毕业设计基于 PLC 的传送带控制系统设计.doc
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1、 河 南 工 业 职 业 技 术 学 院HENAN Polytechnic Institute毕业设计(论文) 题 目 基于PLC的传送带控制系统设计 班 级 机电一体化1007 姓 名 欧阳裕洋 指导教师 李永飚 目 录摘 要- 4 -第一章 前言- 5 -1.1 传送带控制系统的背景- 5 -1.2 课程设计的目的- 5 -第二章 概述- 7 -2.1 PLC的起源- 7 -2.2 可编程控制器的介绍- 7 -2.3 PLC的基本结构- 8 -2.4 PLC的功能- 8 -2.5 PLC与单片机的区别- 9 -2.6 带式输送机应用的行业与国内的现状- 9 -第三章 传送带控制系统的硬件设
2、计- 11 -3.1系统控制分析- 11 -3.2 四节传送带的模拟实验面板图- 12 -3.3 PLC的选型- 12 -3.4 电动机接线图- 13 -3.5控制系统构成- 13 -第四章 传送带控制系统的软件设计- 15 -4.1系统程序设计- 15 -4.2 程序中所使用的元件及功能见表- 15 -4.3顺序功能图- 15 -4.4控制系统的I/O信号的名称及地址分配表- 17 -4.5 PLC I/O点对应的外部电路代号- 17 -4.6控制系统梯形图程序及程序及程序注释- 18 -4.7 PLC程序梯形图及用户定义符号表- 19 -4.8 PLC程序语句表:- 27 -第五章 传送带
3、调试及故障与维护- 31 -5.1传送带的调试- 31 -5.2传送带的常见故障及维护- 31 -5.2.1传送带跑偏故障原因及解决方法- 32 -5.2.2传送带撒料的处理- 33 -结论- 35 -参考文献- 36 -致谢- 37 - 摘 要 PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电器控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC程序的编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程编制形象、直观、方便易学;调试与
4、查错也都很方便。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己减少到数百甚至数千分之一,故障也就 大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报 信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中 除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。本系统是对四节传送带控制的系统,该设备适用于流水线生产等,也可以把生产出的货物进行传送到特定的地方。 此系统还能够实现四节传送带的倒序启动和顺序停止以及故障、重物处理等功能。 本文中还介绍了基于PLC与单片机的 区别使我们能更加的清楚认识PLC,对我们熟
5、悉PLC控制系统的结构和工作原理以及学习梯形图的编写都有很大的帮助。 关键词:可编程控制器PLC, 四节传送带 , 启动和停止,故障和重物处理 第一章 前言1.1 传送带控制系统的背景 传送带的发展起源于17世纪美国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。此后,传送带又受到机械制造、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。传送带控制系统的意义:传统的输送带控制系统,都是采用接触继电器控制系统。而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰
6、能力差,易因接触不良而造成故障,而且功能扩展性差,特别是在采矿业中,现场操作环境恶劣,直接影响人体的健康和企业的正常作业。PLC因具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点而越来越受到企业的青睐,传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。随着PLC技术的发展,PLC的功能增强、速度加快、体积减少、成本下降、可靠性提高,使控制技术产生了质的飞跃。PLC的应用也推动了现代控制技术的发展,使控制规模扩大,控制水平增强,控制效率提高,为工业自动化提供了有力的工具,加速了机电一体化的实现,PL C以微处理器为核心,它综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术,用面向控制对
7、象、面向控制过程的“自然语言”编程,是一种简单易懂、操作方便、适应工业环境、可靠性高的新一代通用工业控制装置。 目前可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落,已成为企业提高装备技术水平的重要标志。PLC联网、通讯能力很强,它可与个人计算机相连接进行通讯,从而实现对工业现场的监控,真正实现了脱离现场的自动化控制。因为传输带控制系统可以衍生运用到各种运动的自动化控制系统,所以研究最基本的传输带控制系统有很重要的现实意义。1.2 课程设计的目的PLC课程设计是机电一体化专业的重要的实践性教学环节。本课程设计的目的是使学生掌握西门子S7-200系列PLC的结构、工作原理、指
8、令系统;并能利用指令进行程序设计,初步掌握利用PLC进行控制系统设计、开发的方法。通过实验操作,进一步巩固和加深对所学理论知识的理解,不仅可以培养学生设计、制作PLC控制系统的能力和独立分析问题、解决问题的能力,还可以培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册以及编写技术报告的能力,理论知识应用于实践的能力。为今后工作打下坚实的基础。第二章 概述2.1 PLC的起源PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自1836年继电器问世,人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接,构成用途各异的逻辑或顺序控制。上世纪60年代末,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适合复杂的控制任务。随着微电
9、子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现,以及流程加工行业(如汽车制造业)对生产流程迅速、频繁变更的需求,PLC技术出现并快速发展。目前,PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃,具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。2.2 可编程控制器的介绍PLC英文全称Programmable Logic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用
10、户的指令,并通过数字或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器,在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置,是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展,可编程控制器更多地具有了计算机的功能,不仅能实现逻辑控制,还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程,而且具有
11、体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰熊力强等特点,己广泛应用于工业控制的各个领域,大大推进了机电一体化的进程。可编程控制器(PLC),是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具有可靠性高,功能齐全,使用灵活方便等优点。1987年国际电工委员会颁布的可编程控制器标准草案中对PLC做了如下的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计,它采用可编程控制器的存储器,用来在其内部储存程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术运算等面向用户的指令,并通过数字和模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备
12、,都按照易于与工业控制系统连成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。”2.3 PLC的基本结构 S7-200 PLC的系统构成主要包括基本单元、扩展单元、相关设备和工业软件等部分。 a)基本单元即CPU模块,S7-200系列PLC可提供5种CPU供选择使用,CPU模块包括CPU、存储器、基本输入/输入点和电源等,是PLC的主要部分。S7-200系列PLC中可提供5种不同的CPU模块供选择使用,其输入输出点数的分配见下表:S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200 CPU22164无模拟量输入/输出映像区,不可扩展S7-200 CPU222862个扩
13、展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点S7-200 CPU22414107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200 CPU224XP24167个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200 CPU22624162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点 b)扩展单元 S7-200 PLC主要有2-7种扩展单元,用于扩展I/O点数和完成某些特殊功能的控制。主要包括数字量I/O模块、模拟量I/O模块、通信模块、特殊功能模块等几类。 c)相关设备主要包括编程设备、网络设备、人机操作界面等。 d)工业软件 为实现系统控制功能而开发的
14、相关配套程序。2.4 PLC的功能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大多有RS232或RS485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。6、支持人间界面功能。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
15、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。2.5 PLC与单片机的区别1PLC是建立在单片机之上的产品,单片机是一种集成电路,两者不具有可比性。 2单片机可以构成各种各样的应用系统,从微型、小型到中型、大型都可,PLC是单片机应用系统的一个特例。3不同厂家的PLC有相同的工作原理,类似的功能和指标,有一定的互换性,质量有保证,编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海,各显神通,功能干差万别,质量参差不齐,学习、使用和维护都很困难。 4对单项工程或重复数极少的项目,采用PLC方案是明智、快捷
16、的途径,成功率高,可靠性好,手尾少,但成本较高。 5对于量大的配套项目,采用单片机系统具有成本低、效益高的优点,但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能,这样可大大简化单片机系统的研制时间,性能得到保障,效益也就有保证。2.6 带式输送机应用的行业与国内的现状我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间,通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施,带式输送机的技术水平有了很大提高,煤矿井步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白,并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行
17、了理论下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进研究和产品开发,研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置,驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。主要用于:冶金、电力、煤炭、化工、建材、码头、粮食等。 第三章 传送带控制系统的硬件设计 3.1系统控制分析有一个用四条皮带运输机的传送系统,分别用四台电动机带动,当系统“起动”时,M1带式机运行,运行10s后,M2带式机起动,运行10s后,M3带式机起动,M3带式机运行10s后,M4带式机起动。此时整个系统投入到正常运行中。系统“停止”时运动的过程则比较复杂:(1) 在正常运行的情况下“停止
18、”,则停止顺序为:M4带式机首先停止运行,停止10s后,M3带式机停止运行,停止10s后,M2带式机停机运行,M2带式机停止10s后,M1带式机停止运行,此时整个系统全部停止运行。(2) 当系统由于故障而停止时,根据故障点的不同,停止的过程也不尽相同。 在整个系统运行过程中,可能会发生各种故障 1)如果M4带式机出现故障时,必须等故障发生10s后,M3带式机方可停止运行,为的是把M3带式机上的物料送走,M3带式机停止运行10s后,M2带式机停止运行,M2带式机停止运行10s后,M1带式机停止运行,此时整个系统全部停止运行。 2)如果M3带式机出现故障时,M4带式机必须马上停止运行,M2带式机需
19、要等到故障发生10s后,停止运行,M1带式机等到M2带式机停止10s后停止运行。即整个系统停止运行。 3)如果M2带式机出现故障时,M4、M3带式机必须马上停止运行,M1带式机需等故障发生10s后,停止运行。此时整个系统停止运行。 4)如果M1带式机出现故障时,则M4、M3、M2带式机必须马上停止运行,此时整个系统停止运行。(3)如果在系统起动的过程中,需要停车,其停车顺序与故障状态下停车类似: 1)如果M1带式机起动10s后,而M2带式机还未起动,则M1带式机马上停机运行。 2)如果M2带式机起动10s后,而M3带式机还未起动,则M2带式机必须马上停止运行,10s后M1带式机也停止运行。 3
20、)如果M3带式机起动10s后,而M4带式机还未起动,则M3带式机必须马上停止运行,10s后M2带式机停止运行,M2带式机停止运行10s后,10s后M1带式机也停止运行。总的来说,系统中各条带式机起动顺序是逆着物流方向,而停止顺序与物流方向一致。虽然各部(阶段)起动的条件不是上一步的停止,但各部总的输出状态是不同的,我们也是可以用步序控制的方法进行控制。3.2 四节传送带的模拟实验面板图 四节传送带的模拟实验面板图 第一、二、三、四级传送带,分别由四台电机M1、M2、M3、M4带动。3.3 PLC的选型 PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力能方
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