四节传送带控制系统设计.docx

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四节传送带控制系统设计

四节传送带控制系统设计

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

四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，主要给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CPU224AC/DC/Relay。

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[2]。

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、B、C、D，其对应CPU224PLC输入端子地址为I0.0、I0.5、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。

共有四个输出控制，传送带A、B、C、D分别对应CPU224PLC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1CPU224输入/输出端子地址的分配

输入信号

输出信号

名称

输入端子

名称

输出端子

启动

I0.0

传送带A

Q0.1

停止

I0.5

传送带B

Q0.2

负载或故障设定A

I0.1

传送带C

Q0.3

负载或故障设定B

I0.2

传送带D

Q0.4

负载或故障设定C

I0.3

负载或故障设定D

I0.4

3.2控制系统硬件电路图

传送带控制系统的硬件电路图如图3所示：

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PLCCPU224输入端子I0.0--I0.5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PLCCPU224上的24V直流传感器电源输出端直接相连，作为直流输入单元和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设备中。

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—保—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，合理地为控制系统中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—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来。

关键点总要用机内器件来代表的，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，针对系统最终的输出进行梯形图的编绘。

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”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出状态的刷新等工作。

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时定时器（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I0.0，传送带KM4（Q0.4）为“ON”，分别经过三次5秒延时依次启动传送带KM3（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M1.0记录并保持I0.0的启动状态，同时将Q0.4位置1（即传送带KM4为“ON”）。

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：

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I0.5，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）。

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I0.5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：

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KM1（Q0.1）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（Q0.4）。

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I0.2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M11.0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-7Micro/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中。

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前面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。

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：

最末条传送带M4开始工作，经过5s延时，再依次启动M3、M2、M1。

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B故障，M1、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，M1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：

图6正常启动和停止

图7故障B处理结果

6心得体会

本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，设计出系统的硬件。

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.西安电子科技大学出版社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.SIMATICS7-200系统手册[M].2002

[9]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