【正文】 實習(xí)年限 2020 年 9月至 2020年 7月 指導(dǎo)教師 申請學(xué)位 工科 學(xué)士學(xué)位 2020 年 5 月 18日 基于 PLC 的多級傳送帶控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 摘 要： 皮帶機(jī)運用輸送帶的連續(xù)或間歇運動來輸送各種輕重不同的物品，既可輸送各種散料，也可輸送各種紙箱、包裝袋等單件重量不大的件貨，用途廣泛。它的控制形式也多種多樣，它可以由單片機(jī) 、 PLC 以及計算機(jī)來控制，由于 PLC 為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價比高等優(yōu)點，是目前工業(yè)自動 控制 的首選控制裝置，故本設(shè)計中采用 PLC 集中控制的辦法 ，利用 PLC 簡單可視化的程序，自動控制的控制方式 對 皮帶運輸機(jī)進(jìn)行控制 。 Programmable controller?？删幊炭刂破髋c其他計算機(jī)控制裝置，如集散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)、計算機(jī)基礎(chǔ)過程系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)等，一起已成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制裝置。西門子公司的 PLC 程序通俗易懂、操作方便、實用性強(qiáng)，簡單易學(xué)。只要具有繼電器控制線路圖這方面的知識，就可以很快學(xué)會編程和操作， 不存在計算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)電器技術(shù)之間的專業(yè)“鴻溝”，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，它具有各種 I/O 模塊和 A/D、 D/A 模塊等，便于各種需要配置成各種不同模塊的分布式或集中式的控制系統(tǒng)。當(dāng)控制要求改變時，要變更控制系統(tǒng)的功能，可用編程器修改程序。 用可編程序控制器來控制一臺帶式傳送機(jī)，需要考慮到電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、與帶之間啟動的時間差、傳送帶的速度控制、傳感器的輸入、整個過程每一步輸入輸出的邏輯關(guān)系等一些問題，較以往的要求相比較是存在一些不同點，相對提高了少，為了實現(xiàn)任務(wù)要求的各項功能，還需在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行部分功能擴(kuò)展，使得整個統(tǒng)的功能更加完善。 PLC 介紹 PLC 的定義 PLC 問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。用來執(zhí)行諸如邏輯、順序、計時、計數(shù)與演算等 功能，并通過數(shù)字或類似的輸入／輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序?！? 以后國際電工委員會（ IEC）又先后頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在1987 年 2 月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的?？?編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 采用了典型的計算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由 CPU、 RAM、 ROM和輸入輸出接口電路等組成，如圖 11所示。外部的各種開關(guān)信號、模擬量信號均作為 PLC 的輸入變量，它們經(jīng) PLC 外部輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng) PLC 運算處理后送到輸出端子，它們是 PLC 的輸出變量。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方式，有鍵按下或 I/O動作則轉(zhuǎn)入相應(yīng)子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。即 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行，直到遇到結(jié)束符又返回第一條執(zhí)行，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。除此之外，為提高工作的可靠性和及時地接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計算機(jī)的通信請求，因此， PLC 工作過程分為以下五步 ： （ 1）自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復(fù)，為此 PLC每次掃描用戶程序以前都對 CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯的信息。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運行、停 止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。 （ 3）輸入現(xiàn)場狀態(tài) 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個輸入點，讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。 （ 4）解算用戶邏輯 4 即執(zhí)行用戶程序。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器、內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲單元的即時值，而輸入繼電器、輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。 （ 5）輸出結(jié)果 將本次掃描過程解算得到的最新結(jié)果送到輸出模塊 取代前一次掃 描 結(jié) 算結(jié)果，也稱為輸出刷新。 在依次完成上述五個步驟操作后 PLC 又開始進(jìn)行下一次掃描。 PLC 的工作過程如圖 12所示 。不論是 PLC 還是與它有關(guān)的外部設(shè)備，都設(shè)計成容易集成在一個工業(yè)控制系統(tǒng)內(nèi)，并且容易應(yīng)用所有計劃中的功能。 （ 2）豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、 強(qiáng)電或弱電等。 另外為了提高操作性能，它還有多種人－機(jī)對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。 PLC 的各個部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 （ 5）安裝簡單，維修方便 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。各種模塊上均有運行和故障指 6 示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 PLC 的分類 PLC 生產(chǎn)廠家及產(chǎn)品很多，為便于用戶對一個已知應(yīng)用來講選擇最合適的 PLC，廠商通常通 過雜志或其他途徑，定期地將不同功能與特性的 PLC 列表進(jìn)行比較，表中的內(nèi)容大體有：總的 I/O 點數(shù)，最多開關(guān)量 I/O 點數(shù)，最多模擬量 I/O 點數(shù)，繼電器梯形邏輯圖，高級語言（編程）， PID 功能，遠(yuǎn)動控制，文件編制功能，數(shù)據(jù)總線，接口類型，掃描速度，存儲器類型與容量，以及 CPU 類型與工藝等。 上述分類法是 1985 年 PLC 國際會議上所介紹的，在此基礎(chǔ)上，對大、中、小規(guī)模的 PLC 還要考察下列特點： ①結(jié)構(gòu)和布線技術(shù)； ②處理機(jī)／功能存儲器； ③編程技術(shù)。1986 年國外亦提出按照 I/O 點總數(shù)、價格和尺寸，將 PLC 分類。 PLC 的一個發(fā)展方向是越來越小， 一些 PLC 只有手掌大小，使用起來靈活方便； ②小型： I/O 總點數(shù)為（ 65～ 128）點，后上移到 5l2 點。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令； ③中型： I/O 總點數(shù)為（ 129～ 512）點，后上移到 2048 點。它能聯(lián)接各種特殊 功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快； ④大型： I/O 總點數(shù)為（ 513～ 1024）點，后上移到 8192 點。具有極強(qiáng)的自診斷功能。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高； ⑤超大型： I/O 總點數(shù) l02l4 點。 下述兩個方面應(yīng)注意：一是微型 PLC 的產(chǎn)量增長迅速，占領(lǐng)了整個 PLC 市場的25％。這是由于 PLC 的結(jié)構(gòu)沒計是為了適應(yīng)各種用戶需要，通常是設(shè)計成可擴(kuò)展性的，并且隨著微電子技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，處理機(jī)的性能及其通信能力也在不斷擴(kuò)大所造成的。 PLC 的輸入輸出功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)于各種形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量信號的輸入和輸出，從而使得 PLC 具備許多控制功能。 （ 2）過程控制：對溫度、壓力、流量、物位高度等連續(xù)變化的物理量進(jìn)行控制。 （ 4）數(shù)據(jù)監(jiān)控：在電力、 自來水處理、化工、煉油、軋鋼等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和控制。 可以說 PLC 幾乎應(yīng)用到了工業(yè)控制的每一個領(lǐng)域，小到家庭的燈光照明，大到冶金、石化企業(yè)的生產(chǎn)過程都有 PLC 的應(yīng)用。 皮帶輸送機(jī)是在輸送設(shè)備中是最常用的一種傳輸機(jī)構(gòu)。其形式多樣，適用范圍廣，特別適合一些散碎原料與不規(guī)則物品的輸送。它具有輸送平穩(wěn)，物料與輸送帶沒有相對運動，能夠避免對輸送物的損壞。結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。由于可編程控制器（簡稱 PLC）將其系統(tǒng)的繼電器技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，以其可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、以及編程簡單、維護(hù)方便、通訊靈活等眾多優(yōu)點， 廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程和裝置的自動控制中。設(shè)置性能完善、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)的可編程控制器 PLC 控制皮帶運輸機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高自動化的皮帶機(jī)群的集中控制（包括遙控）及保護(hù)。 課題研究的方案論證 對于該課題設(shè)計，基本上存在三種方案，但是針對設(shè)計的要求，對各個方案進(jìn)行比較、選擇，大致分析過程如下： 方案一：利用強(qiáng)電電路，雖然強(qiáng)電電路也可以控制整個系統(tǒng)的運行，但是其電路連接 復(fù)雜，不便直接操作且不能實現(xiàn)自動化，同時存在一個穩(wěn)定性、可靠性的問題，而且很難制動繼電器