四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目：四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 完成日期： 2014年 12月目 錄1 設(shè)計(jì)要求-2 2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)-3 3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)-9 4 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)-11 5 實(shí)驗(yàn) -126 心得體會(huì) -12四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)要求圖1 四節(jié)傳送帶運(yùn)行系統(tǒng)示意圖圖1是四節(jié)傳送帶運(yùn)行系統(tǒng)簡(jiǎn)單示意圖。設(shè)計(jì)一個(gè)以可編程控制器（PLC）為控制核心的四節(jié)傳送帶控制系統(tǒng)。具體設(shè)計(jì)要求如下：1正常運(yùn)行：?jiǎn)?dòng)時(shí)先起動(dòng)最末一條皮帶機(jī)D（由KM4控制，否則就會(huì)造成運(yùn)料堆積），經(jīng)過(guò)定時(shí)器的延時(shí)作用，再依次起動(dòng)其它皮帶機(jī)

2、C、B、A；待料運(yùn)送完畢后停止時(shí)，應(yīng)先停止最前一條皮帶機(jī)A，經(jīng)過(guò)定時(shí)器的延時(shí)作用，再依次停止B、C、D，以保證所有皮帶上沒(méi)有剩余的物料。2.故障處理：當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)立即停止，而該皮帶機(jī)以后的皮帶機(jī)待料運(yùn)完后才依次停止，以保證后續(xù)無(wú)故障傳送帶的正常運(yùn)行。若B發(fā)生故障，那么皮帶機(jī)B和A立即停止，而C和D待料運(yùn)完后才依次停止。2 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，主要包括控制開(kāi)關(guān)、PLC和電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分?？刂崎_(kāi)關(guān)與PLC的輸入端子相連接，主要給PLC提供輸入控制信號(hào)。電動(dòng)機(jī)與PLC的輸出端子相連接，顯示PLC控制結(jié)果以控制傳送帶的運(yùn)行狀況?？刂崎_(kāi)關(guān)由

3、啟動(dòng)和停止兩個(gè)按鈕組成，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)或運(yùn)行可以用發(fā)光二極管模擬。啟動(dòng)、停止用動(dòng)合按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)，負(fù)載或故障設(shè)置用鈕子開(kāi)關(guān)來(lái)模擬。控制開(kāi)關(guān)PLC傳送帶圖2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖傳送帶控制系統(tǒng)的輸入、輸出開(kāi)關(guān)量較少，結(jié)合物理系PLC實(shí)驗(yàn)室的具體情況，PLC選用西門(mén)子公司整體式微型S7-200系列中CPU224 AC/DC/Relay。CPU224后用斜線分割的三部分分別表示CPU電源的類型、輸入口的電源類型及輸出口器件的類型。其中輸出口的器件中，Relay為繼電器，DC為晶體管2。3 控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)3.1 輸入/輸出端子地址分配根據(jù)本文2.1節(jié)中傳送帶控制系統(tǒng)的分析和要求可知，傳送帶控制系統(tǒng)有六個(gè)輸入

4、控制按鈕，分別為系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SM1，停止按鈕SM2和負(fù)載或故障設(shè)定A、B、C、D，其對(duì)應(yīng)CPU224 PLC輸入端子地址為I0.0、I0.5、I0.1、I0.2、I0.3、I0.4。共有四個(gè)輸出控制，傳送帶A、B、C、D分別對(duì)應(yīng)CPU224 PLC輸出端子地址Q0.1、Q0.2、Q0.3和Q0.4?？刂苽魉蛶У妮斎?、輸出端子地址分配如表1所示。表1 CPU224輸入/輸出端子地址的分配輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱輸入端子名稱輸出端子啟動(dòng)I0.0傳送帶AQ0.1停止I0.5傳送帶BQ0.2負(fù)載或故障設(shè)定AI0.1傳送帶CQ0.3負(fù)載或故障設(shè)定BI0.2傳送帶DQ0.4負(fù)載或故障設(shè)定CI0.3負(fù)載或故障設(shè)

5、定DI0.43.2 控制系統(tǒng)硬件電路圖傳送帶控制系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示：圖3 傳送帶控制系統(tǒng)硬件電路圖根據(jù)傳送帶的控制要求和輸入/輸出端子分配情況，傳送帶控制系統(tǒng)的硬件電路圖如圖3所示。其中啟動(dòng)按鈕SB1、負(fù)載或故障設(shè)定A、B、C、D和停止按鈕SB2分別接于PLC CPU224輸入端子I0.0-I0.5端，傳送帶A到D所對(duì)應(yīng)的接觸器KM1、KM2、KM3、KM4分別接于輸出繼電器Q0.1、Q0.2、Q0.3和Q0.4端。L+、1L和2L端與PLC CPU224上的24V直流傳感器電源輸出端直接相連，作為直流輸入單元和PLC繼電器輸出單元的驅(qū)動(dòng)電源?；赑LC的傳送帶控制系統(tǒng)的硬件電路十分簡(jiǎn)

6、單，整個(gè)系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)主要通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就可以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，并且更加易于維護(hù)，以滿足此系統(tǒng)在實(shí)踐中的應(yīng)用。4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件部分是控制系統(tǒng)能否成功應(yīng)用的關(guān)鍵。軟件包括兩個(gè)部分,一部分是系統(tǒng)軟件,另一部分是應(yīng)用軟件。前者是可編程控制器本身所具有的，由PLC生產(chǎn)廠家所編寫(xiě)并固化在PLC設(shè)備中。后者是針對(duì)具體控制過(guò)程而編制的，它決定控制系統(tǒng)是否能滿足技術(shù)要求以及系統(tǒng)使用的難易程度。本控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件部分的核心內(nèi)容是定時(shí)器應(yīng)用控制。4.1傳送帶控制系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法編程根據(jù)在2.1節(jié)中對(duì)傳送帶控制系統(tǒng)的分析，系統(tǒng)中對(duì)傳送帶的控制是采用基本的啟保停電路模式，應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法來(lái)

7、編寫(xiě)程序，既能夠提高程序設(shè)計(jì)的效率，也能節(jié)省大量的設(shè)計(jì)時(shí)間。經(jīng)驗(yàn)法編程的編程步驟為：(1)在準(zhǔn)確了解控制要求后，合理地為控制系統(tǒng)中的事件分配輸入輸出口。選擇必要的機(jī)內(nèi)器件，如定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，輔助繼電器等，(2)對(duì)于一些控制要求較簡(jiǎn)單的輸出，可直接寫(xiě)出它們的工作條件，依啟保停電路模式完成相關(guān)的梯形圖支路。工作條件稍復(fù)雜的可借助輔助繼電器。(3)對(duì)于較復(fù)雜的控制要求，為了能用繪出各輸出口的梯形圖，要正確分析控制要求，并確定組成總的控制要求的關(guān)鍵點(diǎn)。在空間類邏輯為主的控制中關(guān)鍵點(diǎn)為影響控制狀態(tài)的點(diǎn)（如搶答器中主持人是否宣布開(kāi)始，答題是否到時(shí)等），在時(shí)間類邏輯為主控制中關(guān)鍵點(diǎn)為影響控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間（如

8、三電機(jī)順序啟動(dòng)控制）。(4)用程序?qū)㈥P(guān)鍵點(diǎn)表達(dá)出來(lái)。關(guān)鍵點(diǎn)總要用機(jī)內(nèi)器件來(lái)代表的，在安排機(jī)內(nèi)器件時(shí)要考慮并安排好。繪關(guān)鍵點(diǎn)的梯形圖時(shí)，可以使用常見(jiàn)的基本環(huán)節(jié)，如定時(shí)器計(jì)時(shí)環(huán)節(jié)，振蕩環(huán)節(jié)，分頻環(huán)節(jié)等。(5)在完成關(guān)鍵點(diǎn)梯形圖的基礎(chǔ)上，針對(duì)系統(tǒng)最終的輸出進(jìn)行梯形圖的編繪。使用關(guān)鍵點(diǎn)器件綜合出最終輸出的控制要求。(6)審查以上草繪圖紙，在此基礎(chǔ)上，補(bǔ)充遺漏的功能，更正錯(cuò)誤，進(jìn)行最后的完善。4.2 傳送帶控制程序?qū)崿F(xiàn)PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)控制要求編制好并存與用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指

9、令開(kāi)始逐條按順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。它的一個(gè)掃描周期必須經(jīng)輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。傳送帶系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)主要由接通延時(shí)定時(shí)器（TON）指令、置位與復(fù)位指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.2.1 啟動(dòng)處理 根據(jù)控制系統(tǒng)要求，按下啟動(dòng)按鈕I0.0，傳送帶KM4（Q0.4）為“ON”，分別經(jīng)過(guò)三次5秒延時(shí)依次啟動(dòng)傳送帶KM3（Q0.3）、KM2（Q0.2）和KM1（Q0.1）。具體這樣實(shí)現(xiàn)：通過(guò)“啟動(dòng)-保持-停止”電路，使用標(biāo)志位M1.0記錄并保持I0.0的啟動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將Q0.4位置1（

10、即傳送帶KM4為“ON”）。傳送帶KM4運(yùn)行后，經(jīng)接通延時(shí)定時(shí)器T37的5秒延時(shí)后，將傳送帶KM3（Q0.3）置1并用標(biāo)志位M2.0記錄并保持KM3。同理，經(jīng)T38、T39延時(shí)后將KM2（Q0.2）和KM1（Q0.1）置1，同時(shí)利用M3.0記錄并保持傳送帶KM2的運(yùn)行狀態(tài)。其具體程序如圖4示： 圖4 傳送帶啟動(dòng)梯形圖程序4.2.2 停止處理根據(jù)控制系統(tǒng)要求，按下停止按鈕I0.5，傳送帶KM1（Q0.1）為“OFF”，分別經(jīng)過(guò)三次連續(xù)5秒延時(shí)依次停止傳送帶KM2（Q0.2）、KM3（Q0.3）和KM4（Q0.4）。具體實(shí)現(xiàn)如下所述：通過(guò)“啟動(dòng)-保持-停止”電路，使用標(biāo)志位M4.0記錄并保持I0.

11、5的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將Q0.1位復(fù)位（即傳送帶KM1為“OFF”）。傳送帶KM1停止后，經(jīng)接通延時(shí)定時(shí)器T40的5秒延時(shí)后，將傳送帶KM2（Q0.2）復(fù)位并用標(biāo)志位M5.0記錄并保持KM2。同理，經(jīng)T41、T42延時(shí)后將KM3（Q0.3）和KM4（Q0.4）復(fù)位，同時(shí)利用M6.0記錄并保持傳送帶KM3的運(yùn)行狀態(tài)。其具體程序如圖5示：圖5 傳送帶停止梯形圖程序4.2.3 故障處理根據(jù)控制系統(tǒng)要求，按下故障按鈕A、B、C或D，與之對(duì)應(yīng)的傳送帶及其上面的傳送帶立即停止為“OFF”，利用定時(shí)器分別經(jīng)過(guò)連續(xù)幾次5秒延時(shí)依次停止該傳送帶以后的各個(gè)傳送帶。 如果按下故障按鈕B，傳送帶KM1（Q0.1）和KM2

12、(Q0.2)立即同時(shí)為“OFF”，分別經(jīng)過(guò)兩次5秒延時(shí)依次停止傳送帶KM3（Q0.3）和KM4（Q0.4）。具體這樣實(shí)現(xiàn)：通過(guò)“啟動(dòng)-保持-停止”電路，使用標(biāo)志位M10.0記錄并保持I0.2的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將Q0.1和Q0.2位復(fù)位（即傳送帶KM1和KM2為“OFF”）。傳送帶KM1，KM2停止后，經(jīng)接通延時(shí)定時(shí)器T46的5秒延時(shí)后，將傳送帶KM3（Q0.3）復(fù)位并用標(biāo)志位M11.0記錄并保持KM3。同理，經(jīng)T47延時(shí)后將KM4（Q0.4）復(fù)位。其具體程序如圖6所示： 圖6 傳送帶B故障（KM2）處理梯形圖程序5 實(shí)驗(yàn)5.1 軟件調(diào)試步驟和方法 打開(kāi)STEP-7 Micro/WIN32，建立新

13、的文件，進(jìn)入程序編輯窗口。根據(jù)控制要求編寫(xiě)出程序。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行連線，具體按照3.1硬件連接說(shuō)明連線。對(duì)程序進(jìn)行編譯及改錯(cuò)后，將程序下載至PLC中。把PLC運(yùn)行模式選擇開(kāi)關(guān)置于“TERM”模式上。 利用程序控制PLC程序運(yùn)行，并將“調(diào)試”菜單下的“程序狀態(tài)”打開(kāi)，進(jìn)行程序的調(diào)試和監(jiān)控。圖7中藍(lán)色的方塊表示的是能流為“ON”，即定時(shí)器T38為“ON”，輸出繼電器Q0.2被置位，狀態(tài)為“ON”，內(nèi)部標(biāo)志位M3.0為“ON”，驅(qū)動(dòng)定時(shí)器T39工作，邊框變綠。T39左邊的數(shù)字表示定時(shí)器的當(dāng)前值，PT前面的值表示定時(shí)器的設(shè)定值，當(dāng)當(dāng)前值大于等于設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器T39狀態(tài)為“ON”，開(kāi)始工作。圖7程序調(diào)試

14、圖5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)傳送帶的控制，傳送帶的運(yùn)行方式受開(kāi)關(guān)總體控制，按一下啟動(dòng)按鈕，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶系統(tǒng)開(kāi)始工作：最末條傳送帶M4開(kāi)始工作，經(jīng)過(guò)5s延時(shí)，再依次啟動(dòng)M3、M2、M1。 當(dāng)某條皮帶機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該皮帶機(jī)及其前面的皮帶機(jī)立即停止，而該皮帶機(jī)以后的皮帶機(jī)待運(yùn)完后才停止。例如B故障，M1、M2立即停，經(jīng)過(guò)5秒延時(shí)后，M3停，再過(guò)5秒，M4停。按下停止按鈕，M1先停，待料運(yùn)完后再依次停止M2、M3、M4。其輸出波形圖如下圖所示：圖6 正常啟動(dòng)和停止 圖7故障B處理結(jié)果6 心得體會(huì)本文設(shè)計(jì)選用西門(mén)子微型可編程控制器CPU224作為控制系統(tǒng)的核心控制器，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的硬件。應(yīng)用狀態(tài)法編程思想將交通燈控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)狀態(tài)流程圖，使用順控繼電器指令(S)將狀態(tài)流程圖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)PLC順控梯形圖程序，程序易于調(diào)試，修改和維護(hù)也很方便。整個(gè)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要控制功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有可靠性高的特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了驗(yàn)證和調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行良好，滿足了設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)1 張萬(wàn)忠 劉明芹編.電器與PLC控制技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社 2006.1.2 賀哲榮 石帥軍編.流行PLC實(shí)用程序集設(shè)計(jì). 西安電子科技大學(xué)出版社2006.3.3 鄧則名等.電器與可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.4