皮帶傳輸機PLC控制系統(tǒng)

1、湖 南 工 程 學 院課 程 設 計課程名稱 電氣控制與PLC 課題名稱 皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)設計 專業(yè)班級 姓 名 學 號 指導教師 賴指南、劉星平、譚梅、周向紅 2013年7月5日湖南工程學院課程設計任務書課程名稱 電氣控制與PLC 課題名稱 皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)設計 專業(yè)班級 姓 名 學 號 指導教師 賴指南、劉星平、譚梅、周向紅 審 批 黃峰、汪超、劉星平 任務書下達日期2013年6月22日課程設計完成日期2013年7月5日設計內容與要求一. 課程設計的性質與目的 本課程設計是自動化專業(yè)教學計劃中不可缺少的一個綜合性教學環(huán)節(jié)，是實現理論與實踐相結合的重要手段。它的主要目的是培養(yǎng)學生

2、綜合運用本課程所學知識和技能去分析和解決本課程范圍內的一般工程技術問題，建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序和方法。通過課程設計使學生得到工程知識和工程技能的綜合訓練，獲得應用本課程的知識和技術去解決工程實際問題的能力。 二. 課程設計的內容 1.根據控制對象的用途、基本結構、運動形式、工藝過程、工作環(huán)境和控制要求，確定控制方案。2.繪制皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。 3.選擇電器元件，列出電器元件明細表。 4.上機調試程序。5.編寫設計說明書。 三. 課程設計的要求 1.所選控制方案應合理，所設計的控制系統(tǒng)應能夠滿足控制對象的工藝要求，并且技術

3、先進，安全可靠，操作方便。 2.所繪制的設計圖紙符合國家標準局頒布的GB472884電氣圖用圖形符號、GB698887電氣制圖和GB715987電氣技術中的文字符號制定通則的有關規(guī)定。 3.所編寫的設計說明書應語句通順，用詞準確，層次清楚，條理分明，重點突出，篇幅不少于7000字。主要設計條件1.PLC實驗設備若干。2.參考文獻若干。設計說明書裝訂順序1.課程設計說明書封面。2.課程設計任務書。3.說明書目錄。4.正文（按設計內容逐項書寫）。5.參考文獻。6.附錄。7.課程設計評分表。設計進度安排第1周：1.星期一上午：課題內容介紹。2.星期一下午：仔細閱讀設計任務書，明確設計任務與要求，收集

4、設計資料，準備設計工具。3.星期二星期五：確定控制方案。繪制皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖和梯形圖，寫出指令程序清單。設計控制系統(tǒng)的工藝圖紙。選擇電器元件，列出電器元件明細表。第2周：4.星期一：上機調試程序。5.星期二星期五：編寫設計說明書,答辯。參考文獻1廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用M.重慶：重慶大學出版社2萬太福.可編程序控制器及其應用M. 重慶：重慶大學出版社3劉祖潤.畢業(yè)設計指導.北京：機械工業(yè)出版社4謝桂林.電力拖動與控制. 北京：中國礦業(yè)大學出版社5工廠常用電氣設備手冊編寫組.工廠常用電氣設備手冊. 北京：水利電力出版社課題：皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)設計

5、 一.皮帶運輸機概況及控制要求皮帶運輸機由4臺皮帶機組成，4臺皮帶機分別用4臺電動機(M1M4)拖動，如圖1所示，控制要求如下：圖1 皮帶運輸機系統(tǒng)示意圖(1) 啟動時先起動最末一臺皮帶機，經過5S延時，再依次起動其它皮帶機：(2) 停止時應先停止第一臺皮帶機(M1)，待料運送完畢后再依次停止其它皮帶機：(3) 當某臺皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機后面的皮帶機待料運完后才停止。例如當M2故障時，M1、M2應立即停，經過5S延時后，M3停，再過5S后M4停。(4) 要求皮帶運輸機控制系統(tǒng)具有手動和自動兩種工作方式。 二.設計任務1.設計和繪制電氣控制原理圖或PC

6、I/O接線圖、功能表圖和梯形圖，編寫指令程序清單。 2.選擇電氣元件，編制電氣元件明細表。4. 上機調試程序3.設計操作面板電器元件布置圖。 5. 編寫設計說明書。前言本次課程設計是在我們學習完了PLC這門課程后安排的，目的是為了更好地掌握PLC的知識，并且把所學的知識應用到實際中去，提高自己的動手能力。在當今的工業(yè)界，只要涉及控制的地方，都離不開PLC。它涉及到我們生活的方方面面，包括我們從超市買的任何商品，我們用的數碼產品，開的車，看的書等其從生產、包裝、傳送、倉儲、運輸等等環(huán)節(jié)。那么到底PLC是什么東西呢？可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controlle

7、r）是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置，PLC是一種數字運算操作的電子裝置。本報告書包含了5個章節(jié)。第1章是對皮帶傳輸機的概述，概述了其結構、用途、工作原理及其過程。第2章是各種方案的對比、認證，方案中包括單片機控制，繼電器控制系統(tǒng)，最終結論還是PLC控制要比其他的好些。3章是控制系統(tǒng)的硬件電路設計，包括皮帶傳輸機電機、PLC型號的選擇。還有PLC I/O接線圖，各種開關、按鈕等元件的選擇。第4章是程序設計部分，在這章中包括主程序，以及各種子程序的順序功能圖、梯形圖的設計。最后一章是程序的調試，把編好的程序，導出來用仿真軟件模擬PLC進行仿真，采用的仿真軟件是S7-200仿真。這種方法又

8、省時，又方便修改程序。在本次PLC課程設計中，特別感謝賴老師的精心指導，教誨。感謝幫助我的同學們。限于編者的水平有限，報告書中難免有些不完善，不足和疏忽之處，希望讀者批評指正。謝謝！ 肖錦朋 2013年7月5日目錄第1章 控制對象概述11.1 皮帶運輸機用途、基本組成結構及工作過程11.1.1 皮帶運輸機用途11.1.2 皮帶運輸機組成及工作原理11.2 控制對象對控制系統(tǒng)的要求11.3 本課題應完成的設計工作2第2章 控制方案論證32.1 繼電器控制方案32.2 單片機控制方案32.3 PLC控制方案42.4 結論4第3章 控制系統(tǒng)硬件設計53.1 拖動電機主電路設計53.1.1 電機及元件

9、選擇53.1.2 主電路的設計53.2 PLC控制系統(tǒng)設計53.2.1 PLC控制系統(tǒng)電氣元件選擇53.2.2 PLC I/O 接線圖設計7第4章 控制系統(tǒng)程序設計84.1 程序的組成部分84.2 主程序設計84.3 公用子程序設計84.4 自動子程序設計94.4.1 自動子程序順序功能圖94.4.2 自動子程序梯形圖104.5 手動子程序設計124.6 故障子程序設計1124.6.1 故障子程序1順序功能圖124.6.2 故障子程序1順序功能圖134.7 故障子程序設計2134.8 故障子程序設計3154.9 故障子程序設計415第5章 程序的調試17結束語18參考文獻19致謝20附錄（語句

10、表）21第1章 控制對象概述1.1 皮帶運輸機用途、基本組成結構及工作過程1.1.1 皮帶運輸機用途皮帶輸送機可以廣泛應用于現代化的各種工業(yè)企業(yè)中，露天采礦場及選礦廠中，在礦山的井下巷道、礦井地面運輸系統(tǒng)中，皮帶輸送機都得到了廣泛應用，水平運輸或傾斜運輸，皮帶輸送機的使用都非常方便。皮帶輸送機是以連續(xù)摩擦驅動的方式用來運輸物料。那么皮帶輸送機的主要是由輸送帶和驅動裝置組成的。皮帶輸送機具有輸送量大、結構簡單優(yōu)點，它廣泛地應用在礦山、冶金、煤炭等部門，用來輸送松散物料或成件物品，根據輸送工藝要求，可以單臺輸送，也可多臺組成或與其他輸送設備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，以滿足不同布置型式的作業(yè)線需要。

11、皮帶運輸機的驅動裝置由單個或多個驅動滾筒驅動，驅動電機也可以是單個電機或多個電機驅動。一般驅動裝置包括電動機、減速機、液力偶合器、制動器或逆止器等組成。偶合器的作用是改善皮帶運輸機的啟動性能。制動器和逆止器是為了防止當皮帶運輸機停機時皮帶向下滑動。 皮帶運輸機是散料連續(xù)運輸機械，是應用于短距離連續(xù)運輸的的重要機械設備。 1.1.2 皮帶運輸機組成及工作原理皮帶輸送機的主要是由輸送帶和驅動裝置組成的。主要介紹驅動裝置即四臺電動機的運動情況。皮帶運輸機由4臺皮帶機組成，4臺皮帶機分別用4臺電動機(M1M4)拖動。皮帶輸送機是以連續(xù)摩擦驅動的方式用來運輸物料，通過控制4臺電動機的運動，來控制傳輸物料

12、。1.2 控制對象對控制系統(tǒng)的要求皮帶運輸機由4臺皮帶機組成，4臺皮帶機分別用4臺電動機(M1M4)拖動，如圖1所示，控制要求如下：圖1-1 皮帶運輸機系統(tǒng)示意圖(1) 啟動時先起動最末一臺皮帶機，經過5S延時，再依次起動其它皮帶機：(2) 停止時應先停止第一臺皮帶機(M1)，待料運送完畢后再依次停止其它皮帶機：(3) 當某臺皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機后面的皮帶機待料運完后才停止。例如當M2故障時，M1、M2應立即停，經過5S延時后，M3停，再過5S后M4停。(4) 要求皮帶運輸機控制系統(tǒng)具有手動和自動兩種工作方式。1.3 本課題應完成的設計工作（1）設計和

13、繪制電氣控制原理圖或PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖編寫指令程序清單。（2）選擇電氣元件，編制電氣元件明細表。（3）設計操作面板電器元件布置圖。（4）上機調試程序（5）編寫設計說明書第2章 控制方案論證2.1 繼電器控制方案繼電器控制系統(tǒng)具有以下特點：繼電器，動作有壽命限制，一個元件故障可能造成整個系統(tǒng)崩潰，會將故障擴大化，成本最低，也最容易被偽劣產品冒充，可維修度最高，同時維修成本也低。（1）繼電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯或并聯等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構成后，想再改變或增加功能、較為困難。（2）繼電器控制系統(tǒng)依靠機械觸點的動作實

14、現的，工作頻率低，觸點的開關動作一般在幾十毫秒數量級，且機械觸點還會出現抖動問題。（3）繼電器安裝后，受電氣設備觸電數目的有限性和連線復雜等原因的影響，系統(tǒng)在今后的靈活性、擴展性很差。（4）繼電器控制可實現邏輯功能，但不具備計數的功能。（5）觸點在開閉時會產生電弧，造成損傷并伴有機械磨損，使用壽命短，運行可靠性差，不易維護。2.2 單片機控制方案依據單片機目前的發(fā)展狀況，該方案的優(yōu)缺點是：(1)成本較低。由于現在單片機的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設計起來，成本比較低。(2)可以對外部存儲容量根據需要進行擴展，設計可以相對比較靈活。(3)由于現存有許多已經設計很完

15、善的子程序，在系統(tǒng)軟件設計中可以直接調用，減少較大工作量。其缺點為：(1)系統(tǒng)硬件設計相對比較復雜，運用該方案，該系統(tǒng)硬件設計包含擴展電路部分和系統(tǒng)配置電路部分，所以該系統(tǒng)電路設計工作量相對較大，影響系統(tǒng)開發(fā)的時間。(2)系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差，在系統(tǒng)設計中，雖然注意了芯片、器件選擇、去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽。但由于工廠的條件比較差，很難保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。 (3)維護維修相對比較麻煩，維修需要的時間也相對較長。但與此同時，由于微機控制系統(tǒng)所有的電路集中在一塊電路板上，其實現的功能、輸入輸出的點數受到限制，而且系統(tǒng)的散熱性，維護性受到考驗，若其中一部分損壞，其只能全部更

16、換。另外，微機控制系統(tǒng)開發(fā)周期長，一旦要有變化修改比較麻煩。2.3 PLC控制方案PLC的優(yōu)點主要有：(1)功能強，性能價格比高（可以相當于集成了很多繼電器，大多數時候性價比并不低，除非是簡單電路，只用少數繼電器，那么可能就不太實用了。）(2)硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強(3)可靠性高，抗干擾能力強(4)系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少(5)編程方法簡單(6)維修工作量少，維修方便(7)體積小，能耗低(8)與時俱變，能實現網絡通訊2.4 結論經過比較，我們發(fā)現PLC控制系統(tǒng)具有以下鮮明的特點：IO驅動能力強，易于擴展，圖形化開發(fā)界面，價錢適中，抗干擾能力強，因此多用于工業(yè)設備上。故選用P

17、LC控制方案。第3章 控制系統(tǒng)硬件設計3.1 拖動電機主電路設計3.1.1 電機及元件選擇本課程設計采用的電動機是四臺380V的三相籠式電動機，其型號為：Y2-80M2-4S150。在主電路中電路保護裝置由刀開關QS1和自動空氣斷路器QF組成，用380V電網電壓供電。由PLC控制四個交流接觸器的電磁線圈電路的通斷，實現對四個電動機通斷控制。四個電動機電路都串聯了熱繼電器對其進行保護，同時也是故障點。3.1.2 主電路的設計圖3-1 電動機主電路圖3.2 PLC控制系統(tǒng)設計3.2.1 PLC控制系統(tǒng)電氣元件選擇因為本次設計中用到了11個輸入點，4個輸出點，故用西門子S7-200 CPU224。本

18、設計用了刀開關、斷路器、熔斷器、熱繼電器、按鈕、三相交流電動機、S7-200等電氣元件，皮帶運輸機PLC電氣控制系統(tǒng)電氣元件選擇如表所示：序號符號名稱數量型號技術參數1QS1刀開關1HZ10-10/22QF斷路器1QF-2403FR熔斷器1RL1-154KM1-KM4接觸器4CJ20-255FR1-FR4熱繼電器4T166SA模式轉換開關1SA-3010D7SB5啟動按鈕1LA10-18SB6停止按鈕1LA10-19SB1、SB2手動按鈕2LA10-110SB3、SB4手動按鈕2LA10-111M1-M4三相交流電動機4Y2-80M2-4S15012PLC可編程控制器1CPU224表3-2 皮

19、帶運輸機PLC電氣控制系統(tǒng)電氣元件選型3.2.2 PLC I/O 接線圖設計皮帶運輸機電氣控制系統(tǒng)PLC I/O接線如圖所示：圖3-3 S7-200PLC I-O接線圖第4章 控制系統(tǒng)程序設計4.1 程序的組成部分皮帶運輸機PLC電氣控制系統(tǒng)的程序主要分為以下幾個部分：主程序、公用子程序、自動子程序、手動子程序、故障子程序1、故障子程序2、故障子程序3、故障子程序4。4.2 主程序設計 圖4-1 主程序梯形圖4.3 公用子程序設計圖4-2 公用子程序梯形圖4.4 自動子程序設計4.4.1 自動子程序順序功能圖圖4-3 自動子程序順序功能圖4.4.2 自動子程序梯形圖 圖4-4 自動子程序梯形圖

20、4.5 手動子程序設計圖4-5 手動子程序梯形圖4.6 故障子程序設計14.6.1 故障子程序1順序功能圖圖4-6 故障子程序1順序功能圖4.6.2 故障子程序1梯形圖 圖4-7 故障子程序1梯形圖4.7 故障子程序設計2圖4-8 故障子程序2順序功能圖圖4-9 故障子程序2梯形圖4.8 故障子程序設計3圖4-10 故障子程序3順序功能圖圖4-11 故障子程序3梯形圖4.9 故障子程序設計4圖4-12 故障子程序4順序功能圖圖4-13 故障子程序4梯形圖第5章 程序的調試在程序設計完成了之后，就是程序調試了。調試分為：自動模式下的程序調試、手動模式下的程序調試以及故障情況下的程序調試。自動模式

21、調試：按下模式選擇開關SA（I1.0），并且按下SB5（I0.5）啟動按鈕，進入自動模式，M4馬上啟動每隔5s其他電機依次啟動，同樣按下SB6（I0.6）停止按鈕，M1馬上停止每隔5s其他電機依次停止。SA打下來，進入自動模式，依次按SB1、SB2、SB3、SB4分別啟動和停止相應的電機。例如按下SB1第一臺電機開始運行，松開SB1第一臺電機停止下來，其他的類似。最后還有一個模擬故障點，進行程序調試。按下SB5啟動所有的電機后，依次分別按下故障點I0.1、I0.2、I0.3、I0.4?？词欠裣鄳墓收宵c和故障點之前的所有電機都停下來，同時這個故障點之后的電機每隔5s停下來。仿真如圖所示： 圖5

22、-1 系統(tǒng)調試圖結束語皮帶運輸機PLC電氣控制系統(tǒng)設計過程中，可以分為PLC硬件接線、程序設計、調試三個主要部分。程序設計是最難的環(huán)節(jié)，可以把程序設計分為主程序設計、各種子程序設計。（1）PLC硬件接線：設計中用到了11個輸入點，4個輸出點，所以用了CPU224的PLC，IO.1IO.4為故障輸入點，IO.5、IO.6為啟動停止輸入點。I1.0為模式開關選擇，I1.1-I1.4為手動模式下的操作按鈕。（2）主程序： 主程序調用其他子程序。這樣方便修改程序，一旦出錯了，只要進相應的子程序修改即可。包括調用公用子程序、自動子程序、手動子程序、故障1子程序、故障2子程序、故障3子程序、故障4子程序。

23、（3）各個子程序：自動子程序：啟動時先起動最末一臺皮帶機，經過5S延時，再依次起動其它皮帶機，停止時先停止第一臺，經過5S延時，再依次停止其它皮帶機。手動子程序：把模式選擇開關打在手動模式下，能對每臺電機啟動停止控制。故障子程序：按下模擬故障輸入點，使相應故障點和故障點之前的傳輸機停止，之后的每隔5S依次停止。公用子程序：把所有子程序都要執(zhí)行的程序都寫在其中。這樣可以簡化子程序的編寫，避免重復寫相同的部分。（4）調試：通過仿真軟件仿真，效率高，避免了繁瑣的接線。一定要執(zhí)行監(jiān)控按鈕，這樣能清晰的看到各個觸點的通斷情況，便于找到問題所在點，易于修改各個子程序。參考文獻1廖常初.S7200PLC編程

24、及其應用 M.北京：機械工業(yè)出版社 2陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng). 北京：機械工業(yè)出版社3萬太福.可編程序控制器及其應用M. 重慶：重慶大學出版社4劉祖潤.畢業(yè)設計指導.北京：機械工業(yè)出版社5工廠常用電氣設備手冊編寫組.工廠常用電氣設備手冊. 北京：水利電力出版社致謝本次PLC課程設計是在賴老師的悉心指導下完成的，賴老師是一位要求嚴格、經驗豐富、有耐心的老師。在整個課程設計中，對我進行了耐心地指導，有什么不懂的去問他，哪怕最簡單的問題，他都會耐心地一步一步的教我，為我答疑解惑。在老師諄諄教導下，在我們這小組組員共同努力下，我才能順利完成本次PLC課程設計。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同

25、學表示由衷的感謝！老師的嚴謹教學態(tài)度、求實的作風和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象。在課程設計中，難免會遇到一些問題，比如說軟件不會使用，軟件安裝不成功，程序中沒有設計起保停電路等，組員和賴老師都是很認真負責地教我。再一次向賴老師及我的同學致以最誠摯的謝意！21附錄（語句表）21主程序LD SM0.0O M3.0O M3.3= M3.0TON T46, 50R Q0.1, 1R T37, 9R Q0.2, 1Network 2 LD M3.0A T46O M3.1AN M2.2= M3.1R Q0.3, 1TON T47, 50Network 3 LD M3.1A T47O M3.2AN M3

26、.3= M3.2R Q0.4, 1公用子程序LD SM0.1O I0.0R Q0.1, 1R Q0.2, 1R Q0.3, 1R Q0.4, 1R T37, 12自動子程序LDN I0.6A I0.5S M0.0, 1R M0.7, 1S Q0.4, 1TON T37, 50Network 2 LD M0.0A T37AN I0.3AN I0.4S M0.1, 1S Q0.3, 1TON T38, 50R M0.0, 1Network 3 LD M0.1A T38AN I0.2AN I0.3AN I0.4S M0.2, 1S Q0.2, 1TON T39, 50R M0.1, 1Network

27、 4 LD M0.2A T39AN I0.1AN I0.2AN I0.3AN I0.4S M0.3, 1S Q0.1, 1R M0.2, 1Network 5 LDN I0.526A I0.6R Q0.1, 1TON T40, 50S M0.4, 1R M0.3, 1Network 6 LD M0.4A T40S M0.5, 1R Q0.2, 1TON T41, 50R M0.4, 1Network 7 LD M0.5A T41S M0.6, 1R Q0.3, 1TON T42, 50R M0.5, 1Network 8 LD M0.6A T42S M0.7, 1R Q0.4, 1R M0.6, 1手動子程序Network 1 LD I1.1AN Q0.4AN Q0.3AN Q0.2= Q0.1Network 2 LD I1.2AN Q0.4AN Q0.3AN Q0.1= Q0.2Network 3 LD I1.3AN Q0.4AN Q0.1AN Q0.2= Q0.3Network 4 LD I1.4AN Q0.1AN Q0.3AN Q0.2= Q0.4故障子程序