基于PLC的运输带控制系统设计

1、zibo vocational institute课程设计报告基于plc的运输带控制系统设计班级：p12电气1班姓名：李 昭学号：2012031200412014年9月30日第一章运输带控制发展31.1运输带在生产屮的应用31.2plc控制及发展31.3控制系统人机界面作用及发展4第二章系统硕件设计52. 1工艺耍求52.2硬件设计5第三章系统软件设计123. 1控制要求123.2程序的实现1216第四章心得体会15参考文献第一章运输带控制发展1.1运输带在生产中的应用运输带又称输送带，由几层纤维织物与橡胶粘合而成的一种胶帯。用于运输 块状、粒状、粉状或成件物品等。有叠层式运输带和包层式运输带

2、两种，也有两 种同时并用。叠层式的夹布层由挂胶帆布纽成，可使带身柔软和富有弹性，适用 于运输各种物品。包层式用于运输细小而不易磨损运输带的物质，如粉末状物质 等。普通运输带适宜在坡度不大或沿水平方向运送物品。升降机运输带可运送坡 度大或垂直方向的物品，外面覆盖胶，可以升起沉得的、湿的或坚硬的物质，如 矿石、石块、焦炭、煤、玻璃等。各类运输带可制成有接头和环形无接头两种。 一般根据带的宽度（300x500毫米）和织物层数（312层）分为各种规格。按用 途可分耐寒、耐热、耐汕、食品工业用等运输。运输带广泛用于建材、化工、煤炭、电力、冶金等部门，适用于常温下输送 非腐蚀性的无尖刺的块状、粒状、粉末的

3、多种物料、如煤炭、焦炭、砂石、水泥 等散物（料）或成件物詁，输送堆积密度为6.52.5t/m3的各种块状、粒状、粉 状等松散状物料，也可用于成体物品输送。1.2 plc控制及发展早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（programmable logic controller, plc）,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种 采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因 此，今天这种装置称作可编程控制器，简称pc。但是为了避免与个人计算机 （personal computer）的简称混淆,所以将可编程序控制器简称plc,plc自1966 年美国数据设

4、备公司（dec）研制出现，现行美国，日本，徳国的可编程序控制器 质量优良，功能强大。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使plc增加 了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的 plc为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起來后，为了方 便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为programmable logic controller （plc）。20世纪70年代小末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术己全而引 入可编程控制器中，使其功能发牛了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工 业

5、抗干扰设计、模拟量运算、p1d功能及极高的性价比奠定了它在现代工业屮的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家小己获得广泛应用。世界上牛产 可编程控制器的国家h益增多，产量h益上升。这标志着可编程控制器己步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是plc发展最快的时期,年增长率一直保持为3040%。 在这时期，plc在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅 度提高，plc逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地 位的dcs系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发 展了大型机和超小型机、诞生了各

6、种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、 通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.3控制系统人机界面作用及发展近年来，人机界面在控制系统中起着越来越重要的作用。用户可以通过人机界面随吋了 解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过人机界面向控制系统发出故障 报警，进行人工干预。因此，人机界面可以被看成用户与硬件、控制软件的交义部分。卅户 可以通过人机界而与控制系统进行信息交换，向控制系统输入数据、信息和控制命令，而控 制系统又可以通过人机界面回送控制系统的数据与冇关信息给用户。人机界面的作用：过程可视化：将工业生产过程动态地显示在hmi设备上。显示报警：

7、对工业牛产过程的临界状态会自动触发报警。归档过程值和报警：根据需求，可以记录报警和过程值，检索以前的生产数据。过程值和报警记录：根据需求，可以打印输出报警和过程值报表。过程和设备的参数管理：根据产品的品种，可以将工业生产过程中和应产品的参数存储在 配方中。操作员对过程的控制：操作员可以通过图形用户界而来控制工业生产过程。人机界面的发展：（1）具体形式的发展，过去经历了批处理、联机终端（命令接口）、（文本）菜单等多通道 多媒体用户界面和虚拟现实系统。用户界面中信息载体类型的发展，经历了以文本为主的字符用户界面（cut）、以二维图 形为主的图形用户界面（gui）和多媒体川户界面，计算机与用户之间的

8、通信带宽不断提高。（3）计算机输岀信息的形式而言的发展，经历了以符号为主的字符命令语言、以视觉感知为 主的图形用八界面、兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观（包括触觉等）的虚 拟现实系统。在符号阶段，用户面对的只有单一文本符号，虽然离不开视觉的参与，但视觉 信息是非本质的，本质的东西只有符号和概念。在视觉阶段，借助计算机图形学技术使人机 交互能够人量利川颜色、形状等视觉信息，发挥人的形象感知和形象思维的潜能，提高了信 息传递的效率。早期的计算机系统只有单调的峰鸣声，虽然多媒体技术将声频形式和视频形 式同时带入人机交互，但仍缺少听觉交互手段，即人处于被动收听状态，声音缺少位置和方 向的

9、变化，交互输入方面仍沿用图形用户界面所采用的键盘和鼠标器等交互设备。当前，在 人机交互中结合进视觉的、听觉的以及更多的通道是必然趋势，特别是将听觉通道作为补充 的或替换的信息通道已显示出重耍性和优越性。（4）人机界面屮的信息维度的发展，经历了一维信息（主要指文木流，如早期电传式终端）、 二维信息（主要是二维图形技术，利用了色彩、形状、纹理等维度信息）、三维信息（主要是三 维图形技术，但显示技术仍利用二维平面为主）和多维信息（多通道的多维信息）空间。第二章系统硬件设计2.1工艺要求本设计是基于西门了 s7-200plc的运输带控制系统设计，触摸屏采用tp277 6”。3条运输带系统有两个运行状态

10、：手动状态（10.0为0）和白动状态（10.0为1）。（1）手动状态系统进入手动状态，触摸屏进入手动画而，对单独启动和停止某一运输带。（2）自动状态系统进入白动状态，触摸屏进入占动画面，点击启动按钮，1号运输带启动，过5秒2 号运输带启动，过5秒3号运输帯启动；点击停止按钮，3号运输带立即停止，过5秒2号 运输带停止，过5秒3号运输带停止。（3）报警在任意状态，1号运输带启动以示，按下10.7,系统显示报警信息：1号运输带故障；按 下确认按钮，报警信息消火。若故障消火（10.7）为0,报警信息不再显示；故障未消失（10.7为1）,过5秒报警信息又出现。（4）触摸屏组态触摸屏画面由主画面、手动画

11、面、自动画面、报警画面构成。主画而：用于画而切换和设备运行动画。手动価面：单独启停某一设备，3组启停按钮，动価显示电机旋转；白动画面：用于系统的整体启停，动画显示电机旋转；报警画面：显示报警信息；此外，报警信息出现时，可在任意画而显示。2. 2硬件设计2. 2.1 plc的组成结构plc的一般结构如图1所示，山图可见主要有6个部分组成，包括cpu （中央处理器）、 输入/输出接口电路、电源、外设接口、i/o扩展接口。显示区/输 入 电中央处理単元ccpu)输 出 电路路77系统程序存储区用户程序存储区图1 plc结构图fx2n系列plc是三菱公司高性能小型机的代表作，系统最大t/0点数为128

12、点，配置扩 展单元示可达256点。fx2系列基木执行指令的速度0.48 ns/步，用户程序存储器的容量可 扩展至8k步。fx2n系列plc在我国应用比较广泛。fx2n系列是fx系列plc家族中最先进 的系列。由于fx2n系列具备如下特点：最人范围的包容了标准特点、程式执行更快、全而补 充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大最特殊功能模块，它可以为 你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。24v、400ma直流电源nj用于外围设备， 如传感器或其它元件。因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也町以更 换单元。在所有的fx2nplc中都有实吋时钟标准。时间设置

13、和比较指令易于操作。小吋表功 能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。通过对plc的t作原理及性能的了解，并结合设计要求，设计屮选择了 fx2n系列的小型 plco分析要求，可以确定需要15个输入点，手动工作时，分别为ml, m2, m3启动按钮，停止 按钮，通常用于系统的检测维护；一个急停按钮；自动工作时，传感器开与关时的两个不同 信号输入以及停止按钮；三个热继电器动断触电，控制故障电动机。因为有三台皮带机，故 需要三个输出点。乂为了便于口后的功能增加等因素，选择了 48点的基本输入输出单元，因 为输出的是220v的交流电，为了增加它的耐用性，采用了可控硅输出。综上所述，设计中最终选择t

14、fx2n-48ms的plc,这种plc技术成熟，性能好,故障少, 价格低廉，对于本项冃又留冇一定的余量，可以为以后改进留下余地。2. 2.2 i/o 口分配plc的1/0元件地址分配功能描述动作器件i/o地址急停sb1x0工作方式手动选择开关saxi自动x2手动ml启动sb2x10ml停止sb3xiim2启动sb4x12m2停止sb5x13m3启动sb6x14m3停止sb7x15自动压力传感器传感器st开x20传感器st关x21停止sb8x22皮带1故障fr1x31皮带2故障fr2x32皮带3故障fr3x33皮带机1开km1y0皮带机2开km2y1皮带机3开km3y2图2t/0地址分配2. 2

15、.3 plc的i/o外部接线图图3外部接线图2. 2. 4皮带电机的选型及其外部接线1. y2系列异步电机木次设计中的电机采用普通的三项异步电动机，因为本系统中没冇对电机的什么特别要 求，因此选用普通的三相界步电机，本设计中选用y2型异步电机。y2系列电动机是我国20世纪90年代中期最新设计的三相界步电动机基本系列产站，为 全封闭自扇冷式笼型电动机，包括慕木设计系列（y2系列）和提高效率设计系列（y2e系列） 两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代 y系列的更新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现山y系列向y2系列过渡y2系列电 动机是我国20世

16、纪90年代中期最新设计的三相杲步电动机基本系列产品，为全封闭口扇冷 式笼型电动机，包括基木设计系列（y2系列）和提高效率设计系列（y2e系列）两个系列产 品，产品的技术性能指标达到国外同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代y系列的更 新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现由y系列向y2系列过渡。y2系列电动机额定电压为380v,额定频率为50hzo功率3kvt以下为y接法，其他功率 均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；坏境空气温度随季节变化，但不超过40°c； 最低环境空气温度为-15°c；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不 高于

17、25°c。y2系列电动机采用f级绝缘等级，但温升仍按b级绝缘考核（除机廉为315部分及355 部分规格外），故电动机的温升裕度较大。防护等级提高到tp54,机座用平行垂直分布的散 热筋，接线盒置于电动机机屎的上方，以方便接线。y2系列电动机在y系列电动机的基础上 改进了电磁和结构设计，降低了电机的噪声及振动，节约了材料，并使电动机结构更合理， 外形新颖、美观。y2系列电动机（除个别延伸的机麋和规格外）的功率等级与安装尺寸的对 应关系与y系列电动机完全相同，有利于y2系列电动机逐步取代y系列电动机。y2e系列电 机是为了提高电动机效率而设计的系列产品，其满载效率比y2系列提高1.79%

18、,主要适用于 运行时间长，负载率较鬲的各种机械设备上。y2系列电机的安装尺寸和功率等级符合iec标准，与德国din42673标准一致，也与y 系列电机一样，其外壳防护等级为ip54,冷却方法为ic411,连续工作制（s1）。采用f级绝 缘,温升按b级考核（除315l2-2. 4, 355全部规格按f级考核外）,并要求考核负载噪声指 标。y2系列电动机是y系列电机的更新换代产品，是一般用途的全封闭口扇冷式鼠笼型三相 异步电动机。其整体水平已达到国外同类产殆九十年代初的水平。该产品应用于国民经济各 个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，也可适用于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类 不含易燃、易爆或腐

19、蚀性气体的场合。y2系列电动机有两种设计，一种是适用于一般机械配套和出口需要，在轻载时冇较高效 率，在实际运行中有较佳节能效果，且具有较高堵转转矩，此设计称为y2-y系列。中心高 63355mm,功率从0. 12、315kw。电动机符合jb/t8680. 1-1998 y2系列（1p54）三相异步电动 机（机座号63355）技术条件。型号含义:如y2-200l1-2y： “y2”表示异步电动机第二次改型设计,"200”表示中心高, “l”表示机座长短号，“1”表示铁心长度序号，“2”表示极数，“y”表示第一种设计（可省 略）。第2种设计是满载时有较高效率，更适用于长期运行和负载率较高

20、的使用场合，如水泵、 风机配套，此设计称为y2-e系列，中心高80280mm,功率从0. 5590kwo电动机符合 jb/t8680. 2-1998 y2系列（1p54）三相异步电动机（机座号80280）技术条件。型号含义：如y2-200l2-6e： “y2”表示异步电动机第二次改型设计，“200”表示中心高, “l”表示机座长矩号，“2”表示铁心长度序号，“6”表示极数，“e”表示第二种设计。y2系列电动机机座外轮廉呈四方形兼圆形，散热片呈垂直，水平平行分布，全部采用铸恢结 构。另外h63112还兼有铝合金压铸结构。本系列电动机采用浅端盖结构，增加了内部加强 筋的数最和尺寸，全部采用铸铁结构

21、，另外h63112还兼有铝合金压铸结构。为方便用户使 用和检修，山80及以上增设了不停机的注油装置。接线盒防护等级为tp55o为了减轻电机重 量,h63280接线盒用铝合金压铸（也可用铸铁件），h315355使用铸铁件。且盒内设有专 用的接地装置，h160及以上机朋考虑有热保护装置的安装位置，电源进线孔采用双孔进线， 并有两种密封结构：一种为加密封盖，另一种为锁紧密封。接线盒-般位于机座顶部，并可 以四面出线，另外h80355铸铁机座的接线盒还町以位于机座侧面。2.主回路电机的外部接线图木次设计因为冇三级皮带机，故需要三个电机来拖动，当然需要有一些短路、过载等保 护，继电器、空开的选型后面后详

22、细介绍，具体的主电路接线图如下：fu2. 2. 5.皮带运输机结构皮带运输机具有结构简单，操作连续平稳，运输量较大的特点，乂因各部分摩擦阻力小, 动力消耗也低，运输距离不受限制。皮带输送机由头部、中部和尾部组成。头部由头鶴及支 撑架组成；中部由支撑架、限位馄、张紧辘等组成；尾部由尾馄、支撑架及调节装置组成。 其设计紧凑合理，自动化程度高，内部结构复杂，安装精度高。(1) 输送带带式运输机使用的运输带冇橡胶带、塑料带、钢带等。橡胶带工艺简单、生产率高、成本低、质量好，工作环境温度在-10+40°c；塑料输送 带具有耐汕、酸、碱等特点；金属带结构工艺比较复杂，价格较高。这里选择橡胶带作为

23、输送带。(2) 托辗托線是带式输送机输送带及货载的支撑装置，托辘随输送带的运行而运转，以减小输送 机的运行阻力，要求结构合理，经久耐用，回转阻力系数小，密封可靠。(3) 头架头架用來安装驱动滚筒和改向滚筒，其侧面与驱动装置架组装在一起。头架冇平行输送 机头架及槽形输送机头架两种。询者不能安装卸料斗及护罩，供输送成件物站吋选用，后者 可以安装卸料斗及护罩。这里选用槽形输送机头架。(4) 拉紧装置在各种具有挠性牵引构件的构件的输送机屮，必须装有拉紧装置，拉紧装置使输送机具 有足够的初张力，保证输送带与驱动滚筒之间所必须的摩擦力，补偿牵引构件在工作过程中 的伸长，保证输送机正常平稳地运行。(5) 电

24、动滚筒根据不同的使丿ij条件和工作要求，带式输送机的驱动方式,，可分为单电机驱动、多电机 驱动、单滚筒驱动，双滚筒驱动儿种。本设计采用的电动滚筒，是将电动机和减速器装入驱 动滚筒内。2. 2. 6传感器的选择力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式 压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传 感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具冇极低的价格和较高的精度以及较好 的线性特性。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它 是压肌式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻

25、应变片和半导 体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通 过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变 片也一起产住形变，使应变片的阻值发牛改变，从而使加在电阻上的电压发牛变化。这种应 变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪 表放大器进行放大，再传输给处理电路(通常是a/d转换和cpu )显示或执行机构。因为本系统中的传感器只是检测有无重物，精度灵飯度要求并不是很高，故采用经济实 用的压阻式压力传感器。2. 2. 7其他硬件选型1. 接触器选用cj29-10/16型接触器其中“c

26、”表示接触器，“j”表示交流，20为设计编号，10/16为主触头额定电流 相关元件主要技术参数及原理如下：(1) 操作频率为1200/h(2) 机电寿命为1000万次(3) 主触头额定电流为10/16 (a)(4) 额定电压为380/220 (v)(5) 功率为2. 5kw2. 热继电器选用jr16b-60/3d型热继电器其中“j”表示继电器，“d”带断相保护相关元件主要技术参数及原理如下：(1) 额定电流为20a(2) 热元件额定电流为32/43. 空气开关市而上的空气开关多种多样，以“dz10-100/330 le=60a ”來说明各个参数的含义所在:dz 动”的反拼音10设计序号100是

27、它的壳架等级3表示极数即三相3脱扣形式(0一无脱扣器，1 一一热脱扣器式，2 电磁脱扣器式，3复式)0有无辅助触头(0无辅助触头，2有辅助触头)te=60a过电流调节 额定电流。要点：1、空气开关额定电压人于等于线路额定电压2、空气开关额定电流和过电流脱扌ii器的额定电流人于等于线路计算负荷电流。通过比较认识，以及对实际系统中的要求分析，木系统中选用"dz10-100/330 te二20a” 的空气开关。第三章系统软件设计3.1控制要求（1）某一生产线的末端冇一台三级皮带运输机，分别由ml、m2、m3三台电动机拖动， 有手动和口动两种控制方式。（2）手动时，为了便于调试，每一台电机都

28、可以单独启动，按停止按钮都可以停下。（3）自动控制时，有料进皮带后，通过检测传感器让皮带运行,m1-m2-m3的顺序启动, 间隔均为5秒，若无料进入皮带，通过安装在一号皮带机上的传感器，30秒钟示让皮带机按的顺序停止否则继续运行，如此循环往复；当某条皮带机发生故障时，该皮带机 及其上面的皮带机立即停止，而其下的皮帯机则待料运完后才停止，即仍为顺序停止。（4）为防止在自动运行时传感器误动作，要求按下保护按钮（即后文中的sa2按钮）后， 系统才处于待运行状态，否则传感器不动作。（5）为保证意外发生时的安全，还要有急停按钮，当急停按钮按下时所有电机立即停止 运行。（6）要有必要的短路、过载、连锁保护。3. 2程序的实现在图2. 2. 2plc外部接线的分析过程中已经列出了 plc的1/0分配表，外了使程序的过程 更为明了，采用子程序跳转的方式将程序分为三次块，即公共程序，手动和b动子程序。 一、公共程序：在该程序中输入点xi执行调用手动了程序p0,输入点x2执行调用手动了程序pl o< m0callp0callpl图1公共程序二.手动程序:图2手动程序三、自动程序：自动程序相对比较复杂，对于顺序控制系统一般采用顺序控制设计法，其流程图如下:x31x32图3顺序功能图对于顺序控制