PLC课程设计四节传送带的模拟控制.docx

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PLC课程设计四节传送带的模拟控制

CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY

设计说明书

项目名称：

PLC课程设计-四节传送带的模拟控制

二级学院：

电子信息与电气工程学院

专业：

电气工程及其自动化

班级：

学生姓名：

指导教师：

职称：

讲师

第一章概述············································1

1.1设计背景····················································1

1.2意义·························································1

第二章控制要求········································3

2.1具体要求····················································3

2.2四节传送带的模拟实验面板图······························3

第三章控制方案········································4

3.1PLC的选型··················································4

3.2I/O分配表··················································5

3.3系统设计流程示意图·······································6

第四章电气原理图······································8

4.1PLC控制系统设计的基本原则·······························8

4.2实验任务····················································9

4.3工作原理····················································9

第五章电气柜体设计···································12

5.1引言······················································12

5.2电气柜总体配置设计······································12

5.2.1组件的划分···········································12

5.2.2电气柜各部分及组件之间的接线······················12

5.3电器元件布置图的设计与绘制····························13

5.4电气部件接线图的绘制···································14

5.5电气柜、箱及非标准零件图的设计························14

5.6元件清单···················································15

5.7柜体外形图·················································15

5.8柜体布置图·················································17

第六章程序设计·······································18

6.1实验说明···················································18

6.2四节传送带的梯形图分析·································18

第七章四节传送带控制系统的模拟······················23

7.1实验说明···················································23

7.2模拟步骤···················································24

7.3进行调试···················································26

7.4实验现象····················································27

总结····················································28

参考文献················································37

第一章概述

1.1设计背景

17世纪中，美国开始用架空索道传送散状物料；19世纪中叶，各种现代结构的传送带输送机相继出现。

皮带式传送带设备1868年，在英国出现了皮带式传送带输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；1905年，在瑞士出现了钢带式输送机；1906年，在英国和德国出现了惯性输送机。

此后，传送带输送机受到机械制造、电机、化工和冶金工业技术的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。

PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。

自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑或顺序控制。

上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。

随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。

目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

1.2意义

未来传送带设备将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。

大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。

水力输送装置的长度已达440公里以上，带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。

不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。

扩大输送机的使用范围，是指发展能在高温、低温条件下由腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易团结、粘性物料的传送带设备。

本课程设计了一个四节传送带传输系统，它多用于处于复杂地形的大型工业厂矿。

系统采用可编程控制器（PLC）做下位机控制，上位机则采用工业通用组态软件—“组态王”设计控制界面，并最终完成上下位机的通信以达到直观方便的控制效果。

多级皮带传输系统凭借它自身的特点和优势在现代工业中有着重要的作用和地位，最典型的应用就是我们常说的输煤系统。

我们采用PLC对此系统进行控制。

第二章控制要求

2.1具体要求

本课程是一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动。

控制要求如下：

1、启动时先起动最末一条皮带机，经过1秒延时，再依次起动其它皮带机。

2、停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机。

3、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运完后才停止。

例如M2故障，M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。

4、当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行1秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。

例如，M3上有重物，M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。

2.2四节传送带的模拟实验面板图

M1AA

M2BB

C

M3CD

M4D

图2.1实验面板图

第三章控制方案

PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力能方面加以综合考虑。

3.1PLC的选型

未来传送带设备将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低能量消耗、减少污染等方面发展。

大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。

水力输送装置的长度已达440公里以上，带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。

不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。

本课程设计了一个四节传送带传输系统，它多用于处于复杂地形的大型工业厂矿。

系统采用可编程控制器（PLC）做下位机控制，上位机则采用工业通用组态软件—“组态王”设计控制界面，并最终完成上下位机的通信以达到直观方便的控制效果。

多级皮带传输系统凭借它自身的特点和优势在现代工业中有着重要的作用和地位，最典型的应用就是我们常说的输煤系统。

我们采用PLC对此系统进行控制。

PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。

选择时应主要考虑到合理的结构型式，安装方式的选择，相应的功能要求，相应速度要求，系统可靠性的要求，机型尽量统一等因素。

PLC在正式运行时，不需要编程器。

编程器主要用来进行用户程序的编制、存储和管理等，并将用户程序送入PLC中，在调试过程中，进行监控和故障检测。

简易型编程器是袖珍型的，简单实用，价格低廉，是一种很好的现场编程及检测工具，但显示功能较差，只能用指令表方式输入，实用不够方便。

智能型编程器采用计算机进行编程操作，将专用的编程软件装入计算机内，可直接采用梯形图语言编程，实现在线监测，非常直观，且功能强大。

1、I/O点数的估算

I/O点数是PLC的一项重要指标。

一般一个输入/输出要占用一个输入/输出点。

考虑到今后的调整和扩充，一般应在估计的总数上再加上20%-30%的备用量。

2、用户存储器容量的估算

根据经验，每个I/O点及有关功能元件占用的内存量大致如下:

开关量输入元件：

10-20B/点；开关量输出元件：

5-10B/点；定时器/计数器：

2B/个；模拟量：

100-150B/点；通信接口：

一个接口一般需要300B以上。

根据上面算出的总字节数再考虑增加25%左右的备用量，就可估算出用户程序所需的内存容量，从而选择合适的PLC内存。

3、CPU功能与结构的选择

（1）功能与任务相适应

（2）PLC的处理速度应满足实时控制的要求（3）PLC结构合理、机型统一（4）在线编程和离线编程的选择。

4、本实验选用FX2n-48MR的可编程控制器。

3.2I/O分配表

1.M1、M2、M3、M4分别接主机的输出点Y1、Y2、Y3、Y4；

2.SB1、SB2分别接主机的输入点X0、X5；

3.表示故障或重物设定的A、B、C、D分别接主机的输入点X1、X2、X3、X4。

4.启动用按钮SB1实现，停止用按钮SB2实现。

5.电机的停转或运行用发光二极管来模拟。

表3.1I/O分配表

输入信号

输出信号

启动按钮SB1

X0

M1

Y1

停止按钮SB2

X5

M2

Y2

A

X1

M3

Y3

B

X2

M4

Y4

C

X3

D

X4

3.3系统设计流程示意图

发生故障时的流程图如下：

N

Y

N

　　　　　　　　　　　Ｙ　　　　　　　　　　Ｙ　　　　　　　　　　　Ｙ　　　　　　　　　　

NNNN

YYYYY

图3.1传送带发生故障流程图

传送带上有重物时的流程图如下：

YN

Y

N

NNNN

YNNNN

YYYYY

图3.2传送带有重物流程图

第四章电气原理图

4.1PLC控制系统设计的基本原则

在PLC控制系统设计时，应遵循以下基本原则：

1.最大限度地满足生产机械和工艺对被控对象的控制要求。

这些要求常常以工作循环图，执行元件动作节拍表，检测元件状态等形式提供，应根据生产需要充分考虑。

另外，在科学技术迅速发展的今天，对电气控制系统的要求越来越高，电气控制系统的先进性总是与电气元件的不断发展，所以应不断密切电子技术的新发展。

不断收集新产品资料，更新自己的知识，以便更及时运用于控制系统的设计中，使控制系统在技术指标，稳定性，可靠性等方面得到进一步提高。

总之在设计前，应深入现场进行调查研究，搜索资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。

2.在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。

（1）尽量选用标准的，常用的或经过实际考验获得的电路和环节

（2）尽量缩减连接导线的数量和长度（3）尽量缩减电器元件的品种，规格和数量。

尽可能采用性能优良、价格便宜的新型器件和标准件，同一用途尽可能选用相同的型号。

（4）应减少不必要的触头以简化电路。

在复杂的继电接触控制电路中，应注意主辅助的使用量不超过限定对数，利用半导体二极管的单向导电性来有效地减少触头数，对于弱电控制电路，这样做既经济又可靠。

（5）控制电路在工作时，除必要的电器必须通电外，其余的尽量不通电。

3.保证控制系统的安全、可靠。

为了保证控制电路的工作可靠，最主要的是选用可靠的元件，同时应注意

（1）正确连接电器元件及触头位置。

对一个串联回路，各电器元件或触头位置位置互换并不影响其工作原理，但从实际连线上却影响到安全、节省导线等方面的问题。

（2）正确连接电器线圈（3）在控制电路中应避免出现寄生电路（4）在电路中应尽量避免许多电器依次动作才能接通另一个电器的控制电路（5）防止电路出现触头竞争现象。

对于开关电路，由于电器元件的释放延时作用，也会出现开关元件不按要求的逻辑功能输出的可能性，这种现象为“冒险”。

这两种现象都将造成控制回路不能按要求动作，引起控制失灵。

（6）防止误操作带来的危害。

对于一些重要的设备应仔细考虑每一控制程序之间必要的联锁，即使发生误操作也不会造成设备事故。

（7）设计的电路应能适应所在电网情况。

根据电网容量的大小，电压，频率的波动范围以及允许的冲击电流数值等决定电动机采用直接起动还是间接起动方式。

（8）考虑鼓故障状态下，设备的自动保护作用。

应根据设备特点及使用情况设置必要的电气保护。

一般均有过载、短路、过流、过压、失压等保护环节

4.应尽量使操作和维修方便。

电路设计要考虑操作、使用、调试与维修的方便。

能迅速和方便地由一种控制形式转换到另一种控制形式。

电控设备应力求维修方便。

使用安全，并有隔离电器，以免带电维修。

5.考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。

4.2实验任务

本实验是一个用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：

启动时先起动最末一条皮带机，经过1秒延时，再依次起动其它皮带机。

停止时应先停止最前一条皮带机，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机。

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运完后才停止。

例如M2故障，M1、M2立即停，经过1秒延时后，M3停，再过1秒，M4停。

当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面的皮带机停止，该皮带机运行1秒后停，而该皮带机以后的皮带机待料运完后才停止。

例如，M3上有重物，M1、M2立即停，再过1秒，M4停。

4.3工作原理

1.当按下启动按钮SB1时，先启动最末一条皮带机，经过1S延时，启动第三条皮带机；再经过1S的延时，启动第二条皮带机；最后经过1S延时，启动第一条皮带机。

2.当按下停止按钮SB2时，第一条皮带机停止运转，经过1S延时，第二条皮带机停止运转；再经过1S的延时，第三条皮带机停止运转；最后经过1S延时，第四条皮带机停止运转。

3.传送带发生故障时：

（1）当M1故障时，M1立即停，经过1S延时，M2停，再经过1S延时，M3停，最后经过1S延时，M4停。

（2）当M2故障时，M1、M2立即停，经过1S延时，M3停，再经过1S延时，M4停。

（3）当M3故障时，M1、M2、M3立即停，经过1S延时,M4停。

（4）当M4发生故障时，M1、M2、M3、M4立即停止。

当故障解除时，四个传送带均正常运行

4.传送带上有重物时：

（1）当M1上有重物时，经过1S延时，M1停，再经过1S，M2停，再经过1S，M3停，最后经过1S，M4停。

（2）当M2上有重物时，M1立即停，经过1S延时，M2停，再经过1S延时，M3停，最后经过1S，M4停。

（3）当M3上有重物时，M1、M2立即停，经过1S延时，M3停，再经过1S延时，M4停。

（4）当M4上有重物时，M1、M2、M3立即停，经过1S延时，M4停。

4.5设计背景

自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑或顺序控制。

上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。

随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。

PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。

目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

电气控制设计的基本思路是一种逻辑思维，只要符合逻辑控制规律、能保证电气安全及满足生产工艺的要求，就可以说是一种好的的设计。

但为了满足电气控制设备的制造和使用要求，必须进行合理的电气控制工艺设计。

本课程设计了一个四节传送带传输系统，它多用于处于复杂地形的大型工业厂矿。

系统采用可编程控制器（PLC）做下位机控制，上位机则采用工业通用组态软件—“组态王”设计控制界面，并最终完成上下位机的通信以达到直观方便的控制效果。

多级皮带传输系统凭借它自身的特点和优势在现代工业中有着重要的作用和地位，最典型的应用就是我们常说的输煤系统。

我们采用PLC对此系统进行控制。

表4.1输入输出接线

输入

SB1

SB2

A

B

C

D

输出

KM1

KM2

KM3

KM4

X0

X5

X1

X2

X3

X4

Y1

Y2

Y3

Y4

主机模块的COM接主机模块输入端的COM和输出端的COM1，COM2，COM3，COM4，COM5

主机模块的24+,COM分别接在实验单元的V+，COM

图4.1接线图

图4.2主电路图

图4.3控制电路图

第五章电气柜体设计

5.1引言

电气控制设计的基本思路是一种逻辑思维，只要符合逻辑控制规律、能保证电气安全及满足生产工艺的要求，就可以说是一种好的的设计。

但为了满足电气控制设备的制造和使用要求，必须进行合理的电气控制工艺设计。

这些设计包括电气设备的结构设计、电气设备总体配置图、总接线图设计及各部分的电器装配图与接线图设计，同时还要有部分的元件目录、进出线号及主要材料清单等技术资料。

5.2电气柜总体配置设计

电气设备总体配置设计任务是根据电气原理图的工作原理与控制要求，先将控制系统划分为几个组成部分（这些组成部分均称作部件），再根据电气设备的复杂程度，把每一部件划成若干组件，然后再根据电气原理图的接线关系整理出各部分的进出线号，并调整它们之间的连接方式。

总体配置设计是以电气系统的总装配图与总接线图形式来表达的，图中应以示意形式反映出各部分主要组件的位置及各部分接线关系、走线方式及使用的行线槽、管线等。

总装配图、接线图（根据需要可以分开，也可并在一起）是进行分部设计和协调各部分组成为一个完整系统的依据。

总体设计要使整个系统集中、紧凑，同时在空间允许条件下，把发热元件，尽量放在离其它元件较远的地方或隔离起来;对于多工位的大型设备，还应考虑两地操作的方便性;总电源开关、紧急停止控制开关应安放在方便而明显的位置。

总体配置设计得合理与否关系到电气系统的制造、装配质量，更将影响到电气控制系统性能的实现及其工作的可靠性、操作、调试、维护等工作的方便及质量。

5.2.1组件的划分

由于各种电器元件安装位置不同，在构成一个完整的自动控制系统时，就必须划分组件。

划分组件的原则是：

（1）把功能类似的元件组合在一起;

（2）尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中;（3）让强弱电控制器分离，以减少干扰;（4）为力求整齐美观，可把外形尺寸、重量相近的电器组合在一起;（5）为便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。

5.2.2电气柜各部分及组件之间的接线

接线应该遵循的原则：

（1）开关电器、控制板的进出线一般采用接线端头或接线鼻子连接，这可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子;

（2）电气柜（箱）、控制箱、柜（台）之间以及它们与被控制设备之间，采用接线端子排或工业联接器连接;（3）弱电控制组件、印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接;（4）电气柜（箱）、控制箱、柜（台）内的元件之间的连接，可以借用元件本身的接线端子直接连接，过渡连接线应采用端子排过渡连接，端头应采用相应规格的接线端子处理。

5.3电器元件布置图的设计与绘制

电气元件布置图是某些电器元件按一定原则的组合。

电器元件布置图的设计依据是部件原理图、组件的划分情况等。

设计时应遵循以下原则：

（1）同一组件中电器元件的布置应注意将体积大和较重的电器元件安装在电器板的下面，而发热元件应安装在电气箱（柜）的上部或后部，但热继电器宜放在其下部，因为热继电器的出线端直接与电动机相连便于出线，而其进线端与接触器直接相连接，便于接线并使走线最短,且宜于散热;

（2）强电弱电分开并注意屏蔽，防止外界干扰;（3）需要经常维护、检修、调整的电器元件安装位置不宜过高或过低，人力操作开关及需经常监视的仪表的安装位置应符合人体工程学原理;（4）电器元件的布置应考虑安全间隙，并做到整齐、美观、对称，外形尺寸与结构类似的电器可安放在一起，以利加工、安装和配线。

若采用行线槽配线方式，应适当加大各排电器间距，以利布线和维护;（5）各电器元件的位置确定以后，便可绘制电器布置图。

电气布置图是根据电器元件的外形轮廓绘制的，即以其轴线为准，标出各元件的间距尺寸。

每个电器元件的安装尺寸及其公差范围，应按产品说明书的标准标注，以保证安装板的加工质量和各电器的顺利安装。

大型电气柜中的电器元件，宜安装在两个安装横梁之间，这样，可减轻柜体重量，节约材料，另外便于安装，所以设计时应计算纵向安装尺寸;（6）在电器布置图设计中，还要根据本部件进出线的数量、采用导线规格及出线位置等，选择进出线方式及