1、1信息科学与工程学院课程设计报告( 20102011 学年 第 二 学期 )题 目 多级运输皮带模拟控制 院（系、部） 控制系 课 程 名 称 电气控制技术综合课程设计专 业 自动化 年 级 2008 级 学 号 0815321011 姓 名 耿晓宇 指 导 老 师 郑义民 晏来成 2011 年 7 月 2 日2引言可编程控制器（PLC） ，是微机技术与继电器常规技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理为核心用作数字控制的专用计算机。可编程控制器是专为工业环境下应用而设计的工业计算机。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、模拟式的
2、输入与输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及有关设备，都遵循易于与工业控制系统形成统一的整体，易于扩充其功能的原则进行设计，因此，可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用性高、通用灵活、体积小、使用寿命长凳一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、化工、食品、造纸、等工业领域获得了广泛的应用。本实验通过对多级运输皮带模拟控制的设计，学习 PLC 在带式传送机控制系统中的应用，提高对 PLC 的深入学习程度与解决问题，分析问题的能力。同时巩固对 PLC 的学习与应用。3目 录一、设计任务4二、系统设计要求 52.1系统硬件配置及组成原理62.2 系统变量定义及分配表72.3 PLC原
3、理接线图82.4 系统可靠性设计8三、控制系统设计83.1控制系统程序流程设计93.2控制程序设计思路10 四、系统调试及结果分析114.1系统调试及解决的问题 124.2结果分析12结束语13参考文献13附录：程序41、设计任务多级运输皮带模拟控制 上 料 位 监 测SQ3下 料 位 监 测4进 料 阀YV1放 料 阀YV2料 罐M1皮 带 1M2皮 带 2M3皮 带 3M4皮 带 4小 车SQ12图 1 多级运输皮带系统示意图图 2 传送带电动机主电路图控制要求：1. 料罐进料、放料由电磁阀 YV1 和 YV2 控制，当料罐中的料位低于下料位监测点 SQ4 时，进料阀 YV1 动作，向料罐
4、中进料；当料位高于上料位监测点 SQ3 时，进料阀 YV1 关闭。52. 当装料小车到达装车点时，装车位开关 SQ1=1，此时黄灯亮，按下起动按钮 SB1，黄灯闪，2s 后，黄灯灭，同时皮带 4 起动。再经过 2s 后皮带 3 起动，再经过 2s 后皮带 2 起动，再经过 2s 后皮带 1 起动。再过 2s 后，放料阀 YV2 动作，进行放料。当小车装满后达到规定重量时，SQ2 动作，放料阀 YV2 关闭。之后每隔 2s 依次停皮带 1、皮带 2、皮带 3 和皮带 4。在皮带 14 全部停止的情况下，绿灯亮，表示可以开车，而在皮带 14运行时，红灯亮，表示不能开车。3. 按下停止按钮 SB2，
5、放料阀 YV2 关闭之后每隔 2s 依次停皮带 1、皮带 2、皮带 3 和皮带4。按下急停按钮 SB3，放料阀和皮带同时停止。4. 电路应设总的短路保护，每台电动机应设短路保护和过载保护。5. 当某台皮带机发生故障时，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 M2 故障，M1、M2 立即停，经过 2s 延时后，M3 停，再过2s，M4 停。6. 用指示灯显示各电磁阀、行程开关、按钮和皮带的运转状态。7. 用 4 个数码管显示从放料阀打开到关闭的时间，以秒为单位。当小车重新回到装车点时，显示清零。二、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理本设计使用三菱
6、 FX2N-64MR，LC-IV 型可编程控制器教学实验装置，四节传送带模拟控制，GX-developer 仿真软件来实现设计。FX2N-64MR 指标：FX2N-64MR-001 输入点 32，32 点晶体管输出 ，CPU 处理速度 :0.065 s/ ，基本指令 64K 步大容量内存实现了系列中最快的高速处理大幅增加软元件数量 :M:7680,S:40%,T:512,D:40768，高速计数器功能 : 单相 100kHz 6 点 10kHz 2 点，独立 3 轴定位 ( 脉冲输出 ) 功能，强化密码功能具备各种功能强大的扩展板和适配器： 3 通道端口；16 通道模拟量入出； 200KHZ
7、高速计数和定位，连接 FX2N 扩展设备实现最多达 384 点 I/O 控制。PLC 的基本结构如下;6PLC 工作原理：PLC 采用“顺序扫描，不断循环 ”的工作方式 1每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU 执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数6由于采用集中采样。集中输出的方式。存
8、在输入/输出滞后的现象，即输入/ 输出响应延迟。多级运输皮带模拟控制工作原理：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。而本设计的多级运输皮带模拟控制则采用PLC 来控制并模拟四级传送带的工程应用，能够比较真实得在现工厂生产中遇到的一系列问题，例如故障，急停或停止等生产命令，采用输出继电器来控制电机的运转和停止，并通过发光二极管进行显示，而输入和检测开关或其他控制开关，选用 PLC 的输入继电器进行模拟，能够较真实的反应实际生产。2.2
9、 系统变量定义及分配表输入 输出输入继电器控制按钮 作用 输出继电器 作用X000 SB0 启动 Y020 电机 M1X001 SB1 停止 Y021 电机 M2X002 SB2 皮带 1 故障 Y022 电机 M372.3 PLC接线图设计PLC 外部接线图如下图所示：P L CX 0X 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 1 0X 1 2X 1 3C O MY 2 0Y 2 1Y 2 2Y 2 3Y 2 4Y 2 5Y 2 6Y 2 7Y 3 0C O M 0启动停止皮带 1 故障皮带 2 故障皮带 3 故障皮带 4 故障上料位检测下料位检测装车位开关装料满检测急停M 1M 2M 3
10、M 4进料阀放料阀红灯黄灯绿灯A C 2 2 0 V2.4 PLC 可靠性设计X003 SB3 皮带 2 故障 Y023 电机 M4X004 SB4 皮带 3 故障 Y024 进料阀X005 SB5 皮带 4 故障 Y025 放料阀X006 SQ1 上料位检测 Y026 红灯X007 SQ2 下料位检测 Y027 黄灯X010 SB6 装车位开关 Y030 绿灯X012 SQ3 装料满检测 Y000Y017 数码管X013 SB7 急停81. 可编程控制器是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中厂家采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。运行的稳定性和可靠性很高
11、，PLC 整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算技术的发展，PLC 的功能也越来越强，使用越来越方便。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，还必须在设计和安装 PLC 系统过程中采取相应的措施，才能保证系统可靠工作。如果 PLC 的工作环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响 PLC 的正常、安全、可靠的运行， 加上外围电路的抗干扰措施不力，而使整个控制系统的可靠性大大降低，甚至出现故障。因此，在系统设计时应予以充分的考虑，在硬件上进行适当配置并辅以相应的软件，以实现系统故障的防范。PLC 控制系统的可靠性直接影响到企业
12、的安全生产和经济运行，PLC 系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此，分析研究 PLC 应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要提高 PLC 控制系统的可靠性，一是在硬件上采取措施 ;二是在软件上设计相应的保护程序;因此，PLC 控制系统的抗干扰非常重要。对于多级传动带系统，应充分考虑到对 PLC 的各种不利因素，在硬件、软件的设计和安装中采取适当的保护措施，就完全可以使控制系统安全、可靠地运行，输出继电器相互自锁 ，并在总电路设短路保护，而且每台电动机应设短路保护和过载保护。3、控制系统设计3.1控制系统程序流程设计程序主要流程图如下图所示9初始化输出继电器开始到达装车位黄 ， 绿
13、灯亮启动按钮进料阀开 ， 黄灯闪 ， 绿灯亮2 s 时间到黄 ， 绿灯灭 ， 红灯亮 ， 皮带从四到一依次启动 ， 最后放料阀开 ， 时间间隔为 2 s小车装料达到规定重量红灯亮 ， 放料阀关闭 ， 皮带从一到四依次停止 ， 时间间隔为 2 s数码管显示放料阀打开的时间红灯灭 ， 绿灯亮 ， 可以开车结束皮带四停止进料阀程序料位低于下料位进料阀开Y E S料位高于上料位进料阀关闭Y E S结束停止程序正常停放料阀关闭 ， 皮带一到四一次关闭 ，间隔两秒Y E S急停 ， 短路保护进料阀 ， 皮带都停止Y E S结束故障程序运行中发生故障该电机以及前面的急停 ， 后面的正常停结束流程的说明：中间
14、的为主程序，两侧的为子程序，主程序完成较为顺序执行的过程，而子程序则包括进料停止和故障，其中急停过载保护和每台电机的过载保护选择同样的输入继电器来完成同10样的功能。3.2 控制程序设计思路主程序采用步进梯形图编写，而子程序则写在主程序的外围，每次都要执行到。有利于减少程序的步数，使编程更加简单合理，4、系统调试及结果分析4.1系统调试及解决的问题调试过程中，发现没有考虑很多情况同时发生，或发生的顺序不同时对系统的影响，并做了简要的修改，已完成题目的要求。例如，急停后启动究竟是从原来的地方继续运行，还是从同开始，考虑到生产实际情况，选择了前者。4.2结果分析及运行系统的总体运行效果较为满意，对于可能发生的额外情况，可能还需再做程序的修改和调试。结束语在多级运输皮带模拟控制系统的设计中，实现了两个目的：1 对我们进行了电气工程师的综合训练，训练了我的阅读资料，程序设计，以及文字表达能力。同时，让我们回顾已经学过的电气控制和 PLC 应用技术，并做了更深刻的了解。为我今后从事自动化的设计工作提供了宝贵的经验。2 成功地实现了控制系统，使之满足设计任务的控制，保护和显示的要求，并试图使设计的控制系统做到工作稳定可靠，技术性能先进，操作灵活方便。参考文献FX 系列 PLC 编程及应用 机械工业出版社 廖常初
