四节传送带系统的设计.docx
《四节传送带系统的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四节传送带系统的设计.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
四节传送带系统的设计
扬州工业职业技术学院
2009—2010学年
第二学期
毕业设计
课题名称：
四节传送带系统的设计
设计时间：
2010.02.01—2010.05.21
系部：
电子信息工程系
班级：
姓名：
指导教师：
总目录
第一部分任务书
第二部分开题报告
第三部分毕业设计正文
第一部分
任
务
书
扬州工业职业技术学院
毕业设计任务书
系部
电子信息工程系
指导老师
职称
学生姓名
班级
学号
设计题目
四节传送带系统的设计
设计
内容
目标
和
要求
一、毕业设计内容和目标：
1、本次毕业设计内容：
应用S7-300PLC控制四节传送带系统的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。
通过控制S7－300PLC的定时继电器的功能来实现四条皮带的运行。
2、本次毕业设计目标：
（1）通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法；
（2）进一步熟悉PLC的I/O连接；
（3）熟悉传送带等类似逻辑的工程实际的编程方法。
二、_______________________________________________________________________________________________________________________________毕业设计论文要求：
1、提出选题的初步设想和研究目的；
2、完成输入和输出分析；
3、完成本毕业设计硬件组态和I/0分配表；
4、完成本毕业设计梯形图控制程序设计；
5、完成程序调试；
6、完成WinCC画面调试；
7、根据本毕业设计的设计、编程、工作过程，形成符合学校规定的毕业设计书面文档。
教研室
审核
系部
审核
第二部分
开
题
报
告
扬州工业职业技术学院电子信息工程系10届
毕业设计（论文）开题报告书（表1）
学生姓名
专业
机电一体化
学号
题目
四节传送带系统的设计
指导教师
职称
学位
题目类别
□工程设计□基础研究□应用研究□其它
【课题的内容与要求】
本次毕业设计内容是应用S7-300PLC控制四节传送带系统的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。
通过控制S7－300PLC的定时继电器的功能来实现四条皮带的运行。
要求为起动时先起动最末一条皮带机，经过1秒延时，再依次起动其它皮带机。
停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机。
当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。
例如M2故障，M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。
当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行1秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。
例如，M3上有重物，M1、M2立即停，再过1秒，M4停。
【前言】
随着计算机科学的发展，微控制器已深入地渗透到我们的生活中。
今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为可编程控制器的小电脑在为我们服务，可编程控制器在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测、控制领域的应用中独占鳌头。
我们作为21世纪的生必须具备可编程控制器的知识。
本四级传送带电路采用PLC为控制核心，具备顺序起动和顺序停止功能，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止的自动控制等功能。
【方案的比较与评价】
因为PLC是可靠性高，抗干扰能力强、配套齐全、功能完善、实用性强、易学易用；系统的设计，建造工作量小；维护方面，容易改造。
所以把PLC作为本设计软件电路的主体，利用仿真软件实现其效果。
该方案与全自动化流水线还有一定距离，不过该方案适用于中小企业，它以成本低、大量节省人力、物力、财力为优势，具有很强的竞争力。
【预期的效果及指标】
预期的效果为能有效的应用S7-300PLC控制四节传送带系统的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。
通过控制S7－300PLC的定时继电器的功能来实现四条皮带的运行。
指标：
1．通过对工程实例的模拟，熟练地掌握PLC的编程和程序调试方法；
2．进一步熟悉PLC的I/O连接；
3．熟悉传送带等类似逻辑的工程实际的编程方法；
4.通过这次模拟，让我更好的了解PLC的各个方面的优缺点且基本达到预期指标。
【进度安排】
2010年2月1日-2010年2月28日选题、调研、收集资料、论证、开题
2010年3月1日-2010年3月20日方案、电路、硬件、软件设计
2010年3月20日-2010年4月15日软硬件调试、写作初稿
2010年4月15日-2010年5月21日修改、定稿、打印
【参考文献】
[1]廖常初.《可编程序控制器应用技术》.重庆：
重庆大学出版社
[2]廖常初.《可编程序控制器的编程方法与工程应用》.重庆:
重庆大学出版社
[3]廖常初.《PLC梯形图程序的设计方法与技巧》.电工技术
[4]邓则名、邝穗芳等.《电器与可编程序控制器应用技术》.北京:
机械工业出版社
[5]周少武等.《大型可编程序控制器系统设计》.中国电力出版社
[6]胡学林.《可编程序控制器原理及应用》.电子工业出版社
[7]章文浩.《可编程控制器原理及实验》.北京：
国防工业出版社
[8]周恩涛.《可编程控制器原理及其在液压系统中的应用》.北京
【指导教师意】见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）
□同意提交开题论证□修改后提交□不同意提交（请说明理由）
指导教师签章：
年月日
【系部意见】
□同意指导教师意见□不同意指导教师意见（请说明理由）□其它（请说明）
系（部）主任签章：
年月日
第三部分
毕
业
设
计
正
文
四节传送带系统的设计
[摘要]随着计算机科学的发展，微控制器已深入地渗透到我们的生活中。
今天，我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为可编程控制器的小电脑在为我们服务，可编程控制器在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测、控制领域的应用中独占鳌头。
我们作为21世纪的生必须具备可编程控制器的知识。
本四级传送带电路采用PLC为控制核心，具备顺序起动和顺序停止功能，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止的自动控制等功能。
[关键词]微控制器可编程控制器PLC
TheDesignoftheFourConveyorSystem
FangHai
0701ElectricalTechnology
Abstract：
Withthedevelopmentofcomputerscience,micro-controllerhasdeeplypenetratedintoourlives.Today,wearelivingandworkingenvironment,moreandmoresmallcomputerscalledprogrammablelogiccontrollerforourservice,programmablecontrollerinindustrialcontrol,sophisticatedweapons,communicationsequipment,informationprocessing,homeappliances,etc.measurement,controlfieldcameouttop.Asthe21stcentury,studentsmusthaveknowledgeofprogrammablecontrollers.ThefourconveyorPLCforthecontrolcircuitcore,withtheorderofstartandstopsequenceoffunctions,whenacertainfaultbelt,theconveyorbeltandstopinfrontoftheautomaticcontrolfunctions.
Keywords:
micro-controllers,ProgrammableLogicController,PLC
前言
随着科技的飞速发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中，PLC具有广泛的应用。
PLC的一般特点：
抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。
PLC总的发展趋势是：
高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。
在PLC诞生之前，工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。
继电器、接触器是一些电磁开关，后来随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器电路构成工业控制系统的缺陷不断地暴露出来，在20世纪60～70年代，社会的进步要求制造出小批量、多品种、多规格、低成本、高质量的产品以满足市场需要，不断的提出改善生产机械功能的要求。
加上当时电子技术已经有了一定的发展，于是人们开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备，这就是我们现在所说的PLC。
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，内部电路采用了严格的抗干扰技术，具有很高的可靠性，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以减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低，此外，PLC带有故障电路的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息，这样，整个系统具有极高的可靠性也就不足为怪了。
本次毕业设计是应用S7-300PLC控制四节传送带系统的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。
通过控制S7－300PLC的定时继电器的功能来实现四条皮带的运行。
它以成本低、大量节省人力、物力、财力、故障少、可靠性高、工作寿命长为优势，具有很强的竞争力。
第一章概论
1.1PLC的概述
1.1.1PLC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控制或顺序控制。
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，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、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。
但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。
PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：
高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。
它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。
PLC的下端（输入端）为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。
人们在应用它时，可以不必进行计算机方面的专门培训，就能对可编程控制器进行操作及编程。
1.1.2PLC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大多数都采用了通信、网络技术，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，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。
在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。
通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
6、支持人机界面功能。
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。
1.1.3PLC的主要特点
1、可靠性高。
PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10-20万h，且均有完善的自诊断功能。
2、结构形式多样，模块化组合灵活。
有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制系统。
最少的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。
3、功能强大。
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
4、编程方便。
控制具有极大灵活性。
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。
5、适应工业环境。
适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。
6、安装、维修简单。
与DCS相比，价格低。
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。
7、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。
1.1.4PLC的联网与通信
PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。
PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成"集中管理、分散控制"的分布式控制系统，满足工厂自动化（FA）系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。
目前各厂商都主推各自的总线标准，如西门子Profibus、A-BControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。
但其构成的“集中管理、分散控制”分布式控制方式是十分类似的。
如ROCKWELL（A-B）推出了“全方位自动化”的理念，推荐三层网络结构，即1）设备层（DeviceNet为代表）；2）控制层（ControlNet为代表）；3）管理层（EtheNet）。
1.1.5PLC的发展
1、与DCS的差别。
集散系统DCS从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能，满足快速大量数据处理要求。
硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。
PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。
PLC在自身发展同时，也在吸收DCS系统的优点。
PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开放总线。
2、市场占有率。
1987年世界PLC的销售额为25亿美元，此后每年以20%左右的速度递增。
进入90年代以来，世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上，其中我国约占1%。
当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。
1.2四节传送带系统的起源及发展
1.2.1四节传送带系统的起源
17世纪中，美国开始应用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。
皮带式传送带设备1868年，在英国出现了皮带式传送带输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。
此后，传送带输送机受到机械制造、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。
1.2.2四节传送带系统的发展
未来传送带设备的将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。
大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。
水力输送装置的长度已达440公里以上带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。
不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。
扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的传送带设备。
本论文设计了一个多级皮带传输系统，它多用于处于复杂地形的大型工业厂矿。
系统采用可编程控制器（PLC）做下位机控制，上位机则采用工业通用组态软件—“组态王”设计控制界面，并最终完成上下位机的通信以达到直观方便的控制效果。
多级皮带传输系统凭借它自身的特点和优势在现代工业中有着重要的作用和地位，最典型的应用就是我们常说的输煤系统。
输煤系统的组成部分包括给煤机、皮带、破碎机、三通、卸料器等。
我们采用PLC对此系统进行顺序控制。
第二章S7-300系列PLC的配置及组态
2.1PLC结构
从可编程控制器的定义可知，PLC也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编程控制器也是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口及电源组成的。
只不过它比一般的通用计算机具有更强的工业过程相连的接口能力和更直接的适应控制要求的编程语言。
PLC的基本结构如图2-1所示：
图2-1PLC的基本机构图
用可编程控制器作为控制器的自动控制系统，就是工业计算机系统，它即可进行开关量的控制，也可实现模拟量的控制。
2.2工作原理
可编程控制器是一种专业的工业控制计算机。
因此，其工作原理建立在计算机控制系统工作原理的基础上。
但为了可靠地应用在工业环境下，便于电气技术人员的使用和维护，它有着大量的接口器件、特定的监控软件、专用的编辑器件。
所以，不但其外观不像计算机，它的操作使用方法、编程语言及工作过程与计算机控制系统也是有区别的。
PLC的控制系统的等效工作电路分为3个部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分。
输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。
内部控制电路是通过编程方法实现的控制逻辑，用软件编程代替继电器电路的功能。
（1）输入部分
输入部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。
外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。
每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系，当外部的输入元件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈“得电”。
（2）内部控制电路
所谓内部控制电路是由用户程序形成的用“软继电器”来代替硬继电器的控制逻辑。
它的作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应的输出。
（3）输出部分
输出部分是由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开点、输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。
PLC的内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制提供编程用的任意多个常开、常闭接点外，还为外部输出电路提供了一个实际的常开接点与输出接线端子相连。
综上所述，可对PLC的等效电路作进一步简化而深刻的理解，即将输入等效为一个继电器的线圈，将输出等效为继电器的一个常开接点。
2.3编程语言
可编程控制器的应用软件是指用户根据自己的控制要求编写的用户程序。
由于可编程控制器的应用场合是工业现场，它的主要用户是电气技术人员，所以其编程语言与通用的计算机编程语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，又不同于汇编语言，它要满足易于编写和易于调试的要求，还要考虑现场电气技术人员的接受水平和应用习惯。
因此，可编程控制器通常使用梯形图语言，又称继电器语言，更有人称之为电工语言。
另外，为满足各种不同形式的编程需要，根据不同的编程器和支持软件，还可以采用指令语句表、逻辑功能图、顺序功能图、流程图及高级语言进行编程。
梯形图是一种图形编程语言，是面向控制过程的一种“自然语言”，它沿用继电器的触点（触点在梯形图中又常称为接点）、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一些继电器控制系统中所没有的特殊功能符号。
梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，很容易被接受，且不需要学习专门的计算机知识，因此，在PLC应用中，梯形图是使用得最基本、最普遍的编程语言。
但这种编程方式只能用图形编程器直接编程。
PLC的梯形图虽然是从继电器控制线路图发展而来的，但与其又有一些本质的区别：
（1）PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、保持继电器、中间继电器等。
但是，这些继电器并不是真实的物理继电器，而是“软继电器”。
这些继电器中的每一个，都与PLC用户程序存储器中的数据存储区中的元件映像寄存器的一个具体基本单元相对应。
如果某个基本单元为“1”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈得电”。
反之，如果某个基本单元为“0”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈断电”。
这样，就能根据数据存储区中某个基本单元的状态是“1”还是“0”，判断与之对应的那个继电器的线圈是否“得电”。
（2）PLC梯形图中仍然保留了常开接点和常闭接点的名称，这些接点的接通或断开，取决于其线圈是否得电（这对于熟练继电器控制线路的电气技术人员来说，是最基本的概念）。
（3）PLC梯形图中的各种继电器接点的串、并联连接，实质上是将对应这些基本单元的状态依次取出来，进行“逻辑与”、“逻辑或”等逻辑运算。
而计算机对进行这些逻辑运算的次数是没有限制的，因此，可在编制程序时无限次地使用各种继电器的接点，且可根据需要采用常开（动合）或常闭（动断）的形式。
注意，在梯形图程序中，同一个继电器的线圈一般只能使用一次。
（4）在继电器控制线路图中，左、右两侧的母线为电源线，在电源线中间的各个支路上都加有电压，当某个或某些支路满足接通条件时，就会有电流流过
升级会员 