四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計

1、咸陽師范學院物理與電子工程學院課程設(shè)計報告 題 目：四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 成 績： 完成日期： 2014年 12月目 錄1 設(shè)計要求-2 2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計-3 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計-9 4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計-11 5 實驗 -126 心得體會 -12四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計1 設(shè)計要求圖1 四節(jié)傳送帶運行系統(tǒng)示意圖圖1是四節(jié)傳送帶運行系統(tǒng)簡單示意圖。設(shè)計一個以可編程控制器（PLC）為控制核心的四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)。具體設(shè)計要求如下：1正常運行：啟動時先起動最末一條皮帶機D（由KM4控制，否則就會造成運料堆積），經(jīng)過定時器的延時作用，再依次起動其它皮帶機

2、C、B、A；待料運送完畢后停止時，應(yīng)先停止最前一條皮帶機A，經(jīng)過定時器的延時作用，再依次停止B、C、D，以保證所有皮帶上沒有剩余的物料。2.故障處理：當某條皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機以后的皮帶機待料運完后才依次停止，以保證后續(xù)無故障傳送帶的正常運行。若B發(fā)生故障，那么皮帶機B和A立即停止，而C和D待料運完后才依次停止。2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要包括控制開關(guān)、PLC和電動機三個主要部分?？刂崎_關(guān)與PLC的輸入端子相連接，主要給PLC提供輸入控制信號。電動機與PLC的輸出端子相連接，顯示PLC控制結(jié)果以控制傳送帶的運行狀況?？刂崎_關(guān)由

3、啟動和停止兩個按鈕組成，電動機停轉(zhuǎn)或運行可以用發(fā)光二極管模擬。啟動、停止用動合按鈕來實現(xiàn)，負載或故障設(shè)置用鈕子開關(guān)來模擬?？刂崎_關(guān)PLC傳送帶圖2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖傳送帶控制系統(tǒng)的輸入、輸出開關(guān)量較少，結(jié)合物理系PLC實驗室的具體情況，PLC選用西門子公司整體式微型S7-200系列中CPU224 AC/DC/Relay。CPU224后用斜線分割的三部分分別表示CPU電源的類型、輸入口的電源類型及輸出口器件的類型。其中輸出口的器件中，Relay為繼電器，DC為晶體管2。3 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計3.1 輸入/輸出端子地址分配根據(jù)本文2.1節(jié)中傳送帶控制系統(tǒng)的分析和要求可知，傳送帶控制系統(tǒng)有六個輸入

4、控制按鈕，分別為系統(tǒng)啟動按鈕SM1，停止按鈕SM2和負載或故障設(shè)定A、B、C、D，其對應(yīng)CPU224 PLC輸入端子地址為I0.0、I0.5、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。共有四個輸出控制，傳送帶A、B、C、D分別對應(yīng)CPU224 PLC輸出端子地址Q0.1、Q0.2、Q0.3和Q0.4。控制傳送帶的輸入、輸出端子地址分配如表1所示。表1 CPU224輸入/輸出端子地址的分配輸入信號輸出信號名稱輸入端子名稱輸出端子啟動I0.0傳送帶AQ0.1停止I0.5傳送帶BQ0.2負載或故障設(shè)定AI0.1傳送帶CQ0.3負載或故障設(shè)定BI0.2傳送帶DQ0.4負載或故障設(shè)定CI0.3負載或故障設(shè)

5、定DI0.43.2 控制系統(tǒng)硬件電路圖傳送帶控制系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示：圖3 傳送帶控制系統(tǒng)硬件電路圖根據(jù)傳送帶的控制要求和輸入/輸出端子分配情況，傳送帶控制系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示。其中啟動按鈕SB1、負載或故障設(shè)定A、B、C、D和停止按鈕SB2分別接于PLC CPU224輸入端子I0.0-I0.5端，傳送帶A到D所對應(yīng)的接觸器KM1、KM2、KM3、KM4分別接于輸出繼電器Q0.1、Q0.2、Q0.3和Q0.4端。L+、1L和2L端與PLC CPU224上的24V直流傳感器電源輸出端直接相連，作為直流輸入單元和PLC繼電器輸出單元的驅(qū)動電源?；赑LC的傳送帶控制系統(tǒng)的硬件電路十分簡

6、單，整個系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn)主要通過軟件編程來實現(xiàn)，這樣就可以提高整個系統(tǒng)的可靠性，并且更加易于維護，以滿足此系統(tǒng)在實踐中的應(yīng)用。4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)軟件部分是控制系統(tǒng)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。軟件包括兩個部分,一部分是系統(tǒng)軟件,另一部分是應(yīng)用軟件。前者是可編程控制器本身所具有的，由PLC生產(chǎn)廠家所編寫并固化在PLC設(shè)備中。后者是針對具體控制過程而編制的，它決定控制系統(tǒng)是否能滿足技術(shù)要求以及系統(tǒng)使用的難易程度。本控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件部分的核心內(nèi)容是定時器應(yīng)用控制。4.1傳送帶控制系統(tǒng)的經(jīng)驗法編程根據(jù)在2.1節(jié)中對傳送帶控制系統(tǒng)的分析，系統(tǒng)中對傳送帶的控制是采用基本的啟保停電路模式，應(yīng)用經(jīng)驗設(shè)計法來

7、編寫程序，既能夠提高程序設(shè)計的效率，也能節(jié)省大量的設(shè)計時間。經(jīng)驗法編程的編程步驟為：(1)在準確了解控制要求后，合理地為控制系統(tǒng)中的事件分配輸入輸出口。選擇必要的機內(nèi)器件，如定時器，計數(shù)器，輔助繼電器等，(2)對于一些控制要求較簡單的輸出，可直接寫出它們的工作條件，依啟保停電路模式完成相關(guān)的梯形圖支路。工作條件稍復(fù)雜的可借助輔助繼電器。(3)對于較復(fù)雜的控制要求，為了能用繪出各輸出口的梯形圖，要正確分析控制要求，并確定組成總的控制要求的關(guān)鍵點。在空間類邏輯為主的控制中關(guān)鍵點為影響控制狀態(tài)的點（如搶答器中主持人是否宣布開始，答題是否到時等），在時間類邏輯為主控制中關(guān)鍵點為影響控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間（如

8、三電機順序啟動控制）。(4)用程序?qū)㈥P(guān)鍵點表達出來。關(guān)鍵點總要用機內(nèi)器件來代表的，在安排機內(nèi)器件時要考慮并安排好。繪關(guān)鍵點的梯形圖時，可以使用常見的基本環(huán)節(jié)，如定時器計時環(huán)節(jié)，振蕩環(huán)節(jié)，分頻環(huán)節(jié)等。(5)在完成關(guān)鍵點梯形圖的基礎(chǔ)上，針對系統(tǒng)最終的輸出進行梯形圖的編繪。使用關(guān)鍵點器件綜合出最終輸出的控制要求。(6)審查以上草繪圖紙，在此基礎(chǔ)上，補充遺漏的功能，更正錯誤，進行最后的完善。4.2 傳送帶控制程序?qū)崿F(xiàn)PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的，即在PLC運行時，CPU根據(jù)控制要求編制好并存與用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指

9、令開始逐條按順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。它的一個掃描周期必須經(jīng)輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。傳送帶系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)主要由接通延時定時器（TON）指令、置位與復(fù)位指令來實現(xiàn)。4.2.1 啟動處理 根據(jù)控制系統(tǒng)要求，按下啟動按鈕I0.0，傳送帶KM4（Q0.4）為“ON”，分別經(jīng)過三次5秒延時依次啟動傳送帶KM3（Q0.3）、KM2（Q0.2）和KM1（Q0.1）。具體這樣實現(xiàn)：通過“啟動-保持-停止”電路，使用標志位M1.0記錄并保持I0.0的啟動狀態(tài)，同時將Q0.4位置1（

10、即傳送帶KM4為“ON”）。傳送帶KM4運行后，經(jīng)接通延時定時器T37的5秒延時后，將傳送帶KM3（Q0.3）置1并用標志位M2.0記錄并保持KM3。同理，經(jīng)T38、T39延時后將KM2（Q0.2）和KM1（Q0.1）置1，同時利用M3.0記錄并保持傳送帶KM2的運行狀態(tài)。其具體程序如圖4示： 圖4 傳送帶啟動梯形圖程序4.2.2 停止處理根據(jù)控制系統(tǒng)要求，按下停止按鈕I0.5，傳送帶KM1（Q0.1）為“OFF”，分別經(jīng)過三次連續(xù)5秒延時依次停止傳送帶KM2（Q0.2）、KM3（Q0.3）和KM4（Q0.4）。具體實現(xiàn)如下所述：通過“啟動-保持-停止”電路，使用標志位M4.0記錄并保持I0.

11、5的運行狀態(tài)，同時將Q0.1位復(fù)位（即傳送帶KM1為“OFF”）。傳送帶KM1停止后，經(jīng)接通延時定時器T40的5秒延時后，將傳送帶KM2（Q0.2）復(fù)位并用標志位M5.0記錄并保持KM2。同理，經(jīng)T41、T42延時后將KM3（Q0.3）和KM4（Q0.4）復(fù)位，同時利用M6.0記錄并保持傳送帶KM3的運行狀態(tài)。其具體程序如圖5示：圖5 傳送帶停止梯形圖程序4.2.3 故障處理根據(jù)控制系統(tǒng)要求，按下故障按鈕A、B、C或D，與之對應(yīng)的傳送帶及其上面的傳送帶立即停止為“OFF”，利用定時器分別經(jīng)過連續(xù)幾次5秒延時依次停止該傳送帶以后的各個傳送帶。 如果按下故障按鈕B，傳送帶KM1（Q0.1）和KM2

12、(Q0.2)立即同時為“OFF”，分別經(jīng)過兩次5秒延時依次停止傳送帶KM3（Q0.3）和KM4（Q0.4）。具體這樣實現(xiàn)：通過“啟動-保持-停止”電路，使用標志位M10.0記錄并保持I0.2的運行狀態(tài)，同時將Q0.1和Q0.2位復(fù)位（即傳送帶KM1和KM2為“OFF”）。傳送帶KM1，KM2停止后，經(jīng)接通延時定時器T46的5秒延時后，將傳送帶KM3（Q0.3）復(fù)位并用標志位M11.0記錄并保持KM3。同理，經(jīng)T47延時后將KM4（Q0.4）復(fù)位。其具體程序如圖6所示： 圖6 傳送帶B故障（KM2）處理梯形圖程序5 實驗5.1 軟件調(diào)試步驟和方法 打開STEP-7 Micro/WIN32，建立新

13、的文件，進入程序編輯窗口。根據(jù)控制要求編寫出程序。在實驗臺上進行連線，具體按照3.1硬件連接說明連線。對程序進行編譯及改錯后，將程序下載至PLC中。把PLC運行模式選擇開關(guān)置于“TERM”模式上。 利用程序控制PLC程序運行，并將“調(diào)試”菜單下的“程序狀態(tài)”打開，進行程序的調(diào)試和監(jiān)控。圖7中藍色的方塊表示的是能流為“ON”，即定時器T38為“ON”，輸出繼電器Q0.2被置位，狀態(tài)為“ON”，內(nèi)部標志位M3.0為“ON”，驅(qū)動定時器T39工作，邊框變綠。T39左邊的數(shù)字表示定時器的當前值，PT前面的值表示定時器的設(shè)定值，當當前值大于等于設(shè)定值時，定時器T39狀態(tài)為“ON”，開始工作。圖7程序調(diào)試

14、圖5.2 實驗結(jié)果實現(xiàn)了PLC對傳送帶的控制，傳送帶的運行方式受開關(guān)總體控制，按一下啟動按鈕，電動機帶動傳送帶系統(tǒng)開始工作：最末條傳送帶M4開始工作，經(jīng)過5s延時，再依次啟動M3、M2、M1。 當某條皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機以后的皮帶機待運完后才停止。例如B故障，M1、M2立即停，經(jīng)過5秒延時后，M3停，再過5秒，M4停。按下停止按鈕，M1先停，待料運完后再依次停止M2、M3、M4。其輸出波形圖如下圖所示：圖6 正常啟動和停止 圖7故障B處理結(jié)果6 心得體會本文設(shè)計選用西門子微型可編程控制器CPU224作為控制系統(tǒng)的核心控制器，設(shè)計出系統(tǒng)的硬件。應(yīng)用狀態(tài)法編程思想將交通燈控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)狀態(tài)流程圖，使用順控繼電器指令(S)將狀態(tài)流程圖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)PLC順控梯形圖程序，程序易于調(diào)試，修改和維護也很方便。整個控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，主要控制功能通過軟件編程來實現(xiàn)，具有可靠性高的特點。整個系統(tǒng)在試驗臺上進行了驗證和調(diào)試，系統(tǒng)運行良好，滿足了設(shè)計要求。參考文獻1 張萬忠 劉明芹編.電器與PLC控制技術(shù). 化學工業(yè)出版社 2006.1.2 賀哲榮 石帥軍編.流行PLC實用程序集設(shè)計. 西安電子科技大學出版社2006.3.3 鄧則名等.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社.4