基于plc的生产线输送带控制系统设计.doc

河南理工大学毕业设计（论文）说明书
摘 要
目前，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。对于输送带的控制， 它的控制形式也多种多样，它可以由单片机，PLC，以及计算机来控制，以前都采用接触继电器控制系统。而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。PLC因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。
根据所学知识和文献资料对基于PLC的生产线输送带控制系统设计所采用的方法是PLC集中控制的办法，利用PLC内部存储来执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并采用数字量，模拟量的输入和输出来完成控制过程，从而实现对传送带的智能控制。而且PLC能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，使PLC和组态控制软件的联系更加紧密，使其模拟量控制、位置控制控制等使其远程通信功能更加完善。因此本次设计选择了用PLC来控制输送带的整个运行过程，利用PLC简单可视化的程序，实现自动控制的目的。PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护带式输送机。

关键词：PLC； 输送带； 集中控制

Design Of The Conveyor Belt Control System For Production line Based on PLC
Abstract
At present, belt conveyor system in the industrial areas in which there is a wide range of applications. Its simple structure, smooth running, run reliable, low energy consumption and environmental pollution on small, easy to focus on control and automation, and ease of maintenance, and management in a continuous load conditions for transport. Conveyor belt for the control, it has a variety of forms of control, it can be done by single-chip Phone, as well as computer, PLC, have in the past to control relay control system with touch. Contact with relay control system wiring complex, anti-interference ability is poor, vulnerable to failure and poor contact, and scalability. PLC due to its high reliability, and functionality has been more and more enterprises, traditional contact relay control system has been replaced by PLC for step-by-step.
Based on the knowledge-based information and documentation of PLC conveyor belt production line control system design is the method used by the centralized control PLC approaches, using PLC internal storage to perform logical operations, sequence control, timer, counting and arithmetic operations, such as volume, and adopts the digital, and analog input and output to complete control over the process, the conveyor belt of intelligent control. But PLC to many of the features of the computer and relay control systems into one, so that group mentality and PLC control software, and more closely connected to the analog control, position control, and control their remote communication is much more refined. Therefore this design choice PLC to control the use of the conveyor belt, used during the entire run PLC simple visualization of the process, the automatic control. Use the PLC The circuit makes the system more concise clear and 10 for easy future maintenance of the running belt conveyor.

Keywords: PLC; conveyor belt; centralized control

目 录
1 引言 1
1.1 设计目的和意义 1
1.2 国内外带式输送机技术现状及差距 2
1.2.1 大型带式输送机的关键核心技术上的差距 3
1.2.2 技术性能上差距 4
1.2.3 控制系统上差距 5
1.3 本文所做的工作 5
2 基于PLC的生产线输送带控制系统方案设计 6
2.1 胶带运输机 6
2.1.1 胶带运输机的类型及适用条件 6
2.1.2 胶带运输机结构 6
2.2 方案比较 7
2.3 方案确定 8
2.3.1 设计任务 9
2.3.2 系统设计思路 10
3 基于PLC的生产线输送带控制系统硬件设计及选型 12
3.1 可编程控制器PLC的选型 12
3.1.1 PLC的组成结构 12
3.1.2 PLC的工作原理 13
3.1.3 机型的选择  16
3.1.4 Siemens S7-200 介绍 17
3.1.5 本设计的PLC配置 18
3.1.5 本设计PLC的I/O配置及外围电路设计 20
3.2 传感器选型 22
3.2.1 光电传感器 22
3.2.2 称重传感器 22
3.2.2 跑偏开关 24
3.3 被控装置的选择 26
3.3.1 传送带电机 26
3.3.2 电动推杆 27
3.3.3 液压推杆 29
3.3.4 滚筒电机 30
4 基于PLC生产线输送带控制系统软件设计 31
4.1 PLC程序设计 31
4.1.1 编程软件介绍(STEP7 Micro/WIN) 31
4.1.2 软件编程分析及编程 32
4.1.3 PLC编程 32
4.2 上位机组态监控界面 37
4.2.1 组态软件的系统构成及其简介 37
4.2.4 系统方案的开发步骤 39
4.2.5 系统组态界面 40
5 系统仿真测试及结果 42
5.1 传感器1#模块仿真 42
5.2 传送带模块仿真 43
5.3 称重比较模块仿真 43
5.4 传感器2#模块仿真 45
5.5 传感器3#模块仿真 46
5.6 胶带跑偏保护和急停报警及报警复位 47
5.7 系统运行指示 48
5.8 仿真结果总分析 48
6 结论与展望 49
参考文献 50
致谢 51

56

河南理工大学毕业设计（论文）说明书
1 引言
1.1 设计目的和意义
目前，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。例如，在采矿业的输送带系统、火电厂的燃料煤进料系统、食品工业的输送带系统等这些领域都采用了输送带。输送带运行的可靠性与稳定性，直接影响着企业的生产发展。
对于输送带的控制，以前都采用接触继电器控制系统。而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。特别是在采矿业中，现场操作环境恶劣，直接影响人体的健康和企业的正常作业。PLC因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。
目前可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。在宝钢的二期三期工程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器，在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器，像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。因此，本设计对PLC的研究是有很强的实用性和研究意义的。由于PLC是一种专门为在工作环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。而且PLC及其有关的外围设备东应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。所以本次设计选择了用PLC来控制皮带机的整个运行过程，PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护。
此次毕业设计的意义是：由于PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动的首选控制装置，而且胶带机的运输系统复杂，环节多，运量大，所用的设备种类多，要求高。对于高产高效的现代化炸药的运输系统就必须做到减少环节，消除停顿 ，实行不间断的运输连续化 、控制 、检测自动化 ，才能达到高产高效减员提效的目的。
1.2 国内外带式输送机技术现状及差距
国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标，其关键技术与装备有以下几个特点：
(1) 设备大型化。
(2) 应用动态分析技术和机电一体化。
(3) 输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。
(4) 新型、高可靠性关键元部件技术。
表1-1 国外带式输送机的主要技术指标
主参数
顺槽可伸缩带式输送机
大巷与斜井固定式强力带式输送机
运距/m
6000～7500
＞6000
带速/
4.5～6
4～7, 最高达10
输送量/
3500～5000
4000～5000
驱动功率/kW
1500～4000
3500～7000，最大达15000
我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示

表1-2 国内带式输送机的主要技术指标
主参数
顺槽可伸缩带式输送机
大巷与斜井固定式强力带式输送机
运距/m
2000～3000
＞3000
带速/
3.5～4
4～5, 最高达8
输送量/
2500～3000
3000～4000
驱动功率/kW
1200～2000
1500～3000，最大达10000
1.2.1 大型带式输送机的关键核心技术上的差距
（1） 带式输送机动态分析与监测技术 长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。国外已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=5～6），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。
（2） 可靠的可控软起动技术与功率均衡技术 长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.3～0.1 m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当电机功率>50 kW时， 可控启动传输-CST(用于大惯性负载平滑启动的多级减速齿轮装置,多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动)显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98% 以上。但价格昂贵，急需国产化。
1.2.2 技术性能上差距
我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。
（1）装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4×250 kW，国外产品可达4×970 kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%～40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。
（2）运输能力 我国带式输送机最大运量为3000 t/h，国外已达5500 t/h。
（3）最大输送带宽度 我国带式输送机为1400 mm，国外最大为1830 mm.
（4）带速 由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。
（5）工作面顺槽运输长度 我国为3000 m，国外为7300m。
（6）高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车拉紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。
（7）输送机品种 机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（>+25°）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。
1.3.3 可靠性、寿命上的差距
（1）输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm，国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm。
（2）输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%～65%，国外达母带的70%～75%。
（3）托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大外国的比我们的寿命多30%-40%。
（4）输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命3万h，国外减速器寿命7万h。
（5）带式输送机上下运行时可靠性差。
1.2.3 控制系统上差距
（1）驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST（软启动）可控传动系统等，控制精度较高。
（2）监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。虽然能与可控启（制）支装置配合使用，达到可控启（制）动、带速同步、功率平衡等功能，但没有自动临近装置，没有故障诊断与查询等。
（3）输送机保护装置 国外带式输送机除安装防止输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘等保护装置外，近年又开发了很多新型监测装置：传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统；烟雾报警及自动消防灭火装置；纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统；防爆电子输送带秤自动计量系统。这些新型保护系统我国基本处于空白。而我国现有的打滑、堆煤、溜煤眼满仓保护，防跑偏、超温洒水，烟雾报警装置的可靠性、灵敏性、寿命都较低。
1.3 本文所做的工作
首先进行关于PLC传送带设计方面的资料收集和PLC等相关知识的复习与巩固。根据设计需要，把本次设计分成了几个大模块来研究。然后计划对电气设备选择，如PLC的选型，传感器的选型，电机选型等。最后进行了对本次设计中的系统流程图，PLC的外部接线图以及关于PLC的程序梯形图进行了初步设计。在考虑了自己的兴趣和将来的工作后选择了基于PLC的生产线输送带控制系统设计，完成了开题。认真学习了PLC的编程以及系统组态，努力达到能独立编程和做出系统模拟画面图程度。先根据系统要求的需要，确定了PLC所需的I/O点数，从而对PLC进行了选型，然后对传感器也进行了选型，各类电机的选型。然后按照系统的设计流程，对系统进行一步步设计。

2 基于PLC的生产线输送带控制系统方案设计
基于PLC的生产线输送带控制系统首先得进行胶带输送机的选型，然后基于系统结构进行系统方案选择，明确系统的整体思路。
2.1 胶带运输机
2.1.1 胶带运输机的类型及适用条件
(1) 带式输送机的类型
①按牵引方式不同，可分为滚筒驱动式和钢丝绳牵引式两类，本系统介绍的是滚筒驱动式通用型胶带运输机。
②按输送带的强度不同，可分为通用型和强力型。
③按带式输送机作用不同，可分为转载式、伸缩式和固定式。
④按式输送机的安装方式不同，可分为落地式、吊挂式和组合式。
(2) 皮带运输机的适用条件
带式输送机既可用于水平运输，又可用于倾斜运输。当用于倾斜运输时其倾角受到一定限制。通常情况下，倾斜向上运输时的倾角不超过18°，向下运输时的倾角不超过15°。目前国内已生产出一种适应倾角大于30°的特殊带式输送机。为减小输送带的严重磨损，带式输送机不宜运送有棱角的货物。此外，通用型带式输送机不能弯曲。
经过认真考虑，本设计采用水平皮带输送体统。
2.1.2 胶带运输机结构
皮带运输机主要结构有：机架、皮带（或输送带）、机头滚筒、机尾滚筒、驱动装置、上下托轮、拉紧装置及清扫装置等组成。
（1）输送带
输送带既是承载机构，又是牵引机构。常用的输送带有3 种类型，即普通输送带、钢丝绳芯输送带和钢丝绳牵引输送带。在这里使用的是普通输送带的结构。输送带用数层帆布做带芯，层与层之间用橡胶粘合在一起，然后在外表面周围用橡胶盖层加以保护。帆布由棉、尼龙等纤维织成或为混纺物。帆布层用来承受载荷并传递牵引力，而橡胶保护层用来防止外界物体对帆布层的损伤及有害物质的腐蚀。输送带强度按帆布层的拉断力来计算。国产橡胶带有两种：一种为普通型，每层帆布的径向拉断力为56oN / cm ；另一种为强力型，每层帆布的径向拉断力为960N / cm 。保护层的厚度是：上层（与货载接触面）厚度为3mm ；下层厚度为lmm 。
（2）托轮和机架
托轮是用来支承输送带，减少输送带阻力，并使输送带悬垂度不超过一定限度，以保证输送带运行平稳。
托轮由轴、轴承和标准套筒等组成。托辊按用途可分为槽型托轮、平型托轮、调心托轮和缓冲托轮四种，在这里使用的是平型托轮，平型托辊用于输送散装。
机架按结构可分为落地式和绳架吊挂式两种。落地式机架又分为固定式和可拆移式两种。固定式是将机架固定在地基上，而拆移式是在机架与机架之间、托辊与机架之间的连接都采用插入式，用销钉固定，整个机架没有一个螺栓。绳架吊挂式的钢丝绳机架由两根纵向平行布置的钢丝绳组成，每隔60m 安装一个落地式紧绳托架。这种机架的结构简单，节省钢材，又便于拆装。
（3） 驱动装置
驱动装置是带式输送机的动力源.驱动装置的组成由电动机、液力偶合器、减速器和主动滚筒等部分组成。若是双滚筒单电动机传动，则还有一对传动齿轮。
（4）拉紧装置
拉紧装置的作用，一是保证输送带有足够的张力，使滚筒与输送带之间产生必要的摩擦力；二是限制输送带在各托辊之间的悬垂度，确保输送机的正常运转。拉紧装置分为机械拉紧式和重砣拉紧式两种。调节螺杆可以调节皮带的张力，但要调节平衡否则就会跑偏，若出现跑偏也可以调节螺杆使皮带保持平衡安全运转。
（5）清扫装置
清扫装置主要安装在卸载端和靠近机尾换向滚筒的内侧回空段输送带的上面。用来清扫胶带表面的黏附物，防止输送带损坏。
清扫装置安设在卸载端，用来清扫胶带表面的粘附物料。目前我国带式输送机上使用较多的是刮板式清扫器。其刮板（用橡胶带制成）靠重砣的重量紧贴在输送带上，将卸载后输送带表面的粘附物料刮掉。这种重砣刮板式清扫装置的使用效果不好。近年来，各部门已广泛使用弹簧式清扫刮板，其效果较好。除在输送机的卸载端外，还在靠近机尾换向滚筒内侧处安设有清扫装置，一般为犁形清扫装置，使刮板紧贴输送带的内表面（回空段输送带的上表面），清扫运输时撒落和粘附的物料。
2.2 方案比较
就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。
(1) 继电器控制系统
控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护，系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统 的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。
（2）单片机控制
单片机作为一个越大规模的集成电路、机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O接口电器上、硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。
（3）工业控制计算机控制
工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷 电路板上引出，不如接线端子可靠。
（4）PLC控制
可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自已设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和热线，通过修改程序适应工艺条件的变化。
可骗程控制（PLC）从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动的首选控制装置。
2.3 方案确定
通过对多种设计方案的比较，决定选择可编程控制系统，相比于继电器系统，它性能可靠性高，接线很简单，系统不复杂，易于维护，性能先进，易于改造。和单片机系统相比，它编程简单，易于掌握，连线简单。工业控制计算机控制系统性能先进，但是价格昂贵，系统复杂，对于本系统而言实在是大材小用。
综上所述，本次设计应选择PLC控制更为合理。
2.3.1 设计任务

图 2-1 设计任务
根据所学知识和文献资料对基于PLC的生产线输送带控制系统设计所采用的方法是PLC集中控制的办法，利用PLC内部存储来执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并采用数字量，模拟量的输入和输出来完成控制过程，从而实现对传送带的智能控制。而且PLC能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，使PLC和组态控制软件的联系更加紧密，使其模拟量控制、位置控制控制等使其远程通信功能更加完善。因此本次设计选择了用PLC来控制输送带的整个运行过程，利用PLC简单可视化的程序，实现自动控制的目的。PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护带式输送机。所以系统的主要任务就是把合格及不合格的产品输送到相应的位置。
。

图 2-2 系统结构组成
2.3.2 系统设计思路

图 2-3 系统框图
系统启动传送带电机组M1，M2，M3，M4，系统可以选择低速启动运行和高速启动运行，当物件包装箱在输送带1#上运行，在运动到传感器1#时，给PLC一个信号，这时升降框上的两个滚筒中的电机M5开始转动，运行2s，使包装箱正好架在两个滚筒上，这时电机M5停止，升降框（液压推杆）下降2s，则包装箱正好落在称重平台上，由称重平台上的称重传感器给PLC模拟信号，当大于等于系统设定值5Kg时，液压推杆上升2s停止，然后电机M5运行2s后停止，当小于系统给定值5Kg时，电动推杆1#动作后复位，然后升降框（液压推杆）上升到初始位置。合格的包装箱运送到4#输送带上，在光电传感器接受到信号后，输送给PLC，同时也输送个信号给外部计数器（计数仪表），同时电动推杆3#动作，把包装箱推到运货小车2#上，当不合格的包装箱在输送带2#上，在经过光电传感器2#时，传感器给PLC个信号，推杆电机动作，把包装箱推到小车1#上，然后复位。

3 基于PLC的生产线输送带控制系统硬件设计及选型
生产线输送带控制系统主要由PLC控制核心，输入部分的传感器，电机与液压推杆等被控部分组成。以下是各个部分硬件设计及选型。
3.1 可编程控制器PLC的选型
3.1.1 PLC的组成结构
PLC 的一般结构如下图所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。

图3-1 PLC的组成结构
其核心主要有CPU,I/O模块,电源模块以及它的存储模块，它们各自的特点如下：
（1）CPU
PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制；CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作；CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
（2）I/O模块：
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
（3）电源模块：
有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。
（4）存储模块：
PLC的存储器包括系统储存器和用户储存器两种。系统储存器用于存储系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统储存器和用户储存器。
3.1.2 PLC的工作原理
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：CPU执行指令的速度；指令本身占有的时间；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。
PLC与继电器控制系统相比：
（1）PLC与继电器控制系统相比:前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”，前者用“软件”，后者用“硬件”。
（2）由于PLC是串行工作，所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关，这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减少繁琐的联锁电路。
PLC与微机相比:
前者工作方式是“循环扫描”，后者工作方式是“待命或中断”。PLC的优点是采用“软继电器”代替“硬继电器”，用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。
由于PLC是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。
PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。
输入输出（I/O）点数的估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。
存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。
PLC还应注意以下功能的应用运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等。 
（1） 运算功能。简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。
（2） 控制功能。控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 
（3） 通信功能。大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422