基于三菱FX1N60MR系列PLC四节传送带控制系统设计解析.docx

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基于三菱FX1N60MR系列PLC四节传送带控制系统设计解析

湖南科技大学

信息与电气工程学院

《课程设计报告》

题目：

四节传送带控制系统设计

专业：

12级自动化

班级：

一班

姓名：

学号：

指导教师：

潘昌忠

2015年01月01日

信息与电气工程学院

课程设计任务书

2014—2015学年第一学期

专业：

12级自动化一班学号：

1209010303姓名：

罗永恒

课程设计名称：

现代控制系统综合课程设计

设计题目：

四节传送带控制系统设计

完成期限：

自2014年12月18日至2015年1月1日共2周

一、控制要求

（1）当传送带开始工作时，传送带应从后往前依次开始工作。

停止时，要先送完货物再依次从前往后停止。

当某节出现故障时，它前面的传送带应立即停止，而后面的应正常工作一段时间后再停止。

模块上的A、B、C、D分别是各节传送带的运行灯，L1~L4分别是货物的位置灯，Ba~Bd分别是故障按钮，KM1~KM4分别是故障灯。

（2）按下启动按钮，传送带D、C、B、A依次动作（灯D、C、B、A依次亮），然后货物灯L1~L4依次亮，代表货物随传送是带移动，按下L1~L4其中的一故障按钮，相应的故障灯亮。

传送带A~D依次停。

（以上灯亮的间隔时间可自定）

（3）按下停止按钮，传送带停止工作（所有灯灭）。

二、I/O分配

输入：

启动按钮SB

停止按钮ST

传送带故障按钮A～D

输出：

传送带工作灯Ba～Bd

货物位置灯L1~L4

运行故障指示灯KM1~KM4

三、设计要求

1、画出PLC的输入输出设备的接线图；

2、完成梯形图、指令表的程序设计；

3、完成课程设计报告。

指导教师（签字）：

批准日期：

年月日

摘要

可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

现今的社会科技发展迅速在工业方面、计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术推动了PLC的发展。

今天我们的生活环境和工作环境有越来越多称之为可编程控制器的小电脑在为我们服务，可编程控制器在工业控制、尖端武器、通信设备、信息处理、家用电器等各测、控制领域的应用中独占鳌头。

本四级传送带电路采用PLC为控制核心，具备顺序起动和顺序停止功能，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的自动控制等功能。

利用本次设计，初步掌握PLC的基本控制功能，学会运用PLC控制基本工业控制。

关键词PLC传送带皮带机控制技术

第一章概论.............................................................................................................5

1.1PLC的概述..................................................................................................5

1.1.1PLC的起源....................................................................................5

1.1.2PLC的主要特点............................................................................5

1.1.3PLC的发展....................................................................................5

1.2四节传送带的起源与发展.........................................................................5

1.2.1四节传送带系统的起源...............................................................5

1.2.2四节传送带系统的发展...............................................................5

第二章三菱FX1N-60MR系列PLC的介绍........................................................6

2.1一体式可编程控制器........................................................................6

2.2输入输出最大128点.......................................................................6

2.3内置RUN/STOP开关......................................................................6

2.4程序内存...........................................................................................6

2.5时钟功能...........................................................................................6

2.6对应于RUN中写入...........................................................................6

2.7其他功能............................................................................................6

第三章方案设计.....................................................................................................7

3.1设计要求.....................................................................................................7

3.2设计环境.....................................................................................................7

3.3设计方案选取.............................................................................................7

3.4I/O分配表..................................................................................................7

3.5程序设计.....................................................................................................9

3.5.1传送带启动程序...............................................................................9

3.5.2货物灯运行程序...............................................................................9

3.5.3传送带停止程序...............................................................................9

3.5.4遇故障停止程序..............................................................................10

第四章硬件连接图................................................................................................11

4.1四节传送带实验模块...........................................................................11

4.2PLC的实物连接图.................................................................................11

第五章实验结果....................................................................................................12

第六章实验结果分析与改进..................................................................................12

6.1结果分析.....................................................................................................12

6.1.1优点分析............................................................................................12

6.1.2缺点分析............................................................................................12

6.2改进措施...................................................................................................12

第七章实验小结....................................................................................................12

第八章参考文献....................................................................................................13

第1章概论

1.1PLC的概述

1.1.1PLC的起源

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控制或顺序控制。

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，使早期的PLC从最初的

逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、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。

1.1.2PLC的主要特点

1、可靠性高。

PLC的MTBF一般在40000～50000h以上，有的在10-20万h，且均有完善

的自诊断功能。

2、结构形式多样，模块化组合灵活。

有固定式适于小型系统或机床，组合式适于集控制

系统。

最少的PLC只有6点，而AB的ControlLogix系统的容量达128000点。

3、当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。

1.1.3PLC的发展

1、PLC是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代

替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。

PLC在自身发展同时，也在吸收DCS

系统的优点。

PLC在过程控制的发展将是与现场总线技术结合，发展向下拓展功能，开

放总线。

2、市场占有率。

1987年世界PLC的销售额为25亿美元，此后每年以20%左右的速度递

增。

进入90年代以来，世界PLC的年平均销售额在55亿美元以上，其中我国约占1%。

当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系

统已成为世界潮流。

1.2四节传送带系统的起源及发展

1.2.1四节传送带系统的起源

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。

1.2.2四节传送带系统的发展

未来传送带设备的将向着大型化发展、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。

第2章三菱FX1N-60MR系列PLC的简介

FX1N-60MR系列三菱PLC是功能很强大的微PLC，I/O口总数为60，输入点数：

36，输出点数：

24点，可扩展到多达128I/O点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。

通信和数据链接功能选项使得FX1N-60MR在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。

2.1一体式可编程控制器

电源、CPU、存储器、输入输出组成一个单元的可编程控制器，同时在AC电源DC输入型中内置传感器用DC24V电源。

2.2输入输出最大128点 

输入输出扩展设备最大可扩展至128点，扩展模块只可以使用FX0N系列和FX2N系列，另外也可和FX0N-3A、FX2N-16LINK-M、FX2N-32CCL连接。

2.3内置RUN/STOP开关

通过内置开关可进行RUN/STOP操作，同时，也可从外围设备或一般输入端子X000-X017下达RUN/STOP指令。

2.4程序内存

按照标准，内置8K步的EEPROM（不需电池）

2.5时钟功能

内置时钟功能，可进行时间控制。

如果装上FX1N-5DM型显示模块，可简单

地进行时间显示和设定。

2.6对应于RUN中写入

采用计算机软件能在可编程控制器RUN时变更程序。

2.7其他功能

2.7.1基本单元的输入输出高速处理功能 

2.7.2输入高速计数功能

1相：

60KHZ×2点，10KHZ×4点

2相：

30KHZ×1点，5KHZ×1点

2.7.3输入脉冲捕捉功能

不用编制复杂的程序，就能捕捉到最小10μs（X0，X1）或50μs（X2~X5）的短信号。

2.7.4输入外部中断功能

通过最小10μs（X000，X001）或50μs（X002~X005）的外部信号，可优先处理中断

程序

第三章方案设计

3.1设计要求

设计一个四节传送带，要求运行步骤如下

1.当传送带开始工作时，传送带应从后往前依次开始工作。

停止时，要先送完货物再依

次从前往后停止。

当某节出现故障时，它前面的传送带应立即停止，而后面的应正常工

作一段时间后再停止。

模块上的A、B、C、D分别是各节传送带的运行灯，L1~L4分

别是货物的位置灯，Ba~Bd分别是故障按钮，KM1~KM4分别是故障灯。

2.按下启动按钮，传送带D、C、B、A依次动作（灯D、C、B、A依次亮），然后货物

灯L1~L4依次亮，代表货物随传送是带移动，按下L1~L4其中的一故障按钮，相应的

故障灯亮。

传送带A~D依次停。

（以上灯亮的间隔时间可自定）

3.按下停止按钮，传送带停止工作（所有灯灭）。

3.2设计环境

三菱FX1N-60MR系列PLC，四节传送带的实验模块，导线若干

3.3设计方案选取

分析题意可知，该四节传送带的工作流程可以采用最基本的经验设计法实现，经验设计

法的好处是：

按照要求一步步进行功能实现，并能很方便快捷地在此基础上进行修改，

调试，并最终实现全部功能；由于四节传送带的工作没有严格的按部就班的工作顺序（主

要因为故障的存在），用顺序功能图的方法设计较为麻烦，相比较而言，经验设计法更

为简单易行。

3.4I/O分配表

输入

启动按钮SB

X0

停止按钮ST

X1

故障按钮A

X10

故障按钮B

X20

故障按钮C

X30

故障按钮D

X40

输出

传送带工作灯BD

Y4

传送带工作灯BC

Y3

传送带工作灯BB

Y2

传送带工作灯BA

Y1

货物位置灯L1

Y21

货物位置灯L2

Y22

货物位置灯L3

Y23

货物位置灯L4

Y24

传送带故障灯KM1

Y11

传送带故障灯KM2

Y12

传送带故障灯KM3

Y13

传送带故障灯KM4

Y14

3.5程序设计

3.5.1启动程序：

X000为启动按钮，一旦X000接通，Y004自锁得电，使得BD传送带开始工作，同时定时器计时1s后Y003得电，使得BC传送带工作，同理BB，BA依次得电工作，用Y021，Y022，Y023常闭触点与定时器T3串联为防止T3持续为高电平。

3.5.2货物灯运行程序：

该功能实现货物灯循环点亮的功能，当最后一个传送带运行时，T3计时2s后货物灯Y021得电自锁点亮L1，定时器T4开始计数，2s后，T4的常闭触点断开，使Y021失电，同时Y022得电自锁点亮L2，同理，L3,L4依次点亮，其中定时器T7为了实现货物灯的循环运转。

3.5.3传送带停止程序：

该功能为实现传送带停止功能，当X001接通，Y015视为中间继电器自锁，使得T18，T8,T9,T10依次得电，其常闭触点断开，使得传送带BA，BB，BC，BD依次停止。

3.5.4遇故障停止程序：

该功能为实现故障停止功能，如X010接通，即传送带BA出现故障，Y011故障灯亮，且自锁，同时定时器开始工作，计时1s，2s，3s后传送带BB，BC，BD依次停止，T13用于使传送带BD停止工作，同时可以使自己复位，为下一次启动做准备，X020，X030，X040接通后工作原理相同，不同的是发生故障传送带之前的传送带被Y012，Y013，Y014立即停止，复位方式与复位作用相同。

第4章硬件连接图

4.1四节传送带实验模块

第5章运行结果

第五章实验结果

有效实现了题目要求的所有功能，由于是一个动态结果，所以在此无法展示实验结果

第6章实验结果分析及改进

6.1结果分析

6.1.1优点分析

采用经验法设计梯形图设计思想相对简单，修改起来方便快捷，且后一步的修改通常不

会对前步造成很大的影响，在实际操作中，可以分模块实现功能，一步步实现，最后把

功能组合到一起，形成一个大的梯形图。

6.1.2缺点分析

采用经验设计梯形图所耗费时间较长，与顺序功能图设计法比较，程序不及顺序功能图

所编写的程序易懂，由于没有顺序功能图作为基础，使得梯形图框架结构较为散乱，不

直观。

6.2改进措施

1.在本梯形图中可以在传送带停止程序中添加T10的常闭触点，用以自动复位T8，T9，

T10，T18，为下一次启动做准备，从而省去手动复位这一环节。

2.可以尝试顺序功能图设计方法重新编写程序，使得程序更加通俗易懂，简明清晰，由

于传送带存在多线圈同时输出的情况，所以采用STL指令比采用起保停编程方式更简

单

3.在实验中引入组态王进行实时仿真

第7章实验小结

在科学技术发展的推动下，电梯技术将产生各种新的变化，新的功能。

基于PLC的电梯传动控制系统充分利用PLC的功能，速度给定及波形均由软件产生，系统结构简单，体积小，操作更方便，更灵活。

与MCGS组态动画配合起来更加形象生动。

通过这次比较完整的四节传送带模拟系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富。

总之，这次课程设计让我受益匪浅。

 四节传送带系统的设计是一项很复杂的工程，必须在系统设计、结构设计、

软件编制、整机装配和调试阶段各个环节统筹安排，严格把关才能保证系统具

有很高的可靠性。

相信这套系统在不久的将来会有良好的发展前景，被我们更

加合理的应用于我们的生产工作当中，为我们带来经济效益。

第8章参考文献

[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆大学出版社,2001.

[2]文丽,赵瑾.三菱可编程控制器实验指导书.湖南科技大学信息与电气工程学院.

[3]张华宇，谢凤芹，丁鸿昌，陈毕胜，数控机床及PLC控制技术，电子工业出版社

[4]三菱FX1NPLC的主要特点，上海高威科

[5]日本三菱公司.三菱可编程控制器编程手册.