1、學 號： 11課 程 設 計題 目四節傳送帶PLC控制系統設計學 院物流工程學院專 業物流工程專業班 級物流1201班姓 名鄭 杰指導教師徐 滬 萍2015年月日課程設計任務書學生姓名： 鄭杰 專業班級： 物流1201班 指導教師： 徐滬萍 工作單位： 武漢理工大學 題 目: 四節傳送帶PLC控制系統設計初始條件：1)PLC型號：西門子公司S7系列，S7-3002)編程環境：SIMATIC Manager /Step7 V5.4或更高版本3)根據控制要求分配PLC I/O地址，畫出PLC與控制對象的接線圖，設計控制流程，按照模塊化的方式設計程序，既可以采用LAD編程，也可以采用STL編程，還可

2、以采用組合方式編程。4)編寫的需要輸入PLC，調試通過要求完成的主要任務: 用PLC構成四節傳送帶控制系統。控制要求如下：起動后，先起動最末的皮帶機，1s后再依次起動其它的皮帶機；停止時，先停止最初的皮帶機，1s后再依次停止其它的皮帶機；當某條皮帶機發生故障時，該機及前面的應立即停止，以后的每隔1s順序停止；當某條皮帶機有重物時，該皮帶機前面的應立即停止，該皮帶機運行1s后停止，再1s后接下去的一臺停止，依此類推。時間安排：2015年6月 14 日 布置任務，閱讀指導書2015年6月15-18日 編制I/O地址分配表，PLC外部接線圖2015年6月19-23日 繪制主電路，編寫PLC控制程序2

3、015年6月 24 日 編寫設計說明書2015年6月 25 日 確認提交版答辯指導教師簽名： 2015年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日本科生課程設計成績評定表姓 名鄭 杰性 別女專業、班級物流1201班課程設計題目：四節傳送帶PLC控制系統設計課程設計答辯或質疑記錄：成績評定依據：最終評定成績（以優、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 2015年 月 日目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc423510463 概述 PAGEREF _Toc423510463 h 6 HYPERLINK l _Toc423510464 1.1 PLC的概述

4、PAGEREF _Toc423510464 h 6 HYPERLINK l _Toc423510465 1.1.1 PLC的歷史 PAGEREF _Toc423510465 h 6 HYPERLINK l _Toc423510466 1.1.2 PLC的主要功能 PAGEREF _Toc423510466 h 7 HYPERLINK l _Toc423510467 1.1.3 PLC的主要特點 PAGEREF _Toc423510467 h 8 HYPERLINK l _Toc423510468 1.1.4 PLC的網絡通信 PAGEREF _Toc423510468 h 8 HYPERLIN

5、K l _Toc423510469 1.2 四節傳送帶系統的歷史 PAGEREF _Toc423510469 h 9 HYPERLINK l _Toc423510470 1.2.1 四節傳送帶系統的起源 PAGEREF _Toc423510470 h 9 HYPERLINK l _Toc423510471 1.2.2 四節傳送帶系統的發展 PAGEREF _Toc423510471 h 9 HYPERLINK l _Toc423510472 2、課設內容及要求 PAGEREF _Toc423510472 h 10 HYPERLINK l _Toc423510473 2.1課設內容 PAGERE

6、F _Toc423510473 h 10 HYPERLINK l _Toc423510474 2.2設計要求 PAGEREF _Toc423510474 h 10 HYPERLINK l _Toc423510475 2.3控制要求 PAGEREF _Toc423510475 h 10 HYPERLINK l _Toc423510476 3、硬件電路設計 PAGEREF _Toc423510476 h 11 HYPERLINK l _Toc423510477 3.1主電路圖設計 PAGEREF _Toc423510477 h 11 HYPERLINK l _Toc423510478 3.2PLC

7、控制系統配置及接線圖設計 PAGEREF _Toc423510478 h 12 HYPERLINK l _Toc423510479 3.3PLCI/O點分配 PAGEREF _Toc423510479 h 12 HYPERLINK l _Toc423510480 3.4 硬件組態圖 PAGEREF _Toc423510480 h 13 HYPERLINK l _Toc423510481 4、軟件設計 PAGEREF _Toc423510481 h 14 HYPERLINK l _Toc423510482 4.1 順序功能圖設計 PAGEREF _Toc423510482 h 14 HYPERL

8、INK l _Toc423510483 4.2 梯形圖程序設計 PAGEREF _Toc423510483 h 14 HYPERLINK l _Toc423510484 5、運行與調試 PAGEREF _Toc423510484 h 20 HYPERLINK l _Toc423510485 5.1 S7-PLC模擬軟件 s7-plcsim簡介 PAGEREF _Toc423510485 h 20 HYPERLINK l _Toc423510486 5.2 s7-plcsim的使用方法 PAGEREF _Toc423510486 h 20 HYPERLINK l _Toc423510487 5.

9、3 四節傳送帶系統的調試 PAGEREF _Toc423510487 h 20 HYPERLINK l _Toc423510488 5.4winCC組態 PAGEREF _Toc423510488 h 22 HYPERLINK l _Toc423510489 6、結束語 PAGEREF _Toc423510489 h 22 HYPERLINK l _Toc423510490 7、參考文獻 PAGEREF _Toc423510490 h 23摘 要 現今的社會，科技發展迅速，在工業方面，計算機技術、半導體技術、控制技術、數字技術、通信網絡技術等高新技術的發展息息相關，這些高新技術推動了PLC的發

10、展。今天，我們的生活環境和工作環境有越來越多稱之為可編程控制器的小電腦在為我們服務，可編程控制器在工業控制，尖端武器，通信設備，信息處理，家用電器等各測、控制領域的應用中獨占鰲頭。本四節傳送帶電路采用PLC為控制核心，具備順序起動和順序停止功能，當某條皮帶機發生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止的自動控制等功能。利用本次設計，初步掌握PLC的基本控制功能，學會運用PLC，控制基本工業控制。關鍵詞 微控制器 可編程控制器 PLC 四節傳送帶裝置 概述1.1 PLC的概述可編程邏輯控制器，PLC （Programmable Logic Controller），一種數字運算操作的電子系統，是以

11、微機處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數字技術和通信網絡技術發展起來的一種通用工業自動控制技術，它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。它面向控制過程、面向用戶、適應工業環境、操作方便、可靠性高，成為現代工業控制的三大支柱之一。1.1.1 PLC的歷史在PLC問世之前，工業控制領域中是繼電器控制站主導地位。繼電器控制系統有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應性差等，而PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統發展而來的

12、。自1836年繼電器問世，人們就開始用導線將它同開關器件巧妙地連接，構成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀60年代末，它不斷吸收微計算機技術使之功能不斷增強，逐漸適合復雜的控制任務 。隨著微電子技術、計算機技術和數據通信技術的飛速發展、微處理器的出現，以及流程加工行業（如汽車制造業）對生產流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術出現并快速發展。目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強功能等方面有了質的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發展成為具有邏輯判斷、定時、計數、記憶和算術運算、數據處理、聯網通信及PID回路調節等功能的現代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及

13、CPU+通信+I/O的基本結構。PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業現場和市場的要求：高可靠性、強抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡便、低價格長壽命。它的輸入輸出端更接近現場設備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節省了用戶時間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計算機。PLC的諸多優點確定了其在工業中的廣泛應用。1.1.2 PLC的主要功能 1、控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數等。2、數據采集與輸出。 3、輸入/輸出接口調理功能。具有A/D、D/A轉換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調節，具有溫度、運動等

14、測量接口。 4、數據處理功能。包括基本數學運算、比較、對字節的運算、PID運算、濾波等。 5、支持人機界面功能。提供操作者以監視機器/過程工作必需的信息。允許操作者和PC系統與其應用程序相互作用，以便作決策和調整，實現工業計算機的分散和集中操作與監視系統。 6、通信、聯網功能。現代PLC大多數都采用了通信、網絡技術，有RS232或RS485接口，可進行遠程I/O控制，多臺 PLC可彼此間聯網、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現程序和數據交換，如程序轉移、數據文檔轉移、監視和診斷。在系統構成時，可由一臺計算機與多臺PLC構成“集中管理、分散控制”的分布式控制網絡，以便

15、完成較大規模的復雜控制。通常所說的SCADA系統，現場端和遠程端也可以采用PLC作現場機。 7、編程、調試等，并且大部分支持在線編程。 1.1.3 PLC的主要特點1、結構形式多樣，模塊化組合靈活。有固定式適于小型系統或機床，組合式適于集控制系統。最少的PLC只有6點，而AB的ControlLogix系統的容量達128000點。2、可靠性高。PLC的MTBF一般在4000050000h以上，有的在10-20萬h，且均有完善的自診斷功能。3、編程方便。控制具有極大靈活性。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

16、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。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。 4、功能強大。PLC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通信能力的增強及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。5、適應工業環境。適應高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣

17、環境以及電磁干擾環境。 6、安裝、維修簡單。與DCS相比，價格低。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 當前PLC產品緊跟現場總線的發展潮流。1.1.4 PLC的網絡通信 PLC的通信包括PLC之間、PLC與上位計算機之間以及PLC與其他智能設備間的通信。PLC系統與通用計算機可以直接或通過通信處理單元、通信轉接器相連構成網絡，以實現信息的交換，并可構成集中管理、分散控制的分布式控制系統，滿足工廠自動化(FA)系統發展的需要

18、，各PLC系統或遠程I/O模塊按功能各自放置在生產現場分散控制，然后采用網絡連接構成集中管理的分布式網絡系統。 目前各廠商都主推各自的總線標準，如西門子Profibus、A-B ControlNet及DeviceNet、莫迪康Modbus等等。但其構成的“集中管理、分散控制”分布式控制方式是十分類似的。如ROCKWELL（A-B）推出了“全方位自動化”的理念，推薦三層網絡結構，即1）設備層（DeviceNet為代表）；2）控制層（ControlNet為代表）；3）管理層（EtheNet）。 1.2 四節傳送帶系統的歷史 1.2.1 四節傳送帶系統的起源 17世紀中，美國開始應用架空索道傳送散狀

19、物料；19世紀中葉，各種現代結構的傳送帶輸送機相繼出現。 皮帶式傳送帶設備1868年，在英國出現了皮帶式傳送帶輸送機；1887年，在美國出現了螺旋輸送機；1905年，在瑞士出現了鋼帶式輸送機；1906年，在英國和德國出現了慣性輸送機。此后，傳送帶輸送機 受到機械制造、電機、化工和冶金工業技術進步的影響，不斷完善，逐步由完成車間內部的傳送，發展到完成在企業內部、企業之間甚至城市之間的物料搬運，成為物料搬運系統機械化和自動化不可缺少的組成部分。 1.2.2 四節傳送帶系統的發展 未來傳送帶設備的將向著大型化發展、擴大使用范圍、物料自動分揀、降低能量消耗、減少污染等方面發展。 大型化包括大輸送能力、

20、大單機長度和大輸送傾角等幾個方面。水力輸送裝置的長度已達440公里以上帶式輸送機的單機長度已近15公里，并已出現由若干臺組成聯系甲乙兩地的“帶式輸送道”。不少國家正在探索長距離、大運量連續輸送物料的更完善的輸送機結構。 擴大輸送機的使用范圍，是指發展能在高溫、低溫條件下有腐蝕性、放射性、易燃性物質的環境中工作的，以及能輸送熾熱、易爆、易結團、粘性物料的傳送帶設備。 本論文設計了一個多級皮帶傳輸系統，它多用于處于復雜地形的大型工業廠礦。系統采用可編程控制器（PLC）做下位機控制，上位機則采用工業通用組態軟件“組態王”設計控制界面，并最終完成上下位機的通信以達到直觀方便的控制效果。 多級皮帶傳輸系

21、統憑借它自身的特點和優勢在現代工業中有著重要的作用和地位，最典型的應用就是我們常說的輸煤系統。輸煤系統的組成部分包括給煤機、皮帶、破碎機、三通、卸料器等。我們采用PLC對此系統進行順序控制。2、課設內容及要求2.1課設內容學會使用組態軟件和PLC控制系統連接，采用下位機執行，上位機監視控制的方法，構建完成全四節傳送帶自動運行系統工作模擬系統。2.2設計要求1)PLC型號：西門子公司S7系列，S7-3002)編程環境：SIMATICManager/Step7V5.4或更高版本3)根據控制要求分配PLCI/O地址，畫出PLC與控制對象的接線圖，設計控制流程，按照模塊化的方式設計程序，既可以采用LA

22、D編程，也可以采用STL編程，還可以采用組合方式編程。4)編寫的需要輸入PLC，調試通過。2.3控制要求有一個用四條皮帶運輸機的傳送系統，分別用四臺電動機帶動，控制要求如下：啟動時先起動最末一條皮帶機，經過1秒延時，再依次起動其它皮帶機。停止時應先停止最前一條皮帶機，待料運送完畢后依次停止其它皮帶機。當某條皮帶機發生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機以后的皮帶機待運完后才停止。例如M2故障，M1、M2立即停，經1秒延時后，M3停，再過1秒，M4停。當某條皮帶機上有重物時，該皮帶機前面的皮帶機停止，該皮帶機運行1秒后停，而該皮帶機以后的皮帶機待料運完后才停止。如，M3上有重物，

23、M1、M2立即停，再過1秒，M4停。四節傳送帶工作示意圖如圖2.1圖2.13、硬件電路設計3.1主電路圖設計四條傳送帶A、B、C、D分別由四個電動機M1、M2、M3、M4控制。主電路中有熔斷器保護，電機有熱繼電器保護。圖3.1 主線路圖3.2PLC控制系統配置及接線圖設計下框中的KM1、KM2、KM3、KM4分別接主機的輸出點Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q0.4；SB1、SB2分別為主機的輸入點I0.0、I0.5；表示故障設定的A、B、C、D分別接主機輸入點I0.1、I0.2、I0.3、I0.4；表示負載設定的A、B、C、D分別接主機輸入點I1.1、I1.2、I1.3、I1.4。上框中啟動、

24、停止用動合按鈕來實現，負載或故障設置用鈕子開關來模擬，電機的停轉或運行用發光二極管來模擬。圖3.2 PLC控制系統配置及接線圖3.3PLCI/O點分配四節傳送帶自動運行系統控制線路如圖2.1所示。SB1、SB2和A、B、C、D外部按鈕是PLC的輸入變量，KM1、KM2、KM3和KM4是PLC的輸出變量，PLC的I/O端子分配表3.1如下所示。表3.1 四節傳送帶自動運行系統PLC的I/O端子分配表3.4 硬件組態圖圖3.3 系統的硬件組態圖4、軟件設計4.1 順序功能圖設計圖4.1 順序功能圖4.2 梯形圖程序設計1.按下I0.1啟動常開輔助按鈕閉合，M4電機啟動。Q4.4形成自鎖回路。2.T

25、0得電，M3電機延時1s啟動。Q4.3形成自鎖回路。3.T1得電，M2電機延時1s啟動。Q4.2形成自鎖回路。4.T2得電，M1電機延時1s啟動。Q4.1形成自鎖回路5.按下常開輔助按鈕I0.0，輔助繼電器M0.0開始工作。6.Q4.4得電，T0運行1s。7.T0得電，T1運行1s。8.T1得電，T2運行1s。9.按下常開輔助按鈕I0.0，輔助繼電器M1.0開始工作。10.M1.0得電，T3運行1s.11.T3得電，T4運行1s.12.T4得電，T5運行1s.13.按下按鈕I0.2，輔助繼電器M1.1開始工作并形成自鎖回路。14.M1.1得電，T9運行1s.15.T9得電，T10運行1s。16

26、.T10得電，T11運行1s.17.按下按鈕I10.3，輔助繼電器M1.2開始工作并形成自鎖回路。M1.2得電，T7運行1s.19.T7得電，T8運行1s.20.按下按鈕I0.4，輔助繼電器M1.3工作并形成回路。21.M1.3得電，T6運行1s.5、運行與調試5.1 S7-PLC模擬軟件 s7-plcsim簡介s7-plcsim模擬軟件是在STEP-7環境下，不用連接任何S7系列的PLC（CPU或I/O模板），而是通過仿真的方法運行和測試用戶的應用程序。s7-plcsim提供了簡單的界面，可以用編程的方法來監控和修改不同的參數，也可以使用變量表進行監控和修改變量。5.2 s7-plcsim的

27、使用方法1，打開 SIMATIC Manager.2，選擇菜單命令OPTIONSSimulate Moudles，以啟動S7-PLCSIM（默認的MPI地址為2）S7-PLCSIM的窗口畫面如圖所示。圖5.1 S7-PLCSIM的窗口圖3，打開要模擬的項目和程序。4，選擇菜單命令PLCDownload，將要模擬的程序快下載到模擬的PLC中。5，根據提示：Do you want to load the system data?,如果不想下載硬件配置到模擬的PLC中，選擇NO；如果想下載硬件配置到模擬的PLC中，選擇YES。6，在S7-PLCSIM的窗口畫面中，工具欄由三部分組成：（1）標準工具欄

28、（2）插入觀察對象工具欄7，CPU操作開關觀察對象 這個操作開關與真實的CPU的操作開關的作用是相同的，可以進行運行和停止等操作，并且有對應的指示燈表示其工作狀態。5.3 四節傳送帶系統的調試1，點擊RUN-P開始，將I0.1打勾即啟動傳送帶電極接通，相對應的Q4.1,Q4.2，Q4.3，Q4.4，每隔1s連續打勾。如圖5.2所示圖5.2 四節皮帶電機啟動圖2.將I0.2打勾M1電機故障，M1停止工作而M2,M3,M4每隔1s再停止。如圖5.3所示。圖5.3 M1電機故障圖3.將I0.3打勾M2電機故障，M2，M1立即停止工作而M3，M4電機每隔1s再停止。如圖5.4所示。圖5.4 M2電機故障圖4.將I0.4打勾M3電機故障，M3,M2立即停止工作而M4電機在隔1s后停止。如圖5.5所示。圖5.5 M3電機故障圖5.如果系統要停止工作將I0.0打勾則M4，M3,M2，M1依次每隔1s停止工作。如圖5.6所示。圖5.6 四節皮帶電機停止圖5.4winCC組態創建winCC（1）啟動winCC（2）創建一個winCC新項目（3）添加PLC應用程序：點擊winCC資源管理器的左邊子