多设备的网络化控制系统设计-自(打印版)

1、 电子科技大学毕业设计（论文）多设备的网络化控制系统设计学院名称学院名称专业名称自动化专业学生学号学生学号学生姓名学生姓名指导教师教授姓名助理指导老师老师姓名202X年X月1.1论文的研究背景1.1.1研究背景在过去的十多年里,计算机和通信网络技术日渐成熟,控制系统的发展也更加智能化、全面化。但随着愈发复杂的控制对象、控制区域的扩大,传统的点对点控制系统已逐渐望尘莫及。于是一种新型的控制系统衍生而出，这种新型控制系统可以将网络作为信息共享交换平台，获得到地理位置不同的各个元器件采集和输出的信号信息。这种通过网络形成的控制系统称为网络化控制系统(NetworkedControlSystem,NC

2、S)，它具有不俗的发展前景且已然成为各种远程控制、不同领域控制技术的焦点。这种具有划时代意义的新型控制系统摒弃了传统点对点控制系统中控制区域的固定性和局限性，将网络化控制系统的控制区域的宽泛性展现的淋漓尽致,这种控制系统的立足之处在于既能将所有的信息资源集成综合利用又能通过网络共享传达所得信息给不同元器件,且传统的继电器控制需要的接线繁多相互之间还能产生干扰，而NCS完全避免了这一点提高效率的同时也使系统柔性提升,因此网络化控制系统在自动化应用中得到器重,应用领域诸如汽车控制系统中的CAN总线技术、军事、工业、建材、电力、运输、航空航天等,其受到关注的同时,系统分析设计的复杂性和控制理论的难度

3、增加也是必然的。1.1.2选题意义网络化控制系统发展历程是跟随各种通信和控制技术的发展而奠定基调的。基于这些核心技术基础，不同时期的NCS也具有不尽相同的表现方法和控制结构,且随着这些相关联的技术取得革命性进展以及信息化不断突破的同时，NCS从中取其精华、去其糟粕也紧跟大数据时代的发展潮流，从而使NCS的硬件、软件和网络组成也更进一步；在工程领域,NCS的出现及拓展使得控制系统功能实现多样化打破了传统控制方法的局限性，网络化控制工程将在NCS的协助下开启新的篇章。本文从一个物料运输系统片面的来体现网络化控制系统组成、运行等方面，相信今后网络化控制系统会在各领域中大展身手，引领信息化科技走上辉煌

4、。传输带是物料传输中的重要一环，它将区域性的物料传输效率实现最大化，且能够克服地理障碍的阻隔不受空间位置的限制，目前传输带在自动化工业领域中使用广泛。而现阶段PLC控制的传输带控制系统已经成为主流，传统的继电器控制传输系统不但占空间、维修困难且易发生故障，所以集常规控制元件与微型计算机为一体的可编程控制器控制系统成为佼佼者，它能够代替继电器控制的简单开关量，还能够控制模拟量并且能与网络通讯相连接实现自动控制，且能分层控制，集中收集数据，如今已经在工业自动化领域占据主导地位。国内外研究现状和趋势网络化控制系统的国内外研究现状时至今日，网络化控制系统已经取得长足的进步也进行了更深层次的研究，在传输

5、方面的研究主要是从两个方面来着手的，第一点是以提高多媒体信息传输和远程通信服务质量(QualityofService,QoS)为目标,它是基于计算机网络技术提出的；其二是旨在满足系统稳定和动态性能(QualityofPerformance,QoP)为目标，它是源于自动控制技术应运而生的。两者之间的平衡问题是比较棘手的，一个优秀的控制器应该达到两者互不影响且处于最佳性能的理想状态。NCS当前的控制方法研究成果也很多，例如基于排队机制的控制方法，大致可理解为过去的状态被采集后生成一个预报系统状态进而生成新的补偿控制信号解决时延对系统的影响，其他诸如此类的控制方法都有一个核心思想就是如何解决NCS的

6、随机时延问题，同时保证系统稳定传输、性能最优。从当今科技化趋势来看，NCS在相关IT技术的推动下正在向更高水平前进，大体已形成一个在硬件软件技术和网络技术支持下的集控制与管理一体化的综合自动化信息系统。本课题主要研究的内容及目标本课题的研究内容本课题是以一个基于PLC的小型物料传输系统，由两台PLC控制三台胶带机的启停和采集各个传感器的开关量、模拟量等，实现皮带运输物料的可靠性，延续性等。第一台PLC控制前两个皮带的运输过程，检测料仓料位，控制电机启停，采集传感器数据，检测故障信号等，第二台PLC控制第三台皮带运输过程，大致流程与前面类似，而最终目的是检测储料仓的满仓信号从而完成物料运输过程，

7、停止所有设备的运行，这个运输系统大体上课看做由网络控制的传输系统。本课题的研究展望本课题想体现的是类似于工业中的网络化控制的大型自动物料运输系统，各企业应结合公司实情，国内技术开拓出具有自己特色的方案，提高生产运输效益，自动化配套的工艺流程、运输系统的突破将会使各企业受益匪浅，提高自身竞争力引领新的工业浪潮实现伟大复兴的中国梦！第2章系统技术概述及总体方案设计物料传输系统概述物料传输系统是一种广泛应用于各领域的传输系统，如：煤炭、冶金、建材、食品、机械等，其应用广泛足以证明它在自动化传输领域的地位，它能够提高传输效率又能对整个系统实时监控。传输带的工作则能实现无人化自动传输，替代传统的人工低效

8、率、高强度的运输方式，是一种人性化且高效化的设计，使人工仅限于在上位机上完成对系统的操控再结合可编程控制器完成一个整体运输流程，这种系统的优点在于更人性化、简易化、效率高、成本低其运输过程可大体分为如下几个步骤;（1）上料给料：原料仓将物料通过执行机构下料给下一机构（此机构大多为称重设备），期间系统会根据需求确定下料速度和下料质量，到达某个需求量时，下一个机构便会启动执行任务。（2）称重部分：当下料的同时，一般称重传感器或者电子秤同时会采集重量的模拟量信号来判断是否继续执行下料或者停止下料，而传送带上如装有称重传感器检测到有物料到达时便会运转启动，开始运输传导过程，一般有多少料仓便会配备相对应

9、数量的电子秤（料位传感器）。（3）传输过程：物料到达皮带时开始运输过程，期间PLC会输入输出各传感器的开关量模拟量信号，并且传达给上位机实现实时监控过程。PLC的任务包含实现电机启停、故障检测、故障报警、故障处理、变频器调速等功能，可用于单台设备或者多台设备，既保障了物料传输的连续性，又能确保各个机构的安全性，使传输过程万无一失。（4）控制系统：皮带运输系统的控制系统一般由PLC上位机、称量仪器仪表、胶带机、电电动机和其他控制元器件组成，远程控制计算机能确保运输过程的流畅性，并且实现监控管理功能，现代控制系统代替了传统的人工实时监控系统，为工厂和企业奠定安全生产运输的基础。2.2PLC简介概述

10、可编程控制器（ProgrammbleLogicController,PLC）,是由理查德E莫利在1968年发明的一种计算设备，已被广泛用于工业，包括制造系统，运输系统，化学处理设施等等。如今，PLC取代了硬连线逻辑与软连线逻辑或所谓继电器梯形逻辑（RLL）,形成自己独有的一套可靠体系。PLC可接受或发送多种不同形态的电气信号，它是一种基于微处理器的工业自动化装置可工作于多种场合并执行不同任务形成各类综合控制系统，它是工业自动化领域一种被广泛使用的控制系统执行器，也是我国现阶段使用比较成熟的控制设备之一。PLC的特点PLC的广泛应用是因为其有着可靠性高、控制功能强、易于使用，编程方便、维修方便等

11、特点,而且一个设计良好的PLC能在强电噪声、电磁干扰、剧烈机械振动条件执行任务，能够抵抗高强度的恶劣自然环境,具有各种接口且扩展灵活方便。PLC的编程逻辑控制可根据现在生产线的需求而随意改变以提高经济效益,已大规模被使用与工业领域，且凡是兼用PID调节和继电器控制盘的场合均可使用PLC。如今大多数PLC编程能以梯形图的方显现，图形符号的直观性并加以注释使得用户能更加明了,操作更方便。-电源模块接模块1一k扩展机架射设备其他PLC计帥图2-1PLC内部结构示意图目前的PLC生产厂家有几百家，而西门子公司在我国的市场占比份额较大，得到广泛采纳与应用。在工业自动化领域，PLC几乎是完美的控制系统，它

12、既能实现丰富的控制功能又能达到监控管理的目的，能完全符合工厂生产管理的要求，更好地了满足了现代化工业的控制与管理的需求，更切合实际，所以今后的现代化工业领域它也将会大展身手。下图2-2是传统继电器与PLC相比较的表格示意图，能直观突显PLC的优势所在。继电器控制PLC控制技术性使用计算机语言梯形图语言设备接口性需求计算机专用接口可直接连接设备环境要求对环境要求高且不适用于恶劣环境对环境要求不咼能适应恶劣环境功能继电器实现控制功能程序实现控制功能适应性修改接线改变程序即可可靠性触点寿命影响较大集成电路寿命长可靠性高通用性硬件连接即可实现控制要求改变程序实现不同控制功能扩充性扩充困难在内存容量及I

13、/O口范围内自由扩展维修性需逐个排查故障且需定期检查隐患维修简便且只需更换插件技术性普及易理解较复杂经济型适用于少于30个继电器的装置适用于30个以上的继电器装置体积大小周期图纸多、安装调试工作量大，调试周期长调试周期短，易设计，控制较为复杂表2-2传统继电器控制与PLC的对比如今PLC的发展潮流是小型化、廉价化、智能化、网络化、大容量化系列化的发展方向，通过表格对比,PLC具有功能更强、可靠性高、操作编程简单、适用范围广、寿命长等特点，综述来说，PLC有以下几个较为典型的优点：（1）可靠性高因为用户看重的是产品的可靠性，因此，PLC厂商研制产品的理念都会将由是否可靠作为研究理念，以微处理器为

14、核心，选取优良的材质制造设备，设计中加入能抵御外界干扰的科技手段确保设备的使用寿命达到机几十年之久。（2）控制功能强大、编程简易方便使用PLC的控制功能包括计数、运算、定时延时、数据传输、数字量模拟量转换及互联网通讯等功能。除此之外，PLC不但能一对一控制且能控制多台设备即复杂的生产系统，而且能与计算机合作完成分布控制监控管理，不同PLC之间也能同时联网。编程采用梯形图，大致思路与继电器电路编程相同，能直观的突显控制过程，使初学者能更快的掌握编程技巧且易于教学指导。体积小、能耗低PLC内部采用模块式结构或者积木结构，所以它所占空间比是很小的，例如超小型PLC重量仅有150g200g之间，功率损

15、耗只有几瓦，所以容易装入设备内部；从经济方面来说，节时省电运行费用低，且维修所需经费也少，而它本身带给企业的收益确是不可估量的，其回报给企业的附加价值是难以用经济衡量的。PLC工作原理PLC的工作原理是扫描各个网络中的阶梯逻辑图，简述来说就是顺序扫描、不断循环方式，它是属于串行工作方式。指令由第一列到最后一列按照由上往下、从左至右的顺序被执行，然后扫描结束后跳转到下一个网络，当所有程序结束后返回第一层网络的第一条指令循环扫描下去，这是一个周而复始的循环过程。图2-3PLC运行框图PLC的的扫描过程可分为输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段三个阶段，也就是按照图2-3所示框图运行工作下去的。

16、PLC的串行工作方式大致可分为上电处理、扫描过程、出错处理三部分。系统整体方案设计本系统拟采用两台PLC控制三台胶带机连接上位机的方式来控制物料运输系统运行的过程，其中第一台PLC控制1#、2#皮带的运行及各项数据的监控；图2-4物料运输框架图皮带运输系统在我国最常见的使用场所是用于煤矿运输，我国的煤炭存储量在世界上处于前列且我国的煤炭利用率占到很大比重，但是矿用皮带机运输时间长、运输环节多、磨损率高加之所需功率大，能耗大，所以现阶段的煤矿运输大多结合成熟的变频控制技术采用软启停的方式让皮带稳定运行后以工频形式继续运行。而本课题仅对一个小型的物料传输系统进行研究，实现自动化传输、网络化控制的功

17、能，希望能从一方面反映出当今工业领域网络化控制的普及性及其全面性。本文设计的皮带物料运输系统的工作流程简要叙述如下：皮带机2的启动信号的发出，皮带1也同时启动然后通过料位传感器检测料仓1是否有物料且称量其是否在允许料位范围内，当低于低料位时，给料机给料延时，到达高料位时停止给料随即下料，这两个皮带主要是一个过渡过程将物料送达料仓2,1#、2#上的各类传感器检测皮带是否有打滑、跑偏、纵撕等故障，且检测温度信号共同传达给PLC，PLC检测无故障便会执行下一操作，如发现故障便会报警急停，保护各个仪器设备；无故障运行同时，料仓2也会被料位传感器检测，物料一旦进仓，皮带3也会同时运行，各类传感器执行工作

18、与上类似，最终物料进入储料仓，储料仓到达高料位时，停止给料机2和给料机1，料仓也全部停止下料，所有皮带运行一圈后停止，运输过程全部完成。本章小结本章节主要对物料传输系统进行了简要概述，从系统组部分及各环节所执行任务去阐述了传输系统的流程。然后对系统开发中所需的PLC技术进行了详细介绍，主要介绍了其特点用途，工作原理及流程等，最后综述自己设计的小型物料传输系统的流程，框架图等。第3章系统硬件设计在网络化控制的物料传输系统中,由于运输过程的复杂性和信号检测的多样性,且不同设备相互连接的同时也存在着相互干扰的特性,同时企业工厂对系统可靠性要求高,所以在实际传输生产现场多采用可靠性高的PLC控制技术与

19、现场总线技术相结合的方式实现可靠运输的可行性。小型PLC构成下位机连接本系统中所还是用到的传感器、变频器和其他控制元件等，使被控对象能够被监测和控制，上位机的人机界面可以由人为控制并可以实时显示各设备运行状态及参数。本章主要阐述了系统硬件部分的选型和设计内容，包括皮带机的型号选择、参数列表，各传感器的型号、数量和主技术参数，控制系统的设计等。传输系统设计物料传输过程的自动化控制过程离不开胶带机,而胶带机的启停需要电机去控制,电机是基于电气传动自动化用来控制运输设备的机械运动的一种执行机构；而所用另一类执行机构是自动化仪器仪表对传输过程中的一些变化物理量进行实时监测，避免设备出现故障时未能及时急

20、停造成不必要的损失，此类属于仪表自动化范畴。3.1.1电机的选型：表3-1电动机性能参数本系统拟采用的电机为Y3系列型号分别为：180M-2、160L-4、225S-4的电机,其电动机性能参数如上表3-1所示。Y3系列电动机是新系列鼠笼式电动机的代表作，其具有启动性能好、噪声低、负载转矩高、过负载能力强、便于维护等特点，是国内第一个完整的冷轧硅钢片为导磁材料的全系列电机，且具有高效率低损耗的特点是新一代研发的Y系列电动机的产物。本系统中拟设计的皮带运输系统是一个小型的运输系统，所以选用小功率电机即可拖动皮带运行，且一根皮带只需一个电机拖动即可。3.1.2胶带机的选型：皮带的作用是把物料传送到下

21、一单元，按照皮带的强度等级来说无非就是通用型和强力型，针对不同的使用环境选择不同参数规格的胶带机。胶带运输机的发展历史约达150余年，最初是为农业生产而使用，随着社会化的大规模生产趋势，传统胶带机控制技术已无法在现实生产需求中立足，于是胶带机控制技术也日益先进，时至今日已广泛用于各大工业领域，在本系统中所需三台皮带机隶属于小型胶带机，具体的参数型号如下表3-2所示。型号运行输送功带宽水平提升最大张紧物料带速方向能t/h力率mm长度高度倾角方式温度T406BC单向150228007.213.515螺旋拉紧常温1.6m/sT406BC单向150228007.213.515重锤拉紧常温1.6m/sU

22、401BC单向150378001261.512车式拉紧常温1.0m/s表3-2胶带机的型号及参数本物料传输系统是由三台电动机M1、M2、M3拖动三条皮带运行构成的。当第二条皮带启动时，第一台皮带同时启动，第三条皮带等待料仓信号才会启动。如若第一条皮带发生故障停止时，第二条皮带运行一圈后停止，第三条皮带待物料传输完毕后再停止；第二条皮带故障时第一条皮带立即停止运行；第三台皮带故障时三台胶带机同时停止运作。物料称量部分选型料位传感器选用MSE-ML30料位传感器，用于检测料仓1、2和储料仓的料位，输出模拟量信号能够直观的显示物料料位，其原理是通过传感器发出光束的相位比较来测得具体料位,传感器本身光

23、源发射后由被测物体或者液体散射回光束并接收对比,计算出物料料位,测量精度可达毫米级。其特点有:测量精度高且几乎不受环境影响、可见光束易于瞄准被测物体、可用计算机输入各种指令功能、可利用外部触发器实现远程测量。称重传感器选用U2A/500KG称重传感器用于皮带检测是否有物料到达,有物料到达后点击启动才会拖动皮带的运行,采用防锈蚀材料制成,适用于吊罐称重、皮带秤和分选秤等场所。其原理是传感器内部的电阻应变片在受到外力压迫时发生弹性形变改变了电阻大小，检测元件采集得出电阻变化范围并转换电信号输出，电信号经内部电路处理后再显示成具体数字。此类接触式传感器的特点是测量数据直观明了且精度高响应迅速。3.1

24、.4皮带保护系统简介（1）速度检测及打滑保护选用GSD5速度传感器。用于检测皮带输送机的实时运行速度,实现低速运行打滑保护功能。其工作原理是传感器摩擦轮随着传送带传动并与之接触发生摩擦传导给圆齿盘同步运动。齿盘受到阴影阻遮时发光二极管红外光被遮挡，光电晶体管接收不到就会输出低电平信号，反之不遮光光电晶体管就可以导通，便能测出与皮带转速同步的摩擦轮速度也就是皮带速度。其特点通过光电转换将采集的速度信号能够以脉冲信号的形式表现出来。（2）皮带跑偏保护选用GEJ30跑偏传感器。用于检测皮带运输机的跑偏检测和跑偏保护,为开关量信号,当皮带发生跑偏故障时,传感器接收到跑偏信号后输出低电平信号，随后保护装

25、置切断电源使皮带机不能继续工作从而实现保护功能。其工作原理是皮带运输机发生跑偏后，跑偏触杆也会偏离,当偏离位置到达一定角度后，传感器接线端子被迫接通传达给控制机构断开电源。其特点是体积小重量轻、维护方便、密封性好、不易损坏。（3）胶带撕裂保护选用DJSBA1撕裂传感器。用于检测皮带是否发生纵向撕裂,输出开关量信号,其工作原理是当皮带出现各种物理性质的结构损坏时，撕裂开关的钢丝绳就会拉动开关发出报警信号实现停机的功能，避免物料落入其他平台或者损坏皮带机,。其特点有结构简单牢固、无需维护、易于接线、可反复使用等。（4）烟雾检测选用KYB-1烟雾传感器。用于检测传输过程中是否出现烟雾避免火灾，传感器

26、探测器的电离室检测烟雾进入后随即释放带电离子烟雾吸附带电离子离开,电离室带电离子减少导致离子电流下降，电流数值的下降也证明有烟雾产生，随即探测器发出报警信号。此烟雾传感器具有反应灵敏能够防水防潮等特点。（5）堆煤检测选用GUD堆煤传感器。用于检测皮带上物料是否堆积阻塞。将其悬空吊挂于皮带的某一待检测位置的正上方，倘若物料在此检测位置堆积就会触碰到堆煤传感器的触杆，触杆一旦偏离其安全偏转范围后就会导致行程开关关闭，发出报警信号。此传感器的有点有：材料坚固、容错率低、寿命长且空间结构小。（6）温度检测选用TS-18B20温度传感器,检测各设备工作温度,显示实时数据,起到保护设备的作用。传感器采集温

27、度信号送入微处理器内部随后通过数码管显示其具体温度数值，倘若超出微处理器设定的安全温度范围便会高温报警，继电器断开。其特点有:适应电压范围更宽、体积小、独特的单线接口方式、能够实现组网多点测温、抗干扰纠错能力强。（7）急停开关选用EBPC-20急停开关。双向拉绳急停开关是当皮带机运输现场发生各种故障时急停皮带机一种保护开关，通过手动拉动拉绳就可带式运输机及时停机。其特点有:强度高、外壳轻、坚固等特点。（8）洒水灭火装置选用DMH自动洒水灭火装置。驱动摩擦面超温时，温度传感器检测到信号发送给控制器，控制器输出指令给电磁阀执行洒水指令。（9）电气保护功能在电动机控制主回路上加入AMD-100/1综

28、合保护器，它可以承担各种保护功能于一身，如：过载、堵转、短路、缺相、三相电流不平衡等等。此型号的电动机保护器适用于小于1140V电压且频率为50HZ或60HZ的三相交流电动机，它的主要性能优点是采用微处理器为核心，保护功能多且可靠，当电动机发生故障时，它的5个LED灯能显示电动机的具体故障类型，且拥有拨码开关能自行设置电动机的工作电流。上述为皮带保护功能简介，下表3-3为所选各传感器、综合保护器的型号和具体参数表。名称型号数量主技术参数料位传感器MSE-ML303测量范围：0.1-30m测量精度：2mm分辨率：0.1mm重复性.1mm称重传感器U2A/5002量程：0-500KG精度等级：0.

29、1灵敏度：V0.2、滞后误差V15速度传感器GSD-53丫1卩丿口kA上己J丄丄J测速范围：0-5m/s输出信号：0-440HZ脉冲宽度：20.3ms精度.15级跑偏传感器GEJ3031hJ丿丿J*丄JV八动作角度：303复位角度：15触杆动作力：2000N撕裂传感器DJSBA13线性度：1%FS迟滞：1%FS重复性：1%FS急停开关EBPC-203输出：开关量动作力：5010N响应时间：V0.2ms洒水灭火装置DMH3喷头动作：60-75C灭火面积：三40表3-3各元器件型号及主技术参数电动机电气控制图本系统由PLC控制和皮带机控制设备组合联合控制，实现对整个胶带机运输系统的连锁控制和实时监

30、控。PLC接收物料传感器、称重传感器模拟量信号，并掌控皮带运输机的运行情况，能对皮带故障进行判定，及时下达对应指令（故障处理、停机等）以保证系统安全、可靠的运行。下图是一个典型的电气控制图，如图3-4所示。3-4典型电气控制图其中,QF为空气开关用于保护电路短路过载等,KM为交流接触器,SB为控制方式切换开关和急停开关,SA是启动按钮（SB于手动方式下位置），一旦被按下后，KM得电其触点闭合后电机就会启动，否则SB在中间位置则会失电电动机停止；在自动控制方式下，PLC发出指令才会使KM得电，电机运行，如若发生故障,QF断开，KM失电且PLC发出报警信号。3.3PLC设计及选型3.3.1SIMA

31、TICS7-300简介及组成目前世界上生产PLC的厂家数不胜数，如德国西门子公司、日本三菱、欧姆龙公司等，不同公司生产的PLC各有建树，差异性非常大，且在中国都具有一定的市场。本系统的选型原则是建立在既能满足设计功能的要求又能具有一定性价比和提升空间。由于本物料运输系统的控制量以开关量控制为主，如电机启停、传感器输入等，且具有少数模拟量控制,因而对系统的控制功能要求不高。通过对物料传输系统现场的考量、I/O口点数确定和故障处理功能综合方面的分析，本系统拟采用西门子公司SIMATICS7-300系列小型PLC，它能够实现各模块之间的组合和扩展且单个模块单独运行也不受影响，能根据不同的需求灵活设计

32、控制系统。S7-300CPU模块是PLC的大脑部分，其功能丰富且供选择性强，I/O模块可以扩展实现多功能控制，除此之外，附加模块可以帮助PLC使用者控制更加复杂的任务和需求。其优秀的主要性能有:1.高速的指令处理,在小型PLC中性能要求不高，而S7-300处理时间只需0.1-0.6S,浮点数运算方法更是节约了解决复杂算术的时间，具有方便的参数赋值专属模块;2.具有人机界面服务(HMI);3.CPU具有智能化诊断功能监控系统各功能模块是否正常;4.具有口令保护功能,防止用户的资料参数被未允许情况下修改。PLC系统的构成如下图3-5所示。3-5S7-300PLC系统构成框图PLC主要组成简述如下：

33、导轨(RACK):RACK是用来固定和安装各个功能模块的机架，一般由铝材料构成可以根据实际所需选择其长度。其有两种型式导轨：2m导轨和标准长度导轨，而标准长度导轨分四种，分别为160/482.6/530/830(单位：mm)，导轨没有背板总线。电源模块(PS):电源模块主要是用于将交流120/230V电源转化为24V直流电源给CPU和I/O模块供电，并为传感器等执行元件供电，电源模块的输出电流可根据实际所需情况选择，分为2A/5A/10A三种。（3）中央处理单元（CPU）：中央处理单元是PLC的大脑用于储存和处理用户的程序，CPU的型号多种其功能各异，用户可根据自身需求所选择。CPU前面板上有

34、指示灯、插槽、模式开关、电源端子等（4）接口模块（IM）：当PLC需要扩展时的I/O口超过本身容量时，需通过在扩展机架进行扩展，最多连接3个扩展机架。（5）信号模块（SM）：信号模块是DI/DO模块和AI/AO模块的总称，用于匹配外部和PLC自身的信号，用户通过现场使用的设备匹配选择所用到的I/O模块。而且模拟量输入模块能够连接4-20mA电流、0-10V电压和热电偶、热电阻中，它的输入量程范围较宽。（6）功能模块（FM）:功能模块是不占用CPU资源的信号处理模块，它的任务主要是完成的现场设备的信号进行处理控制并传达给中央处理单元，通常它完成的是具有实时性和高存储量的控制任务以及处理CPU无法

35、在规定速度完成的任务。（7）通信处理器（CP）:用于PLC与其它设备之间通信，或者解决不同的可编程控制器之间的网络通信问题，它能够遵循多种通信协议。332PLCI/O点数确定下表3-6为皮带运输系统中1号PLC的控制元件、执行元件总览表，可确定I/O点数和地址分配。1号PLC（1#皮带）序号地址说明信号类型110.0启动开关量2I0.1停止开关量3I0.2急停开关量410.3自动控制开关量510.4手动控制开关量6PIW256料仓1称重显示模拟量710.5料仓1阀门开关开关量8PIW258皮带1称重显示模拟量9PIW2601#速度传感器模拟量10I0.61#跑偏传感器开关量1110.71#撕裂

36、传感器开关量12I1.01#烟雾传感器开关量13I1.11#堆煤传感器开关量14PIW2621#温度传感器模拟量15I1.21#急停闭锁开关开关量16I1.3故障1打滑开关量17I1.4故障2跑偏开关量18I1.5故障3纵撕开关量19I1.6故障4烟雾开关量20I1.7故障5堆煤开关量21I2.0故障6高温开关量22I2.1故障7急停开关量23Q0.0红色信号灯开关量24Q0.1绿色信号灯开关量25Q0.3电机M1开关量26PQW256变频器输出模拟量27Q0.3洒水灭火装置开关量2#皮带序号地址说明信号类型1I3.0启动开关量2I3.1停止开关量3I3.2急停开关量4I3.3自动控制开关量5

37、I3.4手动控制开关量6PIW2642#速度传感器模拟量7I3.62#跑偏传感器开关量8I3.72#撕裂传感器开关量9I4.02#烟雾传感器开关量10I4.12#堆煤传感器开关量11PIW2662#温度传感器模拟量12I4.22#急停闭锁开关开关量13I4.3故障1打滑开关量14I4.4故障2跑偏开关量15I4.5故障3纵撕开关量16I4.6故障4烟雾开关量17I4.7故障5堆煤开关量18I5.0故障6高温开关量19I5.1故障7急停开关量20Q1.0红色信号灯开关量21Q1.1绿色信号灯开关量22Q1.2电机M1开关量23PQW258变频器输出模拟量24Q1.4洒水灭火装置开关量表3-6I/

38、O口地址分配表由表可知，输入、输出模块需提供四十一个输出位和十个输出位，可选用故障安全型CPU型号为CPU315F-2PN/DP。其主要模块性能有：微处理器模块处理指令迅速，采用浮点数计算；存储器模块具有512KB高速RAM，且具有灵活扩展能力，可扩展多达32个模块；MPI/OP组合接口能够同时与16个PLC或PC或个人建立连接；以太网接口能与多种通讯协议建立连接。变频系统选用选用德国西门子公司MM440(MicroMaster440)系列变频器，它是一种广泛应用于工业场合的多功能标准变频器。它是一种具备超强过载能力的变频器,利用矢量控制技术能提供低速高转矩输出且具有良好的动态特性，可以在不同

39、场所条件下使用。MM440系列变频器实现的功能多样，如控制三相交流电动机转速等,此系列有多种型号可供用户选择。MM440由微处理器控制，采用晶闸管作为输出器件,具有极高的可靠性和多样性。其中它的脉冲宽度调制的开关频率可调整选择来降低电动机运行时的噪声,可为电动机提供保护并能变频驱动,他可以驱动单个设备也可以到整个系统中集中控制。其主要特点如下:：可以直接设置满足用户控制要求的所需参数并且安装简单、调试方便牢固的EMC设计，可接中性点不接地电源控制信号响应迅速并且短时间内能够重复响应电缆连接简易，有多个继电器输出有多个模拟量输出(0-20mA),6个带隔离的数字输出，并可切换至NPN/PNP接线

40、两个模拟输出，具体适用范围如下：AIN1：0-10V,0-20mA和-10+10VAIN2：0-10V,0-20mA传感器接线图下图3-7为传感器外部接线图，可直观显示数字量、模拟量输入模块的选择。数字量输入模块选择SM321，用于采集信号，将传输系统过程采集的交/直流信号转化为PLC内部的信号电平。在物料传输的现场，可将拥有开关触点的元件作为输入元件。输入信号进入SM321后，经过光电隔离、滤波等过程然后传输给缓冲寄存器，最后CPU将采样信号通过背板总线输入映像区。模拟量输入模块：选择SM331，它能够实时采集各种模拟量输入信号并且能够切换状态，本系统主要是主要测的模拟量信号为温度信号。SM

41、331的一个输入通道组是由两个输出通道构成的，测量的范围和方法可以区分通道组来自定义，转换开关可以将采集的模拟量进行转换，其他的未使用到的通道可以利用软件屏蔽以缩短采集循环的时间。此模块需接入具有反极性保护功能的DC24V负载电压L+上。跑卅迫.娴热3-7传感器接线图3.3.5编程工具STEP7STEP7是为S7-300系列PLC的编程软件用文件块的形式管理用户编写的程序和所需数据，使程序结构组织明确清晰。便于修改移动。它的组件和功能主要包含：SIMATIC管理器，用于集中管理数据和工具；组态硬件，即模块被放在机架中，并为其设置参数、分配地址；程序编辑器，用编程语言生成程序模块；符号编辑器，用

42、于管理全局变量；组态通信，用于定义、连接通信伙伴和连接特性；下载和上传用户程序、调试程序、建立文档、运行诊断等。3.4本章小结本章是介绍基于PLC的物料传输系统硬件设计部分。主要介绍了皮带机及传感器的型号参数和PLC的原理组成等，通过列出I/O地址表选择适合的PLC内部模块等，以达到设计需求，下一章节将进行传输系统的PLC软件设计了。第4章PLC软件设计本章节主要阐述了按照前述的物料传输系统设计要求的PLC现场部分的软件设计并连接到上位机显示达到实时监控的目的，用流程图突显运输过程中个环节的功能作用及判定条件，采用梯形图直观显示PLC如何控制系统的运行。4.1物料传输系统的程序流程在现阶段的可编程控制器程勋设计编程过程中,有诸如以下几种控制指令结构:顺序控制指令结构、循环控制、分支结构判断等,用户可根据自身需求要达到的控制过程或功能的实现来选择不同的控制结构。顺序控制结构可以为单流程结构,例如几种状态之间的转移,多种顺序结构的指令也可并联成一个整体结构形成整体控制流。本物料传输系统过程采用顺序结构编程,实现物料传输的自动化流程。首先现场的控制计算机对系统进行初始化