皮带运输机PLC电气控制系统设计.docx
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皮带运输机PLC电气控制系统设计
成教毕业论文（设计）
题目：
皮带运输机PLC电气控制系统设计
院系：
机电学院
专业：
电气工程及自动化
班级：
电气2班
考生姓名：
准考证号：
指导老师：
附件一：
xx大学成教毕业设计（论文）任务书
学院：
xx大学北校区
设计（论文）题目：
皮带运输机PLC电气控制系统设计
指导教师姓名
职称
讲师
类别
毕业论文
学生姓名
学号
设计（论文）类型
应用型
专业名称
电气工程及自动化
班级
电气一班
是否隶属科研项目
否
1、设计（论文）的主要任务及目标
主要任务：
提高工厂运作效率，节省大量人力资源
目标：
降低分拣系统的故障效率和设备能耗，并其能够以最经济的方式运作提高公司效益，降低成本。
2、设计（论文）的主要内容
改善全自动物料分拣系统，通过PLC程序逻辑控制器，传输供件同步导入装置、识别及控制系统、机械分拣机构及信息处理系统程序逻辑控制器等组成。
在此系统硬件由，变频器、传感器和电磁阀为电气元件。
气缸和电动机为动力设备来实现物料的分拣。
3、设计（论文）的基本要求
此系统的工作状态分为自动运行状态和检修操作状态，两个工作状态相互独立彼此分开。
当系统处于自动运行状态是，其检修操作状态是无效的。
所有系统自动运行，只有紧急停止操作或停止运行操作才能停止其运行。
在其处于检修操作状态时，要求系统处于运行状态但不对外发出任何操作信号，所有由系统内部发出的控制信号无效，并将运行的模拟数据传送至人机界面进行信号核对与调整
4、主要参考文献
1王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：
机械工业出版社，2001
2章文浩.可编程控制器原理及实验.北京：
国防工业出版社，2003
3廖常初.可编程序控制器的原理及应用.电工技术，1990
4黄云龙.可编程控制器教程.北京：
科学出版社，2004
5戴一平.可编程控制器技术及应用.北京：
机械工业出版社，2004
6余雷声.电气控制与PLC应用.北京：
机械工业出版社，2003
7廖常处.PLC编程及应用.北京：
机械工业出版社，2002
8林春方.可编程控制器原理及其应用.上海：
上海交通大学出版社，2004
9施金良.可编程序控制器.重庆：
重庆大学出版社，2005
10张立科.PLC应用开发技术与工程实践.北京：
人民邮电出版社，2005
5、进度安排
设计（论文）各阶段任务
起止日期
1
搜集相关资料并调研，完成调研报告
2013.10.12—2013.10.20
2
进行硬件电路的设计及机构的选择。
2013.10.25—2013.10.31
3
完成相关程序的编写，编写说明书，绘制相关图纸
2013.11.02--2013.11.15
4
整理毕业设计说明书并定稿，准备答辩
2013.11.16—2013.11.27
5
递交论文
2013.11.28—2013.12.01
6
注：
1、此表一式三份，学院、指导教师、学生各一份；
2、类别是指毕业论文或毕业设计，类型指应用型、理论研究型和其他；
3、在指导老师的指导下由学生填写。
皮带运输机PLC电气控制系统设计
摘要：
随着技术的不断发展与应用，近来单片机的发展十分迅速，一个以微机为主的新技术革命浪潮正蓬勃兴起。
皮带运输机是一种有牵引件的连续运输设备,主要用来输送破碎后的物料，根据输送工艺要求，可单台输送，也可多台组成或与其它输送设备组成水平或倾斜的输送系统。
带式输送机越来越显示出它的集约化、自动化、连续化、高速化等突出的优势。
主要用来运成件或散件的货物，广泛的应用于工业生产中。
传统的皮带运输机调速系统大部分是人工手动或半自动的，应用在皮带运输机上的直流电机存在动态性能差、故障率高、维护困难等缺点。
针对中小型皮带运输机的控制系统采用继电器控制，存在可靠性差、劳动强度大、生产效率低的问题，开发一种基于PLC的皮带运输机控制装置。
本控制系统选用CPM2A系列PLC作为控制器。
在硬件电路设计中，完成PLC选型及外部低压电器的选用，设计了硬件接线图，提出了接线要求，使之具有控制和保护作用。
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
下面就简单介绍一下利用PLC的特点而进行PLC控制皮带运输机的可编程设计的思路及其设计过程。
关键词：
PLC 皮带运输机系统调试
第一章引言
PLC（ProgrammableLogicController），可编程逻辑控制器，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。
自动化控制技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展自动化控制技术更加日新月异。
伴随着数学、控制理论计算机、电子器件的发展，出现了自动化控制技术系统，并作为一门应用科学已发展成熟，形成了自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。
随着新材料`新工艺`新技术的发展，必须推动各种自动机械向电气控制化和智能化的方向发展。
在整个设计过程中，坚持实践是检验真理的唯一标准，坚持理论联系实际，坚持与机械制造生产情况相符合，使设计尽可能做到技术先进、经济合理、生产可行、操作方便、安全可靠。
本次课程设计主要陈述的是皮带运输机控制系统。
其中主要概述了PLC的基本结构，设计的目的与思路，设计过程以及程序的调试。
通过本次设计可以对其有一个深刻的了解，对其组成，功用，应用场合，工作特点可以有一个全方位的解析与了解。
1.1PLC的产生
在PLC诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产的各个领域，起着不可替代的作用。
随着生产规模的逐步扩大，继电器控制系统已越来越难以适应现代工业生产的要求。
继电器控制系统通常是针对某一固定的动作顺序或生产工艺而设计，他的控制功能也局限于逻辑控制、定时、计数等一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须重新进行设计、布线、装配和调试，造成时间和资金的严重浪费。
继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差。
为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需求，并能在竞争激烈的汽车工
业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，拟定了10项公开招标的技术要求，即：
1、编程简单，可在现场修改程序
2、维护方便，最好是插件式
3、可靠性高于继电器控制柜
4、体积小于继电器控制柜
5、可将数据直接送入管理计算机
6、在成本上可与继电器控制柜竞争
输入可以是交流115V
8、输出可以是交流115V，2A以上，可直接驱动电磁阀等
9、在扩展时，原有系统只要很小变更
10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K
根据招标的技术要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用成功。
这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用，也受到了世界上许多国家的高度重视。
1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC。
1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。
我国从1974年开始研制，到1977年开始应用于工控领域。
在这一时期，PLC虽然采用了计算机的设计思想，但实际上PLC只能完成顺序控制，仅有逻辑运算等简单功能，所以人们将它称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）简称为PLC。
20世纪70年代末至80年代初期，微处理器日趋成熟，使PLC的处理速度大大提高，增加了许多功能。
在软件方面，除了保持原有的逻缉运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理、网络通信、自诊断等功能。
在硬件方面，除了保持原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，而且还提供一定数量的数据寄存器。
为此，美国电气制造协会将可编程序逻辑控制器，正式命名为编程序控制器（ProgrammableController），简称PC。
但由于PC容易和个人计算机PC（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的简称。
1985年，国际电工委员会（IEC）对PLC作出如下定义：
可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器，用来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，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的外围设备，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。
1.2PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
a、电源。
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b.中央处理单元（CPU）。
央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。
这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器。
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路。
1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。
2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块。
如计数、定位等功能模块。
f、通信模块。
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
1.3PLC的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
plc由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的f系列plc平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余cpu的plc的平均无故障工作时间则更长。
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已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。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2.配套齐全，功能完善，适用性强
plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用plc的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
plc用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型plc为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
6.使用灵活、通用性强
PLC的硬件是标准化的，加之PLC的产品已系列化，功能模块品种多，可以灵活组成各种不同大小和不同功能的控制系统。
在PLC构成的控制系统中，只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线。
当需要变更控制系统的功能时，可以用编程器在线或离线修改程序，同一个PLC装置用于不同的控制对象，只是输入输出组件和应用软件的不同。
第二章设计过程
2.1设计目的
2.1.1设计目的及要求
1．熟悉步进顺控指令的编程方法；
2．掌握选择性流程程序的编制；
3．掌握皮带运输机的程序设计及其外部接线。
2.2 PLC输入/输出端子接线图
图2-1皮带运输机的动作示意图
在建材、化工、机械、冶金、矿山等工业生产中广泛使用皮带运输系统运送原料或物品。
供料由电阀DT控制，电动机M1、M2、M3、M4分别用于驱动皮带运输线PD1、PD2、PD3、PD4。
储料仓设有空仓和满仓信号，其动作示意简图如图2-1所示。
根据皮带运输机的控制要求，其系统PLC输入/输出端子接线图如图2所示,（PLC的输出负载都用指示灯代替）。
图2-2中：
SA0———自动/手动按钮
SB1———自动启动按钮
SB2———正常停止按钮
SB3———急停按钮
SB4———点动DT电磁阀按钮
SB5～SB8———M1～M4的点动启动按钮
SQ1———满仓信号按钮
SQ2———空仓信号按钮
SB9———故障启动按钮
KA1———控制DT的起动和停止
HL1～HL4———M1～M4接通指示灯
KM1～KM4———交流接触器,分别控制M1～M4的起动
停止。
图2-2皮带运输机的PLC控制系统外部接线图
2.3程序设计
根据控制设计要求,本文编制的状态转移程序如图2-3所示（程序指令表及梯形图见附录）：
图2-3皮带运输机的状态转移示意图
2.4皮带传输机控制原理
（1）起动控制:
接通PLC的电源,在初始化脉冲M8000作用下进入初始状态S0,按下SB1/SQ2→接通X1/X12→进入状态S20→启动定时器T0,置位Y1→接通KM1→起动M1→5s后T0动作→进入状态S21→起动定时器T1,置位Y0→接通KA1→起动DT→5s后T1动作→进入状态S22→启动定时器T2,置位Y2→接通KM2→起动M2→5s后T2动作→进入状态S23→置位Y3→接通KM3→起动M3→5s后T3动作→进入状态S24→置位Y4→接通KM4→起动M4。
至此,M1～M4与DT按控制要求全部起动起来,进入正常运行状态。
（2）停车控制:
在系统运行时,按下SB2/SQ1→接通X2/X11→进入状态S30→启动定时器T10,复位Y0→断开KA1→停止DT→5s后T10动作→进入状态S31→启动定时器T11,复位Y1→断开KM1→停止M1→5s后T11动作→进入状态S32→启动定时器T12,复位Y2→断开KM2→停止M2→5s后T12动作→进入状态S33→启动定时器T13,→复位Y3→断开KM3→停止M3→5s后T13动作→进入状态S34→启动定时器T14,→复位Y4→断开KM4→停止M4。
Y4复位5s后T14动作,状态返回初始状态S0,等待下次操作。
至此,M1～M4与DT按控制要求全部实现停车。
（3）急停控制:
在系统运行时,如需要紧急停车,按下SB3→接通X3→同时置位状态S20～S34→同时复位Y0、Y1、Y2、Y3、Y4→同时断开KA1、KM1、KM2、KM3和KM4→同时停止DT与M1～M4。
（4）故障起动控制:
在系统运行时,按下SB9→接通X13→进入状态S25→启动定时器T5,置位Y4→接通KM4→起动M4→5s后T5动作→进入状态S26→起动定时器T6,置位Y3→接通KM3→起动M3→5s后T6动作→进入状态S27→启动定时器T7,置位Y2→接通KM2→起动M2→5s后T7动作→进入状态S28→置位Y1→接通KM1→起动M1→5s后T8动作→进入状态S29→置位Y0→接通KA1→起动DT。
至此,M1～M4与DT按控制要求全部起动起来,进入正常运行状态。
（5）点动控制：
接通PLC的电源,在初始化脉冲M8002作用下，按下SB4→接通X4→接通Y0→接通KA1→起动DT；按下SB5→接通X5→接通Y1→接通KB1→起动M1；按下SB6→接通X6→接通Y2→接通KB2→起动M2；按下SB7→接通X7→接通Y3→接通KB3→起动M3；按下SB8→接通X8→接通Y4→接通KB4→起动M4；。
2.5主要元器件与设备
1．可编程控制器1台（FX1S）；
2．皮带运输机模拟显示模块1块（带指示灯、接线端口及按钮等）；
3．实训控制台1个；
4．电工常用工具1套；
5．计算机1台；
6．连接导线若干
第三章系统调试与结果
3.1系统调试
1．输入程序，按前面介绍的程序输入方法，用手持式编程器（或计算机）正确输入程序。
2．静态调试，按图2所示的系统接线图正确连接好输入设备，进行PLC的模拟静态调试，并通过手持式编程器（或计算机）监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查并修改、调试程序，直至指示正确。
3．动态调试，按图3所示的系统接线图正确连接好输出设备，进行系统的动态调试，先调试手动程序，后调试自动程序，观察指示灯能否按控制要求动作，并通过手持式编程器（或计算机）监视，观察其是否与控制要求一致，否则，检查线路或修改程序，直至指示灯能按控制要求动作。
4．在调试过程中，要注意各个输入信号，不能同时给好几个输入信号，否则会出错，如满仓信号和空仓信号不能同时给出，一旦给出系统就会混乱，看不清实验现象。
接线是最好用不同的颜色表示不同的状态线便于检查错误。
梯形图编写时最好写一部分检验一部分的功能，不要全部按完之后再检查，那时就不容易找出错误。
3.2调试结果
1.正常启动：
启动开关启动，发光二极管Y1～Y4依次间隔5s亮。
图3-1正常启动示意图
2.
故障启动：
机器出现故障后，闭合故障启动开关，发光二极管Y4～Y1依次发光，恰与正常启动顺序相反，这样可使故障前留下物料运出而不至于堆积。
图3-2故障启动示意图
3.紧急停止：
机器出现故障，急停开关闭合，发光二极管Y1～Y4同时灭。
图3-3紧急停止示意图
第四章发展前景及体会
4.1发展前景
随着石油、劳动力、环保及各种费用的快速上涨，在煤炭、冶金、有色金属和水泥等矿山中，车辆的运输成本快速增高。
带式输送机越来越显示出它的集约化、自动化、连续化、高速化、简单化、清洁化、环保化、安全化等突出的综合优势。
近年来，比较大型的正规矿山，物料输送基本都采用了带式输送机。
随着液压自动涨紧技术、转弯技术、胶带防跑偏技术、监控技术，尤其是变频技术在带式输送机的应用，长距离、大运量、高速度带式输送机的可靠性、安全性都得到了大幅度提高，转弯多，上运和下运，胶带的翻转等关键技术都得到了很好的解决。
国内近年来新安装运行数千米长的带式输送机已经很多，例如江苏句容台泥水泥有限公司矿山的带式输送机，总长15.83km，带速4.37米/秒，1997年开始运行至今，状况良好。
我国加入WTO以后，带式输送机技术的引进吸收很快，已经基本与国外看齐，设计和实际应用技术已经日趋成熟。
但是，带式输送机设计的配置功率都比较大。
随着配置功率的增大，胶带、减速机、头架、尾架、托辊支架、变频装置等所有的相关部件和电器元件都需要增加强度和容量，就造成了投资成本的大幅度增加；运营时电力的浪费、胶带的磨损、噪音的污染、维修的人力和物力耗费以及不可预测的故障停机等费用更高。
这两种现象是一种“看不见的战线”，“偷走了”带式输送机大量的投资和运营费用，并且严重制约着整机性能参数和技术水平的提高。
为了地球的绿色环保，为了企业的节能增效，为了行业的技术进步，为了社会的和谐安定，让我们一起转变旧的观念，开创新的科技，完成新的使命，将带式输送机的技术性能推向新的世纪。
4.2课程设计体会
通过这次对皮带运输机的设计仿真，我了解了运用PLC设计运输机的程序，也让我了解了关于运输机的基本原理与设计理念，在这次的设计中我查阅了网络、书籍上的资料并且与小组的其他同学设计及方案做探讨，得出许多新的方面的问题也得到了解决，也为以后的工作积累了经验，做好了更充分的准备。
参考文献
1王兆义.小型可编程控制器实用技术.北京：
机械工业出版社，2001
2章文浩.可编程控制器原理及实验.北京：
国防工业出版社，2003
3廖常初.可编程序控制器的原理及应用.电工技术，1990
4黄云龙.可编程控制器教程.北京：
科学出版社，2004
5戴一平.可编程控制器技术及应用.北京：
机械工业出版社，2004
6余雷声.电气控制与PLC应用.北京：
机械工业出版社，2003
7廖常处.PLC编程及应用.北京：
机械工业出版社，2002
8林春方.可编程控制器原理及其应用.上海：
上海交通大学出版社，2004
9施金良.可编程序控制器.重庆：
重庆大学出版社，2005
10张立科.PLC应用开发技术与工程实践.北京：
人民邮电出版社，2005
附录
程序指令表：
梯形图：
致辞与感谢
两年的大学时光匆匆就走过了，在这两年的时光中学到了很多做到的很少，这篇毕业论文也是对我们生活履历的一种见证。
毕业设计的制作与完成，从选定题目、选择元器件、实物的制作、论文的完成，过程是辛苦的，但成果是令人欣慰的。
不论是之前的实验还是学习，自己都没有一个人去完成一件作品，在这将近半年的时间里，通过自己的不懈努力终于在这一刻完成了我的设计。
回想刚踏入校门时自己什么都不懂，仍然像高中一样的态度对带着生活。
但现实总是残酷的，大学不容我这样，一切证明我的方式不适合在这个圈里生存。
我失落过，迷惘过，但我没有放弃，在失败面前我并没有退缩，我懂得什么是知难而进，在老师的指导和同学的帮助中，我找回了自我认清了方向，也有了明确的目标，那样我就有了朝着目标奋斗的动力。
而且我指导这样还是不够的，现在的社会竞争是那样的激烈，适者生存。
于是我在课余的时间加强自我的动手能力，参加社会实践活动。
这样我在这段时间学到了许多宝贵的道理，那是我一生受用的。
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