基于PLC的传送带控制系统设计.docx

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基于PLC的传送带控制系统设计

无锡城市职业技术学院

毕业设计报告

中文题目基于PLC的传送带控制系统设计

英文题目Designofcontrolsystemof the

conveyorbelt basedon PLC

姓名徐蒙蒙

所在系部电子信息工程系

所学专业电气自动化

班级名称电气自动化1203

学号41215302

指导教师李晓娓

日期2014年11月30日

摘要

摘要：

自工业化大生产以来，随着经济的飞速发展，企业竞争越来越激烈，各国的工程师和企业主都在努力寻找如何提高生产率，如何降低成本的方法，而这一切也都是为了使效益最大化。

为了提高效率，降低成本，传送带得到了广泛的应用。

传送带的运用不仅节约了劳动成本，提高了生产效率，而且降低了生产成本，在工业生产中发挥了巨大作用。

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，减少污染等方向发展。

本设计结合传送带的实际模型，针对PLC本身具有的功能特点，成功的实现对传送带系统的控制，达到了预期的控制效果。

传送带设备的不断改进，不断发展，为自动化技术高速发展的今天，做出了不可磨灭的贡献。

可编程控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。

有着160年历史的西门子公司，同时作为自动化领域技术、标准与市场的领先者，以最先进的技术和产品，向用户提供具有先进、可靠的解决方案。

可编程控制器与以往那些基于文本的高级编程语言不同，它采用的是一种全新的梯形图和助记符编程方式，即用形象的图行符号和连线来代替一行一行的文本，这种编程序的方法使用起来比较简单方便，特别是对继电器控制电路有所了解的技术人员来说，就更容易使用梯形图语言。

可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。

它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。

但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。

关键词：

PLC；传送带

Abstrat

Abstract:

sincethe industrialproduction since, withtherapiddevelopmentofeconomy, enterprises increasinglyfiercecompetition, countries engineersandbusinessownersare lookingforwaysto improveproductivity, howtoreducethecost ofthe method, andthat everything is inorderto maximizethebenefits. Inordertoimprovetheefficiency, reducethecost, theconveyorbelt iswidelyused.Theuseof belt notonlysaves thelaborcost, improveproductionefficiency, andreducestheproductioncost, hasplayedahugerole inindustrialproduction. Thefuture, conveyorequipment willbelarge-scaledevelopment, expandthescopeofuse, automaticmaterial sorting, reduceenergyconsumption, reducepollutionanddevelopmentdirection. Thedesignoftheactual model oftheconveyorbelt,function accordingtothecharacteristicsof thePLCitselfhas, toachievecontrolofthe conveyorbeltsystem successfully, achieved theexpectedcontroleffect.

Continuousimprovement, conveyorequipment development, fortherapiddevelopmentof automation technology, hasmadetheindeliblecontribution.

Programmablelogiccontroller （PLC） is thegeneralautomaticcontroldevice tothecomputertechnologyasthecore, hasbeenwidely appliedinallwalksoflife.A160yearhistoryofthe SIEMENS company, atthesametime, asaleaderinautomationtechnology, standard andmarket, withthemostadvancedtechnologyandproducts, provide advancedandreliable solution totheuser. Programmablecontrollerand thosepast text high-levelprogramminglanguages basedondifferent, itusesa new ladderdiagram and mnemonic programming mode, textwith graph for symbolsand line image insteadof alineofthe program, thismethod issimple andconvenient touse, especiallythe technical staffunderstandingofthe relaycontrol circuit, itiseasierto usethe ladderlanguage.Theprogrammablecontroller isacomputer, itisdesignedfor industrialenvironmentapplications andthedesignandmanufacture ofcomputer. It hasawealthofinput/output interface, andhasastrongdrivecapability. But theprogrammablecontroller productsarenotforaspecific industrialapplications, inpracticalapplication, itshardware configuration was selected accordingtotheactualneed, the need for software design preparedaccordingtothe controlrequirements.

Keywords:

 PLC；conveyorbelts

基于PLC的传送带控制系统设计

一、引言

传送带是生活中最常见的一种运送方式。

通过传送带可以将物体从一个地方传送到另一个地方。

在使用过程中极为方便，可以大大减少在生产过程中的人力资源，从而得以减少企业生产成本。

除了工业生产，传送带在生活中的运用有很多，比如商场的自动扶梯，机场的自动人行道。

另外，码头上的自动卸货传送带，工厂生产流水线，农业机械中联合收割机等都有使用。

另外，它的控制形式也多种多样，它可以由单片机、PLC以及计算机来控制，由于PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高的等优点，是目前工业自动控制的首选控制装置。

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。

是生活和生产中必不可缺的设备。

本文主要是对四节传送带控制的系统，该设备适用于流水线生产等，也可以把生产出的货物进行传送到特定的地方。

采用PLC集中控制的方法，利用PLC简单可视化的程序，自动控制的控制方法对PLC进行控制。

二、传送带的概述

（一）传送带系统的概述

17世纪中，美国开始应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。

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进步的影响，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。

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、低温条件下有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料的传送带设备。

（二）传送带的控制要求

用PLC控制四级皮带运输机的传送系统，各级皮带分别由一台电动机带动，控制要求如下：

1.启动时先起动最后一级皮带运输机，经过10秒延时，再依次起动其它皮带各级延时均为10秒，待第一级启动5秒后货物开始装填。

2.停止时，货物应先停止装填，待料运送完毕后5秒后第一级皮带运输机停止再依次停止其它级，各级延时均为10秒。

3.当某级皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止且停止装填货物，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。

4.单动与循环控制连锁：

单动与循环控制连锁，任何一个单动按钮“ON”，循环控制不能建立，反之，如果循环控制已建立，单动按钮的动作对循环操作没有任何影响。

5.设有紧停按钮不论循环控制还是单动控制，集中控制紧停按钮均起作用。

如下图所示，控制要求如下：

图1：

皮带传输机系统示意图

三、传送带控制各系统特点

（一）继电器-接触器控制特点

继电器-接触器是以电磁开关为主体的低压电器，其构成的系统是用导线以一定的规律将它们链接起来的，实现不同的控制功能。

继电器只能控制简单的开关量设备，接触器主要控制大功率设备，如点机，加热管等。

与PLC相比较，继电器-接触器控制在组成部件，触电数量，实时控制方法和工作方式上不同。

（二）单片机控制特点

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。

但对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，但成本较高。

（三）PLC控制特点

1．可靠性高，抗干扰能力强

　高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

2．配套齐全，功能完善，适用性强

　PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

3．易学易用

　PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4．系统的设计简单，维护方便

　PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

5．体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

四、基于PLC控制的硬件设计

（一）PLC选型

首先弄清楚控制系统的I/O总点数，根据系统设计所需点数，再按照实际所需总点数的15～20％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定一共所需PLC的点数。

其次，若PLC控制的系统需要联入工厂自动化网络，则PLC需要有通信联网的功能，就是要求PLC应该具有连接其他PLC、上位计算机及CRT等的接口。

最后，在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式比模块式价格更低。

但是模块式具有功能扩展更灵活，维修更方便（换模块），更容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。

在机型的选择上，对比三菱、欧姆龙和西门子系列PLC，西门子系列PLC具有以下特点。

西门子SIAMTIC模块化控制器有着很大的优势，它可以即买即用，长期兼容性和可用性，可以在恶劣环境下工作，模块还可以扩展和升级。

西门子的产品十分的抗震动，通过集中式和分布式I/O控制。

S7-200它适用于一系列机械设备的制造或用作独立的解决方案，微型自动化系统的组成部分，STEP7Micro/WIN工程组态软件应用于它，S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：

冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此，S7-200系列具有极高的性价格比。

最后经过结合个方面的综合考虑，我们选择西门子系列S7-200系列PLC，同时结合了输入、输出量的个数，S7200系列CPU模块的CPU224有14输入，10输出，并且符合使用要求并且还有剩余，这样确保不会影响控制程序设计，所以最终本实验选择S7-200系列CPU224作为本设计的CPU模块。

（二）I/O分配

表1：

I/O分配表

（三）PLC外部接线图

图2：

PLC外部接线图

五、基于PLC控制的软件设计

（一）程序控制流程图

图3：

程序流程图

（二）主电路设计

本次设计中传输机设置有四级皮带传送，故需要四个电机来拖动，同时需要有一些短路、过载等保护。

如下图所示；

图4：

主电路设计图

（三）梯形图

根据PLC的外部接线图及任务要求可以通过V4.0STEP7MicroWIN软件画出梯形，如图所示；

（四）仿真

图5：

通信界面

:

图6：

点击设置PG/PC接口

图7：

点击属性

图8：

下载

:

图9：

循环模式下，四级启动

图10：

单次运行模式下，一级启动

六、结束语

本文主要阐述PLC在生产线传送带控制系统的程序设计，文中详细介绍了系统的软硬件设计以及系统的设计方案，其中主要完成对软件的设计。

目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。

如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。

参考文献

[1]廖常初，《PLC编程及应用》，北京机械工业出版社，2003

[2]尹宏业，《PLC可编程控制器教程》，航空工业出版社，1997[3]王兆义，《可编程序控制器教程》，北京机械工业出版社，2004

[4]陈金华，《可编程控制器应用技术》，北京电子工业出版社，1995

谢辞

毕业设计的完成也意味着学校学习生涯的结束，我要感谢我的母校，感谢这三年的辛勤培育，让我在三年里学到很多新的知识让我更了解电气自动化行业。

虽然学校学习生涯结束了，但社会这个大课堂才刚刚开课，希望能在社会的课堂中同样交出满意的答卷。

这次毕业设计是在指导老师耐心严格的指导下完成的，让我更加深刻的了解专业知识。

并且在设计中每个细节都非常重视，仔细检查。

在此，要对我的论文指导老师表示由衷的感谢。

另外，我还要感谢在一起愉快度过大学生涯的所有师生们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个个困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

附录