1、. . . . 理工學院本科生畢業設計（論文）基于組態軟件的多級皮帶機PLC控制系統設計 PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration Software總計：畢業設計（論文）36 頁表 格： 2 個插 圖 ： 16 幅 理 工 學 院 本 科 畢 業 設 計（論文）基于組態軟件的多級皮帶機PLC控制系統設計PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration Software 學 院（系）

2、： 電子與電氣工程系 專 業： 電氣工程與其自動化 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 Technology33 / 38基于組態軟件的多級皮帶機PLC控制系統設計電氣工程與其自動化專業 摘 要為了解決對多級皮帶機運輸系統實時監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。首先，根據控制要求，分析控制流程，設計以PLC為核心控制器的硬件電路，再采用歐姆龍PLC編寫程序，在實驗箱上進行調試；同時，通過上位機組態軟件，根據控制對象和要求,建立組態監控界面，實現組態界面與現場數據的實時通信、交換和

3、顯示，從而最終實現上位機組態軟件對下位機PLC控制系統的實時監控和管理，完成最終的基于組態軟件的多機皮帶機PLC控制系統的設計。關鍵詞 歐姆龍PLC；皮帶機；組態軟件；監控系統PLC Control System Design of Multistage Belt Conveyor Based on Configuration SoftwareElectrical Engineering and Automation SpecialtyAbstract：This paper takes four-stage belt conveyor for an example to design mult

4、i-stage PLC control system in order to solve the problems about real-time monitoring and automation controlling for the transportation system of multilevel belt conveyor. Firstly, according to the control requirements, analyzing control flow, this paper designs the hardware circuit with PLC control

5、process for core, and then uses Omron PLC to program, debugs in the experiment box; Meanwhile, according to the control object and request, this paper establishes configuration control interface through the configuration software of upper unit, realizes the real-time communication, exchanging and di

6、splaying of the configuration interface with field data , achieves the upper units configuration software real-time monitoring and management for the lower PLC control system, finishes the PLC Control System design of multistage belt conveyor based on configuration software finally.Key words:Omron P

7、LC;belt conveyor;configuration software; monitoring system目 錄1 引言11.1 本課題設計意義11.2 本課題的主要設計容與控制要求22 相關軟件介紹與監控系統總體設計22.1 歐姆龍PLC簡介22.2 組態王6.5仿真軟件特點52.3 監控系統的組成結構63 系統硬件設計73.1 皮帶輸送機工作原理73.1.1 多級皮帶機系統雙向啟動控制原理83.1.2 “順流啟動”的控制原理83.2 設備選擇93.3 控制系統主電路的設計103.4 PLC 開關量與外部接線的設計114 系統軟件設計124.1 PLC程序設計124.1.1 系統功

8、能的分析與設計124.1.2 I/O信號的分析與PLC梯形圖設計134.2 組態軟件的設計155 軟件調試195.1 軟件測試具體步驟195.1.1 程序下載195.1.2 組態調試與注意事項205.2 系統組態運行結果21結束語24參考文獻25附錄一26附錄二30致311 引言在現代科學技術領域中，計算機技術和自動化技術被認為是發展最快的兩個分支，計算機控制技術是這兩個分支相結合的產物，它是工業自動化的重要支柱。工業自動化的廣泛使用能夠提高工廠裝備的技術水平、節約能源、降低能耗、促進生產的柔性化和集成化；控制環境污染、改善勞動條件、保證生產安全可靠；提高產品質量、發展品種、提高勞動生產率以與

9、產品的國際競爭力。隨著工業自動化水平的迅速提高，計算機在工業領域的廣泛應用，人們對自動化監控系統的人性化互動與系統定義要求也越來越高。僅僅實現對現場設備的控制已經無法滿足工業自動化的要求，在對現場設備進行控制的同時實現對其運行狀況的實時監視具有更多的實際意義，因此對工業現場進行自動檢測控制和監視管理的工業監控系統應運而生。工控組態軟件成為開發工業自動化監控系統的一件有力武器。基于組態的自動化控制系統人機對話界面簡單明了，宜于操作，實時性好，開發周期短，便于修改、擴充、升級。并且它能夠很好的解決傳統工業控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據自己控制對象和控制目的任意組太，實現組態界面與現場數據的實

10、時通信、交換和顯示，從而最終實現對現場情況的實時監控和管理，完成最終的自動化控制工程。基于組態軟件的自動化控制系統具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優點.目前，已在工業自動化領域中廣泛應用，采用工控組態軟件和PLC相結合進行標準設計和監控已成為工業自動控制領域一個必然的趨勢。1.1 本課題設計意義皮帶機是皮帶輸送機的簡稱，也叫帶式輸送機。皮帶機運用輸送帶的連續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，包裝袋等貨件，可單機輸送，也可多機組合成水平或傾斜的運輸系統來輸送物料，用途廣泛。帶式輸送機具有輸送距離長、運量大、連續輸送等優點，而且運行可靠，易于實現自動化和

11、集中化控制。多機皮帶機的控制方式也多種多樣，它可以由單片機，PLC以與計算機來控制，由于以PLC為主構成的控制系統具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優點，是目前工業自動的首選控制裝置。為了保證皮帶機工作正常、物料的安全運輸與工作人員的生命安全，對皮帶機運輸系統的全程實時監控是一項非常重要的工作，對皮帶機生產現場迫切需要一種可靠、準確、安全的工業監控系統，來對物料的卸、堆、取、裝等生產流程進行全面的監視與控制。而傳統的自動化控制方式根本無法滿足生產的不間斷運行、控制實時性和安全性等要求。所以開展皮帶機監控系統的研究，是提高工業生產過程自動化水平和經濟效益，適應生產發展的需要，也是促進國民經濟

12、的需要。運用現代通信技術、工業控制網絡技術和采組態監控軟件相結合，把先進的工業生產自動監控理念應用于實際的皮帶機監控系統，用一臺微型計算機作為監控系統的上位機，通過組態軟件、工業控制網絡和PLC相連，實現對現場數據的巡回采集、集中處理，從而最終實現對工業自動化系統的分散檢測控制與集中監控管理1。1.2 本課題的主要設計容與控制要求本次課題的任務是基于組態的多級皮帶機PLC控制系統的設計、安裝、調試，根據要求下面以四級皮帶機為例來說明具體的設計容和控制要求。設計容如下：（1）控制系統的總體方案設計。（2）PLC控制系統的軟、硬件設計。（3）利用組態王6.5仿真軟件對多級皮帶機雙向啟動系統進行畫面

13、組態。（4）系統測試、聯調與模擬調試。控制要求如下：（1）某一生產線由四級皮帶運輸機組成，四級皮帶機分別由分別M1,M2,M3,M4四臺電動機拖動，有順流啟動和逆流啟動兩種啟動控制方式，并且這兩種控制程序可以隨時切換。（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M1M2M3M4的順序啟動，間隔時間均為3秒鐘。若無料進入皮帶，則通過壓力傳感器1的檢測30秒后讓皮帶機按M4M3M2M1的順序依次停止否則繼續運行，如此循環往復。當某條皮帶機發生故障時，所有皮帶機都立即停止運行。逆流啟動時要求一樣。（3）為防止在運行時傳感器誤動作，要求按下系統保護按鈕后，

14、系統才處于待運行狀態，否則傳感器不動作。（4）為保障以外發生時的安全，還要有急停按鈕，當急停按鈕按下時所有的電機立即停止運行。（5）要有必要的短路、過載、連鎖保護。2 相關軟件介紹與監控系統總體設計2.1 歐姆龍PLC簡介（1）OMRON C系列PLC簡介日本OMRON（立石公司）電機株式會社是世界上生產PLC的著名廠商之一。SYSMAC C系列PLC產品以其良好的性能價格比被廣泛地應用于化學工業、食品加工、材料處理和工業控制過程等領域，其產品在日本其銷量僅次于三菱，居第二位，在我國也是應用非常廣泛的PLC之一。OMRON C系列PLC產品門類齊、型號多、功能強、適應面廣。大致可以分成微型、小

15、型、中型和大型四大類產品。整體式結構的微型PLC機以C20P為代表的機型。疊裝式結構的微型機以CJ型機最為典型。OMRON 中型機以C200H系列最為典型。小型PLC機以P型機和CPM型機最為典型，體積更小、指令更豐富、性能更優越，通過I/O擴展可實現10-140點輸入輸出點數的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進行編程，CPM型機是OMRON產品用戶目前選用最多的小型機。在一般的工業控制系統中，小型PLC機要比大、中型機的應用更廣泛。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。本設計我們采用OMRON公司CPM1A系列小型機作為主要設備。與所有小型機一樣，CPM1A系

16、列PLC采用整體式結構，部由基本單元、電源、系統程序區、用戶程序區、輸入/輸出接口、I/O擴展單元、編程器接口與其它外部設備組成。PLC基本組成結構圖如圖1所示。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展起來的一種通用的工業自動控制裝置。它將傳統的繼電器控制技術和現代計算機信息處理技術的優點結合起來，成為工業自動化領域中最重要、應用最多的控制設備。目前已廣泛用于冶金、能源、化工、交通、電力等行業，并已躍居現代工業控制三大

17、支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）的首位。（2）PLC工作原理各種PLC都采用掃描工作方式，具體工作過程小異。第一部分是上電處理。機器通電后，對PLC系統進行一次初始化工作，包括硬件初始化，1/0模塊配置檢查和其它初始化處理等。第二部分是掃描過程，分為三個階段:輸入采樣階段：在PLC的存儲器中，設置了一片區域來存放輸入信號和輸出信號的狀態，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。在輸入采樣階段，PLC把所有的外部輸入電路的ON/OFF狀態讀入到輸入映像寄存器，此時，輸入映像寄存器被刷新。外部的輸入電路閉合時，對應的輸入映像寄存器為“1”狀態，反之，外部的輸入電路斷開時，對應的輸入映像寄

18、存器為“0”狀態。接著進入程序執行階段，輸入映像寄存器與外界隔離，即使輸入狀態發生變化，輸入映像寄存器的容也不變，直到下一掃描周期的輸入采樣階段才讀入這變化。執行用戶程序階段：PLC的用戶程序由若千條指令組成，指令在存儲器中按順序排列。根據梯形圖程序掃描原則，PLC按先左后右、先上后下的順序逐句掃描。程序執行時，若沒有跳轉和中斷指令，CPU從第一條開始，逐條順序的執行，直到遇到結束指令。輸出刷新階段：CPU在執行完用戶程序后，將輸出映像寄存器的0/l狀態傳送到輸出鎖存器中，通過一定的方式輸出，驅動外部負載。為“1”狀態時，對應的線圈通電，其常開觸點閉合，常閉觸點斷開。為“O”狀態時，對應的線圈

19、斷電，其常開觸點斷開，常閉觸點閉合。第三部分是出錯處理。PLC每掃描一次，執行一次自診斷檢查，PLC部設置了一個監視定時器WDT，其定時時間可由用戶設置為大于用戶程序的掃描周期，PLC在每個掃描周期的公共處理階段將監視定時器復位。正常情況下，監視定時器不會動作，當檢查出異常時，監視定時器動作，運行停止，并顯示出來。當出現致命錯誤時，CPU被強制為STOP方式，所有的掃描停止。（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。PLC由于采用現代大規模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。配套齊全，功能完善，適用性強PL

20、C發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代PLC大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來PLC的功能單元大量涌現，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。加上PLC通信能力的增強與人機界面技術的發展，使用PLC組成各種控制系統變得非常容易。易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能

21、。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械部，是實現機電一體化的理想控制設備2。 2.2 組態王6.5仿真軟件特點組態軟件是工業應用軟件的一個組成部分，它是目前國較為流行的通用組態軟件，具有較好的圖形界面，可以方便地構造自己的數據采集系統。它能通過PLC進行數據通信；具有報警、故障查詢與打印功能；組態畫面真實反映實時狀態；可方便地進行配方的設定與修改；此外該軟件還設有不同的訪問權限，可讓不同權限的人操作不同的容。組態軟

22、件已經越來越多的應用在企業信息化系統中和生產控制系統之中。（1）工程管理對于系統集成商和用戶來說，一個系統開發人員可能保存有很多個組態王工程，對于這些工程的集中管理以與新開發工程中的工程備份等都是比較煩瑣的事情。組態王工程管理器的主要作用就是為用戶集中管理本機上的所有組態王工程。工程管理器的主要功能包括：新建、刪除工程，對工程重命名，搜索指定路徑下的所有組態王工程，修改工程屬性，工程的備份、恢復，資料詞典的導入導出，切換到組態王開發或運行環境等。另外，組態王6.5開發系統提供工程加密，畫面和命令語言導入、導出功能。 （2）畫面制作系統支持無限色和過渡色組態王6.5調色板支持無限色，支持二十四種

23、過渡色效果，組態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。 圖庫使用圖庫具有很多好處：降低了工程人員設計接口的難度，縮短開發周期；用圖庫開發的軟件將具有統一的外觀，方便工程人員學習和掌握。按鈕和圖形組態王6.5支持按鈕的多種形狀和多種效果，并且支持位圖按鈕，用戶可以構造無限漂亮的按鈕。可視化動畫連接向導（3）報警和事件系統組態王6.5報警系統全新改版，具有方便、靈活、可靠、易于擴展的特點。組態王分布式報警管理提供多種報警管理功能。包括：基于事件的報警、報警分組管理、報警優先級、報警過濾、新增死區和延時概

24、念等功能，以與通過網絡的遠程報警管理 （4）報表系統 組態王6.5提供一套全新的、集成的嵌式報表系統，部提供豐富的報表函數，用戶可創建多樣的報表。（5）控件組態王6.5支持Windows標準的Active X控件（主要為可視控件），包括Microsoft提供的標準Active X控件和用戶自制的Active X控件。（6）安全系統組態王6.5采用分級和分區保護的雙重保護策略。新增用戶組和安全區管理，999個不同級別的權限和64個安全區形成雙重保護，另外組態王能記錄程序運行中操作員的所有操作3。2.3 監控系統的組成結構皮帶機監控系統依據分散檢測控制、集中監控管理的原則，設計為以工業通信網絡為紐

25、帶、由上位機監控系統和下位機控制系統兩部分組成的高可靠性實用系統。本皮帶機監控系統實際上是一個由集中監控層和設備控制層構成的二級集散控制系統。作為集中監控層的上位機監控系統，主要是工控機和觸摸屏，提供友好、豐富的人機操作界面，處理自動化任務，實現系統狀態動態顯示、設備工作信息采集、工藝流程控制與報表輸出等功能，進行系統全面的監控和管理，并通過監控級工業網絡與下位機交換信息;作為設備控制層的下位機控制系統，主要是可編程控制器，與現場電氣設備和執行機構直接連接，執行可靠、有效、具體的分散控制。在監控系統的運行過程中，下位機PLC通過傳感器采集監控對象的狀態數據，采集到的信號由屏蔽信號電纜從現場傳送

26、到PLC控制柜的接線端子板上，再經由中間繼電器中轉送入PLC的輸入模塊，完成現場信號的采集過程;上位機通過與下位機PLC通信實時獲取監控對象的狀態數據，對數據進行必要的加工后，一方面以圖形方式直觀地顯示在上位機屏幕上，另一方面按照工藝流程要求和操作人員的指令將控制數據送入PLC的輸出模塊，按PLC的用戶程序對數據進行運算處理后再通過執行器驅動對應監控對象的電機、電磁閥等工作，完成現場設備的控制過程。監控系統的工作原理如圖2所示。圖2 監控系統的工作原理圖（1）上位機監控系統現場是由一臺微型計算機作為上位機，通過組態軟件，建立組態界面，實現數據與PLC的實時通信、交換和顯示，從而最終實現上位機組

27、態軟件對下位機PLC控制系統的實時監控和管理。基于組態軟件的多級皮帶機PLC控制系統具有可靠性高、控制功能強大、性價比高等優點。目前，已在工業自動化領域中廣泛應用，采用工控組態軟件和PLC相結合進行標準設計和監控已成為工業自動控制領域一個必然的趨勢4。（2）下位機控制系統下位機控制系統實時采集現場設備的各種數據，同時接受上位機發出的流程控制命令對各生產設備按工藝流程要求進行有效控制。下位機控制系統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）。（3）監控界面設計監控界面是整個監控系統的主要組成部分，是系統進行實時監控的主要人機接口(HMI)，監控界面的友好程度是衡量監控系統質量的重

28、要指標。監控界面的設計首先應滿足生產工藝流程的要求，同時界面要友好，形象逼真，便于操作管理。由于皮帶機的生產規模大，生產線長，需要監控的大型設備多，所以監控系統要實現全局生產的實時監控就必須按照現場設備的物理位置和功能特點設計多個監控界面。監控界面被分為三類:工藝流程圖界面(主監控界面)、逆流控制界面(流程控制界面)、順流監控界面(流程控制界面) 5。系統監控界面一般分為三個部分:總覽部分、現場畫面部分和按鈕部分。在總覽部分一，可組態畫面標題、啟動運行方式選擇:在按鈕部分可組態每個畫面中顯示的固定按鈕;在現場部分可組態當前監控的各機構的具體情況。3 系統硬件設計3.1 皮帶輸送機工作原理皮帶輸

29、送機又稱膠帶輸送機，也稱帶式輸送機(belt conveyer)。通用帶式輸送機由輸送帶、托輥、滾筒與驅動、制動、緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置組成。 目前輸送帶除了橡膠帶外，還有其他材料的輸送帶(如PVC、PU、特氟龍、尼龍帶等)。帶式輸送機由驅動裝置拉緊輸送帶,中部構架和托輥組成輸送帶作為牽引和承載構件，借以連續輸送散碎物料或成件品，是一種以摩擦驅動方式連續運輸物料的機械。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。它既可以進行碎散物料的輸送，也可以進行成件物品的輸送，與各工業企業生產流程中的工藝過程的要求相配合，形成有節奏的流水作業運輸線。所

30、以帶式輸送機廣泛應用于現代化的各種工業企業中，可以單機輸送，也可多機組合成水平或傾斜的運輸系統來輸送物料。另外帶式輸送機具有輸送距離長、運量大、連續輸送、結構簡單、維修方便、成本低、通用性強、運行可靠，易于實現自動化和集中化控制等優點，現已被廣泛地應用在冶金、煤炭、交通、水電、化工等部門。3.1.1 多級皮帶機系統雙向啟動控制原理在礦山膠帶運輸系統中，其連鎖控制大都采用“逆流啟動”的方式。即從料流的終端開始，逆料流方向依次啟動每臺膠帶運輸機，首端膠帶運輸機最后啟動。如果參加連鎖的膠帶機數量較多，則系統的啟動時間有時長達幾十分鐘，此時設備空運轉，造成機械磨損和能源損耗。為了解決這個問題，長期以來

31、，人們一直探求“順流啟動”的控制方式。即從料流的始端開始，根據料流情況，順料流方向，依次啟動每臺膠帶運輸機。但是，從膠帶運輸工藝的特點可知，當“緊急停車”(如事故停車)后，由于膠帶上載滿物料，重新啟動時必須改為“逆料流啟動”。這就是說，一個“順流啟動”控制系統必須具備“順流啟動”和“逆流啟動”兩種控制程序，而且這兩種控制程序可根據需要隨時轉換，以滿足工藝要求。由于膠帶運輸機絕大部分采用繼電器控制系統，其控制程序隨其硬件接線一次性施工而固化，從運行管理角度講，要想隨心所欲地改變控制程序是不可能的。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。3.1.2“順流啟動”的控制原

32、理本設計以四級皮帶輸送機為例來說明多級皮帶機雙向啟動系統的控制原理。四級皮帶運輸系統的工藝流程如圖3所示。圖中Bl、B2、B3、B4.Bn，分別表示膠帶機代號，箭頭表示料流方向。“順流啟動”的控制工藝流程如圖3所示。（1）先啟動B1，并同時給料。當物料隨膠帶運轉而到達距點一定距離時，由程序啟動B2，如果B2因其它原因拒啟動或啟動失敗，B1必須在物料到達點之前停車。圖3 多機皮帶機工藝流程圖（2）系統處于正常運行中，如果其中一臺膠帶機突然停機，逆料流方向，其上部膠帶機應立即停車，其下部膠帶機可繼續運行。（3）系統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。（4）系統有載運行時

33、突然停機后，再次啟動時，必須轉為“逆料流啟動”程序，以保證點不發生“堵漏”。綜上所述，“順流啟動”控制方式的關鍵是相鄰膠帶之間的關系。現以圖3中的B2為例，詳細分析Bl、B2和B3之間各個參數的相互聯系與制約關系。在正常情況下，系統開車前，所有皮帶都是停止的，首先啟動Bl，并開始下料。當物料從O1到達Nl時，命令B2啟動，當物料到達Ml時，如果B2啟動不成功，Bl應立即停機。如成功，則系統繼續運轉。同理，當物料到達N2時，啟動B3，到達M2時，根據B3的啟動情況決定系統停機或運行。根據上述，為量化物理過程，有必要引入兩個定義。啟動信號：“順流啟動”的關鍵是“料來了才啟動”。因此，必須取一個代表

34、“料流”的信號作為動信號。如圖3所示，B2的啟動信號(脈沖)是物料到達N1時發出的。為突出問題的實質，把這段時間(TQBZ)稱為B2的“啟動信號”。其值按下式計算。TQB2=ALl/V1 (1)式中L1為Bl的長度;V1為Bl的運行速度;A為系數，取值0.6一0.8。由圖3可知，TQB2的意義是物料從O1點到達M1點的時間。也就是說，在物料到達M1點(而不是N1點)時，B2就開始啟動。顯然，這一信號比真正的料流信號超前一段時間，使B2有足夠的啟動時間，從而保證系統運行的可靠性。運行信號：從上述的控制原則(2)可知，在系統啟動運行后，B2的運行受B3的制約，即B3停，B2隨之停。因此，B2的控制

35、程序中要有一個B3運行狀態的信號。或者說，只有B3啟動并能正常運行，才允許B2繼續運行。但是，在“順流啟動”方式中，要求B2先于B3啟動運行。很顯然B2與B3在“啟動”與“運行”兩種工作狀態下，其控制原則恰是相反的。如圖3所示，物料從O2到達O3這段時間，B2的運行不受B3制約，可以運行。因此，在這段時間發出一個信號允許B2運行。為突出問題的實質，把時間參數稱作“允許運行信號”。為了保證系統運行的可靠性，把物料從O2到達M2的這段時間(TYB2)作為B2的“準許運行信號”。其值按下式計算。TYB2=BL2/V2 (2)式中L2為B2的長度;V2為B2的速度;B為系數，取值0.6一0.8。(1)

36、、(2)式中A必須小于B。另外A、B應從膠帶機的長度、運行速度與電機啟動時間等參數統籌考慮，以保證系統運行的可靠性6。3.2 設備選擇（1）PLC機型與容量的選擇PLC機型選擇的基本原則是：在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以與性能價格比最優的機型。通常做法是，在工藝過程比較固定、環境條件較好的場合，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；對于開關量控制以與以開關量控制為主、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、數據傳送功能的低檔機就能滿足要求，如西門子公司S7-200系列或歐姆龍公司CPM1A系

37、列。本設計選用整體式結構，歐姆龍公司CPM1A系列PLC。PLC容量包括兩方面：一是I/O點數；二是用戶存容量（字數）7。PLC容量的選擇除了滿足控制要求外，還應留有適當的裕量，以做備用。I/0點數也應留有適當的裕量。由于目前I/O點數較多的PLC價格也較高，若備用的I/O點數太多，反而使成本增加。根據被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數，并考慮到今后的調整和擴充，通常I/O點數按實際需要的10%-15%考慮備用量。本次設計中，實驗室提供的CPU型號為CPM1A-CDR20-A，它有20個I/O點數，實際應用只需要10個輸入點和8個輸出點共18個I/O點數，剩下的I/O點數就可以作為裕量使用。

38、（2）其他設備選擇 根據控制要求，本設計使用OMRON CX-Programmer軟件進行PLC編程，選用CPM1A-CDR20-A可編程控制器對多機皮帶機控制系統進行控制，同時用一臺計算機作為上位機和組態軟件相結合，實現對多機皮帶機控制系統的監控和管理，最后通過PLC可編程控制器模擬實驗箱對控制系統運行結果進行模擬顯示。3.3 控制系統主電路的設計主電路的設計對于本次設計-多級皮帶機雙向啟動控制系統的設計相當重要,只有在主電路設計正確且簡便的基礎上,系統控制電路與軟件設計才能精簡方便。根據系統的控制工藝要求，本設計以四級皮帶機為例，設計的電氣控制系統主回路原理圖如圖4所示。圖4 系統主回路原

39、理圖圖中M1，M2，M3，M4為三四臺皮帶傳輸送電動機，交流接觸器KM1-KM4通過控制四臺電動機的運行來控制四個皮帶輸送機，從而進行對物料傳輸。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。FU1為熔斷器，起過電流保護作用。其他電動閥門在本設計的其他地方再做詳細介紹。3.4 PLC 開關量與外部接線的設計（1）該系統占用PLC的20個I/O口，10個輸入點，8個輸出點，具體的I/O分配見表1所示。表1 多機皮帶機雙向啟動控制系統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系統啟動按鈕00001

40、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100004一級皮帶機故障顯示01004物料檢測200005一級皮帶機故障顯示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。圖5 PLC外部接線圖圖中CPM1A-20CDR-APLC的輸入端電源為24V(DC)，輸出端電源為交流220V。另外，由于PLC輸出端接的是繼電器感性負載，所以，為了抑制線路斷開時電感負載產生的感應高電壓對PLC

41、輸出電路產生破壞，在負載兩端并聯了保護電路8，可抑制高電壓的產生。對于交流負載，常在感性負載兩端并聯RC吸收線路。一般取R:0.5W、100120；C：0.1Uf。4 系統軟件設計4.1 PLC程序設計4.1.1 系統功能的分析與設計PLC軟件功能的分析與設計實際上是PLC控制系統的功能分析與設計中的一個重要組成部分。對于控制系統的整體功能要求，可以通過硬件途徑、軟件途徑或者軟硬件結合途徑來實現。因此，在正式編寫程序之前，首先要站在控制系統的整體角度上，進行系統功能要求的分配，弄清楚哪些功能是要通過軟件的執行來實現的，即明確應用軟件所必須具備的功能。對于一個實用軟件，大體上可以從以下兩個方面來

42、考慮。（1）控制功能（2）自診斷功能作為PLC控制系統，其最基本的要求就是如何通過PLC對被控對象實現人們所希望的控制，所以對于以上兩方面，控制功能是最基本的，必不可少。該系統最主要的功能就是實現多級皮帶機的雙向啟動,要靠與時準確地控制物料檢測開關、皮帶傳輸送料電動機等元器件來實現。但是針對不同的元器件，我們要根據需要設計出不同的功能。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。在進行功能的分析、分配之后，要進行具體功能的設計，對于不同的PLC控制系統，其主要依據是根據被控對象和生產工藝要求而定。該控制系統的工作原理在前面已介紹過，具體控制原理的

43、流程圖如圖6所示。當系統啟動后，如果選擇順流啟動（順流啟動和逆流啟動可隨時切換），且物料檢測傳感器檢測到有物料，則皮帶機1啟動，如果沒有出現故障報警，則開始運行，TY時間后，皮帶機2啟動，如果沒有故障報警，則運行TY時間后，皮帶機3啟動，這樣依次直到皮帶機4步入正常運行，如果有物料（物料檢測傳感器檢測），則皮帶機一直運行下去，如果沒有則間隔TY時間逆序停止。并且在運行中只要有故障報警，則整個系統立即停止運行。逆流啟動時控制原則和順流時完全一樣。第二部分是自診斷功能。它包括PLC自身工作狀態的自診斷和系統中被控設備工作狀態的自診斷兩部分9。在本設計中，我們用四個個熱繼電器FR1-FR4來實現故障

44、報警與處理。具體表現為當四個傳送帶中任意一個或多個發生故障時，系統通過四個不同的信號燈顯示來實現故障報警，并通過急停按鈕停止系統運行，處理相應故障。圖6 四級皮帶機控制原理流程圖4.1.2 I/O信號的分析與PLC梯形圖設計 PLC的工作環境是工業現場，工業現場的檢測信號（如：物料檢測信號、故障信號等）多種多樣，有模擬量（如物料、皮帶機），也有開關量，PLC就以這些現場數據作為對被控對象進行控制的源信息。同時，PLC又將處理的結果送給被控設備或工業生產過程，驅動各種執行機構（皮帶傳輸送料電動機）實現控制。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

45、息表的形式提供給編程人員10。具體I/O口前面已信號分析的主要容如下。（1） 定義每一個輸出信號并確定它的地址。該設計中具體I/O地址表和PLC外部接線圖在前面已給出。（2）審核上述分析設計是否能滿足系統規定的功能要求。若不滿足，則需修改，直至滿足為止。為了保障系統安全，程序中設計了急停按鈕00000，只要任意以與皮帶機故障報警，就可以按下急停按鈕使整個系統停止運行。另外順流啟動和逆流啟動，通過一條跳轉指令實現切換。主程序梯形圖如圖7所示。圖7 主程序梯形圖當系統啟動后，按下順流啟動按鈕00002，且有物料來時（物料檢測開關00004閉合），順流啟動程序運行，實現該控制的程序梯形圖如圖8所示。

46、圖8 順流啟動程序梯形圖當系統啟動后，按下逆流啟動按鈕00003，且有物料時（物料檢測開關00005閉合），逆流啟動程序開始運行，實現該控制的程序梯形圖如圖9所示。圖9 逆流啟動程序梯形圖本設計總體的PLC程序梯形圖如附錄圖10所示。4.2 組態軟件的設計對于多級皮帶機的雙向啟動控制系統來說，組態設計是非常重要的一步。在設計好硬件設備和軟件程序之后，我們還不能斷定我們的設計是否合理，這就需要一個平臺去驗證，而組態王6.5就能滿足我們的需要。（1）建立組態王新工程要建立新的組態王工程，首先為工程指定工作目錄（或稱“工程路徑”）。“組態王6.5”用工作目錄標識工程，不同的工程應置于不同的目錄。工作

47、目錄下的文件由“組態王6.5”自動管理。創建工程路徑具體操作如下：啟動“組態王6.5”工程管理器（ProjManager），選擇菜單“文件新建工程”或單擊“新建”按鈕，在彈出圖框中單擊“下一步”繼續。彈出“新建工程向導之二對話框”， 在彈出圖框中的工程路徑文本框中輸入一個有效的工程路徑，或單擊“瀏覽”按鈕，在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個有效的路徑。單擊“下一步”繼續。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，工程描述長度應小于40個字節。單擊“完成”完成工程的新建。系統會彈出對話框，詢問用戶是否將新建工程設為當前工程，在彈出

48、圖框中單擊“否”按鈕，則新建工程不是工程管理器的當前工程，如果要將該工程設為新建工程，還要執行“文件設為當前工程”命令；定義的工程信息會出現在工程管理器的信息表格中。雙擊該信息條或單擊“開發”按鈕或選擇菜單“工具切換到開發系統”，進入組態王的開發系統。（2）創建組態畫面進入組態王6.5開發系統后，就可以為每個工程建立數目不限的畫面，在每個畫面上生成互相關聯的靜態或動態圖形對象。這些畫面都是由“組態王6.5”提供的類型豐富的圖形對象組成的。創建具體操作如下。定義新畫面進入新建的組態王工程，選擇工程瀏覽器左側大綱項“文件畫面”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標。在“畫面名稱”處輸入新的畫

49、面名稱，如“多機皮帶機雙向啟動控制系統”，其它屬性目前不用更改，點擊“確定”按鈕進入嵌的組態王畫面開發系統11。編輯畫面在組態王開發系統中從“工具箱”中分別選擇相應圖標，按照相關步驟，繪制組態監控畫面如圖11所示。選擇“文件全部存”命令保存現有畫面。圖11 組態監控畫面定義IO設備組態王6.5把那些需要與之交換數據的設備或程序都作為外部設備。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據；其他Windows應用程序，它們之間一般通過DDE交換數據；外部設備還包括網絡上的其他計算機。只有在定義了外部設備之后，組態王6.5才能通過I/O變量和它們交換數據。為

50、方便定義外部設備，組態王設計了“設備配置向導”引導用戶一步步完成設備的連接。該課題設計中使用歐姆龍CPM1A系列PLC和組態王6.5進行通信。CPM1A系列 PLC可以通過PLC為組態王提供數據。本設計選擇PLC連接在計算機的COM1口。定義I/O設備的具體步驟如下。繼續上面的工程。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”。在彈出圖框中選擇“歐姆龍PLC”的“C系列”的“HostLink”項，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”，為外部設備取一個名稱，輸入新IO設備，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”，為設備選擇連接串口COM

51、1，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”，填寫設備地址。 在彈出圖框中設置通信故障恢復參數(一般情況下使用系統默認設置即可)，單擊“下一步”，彈出“設備配置向導”，請檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成”。設備定義完成后，在工程瀏覽器的右側可看到新建的外部設備“新IO設備”。在定義數據庫變量時，只要把IO變量連結到這臺設備上，就可以和組態王6.5交換數據了。構造數據庫數據庫是“組態王6.5”軟件的核心部分，工業現場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上，操作者在計算機前發布的指令也要迅速送達生產現場，所有這一切都是以實時數據庫為中介環節，所以說數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。在Touc

52、hVew運行時，它含有全部數據變量的當前值。變量在畫面制作系統組態王畫面開發系統中定義，定義時要指定變量名和變量類型，某些類型的變量還需要一些附加信息。數據庫中變量的集合形象地稱為“數據詞典”，數據詞典記錄了所有用戶可使用的數據變量的詳細信息12。構造數據庫具體步驟如下。繼續上面的工程。選擇工程瀏覽器左側大綱項“數據庫數據詞典”，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建”圖標，彈出“變量屬性”對話框。此對話框可對數據變量完成定義、修改等操作，以與數據庫的管理工作。在“變量名”處輸入變量名，例如對變量“系統啟動”的定義如下：在“變量類型”處選擇“IO離散”；連接設備選擇“dianj”；寄存器選“IR

53、000.01”；數據類型“Bit”；采集頻率設為“100ms”；讀寫屬性“讀寫”；其它屬性不用更改，單擊“確定”即可。其它數據庫可根據以上方法一一構造，且采集頻率都設為“100ms”； 讀寫屬性可根據實際情況選擇。具體構造完的數據庫如附錄圖12所示。建立動畫連接定義動畫連接是指在畫面的圖形對象與數據庫的數據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據變量的值。“組態王6.5”提供了21種動畫連接方式如表2所示。表2 動畫連接方式表屬性變化線屬性變化、填充屬性變化、文本色變化位置與大小變化填充、縮放、旋轉、水平移動、垂直移動值

54、輸出模擬值輸出、離散值輸出、字符串輸出值輸入模擬值輸入、離散值輸入、字符串輸入特殊閃爍、隱含滑動桿輸入水平、垂直命令語言按下時、彈起時、按住時一個圖形對象可以同時定義多個連接，組合成復雜的效果，以便滿足實際中任意的動畫顯示需要。建立動畫連接的具體步驟如下：繼續上面的工程。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。單擊“確定”，再單擊“確定”返回組態王6.5開發系統。為了讓圖形動起來，需要使該變量能夠動態變化，選擇“編輯畫面屬性”菜單命令，彈出對話框。單擊“命令語言”按鈕，彈出畫面命令語言對話框。在編輯框處輸入相對應的命令語言。可將“每3000毫秒”改為“每5

55、00毫秒”，此為畫面執行命令語言的執行周期。單擊“確認”，與“確定”回到開發系統13。其它被控對象與此類似可一一進行動畫連接，最終編輯好的整個仿真系統的命令語言如下所示。if(本站點順啟M1=1 | 本站點逆啟M1=1) 本站點皮帶1=1;else 本站點皮帶1=0;if(本站點順啟M2=1 | 本站點逆啟M2=1) 本站點皮帶2=1;else 本站點皮帶2=0;if(本站點順啟M3=1 | 本站點逆啟M3=1) 本站點皮帶3=1;else 本站點皮帶3=0;if(本站點順啟M4=1 | 本站點逆啟M4=1) 本站點皮帶4=1;else 本站點皮帶4=0;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;else 本站點順流=0;if(本站點逆啟M1=1 | 本站點逆啟M2=1 | 本站點逆啟M3=1 | 本站點逆啟M4=1)本站點逆流=1;else 本站點逆流=0;if(本站點皮帶1=1 & 本站點順流=1) 本站點角度一=本站點角度一+12;if(本站點角度一360) 本站點角度一=0;if(本站點皮帶2=1 & 本站點順流=1) 本站點角度二=本站點角度二+12;if(本站點角度