基于PLC的傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計

無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 報 告中文題目 基于PLC的傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計 英文題目 Design of control system ofthe conveyor beltbased onPLC 姓 名 徐蒙蒙 所在系部 電子信息工程系 所學(xué)專業(yè) 電氣自動化 班級名稱 電氣自動化1203 學(xué) 號 41215302 指導(dǎo)教師 李曉娓 日 期 2014 年11月30 日 目 錄摘要IAbstratII一、引言1二、傳送帶的概述1（一）傳送帶系統(tǒng)的概述1（二）傳送帶的控制要求2三、傳送帶控制各系統(tǒng)特點2（一）繼電器-接觸器控制特點2（二）單片機控制特點3（三）PLC控制特點3四、基于PLC控制的硬件設(shè)計4（一）PLC選型4（二）I/O分配5（三）PLC外部接線圖7五、 基于PLC控制的軟件設(shè)計8（一）程序控制流程圖8（二）主電路設(shè)計9（三）梯形圖9（四）仿真14六、結(jié)束語19參考文獻20謝辭21附錄22摘要摘要：自工業(yè)化大生產(chǎn)以來，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，企業(yè)競爭越來越激烈，各國的工程師和企業(yè)主都在努力尋找如何提高生產(chǎn)率，如何降低成本的方法，而這一切也都是為了使效益最大化。為了提高效率，降低成本，傳送帶得到了廣泛的應(yīng)用。傳送帶的運用不僅節(jié)約了勞動成本，提高了生產(chǎn)效率，而且降低了生產(chǎn)成本，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。未來，傳送帶設(shè)備將向著大型化發(fā)展，擴大使用范圍，物料自動分揀，降低能量消耗，減少污染等方向發(fā)展。本設(shè)計結(jié)合傳送帶的實際模型，針對PLC本身具有的功能特點，成功的實現(xiàn)對傳送帶系統(tǒng)的控制，達到了預(yù)期的控制效果。傳送帶設(shè)備的不斷改進，不斷發(fā)展，為自動化技術(shù)高速發(fā)展的今天，做出了不可磨滅的貢獻。 可編程控制器（PLC）是以計算機技術(shù)為核心的通用自動控制裝置，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。有著160年歷史的西門子公司，同時作為自動化領(lǐng)域技術(shù)、標準與市場的領(lǐng)先者，以最先進的技術(shù)和產(chǎn)品，向用戶提供具有先進、可靠的解決方案?？删幊炭刂破髋c以往那些基于文本的高級編程語言不同，它采用的是一種全新的梯形圖和助記符編程方式，即用形象的圖行符號和連線來代替一行一行的文本，這種編程序的方法使用起來比較簡單方便，特別是對繼電器控制電路有所了解的技術(shù)人員來說，就更容易使用梯形圖語言。可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設(shè)計編制。關(guān)鍵詞：PLC；傳送帶AbstratAbstract: since theindustrial productionsince,with the rapid development of economy,enterprisesincreasingly fierce competition,countriesengineers andbusiness owners arelooking for ways toimprove productivity,how to reduce the costof themethod,and thateverythingisin order tomaximize the benefits.In order to improve the efficiency,reduce the cost,the conveyor beltis widely used.The use ofbeltnot only savesthe labor cost,improve production efficiency,andreduces the production cost,has played a huge rolein industrial production.The future,conveyor equipmentwill be large-scale development,expand the scope of use,automatic materialsorting,reduce energy consumption,reduce pollutionand development direction.The design of the actualmodelof the conveyor belt,functionaccording to the characteristics ofthe PLC itself has,to achieve control of theconveyor belt systemsuccessfully,achievedthe expected control effect.Continuous improvement,conveyor equipmentdevelopment,for the rapid development ofautomationtechnology,has made the indelible contribution.Programmable logic controller(PLC)isthe general automatic control devicetothe computer technology as the core,has been widelyapplied in all walks of life.A 160 year history of theSIEMENScompany,at the same time,as a leader inautomation technology,standardand market,with the most advanced technologyand products,provideadvanced and reliablesolutionto the user.Programmablecontroller andthose pasttexthigh-level programming languagesbased on different,it uses anewladder diagramandmnemonicprogrammingmode,textwithgraphforsymbols andlineimageinstead ofa line of theprogram,this methodis simpleand convenientto use,especially thetechnicalstaffunderstanding of therelay controlcircuit,it is easier touse theladder language.The programmable controlleris a computer,it is designed forindustrial environment applicationsand the design and manufactureof computer.Ithas a wealth of input / outputinterface,and has a strong drive capability.Butthe programmable controllerproducts are not for a specificindustrial applications,in practical application,its hardwareconfigurationwasselectedaccording to the actual need,theneedforsoftwaredesignprepared according to thecontrol requirements.Keywords:PLC；conveyor belts基于PLC的傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計一、引言傳送帶是生活中最常見的一種運送方式。通過傳送帶可以將物體從一個地方傳送到另一個地方。在使用過程中極為方便，可以大大減少在生產(chǎn)過程中的人力資源，從而得以減少企業(yè)生產(chǎn)成本。除了工業(yè)生產(chǎn)，傳送帶在生活中的運用有很多，比如商場的自動扶梯，機場的自動人行道。另外，碼頭上的自動卸貨傳送帶，工廠生產(chǎn)流水線，農(nóng)業(yè)機械中聯(lián)合收割機等都有使用。另外，它的控制形式也多種多樣，它可以由單片機、PLC以及計算機來控制，由于PLC為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強大、性價比高的等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動控制的首選控制裝置。未來傳送帶設(shè)備將向著大型化發(fā)展、擴大使用范圍、物料自動分揀、降低能量消耗、減少污染等方面發(fā)展。是生活和生產(chǎn)中必不可缺的設(shè)備。本文主要是對四節(jié)傳送帶控制的系統(tǒng)，該設(shè)備適用于流水線生產(chǎn)等，也可以把生產(chǎn)出的貨物進行傳送到特定的地方。采用PLC集中控制的方法，利用PLC簡單可視化的程序，自動控制的控制方法對PLC進行控制。二、傳送帶的概述（一）傳送帶系統(tǒng)的概述17世紀中，美國開始應(yīng)用架空索道傳送散狀物料；19世紀中葉，各種現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的傳送帶輸送機相繼出現(xiàn)。 1868年，在英國出現(xiàn)了皮帶式傳送帶輸送機；1887年，在美國出現(xiàn)了螺旋輸送機；1905年，在瑞士出現(xiàn)了鋼帶式輸送機；1906年，在英國和德國出現(xiàn)了慣性輸送機。此后，傳送帶輸送機 受到機械制造、電機、化工和冶金工業(yè)技術(shù)進步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內(nèi)部的傳送，發(fā)展到完成在企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間甚至城市之間的物料搬運，成為物料搬運系統(tǒng)機械化和自動化不可缺少的組成部分。未來傳送帶設(shè)備將向著大型化發(fā)展、擴大使用范圍、物料自動分揀、降低能量消耗、減少污染等方面發(fā)展。大型化包括大輸送能力、大單機長度和大輸送傾角等幾個方面。水力輸送裝置的長度已達440公里以上帶式輸送機的單機長度已近15公里，并已出現(xiàn)由若干臺組成聯(lián)系甲乙兩地的“帶式輸送道”。不少國家正在探索長距離、大運量連續(xù)輸送物料的更完善的輸送機結(jié)構(gòu)。擴大輸送機的使用范圍，是指發(fā)展能在高溫、低溫條件下有腐蝕性、放射性、易燃性物質(zhì)的環(huán)境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結(jié)團、粘性物料的傳送帶設(shè)備。（二）傳送帶的控制要求用PLC控制四級皮帶運輸機的傳送系統(tǒng)，各級皮帶分別由一臺電動機帶動，控制要求如下： 1.啟動時先起動最后一級皮帶運輸機，經(jīng)過10秒延時，再依次起動其它皮帶各級延時均為10秒，待第一級啟動5秒后貨物開始裝填。 2.停止時，貨物應(yīng)先停止裝填，待料運送完畢后5秒后第一級皮帶運輸機停止再依次停止其它級，各級延時均為10秒。 3.當某級皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止且停止裝填貨物，而該皮帶機以后的皮帶機待運完后才停止。4.單動與循環(huán)控制連鎖：單動與循環(huán)控制連鎖，任何一個單動按鈕“ON”，循環(huán)控制不能建立，反之，如果循環(huán)控制已建立，單動按鈕的動作對循環(huán)操作沒有任何影響。 5.設(shè)有緊停按鈕 不論循環(huán)控制還是單動控制，集中控制緊停按鈕均起作用。如下圖所示，控制要求如下：圖1：皮帶傳輸機系統(tǒng)示意圖三、傳送帶控制各系統(tǒng)特點（一）繼電器-接觸器控制特點繼電器-接觸器是以電磁開關(guān)為主體的低壓電器，其構(gòu)成的系統(tǒng)是用導(dǎo)線以一定的規(guī)律將它們鏈接起來的，實現(xiàn)不同的控制功能。繼電器只能控制簡單的開關(guān)量設(shè)備，接觸器主要控制大功率設(shè)備，如點機，加熱管等。與PLC相比較，繼電器-接觸器控制在組成部件，觸電數(shù)量，實時控制方法和工作方式上不同。 （二）單片機控制特點單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)。對于量大的配套項目，采用單片機系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點，但這要有相當?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運行。但對單項工程或重復(fù)數(shù)極少的項目，采用PLC方案是明智、快捷的途徑，成功率高，可靠性好，但成本較高。（三）PLC控制特點1可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。2配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3易學(xué)易用PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4系統(tǒng)的設(shè)計簡單，維護方便PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。四、基于PLC控制的硬件設(shè)計（一）PLC選型首先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計所需點數(shù)，再按照實際所需總點數(shù)的1520留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定一共所需PLC的點數(shù)。其次，若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，就是要求 PLC 應(yīng)該具有連接其他 PLC、上位計算機及CRT等的接口。最后，在相同功能和相同I/O點數(shù)的情況下，整體式比模塊式價格更低。但是模塊式具有功能擴展更靈活，維修更方便（換模塊），更容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇PLC的結(jié)構(gòu)形式。在機型的選擇上，對比三菱、歐姆龍和西門子系列PLC，西門子系列PLC具有以下特點。西門子SIAMTIC模塊化控制器有著很大的優(yōu)勢，它可以即買即用，長期兼容性和可用性，可以在惡劣環(huán)境下工作，模塊還可以擴展和升級。西門子的產(chǎn)品十分的抗震動，通過集中式和分布式I/O控制。S7-200它適用于一系列機械設(shè)備的制造或用作獨立的解決方案，微型自動化系統(tǒng)的組成部分，STEP 7 Micro/WIN 工程組態(tài)軟件應(yīng)用于它，S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能，使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此，S7-200系列具有極高的性價格比。最后經(jīng)過結(jié)合個方面的綜合考慮，我們選擇西門子系列S7-200系列PLC，同時結(jié)合了輸入、輸出量的個數(shù)，S7200系列CPU模塊的CPU224有14輸入，10輸出，并且符合使用要求并且還有剩余，這樣確保不會影響控制程序設(shè)計，所以最終本實驗選擇S7-200系列CPU224作為本設(shè)計的CPU模塊。（二）I/O分配 表1：I/O分配表（三）PLC外部接線圖圖2：PLC外部接線圖五、基于PLC控制的軟件設(shè)計（一）程序控制流程圖開始啟動單次控制啟動循環(huán)控制按鈕四級啟動按鈕三級啟動按鈕二級啟動按鈕一級啟動按鈕四級啟動四級啟動三級啟動一級啟動二級啟動延時10S結(jié)束結(jié)束結(jié)束結(jié)束三級啟動延時10S二級啟動延時10S一級啟動延時5S圖3：程序流程圖（二）主電路設(shè)計本次設(shè)計中傳輸機設(shè)置有四級皮帶傳送，故需要四個電機來拖動，同時需要有一些短路、過載等保護。如下圖所示；圖4：主電路設(shè)計圖（三）梯形圖根據(jù)PLC的外部接線圖及任務(wù)要求可以通過V4.0 STEP 7 MicroWIN軟件畫出梯形，如圖所示；（四）仿真圖5：通