PLC皮带运输机控制系统课程设计报告.docx

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PLC皮带运输机控制系统课程设计报告

第1章控制对象概述1

1.1皮带运输机用途、根本组成构造及工作过程1

1.1.1皮带运输机用途1

1.1.2皮带运输机组成及工作原理1

1.2控制对象对控制系统的要求1

1.3本课题应完成的设计工作2

第2章控制方案论证3

2.1继电器控制方案3

2.2单片机控制方案3

2.3PLC控制方案4

2.4结论4

第3章控制系统硬件设计5

3.1电机及元件选择5

3.2电路设计5

3.2.1主电路设计5

3.2.2PLCI/O接线图设计6

第4章控制系统程序设计7

4.1程序组成局部7

4.2主程序7

4.3公用子程序8

4.4手动公用子程序8

4.5自动公用子程序9

4.6M1电机故障子程序10

4.7M2电机故障子程序11

4.8M3电机故障子程序12

4.9M4电机故障子程序12

第5章程序调试13

第6章体会心得14

附录15

参考资料18

第1章控制对象概述

1.1皮带运输机用途、根本组成构造及工作过程

1.1.1皮带运输机用途

皮带输送机可以广泛应用于现代化的各种工业企业中，露天采矿场及选矿厂中，在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统中，皮带输送机都得到了广泛应用，水平运输或倾斜运输，皮带输送机的使用都非常方便。

皮带输送机是以连续摩擦驱动的方式用来运输物料。

那么皮带输送机的主要是由输送带和驱动装置组成的。

皮带输送机具有输送量大、构造简单优点，它广泛地应用在矿山、冶金、煤炭等部门，用来输送松散物料或成件物品，根据输送工艺要求，可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置型式的作业线需要。

皮带运输机的驱动装置由单个或多个驱动滚筒驱动，驱动电机也可以是单个电机或多个电机驱动。

一般驱动装置包括电动机、减速机、液力偶合器、制动器或逆止器等组成。

偶合器的作用是改善皮带运输机的启动性能。

制动器和逆止器是为了防止当皮带运输机停机时皮带向下滑动。

皮带运输机是散料连续运输机械，是应用于短距离连续运输的的重要机械设备。

1.1.2皮带运输机组成及工作原理

皮带输送机的主要是由输送带和驱动装置组成的。

主要介绍驱动装置即四台电动机的运动情况。

皮带运输机由4台皮带机组成，4台皮带机分别用4台电动机（M1～M4）拖动。

皮带输送机是以连续摩擦驱动的方式用来运输物料，通过控制4台电动机的运动，来控制传输物料。

1.2控制对象对控制系统的要求

皮带运输机由4台皮带机组成，4台皮带机分别用4台电动机（M1～M4）拖动，如图1所示。

图1皮带运输机系统示意图

皮带运输机的工作过程如下：

〔1〕启动时先起动最末一台皮带机，经过5S延时，再依次起动其它皮带机：

〔2〕停顿时应先停顿第一台皮带机（M1），待料运送完毕后再依次停顿其它皮带机：

〔3〕当某台皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停顿，而该皮带机后面的皮带机待料运完后才停顿。

例如当M2故障时，M1、M2应立即停，经过5S延时后，M3停，再过5S后M4停。

1.3本课题应完成的设计工作

〔1〕设计和绘制电气控制原理图或PCI/O接线图、功能表图和梯形图

编写指令程序清单。

〔2〕选择电气元件，编制电气元件明细表。

〔3〕设计操作面板电器元件布置图。

〔4〕上机调试程序

〔5〕编写设计说明书

第2章控制方案论证

2.1继电器控制方案

继电器控制系统具有以下特点：

继电器，动作有寿命限制，一个元件故障可能造成整个系统崩溃，会将故障扩大化，本钱最低，也最容易被伪劣产品冒充，可维修度最高，同时维修本钱也低。

〔1〕继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。

〔2〕继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。

〔3〕继电器安装后，受电气设备触电数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。

〔4〕继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能。

〔5〕触点在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。

2.2单片机控制方案

依据单片机目前的开展状况，该方案的优缺点是：

（1）本钱较低。

由于现在单片机的价格相对都比拟低，而且外围电路的元器件价格也不高，所以整体设计起来，本钱比拟低。

（2）可以对外部存储容量根据需要进展扩展，设计可以相比照拟灵活。

（3）由于现存有许多已经设计很完善的子程序，在系统软件设计中可以直接调用，减少较大工作量。

其缺点为：

（1）系统硬件设计相比照拟复杂，运用该方案，该系统硬件设计包含扩展电路局部和系统配置电路局部，所以该系统电路设计工作量相对较大，影响系统开发的时间。

（2）系统的抗干扰能力相对较差，在系统设计中，虽然注意了芯片、器件选择、去耦滤波、电路板的布线，通道隔离以及屏蔽。

但由于工厂的条件比拟差，很难保证系统的可靠性和稳定性。

（3）维护维修相比照拟麻烦，维修需要的时间也相对较长。

但与此同时，由于微机控制系统所有的电路集中在一块电路板上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，假设其中一局部损坏，其只能全部更换。

另外，微机控制系统开发周期长，一旦要有变化修改比拟麻烦。

2.3PLC控制方案

PLC的优点主要有：

（1）功能强，性能价格比高〔可以相当于集成了很多继电器，大多数时候性价比并不低，除非是简单电路，只用少数继电器，那么可能就不太实用了。

〕

（2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强

（3）可靠性高，抗干扰能力强

（4）系统的设计、安装、调试工作量少

（5）编程方法简单

（6）维修工作量少，维修方便

（7）体积小，能耗低

（8）与时俱变，能实现网络通讯

2.4结论

经过比拟，我们发现PLC控制系统具有以下鲜明的特点：

I/O驱动能力强，易于扩展，图形化开发界面，价钱适中，抗干扰能力强，因此多用于工业设备上。

应选用PLC控制方案。

第3章控制系统硬件设计

3.1电机及元件选择

本课程设计采用的电动机是四台380V的三相笼式电动机。

在主电路中电路保护装置由刀开关QS1和自动空气断路器QF组成，用220V电网电压供电。

由PLC控制四个交流接触器的电磁线圈电路的通断，实现对四个电动机通断控制。

四个电动机电路都串联了热继电器对其进展保护，同时也是故障点。

3.2电路设计

3.2.1主电路设计

依靠PLC的输出Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3所接的KM1、KM2、KM3、KM4控制电机M1、M2、M3、M4的运转。

电机图如下：

图31主电路

3.2.2PLCI/O接线图设计

皮带运输机电气控制系统PLCI/O接线如下图：

图32I/O接线图

本设计用了刀开关、断路器、熔断器、热继电器按钮、S7-200等电气元件。

第4章控制系统程序设计

4.1程序组成局部

皮带运输机PLC电气控制系统的程序主要分为以下几个局部：

主程序、公用子程序、自动子程序、手动子程序、M1电机故障子程序、M2电机故障子程序、M3电机故障子程序、M4电机故障子程序。

4.2主程序设计

控制系统主程序主要包括：

与外部的信息交流，故障子程序的发生，自动手动的选择，然后对其各种子程序的跳转。

程序图如下：

图41主程序

4.3公用子程序设计

公用子程序主要是：

在手动操作下，置位自动子程序和故障子程序的所有操作，以防发生冲突。

程序图如下：

图42公用子程序

4.4手动子程序设计

控制系统进入手动模式执行的程序。

程序图如下：

图43手动子程序

4.5自动子程序设计

控制系统的自动子程序主要控制自动模式下系统正常的启动和停顿。

（1）系统启动

按下I0.1→接通KM4→起动M4→5s后T37动作→进入状态M0.1→置位Q0.3,起动定时器T38→接通KM3→起动M3→5s后T38动作→进入状态M0.2→启动定时器T39,置位Q0.2→接通KM2→起动M2→5s后T2动作→进入状态M0.3→置位Y3→接通KM1→起动M1→起动M4。

至此,M1～M4按控制要求全部起动起来,进入正常运行状态。

（2）系统正常停顿

应先停顿第一台皮带机（M1电机），待料运送完毕后〔经过5S延时〕,再依次停顿其它皮带机。

图44自动子程序

4.6M1电机故障子程序设计

控制系统M1故障子程序主要是控制自动模式下，M1电机故障的处理。

程序故障控制：

在自动模式下，按下I0.5→进入状态M2.0→启动定时器T43,复位Q0.1→断开KM1→停顿M1→5s后T43动作→进入状态M2.1→启动定时器T44,复位Q0.2→断开KM2→停顿M2→5s后T44动作→进入状态M2.3→启动定时器T45,复位Q0.3→断开KM3→停顿M3→5s后T45动作→进入状态S34→复位Q0.4→断开KM4→停顿M4。

等待下次操作。

至此,M1～M4按控制要求全部实现停车。

图45M1故障子程序

4.7M2电机故障子程序设计

控制系统M21故障子程序主要是控制自动模式下，M2电机故障的处理。

程序故障控制：

在自动模式下，按下I0.6→进入状态M3.0→启动定时器T46,复位Q0.1、Q0.2→断开KM1、KM2→停顿M1、M2→5s后T46动作→进入状态M3.1→启动定时器T47,复位Q0.3→断开KM3→停顿M3→5s后T47动作→进入状态M3.2→复位Q0.4→断开KM4→停顿M4.等待下次操作。

至此,M1～M4按控制要求全部实现停车。

图46M2故障子程序

4.8M3电机故障子程序设计

控制系统M3故障子程序主要是控制自动模式下，M3电机故障的处理。

程序故障控制：

在自动模式下，按下I0.7→进入状态M4.0→启动定时器T48,复位Q0.1、Q0.2、Q0.3→断开KM1、KM2、KM3→停顿M1、M2、M3→5s后T46动作→进入状态M4.1→复位Q0.4→断开KM4→停顿M4。

等待下次操作。

至此,M1～M4按控制要求全部实现停车。

图47M3故障子程序

4.9M4电机故障子程序设计

控制系统M4故障子程序主要是控制自动模式下，M4电机故障的处理.

程序故障控制：

在自动模式下，按下I0.8→进入状态M5.0→启动定时器T49,复位Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4→断开KM1、KM2、KM3、KM4→停顿M1、M2、M3、M4。

等待下次操作。

至此,M1～M4按控制要求全部实现停车。

图48M4故障子程序

第5章程序的调试

在程序设计完成了之后，就是程序调试了。

调试分为：

自动模式下的程序调试、手动模式下的程序调试以及故障情况下的程序调试。

自动模式调试：

按下模式选择开关SA〔I1.0〕，并且按下SB5〔I0.1〕启动按钮，进入自动模式，M4马上启动每隔5s其他电机依次启动，同样按下SB6〔I0.2〕停顿按钮，M1马上停顿每隔5s其他电机依次停顿。

SA打下来，进入自动模式，依次按I0.1、I0.2、I0.3、I0.4分别启动和停顿相应的电机。

例如按下SB1第一台电机开场运行，松开SB1第一台电机停顿下来，其他的类似。

最后还有一个模拟故障点，进展程序调试。

按下SB5启动所有的电机后，依次分别按下故障点I0.5、