多级运输皮带模拟控制系统-课程设计报告.doc

信息科学与工程学院
课程设计报告

( 2010～2011 学年 第 二 学期 )

题 目 多级运输皮带模拟控制

院（系、部） 控制系
课 程 名 称 电气控制技术综合课程设计
专 业 自动化
年 级 2008级
学 号 0815321011
姓 名 耿晓宇
指 导 老 师 郑义民 晏来成

2011 年 7月2日
引言
可编程控制器（PLC），是微机技术与继电器常规技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理为核心用作数字控制的专用计算机。可编程控制器是专为工业环境下应用而设计的工业计算机。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、模拟式的输入与输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及有关设备，都遵循易于与工业控制系统形成统一的整体，易于扩充其功能的原则进行设计，因此，可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用性高、通用灵活、体积小、使用寿命长凳一系列优点，在汽车、钢铁、航空航天、化工、食品、造纸、等工业领域获得了广泛的应用。
本实验通过对多级运输皮带模拟控制的设计，学习PLC在带式传送机控制系统中的应用，提高对PLC的深入学习程度与解决问题，分析问题的能力。同时巩固对PLC的学习与应用。

目 录
一、设计任务…………………………………………………………4
　二、系统设计要求………………………………………………… 5
2.1系统硬件配置及组成原理…………………………………6
2.2 系统变量定义及分配表……………………………………7
2.3 PLC原理接线图……………………………………………8
2.4 系统可靠性设计……………………………………………8
三、控制系统设计…………………………………………………8
3.1控制系统程序流程设计………………………………………9
3.2控制程序设计思路……………………………………………10
四、系统调试及结果分析…………………………………………11
4.1系统调试及解决的问题 ……………………………………12
4.2结果分析……………………………………………………12
结束语………………………………………………………………13
　 参考文献…………………………………………………………13
附录：程序

一、 设计任务
多级运输皮带模拟控制

图1 多级运输皮带系统示意图

图2 传送带电动机主电路图

控制要求：
1. 料罐进料、放料由电磁阀YV1和YV2控制，当料罐中的料位低于下料位监测点SQ4时，进料阀YV1动作，向料罐中进料；当料位高于上料位监测点SQ3时，进料阀YV1关闭。
2. 当装料小车到达装车点时，装车位开关SQ1=1，此时黄灯亮，按下起动按钮SB1，黄灯闪，2s后，黄灯灭，同时皮带4起动。再经过2s后皮带3起动，再经过2s后皮带2起动，再经过2s后皮带1起动。再过2s后，放料阀YV2动作，进行放料。当小车装满后达到规定重量时，SQ2动作，放料阀YV2关闭。之后每隔2s依次停皮带1、皮带2、皮带3和皮带4。在皮带1~4全部停止的情况下，绿灯亮，表示可以开车，而在皮带1~4运行时，红灯亮，表示不能开车。
3. 按下停止按钮SB2，放料阀YV2关闭之后每隔2s依次停皮带1、皮带2、皮带3和皮带4。按下急停按钮SB3，放料阀和皮带同时停止。
4. 电路应设总的短路保护，每台电动机应设短路保护和过载保护。
5. 当某台皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。例如M2故障，M1、M2立即停，经过2s延时后，M3停，再过2s，M4停。
6. 用指示灯显示各电磁阀、行程开关、按钮和皮带的运转状态。
7. 用4个数码管显示从放料阀打开到关闭的时间，以秒为单位。当小车重新回到装车点时，显示清零。
二、系统总体方案设计
2.1 系统硬件配置及组成原理
本设计使用三菱FX2N-64MR，LC-IV型可编程控制器教学实验装置，四节传送带模拟控制，GX-developer仿真软件来实现设计。
FX2N-64MR 指标：FX2N-64MR-001 输入点32，32点晶体管输出
，CPU 处理速度 :0.065 μ s/ ，基本指令64K 步大容量内存实现了系列中最快的高速处理大幅增加软元件数量 :M:7680,S:40%,T:512,D:40768，高速计数器功能 : 单相 100kHz × 6 点＋ 10kHz × 2 点，独立 3 轴定位 ( 脉冲输出 ) 功能，强化密码功能具备各种功能强大的扩展板和适配器： 3 通道端口；16 通道模拟量入出； 200KHZ 高速计数和定位，连接 FX2N扩展设备实现最多达 384 点 I/O 控制。
PLC的基本结构如下;

PLC工作原理：
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式

1． 每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。
2． 输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。
3． 一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。
4． 元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。
5． 扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数
6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
多级运输皮带模拟控制工作原理：
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的影响，不断完善，逐步由完成车间内部的传送，发展到完成在企业内部、企业之间甚至城市之间的物料搬运，成为物料搬运系统机械化和自动化不可缺少的组成部分。而本设计的多级运输皮带模拟控制则采用PLC来控制并模拟四级传送带的工程应用，能够比较真实得在现工厂生产中遇到的一系列问题，例如故障，急停或停止等生产命令，采用输出继电器来控制电机的运转和停止，并通过发光二极管进行显示，而输入和检测开关或其他控制开关，选用PLC的输入继电器进行模拟，能够较真实的反应实际生产。
2.2 系统变量定义及分配表
输入
输出
输入继电器
控制按钮
作用
输出继电器
作用
X000
SB0
启动
Y020
电机M1
X001
SB1
停止
Y021
电机M2
X002
SB2
皮带1故障
Y022
电机M3
X003
SB3
皮带2故障
Y023
电机M4
X004
SB4
皮带3故障
Y024
进料阀
X005
SB5
皮带4故障
Y025
放料阀
X006
SQ1
上料位检测
Y026
红灯
X007
SQ2
下料位检测
Y027
黄灯
X010
SB6
装车位开关
Y030
绿灯
X012
SQ3
装料满检测
Y000~Y017
数码管
X013
SB7
急停

2.3 PLC接线图设计
PLC外部接线图如下图所示：

2.4 PLC可靠性设计
1. 可编程控制器是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中厂家采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。运行的稳定性和可靠性很高，PLC整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算技术的发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越方便。但是，整机的可靠性高只是保证系统可靠工作的前提，还必须在设计和安装PLC系统过程中采取相应的措施，才能保证系统可靠工作。如果PLC的工作环境过于恶劣，如温度过高、湿度过大、振动和冲击过强，以及电磁干扰严重或安装使用不当等，都会直接影响PLC的正常、安全、可靠的运行， 加上外围电路的抗干扰措施不力，而使整个控制系统的可靠性大大降低，甚至出现故障。因此，在系统设计时应予以充分的考虑，在硬件上进行适当配置并辅以相应的软件，以实现系统故障的防范。PLC控制系统的可靠性直接影响到企业的安全生产和经济运行，PLC系统的抗干扰能力是整个系统可靠运行的关键。因此，分析研究PLC应用中的可靠性和抗干扰技术是十分必要的。要提高PLC控制系统的可靠性，一是在硬件上采取措施;二是在软件上设计相应的保护程序;因此，PLC控制系统的抗干扰非常重要。
对于多级传动带系统，应充分考虑到对PLC的各种不利因素，在硬件、软件的设计和安装中采取适当的保护措施，就完全可以使控制系统安全、可靠地运行，输出继电器相互自锁 ，并在总电路设短路保护，而且每台电动机应设短路保护和过载保护。
三、 控制系统设计
3.1控制系统程序流程设计
程序主要流程图如下图所示
流程的说明：
中间的为主程序，两侧的为子程序，主程序完成较为顺序执行的过程，而子程序则包括进料停止和故障，其中急停过载保护和每台电机的过载保护选择同样的输入继电器来完成同样的功能。
3.2 控制程序设计思路
主程序采用步进梯形图编写，而子程序则写在主程序的外围，每次都要执行到。有利于减少程序的步数，使编程更加简单合理，
四、 系统调试及结果分析
4.1系统调试及解决的问题
调试过程中，发现没有考虑很多情况同时发生，或发生的顺序不同时对系统的影响，并做了简要的修改，已完成题目的要求。例如，急停后启动究竟是从原来的地方继续运行，还是从同开始，考虑到生产实际情况，选择了前者。
4.2结果分析及运行
系统的总体运行效果较为满意，对于可能发生的额外情况，可能还需再做程序的修改和调试。
结束语
在多级运输皮带模拟控制系统的设计中，实现了两个目的：1对我们进行了电气工程师的综合训练，训练了我的阅读资料，程序设计，以及文字表达能力。同时，让我们回顾已经学过的电气控制和PLC应用技术，并做了更深刻的了解。为我今后从事自动化的设计工作提供了宝贵的经验。2成功地实现了控制系统，使之满足设计任务的控制，保护和显示的要求，并试图使设计的控制系统做到工作稳定可靠，技术性能先进，操作灵活方便。
参考文献
《FX系列PLC编程及应用》 机械工业出版社 廖常初附录：系统程序指令表及梯形图
梯形图

指令表

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制
21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制
22. 基于单片机的软起动器的研究和设计
23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究
24. 基于单片机的机电产品控制系统开发
25. 基于PIC单片机的智能手机充电器
26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究
27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究
28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制
29. 基于微型光谱仪的单片机系统
30. 单片机系统软件构件开发的技术研究
31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制
32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制
33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用
34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制
35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制
36. 基于单片机的数字磁通门传感器
37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究
38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究
39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制
40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪
41. 基于单片机的电机运动控制系统设计
42. Pico专用单片机核的可测性设计研究
43. 基于MCS-51单片机的热量计
44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站
45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究
46. 基于单片机的轮轨力检测
47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现
48. 基于单片机的电液伺服控制系统
49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制
50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究
51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究
52. 单片机控制的后备式方波UPS
53. 提升高职学生单片机应用能力的探究
54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究
55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究
56. 基于单片机的多通道数据采集系统
57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制
58. 基于单片机的红外测油仪的研究
59. 96系列单片机仿真器研究与设计
60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现
62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制
63. 基于单片机的气体测漏仪的研究
64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器
65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究
66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计
67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计
68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统
69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统
70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究
71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践
72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现
73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统
74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究
75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统
76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究
77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用
78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发
81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究
82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现
84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究
85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现
86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现
87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统
88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现
89. 单片机监测系统在挤压机上的应用
90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用
91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用
92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用
93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发
94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计
95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计
96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发
97. 锅炉的单片机控制系统
98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计
99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制
100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现
101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计
102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制
104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究
105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计
106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究
107. 单片机实现的寻呼机编码器
108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究
109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究
110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究
111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制
112. PIC单片机在空调中的应用
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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