基于PLC的运输带控制系统设计

1、淄 博 职 业 学 院 课 程 设 计 课 程 设 计 报 告基于PLC的运输带控制系统设计班级： P12电气1班 姓名： 李 昭 学号： 201203120041 2014年9月30日目 录第一章 运输带控制发展31.1 运输带在生产中的应用31.2 PLC控制及发展31.3 控制系统人机界面作用及发展4第二章 系统硬件设计52.1 工艺要求52.2 硬件设计5第三章 系统软件设计 123.1 控制要求 123.2 程序的实现 12第四章 心得体会 15参考文献 16第一章 运输带控制发展1.1 运输带在生产中的应用运输带又称输送带，由几层纤维织物与橡胶粘合而成的一种胶带。用于运输块状、粒状

2、、粉状或成件物品等。有叠层式运输带和包层式运输带两种，也有两种同时并用。叠层式的夹布层由挂胶帆布组成，可使带身柔软和富有弹性，适用于运输各种物品。包层式用于运输细小而不易磨损运输带的物质，如粉末状物质等。普通运输带适宜在坡度不大或沿水平方向运送物品。升降机运输带可运送坡度大或垂直方向的物品，外面覆盖胶，可以升起沉得的、湿的或坚硬的物质，如矿石、石块、焦炭、煤、玻璃等。各类运输带可制成有接头和环形无接头两种。一般根据带的宽度（3001500毫米）和织物层数（312层）分为各种规格。按用途可分耐寒、耐热、耐油、食品工业用等运输。 运输带广泛用于建材、化工、煤炭、电力、冶金等部门，适用于常温下输送非

3、腐蚀性的无尖刺的块状、粒状、粉末的多种物料、如煤炭、焦炭、砂石、水泥等散物（料）或成件物品，输送堆积密度为6.52.5t/m3的各种块状、粒状、粉状等松散状物料，也可用于成体物品输送。1.2 PLC控制及发展早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自

4、1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠

5、的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各

6、种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.3 控制系统人机界面作用及发展近年来，人机界面在控制系统中起着越来越重要的作用。用户可以通过人机界面随时了解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过人机界面向控制系统发出故障报警，进行人工干预。因此，人机界面可以被看成用户与硬件、控制软件的交叉部分。用户可以通过人机界面与控制系统进行信息交换，向控制系统输入数据、信息和控制命令，而控制系统又可以通过人机界面回送控制系统的数据与有关信息给用户。人机界面的作用：过程可视化：将工业生产过程动态地显示在HMI设备上。显示报警：对工业生

7、产过程的临界状态会自动触发报警。归档过程值和报警：根据需求，可以记录报警和过程值，检索以前的生产数据。过程值和报警记录：根据需求，可以打印输出报警和过程值报表。过程和设备的参数管理：根据产品的品种，可以将工业生产过程中相应产品的参数存储在配方中。操作员对过程的控制：操作员可以通过图形用户界面来控制工业生产过程。人机界面的发展：(1)具体形式的发展，过去经历了批处理、联机终端(命令接口)、(文本)菜单等多通道多媒体用户界面和虚拟现实系统。(2)用户界面中信息载体类型的发展，经历了以文本为主的字符用户界面(CUI)、以二维图形为主的图形用户界面(GUI)和多媒体用户界面，计算机与用户之间的通信带宽

8、不断提高。(3)计算机输出信息的形式而言的发展，经历了以符号为主的字符命令语言、以视觉感知为主的图形用户界面、兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观(包括触觉等)的虚拟现实系统。在符号阶段，用户面对的只有单一文本符号，虽然离不开视觉的参与，但视觉信息是非本质的，本质的东西只有符号和概念。在视觉阶段，借助计算机图形学技术使人机交互能够大量利用颜色、形状等视觉信息，发挥人的形象感知和形象思维的潜能，提高了信息传递的效率。早期的计算机系统只有单调的峰鸣声，虽然多媒体技术将声频形式和视频形式同时带入人机交互，但仍缺少听觉交互手段，即人处于被动收听状态，声音缺少位置和方向的变化，交互输入方面仍沿

9、用图形用户界面所采用的键盘和鼠标器等交互设备。当前，在人机交互中结合进视觉的、听觉的以及更多的通道是必然趋势，特别是将听觉通道作为补充的或替换的信息通道已显示出重要性和优越性。(4)人机界面中的信息维度的发展，经历了一维信息(主要指文本流，如早期电传式终端)、二维信息(主要是二维图形技术，利用了色彩、形状、纹理等维度信息)、三维信息(主要是三维图形技术，但显示技术仍利用二维平面为主)和多维信息(多通道的多维信息)空间。第二章 系统硬件设计2.1工艺要求本设计是基于西门子S7-200PLC的运输带控制系统设计，触摸屏采用TP277 6。3条运输带系统有两个运行状态：手动状态（I0.0为0）和自动

10、状态（I0.0为1）。（1）手动状态系统进入手动状态，触摸屏进入手动画面，可单独启动和停止某一运输带。（2）自动状态系统进入自动状态，触摸屏进入自动画面，点击启动按钮，1号运输带启动，过5秒2号运输带启动，过5秒3号运输带启动；点击停止按钮，3号运输带立即停止，过5秒2号运输带停止，过5秒3号运输带停止。（3）报警在任意状态，1号运输带启动以后，按下I0.7，系统显示报警信息：1号运输带故障；按下确认按钮，报警信息消失。若故障消失（I0.7）为0，报警信息不再显示；故障未消失（I0.7为1），过5秒报警信息又出现。（4）触摸屏组态触摸屏画面由主画面、手动画面、自动画面、报警画面构成。主画面：用

11、于画面切换和设备运行动画。手动画面：单独启停某一设备，3组启停按钮，动画显示电机旋转；自动画面：用于系统的整体启停，动画显示电机旋转；报警画面：显示报警信息；此外，报警信息出现时，可在任意画面显示。2.2 硬件设计2.2.1 PLC的组成结构PLC 的一般结构如图1所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。图1 PLC结构图FX2N系列PLC是三菱公司高性能小型机的代表作，系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元后可达256点。FX2系列基本执行指令的速度0.48s/步，用户程序存储器的容量可扩展至8K步。 FX2N系列P

12、LC在我国应用比较广泛。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。 通过对PLC的工作原理及性能的了解，并结合设计要求，设计中选择了FX2N系

13、列的小型PLC。分析要求，可以确定需要15个输入点，手动工作时，分别为M1,M2,M3启动按钮，停止按钮，通常用于系统的检测维护；一个急停按钮；自动工作时，传感器开与关时的两个不同信号输入以及停止按钮；三个热继电器动断触电，控制故障电动机。因为有三台皮带机，故需要三个输出点。又为了便于日后的功能增加等因素，选择了48点的基本输入输出单元，因为输出的是220V的交流电，为了增加它的耐用性，采用了可控硅输出。综上所述，设计中最终选择了FX2N-48MS的PLC，这种PLC技术成熟，性能好，故障少，价格低廉，对于本项目又留有一定的余量，可以为以后改进留下余地。2.2.2 I/O口分配PLC的I/O元

14、件地址分配功能描述动作器件I/O地址急停SB1X0工作方式手动选择开关SAX1自动X2手动M1启动SB2X10M1停止SB3X11M2启动SB4X12M2停止SB5X13M3启动SB6X14M3停止SB7X15自动压力传感器传感器ST开X20传感器ST关X21停止SB8X22皮带1故障FR1X31皮带2故障FR2X32皮带3故障FR3X33皮带机1开KM1Y0皮带机2开KM2Y1皮带机3开KM3Y2图2 I/O地址分配2.2.3 PLC的I/O外部接线图图 3 外部接线图2.2.4皮带电机的选型及其外部接线1. Y2系列异步电机 本次设计中的电机采用普通的三项异步电动机，因为本系统中没有对电机

15、的什么特别要求，因此选用普通的三相异步电机，本设计中选用Y2型异步电机。Y2系列电动机是我国20世纪90年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式笼型电动机，包括基本设计系列（Y2系列）和提高效率设计系列（Y2E系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代Y系列的更新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现由Y系列向Y2系列过渡Y2系列电动机是我国20世纪90年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式笼型电动机，包括基本设计系列（Y2系列）和提高效率设计系列（Y2E系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外

16、同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代Y系列的更新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现由Y系列向Y2系列过渡。Y2系列电动机额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kwt以下为Y接法，其他功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。Y2系列电动机采用F级绝缘等级，但温升仍按B级绝缘考核（除机座为315部分及355部分规格外），故电动机的温升裕度较大。防护等级提高到IP54，机座用平行垂直分布的散热筋，接线盒置于电动机机座的上方，以方便接线。Y

17、2系列电动机在Y系列电动机的基础上改进了电磁和结构设计，降低了电机的噪声及振动，节约了材料，并使电动机结构更合理，外形新颖、美观。Y2系列电动机（除个别延伸的机座和规格外）的功率等级与安装尺寸的对应关系与Y系列电动机完全相同，有利于Y2系列电动机逐步取代Y系列电动机。Y2E系列电机是为了提高电动机效率而设计的系列产品，其满载效率比Y2系列提高1.79%，主要适用于运行时间长，负载率较高的各种机械设备上。Y2系列电机的安装尺寸和功率等级符合IEC标准，与德国DIN42673标准一致，也与Y系列电机一样，其外壳防护等级为IP54，冷却方法为IC41l，连续工作制（S1）。采用F级绝缘，温升按B级考

18、核(除315L2-2、4，355全部规格按F级考核外)，并要求考核负载噪声指标。Y2系列电动机是Y系列电机的更新换代产品，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。其整体水平已达到国外同类产品九十年代初的水平。该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，也可适用于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。Y2系列电动机有两种设计，一种是适用于一般机械配套和出口需要，在轻载时有较高效率，在实际运行中有较佳节能效果，且具有较高堵转转矩，此设计称为Y2-Y系列。中心高63355mm，功率从0.12315kW。电动机符合JB/T8680.1-1998 Y2

19、系列(1P54)三相异步电动机（机座号63355）技术条件。型号含义：如Y2-200L1-2Y：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200”表示中心高，“L”表示机座长短号，“1”表示铁心长度序号，“2”表示极数，“Y”表示第一种设计（可省略）。 第2种设计是满载时有较高效率，更适用于长期运行和负载率较高的使用场合，如水泵、风机配套，此设计称为Y2-E系列，中心高80280mm，功率从0.5590kW。电动机符合JB/T8680.2-1998 Y2系列(1P54)三相异步电动机（机座号80280）技术条件。 型号含义：如Y2-200L2-6E：“Y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200

20、”表示中心高，“L”表示机座长短号，“2”表示铁心长度序号，“6”表示极数，“E”表示第二种设计。Y2系列电动机机座外轮廓呈四方形兼圆形，散热片呈垂直，水平平行分布，全部采用铸铁结构。另外H63112还兼有铝合金压铸结构。本系列电动机采用浅端盖结构，增加了内部加强筋的数量和尺寸，全部采用铸铁结构，另外H63112还兼有铝合金压铸结构。为方便用户使用和检修，H180及以上增设了不停机的注油装置。接线盒防护等级为IP55。为了减轻电机重量，H63280接线盒用铝合金压铸(也可用铸铁件)，H315355使用铸铁件。且盒内设有专用的接地装置，H160及以上机座考虑有热保护装置的安装位置，电源进线孔采用

21、双孔进线，并有两种密封结构：一种为加密封盖，另一种为锁紧密封。接线盒一般位于机座顶部，并可以四面出线，另外H80355铸铁机座的接线盒还可以位于机座侧面。2. 主回路电机的外部接线图 本次设计因为有三级皮带机，故需要三个电机来拖动，当然需要有一些短路、过载等保护，继电器、空开的选型后面后详细介绍，具体的主电路接线图如下：图 4 主回路电机外部接线图2.2.5.皮带运输机结构皮带运输机具有结构简单，操作连续平稳，运输量较大的特点，又因各部分摩擦阻力小，动力消耗也低，运输距离不受限制。皮带输送机由头部、中部和尾部组成。头部由头辊及支撑架组成；中部由支撑架、限位辊、张紧辊等组成；尾部由尾辊、支撑架及

22、调节装置组成。其设计紧凑合理，自动化程度高，内部结构复杂，安装精度高。(1)输送带带式运输机使用的运输带有橡胶带、塑料带、钢带等。橡胶带工艺简单、生产率高、成本低、质量好，工作环境温度在-10+40；塑料输送带具有耐油、酸、碱等特点；金属带结构工艺比较复杂，价格较高。这里选择橡胶带作为输送带。(2)托辊托辊是带式输送机输送带及货载的支撑装置，托辊随输送带的运行而运转，以减小输送机的运行阻力，要求结构合理，经久耐用，回转阻力系数小，密封可靠。(3)头架头架用来安装驱动滚筒和改向滚筒，其侧面与驱动装置架组装在一起。头架有平行输送机头架及槽形输送机头架两种。前者不能安装卸料斗及护罩，供输送成件物品时

23、选用，后者可以安装卸料斗及护罩。这里选用槽形输送机头架。(4)拉紧装置在各种具有挠性牵引构件的构件的输送机中，必须装有拉紧装置，拉紧装置使输送机具有足够的初张力，保证输送带与驱动滚筒之间所必须的摩擦力，补偿牵引构件在工作过程中的伸长，保证输送机正常平稳地运行。(5)电动滚筒根据不同的使用条件和工作要求，带式输送机的驱动方式，可分为单电机驱动、多电机驱动、单滚筒驱动，双滚筒驱动几种。本设计采用的电动滚筒，是将电动机和减速器装入驱动滚筒内。2.2.6传感器的选择力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感

24、器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传

25、输给处理电路（通常是A/D 转换和CPU ）显示或执行机构。因为本系统中的传感器只是检测有无重物，精度灵敏度要求并不是很高，故采用经济实用的压阻式压力传感器。2.2.7其他硬件选型1. 接触器选用CJ29-10/16型接触器其中“C”表示接触器，“J”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流相关元件主要技术参数及原理如下：(1) 操作频率为1200/h(2) 机电寿命为1000万次(3) 主触头额定电流为10/16（A）(4) 额定电压为380/220（V）(5) 功率为2.5KW2. 热继电器选用JR16B-60/3D型热继电器其中“J”表示继电器，“D”带断相保护相关元件主要技

26、术参数及原理如下：（1） 额定电流为20A（2） 热元件额定电流为32/43.空气开关市面上的空气开关多种多样，以“DZ10-100/330 Ie=60A ”来说明各个参数的含义所在：DZ“自动”的反拼音10设计序号100是它的壳架等级3表示极数即三相3脱扣形式（0无脱扣器，1热脱扣器式，2电磁脱扣器式，3复式）0有无辅助触头（0无辅助触头，2有辅助触头）Ie=60A过电流调节 额定电流。要点：1、空气开关额定电压大于等于线路额定电压2、空气开关额定电流和过电流脱扣器的额定电流大于等于线路计算负荷电流。 通过比较认识，以及对实际系统中的要求分析，本系统中选用“DZ10-100/330 Ie=2

27、0A”的空气开关。第三章 系统软件设计3.1 控制要求（1）某一生产线的末端有一台三级皮带运输机，分别由M1、M2、M3三台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。（2）手动时，为了便于调试，每一台电机都可以单独启动，按停止按钮都可以停下。（3）自动控制时，有料进皮带后，通过检测传感器让皮带运行，M1M2M3的顺序启动，间隔均为5秒，若无料进入皮带，通过安装在一号皮带机上的传感器，30秒钟后让皮带机按M3M2M1的顺序停止否则继续运行，如此循环往复；当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其上面的皮带机立即停止，而其下的皮带机则待料运完后才停止，即仍为顺序停止。（4）为防止在自动运行时传感器误动作，要

28、求按下保护按钮(即后文中的SA2按钮)后，系统才处于待运行状态，否则传感器不动作。（5）为保证意外发生时的安全，还要有急停按钮，当急停按钮按下时所有电机立即停止运行。（6）要有必要的短路、过载、连锁保护。3.2 程序的实现在图2.2.2PLC外部接线的分析过程中已经列出了PLC的I/O分配表，外了使程序的过程更为明了，采用子程序跳转的方式将程序分为三大块，即公共程序，手动和自动子程序。一、公共程序： 在该程序中输入点X1执行调用手动子程序P0,输入点X2执行调用手动子程序P1。图 1 公共程序二、手动程序：手动程序相对比较简单，一般采用经验设计法进行设计，手动控制子程序见下图，手动按钮X10X15,分别控制M1 M2 M3电机的启动和停止。图 2 手动程序三、自动程序：自动程序相对比较复杂，对于顺序控制系统一般采用顺序控制设计法，其流程图如下： 图 3 顺序功能图对于顺序控制可用多种方法进行编写，本系统的梯形图程序采用