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1、X X XX 本科毕业论文（设计）题 目 基于PLC多级传送带 控制系统设计 院 系 机械学院 专 业机械设计制造与其自动化 姓 名学 号实习年限 2010年9月至2012年7月 指导教师申请学位 工科 学士学位 2012 年 5 月18日基于PLC的多级传送带控制系统设计学生： 指导老师： 摘 要：皮带机运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货，用途广泛。它的控制形式也多种多样，它可以由单片机、PLC以与计算机来控制，由于PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动控制的首选控制装
2、置，故本设计中采用PLC集中控制的办法，利用PLC简单可视化的程序，自动控制的控制方式对皮带运输机进行控制。关键词：皮带机；PLC；自动控制Based on the PLC multi-stage conveyor control system designAuthors Name: Tutor: ABSTRACT:Beltconveyorusesbeltmachinewithcontinuousorintermitten-tmovementtotransportavarietyofdifferentweightofitems.Itcantransportavarietyofbulkmater
3、ialortransportallkindsofcartons,bagsorotherpieceg-oodsofsmallweight,soithasbeenusedwidely.Thecontrolalsohasavariet-yofforms.Itcanbecomposedofasinglechipcomputer,thePLC,aswellasthecomputers.ThePLChasmanycharacteristic,suchashighreliability,stron-gcontrolfunctionandcost-effective.Itisthefirstchoicetoi
4、ndustrialautomati-ccontroldevice.SothedesignadoptsPLCcentralizedcontrolapp-roach,usin-gthePLCsimplevisualizationprogramandusingtheautomaticcontrolwayforbeltconveyor.KEYWORDS:Conveyor; Programmable controller; Automatic control / 目 录1 概 述11.1 选题的背景11.2 PLC介绍11.3 课题的研究目的和容71.4 课题研究的方案论证81.5 系统设计的基本步骤9
5、2 皮带传输机控制系统102.1 皮带输送机的电控原理与控制要求102.2 传送系统的硬件选择113 皮带传输机PLC控制系统硬件电路设计153.1 主电路设计153.2 系统I/O分配153.3 PLC外部接线图164 皮带传输机PLC控制系统软件设计174.1 程序设计方法174.2 系统梯形图程序设计19毕业设计体会与总结23致25参考文献261 概 述1.1 选题的背景近20年来，可编程控制器在我国已获得了极其重要和广泛的应用，它不仅可作为单一的机电控制设备，而且它作为通用的自动控制设备，也被大量的用于过程工业的自动控制。可编程控制器与其他计算机控制装置，如集散控制系统、现场总线控制系
6、统、计算机基础过程系统、信息管理系统等，一起已成为工业控制领域的主流控制装置。本设计选择了西门子公司的可编程控制器作为样机。西门子公司的PLC程序通俗易懂、操作方便、实用性强，简单易学。它用梯形图（V4.0 STEP 7 MicroWIN）编程语言编程，类似于继电器控制线路图。只要具有继电器控制线路图这方面的知识，就可以很快学会编程和操作，不存在计算机技术和传统电器技术之间的专业“鸿沟”，系统扩展灵活，它具有各种I/O模块和A/D、D/A模块等，便于各种需要配置成各种不同模块的分布式或集中式的控制系统。PLC的输入口可与触电式开关直接相连，输出口与执行元件（接触器、电磁铁）相连，即在PLC的端
7、子上接相应的输入、输出信号线即可，使用非常方便。当控制要求改变时，要变更控制系统的功能，可用编程器修改程序。它还可以用于不同的受控对象只要输入、输出组件和应用的软件不同而已，可与强电相连，并有较强的带负载能力；体积小，重量轻便于安装，有自检和监控功能，能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试提供方便，由于接线少，维护方时只需更换插入式模块，维护方便。用可编程序控制器来控制一台带式传送机，需要考虑到电动机正反转控制、与带之间启动的时间差、传送带的速度控制、传感器的输入、整个过程每一步输入输出的逻辑关系等一些问题，较以往的要求相比较是存在一些不同点，相对提高了少，为了实现任务要求的各项功能，还需
8、在这个基础上进行部分功能扩展，使得整个统的功能更加完善。当然，选择这个课题并非只运用可编程控制器的知识，还要结合电路基础和电子技术、电动机传动原理、继电器接触器控制系统课程的知识，运用它们来将该课题设计完成。1.2 PLC介绍1.2.1 PLC的定义PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了
9、可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器与其有关外部设备，
10、都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。1.2.2 PLC的结构PLC采用了典型的计算机结构，主要由CPU、RAM、ROM和输入输出接口电路等组成，如图1-1所示。如果将PLC看作一个系统，该系统由输入变量和输出变量组成。外部的各种开关信号、模拟量信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入到部寄存器中，经PLC运算处理
11、后送到输出端子，它们是PLC的输出变量。图1-1 PLC结构简化框图1.2.3 PLC的工作原理PLC虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式，有键按下或I/O动作则转入相应子程序，无键按下则继续扫描。PLC则采用循环扫描工作方式，在PLC中用户程序中有众多的操作需要执行，但是一个CPU每一个时刻只能执行一个操作而不能同时执行多个操作，因此用户程序是按先后次序存放的，CPU按程序的顺序依次执行各个操作。即CPU从第一条指令开始执行，直到遇到结束符又返回第一条执行，如此周而复始不断循环。PLC的工作过程基本上是
12、用户的梯形图程序的执行过程，即在系统软件的控制下顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，然后顺序向各个输出点发出相应的控制信号。除此之外，为提高工作的可靠性和与时地接收外来的控制命令，每个扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信请求，因此，PLC工作过程分为以下五步：（1）自诊断自诊断功能可使PLC系统防患于未然，而在发生故障时能尽快的修复，为此PLC每次扫描用户程序以前都对CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保留现行工作状态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。（2）与外设通信自诊断正常后P
13、LC即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清存等监控命令。在与上位机通信过程中PLC将接收上位机发出的指令进行相应的操作，把现场状态、PLC的部工作状态、各种数值参数发送给上位机以与执行启动、停机、修改参数等命令。（3）输入现场状态完成前两步工作后PLC便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通断状态、形成现场的存映象。这一过程也称为输入采样或输入刷新，在一个扫描周期存映象的容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫描
14、过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的存映象值而不是当时现场的实际值。（4）解算用户逻辑即执行用户程序。一般是从存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和算术运算，因此称之为解算用户逻辑。解算过程中所用的计数器、定时器、部继电器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器、输出继电器则用的是存映象值。在一个扫描周期，某个输入信号的状态不管外部实际情况是否己经变化，对整个用户程序是一致的，不会造成结果混乱。（5）输出结果将本次扫描过程解算得到的最新结果送到输出模块取代前一次扫描结算结果，也称为输
15、出刷新。解算用户逻辑时，每一步所得到的输出信号被存入输出映像寄存器而并未发送到输出模块，相当于输出信号被输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由输出状态表送到输出模块，其相应开关动作。在依次完成上述五个步骤操作后PLC又开始进行下一次扫描。如此不断的反复循环扫描，实现对全过程与设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、出现故障或载物。PLC的工作过程如图1-2所示。自诊断与外设通信输入现场状态解算用户逻辑输出结果图1-2PLC的工作过程1.2.4 PLC的特点根据IEC标准草案给PLC下的定义：它是在工业环境中使用的数字操作的电子系统，它使用可编程存储器部储存的用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能，诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以与算术运算以
