皮带运输机传输系统的PLC控制设计

皮带传输机的PLC控制
摘要
皮带传输机是一种连续、快速、高效的物料传输设备、广泛应用于煤炭、建材、化工、机械、轻工业的行业的物料传输系统。

随着经济的发展，皮带传输机的应用越来越广泛，皮带传输机的继电器控制系统因存在设备故障率高、可靠性低、体积大、维修和改造不方便等许多缺陷而逐步被淘汰。

就此文章介绍了一种新型的皮带传输机PLC控制系统，对PLC选型、I/O端子接线、程序设计和控制原理等方面进行了详细的阐述。

关键词：皮带传输机 PLC 控制系统设计
目录
第一章绪论 (1)
§1.1 课程设计的要求 (1)
§1.1.1已知情况 (1)
§1.1.2工序及控制 (1)
第二章皮带传输机控制系统 (2)
§2.1皮带输送机的电控原理及控制要求 (2)
§2.2传送系统的硬件选择 (2)
§2.3 PLC的选择 (3)
第三章皮带传输机PLC控制系统硬件电路设计 (6)
§3.1 主电路设计 (6)
§3.2 系统I/O分配 (6)
§3.2.1 系统I/O点的设置原则 (6)
§3.2.2 系统I/O分配表 (7)
§3.3 PLC外部接线图 (7)
第四章皮带传输机PLC控制系统软件设计 (9)
§4.1 系统梯形图程序设计 (9)
§4.2系统指令表 (14)
总结 (19)
参考文献 (20)
第一章绪论
§1.1 课程设计的要求
§1.1.1已知情况
某皮带运输传输系统由3台Y系列三相异步电动机驱动，电动机规格均为3KW，380V，6.8A，不平凡启动。

§1.1.2工序及控制
（1）启动时先启动出料端（末端）皮带机M3，经过5s延时，再启动M2，经过5秒延时，再启动M1，即M3[启动]→5秒延时→M2[启动]→5秒延时→M1[启动] （2）停止是先停止进料端（首端）皮带机，待料运完后再次依次停止其他皮带机，即：M1[停止]→5秒延时→M2[停止]→5秒延时→M3[停止]。

（3）当某皮带机发生故障时，该皮带机及之前的来料皮带机立即停止，而之后的皮带机则待料运完后才停止，例如：M2[故障]→M2、M1[立即停止]→5秒延时→M3[停止]。

第二章皮带传输机控制系统
§2.1皮带输送机的电控原理及控制要求
皮带机运用输送带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货，用途广泛。

某厂的生产工序有1组三级皮带输送机，其示意图如图2-1所示。

图2-1 三级皮带输送机示意图
用PLC控制三级皮带运输机的传送系统，各级皮带分别由一台电动机带动，控制要求如下：
1.启动时先起动最后一级皮带运输机，经过10秒延时，再依次起动其它皮带各级延时均为10秒，待第一级启动5秒后货物开始装填。

2.停止时，货物应先停止装填，待料运送完毕后5秒后第一级皮带运输机停止再依次停止其它级，各级延时均为10秒。

3.当某级皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止且停止装填货物，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。

§2.2传送系统的硬件选择
（1 ）电机的选择
本次设计中的电机采用普通的三相异步电动机，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Y系列电机的更新换代产品，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机如图1.2.2-1所示。

图2-2 笼型三相异步电动机
它是我国九十年代最新产品，其整体水平已达到国外同类产品九十年代初的水平。

该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，也可适用于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。

Y2系列电机的安装尺寸和功率等级符合IEC标准，与德国DIN42673标准一致，也与Y系列电机一样，其外壳防护等级为IP54，冷却方法为IC41l，连续工作制（S1）。

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B级绝缘考核（除机座为315部分及355部分规格外），故电动机的温升裕度较大。

防护等级提高到IP54，机座用平行垂直分布的散热筋，接线盒置于电动机机座的上方，以方便接线。

Y2系列电动机在Y系列电动机的基础上改进了电磁和结构设计，降低了电机的噪声及振动，节约了材料，并使电动机结构更合理，外形新颖、美观。

Y2系列电动机（除个别延伸的机座和规格外）的功率等级与安装尺寸的对应关系与Y系列电动机完全相同，有利于Y2系列电动机逐步取代Y系列电动机。

Y2E系列电机是为了提高电动机效率而设计的系列产品，其满载效率比Y2系列提高1.79%，主要适用于运行时间长，负载率较高的各种机械设备上。

§2.3 PLC的选择
一、PLC选型原则
在做出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用PLC进行控制。

机型的选择可从以下几个方面来考虑：
（1）对输入／输出点的选择
要先弄清楚控制系统的I/O总点数，再按实际所需总点数的15～20％留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需PLC的点数。

（2）对存储容量的选择
对用户存储容量只能作粗略的估算。

（3）对I/O响应时间的选择
对开关量控制的系统，PLC和I/O响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑I/O响应问题。

但对模拟量控制的系统，特别是闭环系统就要考虑这个问题。

（4）根据输出负载的特点选型
不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。

（5）对在线和离线编程的选择
计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。

在线编程需购置计算机，并配置编程软件。

采用哪种编程方法应根据需要决定。

（6）据是否联网通信选型
若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC、上位计算机及CRT等的接口。

（7）对PLC结构形式的选择
在相同功能和相同I/O点数的情况下，整体式比模块式价格低。

但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。

二、机型的选择
S7-200它适用于一系列机械设备的制造或用作独立的解决方案，微型自动化系统的组成部分，STEP 7 Micro/WIN 工程组态软件应用于它，S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。

应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。

S7-200系列出色表现在以下几个方面：
（1）极高的可靠性
（2）极丰富的指令集
（3）易于掌握
（4）便捷的操作
（5）丰富的内置集成功能
（6）实时特性
（7）强劲的通讯能力
（8）丰富的扩展模块
结合个方面的考虑，选择西门子系列S7-200系列PLC，同时结合输入、输出量的个数（输入量为12，输出量为9），而S7200系列CPU模块的CPU224，有14输入，10输出，符合使用要求并且留有余量，故选S7-200系列CPU224作为本设计的CPU模块。

第三章皮带传输机PLC控制系统硬件电路设计
§3.1 主电路设计
本次设计中传输机设置有三级皮带传送，故需要三个电机来拖动，同时需要有一些短路、过载等保护，具体的主电路接线图如图3-1所示。

图3-1 系统主电路图
§3.2 系统I/O分配
§3.2.1 系统I/O点的设置原则
一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。

分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。

在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。

（1）确定I/O通道范围
不同型号的PLC，其输入／输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC型号，查阅相应的编程手册。

（2）内部辅助继电器
内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电
器、定时器/计数器时作数据存储或数据处理用。

从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。

未分配模块的输入/输出继电器区以及未使用1：1链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。

根据程序设计的需要，应合理安排PLC的内部辅助继电器。

（3）分配定时器／计数器
PLC的定时器／计数器数量分别见有关操作手册。

§3.2.2 系统I/O分配表
根据皮带传输机系统的控制要求可得出系统的I/O接口分配情况，如表3-1所示。

表3-1 I/O分配表
输入功能输出功能
I0.0 起动按钮（SB0）Q0.0 装填货物接触器（KM0）I0.1 一级故障A(SQ0) Q0.1 一级报警灯（HL2）
I0.2 二级故障B(SQ1) Q0.2 二级报警灯（HL3）
I0.3 三级故障C(SQ2) Q0.3 三级报警灯（HL3）
I0.4 停止接钮（SB1）Q0.4 一级皮带接触器（KM1）I0.5 循环控制按钮（SB2）Q0.5 二级皮带接触器（KM2）I0.6 单动控制按钮（SB3）Q0.6 三级皮带接触器（KM3）I1.1 一级皮带单动按钮（SB4）
I1.2 二级皮带单动按钮（SB5）M0.0 辅助启动继电器
I1.3 三级皮带单动按钮（SB6）M0.1、M1.1 一级皮带辅助继电器
M0.2、M2.1 二级皮带辅助继电器
M0.3、M3.1 三级皮带辅助继电器
M0.4 循环控制辅助继电器
M0.5 单动控制辅助继电器
§3.3 PLC外部接线图
根据系统的控制要求及I/O分配情况可画出皮带传输机PLC外部接线图，如图3-2所示。

图3-2 PLC外部接线图
第四章皮带传输机PLC控制系统软件设计
§4.1 系统梯形图程序设计
梯形图是PLC使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。

梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。

根据PLC的外部接线图及任务要求可以通过V4.0 STEP 7 MicroWIN软件画出梯形图如图4-1所示。

图4-1
§4.2系统指令表网络1
LD I0.0
O M0.0
AN I0.4
= M0.0
网络2
LD I0.5
O M0.4
A M0.0
AN M0.5
= M0.4
网络3
LD I0.6
O M0.5
A M0.0
= M0.5
网络4
LD M0.4
A M0.0
LD I1.3
AN M0.5
O M0.3 AN T37 AN Q0.3
= M0.3 TON T37, 50 网络5
LD M0.4
A T37
LD I1.2 AN M0.5 OLD
O M0.2 AN T38 AN Q0.2 AN Q0.3
= M0.2 TON T38, 50 网络6
LD M0.4 LD I1.1 AN M0.5
O M0.1
A T38
AN T39 AN Q0.1 AN Q0.2 AN Q0.3
= M0.1 TON T39, 50 网络7
LD T39
O Q0.0 AN I0.4 AN Q0.1 AN Q0.2 AN Q0.3
= Q0.0 TON T40, 50 网络8
LD T40
O M1.1 AN T41
TON T41, 50 网络9
LD T41
O M2.1 AN T42
= M2.1 TON T42, 50 网络10
LD T42
O M3.1 AN T43
= M3.1 TON T43, 50 网络11
LD M0.3
O Q0.7 AN M3.1 = Q0.7
网络12
LD M0.2
O Q0.6
= Q0.6 网络13
LD M0.1 O Q0.5 AN M1.1 = Q0.5 网络14
LD I0.1 O Q0.1 AN I0.4 = Q0.1 网络15
LD I0.2 O Q0.2 AN I0.4 = Q0.2 网络16
LD I0.3 O Q0.3 AN I0.4 = Q0.3
总结
经过两个星期的奋战我的课程设计终于完成了。

这次做毕业设计是对以前所学知识的单纯总结，毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺,自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

课程设计是专业教学中的一个必不可少的教学环节，是对学校学生所学知识的一次综合性实践训练，是对学生所学知识进行整理和系统的必要环节。

它是学生接受设计任务，在教师指导下独立进行工程实践，获得基本训练并取得成果的过程，它是评估学生学业成绩的一个重要方式，也是提高学生综合素质与创新能力的关键一环。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响，而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

参考文献
[1] 于庆广.可编程控制器原理与系统设计.北京：清华大学出版社，2004
[2] 高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004
[3] 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械出版社，2002
[4] 胡学林.电气控制及PLC.北京：冶金工业出版社，1997
[5] 陈忠华.可编程控制器与工业自动化系统.北京：机械工业出版社，2005
[6] 苏中.基于PC架构的可编程序控制器.北京：机械工业出版社，2006
[7] 李缓.PLC原理与应用.北京:北京邮电大学出版社，2009。