PLC四节传送带的模拟专业课程设计.doc

课程设计任务书
分院
信息科学和工程学院
专业
自动化
学生姓名

学号

设计题目
四节传送带模拟
1、设计内容：
利用SETP-7软件编写软件程序，应用S7-200PLC控制四节传送带系统硬件电路，并利用梯形图控制程序设计，经过控制S7-200PLC定时继电器功效来实现四条皮带运行。
2、设计要求：
有一个用四条皮带运输机传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求以下：开启时先起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机。 停止时应先停止最前一条皮带机，待料运输完成后再依次停止其它皮带机。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面皮带机立即停止，而该皮带机以后皮带机待运完后才停止。比如M2故障，M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后皮带机待料运完后才停止。比如，M3上有重物，M1、M2立即停，过5秒，M3停，再过5秒，M4停。
3、进度及安排：
1、搜集课程设计资料及其相关背景（2天）
2、设计试验总体方案（2天）
3、硬件电路和软件程序设计（2天）
4、软硬件调试，写试验汇报（2天）
5、修改试验汇报，打印（2天）
指导老师（签字）：

年 月 日
分院院长（签字）：

年 月 日

摘 要
现今社会，科技发展快速，在工业方面，计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术发展息息相关，这些高新技术推进了PLC发展。今天，我们生活环境和工作环境有越来越多称之为可编程控制器小电脑在为我们服务，可编程控制器在工业控制，尖端武器，通信设备，信息处理，家用电器等各测、控制领域应用中独占鳌头。本四级传送带电路采取PLC为控制关键，含有次序起动和次序停止功效，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面皮带机立即停止自动控制等功效。利用此次设计，初步掌握PLC基础控制功效，学会利用PLC，控制基础工业控制。

[关键词] 微控制器 可编程控制器 PLC 四级传送带装置

目录
1 概述..........................................................................................................................1
1.1 PLC概述.....................................................................................................1
1.1.1 PLC历史 ........................................................................................1
1.1.2 PLC关键功效..................................................................................1
1.1.3 PLC关键特点..................................................................................2
1.1.4 PLC网络通信...................... ...........................................................3
1.2 四节传送带系统历史..................... ...........................................................3
1.2.1 四节传送带系统起源......................................................................3
1.2.2 四节传送带系统发展 ....................................................................4
2 S7-200系统功效概述....................................................................5
2.1 PLC基础结构.......................................................................5
2.2 PLC工作原理.......................................................................6
2.3 四节传送带系统工作要求.......................................................................6
2.4 电气原理图和功效具体说明.......................................................................7
2.4.1 四节传送带模拟试验面板图.........................................................7
2.4.2 输入/输出接线列表......................................................... .................7
2.4.3 输入/输出接线图............................................................. ..... ..........8
3 S7-200指令系统及编程介绍..............................................................................9
3.1 编程语言.........................................................................................................9
3.2 四节传送带系统梯形图........................................... ...............................9
4 四节传送带系统调试......................................................................................20
4.1 软件部分调试..... ..................................................... .............. ...................21
4.2 硬件部分调试........................................................................ ......................21
5 结束语................................................................................................................22
6 参考文件 ............................................................................................................23

1、 概述
1.1 PLC概述
可编程逻辑控制器，PLC （Programmable Logic Controller），一个数字运算操作电子系统，是以微机处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来一个通用工业自动控制技术，它采取一类可编程存放器，用于其内部存放程序，实施逻辑运算，次序控制，定时，计数和算术操作等面向用户指令，并经过数字或模拟式输入/输出控制多种类型机械或生产过程。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制三大支柱之一。
1.1.1 PLC历史
在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制站主导地位。继电器控制系统有着十分显著缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差等，而PLC是从早期继电器逻辑控制系统发展而来。自1836年继电器问世，大家就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，组成用途各异逻辑控制或次序控制。上世纪60年代末，它不停吸收微计算机技术使之功效不停增强，逐步适合复杂控制任务 。伴随微电子技术、计算机技术和数据通信技术飞速发展、微处理器出现，和步骤加工行业（如汽车制造业）对生产步骤快速、频繁变更需求，PLC技术出现并快速发展。现在，PLC在小型化、大型化、大容量、强功效等方面有了质飞跃，使早期PLC从最初逻辑控制、次序控制，发展成为含有逻辑判定、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调整等功效现代PLC。不过，仍然沿用着次序扫描、程序控制等基础模式及CPU+通信+I/O基础结构。PLC之所以有生命力，在于它愈加适合工业现场和市场要求：高可靠性、强抗多种干扰能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。它输入输出端更靠近现场设备，不需添加太多中间部件或需要更多接口，这么节省了用户时间和成本。PLC下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端通常是面向用户微型计算机。PLC很多优点确定了其在工业中广泛应用。
1.1.2 PLC关键功效
1、控制功效。包含次序控制、逻辑控制、定时、计数等。
2、数据采集和输出。
3、输入/输出接口调理功效。含有A/D、D/A转换功效，经过I/O模块完成
对模拟量控制和调整，含有温度、运动等测量接口。
4、数据处理功效。包含基础数学运算、比较、对字节运算、PID运算、
滤波等。
5、支持人机界面功效。提供操作者以监视机器/过程工作必需信息。许可
操作者和PC系统和其应用程序相互作用，方便作决议和调整，实现工业计算机
分散和集中操作和监视系统。
6、通信、联网功效。现代PLC大多数全部采取了通信、网络技术，有RS232
或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可相互间联网、通信，外部器
件和一台或多台可编程控制器信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程
序转移、数据文档转移、监视和诊疗。在系统组成时，可由一台计算机和多台
PLC组成“集中管理、分散控制”分布式控制网络，方便完成较大规模复杂
控制。通常所说SCADA系统，现场端和远程端也能够采取PLC作现场机。
7、编程、调试等，而且大部分支持在线编程。
1.1.3 PLC关键特点
1、结构形式多样，模块化组合灵活。有固定式适于小型系统或机床，组合
式适于集控制系统。最少PLC只有6点，而ABControlLogix系统容量达128000点。
2、可靠性高。PLCMTBF通常在40000～50000h以上，有在10-20万h，
且全部有完善自诊疗功效。
3、编程方便。控制含有极大灵活性。PLC作为通用工业控制计算机，是面
向工矿企业工控设备。它接口轻易，编程语言易于为工程技术人员接收。梯形
图语言图形符号和表示方法和继电器电路图相当靠近，只用PLC少许开关量逻辑控制指令就能够方便地实现继电器电路功效。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4、功效强大。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小多种规模系列化
产品。能够用于多种规模工业控制场所。除了逻辑处理功效以外，现代PLC
大多含有完善数据运算能力，可用于多种数字控制领域。多年来PLC功效单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等多种工业控制中。加上PLC通信能力增强及人机界面技术发展，使用PLC组成多种控制系统变得很轻易。
5、适应工业环境。适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境和电磁干扰
环境。
6、安装、维修简单。和DCS相比，价格低。PLC用存放逻辑替换接线逻辑，
大大降低了控制设备外部接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时
维护也变得轻易起来。更关键是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可
能。这很适合多品种、小批量生产场所。
7、 目前PLC产品紧跟现场总线发展时尚。
1.1.4 PLC网络通信
PLC通信包含PLC之间、PLC和上位计算机之间和PLC和其它智能设备间通信。PLC系统和通用计算机能够直接或经过通信处理单元、通信转接器相连组成网络，以实现信息交换，并可组成"集中管理、分散控制"分布式控制系统，满足工厂自动化(FA)系统发展需要，各PLC系统或远程I/O模块按功效各自放置在生产现场分散控制，然后采取网络连接组成集中管理分布式网络系统。
现在各厂商全部主推各自总线标准，如西门子Profibus、A-B ControlNet
及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其组成“集中管理、分散控制”分布
式控制方法是十分类似。如ROCKWELL（A-B）推出了“全方位自动化”理念，推荐三层网络结构，即1）设备层（DeviceNet为代表）；2）控制层（ControlNet
为代表）；3）管理层（EtheNet）。
1.2 四节传送带系统历史
1.2.1 四节传送带系统起源
17世纪中，美国开始应用架空索道传送散状物料；19世纪中叶，多种现代
结构传送带输送机相继出现。 皮带式传送带设备1868年，在英国出现了皮带式传送带输送机；1887年，在美国出现了螺旋输送机；19，在瑞士出现了钢带式输送机；19，在英国和德国出现了惯性输送机。以后，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影响，不停完善，逐步由完成车间内部传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺乏组成部分。
1.2.2 四节传送带系统发展
未来传送带设备将向着大型化发展、扩大使用范围、物料自动分拣、降低
能量消耗、降低污染等方面发展。
大型化包含大输送能力、大单机长度和大输送倾角等多个方面。水力输送装
置长度已达440公里以上带式输送机单机长度已近15公里，并已出现由若
干台组成联络甲乙两地“带式输送道”。不少国家正在探索长距离、大运量连
续输送物料更完善输送机结构。
扩大输送机使用范围，是指发展能在高温、低温条件下有腐蚀性、放射性、
易燃性物质环境中工作，和能输送炽热、易爆、易结团、粘性物料传送
带设备。
本论文设计了一个多级皮带传输系统，它多用于处于复杂地形大型工业厂
矿。系统采取可编程控制器（PLC）做下位机控制，上位机则采取工业通用组态
软件—“组态王”设计控制界面，并最终完成上下位机通信以达成直观方便
控制效果。
多级皮带传输系统凭借它本身特点和优势在现代工业中有着关键作用
和地位，最经典应用就是我们常说输煤系统。输煤系统组成部分包含给煤
机、皮带、破碎机、三通、卸料器等。我们采取PLC对此系统进行次序控制。

2、S7-200配置及组态
2.1 PLC基础结构
PLC实质是一个专用于工业控制计算机，其硬件结构基础上和微型计算机相同，基础组成为：

图 2.1 PLC基础结构
a、电源 　　PLC电源在整个系统中起着十分关键作用。通常交流电压波动在+10%(+15%)范围内，能够不采取其它方法而将PLC直接连接到交流电网上去。 　　b. 中央处理单元(CPU) 　　中央处理单元(CPU)是PLC控制中枢。它根据PLC系统程序给予功效接收并存放从编程器键入用户程序和数据；检验电源、存放器、I/O和警戒定时器状态，并能诊疗用户程序中语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描方法接收现场各输入装置状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存放器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令要求实施逻辑或算数运算结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等全部用户程序实施完成以后，最终将I/O映象区各输出状态或输出寄存器内数据传送到对应输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 　　为了深入提升PLC可靠性，多年来对大型PLC还采取双CPU组成冗余系统，或采取三CPU表决式系统。这么，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 　　
c、存放器 　　存放系统软件存放器称为系统程序存放器。 　　存放应用软件存放器称为用户程序存放器。 　　
d、输入输出接口电路 　　1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机输入接口电路，作用是PLC和现场控制接口界面输入通道。 　　2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中止请求电路集成，作用PLC经过现场输出接口电路向现场实施部件输出对应控制信号。 　　
e、功效模块 　　如计数、定位等功效模块。 　　
f、通信模块 　　如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
2.2 PLC工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程通常分为三个阶段，即输入采样、用户程序实施和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLCCPU以一定扫描速度反复实施上述三个阶段。 　　
（一）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方法依次地读入全部输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中对应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序实施和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生改变，I/O映象区中对应单元状态和数据也不会改变。
(二) 用户程序实施阶段 　　在用户程序实施阶段，PLC总是按由上而下次序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边由各触点组成控制线路，并按先左后右、先上后下次序对由触点组成控制线路进行逻辑运算，然后依据逻辑运算结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存放区中对应位状态；或刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位状
(三) 输出刷新阶段 　　当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU根据I/O映象区内对应状态和数据刷新全部输出锁存电路，再经输出电路驱动对应外设。
2.3 四节传送带系统工作要求
开启时先起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机。
停止时应先停止最前一条皮带机，待料运输完成后再依次停止其它皮带机。
当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面皮带机立即停止，而该皮带机以后皮带机待运完后才停止。比如M2故障，M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。
当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后皮带机待料运完后才停止。比如，M3上有重物，M1、M2立即停，过5秒，M3停，再过5秒，M4停。
2.4 电气原理图和功效具体说明
2.4.1四节传送带模拟试验面板图：

图 2.2 四级传送带模拟试验
功效说明：
M1、M2、M3、M4表示传送带运动，开启、停止用动合按钮来实现，负载或故障设置用钮子开关来模拟，电机停转或运行用发光二极管来模拟。
开启时先按下SB1，起动最末一条皮带机，经过5秒延时，再依次起动其它皮带机。
停止时应先按下SB2，停止最前一条皮带机，待料运输完成后再依次停止其它皮带机。
A、 B、C、D表示故障设定，分别模拟M1、M2、M3、M4发生故障时情况，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面皮带机立即停止，而该皮带机以后皮带机待运完后才停止。比如M2故障，只需按下B按钮即可，则M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。
E、F、G、H分别为重物模拟按钮，当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后皮带机待料运完后才停止。比如，M3上有重物，M1、M2立即停，过5秒，M3停，再过5秒，M4停。

2.4.2输入/输出接线列表
输入
接线
SB1
A
B
C
D
E
F
G
H
SB2
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4

I0.5

输出
接线
M1
M2
M3
M4
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
表 2.4.2 I/O接线列表

2.4.3 输入/输出接线图

图 2.4.3 输入/输出接线图

3、 S7-200指令系统及编程
3.1 编程语言
可编程控制器应用软件是指用户依据自己控制要求编写用户程序。由
于可编程控制器应用场所是工业现场，它关键用户是电气技术人员，所以其
编程语言和通用计算机编程语言相比，含有显著特点，它既不一样于高级语言，
又不一样于汇编语言，它要满足易于编写和易于调试要求，还要考虑现场电气技
术人员接收水平和应用习惯。所以，可编程控制器通常使用梯形图语言，又称
继电器语言，更有些人称之为电工语言。另外，为满足多种不一样形式编程需要，
依据不一样编程器和支持软件，还能够采取指令语句表、逻辑功效图、次序功效
图、步骤图及高级语言进行编程。梯形图是一个图形编程语言，是面向控制过程
一个“自然语言”，它沿用继电器触点（触点在梯形图中又常称为接点）、线
圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了部分继电器控制系统中所没有特
殊功效符号。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器控制线路电气技术
人员来说，很轻易被接收，且不需要学习专门计算机知识，所以，在PLC应用中，梯形图是使用得最基础、最普遍编程语言。但这种编程方法只能用图形编程器直接编程。
PLC梯形图即使是从继电器控制线路图发展而来，但和其又有部分本质
区分：
（1）PLC梯形图中一些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、
输出继电器、保持继电器、中间继电器等。不过，这些继电器并不是真实物理
继电器，而是“软继电器”。这些继电器中每一个，全部和PLC用户程序存放器
中数据存放区中元件映像寄存器一个具体基础单元相对应。假如某个基础
单元为“1”状态，则表示和这个基础单元相对应那个继电器“线圈得电”。
反之，假如某个基础单元为“0”状态，则表示和这个基础单元相对应那个继
电器“线圈断电”。这么，就能依据数据存放区中某个基础单元状态是“1”
还是“0”，判定和之对应那个继电器线圈是否“得电”。
（2） PLC梯形图中仍然保留了常开接点和常闭接点名称，这些接点接通或断开，取决于其线圈是否得电。
（3）PLC梯形图中多种继电器接点串、并联连接，实质上是将对应这些基础单元状态依次取出来，进行“逻辑和”、“逻辑或”等逻辑运算。而计算机对进行这些逻辑运算次数是没有限制，所以，可在编制程序时无限次地使用多种继电器接点，且可依据需要采取常开（动合）或常闭（动断）形式。注意，在梯形图程序中，同一个继电器线圈通常只能使用一次。
（4）在继电器控制线路图中，左、右两侧母线为电源线，在电源线中间各个支路上全部加有电压，当某个或一些支路满足接通条件时，就会有电流流过接点和线圈。
（5）在继电器控制线路图中，各个并联电路是同时加电压并行工作，因为实际元件动作机械惯性，可能会发生接点竞争现象。
（6）PLC梯形图中输出线圈只对应存放器中输出映像区对应位，不能用必需经过指定输出继电器，经I/O接口上对应输出单元（或输出端子）才能驱动现场实施机构。
3.2 四节传送带系统步骤图
图 3.2 软件步骤图

3.3 四节传送带系统梯形图

图 3.3 程序梯形图

4、四节传送带系统调试
4.1 软件部分调试：
软件程序由STEP-7软件编写，能够对程序网络框图进行标注，程序编写完成后，对程序进行编译连接，若有程序错误，在进行修改，直到没有错误为止，然后将程序下载到PLC中。
4.2 硬件部分调试：
试验硬件部分调试能够在试验台上进行，此次试验采取PLC224，由试验台进行初步调试，程序下载完成后，按下开始按钮，第四段皮带，第三段皮带，第二段皮带，第一段皮带依次运行，时间间隔为5秒。按下停止按钮后，第一段皮带，第二段皮带，第三段皮带，第四段皮带依次停止，时间间隔为5秒。在运行过程中，当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面皮带机立即停止，而该皮带机以后皮带机待运完后才停止。比如第二条皮带故障，第一、第二条皮带立即停，经过5秒延时后，第三条皮带停，再过5秒，第四条皮带停。当某条皮带机上有重物时，该皮带机前面皮带机停止，该皮带机运行5秒后停，而该皮带机以后皮带机待料运完后才停止。比如，第三条皮带上有重物，第一第二条皮带立即停，再过5秒，第四条皮带停。如若没有出现错误动作，则试验成功。能够继续在实物上调试，若不成功，在返回重新在试验台上调试，知道成功为止。

5、结束语
此次课程设计经过老师和同学们帮助，最终圆满完成，在老师和同学们帮助下，克服了不少困难，在做课程设计过程中，我又学到了不少东西。这些在以后学习和工作过程中会有不少帮助。
此次课程设计是应用S7-200 PLC控制四节传送带系统硬件电路，并利用OB1梯形图控制程序设计。经过控制S7－200 PLC定时继电器功效来实现四条皮带运行，熟悉掌握好定时器和PLC中基础软组件使用方法和作用，根据选题利用定时器和继电器特点进行编程，使按下某按钮后实现不一样功效当程序编好后，利用S7-200软件调试系统进行调试，依据功效要求使其一步步实现。其中每个程序全部进行反复调试，直至实现对应功效。假如调试没有成功再校验程序有没有输入错误或检验程序是否编辑错误，就这么周而复始直至程序调试成功。
借此机会向老师和同学们一并表示真挚谢意。首先感谢我指导老师吴东升老师，很感谢她在这次课程设计阶段给自己耐心指导和无私帮助。在此我向她表示我真挚谢意。经过这一阶段努力，我在学习上和思想上全部受益非浅，这除了本身努力外，和各位老师、同学和好友关心、支持和激励是分不开。

6、参考文件
1、《可编程序控制器应用技术》 作者：廖常初 重庆大学出版社
2、《可编程序控制器原理及其应用》 作者：吴中俊、黄永红 机械工业出版社
3、《电器和可编程序控制器应用技术》作者：邓则名、邝穗芳 机械工业出版社
4、《大型可编程序控制器系统设计》作者：周少武 中国电力出版社
5、《可编程控制器原理及试验》. 作者：章文浩 国防工业出版社
6、《深入浅出西门子S7-200PLC》 北京航空航天大学出版社