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1、.32 / 34.目 录第1章 引言1第2章 系统总体方案22.1系统控制要求22.2确定设计方案3第3章控制系统硬件设计43.1 PLC选型与扩展43.2电机与驱动控制7 3.2.1 电机的选择73.2.2 变频器的选择73.3检测元件选型83.3.1传感器量程的选择83.3.2 传感器精度的选择93.3.3 传感器环境适应性的选择93.4低压电器选型103.4.1 电磁式继电器的选择103.4.2 熔断器的选择10 3.4.3 塑壳式断路器的选用113.5电源设计133.6人机接口设计13第4章控制系统软件设计144.1控制程序流程图144.2控制程序设计144.3显示操作界面设计154.
2、4程序调试21结束语23参考文献24附录25实习心得32第1章 引 言自改革开放以来，我国的工业化以非常快的速度发展着，工业自动化的趋势也是越来越明显，并逐渐取代原来的大量人工劳动力的生产方式，而在高自动化的流水线上机械手传送带工作单元可以说是一种最广泛的控制技术。现在，随着各种先进精确的诸多控制仪器的出现，机械工业手传送带工作单元的设计方案也越来越先进越来越趋于完美。随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高实现工件的拆卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已越来越引起人们的重视，同时也要求供料更加灵活、柔性化。对机械手的的控制系统提出了更高要求，原来
3、的继电器控制方式已经逐渐不能满足生产的需要。可编程控制器PLC控制性更强、应变更灵活，已经逐渐取代继电器控制系统成为新的控制方式。可编程控制器（简称PLC）由于其将系统的继电器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以与其可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强，以与编程简单，维护方便，通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和自动控制中。PLC不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制功能。设置性能完善质量可靠、技术先进的可编程控制器PLC控制皮带运输系统，可以实现高自动化的传送带机的集中控制与保护。而对于基于PLC的传送带的研究和设计正是目前工业生产中所需要的。第2章 系统总体设计2
4、.1系统控制要求本设计是基于PLC的四节传送带的控制系统设计。要求是：起动后，先起动最末的皮带机，10s后再依次起动其它的皮带机；停止时，先停止最初的皮带机，10s后再依次停止其它的皮带机；当某条皮带机发生故障且传送带上无重物时，该机与前面的应立即停止，以后的每隔5s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5s后停止，再5s后接下去的一台停止，依此类推。示意图如图1.1：图2.1 传送带示意图通过传送带的连锁起动、连锁停止以与自检测故障急停、报警等功能，实现了工业生产线的自动化。2.2 确定设计方案为了实现闭环控制，本设计采用变频器MM440驱动传送带电机，外设称
5、重传感器检测外部信号，若有故障产生，外部传感器能与时反馈实际信息，从而使PLC与时对其做出相应的控制动作。为了方便维修，与时查出故障所在，本设计特采用信号灯和报警电铃等装置。以下是系统的总体框图：图2.2 系统总体框图工作信号指示灯与报警电铃安装在PLC输出端子，故障报警指示灯安装在变频器MM440开关量输出端NO、COM端，压力传感器连接PLC模拟量输入模块作为信号采集。第3章 控制系统硬件设计3.1 PLC选型与扩展随着PLC技术的发展，PLC产品种类也越来越多，而且功能也日趋完善。不同种类之间的功能设置有着很大的差异，其结构形式、性能、容量、指令系统、价格也不尽相同，适合的场合也个有侧重
6、。这既给PLC机型的选择提供了十分广阔的空间，同时也带来了一定的合理选用难度。PLC型号选择的基本原则应是在功能满足要求的前提下，追求好的性价比。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统技术经济指标有着重要意义。选择PLC主要从以下两方面考虑：一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC与外设。对于第一个问题，首先要对控制任务进行详细分析，找出所有I/O点，包括开关量I/O和模拟量I/O以与这些I/O点的性质，包括它们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以与输出是继电器型还是晶体管型。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有直流2
7、4V的指示灯，则最后选用PLC的输出点数有可能大于实际点数。因为PLC输出点一般几个一组共用一个公共端，这一组输出只能用相同种类和等级的电源。所以一旦它们是供交流220V负载使用，则直流24V只能用其他组的输出端了，有可能造成了输出点的浪费，增加了成本。对于第二个问题要根据PLC的功能以与工程技术人员的个人喜好。从功能方面上讲，所有的PLC都具有常规功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。这就要求用户对市场上流行的PLC品牌有个详细的了解，以便做出正确的选择。根据本设计的控制要求，具体的I/O地址分配如表3.1： 输入输出连锁起动I0.01#电机起动Q0.0连锁停
8、止I0.12#电机起动Q0.1故障A信号输入I0.23#电机起动Q0.2故障B信号输入I0.34#电机起动Q0.3故障C信号输入I0.41#电机工作指示灯Q0.4故障D信号输入I0.52#电机工作指示灯Q0.51#传感器信号采集AIW03#电机工作指示灯Q0.62#传感器信号采集AIW24#电机工作指示灯Q0.73#传感器信号采集AIW4报警电铃Q1.04#传感器信号采集AIW6表3.1 系统I/O地址分配表 根据I/O地址分配（6输入，9输出且输出选用继电器型输出），选用西门子S7200系列PLC，考虑到PLC还要外接一个4路模拟量输入模块和2个2路模拟量输出模块，所以选用的PLC必须能够扩
9、展2个以上模块。根据以上要求选用CPU224，型号为6ES7 214-1BD21-0XB0，模拟输入扩展模块选用EM231，其型号为6ES7 231-0HC22-0XA8，模拟输出扩展模块选用2个EM232，其型号为6ES7 232-0HB22-0XA8。其具体接线如下图所示：图3.1 PLC主机与扩展模块图3.2 电机与驱动控制3.2.1电机选择选择电机应考虑以下因素：1、为电机提供电源的种类，如单相、三相、直流电等2、电机的工作环境，电机工作场所是否有特殊性，如潮湿、高温、化学腐蚀、粉尘等3、电机的工作方式，是连续工作还是短时工作或是其它工作方式4、电机的安装方式，如立式安装、卧式安装等等
10、5、电机的功率与转速等，功率与转速应满足负载的要求6、其它困素，如是否需要变速、有无特殊控制要求、负载的种类等由于本设计是带动传送带电机，所以选择三相异步笼型电动机即可，功率选择7.5Kw，额定电流15A，额定转速2900r/min，效率86.2%，功率因数0.88.3.2.2变频器选择MM440变频器的控制电路由CPU、模拟量输入/输出、数字输入/输出、操作面板等部分组成。该变频器共有20多个控制端子，分为4类：输入信号端子、频率模拟设定输入端子、监视信号输出端子和通信端子。MM440变频器可以通过6个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制.可通过基本操作板,按频率调节按
11、键可增加和减少输出频率,从而设置正反向转速的大小。也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。其型号种类繁多，额定功率从120W到200Kw（恒定转矩CT控制方式），或者可达250Kw（可变转矩VT控制方式），供用户选择。本变频器由微处理器控制，并采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极型（IGBT）晶体管作为功率输出器件，因此它们具有很高的运行可靠性和功能多样性。采用脉冲频率可选的专用脉宽调制技术，可使电动机低噪声运行。全面而完善的保护功能为变频器和电机提供了良好的保护。本设计采用变频器型号为：6SE6440-2UC27-5DA1，额定输出功率12.3KVA，输入电流34A,输出电流28A。具体接线
12、如图1.4： 图3.2 电机主线路图3.3检测元件选型传感器的选型应根据应用情况入手，从传感器支撑点的数量、量程、精度等级、环境适应性等几个方面进行选择。 3.3.1传感器量程的选择根据经验，一般应使传感器工作在其30%-70%量程围，但对于一些在使用过程中存在较大冲击力的衡器，如动态轨道衡、动态汽车衡、钢材秤等，在选用传感器时，一般要扩大其量程，使传感器工作在其量程的20%-40%围，使传感器的称量储备量增大，以保证传感器的使用安全和寿命，避免超载。按照使用量程60%-70%的建议，假设传感器个数为N，单只传感器量程为m，料仓自重加上满料重量的总重为，则在已知M和N的情况下，按如公式（3-1
13、）计算m：M/（0.7N）mM/（0.6N） （3-1）确定此围后，在传感器规格里面选择满足此规格的传感器即可。3.3.2传感器精度等级的选择对传感器的等级必须满足下列两个条件：1.要满足仪表输入的要求。称重显示仪表是对传感器的输出信号经过放大A/D转换等处理之后显示称量结果的。因此，传感器的输出信号必须大于或等于仪表要求的输入灵敏度值，即将传感器的输出灵敏度带入传感器和仪表的匹配公式（3-2）：B（传感器输出灵敏度）E（激励电源电压）D（显示分度值）/A（传感器最大量程）N（传感器个数）仪表输入灵敏度 （3-2）计算结果要求大于或等于仪表要求的输入灵敏度。2. 要满足整台电子秤准确度的要求。
14、一台电子秤主要是由秤体、传感器、仪表三部分组成，在对传感器准确度选择的时候，应使传感器的准确度略高于理论计算值，因为理论往往受到客观条件的限制，如秤体的强度差一点,仪表的性能不是很好，秤的工作环境比较恶劣等因素都直接影响到秤的准确度要求，因此从各方面提高要求，又考虑经济效益，确保达到目的。3.3.3传感器环境适应性选择用于称重系统中的传感器，一般都要长期工作在各种复杂的环境中，经受温度、湿度、粉尘、腐蚀等的考验，故事先必须对传感器密封型式做出较合理的选择。应考虑以下几点：1. 注意工作温度围对于高温环境下工作的传感器采用耐高温传感器；另外，苛刻的场合还须加有隔热、水冷或风冷等装置。2. 选择适
15、当的密封型式粉尘、湿度对传感器造成较大影响。应选择适当密封类型的传感器，并且在安装时注意避免粉尘、湿热对传感器的影响。3. 选择适当的材质在酸、碱等腐蚀性较高的环境下，应选择抗腐蚀性能好的不锈钢材质且密封性好的传感器。4. 选择防爆型在易燃、易爆环境下工作的传感器对防爆性能提出了更高的要求，故必须选用防爆型传感器，注意电缆线引出头的防水、防潮、防爆性等。根据本设计要求与其工作环境，选择正常环境下的传感器即可，故选用LC5300单点传感器，其额定负载选择50Kg，量程选择0-10V，工作温度是-10+80，材质是铝合金。3.4低压电器选型3.4.1电磁式继电器的选择1）使用类别的选用 继电器的典
16、型用途是控制交、直流电磁铁，如用于控制交、直流接触器的线圈等，按GB245585规定，继电器使用类别为：AC-11控制交流电磁铁DC-11控制直流电磁铁由于使用类别决定了继电器所控制的负载性质与通断条件，因此这是选用继电器的主要依据。2）额定工作电压、额定工作电流的选用 继电器在相应使用类别下触头的额定工作电压UN和额定工作电流IQ，表征了该继电器触头所能切换电路的能力。选用时，继电器的最高工作电压可为该继电器的额定绝缘电压，继电器的最高工作电流一般应小于该继电器的额定发热电流。 选用电压线圈的电流种类和额定电压值时，应注意与系统要求一致。3）工作制的选用 继电器一般适用于8小时工作制(间断长
17、期工作制)、反复短时工作制和短时工作制，工作制不同对继电器的过载能力要求也不同。当交流电压(或中间)继电器用于反复短时工作制时，由于吸合时有较大的起动电流，因此它的负担反比长期工作制时为重，选用时应充分考虑这一点，使用中实际操作频率应低于额定操作频率。4）返回系数的调节 对于电压和电流继电器，应根据控制要求，进行继电器返回系数的调节。在实际工作中，通常采用增加衔铁吸合后的气隙、减小衔铁打开后的气隙以与适当放松释放弹簧等措施来达到增大返回系数的目的。3.4.2熔断器的选择 熔断器选择包括熔断器类型选择和熔体额定电流确定两项容。1）熔断器类型的选择熔断器类型应根据负载的保护特性和短路电流大小来选择
18、。对于保护照明和电动机的熔断器，一般只考虑它们的过载保护，这时，熔体的熔化系数适当小些。对于大容量的照明线路和电动机，除过载保护外，还应考虑短路时分断短路电流的能力来选择。当短路电流较大时，还应采用具有高分断能力的熔断器甚至选用具有限流作用的熔断器。此外，还应根据熔断器所接电路的电压来决定熔断器的额定电压。2）熔体与熔断器额定电流的确定熔体额定电流大小与负载大小、负载性质有关。对于负载平稳、无冲击电流，如一般照明电路、电热电路可按负载电流大小来确定熔体的额定电流。对于有冲击电流的电动机负载，为达到短路保护目的，又保证电动机正常起动，对笼型感应电动机其熔断器熔体的额定电流为：单台电动机INP=（
19、1.5 2.5）INM （3-3）式中，INP为熔体额定电流（A）；INM为电动机额定电流（A）。多台电动机共用一个熔断器保护INP =（1.5 2.5）INMmax + INM （3-4）式中，INMmax为容量最大一台电动机的额定电流（A）；INM为其余各台电动机额定电流之和（A）。在式（3-3）与式（3-4）中，对于轻载起动与起动时间较短时，式中系数取1.5；重载起动与起动时间较长时，式中系数取2.5。熔断器的额定电流大于或等于熔体额定电流。3)校核熔断器的保护特性对上述选定的熔断器类型与熔体额定电流，还须校核该熔断器的保护特性曲线是否与保护对象的过载特性有良好的配合，使在整个围获得可靠
20、的保护。同时，熔断器的极限分断能力应大于或等于所保护电路可能出现的短路电流值，这样才能得到可靠的短路保护。4)熔断器上、下级的配合为满足选择性保护的要求，应注意熔断器上下级之间的配合。一般要求上一级熔断器的熔断时间至少是下一级的3倍，不然将会发生超级动作，扩大停电围。为此，当上下级选用同一型号的熔断器时，其电流等级以相差2级为宜；若上下级所用的熔断器型号不同，则应根据保护特性上给出的熔断时间来选取。3.4.3塑壳式断路器的选用 塑壳式断路器常用来作电动机的过载与短路保护，其选择原则是： 1)断路器额定工作电压等于或大于线路额定电压。 2)断路器额定电流等于或大于线路计算负荷电流。 3)断路器通
21、断能力等于或大于线路中可能出现的最大短路电流，一般按有效值计算。 4)断路器欠压脱扣器额定电压等于线路额定电压。 5)断路器分励脱扣器额定电压等于控制电源电压。 6)长延时电流整定值等于电动机额定电流。 7)瞬时整定电流：对保护笼型感应电动机的断路器，其瞬时整定电流为(815)倍电动机额定电流；对于保护绕线型电动机的断路器，其瞬时整定电流为(36)倍电动机额定电流。8)6倍长延时电流整定值的可返回时间等于或大于电动机实际起动时间。按起动时负载的轻重，可选用可返回时间为1、3、5、8、15s中的某一档。本设计所用到的低压电器如表1.2所示，其中指示灯分成2组，4个绿色正常工作状态指示灯，4个红色
22、报警指示灯。表3.2 元件明细表文字符号元件型号数量MA1MA4电机Y132S2-24SF1SF2按钮LAY22QA1QA4断路器3VE14KF1KF8中间继电器DZM-618PB1电铃YLB-24Z1PG1PG8指示灯AD118FA熔断器RL1B804称重传感器LC530043.5 电源选型本设计中PLC选的是继电器输出型，输出端为交流信号，电压大小为0-220V，输入端是直流信号，电压大小为0-24V。可编程控制器一般使用市电（220V50Hz），电网的冲击，频率的波动都会对PLC的准确度和可靠性造成影响，因此作为控制生产线传输系统的PLC应有独立稳定的安全电源，还应设计一个独立开关，能够
23、同时切断CPU、输入电路和输出电路的所有供电。如果使用开关电源为PLC提供直流24V电源，应对开关电源供电的交流电源采用隔离变压器与电源隔离。3.6人机接口设计人机界面（又称用户界面或使用者界面）是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介， 它实现信息的部形式与人类可以接受形式之间的转换。凡参与人机信息交流的领域都存在 着人机界面。 人机界面产品由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括处理器、显示单元、输入单元、通讯接口、数据存储单元等，其中处理器的性能决定了HMI 产品的性能高低，是HMI的核心单元。根据HMI的产品等级不同，处理器可分别选用8位、16位、32位的处理器。HMI软件一般分为两部分，
24、即运行于 HMI硬件中的系统软件和运行于PC机Windows操作系统下的画面组态软件（如HMI画面组态软件）。使用者都必须先使用HMI的画面组态软件制作“工程文件”，再通过PC机和HMI 产品的串行通讯口，把编制好的“工程文件”下载到HMI的处理器中运行。本设计采用TD200，其人机接口界面如图1.5所示。图3.3 人机接口图第4章 控制系统软件设计4.1 控制程序流程本设计的具体控制流程如图1.6：图4.1 系统控制程序流程图4.2 控制程序设计程序设计的总体思路是：先将皮带传送系统的正常的连锁起动和连锁停止用S7200编程软件设计出来，在其基础上添加故障处理控制，由于都是定时控制，因此用到
25、许多PLC部时间继电器，同时为了程序能够简介美观，也用到很多PLC部软元件作为中间过渡。其具体软元件使用情况与其功能如下表所示：表4.1 部软元件表器件地址功能SM0.0该位始终为ONM0.0连锁停止信号M3.01#故障重物信息采集M3.12#故障重物信息采集M3.23#故障重物信息采集M3.34#故障重物信息采集VD01#皮带重物重量值VD42#皮带重物重量值VD83#皮带重物重量值VD124#皮带重物重量值4.3显示操作界面设计西门子的HMI种类很多，文本显示器是其中的一种，它是专门为S7-200PLC而设计的。TD200使用液晶（有背光LED）能显示2行，每行20个字符或10个汉字，有4
26、个可编程的功能键，最多可以处理80个报警信息、64个过程画面、864个变量。TD200C的最大特点是可以由用户定义键盘布局，按键的数量、大小、位置均可改变。除此之外它还增加了符号嵌入、直接对PLC存储单元的数据进行编辑、改变PLC的操作模式等功能。TD400C是新一代文本显示器，能够支持所有TD200功能。创新的定制化解决方案，用户可自定义面板背景颜色，图标与按键功能有15个按键，用户可自定义功能。以下是TD200设置步骤：1. 单击菜单栏“工具”，选择文本显示向导，如图4.2：图4.2 文本显示向导2. 单击“下一步”出现图4.3对话框：图4.33. 选择“TD200 3.0版”单击下一步，
27、如图4.4图4.44. 单击“下一步”，出现图4.5：图4.55. 语言中选择“中文”，单击“下一步”，如图4.6：图4.66. 单击“下一步”，TD配置完成，如图4.7图4.77. 单击“下一步”，进行用户自定义设置，如图4.8图4.88.单击用户菜单进行用户设置，单击右侧的编辑屏幕可进行定义屏幕，如图4.9、图4.10图4.9 图4.109. 单击“确认”，完成用户菜单编辑，继续单击“下一步”，最后单击“完成”按钮，出现图4.11，单击“是”，完成TD200所有配置。图4.114.4 程序调试打开S7200程序仿真软件，先将在编程软件里编好的程序“导出”保存后，再将程序“装载”到仿真软件中
28、。单击菜单栏中的“配置”选项，选择“PLC型号”设置相应的模块，最后显示如图4.12：图4.12单击“”程序开始运行，开始进行程序调试：1. 按下I0.0，开始连锁起动，Q0.3和Q0.7同时先亮，表示电动机M4起动，相应的指示灯Q0.7亮，依次相隔10s，电机连锁起动。如图4.13：图4.132. 按下I0.1,电机从前往后依次停止，相隔10s，如:图4.14所示：图4.143. 重新起动后，按下I0.2，表示1#机器故障，此时Q1.0亮，报警电铃响，若此时AIW0为0.00，则Q0.0立即熄灭且相继隔5s依次熄灭；若此时AIW0大于0.00，则Q0.0运行5s后熄灭，其他输出点同样相隔5s
29、依次熄灭，实现了控制功能。同样的方法，当按下I0.3、I0.4、I0.5时，同样都实现了预期的功能。结 束 语通过本次PLC控制全自动传送带的系统设计,实现了传送带系统的自动运行、自动检测等功能,提高了传送带的性能与效率。在实际生产中,可应用于产品的流水加工和装箱的生产过程,提高了生产效率,防止了产品的堆积和人工的辅助加工。若在此基础上继续改进,可以实现对传送带全自动化以与调速控制,使其能应用到更广阔的领域中,从而提高生产效率，为企业和社会创造更多的价值。通过PLC程序的控制使得传送带装配的工作过程更加的稳定可靠，使得自动装配技术应用得到更好推广和发展。同时利用PLC程序的控制能够大大的节约人
30、员劳动力，从而使的装配运输行业向现代化迈进了一步。传送带输送机的多元化功能选择与其广泛的应用，已逐渐成为工农业生产不可缺少的设备。在实习过程当中，我们遇到了很多问题，但在老师的细心指导下，我们都得到了有效的解决。比如，在软件设计过程中出现过叫自己束手无策的难题，自己的程序检查了很多遍觉得没什么问题，但是一用到仿真调试，问题出现了：例如报警器输出端出现错误，在前几台调试中都没问题，最后一台故障时却没有输出。最后我们又仔细检查了程序，发现是程序敲写时的失误。在第一次用S7-200软件检查程序时也曾因梯形图不规，程序的繁琐头疼过，最后终究是解决了。参考文献1 钟肇新. 可编程控制器原理与应用.电子工
31、程师：计算机应用.:华南理工大学，2000.2徐世许. 可编程控制器原理. ：中国科学技术，2001.3 汤以. 电气与可编程序控制器技术J.：机械工业，2003.4廖常初. PLC编程与应用J. ：机械工业，2002.5 田瑞庭. 可编程控制器应用技术. ：机械工业，1994.6景学. 可编程控制器应用系统设计方法J. ：电子工业，1995.7 王永华. 现代电气控制与PLC应用技术M. ：航空航天大学，2008.8 胡学林. 可编程控制器教程（基础篇）.：电子工业，2004.9 王兆安. 电力电子设备设计和应用手册M ：机械工业 2002.10 建明. 电气控制与PLC应用. ：电子工业，
32、2006附录PLC源程序：实习心得两周的PLC课程设计实习使我学到了很多知识，在这之前的理论实习，自己学的马马虎虎，导致设计过程中遇到了许许多多的难题，本是件小题，自己总把他复杂化，当设计题目一发下来自己便蒙住了，四节传送带控制设计，开始浮想联翩，题目的用意还是在其他同学的指导下才弄懂，第一周的前两天自己试着编程序，弄得自己头昏脑胀，整整变了3天，结果检测后还无法编译，经过多次修改、调试，终于做了出来。原因是没有吧PLC的编程规则弄懂，虽然程序很多，但是，在S7-200软件中却显得杂乱无章，系统才提示“网络太复杂或无法编译”，后来经过自己一系列的修改，终于比较美观的程序梯形图出现了，最终通过了调试，可以说完成了第一步。接下来的难题是对变频器的使用以与编程，如何赋值、如何调速等等，这是才意识到自己原来什么都没学会，还好在老师的指导和同学的帮助下重重难关才一一度过。这次实习给自己最大的收获就是懂得了如何设计一个项目，这次我们是小组形式工作，自己深深感受到团队合作的重要性。一个人的思维往往是偏激的，有时候的问题自己看不到，但是几个人却不同，大家各抒己见，发表自己的看法，才能把隐藏在背后的问题发现出来，这样才算是成功的设计。最后特别感谢学校给我们的实习资源，使我们在毕业之前又有了一次实践的机会，多了一次实践的经验，对所学的专业有了更深的理解和体会，使我们对求职有了更明确的方向。