基于PLC的四级传送带的毕业设计.doc

1、 摘要随着计算机科学的发展，微控制器已深入地渗透到我们的生活中。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。我们作为21世纪的生必须具备可编程控制器的知识。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。关键词 微控制器 可编程控制器 PLCAbstract：With the development of computer science, micro-controller

2、 has deeply penetrated into our lives. Today, we are living and working environment, more and more small computers called programmable logic controller for our service, programmable controller in industrial control, sophisticated weapons, communications equipment, information processing, home applia

3、nces, etc. measurement, control field came out top. As the 21st century, students must have knowledge of programmable controllers. The four conveyor PLC for the control circuit core, with the order of start and stop sequence of functions, when a certain fault belt, the conveyor belt and stop in fron

4、t of the automatic control functions.Key words: micro-controllers,Programmable Logic Controller ,PLC前 言随着科技的飞速发展，无论在日常生活中，还是在工农业发展中，PLC具有广泛的应用。PLC的一般特点：抗干扰能力强，可靠性极高、编程简单方便、使用方便、维护方便、设计、施工、调试周期短、易于实现机电一体化。PLC总的发展趋势是：高功能、高速度、高集成度、大容量、小体积、低成本、通信组网能力强。在PLC诞生之前，工业控制设备的主流品种是以继电器、接触器为主体的控制装置。继电器、接触器是一些电磁开关

5、，后来随着工业自动化程度的不断提高，使用继电器电路构成工业控制系统的缺陷不断地暴露出来，在20世纪6070年代，社会的进步要求制造出小批量、多品种、多规格、低成本、高质量的产品以满足市场需要，不断的提出改善生产机械功能的要求。加上当时电子技术已经有了一定的发展，于是人们开始寻求一种以存储逻辑代替接线逻辑的新型工业控制设备，这就是我们现在所说的PLC。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，内部电路采用了严格的抗干扰技术，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以减少到数百甚至数千分之一，故障也就大

6、大降低，此外，PLC带有故障电路的自我检测功能，出现故障时可及时发出报警信息，这样，整个系统具有极高的可靠性也就不足为怪了。本次毕业设计是应用S7-200 PLC控制四节传送带系统的硬件电路，并利用OB1的梯形图控制程序设计。通过控制S7200 PLC的定时继电器的功能来实现四条皮带的运行。它以成本低、大量节省人力、物力、财力、故障少、可靠性高、工作寿命长为优势，具有很强的竞争力。目录第一章 概述1.1选题背景1.2控制系统选择1.3四节传送带的发展和起源1.4PLC基本结构第二章 四节传送带控制系统设计2.1总体设计2.1.1系统描述2.1.2制定控制方案2.1.3系统配置2.1.4输入输出

7、表2.2模块划分2.3编程模型2.4数据结构2.4.1输入数据2.4.2输出数据2.4.3运算数据第三章性能分析与测试3.1各个模块调试3.2程序的整体调试3.3性能分析第四章结束语参考文献 第一章概述 1.1选题背景 传送带在诸多行业的工业生产中有着重要的作用，如建材行业的水泥厂，玻璃厂，陶瓷厂，材料行业的油漆厂，电缆厂，橡胶厂，食品行业的食品加工厂，医药行业的制药厂等。皮带轮公差，形状标准与否，牵涉皮带与轮子的吻合度及传送能力，甚至皮带寿命长短，及噪音大小及机械寿命功能完整与否，是极其重要的。货物传送不但是生产过程的一个重要环节，货物传送的质量直接关系到下游生产能否顺利进行，决定着产品的质

8、量，决定着全厂的生产情况。如果货物传送的质量达不到要求，轻则造成原料和能源的浪费，重则影响产品的质量和产量，甚至有些重要生产过程的失误会给整个生产酿成事故。因此过程中效率的大小制约着整个生产过程的产品质量和产量。自动控制系统的设计，本着节约，安全，实用，可靠的原则，及时掌握和了解生产工艺流程中的运行状况，工艺参数的变化，优化生产，保证质量，降低成本，提高管理水平，使生产长期稳定的进行下去，取得最佳效果。 传送带的工作设计原理，成分呈不规则的波形，然后才逐渐推移到皮带的固有波形，但由于震动在很短时间就会衰竭，而且伴随着高频率情况下很难捕捉到皮带固有波形的周期，借助微型电脑进行捕捉，再进行独立的数

9、据处理，就能被编入程序的计算公式，显示出皮带的张力值。伴随着工业生产技术的不断发展，电子产品的问世，尤其是电子计算机技术的飞速发展生产工艺也得到的前所未有的飞跃式发展。各行各业开始广泛使用电子计算机技术控制配料生产过程，使生产逐步从劳动密集型向技术密集型转变，从而节省了生产成本，提高了劳动效率，促进了工业生产的不断进步和发展。1.2控制系统的选择 从满足陪四节传送带的控制的安全性，扩展性和可靠性方面的考虑，目前的常见的传送带的控制系统，主要有单片机控制，PLC控制，工业控制计算机集中控制等类型。 随着集成芯片技术的不断提高，特别是高档8位单片机的普及，单片机系统由单片计算机及其外围芯片组成传送

10、带的控制。其特点是单片机本身小巧，功耗低，实时控制能力强，但是其软，硬件的开发必须借助于开发工具系统调试困难，不具有自开发能力。 工业控制计算机传送系统是利用通用计算机的扩展槽和或扩展区，设计应用系统的硬件模板，如通讯板，I/O扩展板等测控功能板，与通用计算机构成一个用于完成预定测控功能的传送系统。其特点是系统由较强的软硬件支持，利用通用计算机的软硬件资源来支持配料系统进行工作，具有自开发能力，有较强的可视能力和数据处理能力，更适合于计算机集中控制系统应用 PLC是一种新型的具有极高可靠性的通用工业自动化控制装置，它以微处理器为核心，有机的将微型计算机技术，自动化控制技术及通信技术融为一体其特

11、点如下： 1 编程方便。PLC采用易于理解和掌握的梯形图语言，以及面向工业控制的简单指令。 2 抗干扰能力强，可靠性极高。PLC是专为工业控制设计的，采取了精选元器件及多层次抗干扰措施，能适应工业现场的恶劣环境。 3 维护方便。PLC模块化的系统结构，使操作人员在维护时只需更换插入式模板或其他易损部件及可完成，既方便又减少了影响生产的时间。 4 使用方便。PLC的结构不仅具有先进的通讯和输入输出能力，而且其模块化的系统结构，灵活的配置能力，使用户可灵活组成各种规模和不同要求的控制系统。 5 易于实现机电一体化。PLC的结构紧凑，体积小，重量轻，可靠性高，抗振防潮和耐热能力强，使之易于安装在机械

12、设备内部，制造出机电一体化产品。设计，施工，调试周期短。用PLC完成一项控制工程时，由于其软硬件齐全，设计和施工可同时进行缩短了周期。 鉴于PLC的诸多优势结合四节传送带控制系统选择西门子公司的S7-200系列可编程控制器。 此外PLC还有如下功能1、数据采集与输出。2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3、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。4、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。5、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RS48

13、5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。6、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。7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程1.3 四节传送带系统的起源及发展1.3.1

14、 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。1.3.2 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

15、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

16、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。PLC结构从可编程控制器的定义可知，PLC也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即可编程控制器也是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的工业过程相连的接口能力和更直接的适应控制要求的编程语言。PLC的基本结构如图2-1所示： 图 2-1 PLC的基本机构图用可编程控制器作为控制

17、器的自动控制系统，就是工业计算机系统，它即可进行开关量的控制，也可实现模拟量的控制。2.2 工作原理可编程控制器是一种专业的工业控制计算机。因此，其工作原理建立在计算机控制系统工作原理的基础上。但为了可靠地应用在工业环境下，便于电气技术人员的使用和维护，它有着大量的接口器件、特定的监控软件、专用的编辑器件。所以，不但其外观不像计算机，它的操作使用方法、编程语言及工作过程与计算机控制系统也是有区别的。PLC的控制系统的等效工作电路分为3个部分，即输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分就是采集输入信号，输出部分就是系统的执行部件，这两部分与继电器控制电路相同。内部控制电路是通过编程方法实现的控

18、制逻辑，用软件编程代替继电器电路的功能。（1）输入部分输入部分由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。外部输入信号经PLC输入接线端子去驱动输入继电器的线圈。每个输入端子与其相同编号的输入继电器有着唯一确定的对应关系，当外部的输入元件处于接通状态时，对应的输入继电器线圈“得电”。（2）内部控制电路所谓内部控制电路是由用户程序形成的用“软继电器”来代替硬继电器的控制逻辑。它的作用是按照用户程序规定的逻辑关系，对输入信号的状态进行检测、判断、运算和处理，然后得到相应的输出。（3）输出部分输出部分是由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部常开点、输出接线端子和外部驱动电路组成

19、，用来驱动外部负载。PLC的内部控制电路中有许多输出继电器，每个输出继电器除了有为内部控制提供编程用的任意多个常开、常闭接点外，还为外部输出电路提供了一个实际的常开接点与输出接线端子相连。综上所述，可对PLC的等效电路作进一步简化而深刻的理解，即将输入等效为一个继电器的线圈，将输出等效为继电器的一个常开接点。2.3 编程语言可编程控制器的应用软件是指用户根据自己的控制要求编写的用户程序。由于可编程控制器的应用场合是工业现场，它的主要用户是电气技术人员，所以其编程语言与通用的计算机编程语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，又不同于汇编语言，它要满足易于编写和易于调试的要求，还要考虑现场电

20、气技术人员的接受水平和应用习惯。因此，可编程控制器通常使用梯形图语言，又称继电器语言，更有人称之为电工语言。另外，为满足各种不同形式的编程需要，根据不同的编程器和支持软件，还可以采用指令语句表、逻辑功能图、顺序功能图、流程图及高级语言进行编程。梯形图是一种图形编程语言，是面向控制过程的一种“自然语言”，它沿用继电器的触点（触点在梯形图中又常称为接点）、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一些继电器控制系统中所没有的特殊功能符号。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说，很容易被接受，且不需要学习专门的计算机知识，因此，在PLC应用中，梯形图是使用得最基本、最普遍

21、的编程语言。但这种编程方式只能用图形编程器直接编程。PLC的梯形图虽然是从继电器控制线路图发展而来的，但与其又有一些本质的区别：（1）PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、保持继电器、中间继电器等。但是，这些继电器并不是真实的物理继电器，而是“软继电器”。这些继电器中的每一个，都与PLC用户程序存储器中的数据存储区中的元件映像寄存器的一个具体基本单元相对应。如果某个基本单元为“1”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈得电”。反之，如果某个基本单元为“0”状态，则表示与这个基本单元相对应的那个继电器的“线圈断电”。这样，就能根据数据存储区中某

22、个基本单元的状态是“1”还是“0”，判断与之对应的那个继电器的线圈是否“得电”。（2）PLC梯形图中仍然保留了常开接点和常闭接点的名称，这些接点的接通或断开，取决于其线圈是否得电（这对于熟练继电器控制线路的电气技术人员来说，是最基本的概念）。（3）PLC梯形图中的各种继电器接点的串、并联连接，实质上是将对应这些基本单元的状态依次取出来，进行“逻辑与”、“逻辑或”等逻辑运算。而计算机对进行这些逻辑运算的次数是没有限制的，因此，可在编制程序时无限次地使用各种继电器的接点，且可根据需要采用常开（动合）或常闭（动断）的形式。注意，在梯形图程序中，同一个继电器的线圈一般只能使用一次。（4）在继电器控制线

23、路图中，左、右两侧的母线为电源线，在电源线中间的各个支路上都加有电压，当某个或某些支路满足接通条件时，就会有电流流过接点和线圈。（5）在继电器控制线路图中，各个并联电路是同时加电压并行工作的，由于实际元件动作的机械惯性，可能会发生接点竞争现象。（6）PLC梯形图中的输出线圈只对应存储器中的输出映像区的相应位，不能用必须通过指定的输出继电器，经I/O接口上对应的输出单元（或输出端子）才能驱动现场执行机构。 第二章 四节传送带系统控制设计2.1 总体设计2.1.1 系统描述 传送带系统的示意图如下图所示 2.1.2 四节传送带系统控制方案起动后，先起动最末的皮带机，1s后再依次起动其它的皮带机；停

24、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。 2.1.3 四节传送带的系统配置 四节传送带控制系统为单机控制系统，为了便于现场设置，外接文本显示器。PLC的四个输入点，包括选择开关，启动停止按钮，点动按钮，共13点；配料总重量通过荷重传感器输入模拟量，一共一点；输出点包括搅拌电机的接触器和电磁阀的线圈及指示灯，一共7点。 由于点数不多，考虑20%-30%的余量，选用小型PLC即可实现，因此选择SIEMEN

25、S S7-200 CPU224和EM235模块以及SIEMENS TD200文本显示器，数字量输出使用数字滤波，不使用脉冲捕捉功能，输出表设置为封锁输出方式。 四节传送带系统模拟面板图 2.1.3系统配置四节传送带控制系统为单机控制系统，为了便于现场设置外接文本显示器。PLC的输入点，包括选择开关，启动停止按钮，点动按钮，一共13点配料总重量通过荷重传感器输入模拟量一共一点；输出点包括搅拌电机的接触器和电磁阀的线圈和指示灯一共7点。由于点数不多考虑20%-30%的余量，选用小型PLC便可实现，结合现有条件选择SEIMENS S7-200CPU224和EM235模块以及SIMENS TD200文

26、本显示器。数字量输入使用数字滤波，不使用脉冲捕捉功能，输出表设置为封锁输出方式。2.1.4输入输出表输入输出和其他编程元件地址分配表如下所示1.输入元件地址分配 步序 指令 步序 指令 1 LD I0.0启动按钮 25 LD M4.0 2 O M1.0 26 TON T40, +50 3 AN I0.5 27 LD T40 4 S Q0.4,1D电机运行 28 R Q0.2 1B电机停转 5 = .1.0 29 = M5.0 6 LD M2.0 30 LD M5.0 7 TON T37,+50 31 TON T41,+50 8 LD T37 32 LD T41 9 S Q0.3,1 C电机运行

27、 33 R Q0.3,1C电机停转 10 = M2.0 34 = M6.0 11 LD M2.0 35 LD M6.0 12 TON T38,+50 36 TON T42,+5013 LD T38 37 LD T4214 S Q0.2 ,1B电机运行 38 R Q0.4 1 D电机停转15 = M3.0 39 = M7.016 LD M3.0 40 LD M7.017 TON T39，+50 41 TON T42,+5018 LD T39 42 LD T4319 S Q0.1 1A电机运行 43 R Q0.2 1B电机停转20 LD I0.5停止按钮 44 = M8.021 O M4.0 45

28、 LD M8.022 AN I0.0 46 TON T44,+5023 R Q0.1 1A电机停转 47 LD T4424 = M4.0 48 R Q0.3,1C电机停转49 = M9.0 64 R Q0.4 1D电机停转50 LD M9.0 65 LD I0.3 故障C51 R Q0.4 1D电机停转 66 R Q0.1 1A电机停转52 LD I0.2 故障B 67 R Q0.2 1B电机停转53 R Q0.1 1A电机停转 68 R Q0.3 1C电机停转54 R Q0.2 1B电机停转 69 = M12.055 = M10.0 70 LD M12.0 56 LD M10.0 71 TO

29、N T47,+5057 TON T45,+50 72 LD T4758 LD T45 73 R Q0.4 1D电机停转59 R Q0.3 1C电机停转 74 LD I0.4 故障D60 = M11.0 75 R Q0.1 1A电机停转61 LD M11.0 76 R Q0.2 1B电机停转62 TON T46,+50 77 R Q0.3 1C电机停转63 LD T46 78 R Q0.4 1D电机停转步序 指令 步序 指令 0 LD I0.0 7 LD T371 O M1.0 8 S Q0.3 1C电机运行2 AN I0.5 9 = M2.03 S Q0.4 1D电机运行 10 LD M2.0

30、4 = M1.0 11 TON T38,+505 LD M1.0 12 LD T386 TON T37,+50 13 S Q0.2 1B电机运行14 = M3.0 39 TON T43,+5015 LD M3.0 40 LD T4316 TON T39,+50 41 R Q0.1 1A电机停转 17 LD T39 42 = M7.018 S Q0.1 1A电机停转 43 LD M7.019 LD I0.5 停止按钮 44 TON T44,+5020 O M4.0 45 LD T4421 AN I0.0 46 R Q0.2 1B电机停转22 R Q0.1 1A电机停转 47 = M8.023 =

31、 M4.0 48 LD M8.024 LD M4.0 49 TON T45,+5025 TON T40,+50 50 LD T4526 LD T40 51 R Q0.3 1C电机停转27 R Q0.2 1B电机停转 52 = M9.028 = M5.0 53 LD M9.029 LD M5.0 54 TON T46,+5030 TON T41,+50 55 LD T4631 LD T41 56 R Q0.4 1D电机停转32 R Q0.3 1C电机停转 57 LD I0.2 B负载33 = M6.0 58 R Q0.1 1A电机停转34 LD M6.0 59 = M10.035 TON T42

32、,+50 60 LD M10.036 LD T42 61 TON T47,+5037 R Q0.4 1D电机停转 62 LD T4738 LD I0.1 A负载 63 R Q0.2 1B电机停转64 = M11.0 81 LD T5065 LD M11.0 82 R Q0.3 1C电机停转66 TON T48,+50 83 = M14.067 R Q0.3 1C电机停转 84 LD M14.068 LD T48 85 TON T51,+5069 R Q0.3 1D电机停转 86 LD T5170 = M12.0 87 R Q0.4 1D电机停转71 LD M12.0 88 LD I0.4 D负

33、载72 TON T49,+50 89 R Q0.1 1A电机停转73 LD T49 90 R Q0.2 1B电机停转74 R Q0.4 1D电机停转 91 R Q0.3 1C电机停转75 LD I0.3 C负载 92 = M15.076 R Q0.1 1A电机停转 93 LD M15.077 R Q0.2 1B电机停转 94 TON T52,+5078 = M13.0 95 LD T5279 LD M13.0 96 R Q0.4 1D电机停转80 TON T50,+502.2 模块划分 根据自动控制系统的功能流程图，系统可划分为称运模块，显示模块，自动运行模块和手动运行模块。2.2.1称运模块

34、系统在每个扫描周期读取一次AIWO寄存器，经过格式转换（右移3位）后，即可得称重传感器输出信号的A/D转换结果，这个转换结果还需要根据称重传感器的量程进行计算，可得到实际的称重结果。系统中输出010V电压模拟量信号到EM235模块，EM235模块通过拨码开关设置为单极性010V满量程，可以将采集到的模拟量信号经过A/D转换后变为04095的数字量（EM235的AI是12位的）由于每个扫描周期的时间非常短，可以确保称重的实时性。此外为了确保称重计算的精度，采用了浮点数运算方法。A/D转换的数字量是整型数据，需要在计算前转换为浮点数型数据，但是开发语言中提供的指令是将双整型数据转换为浮点数型数据的指令，所以在此系统中将一个4字节的存储单元定义为一个双字型数据，而将此双字型数据的2个低位字节定义为一个字型数据，在称重时先将A/D转换的数字量存入字型数据中，再将双字型数据取出转换为浮点数数据，再进行计算从而提高了数据转化的速度。2.2.2显示模块 系统外接一块TD200文本显示器，可以同步显示运输货物的质量情况，以使操作人员随时了解系统的运行情况。此外在进行运输前还可以通过TD