四节传送带控制系统设计

1、咸阳师范学院物理与电子工程学院课程设计报告题目：四节传送带控制系统设计班级：姓名：学号：指导教师：成绩：完成日期：2014 年12月1/19目录1设计要求-22控制系统总体设计-33 控制系统硬件设计-94控制系统硬件设计-115实验-126心得体会-122/19四节传送带控制系统设计1 设计要求图 1 四节传送带运行系统示意图图 1 是四节传送带运行系统简单示意图。设计一个以可编程控制器（ PLC）为控制核心的四节传送带控制系统。具体设计要求如下：1正常运行：启动时先起动最末一条皮带机D（由 KM4控制，否则就会造成运料堆积） ，经过定时器的延时作用，再依次起动其它皮带机C、B、A；待料运送

2、完毕后停止时，应先停止最前一条皮带机 A，经过定时器的延时作用，再依次停止B、C、D，以保证所有皮带上没有剩余的物料。2. 故障处理：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料运完后才依次停止，以保证后续无故障传送带的正常运行。若 B 发生故障，那么皮带机 B 和 A 立即停止，而 C和 D 待料运完后才依次停止。1/192 控制系统总体设计控制系统的结构框图如图2 所示，主要包括控制开关、PLC和电动机三个主要部分。控制开关与PLC的输入端子相连接， 主要给 PLC提供输入控制信号。电动机与PLC的输出端子相连接，显示 PLC控制结果以控制传送带的

3、运行状况。控制开关由启动和停止两个按钮组成，电动机停转或运行可以用发光二极管模拟。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。控制开关PLC传送带图 2 控制系统的结构框图传送带控制系统的输入、输出开关量较少，结合物理系PLC实验室的具体情况， PLC 选用西门子公司整体式微型 S7-200 系列中 CPU224 AC/DC/Relay。CPU224后用斜线分割的三部分分别表示 CPU电源的类型、输入口的电源类型及输出口器件的类型。其中输出口的器件中，Relay 为继电器， DC为晶体管 2 。3 控制系统硬件的设计3.1输入 / 输出端子地址分配根据本文 2.1 节中传送带控

4、制系统的分析和要求可知，传送带控制系统有六个输入控制按钮，分别为系统启动按钮 SM1，停止按钮 SM2和负载或故障设定 A、 B、C、D，其对应 CPU224 PLC 输入端子地址为 I0.0 、 I0.5 、 I0.1 、I0.2 、 I0.3 、I0.4 。共有2/19四个输出控制，传送带A、B、C、D 分别对应 CPU224PLC输出端子地址 Q0.1、Q0.2、Q0.3 和 Q0.4。控制传送带的输入、输出端子地址分配如表1 所示。表 1 CPU224输入 / 输出端子地址的分配输入信号输出信号名称输入端子名称输出端子启动I0.0传送带 AQ0.1停止I0.5传送带 BQ0.2负载或故

5、障设定 AI0.1传送带 CQ0.3负载或故障设定 BI0.2传送带 DQ0.4负载或故障设定 CI0.3负载或故障设定 DI0.43.2控制系统硬件电路图传送带控制系统的硬件电路图如图3 所示：图 3 传送带控制系统硬件电路图3/19根据传送带的控制要求和输入/ 输出端子分配情况， 传送带控制系统的硬件电路图如图3 所示。其中启动按钮SB1、负载或故障设定 A、B、C、D和停止按钮SB2分别接于 PLCCPU224输入端子 I0.0-I0.5 端，传送带 A 到 D所对应的接触器 KM1、KM2、KM3、KM4分别接于输出继电器Q0.1、Q0.2、Q0.3 和 Q0.4 端。 L+、1L和

6、2L 端与 PLC CPU224上的 24V直流传感器电源输出端直接相连，作为直流输入单元和 PLC继电器输出单元的驱动电源。基于 PLC的传送带控制系统的硬件电路十分简单， 整个系统控制功能的实现主要通过软件编程来实现，这样就可以提高整个系统的可靠性，并且更加易于维护，以满足此系统在实践中的应用。4 控制系统的软件设计控制系统软件部分是控制系统能否成功应用的关键。软件包括两个部分 , 一部分是系统软件 , 另一部分是应用软件。 前者是可编程控制器本身所具有的，由 PLC生产厂家所编写并固化在 PLC 设备中。后者是针对具体控制过程而编制的， 它决定控制系统是否能满足技术要求以及系统使用的难易

7、程度。 本控制系统应用软件部分的核心内容是定时器应用控制。4.1 传送带控制系统的经验法编程根据在 2.1 节中对传送带控制系统的分析，系统中对传送带的控制是采用基本的启保停电路模式， 应用经验设计法来4/19编写程序， 既能够提高程序设计的效率，也能节省大量的设计时间。经验法编程的编程步骤为：(1) 在准确了解控制要求后，合理地为控制系统中的事件分配输入输出口。选择必要的机内器件，如定时器，计数器，辅助继电器等，(2) 对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，依启保停电路模式完成相关的梯形图支路。 工作条件稍复杂的可借助辅助继电器。(3) 对于较复杂的控制要求，为了能用绘出各

8、输出口的梯形图，要正确分析控制要求，并确定组成总的控制要求的关键点。在空间类逻辑为主的控制中关键点为影响控制状态的点 （如抢答器中主持人是否宣布开始，答题是否到时等） ，在时间类逻辑为主控制中关键点为影响控制状态转换时间 （如三电机顺序启动控制）。(4) 用程序将关键点表达出来。关键点总要用机内器件来代表的，在安排机内器件时要考虑并安排好。 绘关键点的梯形图时，可以使用常见的基本环节，如定时器计时环节，振荡环节，分频环节等。(5) 在完成关键点梯形图的基础上，针对系统最终的输出进行梯形图的编绘。使用关键点器件综合出最终输出的控制要求。(6) 审查以上草绘图纸，在此基础上，补充遗漏的功能，更正错

9、误，进行最后的完善。5/194.2传送带控制程序实现PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即在 PLC运行时， CPU根据控制要求编制好并存与用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条按顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令， 开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。它的一个扫描周期必须经输入采样，程序执行和输出刷新三个阶段。传送带系统的程序实现主要由接通延时定时器（ TON）指令、置位与复位指令来实现。4.2.1启动处理根据控制系统要求， 按下启动按钮 I0.

10、0 ，传送带 KM4（ Q0.4）为“ON”，分别经过三次 5 秒延时依次启动传送带 KM3（Q0.3）、KM2（Q0.2）和 KM1（Q0.1）。具体这样实现：通过“启动 - 保持 - 停止”电路，使用标志位 M1.0 记录并保持 I0.0 的启动状态，同时将 Q0.4 位置 1（即传送带 KM4为“ ON”）。传送带 KM4运行后，经接通延时定时器 T37 的 5 秒延时后， 将传送带 KM3（Q0.3）置 1 并用标志位 M2.0 记录并保持 KM3。同理，经 T38、T39 延时后将 KM2（Q0.2）和 KM1（Q0.1）置 1，同时利用 M3.0 记录并保持传送带KM2的运行状态。

11、其具体程序如图4示：6/19图 4 传送带启动梯形图程序4.2.2停止处理根据控制系统要求， 按下停止按钮I0.5 ，传送带 KM1（Q0.1）为“ OFF”，分别经过三次连续5 秒延时依次停止传送带KM2（ Q0.2）、 KM3（Q0.3）和 KM4（Q0.4）。具体实现如下所述：通过“启动 - 保持 - 停止”电路，使用标志位 M4.0 记录并保持 I0.5 的运行状态，同时将 Q0.1 位复位（即传送带 KM1为“OFF”）。传送带 KM1停止后，经接通延时定时器 T40 的 5 秒延时后， 将传送带 KM2（Q0.2）复位并用标志位 M5.0 记录并保持 KM2。同理，经 T41、T4

12、2 延时后将 KM3（Q0.3）和 KM4（ Q0.4）复位，同时利用 M6.0 记录并保持传送带KM3的运行状态。其具体程序如图5示：7/19图 5 传送带停止梯形图程序4.2.3故障处理根据控制系统要求，按下故障按钮A、B、C或 D，与之对应的传送带及其上面的传送带立即停止为“OFF”，利用定时器分别经过连续几次5 秒延时依次停止该传送带以后的各个传送带。如果按下故障按钮B，传送带KM1（ Q0.1）和 KM2(Q0.2)立即同时为 “OFF”，分别经过两次5 秒延时依次停止传送带KM3（Q0.3）和 KM4（Q0.4）。具体这样实现：通过“启动 - 保持 - 停止”电路，使用标志位 M1

13、0.0 记录并保持 I0.2 的运行状态，同时将 Q0.1 和 Q0.2 位复位（即传送带 KM1和 KM2为“ OFF”）。传送带 KM1，KM2停止后，经接通延时定时器 T46 的 5 秒延时后，将传送带 KM3（Q0.3）复位并用标志位 M11.08/19记录并保持KM3。同理，经T47 延时后将 KM4（Q0.4）复位。其具体程序如图6 所示：图 6 传送带 B 故障（ KM2）处理梯形图程序5 实验5.1软件调试步骤和方法打开STEP-7 Micro/WIN32 ，建立新的文件，进入程序编辑窗口。根据控制要求编写出程序。在实验台上进行连线，具体按照 3.1 硬件连接说明连线。 对程序

14、进行编译及改错后， 将程序下载至 PLC中。把 PLC运行模式选择开关置于 “TERM”模式上。 利用程序控制 PLC程序运行，并将“调试”菜单下的“程序状态”打开，进行程序的调试和监控。 图 7 中蓝色的方块表示的是能流为“ ON”，即定时器 T38 为“ ON”，输出继电器 Q0.2 被置位，状9/19态为“ ON”，内部标志位 M3.0 为“ ON”，驱动定时器 T39 工作，边框变绿。 T39 左边的数字表示定时器的当前值， PT前面的值表示定时器的设定值， 当当前值大于等于设定值时，定时器 T39 状态为“ ON”，开始工作。图 7 程序调试图5.2实验结果实现了 PLC 对传送带的

15、控制，传送带的运行方式受开关总体控制，按一下启动按钮，电动机带动传送带系统开始工作：最末条传送带 M4开始工作，经过 5s 延时，再依次启动 M3、M2、M1。 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 B 故障，M1、M2立即停，经过 5 秒延时后， M3停，再过 5 秒， M4停。按下停止按钮， M1先停，待料运完后再依次停止 M2、M3、M4。其输出波形图如下图所示：10/19图 6正常启动和停止图 7 故障 B处理结果6 心得体会本文设计选用西门子微型可编程控制器CPU224作为控制系统的核心控制器， 设计出系统的硬件。 应

16、用状态法编程思想将交通灯控制系统转换为相应状态流程图，使用顺控继电器指令(S)11/19将状态流程图转换为相应 PLC顺控梯形图程序，程序易于调试，修改和维护也很方便。 整个控制系统硬件结构简单， 主要控制功能通过软件编程来实现， 具有可靠性高的特点。 整个系统在试验台上进行了验证和调试，系统运行良好，满足了设计要求。参考文献1 张万忠 刘明芹编 . 电器与 PLC控制技术 . 化学工业出版社2006.1.2 贺哲荣 石帅军编 . 流行 PLC实用程序集设计 . 西安电子科技大学出版社 2006.3.3 邓则名等 . 电器与可编程控制器应用技术 . 北京：机械工业出版社 .4 王兆义编 . 可编程控制器教程 . 北京：机械工业出版社 .5