基于PLC的运输带控制系统设计

课程设计报告基于PLC的运输带控制系统设计班级：P12电气1班姓名：李昭学号：2012031200412014年9月30日淄博职业学院课程设计2目录第一章运输带控制发展…………………………………………………………31.1运输带在生产中的应用…………………………………………………31.2PLC控制及发展…………………………………………………………31.3控制系统人机界面作用及发展…………………………………………4第二章系统硬件设计……………………………………………………………52.1工艺要求…………………………………………………………………52.2硬件设计…………………………………………………………………5第三章系统软件设计…………………………………………………………123.1控制要求………………………………………………………………123.2程序的实现……………………………………………………………12第四章心得体会………………………………………………………………15参考文献………………………………………………………………………16淄博职业学院课程设计3第一章运输带控制发展1.1运输带在生产中的应用运输带又称输送带，由几层纤维织物与橡胶粘合而成的一种胶带。用于运输块状、粒状、粉状或成件物品等。有叠层式运输带和包层式运输带两种，也有两种同时并用。叠层式的夹布层由挂胶帆布组成，可使带身柔软和富有弹性，适用于运输各种物品。包层式用于运输细小而不易磨损运输带的物质，如粉末状物质等。普通运输带适宜在坡度不大或沿水平方向运送物品。升降机运输带可运送坡度大或垂直方向的物品，外面覆盖胶，可以升起沉得的、湿的或坚硬的物质，如矿石、石块、焦炭、煤、玻璃等。各类运输带可制成有接头和环形无接头两种。一般根据带的宽度（300~1500毫米）和织物层数（3~12层）分为各种规格。按用途可分耐寒、耐热、耐油、食品工业用等运输。运输带广泛用于建材、化工、煤炭、电力、冶金等部门，适用于常温下输送非腐蚀性的无尖刺的块状、粒状、粉末的多种物料、如煤炭、焦炭、砂石、水泥等散物（料）或成件物品，输送堆积密度为6.5~2.5t/m3的各种块状、粒状、粉状等松散状物料，也可用于成体物品输送。1.2PLC控制及发展早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1966年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为ProgrammableLogicController（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。淄博职业学院课程设计420世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.3控制系统人机界面作用及发展近年来，人机界面在控制系统中起着越来越重要的作用。用户可以通过人机界面随时了解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过人机界面向控制系统发出故障报警，进行人工干预。因此，人机界面可以被看成用户与硬件、控制软件的交叉部分。用户可以通过人机界面与控制系统进行信息交换，向控制系统输入数据、信息和控制命令，而控制系统又可以通过人机界面回送控制系统的数据与有关信息给用户。人机界面的作用：过程可视化：将工业生产过程动态地显示在HMI设备上。显示报警：对工业生产过程的临界状态会自动触发报警。归档过程值和报警：根据需求，可以记录报警和过程值，检索以前的生产数据。过程值和报警记录：根据需求，可以打印输出报警和过程值报表。过程和设备的参数管理：根据产品的品种，可以将工业生产过程中相应产品的参数存储在配方中。操作员对过程的控制：操作员可以通过图形用户界面来控制工业生产过程。人机界面的发展：(1)具体形式的发展，过去经历了批处理、联机终端(命令接口)、(文本)菜单等多通道——多媒体用户界面和虚拟现实系统。(2)用户界面中信息载体类型的发展，经历了以文本为主的字符用户界面(CUI)、以二维图形为主的图形用户界面(GUI)和多媒体用户界面，计算机与用户之间的通信带宽不断提高。(3)计算机输出信息的形式而言的发展，经历了以符号为主的字符命令语言、以视觉感知为主的图形用户界面、兼顾听觉感知的多媒体用户界面和综合运用多种感观(包括触觉等)的虚拟现实系统。在符号阶段，用户面对的只有单一文本符号，虽然离不开视觉的参与，但视觉信息是非本质的，本质的东西只有符号和概念。在视觉阶段，借助计算机图形学技术使人机交互能够大量利用颜色、形状等视觉信息，发挥人的形象感知和形象思维的潜能，提高了信息传递的效率。早期的计算机系统只有单调的峰鸣声，虽然多媒体技术将声频形式和视频形式同时带入人机交互，但仍缺少听觉交互手段，即人处于被动收听状态，声音缺少位置和方向的变化，交互输入方面仍沿用图形用户界面所采用的键盘和鼠标器等交互设备。当前，在人机交互中结合进视觉的、听觉的以及更多的通道是必然趋势，特别是将听觉通道作为补充的或替换的信息通道已显示出重要性和优越性。(4)人机界面中的信息维度的发展，经历了一维信息(主要指文本流，如早期电传式终端)、二维信息(主要是二维图形技术，利用了色彩、形状、纹理等维度信息)、三维信息(主要是三维图形技术，但显示技术仍利用二维平面为主)和多维信息(多通道的多维信息)空间。淄博职业学院课程设计5第二章系统硬件设计2.1工艺要求本设计是基于西门子S7-200PLC的运输带控制系统设计，触摸屏采用TP2776’’。3条运输带系统有两个运行状态：手动状态（I0.0为0）和自动状态（I0.0为1）。（1）手动状态系统进入手动状态，触摸屏进入手动画面，可单独启动和停止某一运输带。（2）自动状态系统进入自动状态，触摸屏进入自动画面，点击启动按钮，1号运输带启动，过5秒2号运输带启动，过5秒3号运输带启动；点击停止按钮，3号运输带立即停止，过5秒2号运输带停止，过5秒3号运输带停止。（3）报警在任意状态，1号运输带启动以后，按下I0.7，系统显示报警信息：1号运输带故障；按下确认按钮，报警信息消失。若故障消失（I0.7）为0，报警信息不再显示；故障未消失（I0.7为1），过5秒报警信息又出现。（4）触摸屏组态触摸屏画面由主画面、手动画面、自动画面、报警画面构成。主画面：用于画面切换和设备运行动画。手动画面：单独启停某一设备，3组启停按钮，动画显示电机旋转；自动画面：用于系统的整体启停，动画显示电机旋转；报警画面：显示报警信息；此外，报警信息出现时，可在任意画面显示。2.2硬件设计2.2.1PLC的组成结构PLC的一般结构如图1所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。淄博职业学院课程设计6图1PLC结构图FX2N系列PLC是三菱公司高性能小型机的代表作，系统最大I/O点数为128点，配置扩展单元后可达256点。FX2系列基本执行指令的速度0.48μs/步，用户程序存储器的容量可扩展至8K步。FX2N系列PLC在我国应用比较广泛。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。通过对PLC的工作原理及性能的了解，并结合设计要求，设计中选择了FX2N系列的小型PLC。分析要求，可以确定需要15个输入点，手动工作时，分别为M1,M2,M3启动按钮，停止按钮，通常用于系统的检测维护；一个急停按钮；自动工作时，传感器开与关时的两个不同信号输入以及停止按钮；三个热继电器动断触电，控制故障电动机。因为有三台皮带机，故需要三个输出点。又为了便于日后的功能增加等因素，选择了48点的基本输入输出单元，因为输出的是220V的交流电，为了增加它的耐用性，采用了可控硅输出。综上所述，设计中最终选择了FX2N-48MS的PLC，这种PLC技术成熟，性能好，故障少，价格低廉，对于本项目又留有一定的余量，可以为以后改进留下余地。淄博职业学院课程设计72.2.2I/O口分配PLC的I/O元件地址分配功能描述动作器件I/O地址急停SB1X0工作方式手动选择开关SAX1自动X2手动M1启动SB2X10M1停止SB3X11M2启动SB4X12M2停止SB5X13M3启动SB6X14M3停止SB7X15自动压力传感器传感器ST开X20传感器ST关X21停止SB8X22皮带1故障FR1X31皮带2故障FR2X32皮带3故障FR3X33皮带机1开KM1Y0皮带机2开KM2Y1皮带机3开KM3Y2图2I/O地址分配淄博职业学院课程设计82.2.3PLC的I/O外部接线图图3外部接线图2.2.4皮带电机的选型及其外部接线1.Y2系列异步电机本次设计中的电机采用普通的三项异步电动机，因为本系统中没有对电机的什么特别要求，因此选用普通的三相异步电机，本设计中选用Y2型异步电机。Y2系列电动机是我国20世纪90年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式笼型电动机，包括基本设计系列（Y2系列）和提高效率设计系列（Y2E系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代Y系列的更新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现由Y系列向Y2系列过渡Y2系列电动机是我国20世纪90年代中期最新设计的三相异步电动机基本系列产品，为全封闭自扇冷式笼型电动机，包括基本设计系列（Y2系列）和提高效率设计系列（Y2E系列）两个系列产品，产品的技术性能指标达到国外同类产品20世纪90年代的水平，是用以替代Y系列的更新换代产品，从90年代末期起我国已开始实现由Y系列向Y2系列过渡。Y2系列电动机额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kwt以下为Y接法，其他功率均为△接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40℃；最低环境空气温度为-15℃；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25℃。Y2系列电动机采用F级绝缘等级，但温升仍按