基于PLC的四级传送带控制系统设计

沈阳航空航天大学课程设计（论文）题目基于PLC的四级传送带控制系统设计班级 14070202学号 2011040702059学生姓名高升指导教师刘艳梅目录0. 前言 (1)1. 总体方案设计 (2)1.1 PLC的设计方案 (2)1.2、组态王的设计方案 (2)2. PLC系统的设计 (3)2.1 系统控制要求 (3)2.2 I/O分配表 (3)2.3 设计程序流程图 (3)2.4 设计程序解析 (4)3.组态王监控界面的设计 (7)3.1 新工程的建立 (7)3.2 外部设备的定义 (8)3.3 组态画面的设计 (9)4. 实验结果 (10)4.1 PLC实验结果 (10)4.2 组态王实验结果 (12)5．课设小结 (13)参考文献 (14)基于PLC的四级传送带控制系统设计高升沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文介绍一种以西门子S7-200PLC为主要设计平台，并以组态王6.55软件进行辅助设计的传送带监控系统。

本系统采用四节传送带电路，以PLC为控制核心，以组态王软件组态的人机界面为监控中心，具备顺序起动和顺序停止功能；当某条传送带发生故障时，该传送带及其前面的传送带立即停止，其后面传送带延时停止的自动控制功能。

关键字：传送带；组态王；S7-200 PLC；监控系统。

0. 前言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.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC 。

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

21世纪，PLC会有更大的发展。

从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。

目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。

伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。

它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。

其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。

尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。

通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。

组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。

而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。

它还具有丰富设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

结合PLC和组态王的特点，实现组态王实时监控PLC运行，本次课设根据课设要求得出如下设计方案。

1. 总体方案设计1.1 PLC的设计方案本设计使用PLC作为系统的控制器。

首先根据控制对象的实际情况和控制要求选择适合型号的PLC作为控制器。

确定好要选用型号的PLC后，就要设计相应的硬件电路。

硬件电路的设计包括主电路的设计和控制电路的设计。

其中，在设计控制电路时，要根据所选PLC的型号确定接线方式，同时还要根据具体的控制要求对PLC的输入和输出端口进行功能分配。

完成硬件设计后，将开始软件设计。

采用PLC的配套编程软件在PC机上开发控制系统程序，并进行仿真调试。

最后把程序下载到PLC主机上进行验证。

1.2、组态王的设计方案1、将所有I/O点的参数收集齐全，并填写表格，以备在监控组态软件和PLC上组态时使用。

2、搞清楚所使用的I/O设备的生产商、种类、型号、使用的通信接口类型，采用的通信协议，以便在定义I/O设备时做出准确选择。

3、将所有I/O点的I/O标识收集齐全，并填写表格，I/O标识是唯一地确定一个I/O点的关键字，组态软件通过向I/O设备发出I/O标识来请求其对应的数据。

在大多数情况下I/O标识是I/O点的地址或位号名称。

4、根据工艺过程绘制、设计画面结构和画面草图。

5、按照第一步统计出的表格，建立实时数据库，正确组态各种变量参数。

6、根据第一步和第二步的统计结果，在实时数据库中建立实时数据库变量与I/O点的一一对应关系，即定义数据连接。

7、根据第四步的画面结构和画面草图，组态每一幅静态的操作画面（主要是绘图）。

8、将操作画面中的图形对象与实时数据库变量建立动画连接关系，规定动画属性和幅度。

9、对组态内容进行分段和总体调试，视调试情况对软件进行相应修改。

10、将全部内容调试完成以后，对上位软件进行最后完善（如：加上开机自动打开监控画面，禁止从监控画面推出等），让系统投入正式（或试）运行。

2. PLC系统的设计2.1 系统控制要求1、四台皮带运输机分别由4台交流电电动机M1、M2、M3、M4拖动，按下启动按钮后，为了减少4台电动机同时启动对电网造成的冲击，应该按照物料传送方向逆序启动，启动顺序为M4、M3、M2、M1.启动间隔3秒。

2、为防止物料在皮带上滞留，应按照物料传送方向顺序停车，停止顺序为M1、M2、M3、M4，间隔3秒。

3、当某条皮带机故障时，该皮带机及前面的皮带机立即停止，而后面的皮带机待料运完后自动间隔停止（3秒）2.2 I/O分配表根据传送带系统设计确定所需变量如下表1所示。

2.3 设计程序流程图设计程序如图1所示。

图1 设计程序流程图2.4 设计程序解析本设计大量采用启保停，串联多个常闭的中间变量，定时器电路，共用到两组定时器，一组控制电机启动，另一组控制电机停止。

具体梯形图程序如下。

开始启动?M4启动 M3启动 M2启动 M1启动停止?M1停止M2停止M3停止M4停止故障？M3故障？M2故障？M1故障？M4故障？返回N1、网络1：网络1实现启动继电器M0.5用启动传送带，并且对继电器M0.0~M0.3复位以保证系统循环执行，如图2所示。

图2 传送带的启动与继电器的复位实现2、网络2：网络2实现启动时传送带的顺序开启。

启动时Q0.4即传送带M4立即启动，定时器T37、T38、T39分别计时3秒、6秒、9秒实现传送带M3、M2、M1的间隔3秒依次启动功能，如图3所示。

图3 传送带顺序开启的实现3、网络3：网络3用于停止与传送带M1故障，停止按钮I0.5接通，M0.0接通，传送带M1停止。

同时启动定时器T40，用于停止时传送带的依次停止和M1故障时的依次停止的功能，如图4所示。

图4 传送带和M1故障时顺序停止的实现4、网络4：网络4用于停止和M2传送带故障时的依次停止，如图5所示。

图5 传送带和M2故障时顺序停止的实现5、网络5：网络5用于停止和M3传送带故障时的依次停止，如图6所示。

图6传送带和M2故障时顺序停止的实现6、网络6：用于停止和M4传送带故障时的依次停止，如图7所示。

图7 M2故障时顺序停止的实现7、网络7：用于定时启动传送带M3，如图8所示。

图8 定时启动传送带M3的实现8、网络8：用于定时启动传送带M2，如图9所示。

图9定时启动传送带M2的实现9、网络9：用于定时启动传送带M1，如图10所示。

图10定时启动传送带M1的实现3.组态王监控界面的设计3.1 新工程的建立新建名为“PLC监控界面”的工程1、在工程管理器中选择“文件”菜单中的“新建工程”命令，或者单击工具栏的“新建”按钮，出现新建工程对话框，如图11所示。

2、单击“下一步”继续新建工程。

弹出“新建工程向导二”对话框，如图12。

图11 新建工程对话框图12新建工程向导二3、单击“浏览”按钮，从弹出的路径选择对话框中选择工程路径。

单击“下一步”进入新建工程向导三。

在“工程名称”文本框中输入“PLC监控界面”，单击“完成”确认新建的工程，完成新建工程操作。

如图13所示。

4、把该工程设为当前工程。

如图14所示。

图13 新建工程向导三图14 工程管理器3.2 外部设备的定义只有定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量交换数据，为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”引导一步步完成设备的连接。

1、在工程浏览器的左侧选中“COM1”，在右侧双击“新建”，弹出“设备置向导”。

在I/O设备列表显示区中，选择PLC设备，单击符号“+”将该节点展开，再选中“西门子”，依次选中“S7-200系列”，选中“PPI”。

如图15所示。

2、单击“下一步”按钮，则弹出“设备配置向导——逻辑名称”，如图16所示。

图15 设备配置向导一图16 设备配置向导二3、接下来的对话框设置均采用默认设置，直接单击“下一步”按钮，直至最后一个对话框，单击“完成”，即完成了外部设备的定义，则设备安装完毕，如图17、图18所示。

图17 设备配置向导三图18 设备配置向导四3.3 组态画面的设计根据设计要求建立组态画面，包括主界面、监控界面、下界面和退出界面等的设计，分别如图19~图21所示。

图19 主界面图20 监控界面图21 退出界面4.实验结果4.1 PLC实验结果1、按下启动按钮后PLC试验台的仿真结果，如图22~图25所示。

图22 M4传送带启动图23 M3传送带启动图24 M2传送带启动图25 M1传送带启动2、按下故障按钮时的PLC仿真结果，如图26~图29所示。

图26 M1传送带故障图27 M2传送带故障图28 M3传送带故障图29 M4传送带故障3、按下停止按钮时PLC的仿真结果，如图30~图33所示。

图30 M1传送带停止图31 M2传送带停止图32 M3传送带停止图33 M4传送带停止4.2 组态王实验结果组态王实验结果，如图34~图39所示。