1、目 錄第1章 控制對象概述 11.1 皮帶運輸機用途、基本組成結構及工作過程 11.1.1 皮帶運輸機用途11.1.2 皮帶運輸機組成及工作原理11.2 控制對象對控制系統的要求 11.3 本課題應完成的設計工作 2第2章 控制方案論證 32.1 繼電器控制方案 32.2 單片機控制方案 32.3 PLC控制方案 42.4 結論 4第3章 控制系統硬件設計 53.1 電機及元件選擇 53.2 電路設計 53.2.1 主電路設計53.2.2 PLC I/O 接線圖設計6第4章 控制系統程序設計74.1 程序組成部分74.2 主程序74.3 公用子程序84.4 手動公用子程序84.5 自動公用子程

2、序94.6 M1電機故障子程序 104.7 M2電機故障子程序 114.8 M3電機故障子程序 124.9 M4電機故障子程序 12第5章 程序調試 13第6章 體會心得 14附 錄 15參考資料18第1章 控制對象概述1.1 皮帶運輸機用途、基本組成結構及工作過程1.1.1 皮帶運輸機用途皮帶輸送機可以廣泛應用于現代化的各種工業企業中，露天采礦場及選礦廠中，在礦山的井下巷道、礦井地面運輸系統中，皮帶輸送機都得到了廣泛應用，水平運輸或傾斜運輸，皮帶輸送機的使用都非常方便。皮帶輸送機是以連續摩擦驅動的方式用來運輸物料。那么皮帶輸送機的主要是由輸送帶和驅動裝置組成的。皮帶輸送機具有輸送量大、結構簡

3、單優點，它廣泛地應用在礦山、冶金、煤炭等部門，用來輸送松散物料或成件物品，根據輸送工藝要求，可以單臺輸送，也可多臺組成或與其他輸送設備組成水平或傾斜的輸送系統，以滿足不同布置型式的作業線需要。皮帶運輸機的驅動裝置由單個或多個驅動滾筒驅動，驅動電機也可以是單個電機或多個電機驅動。一般驅動裝置包括電動機、減速機、液力偶合器、制動器或逆止器等組成。偶合器的作用是改善皮帶運輸機的啟動性能。制動器和逆止器是為了防止當皮帶運輸機停機時皮帶向下滑動。 皮帶運輸機是散料連續運輸機械，是應用于短距離連續運輸的的重要機械設備。1.1.2 皮帶運輸機組成及工作原理皮帶輸送機的主要是由輸送帶和驅動裝置組成的。主要介紹

4、驅動裝置即四臺電動機的運動情況。皮帶運輸機由4臺皮帶機組成，4臺皮帶機分別用4臺電動機(M1M4)拖動。皮帶輸送機是以連續摩擦驅動的方式用來運輸物料，通過控制4臺電動機的運動，來控制傳輸物料。1.2 控制對象對控制系統的要求皮帶運輸機由4臺皮帶機組成，4臺皮帶機分別用4臺電動機(M1M4)拖動，如圖1所示。圖1 皮帶運輸機系統示意圖皮帶運輸機的工作過程如下：（1）啟動時先起動最末一臺皮帶機，經過5S延時，再依次起動其它皮帶機：（2）停止時應先停止第一臺皮帶機(M1)，待料運送完畢后再依次停止其它皮帶機：（3）當某臺皮帶機發生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機后面的皮帶機待料運

5、完后才停止。例如當M2故障時，M1、M2應立即停，經過5S延時后，M3停，再過5S后M4停。 1.3 本課題應完成的設計工作（1）設計和繪制電氣控制原理圖或PC I/O接線圖、功能表圖和梯形圖編寫指令程序清單。（2）選擇電氣元件，編制電氣元件明細表。（3）設計操作面板電器元件布置圖。（4）上機調試程序（5）編寫設計說明書第2章 控制方案論證2.1 繼電器控制方案繼電器控制系統具有以下特點：繼電器，動作有壽命限制，一個元件故障可能造成整個系統崩潰，會將故障擴大化，成本最低，也最容易被偽劣產品冒充，可維修度最高，同時維修成本也低。（1）繼電器控制系統控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯或

6、并聯等組合成控制邏輯，其連線多且復雜、體積大、功耗大，系統構成后，想再改變或增加功能、較為困難。（2）繼電器控制系統依靠機械觸點的動作實現的，工作頻率低，觸點的開關動作一般在幾十毫秒數量級，且機械觸點還會出現抖動問題。（3）繼電器安裝后，受電氣設備觸電數目的有限性和連線復雜等原因的影響，系統在今后的靈活性、擴展性很差。（4）繼電器控制可實現邏輯功能，但不具備計數的功能。（5）觸點在開閉時會產生電弧，造成損傷并伴有機械磨損，使用壽命短，運行可靠性差，不易維護。2.2 單片機控制方案依據單片機目前的發展狀況，該方案的優缺點是：(1)成本較低。由于現在單片機的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價

7、格也不高，所以整體設計起來，成本比較低。(2)可以對外部存儲容量根據需要進行擴展，設計可以相對比較靈活。(3)由于現存有許多已經設計很完善的子程序，在系統軟件設計中可以直接調用，減少較大工作量。其缺點為：(1)系統硬件設計相對比較復雜，運用該方案，該系統硬件設計包含擴展電路部分和系統配置電路部分，所以該系統電路設計工作量相對較大，影響系統開發的時間。(2)系統的抗干擾能力相對較差，在系統設計中，雖然注意了芯片、器件選擇、去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽。但由于工廠的條件比較差，很難保證系統的可靠性和穩定性。(3)維護維修相對比較麻煩，維修需要的時間也相對較長。但與此同時，由于微機控制系

8、統所有的電路集中在一塊電路板上，其實現的功能、輸入輸出的點數受到限制，而且系統的散熱性，維護性受到考驗，若其中一部分損壞，其只能全部更換。另外，微機控制系統開發周期長，一旦要有變化修改比較麻煩。2.3 PLC控制方案PLC的優點主要有：(1)功能強，性能價格比高（可以相當于集成了很多繼電器，大多數時候性價比并不低，除非是簡單電路，只用少數繼電器，那么可能就不太實用了。）(2)硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強(3)可靠性高，抗干擾能力強(4)系統的設計、安裝、調試工作量少(5)編程方法簡單(6)維修工作量少，維修方便(7)體積小，能耗低(8)與時俱變，能實現網絡通訊2.4 結論經過比較，我們

9、發現PLC控制系統具有以下鮮明的特點：I/O驅動能力強，易于擴展，圖形化開發界面，價錢適中，抗干擾能力強，因此多用于工業設備上。故選用PLC控制方案。第3章 控制系統硬件設計3.1電機及元件選擇本課程設計采用的電動機是四臺380V的三相籠式電動機。在主電路中電路保護裝置由刀開關QS1和自動空氣斷路器QF組成，用220V電網電壓供電。由PLC控制四個交流接觸器的電磁線圈電路的通斷，實現對四個電動機通斷控制。四個電動機電路都串聯了熱繼電器對其進行保護，同時也是故障點。3.2 電路設計3.2.1 主電路設計 依靠PLC的輸出Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3所接的KM1、KM2、KM3、KM4控

10、制電機M1、M2、M3、M4的運轉。電機圖如下： 圖3 1 主電路3.2.2 PLC I/O 接線圖設計皮帶運輸機電氣控制系統PLC I/O接線如圖所示： 圖3 2 I/O接線圖 本設計用了刀開關、斷路器、熔斷器、熱繼電器按鈕、S7-200等電氣元件。第4章 控制系統程序設計4.1 程序組成部分皮帶運輸機PLC電氣控制系統的程序主要分為以下幾個部分：主程序、公用子程序、自動子程序、手動子程序、M1電機故障子程序、M2電機故障子程序、M3電機故障子程序、M4電機故障子程序。4.2 主程序設計 控制系統主程序主要包括：與外部的信息交流，故障子程序的發生，自動手動的選擇，然后對其各種子程序的跳轉。程

11、序圖如下： 圖4 1 主程序 4.3 公用子程序設計 公用子程序主要是：在手動操作下，置位自動子程序和故障子程序的所有操作，以防發生沖突。程序圖如下： 圖4 2 公用子程序4.4 手動子程序設計 控制系統進入手動模式執行的程序。程序圖如下：圖4 3 手動子程序4.5 自動子程序設計控制系統的自動子程序主要控制自動模式下系統正常的啟動和停止。(1)系統啟動按下I0.1 接通KM4起動M4 5s 后T37 動作進入狀態M0.1置位Q0.3,起動定時器T38 接通KM3 起動M3 5s 后T38 動作進入狀態M0.2啟動定時器T39 , 置位Q0.2 接通KM2 起動M2 5s 后T2 動作進入狀態

12、M0.3置位Y3 接通KM1 起動M1 起動M4 。至此, M1M4按控制要求全部起動起來, 進入正常運行狀態。(2)系統正常停止應先停止第一臺皮帶機(M1電機)，待料運送完畢后（經過5S延時）,再依次停止其它皮帶機。圖4 4 自動子程序4.6 M1電機故障子程序設計 控制系統M1故障子程序主要是控制自動模式下，M1電機故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下I0.5進入狀態M2.0 啟動定時器T43, 復位Q0.1斷開KM1停止M15s 后T43 動作進入狀態M2.1啟動定時器T44 , 復位Q0.2斷開KM2 停止M2 5s 后T44動作進入狀態M2.3 啟動定時器T45 ,復位Q0.

13、3 斷開KM3 停止M3 5s 后T45 動作進入狀態S34 復位Q0.4斷開KM4 停止M4 。等待下次操作。至此, M1M4按控制要求全部實現停車。 圖4 5 M1故障子程序4.7 M2電機故障子程序設計控制系統M21故障子程序主要是控制自動模式下，M2電機故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下I0.6進入狀態M3.0 啟動定時器T46, 復位Q0.1、Q0.2斷開KM1、KM2停止M1、M25s 后T46 動作進入狀態M3.1啟動定時器T47 , 復位Q0.3斷開KM3 停止M3 5s 后T47動作進入狀態M3.2 復位Q0.4 斷開KM4 停止M4 .等待下次操作。至此, M1M

14、4按控制要求全部實現停車。 圖4 6 M2故障子程序4.8 M3電機故障子程序設計 控制系統M3故障子程序主要是控制自動模式下，M3電機故障的處理。程序故障控制：在自動模式下，按下I0.7進入狀態M4.0 啟動定時器T48, 復位Q0.1、Q0.2、Q0.3斷開KM1、KM2、KM3停止M1、M2、M35s 后T46 動作進入狀態M4.1復位Q0.4斷開KM4 停止M4。等待下次操作。至此, M1M4按控制要求全部實現停車。 圖4 7 M3故障子程序4.9 M4 電機故障子程序設計 控制系統M4故障子程序主要是控制自動模式下，M4電機故障的處理.程序故障控制：在自動模式下，按下I0.8進入狀態

15、M5.0 啟動定時器T49, 復位Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4斷開KM1、KM2、KM3、KM4停止M1、M2、M3、M4。等待下次操作。至此, M1M4按控制要求全部實現停車。 圖4 8 M4故障子程序第5章 程序的調試在程序設計完成了之后，就是程序調試了。調試分為：自動模式下的程序調試、手動模式下的程序調試以及故障情況下的程序調試。自動模式調試：按下模式選擇開關SA（I1.0），并且按下SB5（I0.1）啟動按鈕，進入自動模式，M4馬上啟動每隔5s其他電機依次啟動，同樣按下SB6（I0.2）停止按鈕，M1馬上停止每隔5s其他電機依次停止。SA打下來，進入自動模式，依次按I0.1、

16、I0.2、I0.3、I0.4分別啟動和停止相應的電機。例如按下SB1第一臺電機開始運行，松開SB1第一臺電機停止下來，其他的類似。最后還有一個模擬故障點，進行程序調試。按下SB5啟動所有的電機后，依次分別按下故障點I0.5、I0.6、I0.7、I1.0。看是否相應的故障點和故障點之前的所有電機都停下來，同時這個故障點之后的電機每隔5s停下來。 仿真圖如下： 系統調試圖第6章 心得體會經過這次的論文使我更加的了解到PLC對電器控制的主要過程，以及PLC在生產中可能遇到的種種事故以及對應措施，也讓我了解了關于運輸機的基本原理與設計理念，要設計一個實物總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的

17、成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為軟件本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。通過這次學習，讓我對坐而言不如立而行有了深刻的認識，對于這些程序編寫等還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。在本次設計中對我們進行綜合訓練，著重訓練我們查閱資料的能力、工程制圖的能力、計算機運用能力、元件選擇能力、軟件開發使用能力以及文字表達的能力。同時，讓我們回顧已學過PLC的知識，并對知識重新組合、靈活運用。使我們能夠通過對PLC應用技術的了解更加深刻；也為我們今后從事工業自動化及自動線方面的設計工作提供了寶貴的經驗。成功地實現使控制系統滿足工藝流程要求以及設計任務書上提出的所有控制、保護和顯示要求，并且力圖使所設計的控制系統做到了工作穩定可靠、技術性能先進、操作靈活方便。通過順序功能圖的循環，重點解