论文基于plc的传送带控制系统设计.docx

嘉兴南洋职业技术学院毕业设计论文课题名称：基于PLC的传送带控制系统设计专业名称： 机械制造与自动化 学生姓名： 杨俊敏 班级/学号： 130801631 指导教师： 王记彩 目录引言第一章 可编程控制器的概述1.1可编程逻辑控制器（PLC）1.2 可编程逻辑控制器（PLC）的产生第二章 可编程控制器的结构和原理2.1可编程控制器的基本结构2.2可编程控制器的编程语言第三章 PLC与继电器，单片机的异同3.1PLC与单片机的区别3.2PLC与继电器系统的异同第四章 传送带的介绍4.1四级传送带的设计4.2四级传送带的控制要求4.3四级传送带的视图4.4输入、输出分配表4.5电动机接线图4.6 PLC接线图4.7控制面板4.8程序梯形图第五章 传送带常见的故障由与维护5.1传送带常见的故障5.2传送带跑偏总结参考文献 引 言 可编程控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在各行各业中得到了广泛的应用。有着160年历史的西门子公司，同时作为自动化领域技术、标准与市场的领先者，以最先进的技术和产品，向用户提供具有先进、可靠的解决方案。自从1996年提出崭新自动化理念全集成自动化(TIA，Totally Integrated Automation)以来，如何帮助广大的自动化工程师广泛深入地理解和掌握全集成自动化(TIA)的三个要素。 可编程控制器是以微处理器为基础的通用工业自动控制装置，被称为现代工业自动化的支柱之一。人机界面是操作人员与PLC之间进行对话和相互作用的接口设备。人机界面要用专用的组态软件组态，由于人机界面品种的日益丰富和功能的不断增强，学习和掌握组态软件的使用方法需要花费大量的时间，但目前基本上还没有有关人机界面组态和应用的教材和书籍。可编程控制器与以往那些基于文本的高级编程语言不同，它采用的是一种全新的梯形图和助记符编程方式，即用形象的图行符号和连线来代替一行一行的文本，这种编程序的方法使用起来比较简单方便，特别是对继电器控制电路有所了解的技术人员来说，就更容易使用梯形图语言。面向对象思想在可编程控制器领域的应用和发展，极大地发展了现代仪器的设计方法和技术。相信不久的将来，开发大型高度智能化的仪器也会象“搭积木”一样简单。 第一章 1.1 可编程序逻辑控制器(PLC) 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。可编程控制系统是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。 可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程。可编程控制器(PLC)，是集自动控制技术、计算机技术、和通讯技术为一体的高科技产品。具有可靠性高，功能齐全，使用灵活方便等优点。由此可见，用PLC控制的智能型舞台艺术灯比传统的舞台艺术灯控制优越的多。 可编程序逻辑控制器(PLC)的产生 PLC产生在20世纪60年代末。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。当时汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，汽车的每一次改型都是直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样，继电器控制安装就需要经常的重新设计和安装，既费时，费工又费料。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出如下10项招标指标： 1）编程简单，可在现场修改程序。 2）维修方便，采用规模化结构。3）可靠性高于继电器控制装置。 4） 体积小于继电器控制装置。 5） 可将数据直接送入计算机。 6） 成本可与继电器装置竞争。 7） 可直接用115V交流输入（美国市电为115V）. 8） 输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等。 9） 控制装置扩展时很方便。 10） 用户程序存储器容量至少为4KB。 1969年末，美国数字设备公司DEC研制出了世界上第一台PLC美国通用汽车公司自动装配线上试用，并获得了成功。这种新型的智能化工业控制装置很快在美国其他工业控制领域推广应用，至1971年，以成功的将PLC用于食品，饮料，冶金，造纸等行业。 PLC的出现受到了世界各国工业控制界的高度重视。1971年日本从美国引进这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年西欧国家也研制出了它们的第一台PLC。我国的PLC研制始于1974年，于1977年开始工业应用。 随着半导体技术，尤其是微处理器和微型计算机技术的发展，到20世纪70年代中期以后，PLC已广泛的发展为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用中，大规模甚至超大规模集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑判断能力，还同时具有数据处理，PID调节和数据通信功能。 国际电工委员会1987年颁布的可编程控制器标准草案中对PLC做了如下的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程控制器的存储器，用来在其内部储存程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按照易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 第二章 可编程序控制器的结构 2.1 可编程序控制器的基本结构 PLC实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器(CPU)，存储器(RAM,ROM)，输入输出接口电路（I/O接口），电源及编程设备几大部分构成。 一中央处理器（CPU） 中央处理器（CPU） 是PLC的控制中枢。PLC的CPU按照系统程序赋予的功能接收并存储用户键入的应用程序和数据，检查电源，存储器，I/O以及警戒定时器的状态，诊断用户程序的语法错误。PLC中采用的CPU 一般有三大类，一类为通用处理器，如80286，80386等，一类为单片机芯片，如8301，8096等，另外还有位处理器，如AMD2900,AMD2903等。 二存储器 PLC是工业控制计算机，除了硬件以外，还必须有软件才能正常工作。PLC的软件分两部分：系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 RLC常用存储器的类型：读写存储器（RAM），可擦除的只读存储器（EPROM）,电可擦除的只读存储器（EPROM） 三输入/ 输出（I/O） I/O接口有良好的光电隔离和滤波作用。PLC的输出接口往往始于被控对象相连接，被控对象有电磁阀，指示灯，接触器，小型电动机等。 输入接口 各种PLC的输入电路大都相同，通常有三种输入类型。一种是直流（1214）输入，另一种是交流（100120V，200240V）输入，第三种是交直流输入。 输出接口 PLC的输出有三种形式：继电器输出，晶体管输出。继电器输出型PLC 最为常用。当CPU有输出时，接通输出电路中继电器的线圈，继电器的触点闭合，通过该触点控制外部负载电路的负载。晶体管输出型PLC是通过光耦合器是晶体管截至或导通以控制外部负载电路，并同时PLC内部电路和晶体管输出电路进行电气隔离。 四 电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。模块的PLC，是独立的电源模块；整体式PLC电源集成在厢体内。PLC的电源多为高精度的开关电源；掉电保护电路供电的后备电源多为锂电池。 五编程器 编程器是PLC的重要外围设备。编程器的主要任务是输入程序，编辑程序，调试程序，监控程序，还可以在线测试PLC工作状态和参数与PLC进行人机对话。 可编程序控制器的编程语言 可编程序控制器可采用的编程语言大致可分为以下儿种:梯形图(LAD)编程语言、功能块图(FBD)编程语言，指令语句编程语言和逻辑表达式编程语言。 （1） 梯形图(LAD)编程语言 梯形图(LAD)是与电气控制电路图相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触电、串并联等术语和类似的图形符号，并简化了符号，还增加了一些功能性的指令。 梯形图格式中的继电器不是物理继电器，而是软继电器。软继电器各触电均为存储器中的一位，表示软继相应位为“”状态，表示软继电器线圈得电，它的常开触点闭合或常闭触点断开；表示软继相应位为“”状态，表示软继电器线圈得电，他的常开触点断开或常闭触点闭合； （2） 功能块图(FBD) 功能块图，是图形化的高级编程语言，通过软连接的方法把所需的功能块图连接起来，用于实现系统的控制。功能块图的表示格式有利于程序流的跟踪。功能块图与梯形图可以互相转换。 （3） 语句表(STL) 语句表是用助记符来表达PLC的各种控制功能的，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言直观易懂，编程简单。 （4） 顺序功能图（SFC） 顺序功能图属于图形语言，用它经常编制顺序控制类程序。顺序功能图编程法可将一个复杂的控制过程分解为一些小的工作状态，对这些小状态的功能分别处理后在再把这些小状态依一定的顺序要求连接组合成整体的控制程序。 第三章 PLC与继电器，单片机的异同 3.1 PLC与单片机的区别 1. PLC是建立在单片机之上的产品，单片机是一种集成电路，两者不具有可比性。 2. 单片机可以构成各种各样的应用系统，从微型、小型到中型、大型都可，PLC是单片机应用系统的一个特例。 3. 不同厂家的PLC有相同的工作原理，类似的功能和指标，有一定的互换性，质量有保证，编程软件正朝标准化方向迈进。这正是PLC获得广泛应用的基础。而单片机应用系统则是八仙过海，各显神通，功能千差万别，质量参差不齐，学习、使用和维护都很困难。 最后，从工程的角度，谈谈PLC与单片机系统的选用； 4. 对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，手尾少，但成本较高。 5. 对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。 3.3 PLC与继电器系统的异同 继电器接触器是以电磁开关为主体的低压电器元件，其构成的系统是用导线依一定的规律将它们连接起来，实现不同的控制功能。 从逻辑控制看，PLC与继电器系统的区别主要是: （一） 组成器件不同 （二） 触点数量不同 （三） 实时控制的方法不同 （四） 工作方式不同 第四章 四级传送带的设计 4.2.1四级传送带控制要求用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：启动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到最前一条后5秒Y5得得电货物开始装填货物。停止时应先停止Y5货物停止装填，待料运送完毕后5秒后最前一条皮带机停止再依次停止其它皮带机。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止且Y5也立即停止装填货物，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M2故障，Y5、M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。控制功能：（1）单动与循环控制连锁，任何一个单动按钮“ON”，循环控制不能建立，反之，如果循环控制已建立，单动按钮的动作对循环操作没有任何影响。（2）当“手动/循环”旋转按钮置“手动”位置时，方可对单机进行单动。（3）如当2#皮带出现故障时，1#皮带必须紧停，3#皮带可以保持运行，当故障解除，复位，按“启动”按钮，2#机可直接起动，当2#机起动完毕，再延时起动3、4#机。（4）对于短路等，故障解除，按“复位”按钮，故障锁存复位，未循环起动按钮/旋转单动按钮，皮带不会自行起动。（5）循环控制时，如果某台皮带起动失败，则其上游设备不能启动，下游设备可保持运行状态。（6）设声、光报警。光报警闪烁。（7）不论循环控制还是单动控制，集中控制紧停按钮均起作用。4.2四级传送带的设计4.2.1四级传送带控制要求用四条皮带运输机的传送系统，分别用四台电动机带动，控制要求如下：启动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到最前一条后5秒Y5得得电货物开始装填货物。停止时应先停止Y5货物停止装填，待料运送完毕后5秒后最前一条皮带机停止再依次停止其它皮带机。当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止且Y5也立即停止装填货物，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M2故障，Y5、M1、M2立即停，经过5秒延时后，M3停，再过5秒，M4停。控制功能：（1） 单动与循环控制连锁，任何一个单动按钮“ON”，循环控制不能建立，反之，如果循环控制已建立，单动按钮的动作对循环操作没有任何影响。（2） 当“手动/循环”旋转按钮置“手动”位置时，方可对单机进行单动。（3） 如当2#皮带出现故障时，1#皮带必须紧停，3#皮带可以保持运行，当故障解除，复位，按“启动”按钮，2#机可直接起动，当2#机起动完毕，再延时起动3、4#机。（4）对于短路等，故障解除，按“复位”按钮，故障锁存复位，未循环起动按钮/旋转单动按钮，皮带不会自行起动。（5）循环控制时，如果某台皮带起动失败，则其上游设备不能启动，下游设备可保持运行状态。（6）设声、光报警。光报警闪烁。（7）不论循环控制还是单动控制，集中控制紧停按钮均起作用。4.2.2四级传送带视图 第五章 传送带常见的故障由与维护 传送带常见故障 传送带打滑 传送带与皮带轮之间打滑为将这种打滑现象减到最低限度，建议驱动轮和被动轮都使用合适的防滑套。解决打滑问题可采取以下几点措施： （1）绷紧上下传送带； （2）检查紧带装置的调节机构是否需要加以紧固； （3）更换或磨粗现有的防滑套表面； （4）检查驱动齿轮的磨损情况。 传送带与纸板之间打滑 传送带与纸板之间打滑的主要原因是挂面纸板与热板之间产生的磨擦过大 其他故障 (1)过度的张力 (2)传送带表面变光滑 (3)切割刀的控制 传送带跑偏 传送带的跑偏问题一般是对机器本身状态的一种反作用。化纤传送带对机器各种不同设置状态的反应一般要比传统帆布传送带敏感。 1.传送带边缘开线 如果使用帆布传送带时出现开线问题，表明可能有跑偏的问题。这时应对机器做一些微小的调整，例如调整压力辊和惰轮，以及调整驱动轮(根据需要使其与被动轮平行或不平行)等。 2.传送带边缘弯曲 这可能会被误解为传送带在摆动。简单的检查方法是用一支铅笔在带边内约6英寸15cm处划线，然后测量该线的横向移动量。任何情况下，传送带的横向移动量应在14英寸(0.6cm)之内。 3.传送带斜行 一般每台机器都会有一定的对角线偏斜。这可能会影响纸板的运行轨迹，导致进纸时偏心，以使得出纸时切刀对准中心。可通过调整压力辊来补偿机器的这种对角偏斜。 4.传送带的就位 如果传送带有微小的横向移动，需给以一定的时间使其稳定下来。这通常需要两三个星期的时间。如果按照前面所讲将两个皮带轮都加了防滑套，且保持拉紧传送带，横向的摆动就会减小到可以忽略。 5.启动 对于刚启动机器时，传送带可能会有不规则的偏轨问题，有以下两种解释：一是蒸汽的热度不均匀，二是在停机过程中因传送带的张力减少而变松驰，并直 接暴露给热源。如果有这种情况发生，每天最初几小时可能会有不规则的跑偏现象，但会逐渐消失，所以应常保持传送带的张力。 6. 传送带变形 如果传送带在松驰状态下直接接触热板，传送带可能会发生变形。所以，无论在什么时候都必须保持传送带有一定的张力。如果机器使用液压张紧装置，则建议在活塞上安装一个轴套或阻挡机构以防止其完全放松。如传送带需要重新对接，应确保热板是冷却的或是与传送带隔离的。 7.经过紧带机构时跑偏 这显然是由于传送带在经过紧带机构时各轴内在的扭曲引起的，不是严重问题。可以通过在活塞机构的另一端安装一个松紧螺旋扣来解决，这样可调整消除轴的扭曲。有些机器，调整紧带机构前部的惰轮会有助于消除这一问题。一般较新的机器都装有调整机构来纠正。下传送带的紧带机构各轴应保持平行和水平，有跑偏问题存在，可能需要将一个轴(最好是可移动的)的平行和(或)水平度做微小调整。这样做，传送带会向其先接触的轴的端部移动，但应避免移动太大，否则会导致拉伸传送带的一个边。 总结 我的毕业设计从开始时至今日已经完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 10月中旬，我的毕业设计题目定了下来，我当时便立刻着手资料的收集工作中，在与导师交流之后，我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。 在搜集资料的过程中，我在学校图书馆，以及在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记下来，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类。 12月20日我的毕业设计论文终于写好，里面有我的努力以及老师的指导。 我不会忘记这难忘的2个月的时间。毕业论文作品程序的编制以及毕业论文的撰写给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；以及编制传送带程序的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾经赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多PLC等相关的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今PLC的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作 参考文献1 刘建-电力英语阅读与翻译-中国水利水电出版社 2 田瑞庭.可编程控制器应用技术.北京：机械工业出版社，1994 3 张万忠.可编程控制器应用技术.北京：化学工业出版社，2001.12 4 于庆广.可编程控制器原理及系统设计.北京：清华大学出版社.2004 5 柳梁-可编程控制-浙江机械工业学校 6 尹宏业主编 PLC可编程控制器教程 航空工业出版社 1997.08 7 王兆义. 可编程序控制器教程.北京: 机械工业出版社.2004 8 廖常初. PLC编程及应用. 北京: 机械工业出版社.2003