完整版基于PLC的生产线输送带控制系统设计毕业论文设计论文.docx

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完整版基于PLC的生产线输送带控制系统设计毕业论文设计论文

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,itbedonebysingle-chipPhone,aswellascomputer,PLC,thepasttocontrolrelaycontrolsystemwithtouch.Contactwithrelaycontrolsystemwiringcomplex,anti-interferenceabilityispoor,vulnerabletofailureandpoorcontact,andscalability.PLCduetoitsmoreandmoreenterprises,traditionalcontactrelaycontrolsystemreplacedbyPLCforstep-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

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0.3～0.1ms2，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

s=（n0-n）n0，称为转差率，是异步电（动）机的对重要的一个参数。

sN为额定转差率。

它和感应电机基本上是相同的。

主要做电动机用，一般不做发电机。

其优点是结构简单，制造方便，价格便宜，运行方便。

缺点是功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。

异步电机是一种交流电机，其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。

异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。

感应电机应用最广，在不致引起误解或混淆的情况下，一般可称感应电机为异步电机。

普通异步电机的定子绕组接交流电网，转子绕组不需与其他电源连接。

因此，它具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠以及质量较小，成本较低等优点。

异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械的传动要求。

异步电机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。

异步电机运行时，必须从电网吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏。

因此，对驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备，常采用同步电机。

由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系，其调速性能较差（交流换向器电动机除外）。

对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等，采用直流电机较经济、方便。

但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展，目前适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。

通过对本系统传送带所需电机容量的计算和经济实用各方面考虑，所选电机电机MI,M2,M3,M4电机选型为YB2-711-2额定功率0.37KW，电流0.96A，转速转分2800，效率70%，功率因数0.81，堵转转矩额定转矩2.2，堵转电流额定转流5.5A，重量17.5Kg。

图3-10输送带电机的外部电路

3.3.2 电动推杆

（1）工作原理。

电动机经齿轮减速后，带动一对丝杆螺母。

把电机的旋转运动变成直线运动，利用电动机正反转完成推杆动作。

如通过各种杠杆、摇杆或连杆等机构可完成转动、摇动等复杂动作。

通过改变杠杆力臂长度，可以增大或加大行程。

（2）主要用途。

电动推杆是通用型的辅助驱动装置，可广泛运用于医疗、家具、家庭、电子、电力、机械、冶金、交通、矿山、石油、化工、起重、运输、建筑、粮饲加工等行业。

具有节能环保，性能可靠，动作灵敏，运行平稳，推拉力相同，环境适应性好等特点。

设计新颖精致、体积小、精度高、完全同步、自锁性能好、卫生，电机直接驱动，不需要管道的气源、油路，现已大量用于生产线、汽车、透气窗开启、军工、舞台、纺织、污水处理等各个行业设备上。

（3）主要结构。

电动推杆由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座、弹簧、外壳及涡轮、微动控制开关等组成。

电动推杆是一种新型的电动执行机构，在一定范围行程内作往返运动，一般电动推杆标准行程在，100，150，200，250，300，350，400mm，特殊行程也可根据不同应用条件要求设计定做。

电动推杆可以根据不同的应用负荷而设计不同推力的电动推杆，一般其最大推力可达20kN，空载运行速度为4~45mms，推杆电机以24V12V220380V直流交流永磁电机为动力源，把电机的旋转运动转化为直线往复运动。

推动一组连杆机构来完成风门、阀门、闸门、挡板等切换工作。

采用电动推杆作为执行机构不仅可减少采用气动和液压所需的气液源装置和辅助设备，也可减少执行机构的重量。

采用电动推杆执行机构，在改变控制开度时，需要供电，在达到所需开度时就可不再供电，因此从节能看，电动推杆执行机构比气动执行机构有明显节能优点。

适用于远距离操纵而广泛用于电力、化工、冶金、矿山、轻工、交通、船舶等部门的风门、阀门、闸门等机构的启闭、物料装卸、流量控制等。

现已被越来越多的部门肯它来代替机构手、液坟阀、减速传动机构的自动装置。

行程控制。

涡轮蜗杆传动形式：

电机齿轮上的涡杆带动涡轮转动，使涡轮内的小丝杆作轴向移动，由连接板带动限位杆相应作轴向移动，至所需行程时，通过调节限位块压下行程开关断电，电动机停止运转（正反控制相同）。

齿轮传动形式：

电机通过减速齿轮后带动安装于内管的小丝杆，带动与之连接一起的做轴向运行螺母，至所设定的行程时螺母触角压住限位开关断开电源，电机停止运动（反向与之相同）。

从满足系统要求和经济实用各方面考虑，本系统选用DT70ΔΔΔⅢ—60速度60mms，推力700N，电机功率180W，行程长度500，600。

图3-11电动推杆外部电路

3.3.3液压推杆

该产品与电动推杆、气缸、液压缸相比,具有如下优点：

可以带负荷启动,而电动推杆很困难；具有超负荷保护能力,不会损坏电机和机件；同一台电液推杆其推、拉力可无线调速,因而驱动力范围广,这是电动推杆和气无法可比的；在推力和速度相同的情况下,消耗的电能仅有电动推杆的一半；本产品采用全液压传动,动作灵敏、运行平稳,能有效缓冲外来的冲击力,行程制准确气缸和电动推杆是做不到的；电液推杆采用机、电、液一体化全封闭结构,工作油路循环于无压的封闭钢筒里体积小、不漏油,便于安装、维修.在恶劣的工作环境下,不吸尘,不进水,内部不锈蚀,使用寿命比气缸电动推杆长久；投资小,气缸需建空压站,液压缸需要液压站,而电液推杆不需任何附属设备。

工作原理与结构简介。

其工作原理电液推杆以电动机为动力源,通过双向齿轮泵输出压力油,经油路集成块的控制,至油缸,实现活塞杆的往复运动。

过载自动保护功能电液推杆工作时,当活塞杆所受外力超过调定的输出力或活塞到终点电机仍在转动,路中的油压增高调定的限额,溢流阀迅速而准确的溢流,实现过载保护,电机虽在转动,但会烧毁。

自锁功能 电液推杆的油路集成块中,设计了压力自锁机构,电机停止,活塞杆能自锁在一定位置上,处于保压状态。

本设计选用型号型号XDG450-50最大输出力（kgf），推力450，拉力310，输出速度，推速50，拉速65，电机功率0.55KW，行程范围（mm）50-2000.

图3-12液压推杆的外部电路

3.3.4 滚筒电机

从满足系统要求和经济实用各方面考虑，电机M5选型，YB-632-2,0.25KW，电流0.66A，转速转分2800，效率68%，功率因数0.81，堵转转矩额定转矩2.2，堵转电流额定转流5A，重量13.5Kg。

图3-13滚筒电机的外部接线图

4基于PLC生产线输送带控制系统软件设计

系统软件设计由PLC程序设计及上位机上位机组态监控界面组成。

PLC的程序设计使用STEP7MicroWIN软件完成，上位机组态监控使用组态王完成。

4.1PLC程序设计

4.1.1 编程软件介绍（STEP7MicroWIN）

STEP7MicroWIN是专门为S7-200设计的，在个人计算机上运行的编程软件，其基本功能是协助用户完成应用软件的开发任务，例如，创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。

利用该软件可以设置PLC的工作方式和参数，上传和下载用户程序，进行程序的运行监控。

它具有简单的语法的检查，对用户程序的文档管理和加密等功能，并提供在线帮助。

通过对话方式，用户只需要输入一些参数，就可利用自动生成PID控制，网络通信，高速计数器，位置控制等较复杂的用户程序。

其项目的组成：

（1）程序块：

主程序（OB1）、可选的子程序和中断程序。

程序结束时不需要加入无条件结束或返回指令。

（2）数据块：

用于对V存储器赋初值，由数据和注释组成。

（3）系统块：

用来设置系统的参数，一般可采用默认的参数值。

（4）符号表：

用符号来代替存储器的地址，使程序更容易理解。

（5）状态表：

用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态。

（6）交叉引用表：

列举出各操作数出现的位置和指令的助记符。

计算机通信参数的设置与在线连接的建立：

（1）PCPPI电缆的安装与设置。

（2）计算机与PLC在线连接的建立。

（3）PLC中信息的读取。

（4）CPU事件的历史记录。

4.1.2 软件编程分析及编程

图4-1程序结构图

4.1.3PLC编程

（1）传送带输送模块编程。

其主要实现的功能是使传送带具有具有双速运行功能，即低速运行和高速运行，低速运行时就是电机Δ连接启动然后运行，高速运行就是电机先Δ启动2s后Y运行，从而实现双速功能。

图4-2传送带输送模块编程

（2）传感器1#模块。

当包装箱经过传感器1#时，PLC接受到光电传感器1#发出信号时，滚筒电机Q0.3开始运行，大概5s后停止，然后液压推杆Q0.4下降2s停止。

图4-3传感器1#模块

（3）称重模块。

包装箱落在称重平台上，由称重平台上的称重传感器给PLC模拟信号，当大于等于系统设定值5Kg时，液压推杆上升2s停止，然后电机M5运行2s后停止，当小于系统给定值5Kg时，电动推杆1#动作后复位，然后升降框（液压推杆）上升到初始位置。

图4-4称重模块1

图4-5称重模块2

（4）传感器2#模块。

当包装箱经过传感器2#时，电动推杆2#动作，把包装箱推进小车1#。

图4-6传感器2#模块

（5）传感器3#模块。

当包装箱经过传感3#时，电动推杆3#动作，把包装箱推进小车2#。

图4-7传感器3#模块

（6）胶带跑偏和报警保护及报警复位。

传送带1#2#3#4#上都装有跑偏传感器，当跑偏超过10s时，系统开始进行声光报警。

只有按下报警复位按钮时报警才能解除。

图4-8胶带跑偏和报警保护及报警复位

（7）系统运行指示灯

当系统打开时，即按下启动按钮，运行指示灯就会亮。

图4-9系统运行指示灯

4.2上位机组态监控界面

4.2.1组态软件的系统构成及其简介

在组态软件中，通过组态生成的一个目标应用项目在计算机硬盘中占据唯一的物理空间（逻辑空间），可以用唯一的一个名称来标识，就被称为一个应用程序。

在同一计算机中可以存储多个应用程序，组态软件通过应用程序的名称来访问其组态内容，打开其组态内容进行修改或将其应用程序装入计算机内存投入实时运行。

组态软件的结构划分有多种标准，这里以使用软件的工