机电传动课设-四节传送带PLC控制系统设计.doc

武汉理工大学机电传动课程设计学 号： 0121218700132 11课 程 设 计题 目四节传送带PLC控制系统设计学 院物流工程学院专 业物流工程专业班 级物流1201班姓 名郑 杰指导教师徐 沪 萍2015年月日课程设计任务书学生姓名： 郑杰 专业班级： 物流1201班 指导教师： 徐沪萍 工作单位： 武汉理工大学 题 目: 四节传送带PLC控制系统设计初始条件：1)PLC型号：西门子公司S7系列，S7-3002)编程环境：SIMATIC Manager /Step7 V5.4或更高版本3)根据控制要求分配PLC I/O地址，画出PLC与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，既可以采用LAD编程，也可以采用STL编程，还可以采用组合方式编程。4)编写的需要输入PLC，调试通过要求完成的主要任务: 用PLC构成四节传送带控制系统。控制要求如下：起动后，先起动最末的皮带机，1s后再依次起动其它的皮带机；停止时，先停止最初的皮带机，1s后再依次停止其它的皮带机；当某条皮带机发生故障时，该机及前面的应立即停止，以后的每隔1s顺序停止；当某条皮带机有重物时，该皮带机前面的应立即停止，该皮带机运行1s后停止，再1s后接下去的一台停止，依此类推。时间安排：2015年6月 14 日 布置任务，阅读指导书2015年6月15-18日 编制I/O地址分配表，PLC外部接线图2015年6月19-23日 绘制主电路，编写PLC控制程序2015年6月 24 日 编写设计说明书2015年6月 25 日 确认提交版答辩指导教师签名： 2015年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日本科生课程设计成绩评定表姓 名郑 杰性 别女专业、班级物流1201班课程设计题目：四节传送带PLC控制系统设计课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2015年 月 日目录概述61.1 PLC的概述61.1.1 PLC的历史61.1.2 PLC的主要功能71.1.3 PLC的主要特点81.1.4 PLC的网络通信81.2 四节传送带系统的历史91.2.1 四节传送带系统的起源91.2.2 四节传送带系统的发展92、课设内容及要求102.1课设内容102.2设计要求102.3控制要求103、硬件电路设计113.1主电路图设计113.2PLC控制系统配置及接线图设计123.3PLCI/O点分配123.4 硬件组态图134、软件设计144.1 顺序功能图设计144.2 梯形图程序设计145、运行与调试205.1 S7-PLC模拟软件 s7-plcsim简介205.2 s7-plcsim的使用方法205.3 四节传送带系统的调试205.4winCC组态226、结束语227、参考文献23摘 要 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。本四节传送带电路采用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 微控制器 可编程控制器 PLC 四节传送带装置 概述1.1 PLC的概述可编程逻辑控制器，PLC （Programmable Logic Controller），一种数字运算操作的电子系统，是以微机处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制技术，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。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱之一。1.1.1 PLC的历史在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制站主导地位。继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差等，而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。但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。PLC的诸多优点确定了其在工业中的广泛应用。1.1.2 PLC的主要功能 1、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。2、数据采集与输出。 3、输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。 4、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。 5、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。 6、通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。 7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。 1.1.3 PLC的主要特点1、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。2、可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在10-20万h，且均有完善的自诊断功能。3、编程方便。控制具有极大灵活性。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、功能强大。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。5、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。 6、安装、维修简单。与DCS相比，价格低。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。 7、 当前PLC产品紧跟现场总线的发展潮流。1.1.4 PLC的网络通信 PLC的通信包括PLC之间、PLC与上位计算机之间以及PLC与其他智能设备间的通信。PLC系统与通用计算机可以直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成集中管理、分散控制的分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展的需要，各PLC系统或远程I/O模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后采用网络连接构成集中管理的分布式网络系统。 目前各厂商都主推各自的总线标准，如西门子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其构成的“集中管理、分散控制”分布式控制方式是十分类似的。如ROCKWELL（A-B）推出了“全方位自动化”的理念，推荐三层网络结构，即1）设备层（DeviceNet为代表）；2）控制层（ControlNet为代表）；3）管理层（EtheNet）。 1.2 四节传送带系统的历史 1.2.1 四节传送带系统的起源 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。 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。 本论文设计了一个多级皮带传输系统，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。输煤系统的组成部分包括给煤机、皮带、破碎机、三通、卸料器等。我们采用PLC对此系统进行顺序控制。2、课设内容及要求2.1课设内容学会使用组态软件和PLC控制系统连接，采用下位机执行，上位机监视控制的方法，构建完成全四节传送带自动运行系统工作模拟系统。2.2设计要求1)PLC型号：西门子公司S7系列，S7-3002)编程环境：SIMATICManager/Step7V5.4或更高版本3)根据控制要求分配PLCI/O地址，画出PLC与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，既可以采用LAD编程，也可以采用STL编程，还可以采用组合方式编程。4)编写的需要输入PLC，调试通过。2.3控制要求有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。如，M3上有重物，M1、M2立即停，再过1秒，M4停。四节传送带工作示意图如图2.1图2.13、硬件电路设计3.1主电路图设计四条传送带A、B、C、D分别由四个电动机M1、M2、M3、M4控制。主电路中有熔断器保护，电机有热继电器保护。图3.1 主线路图3.2PLC控制系统配置及接线图设计下框中的KM1、KM2、KM3、KM4分别接主机的输出点Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4；SB1、SB2分别为主机的输入点I0.0、I0.5；表示故障设定的A、B、C、D分别接主机输入点I0.1、I0.2、I0.3、I0.4；表示负载设定的A、B、C、D分别接主机输入点I1.1、I1.2、I1.3、I1.4。上框中启动、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，电机的停转或运行用发光二极管来模拟。图3.2 PLC控制系统配置及接线图3.3PLCI/O点分配四节传送带自动运行系统控制线路如图2.1所示。SB1、SB2和A、B、C、D外部按钮是PLC的输入变量，KM1、KM2、KM3和KM4是PLC的输出变量，PLC的I/O端子分配表3.1如下所示。表3.1 四节传送带自动运行系统PLC的I/O端子分配表3.4 硬件组态图图3.3 系统的硬件组态图4、软件设计4.1 顺序功能图设计图4.1 顺序功能图4.2 梯形图程序设计1.按下I0.1启动常开辅助按钮闭合，M4电机启动。Q4.4形成自锁回路。2.T0得电，M3电机延时1s启动。Q4.3形成自锁回路。3.T1得电，M2电机延时1s启动。Q4.2形成自锁回路。4.T2得电，M1电机延时1s启动。Q4.1形成自锁回路5.按下常开辅助按钮I0.0，辅助继电器M0.0开始工作。6.Q4.4得电，T0运行1s。7.T0得电，T1运行1s。8.T1得电，T2运行1s。9.按下常开辅助按钮I0.0，辅助继电器M1.0开始工作。10.M1.0得电，T3运行1s.11.T3得电，T4运行1s.12.T4得电，T5运行1s.13.按下按钮I0.2，辅助继电器M1.1开始工作并形成自锁回路。14.M1.1得电，T9运行1s.15.T9得电，T10运行1s。16.T10得电，T11运行1s.17.按下按钮I10.3，辅助继电器M1.2开始工作并形成自锁回路。M1.2得电，T7运行1s.19.T7得电，T8运行1s.20.按下按钮I0.4，辅助继电器M1.3工作并形成回路。21.M1.3得电，T6运行1s.5、运行与调试5.1 S7-PLC模拟软件 s7-plcsim简介s7-plcsim模拟软件是在STEP-7环境下，不用连接任何S7系列的PLC（CPU或I/O模板），而是通过仿真的方法运行和测试用户的应用程序。s7-plcsim提供了简单的界面，可以用编程的方法来监控和修改不同的参数，也可以使用变量表进行监控和修改变量。5.2 s7-plcsim的使用方法1，打开 SIMATIC Manager.2，选择菜单命令OPTIONSSimulate Moudles，以启动S7-PLCSIM（默认的MPI地址为2）S7-PLCSIM的窗口画面如图所示。图5.1 S7-PLCSIM的窗口图3，打开要模拟的项目和程序。4，选择菜单命令PLCDownload，将要模拟的程序快下载到模拟的PLC中。5，根据提示：Do you want to load the system data?,如果不想下载硬件配置到模拟的PLC中，选择NO；如果想下载硬件配置到模拟的PLC中，选择YES。6，在S7-PLCSIM的窗口画面中，工具栏由三部分组成：（1）标准工具栏（2）插入观察对象工具栏7，CPU操作开关观察对象 这个操作开关与真实的CPU的操作开关的作用是相同的，可以进行运行和停止等操作，并且有对应的指示灯表示其工作状态。5.3 四节传送带系统的调试1，点击RUN-P开始，将I0.1打勾即启动传送带电极接通，相对应的Q4.1,Q4.2，Q4.3，Q4.4，每隔1s连续打勾。如图5.2所示图5.2 四节皮带电机启动图2.将I0.2打勾M1电机故障，M1停止工作而M2,M3,M4每隔1s再停止。如图5.3所示。图5.3 M1电机故障图3.将I0.3打勾M2电机故障，M2，M1立即停止工作而M3，M4电机每隔1s再停止。如图5.4所示。图5.4 M2电机故障图4.将I0.4打勾M3电机故障，M3,M2立即停止工作而M4电机在隔1s后停止。如图5.5所示。图5.5 M3电机故障图5.如果系统要停止工作将I0.0打勾则M4，M3,M2，M1依次每隔1s停止工作。如图5.6所示。图5.6 四节皮带电机停止图5.4winCC组态创建winCC（1）启动winCC（2）创建一个winCC新项目（3）添加PLC应用程序：点击winCC资源管理器的左边子穿口中的变量管理器。在弹出的菜单中，单击“添加新的驱动程序”选项。在“添加新的驱动程序”对话框中，选择“SIMATIC S7协议集”，选择的驱动程序将出现在变量管理器的下面。创建一个新的连接，单击显示程序前方的图标，将显示所有的可以通过的通道单元。右击通道单元MPI。在弹出的菜单中，单击“新