皮带运输机的plc控制系统设计.docx

1、皮带运输机的plc控制系统设计摘 要在物流企业机电输送中，需要把一件物品从某一位置搬到另一位置，并且能自动完成工序，因此输送带控制系统被广泛运用于物流行业，然而，传统的接触继电器控制系统有着接线复杂、抗干扰能力差和容易接触不良从而造成故障的缺陷，而且功能扩展性差。PLC系统因其可靠性高、编程简单、功能完善而越来越受到青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步被PLC系统所取代。目前传统的继电接触器控制系统己逐步为PLC所取代这是一种发展的趋势。接触继电器控制系统是根据一定的生产机械，一定的生产工艺，采用硬接线方式，以完成一定的逻辑控制(包括空间控制、时间控制等)功能的。而一旦生产机械不同或生产工艺变

2、更，则系统必须重新设计改造。而PLC技术，由于采用了微电了技术和计算机技术，其逻辑控制功能可以通过软件编程来实现。因此当生产机械或生产工艺变更，只需改变程序或变更一下接线端子就可以了。本文介绍了基于的输送带控制系统，该系统通过控制输送带的运行与停止、翻身电机和推杆电机的正反转，实现了工作的顺利进行。关键词：PLC；输送带；使用 1前言目前，输送带控制系统在工业领域有着广泛的应用，此外，输送带控制系统也广泛运用于物流行业，采用传统的接触继电器控制系统，不仅接线复杂、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系统因其可靠性高、编程简单、功能完善而越来越受到青睐，传统的接触继电器

3、控制系统已逐步被PLC系统所取代。目前传统的继电接触器控制系统己逐步为PLC所取代这是一种发展的趋势。接触继电器控制系统是根据一定的生产机械，一定的生产工艺，采用硬接线方式，以完成一定的逻辑控制(包括空间控制、时间控制等)功能的。而一旦生产机械不同或生产工艺变更，则系统必须重新设计改造。而PLC技术，由于采用了微电了技术和计算机技术，其逻辑控制功能可以通过软件编程来实现。因此当生产机械或生产工艺变更，只需改变程序或变更一下接线端子就可以了。本文介绍了基于的输送带控制系统，该系统通过控制输送带的运行与停止、翻身电机和推杆电机的正反转，实现了工作的顺利进行。1.1研究背景目前，输送带控制系统在工业

4、领域有着广泛的应用，此外，输送带控制系统也广泛运用于物流行业，采用传统的接触继电器控制系统，不仅接线复杂、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系统因其可靠性高、编程简单、功能完善而越来越受到青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步被PLC系统所取代。目前传统的继电接触器控制系统已逐步为PLC所取代这是一种发展的趋势。接触继电器控制系统是根据一定的生产机械，一定的生产工艺，采用硬接线方式，以完成一定的逻辑控制(包括空间控制、时间控制等)功能的。而一旦生产机械不同或生产工艺变更，则系统必须重新设计改造。而PLC技术，由于采用了微电了技术和计算机技术，其逻辑控制功能可以通过软件

5、编程来实现。因此当生产机械或生产工艺变更，只需改变程序或变更一下接线端子就可以了。本文介绍了基于的输送带控制系统，该系统通过控制输送带的运行与停止、翻身电机和推杆电机的正反转，实现了工作的顺利进行。所以本文对PLC在输送带自动控制装置中的应用的研究是非常有意义的。本文的研究目的就是对PLC技术有个更加全面深入的了解，深入研究PLC应用在输送带自动控制装置中是如何设计并且运行的。继而在现实中能够更加熟悉这项技术，能够熟悉运用这个技术。1.2文献综述由于软PLC具有通用性、兼容性高、价格低廉、编程方便、易于与网络连接等优点，在欧美等西方国家都把软PLC作为一个重点对象进行研究开发。目前软PLC产品

6、在国外主要有美国，欧洲和口本的产品，美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离的情况下独自研发出来的，所以美国和欧洲的PLC产品有很大的差异。口本的PLC技术是从美国引进的，但口本主要定位在小型的PLC上。所以口本的PLC产品以小型化著称。欧洲生产PLC的厂商主要有德国的西门子公司、AGE公司、法国的TE公司。西门子生产的PLC产品主要有SS和S7系列。其中S7系列产品是西门子公司在系列的基础上推出的新产品，S7系列产品的主要特点：完全符合IEC61131-3标准开发环境集成化程度高；图形化编程非常方便；极高的可靠性；极丰富的指令性丰富的内置集成功能；实时特性；强大的通讯能力；丰富的扩展模块。美国的厂

7、商主要有ABB公司、通用电气公司、MODICON公司、德州仪器公司等。日本的小型最具特色，在小型机领域中颇具盛名，主要的厂商有三菱、欧姆龙、松下等。在国内，主要以计算机为依托，借助其丰富的软硬件资源并以某一操作系统为平台而开发的开放式体系结构软PLC的技术路线，这样就避开了制约我国传统硬件可靠性差的缺点，使得我国在今后开发的软PLC技术条件上与国外基本处于同一起跑线上，可以充分发挥我国在软件技术方面的人力资源和智力特长，从而使我国有可能在较短的时间内，以较少的投入实现软PLC在品种、数量和性能上不仅可以满足国内的需求，而且能在国际上占一席之地。如果我们采取“扬长避短，避硬重软，软件突破，以软代

8、硬，技术成套，易于生产”的思路，致力于以工业通用微机为硬件平台，将与国外同行重新站在一条起跑线上。所以，发展软PLC将对我国的工业控制领域产生很重要的影响。目前国内己经有不少公司正在研究开发的具有 自主版权的软PLC产品，并且有部分产品己经基本达到国际上要求的软PLC的性能指标。其中像国内某公司生产的软PLC产品，主要基于Windows98系统，主要应用于电磁搅拌控制系统，其产品基本符合IEC61131-3标准，并且操作简便，专业性强。但同时存在不少缺点，比如人机交互界面过于简洁；梯形图编辑器智能化程度不高指令集过于简单；用途过于单一等。和国外著名厂商生产的PLC产品相比，国内的产品大部分功能

9、过于单一，产品智能化程度不高，性能不高。在软PLC的开发平台方面。目前，国内外大多数的软PLC以Windows和为操作平台，DOS环境下可以轻松实现实时控制的要求，但是DOS环境是单任务处理方式，使得PC机的潜力未能充分发挥，系统的功能和灵活性也受到了限制。而操作系统具有操作界面良好，程序开发相对容易，开发程序可移植性好，多任务等优点，同时具有实时响应特征和抢占式多任务调度机制，因此在下开发实时多任务系统具有更大的优势；另外，Windows为应用程序的开发提供了丰富的内部接口函数。但Windows并不是一个理想的实时控制系统。同时，系统是收费的，这样就增加了成本。而采用Linux操作系统则可以

10、克服DOS下内存管理和Windows下非实时控制等的限制，具有内存管理方便、多任务、实时性强的特点。同时也具有丰富的图形库，比如GTK, Qt可以方便的实现Windows下的图形界面，也避免了Windows环境的不稳定带来的危害，并且Linux为自由软件，降低了开发成本。所以可以预见，发展Linux环境下的软PLC系统是未来的趋势，同时也符合我们国家所倡导的伸用Linux操作系统的要求。1.3设计工作方案 输送带控制系统由系统控制柜和传送带木体两部分组成。系统控制柜的操作ICI板上装有不数显示器、电源指示灯、故障指示灯、急停按钮、启动按钮、停止按钮、角度调整按钮、PLC输入输出端子以及电源接等

11、。不数显T器用来记录、显示传送带输送件的数量;电源指示灯用来反映控制系统是否已经通电;故障指示灯用来显不有无故障，若有紧急情况，操作人员可按紧急按钮，系统将立即停止运行，只有急停按钮复位后系统才可重新启动;角度调整按钮是用来服务翻身电机的。由十翻身电机在运行时易受惯性、摩擦等因素，使得翻身电机在多次运行之后会产生累加误差，使其不能返回初始位置，通过角度调整进行校正，使翻身电机回到初始位置。输送带俯视图，输送带木体是由输送带电机、翻身电机、推杆电机及其传动装置所构成的，用来完成用户所要实现的工艺流程。本文首先介绍PLC系统的工作流程，时序，以及简要的介绍了PLC系统的特点，然后本文描述了传送带控

12、制系统和它运行的时候的要求，然后本文介绍了传送带输出输入的确认以及PLC系统的选择，并且本文介绍了机械手如何PLC，最后本文就以三菱FX系列PLC为例，具体的分析了PLC技术在该公司输送带自动控制装置中的上位机和下位机中的设计和应用。本文要求对PLC技术有个比较系统的了解，本文还要求对输送带自动控制装置的工作比较熟悉。2PLC系统的工作分析及特点PLC在自动化领域占据了举足轻重的地位.机器控制仍旧是最主要的应用方面.占据了82%过程控制占74%;运动控制占55%;批量控制占31%。紧随其后的是诊断应用占25%;比重最小的是安全应用仅占1 %。对于现代PLC来说.与其他控制系统的接口方法对其灵活

13、性非常关键。据受调查者称.接入网络是主要PLC的主要接口方法，占69%。其余31%作为独立设备使用。对于那些接入网络的设备大多数与电脑或PAC连接使用.与PLC连接使用的差不多同样数量。最少的是与分布式控制系统连接使用.所占比例稍高于5%。PLC网络协议也为控制工程师提供了几乎无限的灵活性。虽然其中有几种协议最常用例如Ethemet, Serial RS-232/RS-485和4-20mA标准型号.但是全部的网络协议还包括很多种类。除了上述的三种协议.以下是按照使用频度排序的其他协议：DeviceNetAllen-Bradley Remote I/OModbusControlNetWirele

14、ss protocolProfibusHARTPLC的选择在选型、推荐和/或采购PLC的时候有一些特征是很重要的.据受访者称.最重要的特性是内部通讯支撑组件其他特性.以重要程度降序排列依次为:PID、快速扫描时间、内存总量、运动支持能力、可否外接存储器和无线通讯能力。2.1 工作流程分析图1系统工作示意图机械手的任务是将传输带A上的工件搬运到传输带B上，其中的上升、下降、左移、右移、抓、放等动作都按一定程序白动完成。传输带B连续运转。按下启动按钮SB1后，手臂开始上升-到达一定高度后，由上升限位开关ST4检测-手臂开始左旋转-到达左极限位置时，由手臂左旋极限开关ST2检测-手臂开始下降-到达下

15、降极限位置时，由手臂下降极限开关STS检测-这时传输带A开始运载被送工件前进，当工件到达机械手的手掌时，由工件检测传感器PS1检测到位-停止传输带A前进，同时将工件开始抓紧-是否将工件已经抓紧，由抓紧限位传感器ST1检测-然后手臂开始上升-到达上升限位后由上升限位开关ST4检测-手臂开始右旋-到位后由右旋限位开关ST3检测-手臂开始下降-到位后由下降限位开关STS检测-手臂将工件放下，2s后手臂开始上升，进行下一轮操作。它的工作流程如图2。图2 系统工作流程图2.2 系统的工作步进时序图图3 步进时序图2.3 PLC的特点反应快是PLC的主要特点，因PLC用自身内部的定义辅助继电器对传统机械触

16、电继电器进行了替换，并将原先的导线连接形式去掉，转而由内部逻辑关系取代。所以，这一继电器节点的变位时间近乎为零，不需要对传统继电器返回系数进行考虑。可靠性是PLC的又一显着特点，相比于传统继电器技术，其抗干扰能力要高出许多，在复杂工业环境下仍能保持良好的工作运行状态。操作简单是PLC的重要特点，也是其日渐推广应用的主要原因。简单的指令形式使PLC的采用对象简单、直观的程序为现场操纵人员提供了很大的便利，同当前电气专业人员技术参差不齐的现状相适应，如图4所示。图4 PLC结构图3输送带控制系统描述及其系统运行要求输送带控制系统由系统控制柜和传送带木体两部分组成。系统控制柜的操作ICI板上装有不数

17、显示器、电源指示灯、故障指示灯、急停按钮、启动按钮、停止按钮、角度调整按钮、PLC输入输出端子以及电源接等。不数显T器用来记录、显示传送带输送件的数量;电源指示灯用来反映控制系统是否已经通电;故障指示灯用来显不有无故障，若有紧急情况，操作人员可按紧急按钮，系统将立即停止运行，只有急停按钮复位后系统才可币新启动;角度调整按钮是用来服务翻身电机的。由十翻身电机在运行时易受惯性、摩擦等因素，使得翻身电机在多次运行之后会产生累加误差，使其不能返回初始位置，通过角度调整进行校正，使翻身电机回到初始位置。输送带俯视图如图1所不，输送带木体是由输送带电机、翻身电机、推杆电机及其传动装置所构成的，用来完成用户

18、所要实现的工艺流程。 该系统有如下运行要求: 1)按下启动按钮后，系统开始运行，传送带电机动作。 2 )当传感器1检测到传送带1上物体后，计数器加1，并显示累积的数据，同时PLC开始延时时间的长短大于或等于工件从传感器1到翻身电机处所需的时间)。 3)延时时间到，翻身电机动作。运行一段时间，也就是正转900后，停顿若干秒，翻身电机反转复位，复位所用时间与正转所用时一间相同。这样翻身电机将土件翻个身送到传送带2上。4）当传感器检测到传送带上有工件时，延时一段时间 （时间的长短等于工件从传感器被送到推杆处所需的时间），推杆动作，将工件推出传送带后复位。在推杆动作期间传动带!、以及翻身电机不能工作，

19、推杆复位后传送带、翻身电机才能动作。5）物体在输送带运行的时候，是根据两个传感器的触发来决定工作时序的。为避免产生误动作，手及其他物体不要离光电传感器的探头太近，以免产生误动作。4确定系统的输入输出点数及PLC类型 要配置的PLC其输入、输出点数分别与系统的输入、输出设备相对应。木控制系统的输入设备有:启动按钮、停止按钮、角度调节按钮、急停按钮、传感器1、传感器2等。输出信号包括:急停输出、传送带运行输出、翻身电机正转输出、翻身电机反转输出、推杆电机正转输出、推杆电机反转输出、系统运行指示输出、故障输出等。根据输入、输出点数，系统选用三菱FX1S-20MR型PLC已有12个输入点和8个输出点，

20、能够满足系统的要求。控制系统的I/0分配表如表所示。5 PLC皮带运输机概述5.1 PLC控制技术在煤矿井下的应用在以PLC （ 可编程逻辑控制器）为基础的控制系统中，电路开关动作基本都由半导体电路实现， PLC在设计时考虑了各种工作环境，保证了PLC在各种条件下都能可靠工作。 PLC已模块化与系列化，产品用户在使用时可根据自身要求对其进行灵活设置，硬件装置不再需要制作，使用时只需设计程序即可满足不用要求。 PLC使用的是梯形图编程语言，与传统接触器控制电路相似，容易掌握。其输入输出功能比较完善，不仅可逻辑化控制大量开关，还可进行各个电路的运算和控制。在输入输出方面，其可很方便地与各种类型接口

21、连接。5.2 控制系统组成皮带运输机PLC自动控制系统主要包括信号采集和信号处理两大系统。信号采集系统的功能主要是收集电机启停状态、皮带撕裂打滑等信号，采集设备的开关量与模拟量信息，该功能的实现主要是由继电器与各种传感器完成。信号处理系统的功能主要是负责信号的运算与显示，该系统主要由PLC、人机界面、工控机等组成。可控编程控制器选用的是西门子公司生产的S7-200型控制器，该PLC能适应井下恶劣的工作面环境，对井下其它用电设备的抗电磁干扰能力强，工作可靠性高，配置比较灵活。PLC选用的CPU是CPU226，该PLC以EM231模拟量输入模块作为扩展模块。PLC的功能主要是对现场各种信号进行收集

22、，通过程序对收集到的信号进行运算，并根据运算结果控制设备启停，同时把信号传输给上位机，实现了对皮带运输机的实时监控。控制系统的硬件组成主要包括工控机、PLC、输入模块。控制系统的软件组成主要包括PLC控制程序与组态软件，软件程序包括系统控制和系统保护两部分，系统控制的功能主要是对给煤机、皮带运输机、振动筛实现顺序控制，系统保护的功能主要是对皮带的打滑、跑偏、撕裂等情况实现报警。控制系统硬件组成如图1所示，图1中PPI指传输总线。图 1 控制系统硬件结构图6 皮带运输机的设计6.1系统总体设计本设计是一个采用4 条皮带运输机的传送系统，分别用4 台电动机带动，其控制要求如下:（1）顺序启动。启动

23、时，应先启动最末一条皮带M4，经过5s延时后，再依次启动其他皮带。（2）逆序停止。停止时，应先停止最前一条皮带M1，待料运送完毕，经过5s延时后，再依次停止其他皮带。（3）处理故障。在运行过程中，如果某条皮带发生故障，该皮带及其前面的皮带应立即停止运行，而该皮带以后的皮带待料运完后才停止。例如M2发生故障，M1、M2立即停，经过5s延时后，M3停，再过5s，M4停。6.2 系统的硬件设计6.2.1 PLC 选型PLC器件是PLC控制系统中的核心部件，正确选择PLC器件对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着非常重要的作用。选择PLC，主要是选择PLC的生产厂家和型号。确定生产厂家，主要考虑设

24、备使用者的要求、PLC厂家配套产品的一致性及通用性以及技术服务等方面的因素。PLC厂家确定后，型号的选择主要取决于控制系统的技术要求。从技术的角度考虑，以下几点应引起重视。（1）CPU 性能CPU的功能应与编程能力、用户存储器的容量、软件开发能力、通信能力等方面相适应。（2）指令系统对于一般仅需要开关量控制的小型设备，小型PLC便可满足，若系统要求PLC实现某些特殊的功能，则需要考虑是否有相应的指令来完成。（3）输入/输出(I / O) 点数应确定PLC的输入信号和输出信号，明确这些I / O信号是模拟量信号或开关量信号，是交流量信号或直流量信号，还有这些信号的电压等级，以及是否有特殊的要求。

25、（4）物理结构PLC按物理结构可以分为整体式和模块式两种，在满足控制要求的前提下，生产成本也是考虑的因素之一。整体式PLC一般应用于小型的控制系统中，其每一个输入/输出点的平均价格相对较低。（5）通信能力PLC的通信能力是必须考虑的问题，在选择PLC的通信能力方面应有一定的超前意识，考虑发展空间的余量。6.2.2 I/O 分配表根据系统的控制要求，本系统的输入信号有启动按钮、停止按钮、4 条皮带的故障开关等，输出信号控制的对象为4 条皮带。其I/O分配表见表1。输入输出名称符号名称符号起动按钮 SB1X0M1 皮带Y1M1 皮带故障X1M2 皮带Y2M2 皮带故障X2M3 皮带Y3M3 皮带故

26、障X3M4 皮带Y4M4 皮带故障X4停止按钮 SB2X5表1 I/O 分配表6.2.3 I/O 接线图根据本系统的控制要求，其I/O接线图如图2所示。 图 2 I/O 接线图6.3 系统的软件设计6.3.1 模块编程思想模块化编程思想是根据系统的控制要求把PLC程序需要完成的控制任务划分为几个较小程序块米实现，然后对每个小程序块分别迸行编程，这样各程序块之间相对独立，功能单一而且具有清晰的结构，采用这种编程方法就大大降低了编程的难度，同时获得了较高质量的程序，避免了重复芳动，模块化编程一般采用自上而下，逐步分解的步骤进行。模块化编程具有以下特点:（1）总体的响应速度快将控制系统划分为主程序和

27、子程序，可以根据需要仅使某几个子程序动作，因此提高了控制系统总体的响应速度。（2）修正、调试更加简便由于可以由多个人按任务分工进行修正和调试，提高了工作效率。即使在控制要求变更时，只需对变更部分的程序进行更改，就可以实现更改后的控制要求，因此使维护变得更加简便。在调试时能够很容易地识别某人地址是一与其他程序共享的还是本程序固有的，另外不需要进行程序间地址的重复检查，提高了各程序的修正和调试的效率。（3）使用户程序变得更加容易理解通过对控制程序进行结构化设计和模块化设计，使用户程序变得更加容易理解。当主程序中包含有调用不同任务的程序时，由于每次循环不是所有的程序都在执行，只有需要时调用相关的程序

28、，从而克服了传统编程方法不管程序有没有调用都一律循环扫描的弊端，因北，缩短了程序的循环扫描的时间使CPU的利用率得到了大大的提高。按照模块化的编程思想，本系统的程序主要分为两部分:主程序和故障程序。要将系统的PLC程序设计的规范和合理，需要进行程序模块的功能划分，主程序是实现系统的简单控制，该部分实现皮带电机的启动和停止，对于各种保护不做要求。故障程序具有如下检测保护功能:跑偏，撕裂，急停，温度,堆煤，烟雾，速度等。整个系统实现逆煤流开车、顺煤流停车的远程集中控制。6.3.2 主程序的设计主程序是整个程序的管理调度者。它上要控制电机运转，分为三种方式:全线启停(此信号送入PLC，由内部逻辑电路

29、控制)、自动启停(此信号送入PLC，由内部逻辑电路控制)、手动启停此信号不经PLC,完全由外部继电器电路控制)。 （1）皮带启动全线启动按钮按一下它，蜂鸣器响5秒，2号皮带机启动，上位主机画面的全线启动指示灯由红变绿，2号自动指示灯由红变绿，2号电机叶片开始旋转;然后蜂鸣器又响3秒，1号皮带机后:必，上位机上画角的1号自动指示灯由红变绿，1号电机叶片开始旋转。自动启动1号启动按钮;按一下它;则蜂鸣器响3秒，然后启动1号皮带机;上位机主画面的1号自动指小灯由红变绿，1号电机叶片开始旋转。2号就地启动按钮：按一下它，则蜂鸣器响3秒，然后启动2号皮带机；上位机主画面2号自动指示灯由红变绿，2号电机叶

30、片开始旋转。手动启动1号启动按钮: 按一下它，则启动1号皮带机，1号启动指小灯变亮。上位机主画面的1号手动指灯由红变绿，1号电机叶片开始旋转。2号启动按钮：按一下它，则启动2号皮带机，2号启动指示灯变亮。上位机主画面的2号手动指示灯由红变绿，2号电机叶片开始旋转。系统流程图如图所示：图3 皮带启动流程图（2）皮带停止全线停止全线停止按钮: 按一下它，则1号皮带机停止。上位机主画面的1号自动指示灯由绿变红，1号电机叶片停止旋转。等待3秒，然后2号皮带机停止。上位主机画面的2号自动指示灯由绿变红，2号电机叶片停止旋转。自动停止1号停止按钮：按一下它，则1号皮带机停止。上位机主画面的1号自动指示灯由

31、绿变红，1号电机叶片停止旋转。2号停止按钮：按一下它，则2号皮带机停止。上位主机画面的2号自动指示灯由绿变红，2号电机叶片停止旋转。手动停止1号停止按钮：按一下它，则1号皮带机停止，1号启动指示灯灭。上位机主画面的1号自动指示灯由绿变红，1号电机叶片停止旋转。2号停止按钮：按一下它，则2号皮带机停止，2号启动指示灯灭。上位主机画面的2号自动指示灯由绿变红，2号电机叶片停止旋转。7 结语可编程控制器因它具有控制能力强、操作方便灵活、可靠性强等特点，因此在工业生产自动化过程中，显示出较大的优越性。它不仅可以取代传统的继电接触控制系统，还可构成复杂的工业控制网络。在各行各业的自动控制中得到广泛应用。

32、本文所述的PLC控制装置，在某汽车生产装配车间的自动流水线中得到应用。由于采用PLC技术，生产的自动化程度大大提高，从而提高了工作效率，节约了产品成本，经济效益显著。由于PLC机本身包含了继电器、定时器等控制元件的功能，因此，大大地减少了控制系统所需的元件，提高了产品的可靠性。在调试的过程中，出现了输送带跑偏、推杆电机无法动作的现象，经检查发现是机械故障，调整以后运行状态良好，达到了设计的基本要求。本文所述的输送带控制系统，已成功运用于某物流厂家。系统由于采用了234控制技术，实现了生产自动化，提高了生产效率和经济效益，实践证明，该系统工作性能可靠，具有很强的实用性。致 谢本论文是在XXX老师的谆谆教诲和指导下完成的，论文从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；教授渊博的知识和严谨