1、 電子科技大學畢業設計（論文）多設備的網絡化控制系統設計學院名稱學院名稱專業名稱自動化專業學生學號學生學號學生姓名學生姓名指導教師教授姓名助理指導老師老師姓名202X年X月1.1論文的研究背景1.1.1研究背景在過去的十多年里,計算機和通信網絡技術日漸成熟,控制系統的發展也更加智能化、全面化。但隨著愈發復雜的控制對象、控制區域的擴大,傳統的點對點控制系統已逐漸望塵莫及。于是一種新型的控制系統衍生而出，這種新型控制系統可以將網絡作為信息共享交換平臺，獲得到地理位置不同的各個元器件采集和輸出的信號信息。這種通過網絡形成的控制系統稱為網絡化控制系統(NetworkedControlSystem,NC

2、S)，它具有不俗的發展前景且已然成為各種遠程控制、不同領域控制技術的焦點。這種具有劃時代意義的新型控制系統摒棄了傳統點對點控制系統中控制區域的固定性和局限性，將網絡化控制系統的控制區域的寬泛性展現的淋漓盡致,這種控制系統的立足之處在于既能將所有的信息資源集成綜合利用又能通過網絡共享傳達所得信息給不同元器件,且傳統的繼電器控制需要的接線繁多相互之間還能產生干擾，而NCS完全避免了這一點提高效率的同時也使系統柔性提升,因此網絡化控制系統在自動化應用中得到器重,應用領域諸如汽車控制系統中的CAN總線技術、軍事、工業、建材、電力、運輸、航空航天等,其受到關注的同時,系統分析設計的復雜性和控制理論的難度

3、增加也是必然的。1.1.2選題意義網絡化控制系統發展歷程是跟隨各種通信和控制技術的發展而奠定基調的。基于這些核心技術基礎，不同時期的NCS也具有不盡相同的表現方法和控制結構,且隨著這些相關聯的技術取得革命性進展以及信息化不斷突破的同時，NCS從中取其精華、去其糟粕也緊跟大數據時代的發展潮流，從而使NCS的硬件、軟件和網絡組成也更進一步；在工程領域,NCS的出現及拓展使得控制系統功能實現多樣化打破了傳統控制方法的局限性，網絡化控制工程將在NCS的協助下開啟新的篇章。本文從一個物料運輸系統片面的來體現網絡化控制系統組成、運行等方面，相信今后網絡化控制系統會在各領域中大展身手，引領信息化科技走上輝煌

4、。傳輸帶是物料傳輸中的重要一環，它將區域性的物料傳輸效率實現最大化，且能夠克服地理障礙的阻隔不受空間位置的限制，目前傳輸帶在自動化工業領域中使用廣泛。而現階段PLC控制的傳輸帶控制系統已經成為主流，傳統的繼電器控制傳輸系統不但占空間、維修困難且易發生故障，所以集常規控制元件與微型計算機為一體的可編程控制器控制系統成為佼佼者，它能夠代替繼電器控制的簡單開關量，還能夠控制模擬量并且能與網絡通訊相連接實現自動控制，且能分層控制，集中收集數據，如今已經在工業自動化領域占據主導地位。國內外研究現狀和趨勢網絡化控制系統的國內外研究現狀時至今日，網絡化控制系統已經取得長足的進步也進行了更深層次的研究，在傳輸

5、方面的研究主要是從兩個方面來著手的，第一點是以提高多媒體信息傳輸和遠程通信服務質量(QualityofService,QoS)為目標,它是基于計算機網絡技術提出的；其二是旨在滿足系統穩定和動態性能(QualityofPerformance,QoP)為目標，它是源于自動控制技術應運而生的。兩者之間的平衡問題是比較棘手的，一個優秀的控制器應該達到兩者互不影響且處于最佳性能的理想狀態。NCS當前的控制方法研究成果也很多，例如基于排隊機制的控制方法，大致可理解為過去的狀態被采集后生成一個預報系統狀態進而生成新的補償控制信號解決時延對系統的影響，其他諸如此類的控制方法都有一個核心思想就是如何解決NCS的

6、隨機時延問題，同時保證系統穩定傳輸、性能最優。從當今科技化趨勢來看，NCS在相關IT技術的推動下正在向更高水平前進，大體已形成一個在硬件軟件技術和網絡技術支持下的集控制與管理一體化的綜合自動化信息系統。本課題主要研究的內容及目標本課題的研究內容本課題是以一個基于PLC的小型物料傳輸系統，由兩臺PLC控制三臺膠帶機的啟停和采集各個傳感器的開關量、模擬量等，實現皮帶運輸物料的可靠性，延續性等。第一臺PLC控制前兩個皮帶的運輸過程，檢測料倉料位，控制電機啟停，采集傳感器數據，檢測故障信號等，第二臺PLC控制第三臺皮帶運輸過程，大致流程與前面類似，而最終目的是檢測儲料倉的滿倉信號從而完成物料運輸過程，

7、停止所有設備的運行，這個運輸系統大體上課看做由網絡控制的傳輸系統。本課題的研究展望本課題想體現的是類似于工業中的網絡化控制的大型自動物料運輸系統，各企業應結合公司實情，國內技術開拓出具有自己特色的方案，提高生產運輸效益，自動化配套的工藝流程、運輸系統的突破將會使各企業受益匪淺，提高自身競爭力引領新的工業浪潮實現偉大復興的中國夢！第2章系統技術概述及總體方案設計物料傳輸系統概述物料傳輸系統是一種廣泛應用于各領域的傳輸系統，如：煤炭、冶金、建材、食品、機械等，其應用廣泛足以證明它在自動化傳輸領域的地位，它能夠提高傳輸效率又能對整個系統實時監控。傳輸帶的工作則能實現無人化自動傳輸，替代傳統的人工低效

8、率、高強度的運輸方式，是一種人性化且高效化的設計，使人工僅限于在上位機上完成對系統的操控再結合可編程控制器完成一個整體運輸流程，這種系統的優點在于更人性化、簡易化、效率高、成本低其運輸過程可大體分為如下幾個步驟;（1）上料給料：原料倉將物料通過執行機構下料給下一機構（此機構大多為稱重設備），期間系統會根據需求確定下料速度和下料質量，到達某個需求量時，下一個機構便會啟動執行任務。（2）稱重部分：當下料的同時，一般稱重傳感器或者電子秤同時會采集重量的模擬量信號來判斷是否繼續執行下料或者停止下料，而傳送帶上如裝有稱重傳感器檢測到有物料到達時便會運轉啟動，開始運輸傳導過程，一般有多少料倉便會配備相對應

9、數量的電子秤（料位傳感器）。（3）傳輸過程：物料到達皮帶時開始運輸過程，期間PLC會輸入輸出各傳感器的開關量模擬量信號，并且傳達給上位機實現實時監控過程。PLC的任務包含實現電機啟停、故障檢測、故障報警、故障處理、變頻器調速等功能，可用于單臺設備或者多臺設備，既保障了物料傳輸的連續性，又能確保各個機構的安全性，使傳輸過程萬無一失。（4）控制系統：皮帶運輸系統的控制系統一般由PLC上位機、稱量儀器儀表、膠帶機、電電動機和其他控制元器件組成，遠程控制計算機能確保運輸過程的流暢性，并且實現監控管理功能，現代控制系統代替了傳統的人工實時監控系統，為工廠和企業奠定安全生產運輸的基礎。2.2PLC簡介概述

10、可編程控制器（ProgrammbleLogicController,PLC）,是由理查德E莫利在1968年發明的一種計算設備，已被廣泛用于工業，包括制造系統，運輸系統，化學處理設施等等。如今，PLC取代了硬連線邏輯與軟連線邏輯或所謂繼電器梯形邏輯（RLL）,形成自己獨有的一套可靠體系。PLC可接受或發送多種不同形態的電氣信號，它是一種基于微處理器的工業自動化裝置可工作于多種場合并執行不同任務形成各類綜合控制系統，它是工業自動化領域一種被廣泛使用的控制系統執行器，也是我國現階段使用比較成熟的控制設備之一。PLC的特點PLC的廣泛應用是因為其有著可靠性高、控制功能強、易于使用，編程方便、維修方便等

11、特點,而且一個設計良好的PLC能在強電噪聲、電磁干擾、劇烈機械振動條件執行任務，能夠抵抗高強度的惡劣自然環境,具有各種接口且擴展靈活方便。PLC的編程邏輯控制可根據現在生產線的需求而隨意改變以提高經濟效益,已大規模被使用與工業領域，且凡是兼用PID調節和繼電器控制盤的場合均可使用PLC。如今大多數PLC編程能以梯形圖的方顯現，圖形符號的直觀性并加以注釋使得用戶能更加明了,操作更方便。-電源模塊接模塊1一k擴展機架射設備其他PLC計帥圖2-1PLC內部結構示意圖目前的PLC生產廠家有幾百家，而西門子公司在我國的市場占比份額較大，得到廣泛采納與應用。在工業自動化領域，PLC幾乎是完美的控制系統，它

12、既能實現豐富的控制功能又能達到監控管理的目的，能完全符合工廠生產管理的要求，更好地了滿足了現代化工業的控制與管理的需求，更切合實際，所以今后的現代化工業領域它也將會大展身手。下圖2-2是傳統繼電器與PLC相比較的表格示意圖，能直觀突顯PLC的優勢所在。繼電器控制PLC控制技術性使用計算機語言梯形圖語言設備接口性需求計算機專用接口可直接連接設備環境要求對環境要求高且不適用于惡劣環境對環境要求不咼能適應惡劣環境功能繼電器實現控制功能程序實現控制功能適應性修改接線改變程序即可可靠性觸點壽命影響較大集成電路壽命長可靠性高通用性硬件連接即可實現控制要求改變程序實現不同控制功能擴充性擴充困難在內存容量及I

13、/O口范圍內自由擴展維修性需逐個排查故障且需定期檢查隱患維修簡便且只需更換插件技術性普及易理解較復雜經濟型適用于少于30個繼電器的裝置適用于30個以上的繼電器裝置體積大小周期圖紙多、安裝調試工作量大，調試周期長調試周期短，易設計，控制較為復雜表2-2傳統繼電器控制與PLC的對比如今PLC的發展潮流是小型化、廉價化、智能化、網絡化、大容量化系列化的發展方向，通過表格對比,PLC具有功能更強、可靠性高、操作編程簡單、適用范圍廣、壽命長等特點，綜述來說，PLC有以下幾個較為典型的優點：（1）可靠性高因為用戶看重的是產品的可靠性，因此，PLC廠商研制產品的理念都會將由是否可靠作為研究理念，以微處理器為

14、核心，選取優良的材質制造設備，設計中加入能抵御外界干擾的科技手段確保設備的使用壽命達到機幾十年之久。（2）控制功能強大、編程簡易方便使用PLC的控制功能包括計數、運算、定時延時、數據傳輸、數字量模擬量轉換及互聯網通訊等功能。除此之外，PLC不但能一對一控制且能控制多臺設備即復雜的生產系統，而且能與計算機合作完成分布控制監控管理，不同PLC之間也能同時聯網。編程采用梯形圖，大致思路與繼電器電路編程相同，能直觀的突顯控制過程，使初學者能更快的掌握編程技巧且易于教學指導。體積小、能耗低PLC內部采用模塊式結構或者積木結構，所以它所占空間比是很小的，例如超小型PLC重量僅有150g200g之間，功率損

15、耗只有幾瓦，所以容易裝入設備內部；從經濟方面來說，節時省電運行費用低，且維修所需經費也少，而它本身帶給企業的收益確是不可估量的，其回報給企業的附加價值是難以用經濟衡量的。PLC工作原理PLC的工作原理是掃描各個網絡中的階梯邏輯圖，簡述來說就是順序掃描、不斷循環方式，它是屬于串行工作方式。指令由第一列到最后一列按照由上往下、從左至右的順序被執行，然后掃描結束后跳轉到下一個網絡，當所有程序結束后返回第一層網絡的第一條指令循環掃描下去，這是一個周而復始的循環過程。圖2-3PLC運行框圖PLC的的掃描過程可分為輸入采樣階段、程序執行階段、輸出刷新階段三個階段，也就是按照圖2-3所示框圖運行工作下去的。

16、PLC的串行工作方式大致可分為上電處理、掃描過程、出錯處理三部分。系統整體方案設計本系統擬采用兩臺PLC控制三臺膠帶機連接上位機的方式來控制物料運輸系統運行的過程，其中第一臺PLC控制1#、2#皮帶的運行及各項數據的監控；圖2-4物料運輸框架圖皮帶運輸系統在我國最常見的使用場所是用于煤礦運輸，我國的煤炭存儲量在世界上處于前列且我國的煤炭利用率占到很大比重，但是礦用皮帶機運輸時間長、運輸環節多、磨損率高加之所需功率大，能耗大，所以現階段的煤礦運輸大多結合成熟的變頻控制技術采用軟啟停的方式讓皮帶穩定運行后以工頻形式繼續運行。而本課題僅對一個小型的物料傳輸系統進行研究，實現自動化傳輸、網絡化控制的功

17、能，希望能從一方面反映出當今工業領域網絡化控制的普及性及其全面性。本文設計的皮帶物料運輸系統的工作流程簡要敘述如下：皮帶機2的啟動信號的發出，皮帶1也同時啟動然后通過料位傳感器檢測料倉1是否有物料且稱量其是否在允許料位范圍內，當低于低料位時，給料機給料延時，到達高料位時停止給料隨即下料，這兩個皮帶主要是一個過渡過程將物料送達料倉2,1#、2#上的各類傳感器檢測皮帶是否有打滑、跑偏、縱撕等故障，且檢測溫度信號共同傳達給PLC，PLC檢測無故障便會執行下一操作，如發現故障便會報警急停，保護各個儀器設備；無故障運行同時，料倉2也會被料位傳感器檢測，物料一旦進倉，皮帶3也會同時運行，各類傳感器執行工作

18、與上類似，最終物料進入儲料倉，儲料倉到達高料位時，停止給料機2和給料機1，料倉也全部停止下料，所有皮帶運行一圈后停止，運輸過程全部完成。本章小結本章節主要對物料傳輸系統進行了簡要概述，從系統組部分及各環節所執行任務去闡述了傳輸系統的流程。然后對系統開發中所需的PLC技術進行了詳細介紹，主要介紹了其特點用途，工作原理及流程等，最后綜述自己設計的小型物料傳輸系統的流程，框架圖等。第3章系統硬件設計在網絡化控制的物料傳輸系統中,由于運輸過程的復雜性和信號檢測的多樣性,且不同設備相互連接的同時也存在著相互干擾的特性,同時企業工廠對系統可靠性要求高,所以在實際傳輸生產現場多采用可靠性高的PLC控制技術與

19、現場總線技術相結合的方式實現可靠運輸的可行性。小型PLC構成下位機連接本系統中所還是用到的傳感器、變頻器和其他控制元件等，使被控對象能夠被監測和控制，上位機的人機界面可以由人為控制并可以實時顯示各設備運行狀態及參數。本章主要闡述了系統硬件部分的選型和設計內容，包括皮帶機的型號選擇、參數列表，各傳感器的型號、數量和主技術參數，控制系統的設計等。傳輸系統設計物料傳輸過程的自動化控制過程離不開膠帶機,而膠帶機的啟停需要電機去控制,電機是基于電氣傳動自動化用來控制運輸設備的機械運動的一種執行機構；而所用另一類執行機構是自動化儀器儀表對傳輸過程中的一些變化物理量進行實時監測，避免設備出現故障時未能及時急

20、停造成不必要的損失，此類屬于儀表自動化范疇。3.1.1電機的選型：表3-1電動機性能參數本系統擬采用的電機為Y3系列型號分別為：180M-2、160L-4、225S-4的電機,其電動機性能參數如上表3-1所示。Y3系列電動機是新系列鼠籠式電動機的代表作，其具有啟動性能好、噪聲低、負載轉矩高、過負載能力強、便于維護等特點，是國內第一個完整的冷軋硅鋼片為導磁材料的全系列電機，且具有高效率低損耗的特點是新一代研發的Y系列電動機的產物。本系統中擬設計的皮帶運輸系統是一個小型的運輸系統，所以選用小功率電機即可拖動皮帶運行，且一根皮帶只需一個電機拖動即可。3.1.2膠帶機的選型：皮帶的作用是把物料傳送到下

21、一單元，按照皮帶的強度等級來說無非就是通用型和強力型，針對不同的使用環境選擇不同參數規格的膠帶機。膠帶運輸機的發展歷史約達150余年，最初是為農業生產而使用，隨著社會化的大規模生產趨勢，傳統膠帶機控制技術已無法在現實生產需求中立足，于是膠帶機控制技術也日益先進，時至今日已廣泛用于各大工業領域，在本系統中所需三臺皮帶機隸屬于小型膠帶機，具體的參數型號如下表3-2所示。型號運行輸送功帶寬水平提升最大張緊物料帶速方向能t/h力率mm長度高度傾角方式溫度T406BC單向150228007.213.515螺旋拉緊常溫1.6m/sT406BC單向150228007.213.515重錘拉緊常溫1.6m/sU

22、401BC單向150378001261.512車式拉緊常溫1.0m/s表3-2膠帶機的型號及參數本物料傳輸系統是由三臺電動機M1、M2、M3拖動三條皮帶運行構成的。當第二條皮帶啟動時，第一臺皮帶同時啟動，第三條皮帶等待料倉信號才會啟動。如若第一條皮帶發生故障停止時，第二條皮帶運行一圈后停止，第三條皮帶待物料傳輸完畢后再停止；第二條皮帶故障時第一條皮帶立即停止運行；第三臺皮帶故障時三臺膠帶機同時停止運作。物料稱量部分選型料位傳感器選用MSE-ML30料位傳感器，用于檢測料倉1、2和儲料倉的料位，輸出模擬量信號能夠直觀的顯示物料料位，其原理是通過傳感器發出光束的相位比較來測得具體料位,傳感器本身光

23、源發射后由被測物體或者液體散射回光束并接收對比,計算出物料料位,測量精度可達毫米級。其特點有:測量精度高且幾乎不受環境影響、可見光束易于瞄準被測物體、可用計算機輸入各種指令功能、可利用外部觸發器實現遠程測量。稱重傳感器選用U2A/500KG稱重傳感器用于皮帶檢測是否有物料到達,有物料到達后點擊啟動才會拖動皮帶的運行,采用防銹蝕材料制成,適用于吊罐稱重、皮帶秤和分選秤等場所。其原理是傳感器內部的電阻應變片在受到外力壓迫時發生彈性形變改變了電阻大小，檢測元件采集得出電阻變化范圍并轉換電信號輸出，電信號經內部電路處理后再顯示成具體數字。此類接觸式傳感器的特點是測量數據直觀明了且精度高響應迅速。3.1

24、.4皮帶保護系統簡介（1）速度檢測及打滑保護選用GSD5速度傳感器。用于檢測皮帶輸送機的實時運行速度,實現低速運行打滑保護功能。其工作原理是傳感器摩擦輪隨著傳送帶傳動并與之接觸發生摩擦傳導給圓齒盤同步運動。齒盤受到陰影阻遮時發光二極管紅外光被遮擋，光電晶體管接收不到就會輸出低電平信號，反之不遮光光電晶體管就可以導通，便能測出與皮帶轉速同步的摩擦輪速度也就是皮帶速度。其特點通過光電轉換將采集的速度信號能夠以脈沖信號的形式表現出來。（2）皮帶跑偏保護選用GEJ30跑偏傳感器。用于檢測皮帶運輸機的跑偏檢測和跑偏保護,為開關量信號,當皮帶發生跑偏故障時,傳感器接收到跑偏信號后輸出低電平信號，隨后保護裝

25、置切斷電源使皮帶機不能繼續工作從而實現保護功能。其工作原理是皮帶運輸機發生跑偏后，跑偏觸桿也會偏離,當偏離位置到達一定角度后，傳感器接線端子被迫接通傳達給控制機構斷開電源。其特點是體積小重量輕、維護方便、密封性好、不易損壞。（3）膠帶撕裂保護選用DJSBA1撕裂傳感器。用于檢測皮帶是否發生縱向撕裂,輸出開關量信號,其工作原理是當皮帶出現各種物理性質的結構損壞時，撕裂開關的鋼絲繩就會拉動開關發出報警信號實現停機的功能，避免物料落入其他平臺或者損壞皮帶機,。其特點有結構簡單牢固、無需維護、易于接線、可反復使用等。（4）煙霧檢測選用KYB-1煙霧傳感器。用于檢測傳輸過程中是否出現煙霧避免火災，傳感器

26、探測器的電離室檢測煙霧進入后隨即釋放帶電離子煙霧吸附帶電離子離開,電離室帶電離子減少導致離子電流下降，電流數值的下降也證明有煙霧產生，隨即探測器發出報警信號。此煙霧傳感器具有反應靈敏能夠防水防潮等特點。（5）堆煤檢測選用GUD堆煤傳感器。用于檢測皮帶上物料是否堆積阻塞。將其懸空吊掛于皮帶的某一待檢測位置的正上方，倘若物料在此檢測位置堆積就會觸碰到堆煤傳感器的觸桿，觸桿一旦偏離其安全偏轉范圍后就會導致行程開關關閉，發出報警信號。此傳感器的有點有：材料堅固、容錯率低、壽命長且空間結構小。（6）溫度檢測選用TS-18B20溫度傳感器,檢測各設備工作溫度,顯示實時數據,起到保護設備的作用。傳感器采集溫

27、度信號送入微處理器內部隨后通過數碼管顯示其具體溫度數值，倘若超出微處理器設定的安全溫度范圍便會高溫報警，繼電器斷開。其特點有:適應電壓范圍更寬、體積小、獨特的單線接口方式、能夠實現組網多點測溫、抗干擾糾錯能力強。（7）急停開關選用EBPC-20急停開關。雙向拉繩急停開關是當皮帶機運輸現場發生各種故障時急停皮帶機一種保護開關，通過手動拉動拉繩就可帶式運輸機及時停機。其特點有:強度高、外殼輕、堅固等特點。（8）灑水滅火裝置選用DMH自動灑水滅火裝置。驅動摩擦面超溫時，溫度傳感器檢測到信號發送給控制器，控制器輸出指令給電磁閥執行灑水指令。（9）電氣保護功能在電動機控制主回路上加入AMD-100/1綜

28、合保護器，它可以承擔各種保護功能于一身，如：過載、堵轉、短路、缺相、三相電流不平衡等等。此型號的電動機保護器適用于小于1140V電壓且頻率為50HZ或60HZ的三相交流電動機，它的主要性能優點是采用微處理器為核心，保護功能多且可靠，當電動機發生故障時，它的5個LED燈能顯示電動機的具體故障類型，且擁有撥碼開關能自行設置電動機的工作電流。上述為皮帶保護功能簡介，下表3-3為所選各傳感器、綜合保護器的型號和具體參數表。名稱型號數量主技術參數料位傳感器MSE-ML303測量范圍：0.1-30m測量精度：2mm分辨率：0.1mm重復性.1mm稱重傳感器U2A/5002量程：0-500KG精度等級：0.

29、1靈敏度：V0.2、滯后誤差V15速度傳感器GSD-53丫1卩丿口kA上己J丄丄J測速范圍：0-5m/s輸出信號：0-440HZ脈沖寬度：20.3ms精度.15級跑偏傳感器GEJ3031hJ丿丿J*丄JV八動作角度：303復位角度：15觸桿動作力：2000N撕裂傳感器DJSBA13線性度：1%FS遲滯：1%FS重復性：1%FS急停開關EBPC-203輸出：開關量動作力：5010N響應時間：V0.2ms灑水滅火裝置DMH3噴頭動作：60-75C滅火面積：三40表3-3各元器件型號及主技術參數電動機電氣控制圖本系統由PLC控制和皮帶機控制設備組合聯合控制，實現對整個膠帶機運輸系統的連鎖控制和實時監

30、控。PLC接收物料傳感器、稱重傳感器模擬量信號，并掌控皮帶運輸機的運行情況，能對皮帶故障進行判定，及時下達對應指令（故障處理、停機等）以保證系統安全、可靠的運行。下圖是一個典型的電氣控制圖，如圖3-4所示。3-4典型電氣控制圖其中,QF為空氣開關用于保護電路短路過載等,KM為交流接觸器,SB為控制方式切換開關和急停開關,SA是啟動按鈕（SB于手動方式下位置），一旦被按下后，KM得電其觸點閉合后電機就會啟動，否則SB在中間位置則會失電電動機停止；在自動控制方式下，PLC發出指令才會使KM得電，電機運行，如若發生故障,QF斷開，KM失電且PLC發出報警信號。3.3PLC設計及選型3.3.1SIMA

31、TICS7-300簡介及組成目前世界上生產PLC的廠家數不勝數，如德國西門子公司、日本三菱、歐姆龍公司等，不同公司生產的PLC各有建樹，差異性非常大，且在中國都具有一定的市場。本系統的選型原則是建立在既能滿足設計功能的要求又能具有一定性價比和提升空間。由于本物料運輸系統的控制量以開關量控制為主，如電機啟停、傳感器輸入等，且具有少數模擬量控制,因而對系統的控制功能要求不高。通過對物料傳輸系統現場的考量、I/O口點數確定和故障處理功能綜合方面的分析，本系統擬采用西門子公司SIMATICS7-300系列小型PLC，它能夠實現各模塊之間的組合和擴展且單個模塊單獨運行也不受影響，能根據不同的需求靈活設計

32、控制系統。S7-300CPU模塊是PLC的大腦部分，其功能豐富且供選擇性強，I/O模塊可以擴展實現多功能控制，除此之外，附加模塊可以幫助PLC使用者控制更加復雜的任務和需求。其優秀的主要性能有:1.高速的指令處理,在小型PLC中性能要求不高，而S7-300處理時間只需0.1-0.6S,浮點數運算方法更是節約了解決復雜算術的時間，具有方便的參數賦值專屬模塊;2.具有人機界面服務(HMI);3.CPU具有智能化診斷功能監控系統各功能模塊是否正常;4.具有口令保護功能,防止用戶的資料參數被未允許情況下修改。PLC系統的構成如下圖3-5所示。3-5S7-300PLC系統構成框圖PLC主要組成簡述如下：

33、導軌(RACK):RACK是用來固定和安裝各個功能模塊的機架，一般由鋁材料構成可以根據實際所需選擇其長度。其有兩種型式導軌：2m導軌和標準長度導軌，而標準長度導軌分四種，分別為160/482.6/530/830(單位：mm)，導軌沒有背板總線。電源模塊(PS):電源模塊主要是用于將交流120/230V電源轉化為24V直流電源給CPU和I/O模塊供電，并為傳感器等執行元件供電，電源模塊的輸出電流可根據實際所需情況選擇，分為2A/5A/10A三種。（3）中央處理單元（CPU）：中央處理單元是PLC的大腦用于儲存和處理用戶的程序，CPU的型號多種其功能各異，用戶可根據自身需求所選擇。CPU前面板上有

34、指示燈、插槽、模式開關、電源端子等（4）接口模塊（IM）：當PLC需要擴展時的I/O口超過本身容量時，需通過在擴展機架進行擴展，最多連接3個擴展機架。（5）信號模塊（SM）：信號模塊是DI/DO模塊和AI/AO模塊的總稱，用于匹配外部和PLC自身的信號，用戶通過現場使用的設備匹配選擇所用到的I/O模塊。而且模擬量輸入模塊能夠連接4-20mA電流、0-10V電壓和熱電偶、熱電阻中，它的輸入量程范圍較寬。（6）功能模塊（FM）:功能模塊是不占用CPU資源的信號處理模塊，它的任務主要是完成的現場設備的信號進行處理控制并傳達給中央處理單元，通常它完成的是具有實時性和高存儲量的控制任務以及處理CPU無法

35、在規定速度完成的任務。（7）通信處理器（CP）:用于PLC與其它設備之間通信，或者解決不同的可編程控制器之間的網絡通信問題，它能夠遵循多種通信協議。332PLCI/O點數確定下表3-6為皮帶運輸系統中1號PLC的控制元件、執行元件總覽表，可確定I/O點數和地址分配。1號PLC（1#皮帶）序號地址說明信號類型110.0啟動開關量2I0.1停止開關量3I0.2急停開關量410.3自動控制開關量510.4手動控制開關量6PIW256料倉1稱重顯示模擬量710.5料倉1閥門開關開關量8PIW258皮帶1稱重顯示模擬量9PIW2601#速度傳感器模擬量10I0.61#跑偏傳感器開關量1110.71#撕裂

36、傳感器開關量12I1.01#煙霧傳感器開關量13I1.11#堆煤傳感器開關量14PIW2621#溫度傳感器模擬量15I1.21#急停閉鎖開關開關量16I1.3故障1打滑開關量17I1.4故障2跑偏開關量18I1.5故障3縱撕開關量19I1.6故障4煙霧開關量20I1.7故障5堆煤開關量21I2.0故障6高溫開關量22I2.1故障7急停開關量23Q0.0紅色信號燈開關量24Q0.1綠色信號燈開關量25Q0.3電機M1開關量26PQW256變頻器輸出模擬量27Q0.3灑水滅火裝置開關量2#皮帶序號地址說明信號類型1I3.0啟動開關量2I3.1停止開關量3I3.2急停開關量4I3.3自動控制開關量5

37、I3.4手動控制開關量6PIW2642#速度傳感器模擬量7I3.62#跑偏傳感器開關量8I3.72#撕裂傳感器開關量9I4.02#煙霧傳感器開關量10I4.12#堆煤傳感器開關量11PIW2662#溫度傳感器模擬量12I4.22#急停閉鎖開關開關量13I4.3故障1打滑開關量14I4.4故障2跑偏開關量15I4.5故障3縱撕開關量16I4.6故障4煙霧開關量17I4.7故障5堆煤開關量18I5.0故障6高溫開關量19I5.1故障7急停開關量20Q1.0紅色信號燈開關量21Q1.1綠色信號燈開關量22Q1.2電機M1開關量23PQW258變頻器輸出模擬量24Q1.4灑水滅火裝置開關量表3-6I/

38、O口地址分配表由表可知，輸入、輸出模塊需提供四十一個輸出位和十個輸出位，可選用故障安全型CPU型號為CPU315F-2PN/DP。其主要模塊性能有：微處理器模塊處理指令迅速，采用浮點數計算；存儲器模塊具有512KB高速RAM，且具有靈活擴展能力，可擴展多達32個模塊；MPI/OP組合接口能夠同時與16個PLC或PC或個人建立連接；以太網接口能與多種通訊協議建立連接。變頻系統選用選用德國西門子公司MM440(MicroMaster440)系列變頻器，它是一種廣泛應用于工業場合的多功能標準變頻器。它是一種具備超強過載能力的變頻器,利用矢量控制技術能提供低速高轉矩輸出且具有良好的動態特性，可以在不同

39、場所條件下使用。MM440系列變頻器實現的功能多樣，如控制三相交流電動機轉速等,此系列有多種型號可供用戶選擇。MM440由微處理器控制，采用晶閘管作為輸出器件,具有極高的可靠性和多樣性。其中它的脈沖寬度調制的開關頻率可調整選擇來降低電動機運行時的噪聲,可為電動機提供保護并能變頻驅動,他可以驅動單個設備也可以到整個系統中集中控制。其主要特點如下:：可以直接設置滿足用戶控制要求的所需參數并且安裝簡單、調試方便牢固的EMC設計，可接中性點不接地電源控制信號響應迅速并且短時間內能夠重復響應電纜連接簡易，有多個繼電器輸出有多個模擬量輸出(0-20mA),6個帶隔離的數字輸出，并可切換至NPN/PNP接線

40、兩個模擬輸出，具體適用范圍如下：AIN1：0-10V,0-20mA和-10+10VAIN2：0-10V,0-20mA傳感器接線圖下圖3-7為傳感器外部接線圖，可直觀顯示數字量、模擬量輸入模塊的選擇。數字量輸入模塊選擇SM321，用于采集信號，將傳輸系統過程采集的交/直流信號轉化為PLC內部的信號電平。在物料傳輸的現場，可將擁有開關觸點的元件作為輸入元件。輸入信號進入SM321后，經過光電隔離、濾波等過程然后傳輸給緩沖寄存器，最后CPU將采樣信號通過背板總線輸入映像區。模擬量輸入模塊：選擇SM331，它能夠實時采集各種模擬量輸入信號并且能夠切換狀態，本系統主要是主要測的模擬量信號為溫度信號。SM

41、331的一個輸入通道組是由兩個輸出通道構成的，測量的范圍和方法可以區分通道組來自定義，轉換開關可以將采集的模擬量進行轉換，其他的未使用到的通道可以利用軟件屏蔽以縮短采集循環的時間。此模塊需接入具有反極性保護功能的DC24V負載電壓L+上。跑卅迫.嫻熱3-7傳感器接線圖3.3.5編程工具STEP7STEP7是為S7-300系列PLC的編程軟件用文件塊的形式管理用戶編寫的程序和所需數據，使程序結構組織明確清晰。便于修改移動。它的組件和功能主要包含：SIMATIC管理器，用于集中管理數據和工具；組態硬件，即模塊被放在機架中，并為其設置參數、分配地址；程序編輯器，用編程語言生成程序模塊；符號編輯器，用

42、于管理全局變量；組態通信，用于定義、連接通信伙伴和連接特性；下載和上傳用戶程序、調試程序、建立文檔、運行診斷等。3.4本章小結本章是介紹基于PLC的物料傳輸系統硬件設計部分。主要介紹了皮帶機及傳感器的型號參數和PLC的原理組成等，通過列出I/O地址表選擇適合的PLC內部模塊等，以達到設計需求，下一章節將進行傳輸系統的PLC軟件設計了。第4章PLC軟件設計本章節主要闡述了按照前述的物料傳輸系統設計要求的PLC現場部分的軟件設計并連接到上位機顯示達到實時監控的目的，用流程圖突顯運輸過程中個環節的功能作用及判定條件，采用梯形圖直觀顯示PLC如何控制系統的運行。4.1物料傳輸系統的程序流程在現階段的可編程控制器程勛設計編程過程中,有諸如以下幾種控制指令結構:順序控制指令結構、循環控制、分支結構判斷等,用戶可根據自身需求要達到的控制過程或功能的實現來選擇不同的控制結構。順序控制結構可以為單流程結構,例如幾種狀態之間的轉移,多種順序結構的指令也可并聯成一個整體結構形成整體控制流。本物料傳輸系統過程采用順序結構編程,實現物料傳輸的自動化流程。首先現場的控制計算機對系統進行初始化