基于PLC小車供料及四級皮帶傳動裝置

電氣與電子信息工程學(xué)院《電氣控制與PLC實訓(xùn)》設(shè)計報告名稱：基于PLC小車供料及四級皮帶傳動裝置專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化班級：學(xué)號：姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計時間：設(shè)計地點：電氣控制與PLC實訓(xùn)成績評定表姓名學(xué)號專業(yè)班級題目：基于PLC小車供料及四級皮帶傳動裝置問題：1、小車運輸物料的位置選擇是如何實現(xiàn)的？答：由于小車是從甲、乙兩地運送物料到丙地，且甲乙兩地分別運動兩次到達丙地，方可實現(xiàn)一次完整的送料過程。而編程過程中，采用兩個計數(shù)器C0/C1來實行丙地的卸料計數(shù)。乙地裝料去丙地卸料用C0計數(shù)兩次，完成后計數(shù)器C1加1，用M201來控制乙地的限位開關(guān)，確保小車在完成兩次乙地到丙地的卸料后，不能再乙地停下，只能回到甲地的位置，從而實現(xiàn)了運送物料的位置選擇。2、計數(shù)器是如何實現(xiàn)復(fù)位控制的？答：計數(shù)器采用自復(fù)位編程。RST復(fù)位鍵成績評定及依據(jù)：考勤情況（10%）：設(shè)計調(diào)試情況（30%）：設(shè)計答辯（20%）：設(shè)計報告（完成情況、報告規(guī)范性等情況40%）：最終評定成績（以分數(shù)和優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）：指導(dǎo)教師簽字：設(shè)計任務(wù)書2013～2014學(xué)年第2學(xué)期學(xué)生姓名：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：工作部門：電氣與電子信息工程學(xué)院一、設(shè)計題目課題1：電動機的綜合控制方向課題2：竟猜?lián)尨鹣到y(tǒng)的設(shè)計方向課題3：交通燈控制方向課題4：電梯控制方向課題5：噴泉或彩燈控制方向二、設(shè)計內(nèi)容（含技術(shù)指標）1、用PLC實現(xiàn)四臺以上電動機綜合控制，要求模擬實際的工況，包括電機的順序控制、電機的連鎖和互鎖控制，電機間的邏輯聯(lián)系應(yīng)具有一定的復(fù)雜程度，畫出主電路和接線圖，接好線，編程并進行調(diào)試。2、用PLC實驗裝置設(shè)計竟猜?lián)尨鹣到y(tǒng)，要求不少于5組，有必要的組號顯示、記時顯示和模擬記分系統(tǒng)，有優(yōu)先搶答功能，畫出主電路和接線圖，接好線，編程并進行調(diào)試。3、用PLC實現(xiàn)各種路口的交通信號燈控制，要求與實際交通燈工作情況基本相符，具有必要顯示和通過外部設(shè)備進行設(shè)定功能，畫出主電路和接線圖，接好線，編程并進行調(diào)試。4、用PLC實現(xiàn)電梯控制，要求與實際基本相符，電梯層數(shù)不少于4層，畫出主電路和接線圖，接好線，編程并進行調(diào)試。5、用PLC實現(xiàn)噴泉控制，要求花樣不少于6種，能自動循環(huán)、單循環(huán)、和手動控制，畫出主電路和接線圖，接好線，編程并進行調(diào)試。6、同組同學(xué)要求不能完全重復(fù)，必須有自己的亮點，對思路新穎的、和用到更多功能指令的有加分。7、所有小組均應(yīng)在開題的過程中，由指導(dǎo)老師對與題目相關(guān)的具體的設(shè)計控制要求進行審核。三、設(shè)計進度安排序號內(nèi)容學(xué)時安排（天）1選題、講解設(shè)計要求、查資料；12方案論證、說題及硬件選型和設(shè)計23軟件設(shè)計24程序及系統(tǒng)調(diào)試35繪制圖紙、撰寫和打印設(shè)計報告16設(shè)計答辯1合計10設(shè)計指導(dǎo)答辯地點：K3——PLC實驗室四、基本要求設(shè)計報告：不少于5000字，Ａ４幅面，統(tǒng)一復(fù)印封面。封面、設(shè)計任務(wù)書目錄1）方案選擇，方案論證（綜述、任務(wù)詳解及設(shè)計思路，PLC選型等）2）系統(tǒng)硬件設(shè)計（系統(tǒng)功能及原理、系統(tǒng)組成框圖、器件選擇、電路原理圖、I/O分配及接線）3）系統(tǒng)軟件設(shè)計（各軟件模塊的功能，梯形圖及說明）4）系統(tǒng)調(diào)試（調(diào)試步驟、方法及調(diào)試過程中的問題及如何解決等）5）結(jié)果分析及展望（最后的結(jié)果成功點和不足之處、總結(jié)及改進等）附錄參考文獻五、設(shè)計考核辦法與成績評定根據(jù)過程、報告、答辯等確定設(shè)計成績，成績按得分0～100分，可分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五等。評定項目基本內(nèi)涵分值設(shè)計考勤考勤、自行設(shè)計、按進度完成任務(wù)等情況10設(shè)計調(diào)試軟硬件調(diào)試過程及完成情況30設(shè)計答辯回答問題等情況20設(shè)計報告完成情況、報告規(guī)范性、創(chuàng)新性、雷同率等情況4090～100分：優(yōu)；80～89分：良；70～79分：中；60～69分，及格；60分以下：不及格

目錄第一章方案選擇及方案論證1.設(shè)計總述52.任務(wù)詳解及設(shè)計思路63.Plc選型7第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計1.系統(tǒng)功能及原理82.系統(tǒng)組成框圖93.器件選擇104.電路原理圖115.I/O分配表126.Plc硬件接線圖13第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計1.各模塊功能141.梯形圖14第四章系統(tǒng)調(diào)試1.調(diào)試步驟152.調(diào)試過程163.出現(xiàn)問題164.解決方案16第五章結(jié)果分析及展望1.結(jié)果分析172.系統(tǒng)改進173.個人小結(jié)17附錄19第一章方案選擇及方案論證一、設(shè)計總述基于PLC控制小車送料系統(tǒng)暨電機四級傳送帶運料系統(tǒng)的控制方案如下：步驟一：plc控制小車送料實現(xiàn)兩地送料至一地的過程，過程如下圖，小車起始點在乙地，往返乙地兩次取料后，去甲地取料。小車到丙地卸料四次完成一個循環(huán)過程。步驟二：小車卸料后起動電機控制四級皮帶運動運動，此時小車開始運料。過程如圖所示。四級皮帶出現(xiàn)故障后，起動分級故障，依次停止皮帶運動。報警燈開始閃爍。故障系統(tǒng)啟動后，電機只能復(fù)位起動，方可運行。二、任務(wù)詳解及設(shè)計思路1、小車運料系統(tǒng)的控制要求小車運料要求如下：（1）要求小車由乙地(X24)和甲地(X23)分別運料到丙地(X25)（即四級傳送帶上端的物料漏斗中），小車的起始位置在乙地(X24)。（2）運料循環(huán)是：小車從乙地開始裝料Y15，右行到達丙地卸料(Y16)，往返兩次卸料。然后經(jīng)由乙地到達甲地裝料，運送物料到達丙地，往返兩次卸料后，完成一次運料過程小車卸料啟動電機四級傳送帶控制：（1）小車在運料到到丙地后，開始卸料，卸料完成后，即卸料延時后啟動電機的最末一跳皮帶。從小車的第一次卸料開始，即可啟動四級傳送帶。2、四級傳送帶控制要求用四條皮帶運輸機的傳送系統(tǒng)，分別用四臺電動機帶動?？刂埔笕缦拢海?）啟動時先起動最末一條皮帶機，經(jīng)過5秒延時，再依次起動其它皮帶機到最前一條后5秒Y5得得電貨物開始裝填貨物。（2）停止時應(yīng)先停止Y5貨物停止裝填，待料運送完畢后5秒后最前一條皮帶機停止再依次停止其它皮帶機。（3）當(dāng)某條皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止且Y5也立即停止裝填貨物，而該皮帶機以后的皮帶機待運完后才停止。例如M2故障，Y5、M1、M2立即停，經(jīng)過5秒延時后，M3停，再過5秒，M4停?？刂乒δ埽海?）單動與循環(huán)控制連鎖，任何一個單動按鈕“ON”，循環(huán)控制不能建立，反之，如果循環(huán)控制已建立，單動按鈕的動作對循環(huán)操作沒有任何影響。（2）當(dāng)“手動/循環(huán)”旋轉(zhuǎn)按鈕置“手動”位置時，方可對單機進行單動。（3）如當(dāng)2#皮帶出現(xiàn)故障時，1#皮帶必須緊停，3#皮帶可以保持運行，當(dāng)故障解除，復(fù)位，按“啟動”按鈕，2#機可直接起動，當(dāng)2#機起動完畢，再延時起動3、4#機。（4）對于短路等，故障解除，按“復(fù)位”按鈕，故障鎖存復(fù)位，未循環(huán)起動按鈕/旋轉(zhuǎn)單動按鈕，皮帶不會自行起動。（5）循環(huán)控制時，如果某臺皮帶起動失敗，則其上游設(shè)備不能啟動，下游設(shè)備可保持運行狀態(tài)。（6）設(shè)聲、光報警。光報警閃爍。（7）不論循環(huán)控制還是單動控制，集中控制緊停按鈕均起作用。三、Plc選型原則1、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。2、存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量?？刂乒δ艿倪x擇：該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇3、對PLC響應(yīng)時間的要求響應(yīng)速度即響應(yīng)時間包括輸入濾波時間，輸出濾波時間和掃描周期。PLC一般以順序掃描工作方式進行工作，對小于掃描時間的輸入信號，有可能造成接收信號不可靠。因此，對有維持很短時間的輸入信號來講，需要選取掃描速度高的PLC。一般機器對掃描時間的限定值為100～200ms，而實際上執(zhí)行一千條指令僅需時間1～10ms,對一般規(guī)模的PLC程序，則輸入信號能維持在10ms左右就完全能安全地被接收到，但對模擬量輸入則需要考慮與PLC的響應(yīng)時間的配合問題。4、系統(tǒng)可靠性根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境及工藝要求，應(yīng)采用功能完善可靠性適宜的PLC。對可靠性要求極高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。5、編程器與外圍設(shè)備小型PLC控制系統(tǒng)一般選用價格便宜的簡易編程器；如果系統(tǒng)較大或多臺PLC共用，可以選用功能強，編程方便的圖形編輯器；如果有現(xiàn)成的個人計算機，可選用能在計算機上使用的編程軟件。綜合以上條件：本次設(shè)計采用三菱FX0N-40MR第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計一、系統(tǒng)功能及原理此系統(tǒng)共分為兩個部分：小車供料部分和傳送帶送料部分小車供料致丙地及傳送帶的漏斗內(nèi)，利用plc控制小車供料單元和四級皮帶送料部分，其中四級皮帶由四臺電機聯(lián)動控制，完成送料的正常運行。

系統(tǒng)組成框圖器件選擇1.小車運行狀態(tài)，選擇禮花模塊。2.電機帶動四級傳送帶運料系統(tǒng)，選擇自動控制送料模塊。3.物料指示燈亮的的時候，證明小車已經(jīng)有貨物開始下落。傳送帶方案選擇：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，對各個方案進行比較、選擇，大致分析過程如下：

方案一：利用強電電路，雖然強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，不能夠很好的完成所給定的任務(wù)。

方案二：只利用PLC可編程控制器，若只利用PLC可編程控制器，其高可靠性是絕對可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性的，存在強電容易損壞PLC的問題。而且程序復(fù)雜，控制器的運算時間變長。

方案三：利用PLC可編程控制器來控制，再加上強電電路組成的控制部分。這個方案是利用了PLC的高可靠性和強電電路的簡單化，整個系統(tǒng)的動作均由可編程控制器控制，控制部分的信號通道由PLC和按鈕開關(guān)來控制，這是為了保證電機動作的準確性。這個方案包含了方案三的優(yōu)點，從而保證了整個系統(tǒng)的可靠性之外，還可以簡化程序。

與上面的三個方案相比較，方案三的可行性最高，也是最簡單，可靠的。所以采用方案三設(shè)計。

四、電路原理圖電機接線圖：控制面板小車送料過程因為沒有實物，所以改用禮花模塊的指示燈來表示小車左行、右行、卸料、裝料過程，使其能夠更好地客觀的觀看到小車運送物料的過程。

五、I/O分配表輸入功能輸出功能X6起動按鈕（X1）X1一級故障A(SQ1)Y1一級繼電器（KM1）X2二級故障B(SQ2)Y2二級繼電器（KM2）X3三級故障C(SQ3)Y3三級繼電器（KM3）X4四級故障D(SQ4)Y4四級繼電器（KM4）X5停止接鈕（SB2）Y5物料指示燈（HL2）X0/X10循環(huán)/單動轉(zhuǎn)換開關(guān)（SQ5）Y1報警燈（HL1）X17緊停開關(guān)（SQ6）Y2報警燈（HL2）X14四級皮帶單動按鈕(SB3)Y3報警燈（HL3）X13三級皮帶單動按鈕（SB4）Y4報警燈（HL4）X12二級皮帶單動按鈕（SB5）X11一級皮帶單動按鈕(SB6)X20起動左行(SB1)Y12小車右行X21起動右行(SB2)Y13小車左行X23甲地限位開關(guān)Y15裝料起動X24乙地限位開關(guān)Y16卸料起動X25丙地限位開關(guān)T21裝料延時5sX26停止按鈕T20卸料延時5sX27位置選擇六、Plc硬件接線圖第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計一、各模塊的功能

（1）通過限位開關(guān)起傳感器的作用，主要是檢測小車的走向。

（2）通過計數(shù)器和限位開關(guān)共同作用，控制小車在何地裝料。

（3）單動與循環(huán)控制連鎖，任何一個單動按鈕“ON”，循環(huán)控制不能建立，反之，如果循環(huán)控制已建立，單動按鈕的動作對循環(huán)操作沒有任何影響。

（4）當(dāng)“手動/循環(huán)”旋轉(zhuǎn)按鈕置“手動”位置時，方可對單機進行單動。

（5）如當(dāng)2#皮帶出現(xiàn)故障時，1#皮帶必須緊停，3#皮帶可以保持運行，當(dāng)故障解除，復(fù)位，按“啟動”按鈕，2#機可直接起動，當(dāng)2#機起動完畢，再延時起動3、4#機。

（6）對于短路等，故障解除，按“復(fù)位”按鈕，故障鎖存復(fù)位，未循環(huán)起動按鈕/旋轉(zhuǎn)單動按鈕，皮帶不會自行起動。

（7）循環(huán)控制時，如果某臺皮帶起動失敗，則其上游設(shè)備不能啟動，下游設(shè)備可保持運行狀態(tài)。

（8）設(shè)聲、光報警。光報警閃爍。

（9）不論循環(huán)控制還是單動控制，集中控制緊停按鈕均起作用。二、梯形圖詳解經(jīng)驗法編程：網(wǎng)絡(luò)1小車右行網(wǎng)絡(luò)2小車左行（M201來控制乙地的限位選擇）網(wǎng)絡(luò)3小車卸料網(wǎng)絡(luò)4：小車裝料網(wǎng)絡(luò)5-7：用計數(shù)器來控制到丙地的卸料第四章系統(tǒng)調(diào)試一、調(diào)試步驟PLC的調(diào)試分為兩個調(diào)試過程：模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試。1.對PLC外部接線作仔細檢查，保證外部接線的準確無誤。按照I/O表進行輸出的接線。2.程序的模擬調(diào)試將plc打到stop狀態(tài)后，下載程序。將設(shè)計好的程序?qū)懭隤LC后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現(xiàn)的錯誤。3.程序的現(xiàn)場調(diào)試

撥動plc的run開關(guān)，進行程序的調(diào)試。將PLC安裝在控制現(xiàn)場進行聯(lián)機總調(diào)試，在調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計中的問題，應(yīng)對出現(xiàn)的問題及時加以解決。二、調(diào)試過程調(diào)試過程中，打開電腦的監(jiān)控頁面，觀看plc輸出信號的變化。以及plc信號指示燈的變化。首先撥動輸出信號X0，使四級皮帶處于環(huán)狀態(tài)，而非單級啟動。按下輸出信號X21，小車向右開始運動，觀察輸出信號。已經(jīng)輸出的信號燈是否亮。觀察小車完成一個循環(huán)的運輸后是否可以繼續(xù)循環(huán)。小車卸料完成后，觀察輸出信號是否有第四級皮帶的輸出，觀察皮帶是否轉(zhuǎn)動。觀察模擬小車運輸過程和四級皮帶聯(lián)動狀態(tài)，如有出入，根據(jù)plc信號輸出以及電機模塊和禮花模塊的指示燈來判斷，plc有輸出信號，可以判斷接線問題或者硬件的問題，如果沒有輸出，通過電腦的監(jiān)控頁面檢查程序里面的問題。從而調(diào)試出最終的結(jié)果。三、出現(xiàn)問題問題一：調(diào)試后發(fā)現(xiàn)小車運送物料的過程中，即從丙地回到甲地的過程中，撥動乙地的限位開關(guān)，小車仍能停止。問題二：撥動四級傳送帶的二級故障后，撥動啟動按鈕無法將傳送帶再次起動，只能將plc復(fù)位后才能再次運行。四、解決方案問題一解決方案：改變程序，給乙地的位置添加限位開關(guān)，控制小車返回甲地的過程中不在乙地停留。程序如下：問題二解決方案：給四級皮帶添加一個復(fù)位起動開關(guān)，電機帶動皮帶運動報警后，如果想要重新啟動可以使用復(fù)位起動開關(guān)進行起動。第五章結(jié)果分析及展望一、結(jié)果分析經(jīng)過兩天的調(diào)試，最終將所有結(jié)果全部調(diào)試出來，已經(jīng)在先前的分析中詳細介紹過，小車進行兩次循環(huán)運送貨物。電機帶動四級皮帶正常運送貨物，但是其中也出現(xiàn)了很多的問題。實現(xiàn)小車運料過程，小車從甲地、乙地分別運送兩次物料到達丙地?？梢詫崿F(xiàn)小車的急停、小啟動向左運動、啟動向右運動。同時小車卸料后，啟動電機運行四級皮帶運行，物料正常運行。實現(xiàn)四級皮帶的一二三四級故障急停、一鍵停止、復(fù)位啟動。出現(xiàn)問題例如：四級傳送帶出現(xiàn)故障后，無法實現(xiàn)小車供料單元的停止。只能手動停止供料小車單元。車默認起始位置在乙地，并且默認車內(nèi)有貨物。即便小車在甲地，車內(nèi)沒有貨物，也仍舊會卸貨在丙地，空載卸貨一次。這樣的話電機就去啟動運料系統(tǒng)，而此時物料漏斗內(nèi)，并沒有貨物。二、系統(tǒng)的改進（擴展）改進①：在本次設(shè)計中，只是進行了小車的供料和四級皮帶的運料過程，我們可以根據(jù)實際情況，設(shè)計電機的轉(zhuǎn)速，來控制四級皮帶的運料速度?？梢苑譃榭臁⒅?、低檔位來控制。改進②：系統(tǒng)上，小車可以加一個起始位的設(shè)計，使得小車最初一定回到乙地，用物料檢測傳感器進行檢測小車內(nèi)是否有物料。如果有就不再進行裝料，檢測無，則進行裝料，這樣就避免的空載卸貨的情況發(fā)生。改進③：電機控制的四級皮帶裝置發(fā)生報警后，系統(tǒng)所有程序同時停止，小車供料單元也設(shè)計為停止?fàn)顟B(tài)。添加一個聲音報警信號。改進④：給系統(tǒng)添加一個分揀單元，用傳感器檢測瑕疵物料，將瑕疵品剔除。三、個人小結(jié)經(jīng)過為期兩個星期的努力，此次的課程設(shè)計已經(jīng)圓滿結(jié)束。模擬結(jié)果也按照預(yù)定的結(jié)果全部實現(xiàn)。在搜集資料的過程中，我在學(xué)校圖書館，以及在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記下來，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細整理分類。這兩周的時間里，從確定課題，查找資料，確定方案，就已經(jīng)花費了近一周的時間，在我徜徉書海查找資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的激動和興奮；以及編制傳送帶程序的時間里，記憶最深的是