基于PLC的多级传送带四节传送带.docx

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基于PLC的多级传送带四节传送带

基于PLC的多级传送带_四节传送带

沈阳航空航天大学课程设计论文基于PLC的多级传送带控制系统设计

0前言..............................................................11.总体方案设计......................................................22.多级传送带硬件电路的设计..........................................2

2.2CPU处理模块..................................................3

2.3PLC的工作原理................................................3

2.4多级传送带的I/O分配.........................................5

2.5皮带输送机的外部接线.........................................63.多级传送带软件设计................................................6

3.2多级传送带工作流程图.........................................7

3.3多级传送带程序设计和分析.....................................84.多级传送带监控界面设计...........................................13

4.1组态软件的概念..............................................13

4.2定义数据字典................................................13

4.3用户界面的制定..............................................145.程序调试........................................................146.课设小结及进一步设想............................................17参考文献...........................................................18

沈阳航空航天大学课程设计论文基于PLC的多级传送带控制系统设计

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基于PLC的多级传送带控制系统设计

摘要:

皮带传送机是一种用于测量和控制皮带速度和物料流量的实时控制系统。

本文主要采用PLC实现对皮带输送机的下位机控制，并通过组态软件对上位机进行实时监控。

文中首先介绍了PLC和皮带输送机的工作原理，在设计硬件的基础上，对软件进行设计，采用组态软件建立人机监控界面，包括组态界面的制作方案，功能语言的实现，最后对系统进行调试，并给出相关的参考程序，使自动输送过程得以实现，并能实时的监控输送过程。

关键词:

皮带传送;PLC;组态王6.5监控

0前言

近20年来，可编程控制器在我国已获得了极其重要和广泛的应用，它不仅可作为单一的机电控制设备，而且它作为通用的自动控制设备，也被大量的用于过程工业的自动控制。

可编程控制器与其他计算机控制装置，如集散控制系统、现场总线控制系统、计算机基础过程系统、信息管理系统等，一起已成为工业控制领域的主流控制装置。

本设计选择了西门子公司的可编程控制器作为样机。

西门子公司的PLC程序通俗易懂、操作方便、实用性强，简单易学。

它用梯形图（V4.0STEP7MicroWIN）编程语言编程，类似于继电器控制线路图。

只要具有继电器控制线路图这方面的知识，就可以很快学会编程和操作，不存在计算机技术和传统电器技术之间的专业“鸿沟”，系统扩展灵活，它具有各种I/O模块和A/D、D/A模块等，便于各种需要配置成各种不同模块的分布式或集中式的控制系统。

PLC的输入口可与触电式开关直接相连，输出口与执行元件（接触器、电磁铁）相连，即在PLC的端子上接相应的输入、输出信号线即可，使用非常方便。

当控制要求改变时，要变更控制系统的功能，可用编程器修改程序。

它还可以用于不同的受控对象只要输入、输出组件和应用的软件不同而已，可与强电相连，并有较强的带负载能力;体积小，重量轻便于安装，有自检和监控功能，能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试提供方便，由于接线少，维护方时只需更换插入式模块，维护方便。

用可编程序控制器来控制一台带式传送机，需要考虑到电动机正反转控制、与带之间启动的时间差、传送带的速度控制、传感器的输入、整个过程每一步输

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入输出的逻辑关系等一些问题，较以往的要求相比较是存在一些不同点，相对提高了少，为了实现任务要求的各项功能，还需在这个基础上进行部分功能扩展，使得整个统的功能更加完善。

当然，选择这个课题并非只运用可编程控制器的知识，还要结合电路基础和电子技术、电动机传动原理、继电器,接触器控制系统课程的知识，运用它们来将该课题设计完成。

1.总体方案设计

系统由传动电机M1、M2、M3、M4，故障设置开关A、B、C、D组成，完成物料的运送、故障停止等功能。

闭合“启动”开关，首先启动最末一条传送带（电机M4），每经过1秒延时，依次启动一条传送带（电机M3、M2、M1）。

当某条传送带发生故障时，该传送带及其前面的传送带立即停止，而该传送带以后的待运完货物后方可停止。

例如M2存在故障，则M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。

排出故障，打开“启动”开关，系统重新启动。

关闭“启动”开关，先停止最前一条传送带（电机M1），待料运送完毕后再依次停止M2、M3及M4电机。

如图1所示。

图1皮带输送机结构图

2.多级传送带硬件电路的设计

2.1PLC简介

PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。

为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四

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年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），并给PC作了如下定义:

“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。

用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入,输出模块，以控制各种机械或工作程序。

一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。

”

以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义:

“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。

可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

”

总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。

它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。

但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编程。

2.2CPU处理模块

CPU224模块输入、输出单元的接线图如图2所示

120/240VAC

ACL1N1.71.61.50.30.51.41L0.00.10.60.22L3L1.01.11.21.30.40.7

0.30.51.00.00.10.60.212.02.22.50.40.71.41.51.62.31.721.11.21.32.12.4L2.62.7M+MM

24VDC

图2CPU224模块输入、输出单元的接线图

2.3PLC的工作原理

PLC的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，即在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。

除此之外，为提高工作的可靠性和及时地接收外来的控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信请求，因此，PLC工作过程分为以下五步:

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（1）自诊断

自诊断功能可使PLC系统防患于未然，而在发生故障时能尽快的修复，为此PLC每次扫描用户程序以前都对CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。

（2）与外设通信

自诊断正常后PLC即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。

在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清内存等监控命令。

（3）输入现场状态

完成前两步工作后PLC便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通断状态、形成现场的内存映象。

这一过程也称为输入采样或输入刷新，在一个扫描周期内内存映象的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的内存映象值而不是当时现场的实际值。

（4）解算用户逻辑

即执行用户程序。

一般是从存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。

解算过程中所用的计数器、定时器、内部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器、输出继电器则用的是内存映象值。

（5）输出结果

将本次扫描过程解算得到的最新结果送到输出模块取代前一次扫描结算结果，也称为输出刷新。

解算用户逻辑时，每一步所得到的输出信号被存入输出映像寄存器而并未发送到输出模块，相当于输出信号被

输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由输出状态表送到输出模块，其相应开关动作。

在依次完成上述五个步骤操作后PLC又开始进行下一次扫描。

如此不断的反复循环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、出现故障或载物。

PLC的工作过程如图1-2所示。

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自诊断

与外设通信

输入现场状态

解算用户逻辑

输出结果

图3PLC的工作过程

2.4多级传送带的I/O分配

本系统需要5个输入点和4个输出点。

根据PLC的特点和系统设计的需要，输入信号包括启动按钮等等。

输出信号包括电机、运料车到位指示等等。

其I/O分配如表1所示。

电气符号

PLC地址（PLC端子）功能说明

（面板端子）

I0.0SB1启动

I0.1A故障灯A

I0.2B故障灯B

I0.3C故障灯C

I0.4D故障灯D

I0.5SB2关闭

Q0.1M1皮带M1

Q0.2M2皮带M2

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Q0.3M3皮带M3

Q0.4M4皮带M4

表1元件地址I/O分配

2.5皮带输送机的外部接线

PLC输入点与故障灯A、B、C、D相连。

PLC输出点与皮带M1、皮带M2、皮带M3、皮带M4，外部接线图如图4所示。

图4PLC外部接线图

3.多级传送带软件设计

3.1编程软件介绍

STEP7Micro/Win编程软件是基于Windows的应用软件，STEP7Micro/Win编程软件还有其他功能，例如:

（1）运动控制:

S7-200提供脉宽脉宽调制（PWM）、脉冲串输出（PTO）、EM253位控模块3种开环运动控制方式。

（2）创建调制解调模块程序:

使用EM241调制解调模块可以将S7-200直接连到一个模拟电话线上，并且支持S7-200与STEP7Micro/Win的通信。

（3）USS协议库:

软件指令库包括预先组态好的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过USS协议与驱动通信而设计的。

通过USS指令，使用者可以控制这个物理驱动，并读/写驱动参数。

（4）Modbus从站协议指令:

软件指令库包含专门为Modbus通信设计的预先定义的子程序和中断服务程序，并使得与Modbus主站的通信简单易行。

使用

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Modbus从站协议指令，使用者可以将S7-200组态作为ModbusRTU从站，与Modbus主站通信。

（5）使用数据归档:

STEP7Micro/Win提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。

（6）PID自整定和PID整定控制面板:

可以使用操作员面板中的用户程序或者PID整定控制面板来启动自整定功能。

3.2多级传送带工作流程图

流程图是流经一个系统的信息流、观点流或部件流的图形代表。

在企业中，流程图主要用来说明某一过程。

这种过程既可以是生产线上的工艺流程，也可以是完成一项任务必需的管理过程。

图5发生故障时的流程图

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3.3多级传送带程序设计和分析

系统由传送带、检测系统系统组成。

在设计中应用了常开触点、常闭触点、比较指令、定时器、跳变指令、置位和复位指令、传送指令、计数器等指令来实现功能。

当车装满时，输送机自动停止配料。

系统由传动电机M1、M2、M3、M4，故障设置开关A、B、C、D组成，完成物料的运送、故障停止等功能。

其梯形图如下:

下图网络1:

按下I0.0启动，倒叙启动，传动电机M4启动自锁。

图6

下图网络2:

传动电机M4启动之后，接通延时1S。

图7

下图网络3:

传动电机M3启动，并且接通延时1S。

图8

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下图网络4:

传动电机M2启动，并且接通延时1S。

图9

下图网络5:

传动电机M1启动。

启动环节结束。

图10

下图网络6:

按下I0.5顺序停止，传动电机M1先停止自锁。

图11

下图网络7:

传动电机M1停止之后，接通延时1S。

图12

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下图网络8:

传动电机M2停止自锁，并且接通延时1S。

图13

下图网络9:

传动电机M3停止自锁，并且接通延时1S。

图14

下图网络10:

传动电机M4停止。

停止环节结束。

图15

下图网络11:

传动电机M1故障时立即停止，并且接通延时1S。

图16

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下图网络12:

传动电机M2停止，并且接通延时1S。

图17

下图网络13:

传动电机M3停止，并且接通延时1S。

图18

下图网络14:

传动电机M4停止。

图19

下图网络15:

传动电机M2故障，M1、M2立即停止，并且接通延时1S。

图20

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下图网络16:

传动电机M3停止，并且接通延时1S。

图21

下图网络17:

传动电机M4停止。

图22

下图网络18:

传动电机M3故障，M1、M2、M3立即停止，并且接通延时1S。

图23

下图网络19:

传动电机M4停止。

图24

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下图网络20:

传动电机M4故障，M1、M2、M3、M4立即停止。

图25

4.多级传送带监控界面设计

4.1组态软件的概念

组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。

对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。

在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差;或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。

组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。

4.2定义数据字典

在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。

本系统实时数据的定义如表2所示。

数据对象类型PLC地址解释说明

I0.0开关型I0.0启动

I0.1开关型I0.1皮带M1的故障检

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测

皮带M2的故障检I0.2开关型I0.2测

皮带M3的故障检I0.3开关型I0.3测

皮带M4的故障检I0.4开关型I0.4测

I0.5开关型I0.5关闭

Q0.1开关型Q0.1皮带M1

Q0.2开关型Q0.2皮带M2

Q0.3开关型Q0.3皮带M3

Q0.4开关型Q0.4皮带M4

表2数据词典的定义

4.3用户界面的制定

在组态王中，A、B、C、D分别代表各自皮带的故障灯，正常工作是绿色，当出现故障的时候变为红色;1、2、3、4分别代表四个拉动皮带的电机，正常工作是绿色，停止工作是红色;还有启动和关闭开关。

如图26所示。

图26

5.程序调试

下图27所示，传动电机M1、M2、M3、M4启动组态监控示意图。

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图27开启监控示意图

下图28所示，传动电机M1、M2、M3、M4关闭组态监控示意图。

图28关闭监控示意图

下图29所示，传动电机M1故障立即停止，M2、M3、M4依次延时1S停止组态监控示意图。

图29M1故障监控示意图

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下图30所示，传动电机M2故障，M1、M2立即停止，M3、M4依次延时1S停止组态监控示意图。

图30M2故障监控示意图

下图31所示，传动电机M3故障，M1、M2、M3立即停止，M4延时1S停止组态监控示意图。

图31M3故障监控示意图

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下图32所示，传动电机M4故障，M1、M2、M3、M4立即停止组态监控示意图。

图32M4故障监控示意图

6.课设小结及进一步设想

通过制作此次课程设计，我对PLC的相关知识有了更深入的理解，也对电气控制系统的设计有了初步的认识。

在设计的过程中，遇到了很多难题，我与同学共同研究，上网查找相关资料，也和老师进行了经验交流，提高了工作效率。

在设计和编写程序之前，最重要的莫过于查找足够的资料了。

我对很多知识的理解不够透彻，概念认识的很浅显，知识的掌握也不够丰富，不能灵活应用在编程上。

其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，虽然以前进行过这部分知识的系统学习，但应用甚少，用起来很生疏，所以要对应用到的知识进行一定程度的复习。

最后，要做好一个课程设计，就必须做到:

在设计程序之前，对所用可编程控制器的内部结构有一个系统的了解，知道该PLC的内部结构，功能特点;要有一个清晰的思路和一个完整的的流程图;在设计程序时，要有足够的耐心，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路;要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便;在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。

在完成这一系列的过程之后，我们的设计能力也有了很大的提高。

此外，这次我还学习了组态软件监控系统。

可以运用组态王软件对程序进行生动的监测运用。

经过这次课程设计的锻炼，我相信我们的知识运用能力和实践能力一定会有质的飞跃～

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参考文献

[1]赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社，2002，7[2]廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2005，3

[3]胡学林.可编程控制器原理及应用.电子工业出版社，2007,1[4]梁延东.电梯控制技术.中国建筑工业出版社,2008:

42-44[5]常晓玲.电器控制系统与可编程控制器.机械工业出版,2008:

78-80

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