基于组态软件的多级皮带机PLC控制系统设计.docx

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基于组态软件的多级皮带机PLC控制系统设计

南阳理工学院

本科生毕业设计（论文）

学院（系）：

电子与电气工程系

专业：

电气工程及其自动化

学生：

指导教师：

完成日期2011年5月

理工学院本科生毕业设计（论文）

基于组态软件的多级皮带机PLC控制系统设计

PLCControlSystemDesignofMultistageBeltConveyorBasedonConfigurationSoftware

总计：

毕业设计（论文）36页

表格：

2个

插图：

16幅

理工学院本科毕业设计（论文）

基于组态软件的多级皮带机PLC控制系统设计

PLCControlSystemDesignofMultistageBeltConveyorBasedonConfigurationSoftware

学院（系）：

电子与电气工程系

专业：

电气工程及其自动化

学生姓名：

学号：

指导教师（职称）：

评阅教师：

完成日期：

理工学院

InstituteofTechnology

基于组态软件的多级皮带机PLC控制系统设计

电气工程及其自动化专业

[摘要]为了解决对多级皮带机运输系统实时监控和自动化控制问题，本文以四级皮带机为例设计多级皮带机PLC控制系统。

首先，根据控制要求，分析控制流程，设计以PLC为核心控制器的硬件电路，再采用欧姆龙PLC编写程序，在实验箱上进行调试；同时，通过上位机组态软件，根据控制对象和要求,建立组态监控界面，实现组态界面与现场数据的实时通信、交换和显示，从而最终实现上位机组态软件对下位机PLC控制系统的实时监控和管理，完成最终的基于组态软件的多机皮带机PLC控制系统的设计。

[关键词]欧姆龙PLC；皮带机；组态软件；监控系统

PLCControlSystemDesignofMultistageBeltConveyorBasedonConfigurationSoftware

ElectricalEngineeringandAutomationSpecialty

Abstract：

Thispapertakesfour-stagebeltconveyorforanexampletodesignmulti-stagePLCcontrolsysteminordertosolvetheproblemsaboutreal-timemonitoringandautomationcontrollingforthetransportationsystemofmultilevelbeltconveyor.Firstly,accordingtothecontrolrequirements,analyzingcontrolflow,thispaperdesignsthehardwarecircuitwithPLCcontrolprocessforcore,andthenusesOmronPLCtoprogram,debugsintheexperimentbox;Meanwhile,accordingtothecontrolobjectandrequest,thispaperestablishesconfigurationcontrolinterfacethroughtheconfigurationsoftwareofupperunit,realizesthereal-timecommunication,exchanginganddisplayingoftheconfigurationinterfacewithfielddata,achievestheupperunitsconfigurationsoftwarereal-timemonitoringandmanagementforthelowerPLCcontrolsystem,finishesthePLCControlSystemdesignofmultistagebeltconveyorbasedonconfigurationsoftwarefinally.

Keywords:

OmronPLC;beltconveyor;configurationsoftware;monitoringsystem

1引言

在现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展最快的两个分支，计算机控制技术是这两个分支相结合的产物，它是工业自动化的重要支柱。

工业自动化的广泛使用能够提高工厂装备的技术水平、节约能源、降低能耗、促进生产的柔性化和集成化；控制环境污染、改善劳动条件、保证生产安全可靠；提高产品质量、发展品种、提高劳动生产率以及产品的国际竞争力。

随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对自动化监控系统的人性化互动与系统定义要求也越来越高。

仅仅实现对现场设备的控制已经无法满足工业自动化的要求，在对现场设备进行控制的同时实现对其运行状况的实时监视具有更多的实际意义，因此对工业现场进行自动检测控制和监视管理的工业监控系统应运而生。

工控组态软件成为开发工业自动化监控系统的一件有力武器。

基于组态的自动化控制系统人机对话界面简单明了，宜于操作，实时性好，开发周期短，便于修改、扩充、升级。

并且它能够很好的解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己控制对象和控制目的任意组太，实现组态界面与现场数据的实时通信、交换和显示，从而最终实现对现场情况的实时监控和管理，完成最终的自动化控制工程。

基于组态软件的自动化控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点.目前，已在工业自动化领域中广泛应用，采用工控组态软件和PLC相结合进行标准设计和监控已成为工业自动控制领域一个必然的趋势。

1.1本课题设计意义

皮带机是皮带输送机的简称，也叫带式输送机。

皮带机运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱，包装袋等货件，可单机输送，也可多机组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料，用途广泛。

带式输送机具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制。

多机皮带机的控制方式也多种多样，它可以由单片机，PLC以及计算机来控制，由于以PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动的首选控制装置。

为了保证皮带机工作正常、物料的安全运输及工作人员的生命安全，对皮带机运输系统的全程实时监控是一项非常重要的工作，对皮带机生产现场迫切需要一种可靠、准确、安全的工业监控系统，来对物料的卸、堆、取、装等生产流程进行全面的监视与控制。

而传统的自动化控制方式根本无法满足生产的不间断运行、控制实时性和安全性等要求。

所以开展皮带机监控系统的研究，是提高工业生产过程自动化水平和经济效益，适应生产发展的需要，也是促进国民经济的需要。

运用现代通信技术、工业控制网络技术和采组态监控软件相结合，把先进的工业生产自动监控理念应用于实际的皮带机监控系统，用一台微型计算机作为监控系统的上位机，通过组态软件、工业控制网络和PLC相连，实现对现场数据的巡回采集、集中处理，从而最终实现对工业自动化系统的分散检测控制与集中监控管理[1]。

1.2本课题的主要设计内容及控制要求

本次课题的任务是基于组态的多级皮带机PLC控制系统的设计、安装、调试，根据要求下面以四级皮带机为例来说明具体的设计内容和控制要求。

设计内容如下：

（1）控制系统的总体方案设计。

（2）PLC控制系统的软、硬件设计。

（3）利用组态王6.5仿真软件对多级皮带机双向启动系统进行画面组态。

（4）系统测试、联调及模拟调试。

控制要求如下：

（1）某一生产线由四级皮带运输机组成，四级皮带机分别由分别M1,M2,M3,M4四台电动机拖动，有顺流启动和逆流启动两种启动控制方式，并且这两种控制程序可以随时切换。

（2）顺流启动时，当有料进入皮带机后通过一号皮带机上的物料检测传感器1让皮带机运行，并按照M1→M2→M3→M4的顺序启动，间隔时间均为3秒钟。

若无料进入皮带，则通过压力传感器1的检测30秒后让皮带机按M4→M3→M2→M1的顺序依次停止否则继续运行，如此循环往复。

当某条皮带机发生故障时，所有皮带机都立即停止运行。

逆流启动时要求一样。

（3）为防止在运行时传感器误动作，要求按下系统保护按钮后，系统才处于待运行状态，否则传感器不动作。

（4）为保障以外发生时的安全，还要有急停按钮，当急停按钮按下时所有的电机立即停止运行。

（5）要有必要的短路、过载、连锁保护。

2相关软件介绍及监控系统总体设计

2.1欧姆龙PLC简介

（1）OMRONC系列PLC简介

日本OMRON（立石公司）电机株式会社是世界上生产PLC的著名厂商之一。

SYSMACC系列PLC产品以其良好的性能价格比被广泛地应用于化学工业、食品加工、材料处理和工业控制过程等领域，其产品在日本其销量仅次于三菱，居第二位，在我国也是应用非常广泛的PLC之一。

OMRONC系列PLC产品门类齐、型号多、功能强、适应面广。

大致可以分成微型、小型、中型和大型四大类产品。

整体式结构的微型PLC机以C20P为代表的机型。

叠装式结构的微型机以CJ型机最为典型。

OMRON中型机以C200H系列最为典型。

小型PLC机以P型机和CPM型机最为典型，体积更小、指令更丰富、性能更优越，通过I/O扩展可实现10-140点输入输出点数的灵活配置，并可连接可编程终端直接从屏幕上进行编程，CPM型机是OMRON产品用户目前选用最多的小型机。

在一般的工业控制系统中，小型PLC机要比大、中型机的应用更广泛。

在电气设备的控制应用方面，一般采用小型PLC机都能够满足需求。

本设计我们采用OMRON公司CPM1A系列小型机作为主要设备。

与所有小型机一样，CPM1A系列PLC采用整体式结构，内部由基本单元、电源、系统程序区、用户程序区、输入/输出接口、I/O扩展单元、编程器接口及其它外部设备组成。

PLC基本组成结构图如图1所示。

图1PLC的基本组成结构图

可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）通常称为可编程控制器，英文缩写为PLC或PC，是以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。

它将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理技术的优点结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备。

目前已广泛用于冶金、能源、化工、交通、电力等行业，并已跃居现代工业控制三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）的首位。

（2）PLC工作原理

各种PLC都采用扫描工作方式，具体工作过程大同小异。

第一部分是上电处理。

机器通电后，对PLC系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化，1/0模块配置检查和其它初始化处理等。

第二部分是扫描过程，分为三个阶段:

输入采样阶段：

在PLC的存储器中，设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。

在输入采样阶段，PLC把所有的外部输入电路的ON/OFF状态读入到输入映像寄存器，此时，输入映像