.2可编程控制器的介绍
PLC英文全称ProgrammableLogicController，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、抗干扰熊力强等特点，己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。
1987年国际电工委员会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。
”
2.3PLC的基本结构
S7-200PLC的系统构成主要包括基本单元、扩展单元、相关设备和工业软件等部分。
a）基本单元即CPU模块，S7-200系列PLC可提供5种CPU供选择使用，CPU模块包括CPU、存储器、基本输入/输入点和电源等，是PLC的主要部分。
S7-200系列PLC中可提供5种不同的CPU模块供选择使用，其输入输出点数的分配见下表：
S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型号
输入点
输出点
可带扩展模块数
S7-200CPU221
6
4
无模拟量输入/输出映像区，不可扩展
S7-200CPU222
8
6
2个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点
S7-200CPU224
14
10
7个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU224XP
24
16
7个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
S7-200CPU226
24
16
2个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点
b）扩展单元S7-200PLC主要有2-7种扩展单元，用于扩展I/O点数和完成某些特殊功能的控制。
主要包括数字量I/O模块、模拟量I/O模块、通信模块、特殊功能模块等几类。
c）相关设备主要包括编程设备、网络设备、人机操作界面等。
d）工业软件为实现系统控制功能而开发的相关配套程序。
2.4PLC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。
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。
2.5PLC与单片机的区别
1．PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。
2．单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，
PLC是单片机应用系统的一个特例。
3．不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。
这正是PLC获得广泛应用的基础。
而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能干差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。
4．对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本较高。
5．对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但
这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。
最好的方法是
单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到
保障，效益也就有保证。
2.6带式输送机应用的行业与国内的现状
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下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进研究和产品开发，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，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。
主要用于：
冶金、电力、煤炭、化工、建材、码头、粮食等。
第三章传送带控制系统的硬件设计
3.1系统控制分析
有一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，当系统“起动”时，M1带式机运行，运行10s后，M2带式机起动，运行10s后，M3带式机起动，M3带式机运行10s后，M4带式机起动。
此时整个系统投入到正常运行中。
系统“停止”时运动的过程则比较复杂：
（1）在正常运行的情况下“停止”，则停止顺序为：
M4带式机首先停止运行，停止10s后，M3带式机停止运行，停止10s后，M2带式机停机运行，M2带式机停止10s后，M1带式机停止运行，此时整个系统全部停止运行。
（2）当系统由于故障而停止时，根据故障点的不同，停止的过程也不尽相同。
在整个系统运行过程中，可能会发生各种故障
1）如果M4带式机出现故障时，必须等故障发生10s后，M3带式机方可停止运行，为的是把M3带式机上的物料送走，M3带式机停止运行10s后，M2带式机停止运行，M2带式机停止运行10s后，M1带式机停止运行，此时整个系统全部停止运行。
2）如果M3带式机出现故障时，M4带式机必须马上停止运行，M2带式机需要等到故障发生10s后，停止运行，M1带式机等到M2带式机停止10s后停止运行。
即整个系统停止运行。
3）如果M2带式机出现故障时，M4、M3带式机必须马上停止运行，M1带式机需等故障发生10s后，停止运行。
此时整个系统停止运行。
4）如果M1带式机出现故障时，则M4、M3、M2带式机必须马上停止运行，此时整个系统停止运行。
（3）如果在系统起动的过程中，需要停车，其停车顺序与故障状态下停车类似：
1）如果M1带式机起动10s后，而M2带式机还未起动，则M1带式机马上停机运行。
2）如果M2带式机起动10s后，而M3带式机还未起动，则M2带式机必须马上停止运行，10s后M1带式机也停止运行。
3）如果M3带式机起动10s后，而M4带式机还未起动，则M3带式机必须马上停止运行，10s后M2带式机停止运行，M2带式机停止运行10s后，10s后M1带式机也停止运行。
总的来说，系统中各条带式机起动顺序是逆着物流方向，而停止顺序与物流方向一致。
虽然各部（阶段）起动的条件不是上一步的停止，但各部总的输出状态是不同的，我们也是可以用步序控制的方法进行控制。
3.2四节传送带的模拟实验面板图
四节传送带的模拟实验面板图
第一、二、三、四级传送带，分别由四台电机M1、M2、M3、M4带动。
3.3PLC的选型
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力能方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。
选择时应主要考虑到合理的结构型式，安装方式的选择，相应的功能要求，相应速度要求，系统可靠性的要求，机型尽量统一等因素。
1、I/O点数的估算I/O点数是PLC的一项重要指标。
一般一个输入/输出要占用一个输入/输出点。
考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总数上再加上20%-30%的备用量。
2、用户存储器容量的估算根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下:
开关量输入元件：
10-20B/点；开关量输出元件：
5-10B/点；定时器/计数器：
2B/个；模拟量：
100-150B/点；通信接口：
一个接口一般需要300B以上。
根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。
3、CPU功能与结构的选择
（1）功能与任务相适应
（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求（3）PLC结构合理、机型统一（4）在线编程和离线编程的选择
根据PLC的选型原则，本实验采用S7-200CPU222的可编程控制器。
3.4电动机接线图
电气控制主接线图
3.5控制系统构成
首先系统需要控制四台带式机运行，既需要4个数字量输出点；控制系统的运行和停止需要2个数字量输入点；四台带式机发生故障时，需要有故障信号输入，既需要4个数字量输入点。
这样就需要6个数字量输入点。
查S7-200PLC模块特性，选取CPU222，它有8点输入/6点继电器输出，完全可以满足系统需要。
3.6PLC外部接线图：
PLC外部接线图
第四章传送带控制系统的软件设计
4.1系统程序设计
步序控制设计分为单序列控制、选择序列控制和并行序列控制三种。
在顺序功能图中，在S0.1、S0.2和S0.3后分别有两个分支，即有两个选择，所以本例应为选择序列控制。
不需控制中的“步”用顺序控制器“S”代表。
4.2程序中所使用的元件及功能见表
程序中元件地址及功能表
元件地址
功能
S0.0
初始步
S0.1
第一步
S0.2
第二步
S0.3
第三步
S0.4
第四步
S0.5
第五步
S0.6
第六步
S0.7
第七步
4.3顺序功能图
带式传输系统顺序功能图如图所示：
4.4控制系统的I/O信号的名称及地址分配表
I/O信号的名称及地址分配表
输入信号：
输出信号：
起动
I0.0
M1带式机
Q0.0
停止
I0.1
M2带式机
Q0.1
M1带式机故障
I0.2
M3带式机
Q0.2
M2带式机故障
I0.3
M4带式机
Q0.3
M3带式机故障
I0.4
M4带式机故障
I0.5
4.5PLCI/O点对应的外部电路代号
PLCI/O点对应的外部电路代号
输入信号：
输出信号：
地址号
代号
地址号
代号
I0.0
SA-5/6
Q0.0
1KM
I0.1
SA-7/8
Q0.1
2KM
I0.2
1FR
Q0.2
3KM
I0.3
2FR
Q0.3
4KM
I0.4
3FR
I0.5
4FR
4.6控制系统梯形图程序及程序及程序注释
本程序为为选择序列控制，采用顺序控制继电器S代表各步。
PLC上电调试，首次扫描时SM0.1常开点接通一个扫描周期，S0.0置1，变为活动步，执行S0.0对应的SCR段。
（1）当I0.0（启动）闭合后，S0.1为活动步，此时Q0.0输出（M1带式机起动），同时T37延时10s。
S0.1步后有两条分支。
1）当I0.1（停止）闭合，则S0.0变为活动步，M1带式机停止运行，系统停止运行；
2）当T37定时时间到后，则S0.2变为活动步。
（2）当S0.2变为活动步时，Q0.1也输出（M2带式机起动），此时M1、M2带式机都处于运行状态，同时延时10s，S0.2步后也有两条分支。
1）当I0.1（停止）闭合时，则S0.7变为活动步，按后起先停的原则，M2带式机停止，延时10s后，M1带式机停止运行；
2）当T38定时时间到后，则S0.3变为活动步。
（3）当S0.3变为活动步时，Q0.2也输出（M3带式机起动），此时M1、M2、M3带式机都处于运行状态，同时延时10s，S0.3步后也有两条分支。
1）当I0.1（停止）闭合时，则S0.6变为活动步，按后起先停的原则，M3带式机停止，延时10s后，M2带式机停止运行，再延时10s后，M1带式机也停止运行。
2）当T38定时时间到后，则S0.4变为活动步。
（4）当S0.4变为活动步时，Q0.3也输出（M4带式机起动），此时M1、M2、M3、M4带式机都处于运行状态.
（5）当I0.1（停止）闭合或M3带式机出现故障，则S0.5变为活动步，此时M4带式机停止运行，同时T40开始计时。
（6）当T40定时时间到后，或M4带式机出现故障时S0.6变为活动步，同时T41开始计时。
（7）当T41定时时间到后，或M3带式机出现故障时S0.7变为活动步，同时T42开始计时。
（8）当T42定时时间到后，或M1带式机出现故障时S0.0变为活动步，M1带式机停止运行，此时系统停止运行。
4.7PLC程序梯形图及用户定义符号表
PLC程序梯形图
带式机在实际的生产中有广泛应用，在一些长距离，高落差的项目中，带式机的数量可能会更多，但工作原理及控制原理基本相同，只要在本系统的基础上增减一些输入/输出量点，并在程序中增加适当的“步”即可完成。
4.8PLC程序语句表：
网络1：
LDSM0.1
SS0.0,1
网络2：
LSCRS0.0
网络3：
LD启动
SCRTS0.1
网络4：
SCRE
网络5：
LSCRS0.1
网络6：
LDSM0.0
TONT37,100
网络7：
LDT37
SCRTS0.2
网络8：
LD停止
OM1机故障
OT42
SCRTS0.0
网络9：
SCRE
网络10：
LSCRSO.2
网络11：
LDSM0.0
TONT38,100
网络12：
LDT38
SCRTS0.3
网络13：
LD停止
OM2机故障
SCRTS0.7
网络14：
SCRE
网络15：
LSCRS0.3
网络16：
LDSM0.0
TONT39,100
网络17：
LDT39
SCRTS0.4
网络18：
LD停止
OM3机故障
SCRTS0.6
网络19：
SCRE
网络20：
LSCRS0.4
网络21：
LD停止
OM4故障
SCRTS0.5
网络22：
SCRE
网络23：
LSCRS0.5
网络24：
LDSM0.0
TONT40,100
网络25：
LDT40
SCRTS0.6
网络26：
SCRE
网络27：
LSCRS0.6
网络28：
LDSM0.0
TONT41,100
网络29：
LDT41
SCRTS0.7
网络30：
SCRE
网络31：
LSCRS0.7
网络32：
LDSM0.0
TONT42,100
网络33：
LDT42
SCRTS0.0
网络34：
SCRE
网络35：
LDS0.1
OS0.2
OS0.3
OS0.4
OS0.5
OS0.6
OS0.7
=M1带式机
网络36：
LDS0.2
OS0.3
OS0.4
OS0.5
OS0.6
AM1带式机
=M2带式机
网络37：
LDS0.3
OS0.4
OS0.5
AM2带式机
=M3带式机
网络38：
LDS0.4
AM3带式机
=M4带式机
第五章传送带调试及故障与维护
5.1传送带的调试
调试皮带输送机的步骤：
（1）各设备安装后精心调试皮带输送机，满足图样要求。
（2）各减速器，运动部件加注相应润滑油。
（3）安装皮带输送机达到要求后各单台设备进行手动工作试车，并结合起来调试皮带输送机以满足动作的要求。
（4）调试皮带输送机的电气部分。
包括对常规电气接线及动作的调试，使设备具备良好性能，达到设计的功能和状态。
综述带式输送机已成为整个生产环节中的重要设备之一。
结构先进，适应性强，阻力小、寿命长、维修方便、保护装置齐全是带式输送机显著的特点。
在带式输送机运行前，首先要确认带式输送机设备、人员、被输送物品均处于安全完好的状态；其次检查各运动部位正常无异物，检查所有电气线路是否正常，正常时才能将皮带输送机投入运行。
最后要检查供电电压与设备额定电压的差别不超过±5%。
在带式输送机运行投入，必须进行以下操作:
1.合上总电源开关，检查设备电源是否正常送入且电源指示灯是否亮。
正常后进行下一步操作。
2.合上各回路的电源开关，检查是否正常。
正常状态下为：
设备不动作，皮带输送机运行指示灯不亮，变频器等设备的电源指示灯亮，变频器的显示面板显示正常（无故障代码显示）。
3.按照工艺流程依次启动各电气设备，上一个电气设备启动正常后（电机或其他设备已达到正常速度、正常状态）再进行下一个电气设备的启动。
在带式输送机运行中，必须遵守被输送物品设计中物品的规定，遵守带式输送机的设计能力。
其次，要注意各类人员不得触及皮带输送机的运动部分，非专业人员不得随意接触电气元件、控制按钮等。
最后，在带式输送机运行中不能对变频器后级断路，如确定维修需要，则必须在停止变频运行的情况下才能进行，否则可能损坏变频器。
带式输送机运行停止，按下停止按钮待系统全部停止后方能切断总电源。
5.2传送带的常见故障及维护
为解决这类故障重点要注意安装的尺寸精度与日常的维护保养。
跑偏的原因有多种，需根据不同的原因区别处理。
1.调整承载托辊组皮带机的皮带在整个皮带输送机的中部跑偏时可调整
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