四节传送带控制系统设计

1、咸阳师范学院物理与电子工程学院课程设计报告题目：四节传送带控制系统设计班级：姓名：学号：指导教师：成绩：完成日期：2014年 12月1设计要求22控制系统总体设计33控制系统硬件设计94控制系统硬件设计115实验126心得体会12节传送带控制系统设计1设计要求图1四节传送带运行系统示意图图1是四节传送带运行系统简单示意图。设计一个以可编程控制器(plc) 为控制核心的四节传送带控制系统。具体设计要求如下：1.正常运行：启动时先起动最末一条皮带机d (由km4控制，否则就会造成 运料堆积)，经过定时器的延时作用，再依次起动其它皮带机c、b、a；待料运 送完毕后停止时，应先停止最前一条皮带机a,经

2、过定时器的延时作用，再依次 停止b、c、d,以保证所有皮带上没有剩余的物料。2故障处理：当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停 止，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才依次停止，以保证后续无故障传送带 的正常运行。若b发生故障，那么皮带机b和a立即停止，而c和d待料运完后 才依次停止。2控制系统总体设计控制系统的结构框图如图2所示，主要包括控制开关、plc和电动机三个主 要部分。控制开关与plc的输入端子相连接，主耍给plc提供输入控制信号。电 动机与plc的输出端子相连接，显示plc控制结果以控制传送带的运行状况。控制开关由启动和停止两个按钮组成，电动机停转或运行可以用发光二极

3、管模拟。启动、停止用动合按钮来实现，负载或故障设置用钮子开关来模拟。图2控制系统的结构框图传送带控制系统的输入、输出开关量较少，结合物理系plc实验室的具体 情况，plc选用西门子公司整体式微型s7-200系列中cpu224 ac/dc/relay0 cpu224后用斜线分割的三部分分别表示cpu电源的类型、输入口的电源类型及 输出口器件的类型。其中输出口的器件中，relay为继电器，dc为晶体管。3控制系统硬件的设计3. 1输入/输出端子地址分配根据本文2. 1节中传送带控制系统的分析和要求可知，传送带控制系统有六 个输入控制按钮，分别为系统启动按钮sm1,停止按钮sm2和负载或故障设定a、

4、 b、c、d,其对应 cpu224 plc 输入端子地址为 10.0、10.5、10.1、10.2、10.3、 10.4。共有四个输出控制，传送带a、b、c、d分别对应cpu224 plc输出端子地 址q0. 1、q0. 2、q0. 3和q0. 4。控制传送带的输入、输出端子地址分配如表1所 示。表1 cpu224输入/输出端子地址的分配输入信号输出信号名称输入端了名称输出端子启动10.0传送带aq0. 1停止10.5传送带bq0. 2负载或故障设定a10. 1传送带cq0. 3负载或故障设定b10.2传送带dq0.4负载或故障设定c10.3负载或故障设定d10.43.2控制系统硬件电路图传送

5、带控制系统的硬件电路图如图3所示:负载或故障a sql负载或故障b负载或故障c10.4负载或故障d sq4海w 0-【05 com。输入/轴出配逼图3传送带控制系统硬件电路图根据传送带的控制要求和输入/输出端子分配情况，传送带控制系统的硬件 电路图如图3所示。其中启动按钮sb1、负载或故障设定a、b、c、d和停止按 钮sb2分别接于plc cpu224输入端子10. 010. 5端，传送带a到d所对应的接 触器km1、km2、km3、km4分别接于输出继电器q0. 1、q0.2、q0. 3和q0.4端。l 1l和2l端与plc cpu224 ±的24v直流传感器电源输出端直接相连，作

6、为直 流输入单元和plc继电器输出单元的驱动电源。基于plc的传送带控制系统的硬 件电路十分简单，整个系统控制功能的实现主要通过软件编程来实现，这样就可 以提高整个系统的可靠性，并且更加易于维护，以满足此系统在实践中的应用。 4控制系统的软件设计控制系统软件部分是控制系统能否成功应用的关键。软件包括两个部分,一 部分是系统软件，另一部分是应用软件。前者是可编程控制器本身所具有的，由 plc生产厂家所编写并固化在plc设备屮。后者是针对具体控制过程而编制的， 它决定控制系统是否能满足技术要求以及系统使用的难易程度。本控制系统应用 软件部分的核心内容是定时器应用控制。4. 1传送带控制系统的经验法

7、编程根据在2. 1节中对传送带控制系统的分析，系统中对传送带的控制是采用 基本的启一保一停电路模式，应用经验设计法来编写程序，既能够提高程序设计 的效率，也能节省大量的设计时间。经验法编程的编程步骤为：(1) 在准确了解控制要求后，合理地为控制系统屮的事件分配输入输出口。 选择必要的机内器件，如定时器，计数器，辅助继电器等，(2) 对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，依启 保一停电路模式完成相关的梯形图支路。工作条件稍复杂的可借助辅助继电 器。(3) 对于较复杂的控制要求，为了能用绘出各输出口的梯形图，要正确分 析控制要求，并确定组成总的控制要求的关键点。在空间类逻辑为主的

8、控制中关 键点为影响控制状态的点(如抢答器中主持人是否宣布开始，答题是否到时等), 在时间类逻辑为主控制中关键点为影响控制状态转换时间(如三电机顺序启动控 制)。(4) 用程序将关键点表达出來。关键点总要用机内器件來代表的，在安排 机内器件时要考虑并安排好。绘关键点的梯形图时，可以使用常见的基本环节， 如定时器计时环节，振荡环节，分频环节等。(5) 在完成关键点梯形图的基础上，针对系统最终的输岀进行梯形图的编 绘。使用关键点器件综合出最终输出的控制要求。(6) 审查以上草绘图纸，在此基础上，补充遗漏的功能，更正错误，进行 最后的完善。4. 2传送带控制程序实现plc是采用“顺序扫描，不断循环”

9、的方式进行工作的，即在plc运行时, cpu根据控制要求编制好并存与用户存储器中的程序，按指令步序号(或地址 号)作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条按顺序执行 用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。 在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输岀状态的刷新等工作。 它的一个扫描周期必须经输入采样，程序执行和输出刷新三个阶段。传送带系统的程序实现主要由接通延吋定吋器(ton)指令、置位与复位指令来实现。4. 2.1启动处理根据控制系统要求，按下启动按钮10.0,传送带km4 (q0.4)为“0n” , 分别经过三次5秒延时依次启动传送带km3

10、 (q0. 3)、km2 (q0. 2)和km1 (q0. 1)。 具体这样实现：通过"启动-保持-停止”电路，使用标志位ml. 0记录并保持t0. 0的启动状态， 同时将q0. 4位置1 (即传送带km4为“0m”)。传送带km4运行后，经接通延 时定时器t37的5秒延时后，将传送带km3 (q0. 3)置1并用标志位m2. 0记录 并保持km3。同理，经t38、t39延时后将km2 (q0. 2)和km1 (q0. 1)置1,同 时利用m3. 0记录并保持传送带km2的运行状态。其具体程序如图4示：t37q0.3十)m2.0)i0.2i0.3i0.4q0.4m2.0t38q0.2

11、ii_(:)m3.0)inton50-ptt38m3.0t39q0.1co1intonptt39*50图4传送带启动梯形图程序4. 2. 2停止处理根据控制系统要求，按下停止按钮10.5,传送带km1 (q0. 1)为“off”，分别经过三次连续5秒延时依次停止传送带km2 (q0.2)、km3 (q0. 3)和km4(q0.4) o具体实现如下所述：通过“启动-保持-停止”电路，使用标志位m4. 0记录并保持10. 5的运行状态，同时将q0.1位复位(即传送带km1为“off”)。传送带km1停止后,经接 通延时定时器t40的5秒延时后，将传送带km2 (q0. 2)复位并用标志位m5. 0

12、 记录并保持km2。同理,经t41、t42延时后将km3 (q0. 3)和km4 (q0.4)复位, 同时利用m6. 0记录并保持传送带km3的运行状态。其具体程序如图5示：t42intonpt1+5-t42q0.4图5传送带停止梯形图程序4. 2. 3故障处理根据控制系统要求，按下故障按钮a、b、c或d,与之对应的传送带及其 上面的传送带立即停止为“off”，利用定时器分别经过连续几次5秒延时依次 停止该传送带以后的各个传送带。如果按下故障按钮b,传送带km1cqo. 1)和km2 (q0. 2)立即同时为“off”, 分别经过两次5秒延时依次停止传送带km3 (q0.3)和km4 (q0.

13、4)。具体这样 实现：通过“启动-保持-停止”电路，使用标志位m10. 0记录并保持10. 2的运行状态, 同时将q0. 1和q0. 2位复位(即传送带km1和km2为“off”)。传送带km1, km2停止后，经接通延时定时器t46的5秒延时后，将传送带km3 (q0.3)复位并用标志位mil. 0记录并保持km3。同理，经t47延时后将km4 (q0.4)复位。 其具体程序如图6所示：图6传送带b故障(km2)处理梯形图程序5实验5. 1软件调试步骤和方法打开step-7 micto/win32,建立新的文件，进入程序编辑窗口。根据控制 要求编写出程序。在实验台上进行连线，具体按照3.1硬

14、件连接说明连线。对程 序进行编译及改错后,将程序下载至plc屮。把plc运行模式选择开关置于“term” 模式上。利用程序控制plc程序运行，并将“调试”菜单下的“程序状态”打 开，进行程序的调试和监控。图7中蓝色的方块表示的是能流为“on”，即定时 器t38为“on”,输出继电器q0. 2被置位，状态为“on”，内部标志位m3. 0为“on”, 驱动定时器t39工作，边框变绿。t39左边的数字表示定时器的当前值，pt前而 的值表示定时器的设定值，当当前值大于等于设定值时，定时器t39状态为“on”, 开始工作。i a | x.丿< 仝工.-t |e | x i<h>qi/也

15、韶% % 况二 3: 0q程序块o majn (081)o sbr.o(sbro)o int o(into)检視国文件（e）编辑（e）检 »（y） plc（p） isixcd） im（t）窗口帮助（h）符状数系交通令偏比表程浮计计逻时 qq口口©夕”血亠列笑国到仝目 项 好较制蹈 作 ji甑器88推 序点时数辑钟网絡5on.t38on-q020n-m3.0-<)nn 6on=m3.0intonpt*165=t39>50-图7程序调试图5.2实验结果实现了 plc对传送带的控制，传送带的运行方式受开关总体控制，按一下 启动按钮，电动机带动传送带系统开始工作：最末条

16、传送带m4开始工作，经过 5s延时，再依次启动m3、m2、mb 当某条皮带机发牛故障时，该皮带机及其前 面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如b故障, mk m2立即停,经过5秒延时后，m3停，再过5秒，m4停。按下停止按钮，ml 先停，待料运完后再依次停止m2、m3、m4。其输出波形图如下图所示：sb1sb2km4km3km2km1图6正常启动和停止图7故障b处理结果6心得体会木文设计选用西门子微型可编程控制器cpu224作为控制系统的核心控制 器，设计出系统的硕件。应用状态法编程思想将交通灯控制系统转换为相应状态 流程图，使用顺控继电器指令(s)将状态流程图转换为相

17、应plc顺控梯形图程序, 程序易于调试，修改和维护也很方便。整个控制系统硬件结构简单，主要控制功 能通过软件编程来实现，具有可靠性高的特点。整个系统在试验台上进行了验证 和调试，系统运行良好，满足了设计要求。参考文献1 张万忠刘明芹编.电器与plc控制技术.化学工业出版社2006. 1.2 贺哲荣石帅军编流行plc实用程序集设计.西安电子科技大学岀版社2006. 3.3 邓则名等电器与可编程控制器应用技术.北京：机械工业出版社.4 王兆义编可编程控制器教程.北京：机械工业出版社.5 史国生编电气控制与可编程控制器技术.化学工业出版社.6 廖常初编.s7-200plc应用技术.北京：机械工业出版社,2005.7 廖常初编.plc梯形图的顺序控制设计法与顺序功能图j.电工技术,2001 (10) 8 西门子公司.simatic s7-200系统手册m 20029 陈胜利.plc在控制交通信号灯中的应用j 机电一体化,2003,5(9).附录：plc控制系统梯形图程序t42cocos0.4scre)