【正文】 re finally. Key words: Omron PLC。 理工學院本科生畢業(yè)設計（論文） 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration Software 總 計 ： 畢業(yè)設計（ 論文 ） 36 頁 表 格 ： 2 個 插 圖 ： 16 幅 理 工 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計（論文） 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration Software 學 院（系）： 電子與電氣工程系 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學 生 姓 名 ： 學 號： 指 導 教 師（職稱）： 評 閱 教 師： 完 成 日 期： 理工學院 Institute of Technology 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 I 基于 組態(tài)軟件 的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 電氣工程及其自動化專業(yè) [摘 要 ]為了解決對多級皮帶機 運輸系統(tǒng) 實時監(jiān)控 和自動化控制問題， 本 文 以 四 級皮帶機為例 設計 多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng) 。 belt conveyor。 隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領域的廣泛應用， 人們對自動化監(jiān)控系統(tǒng)的人性化互動與系統(tǒng)定義要求 也 越來越高。 并且它 能夠很好的解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)自己控制對象和控制目的任意組太， 實現(xiàn) 組態(tài)界面 與 現(xiàn)場數(shù)據(jù) 的實時通信、交換和顯示 ，從而最終實現(xiàn) 對現(xiàn)場 情況 的 實時 監(jiān) 控和管理 ， 完成最終的自動化控制工程。 帶式輸送機具有輸送距離長、運量大、連 續(xù)輸送等優(yōu)點，而且運行可靠，易于實現(xiàn)自動化和集中化控制 。 所以開展皮帶機監(jiān)控系統(tǒng)的研究，是提高工業(yè) 生產(chǎn)過程自動化水平和經(jīng)濟效益，適應生產(chǎn)發(fā)展的需要，也是促進國民經(jīng)濟的需要。 （ 2） PLC 控制系統(tǒng)的軟、硬件設計。 （ 2）順流啟動時，當有料進入皮帶機后通 過一號皮帶機上的物料檢測 傳感器 1 讓皮帶機運行，并按照 M1→ M2→ M3→ M4 的順序啟動，間隔時間均為 3 秒鐘。 （ 3） 為防止在運行時傳感器誤動作，要求按下系統(tǒng)保護按鈕后，系統(tǒng)才處于待運行狀態(tài)，否則傳感器不動作。 SYSMAC C系列 PLC 產(chǎn)品以其良好的性能價格比被廣泛地應用于化學工業(yè)、食品加工、材料處理和工業(yè)控制過程等領域，其產(chǎn)品在日本其銷量僅次于三菱，居第二位，在我國也是應用基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 3 非常廣泛的 PLC 之一。疊裝式結構的微型機以 CJ 型機最為典型。在電氣設備的控制應用方面，一般采用小型PLC 機都能夠滿足需求。 中 央 處 理 單 元 （ C P U ）顯 示 區(qū)系 統(tǒng) 程 序 存 儲區(qū)用 戶 程 序 存 儲區(qū)輸入電路輸出電路 圖 1 PLC 的基本組成結構圖 可編程序邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）通常稱為可編程控制器，英文縮寫為 PLC 或 PC，是以微處理器為基礎，綜合計算機技術、自動控制技術和通信技術而發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控 制裝置。第一部分是上電處理。外部的輸入電路閉合時，對應的輸入映像寄存器為“ 1”狀態(tài)，反之，外部的輸入電路斷開時，對應的輸入映像寄存器為“ 0”狀態(tài)。程序執(zhí)行時，若沒有跳轉和中斷指令， CPU 從第一條開始，逐條順序的執(zhí)行，直到遇到結束指令。第三部分是出錯處理。 （ 3） PLC 的主要特點 ● 可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備 [2]。 （ 1）工程管理 對于系統(tǒng)集成商和用戶來說，一個系統(tǒng)開發(fā)人員可能保存有很多個組態(tài)王工程，對于這些工程的集中管理以及新開發(fā)工程中的工程備份等都是 比較煩瑣的事情。 （ 2）畫面制作系統(tǒng) ● 支持無限色和過渡色 組態(tài)王 調色板支持無限色，支持二十四種過渡色效果， 組態(tài)王的任一種繪圖工具都可以使用無限色，大部分圖形都支持過渡色效果，巧妙地利用無限色和過渡色效果，可以使您輕松構造面無限逼真、美觀的畫面。組態(tài)王分布式報警管理提供多種報警管理功能。新增用戶組和安全區(qū)管理， 999個不同級別的權限和 64 個安全區(qū)形成雙重保護，另外組態(tài)王能記錄程序運行中操作員的所有操作 [3]。作為設備控制層的下位機控制系統(tǒng)，主要是可編程控制器，與現(xiàn)場電氣設備和執(zhí) 行機構直接連接，執(zhí)行可靠、 有效、具體的分散控制。 監(jiān)控對象采 集控 制傳 感 器執(zhí) 行 器狀 態(tài)數(shù) 據(jù)下 位 機輸 入模 塊輸 出模 塊狀 態(tài)數(shù) 據(jù) 控 制 數(shù) 據(jù)上 位 機圖 形顯 示操 作命 令通 信網(wǎng) 絡信 號電 纜控 制數(shù) 據(jù) 圖 2 監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖 （ 1）上位機監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場 是由一臺微型計算機作為上位機 ， 通過組態(tài)軟件，建立組態(tài)界面，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與PLC 的實時通信、交換和顯示，從而最終實現(xiàn)上位機組態(tài)軟件對下位機 PLC 控制系統(tǒng)的基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 7 實時監(jiān)控和管理。下位機控制系統(tǒng)的主要控制對象為皮帶輸送機 （本設計 以四級皮帶機為控制對象）。監(jiān)控界面被分為 三 類 :工藝流程圖界面 (主監(jiān)控界面 )、 逆流 控制界面 (流程控制界面 )、 順流 監(jiān)控界面 (流程控制界面 ) [5]。 3 系統(tǒng) 硬件設計 皮帶輸送機 工作原理 皮帶輸 送機又稱膠帶輸送機， 也 稱 帶式輸送機 (belt conveyer)。應用它可以將物料在一定的輸送線上，從最初的供料點到最終的卸料點間形成一種物料的輸送流程。 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 8 多級皮帶機系統(tǒng)雙向啟動控制原理 在礦山膠帶運輸系統(tǒng)中，其連鎖控制大都采用“逆流啟動”的方式。即從料流的始 端開始，根據(jù)料流情況，順料流方向，依次啟動每臺膠帶運輸機。但是， PLC 具有“可編程序”的功能，使得“順流啟動”這一難題迎 刃而解。“順流啟動”的控制工藝流程如圖 3所示 。 （ 3）系統(tǒng)正常停機的程序是按料流方向依次延時停機，以保證停機后膠帶機空載。在正常情況下，系統(tǒng)開車前，所有皮帶都是停止的，首先啟動 Bl，并開始下料。根據(jù)上述，為量化物理過程，有必要引入 兩個定義。為突出問題的實質，把這段時間 (TQBZ)稱為 B2 的“啟動信號”。A 為系數(shù)，取值 一 。 運行信號 ： 從上述的控制原則 (2)可知，在系統(tǒng)啟動運行后， B2 的運行受 B3 的制約，即 B3 停， B2 隨之停。很顯然 B2與 B3 在“啟動”與“運行”兩種工作狀態(tài)下，其控制原則恰是相反的。為了保證系統(tǒng)運行的可靠性，把物料從 O2到達 M2的這段時間 (TYB2)作為 B2 的“準許運行信號”。B 為系數(shù)，取值 一 。通常做法是，在工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好的場合，建議選用整體式結構的 PLC；其它情況則最好選用模塊式結構的 PLC；對于開 關量控制以及以開關量控制為主、帶少量仿真量控制的工程項目，一般其控制速度無須考慮， 常 選用帶 A/D 轉換、 D/A 轉換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求，如西 門子 公司 S7200 系列或 歐 姆 龍 公司 CPM1A 系列。 I/0 點數(shù) 也 應留有適當 的裕量。 （ 2） 其他設備選擇 根據(jù)控制要求 ， 本設計 使用 OMRON CXProgrammer 軟件進行 PLC 編程，選用CPM1ACDR20A 可編程控制器 對多機皮帶機控制系統(tǒng)進行控制，同時 用 一臺 計算機 作為上位機 和 組態(tài)軟件 相結合， 實現(xiàn)對 多機皮帶機 控制系統(tǒng) 的監(jiān)控 和管理，最后通過 PLC 可編程控制器模擬 實驗 箱 對控制系統(tǒng)運行 結果進行模擬顯示。 FR1， FR2， FR3， FR4為起過載保護作用的熱繼電器，用于物料傳輸過程中當皮帶傳輸機過載時斷開主電路。 表 1 多機皮帶機雙向啟動控制系統(tǒng) I/O 地址表 輸入 通道 地址DIZHI 輸出 通道 地址 急停按鈕 00000 皮帶機 1 開 01000 系統(tǒng)啟動按鈕 00001 皮帶機 2 開 01001 順流啟動 00002 皮帶機 3 開 01002 逆流啟動 00003 皮帶機 4 開 01003 物料檢測 1 00004 一級皮帶機故障顯示 01004 物料檢測 2 00005 一級皮帶機故障顯示 01005 一級皮帶機故障 00006 一級皮帶機故障顯示 01006 二級皮帶機故障 00007 一級皮帶機故障顯示 01007 三級皮帶機故障 00008 四級皮帶機故障 00009 （ 2） 本設計的 PLC 外部接線圖如圖 5 所示 。 一般取 R:、 100～ 120Ω ；C： 。對于一個實用軟件，大體上可以從以下兩個方面來考慮 。比如用皮帶傳輸送料電動機用于 帶動皮帶機 傳輸物料、用 物料檢測傳感器來控制皮帶機的啟動與停止 等。 并且在運行中只要有故障報警，則整個系統(tǒng)立即停止運行。在本設計中，我們用四個個熱繼電器 FR1FR4 來實現(xiàn)故障報警及處理。因此對 I/O 信息的分析，就是對后面編程所需要的 I/O 信號進行詳細的分析和定義，并以 I/O 信息表的形式提供給編程人員 [10]。 （ 2）審核上述分析設計是否能滿足系統(tǒng)規(guī)定的功能要求。 主程序 梯形圖 如圖 7 所示。 組態(tài)軟件的設計 對于多級皮帶機的雙向啟動控制系統(tǒng)來說，組態(tài)設計是非常重要的一步。工作目 錄下的文件由“組態(tài)王 ”自動管理。彈出“新建工程向導之三對話框”， 在工程名稱文本框中輸入工程的名稱 “多機皮帶機 ” ，工程名稱長度應小于 32 個字節(jié)，工程描述長度應小于 40個字 節(jié)。 （ 2）創(chuàng)建組態(tài)畫面 進入組態(tài)王 開發(fā)系統(tǒng)后，就可以為每個工程建立數(shù)目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關聯(lián)的靜態(tài)或動態(tài)圖形對象。在“畫面名稱”處輸入新的畫面名稱，如“多機皮帶機雙向啟動控制系統(tǒng) ” ，其它屬性目前不用更改， 點擊“確定”按鈕進入內嵌的組態(tài)基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計 16 王畫面開發(fā)系統(tǒng) [11]。外部設備包括：下位機（ PLC、 模塊、 模擬試驗箱 等），它們一般通過串行口和上位機交換數(shù)據(jù)；其他 Windows 應用程序，它們之間一般通過 DDE 交換數(shù)據(jù)；外部設備還包括網(wǎng)絡上的其他計算機。 CPM1A 系列 PLC可以 通過 PLC 為組態(tài)王提供數(shù)據(jù)。選擇工程瀏覽器左側大綱項“設備 \COM1”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標， 運行 “ 設備配置向導 ” 。在定義數(shù)據(jù)庫變量時，只要把 IO變量連結到這臺設備上 ， 就可以和組態(tài)王 交換數(shù)據(jù)了。 數(shù)據(jù)庫中變量的集合形象地稱為 “ 數(shù)據(jù)詞典 ” ，數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細信息 [12]。 此對話框可對數(shù)據(jù)變量完成定義、修改等操作，以及數(shù)據(jù)庫的管理工作。 ● 建立動畫連接 定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間建立一 種關系，當變量的值改變時，在畫面上以圖形對象的動畫效果表示出來， 或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù) 據(jù)變量的值。雙擊圖形某 — 對象，可彈出“動畫連接”對話框，用鼠標單擊“填充”按鈕，彈出對話框。在編輯框處輸入相對應的命令語言。 if(\\本站 點 \順啟 M1==1 || \\本站點 \逆啟 M1==1) {\\本站點 \皮帶 1=1。 if(\\本站點 \順啟 M3==1 || \\本站點 \逆啟 M3==1) {\\本站點 \皮帶 3=1。 if(\\本站點 \順啟 M1==1 || \\本站點 \順啟 M2==1 || \\本站點 \順啟 M3==1 || \\本站點 \順啟 M4==1)\\本站點 \順流 =1。 if(\\本站點 \皮帶 1==1 amp。} if(\\本站點 \皮帶 2==1 amp。} if(\\本站點 \皮帶 3==1 amp。} if(\\本站點 \皮帶 4==1 amp。} 基于組態(tài)軟件的多級皮帶機 PLC 控制系統(tǒng)設計