毕业设计-输料带的plc控制系统设计.doc

编号编号 091401112091401112 毕毕 业业 设设 计计 （ 20132013 届本科）届本科） 题题 目：目： 输料带的输料带的 plcplc 控制系统设计控制系统设计 系（部）院：系（部）院： 物理与机电工程学院物理与机电工程学院 专专 业：业： 电气工程及自动化电气工程及自动化 作作 者者 姓姓 名：名： 刘虎元刘虎元 指指 导导 教教 师：师： 张张 静静 职职 称称 副教授副教授 完完 成成 日日 期：期： 20132013 年年 5 5 月月 3 3 日日 二二一一三三年年 五五月月 摘 要：输料带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料， 也可输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货，用途广泛。它的控制形式也多种 多样，它可以由单片机、PLC 以及计算机来控制，由于 PLC 为主构成的控制系统具有 可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动控制的首选控制装置， 故本设计中采用 PLC 集中控制的办法，利用 PLC 简单可视化的程序，自动控制的控制 方式对输料带进行控制。 关键词：皮带机；PLC；自动控制 Based on the PLC multi-stage conveyor control system design Authors Name: Tutor: ABSTRACT: Belt conveyor uses belt machine with continuous or intermitten - t movement to transport a variety of different weight of items. It can transport avariety of bulk material or transport all kinds of cartons, bags or other piece g - oods of small weight, so it has been used widely. The control also has a variet- y of forms. It can be composed of a single chip computer, the PLC, as well as the computers. The PLC has many characteristic, such as high reliability, stron -g control function and cost- effective. It is the first choice to industrial automati- c control device. So the design adopts PLC centralized control app-roach, usin- g the PLC simple visualization program and using the automatic control way for belt conveyor. KEYWORDS: Conveyor; Programmable controller; Automatic control 目 录 1 1 概概 述述1 1 1.1 选题的背景.1 1.2 PLC 介绍.1 1.3 课题的研究目的和内容7 1.4 课题研究的方案论证8 1.5 系统设计的基本步骤9 2 2 输料带控制系统输料带控制系统1010 2.1 输料带的电控原理及控制要求.10 2.2 传送系统的硬件选择.11 3 3 输料带输料带 PLCPLC 控制系统硬件电路设计控制系统硬件电路设计1515 3.1 主电路设计15 3.2 系统 I/O 分配15 3.3 PLC 外部接线图.16 4 4 输料带输料带 PLCPLC 控制系统软件设计控制系统软件设计1717 4.1 程序设计方法17 4.2 系统梯形图程序设计.19 1 1 1 概概 述述 1.11.1 选题的背景选题的背景 近 20 年来，可编程控制器在我国已获得了极其重要和广泛的应用，它不仅可作 为单一的机电控制设备，而且它作为通用的自动控制设备，也被大量的用于过程工业 的自动控制。可编程控制器与其他计算机控制装置，如集散控制系统、现场总线控制 系统、计算机基础过程系统、信息管理系统等，一起已成为工业控制领域的主流控制 装置。 本设计选择了西门子公司的可编程控制器作为样机。西门子公司的 PLC 程序通俗 易懂、操作方便、实用性强，简单易学。它用梯形图（V4.0 STEP 7 MicroWIN）编程 语言编程，类似于继电器控制线路图。只要具有继电器控制线路图这方面的知识，就 可以很快学会编程和操作，不存在计算机技术和传统电器技术之间的专业“鸿沟” ， 系统扩展灵活，它具有各种 I/O 模块和 A/D、D/A 模块等，便于各种需要配置成各种 不同模块的分布式或集中式的控制系统。PLC 的输入口可与触电式开关直接相连，输 出口与执行元件（接触器、电磁铁）相连，即在 PLC 的端子上接相应的输入、输出信 号线即可，使用非常方便。当控制要求改变时，要变更控制系统的功能，可用编程器 修改程序。它还可以用于不同的受控对象只要输入、输出组件和应用的软件不同而已， 可与强电相连，并有较强的带负载能力；体积小，重量轻便于安装，有自检和监控功 能，能动态的监视控制程序的执行情况，为现场调试提供方便，由于接线少，维护方 时只需更换插入式模块，维护方便。 用可编程序控制器来控制一台带式传送机，需要考虑到电动机正反转控制、与带 之间启动的时间差、传送带的速度控制、传感器的输入、整个过程每一步输入输出的 逻辑关系等一些问题，较以往的要求相比较是存在一些不同点，相对提高了少，为了 实现任务要求的各项功能，还需在这个基础上进行部分功能扩展，使得整个统的功能 更加完善。当然，选择这个课题并非只运用可编程控制器的知识，还要结合电路基础 和电子技术、电动机传动原理、继电器接触器控制系统课程的知识，运用它们来将 该课题设计完成。 1.21.2 PLCPLC 介绍介绍 1.2.11.2.1 PLCPLC 的定义的定义 PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国 电气制造商协会 NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年 2 的调查工作，于 1984 年首先将其正式命名为 PC（Programmable Controller） ，并给 PC 作了如下定义：“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存 指令。用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过数字或类似的输 入输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行 PC 之功能，亦被视为 PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。 ” 以后国际电工委员会（IEC）又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿，第二稿，并 在 1987 年 2 月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统， 专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序， 执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或 模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备， 都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 ” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。 它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不 针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软 件需根据控制要求进行设计编制。 1.2.2 PLC 的结构的结构 PLC 采用了典型的计算机结构，主要由 CPU、RAM、ROM 和输入输出接口电路等组 成，如图 1-1 所示。如果将 PLC 看作一个系统，该系统由输入变量和输出变量组成。 外部的各种开关信号、模拟量信号均作为 PLC 的输入变量，它们经 PLC 外部输入到内 部寄存器中，经 PLC 运算处理后送到输出端子，它们是 PLC 的输出变量。 图 1-1 PLC 结构简化框图 1.2.31.2.3 PLCPLC 的工作原理的工作原理 3 PLC 虽具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大的不同。微机一般 采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或 I/O 扫描方式，有键按下或 I/O 动作则转入相应子程序，无键按下则继续扫描。PLC 则采用循环扫描工作方式，在 PLC 中用户程序中有众多的操作需要执行，但是一个 CPU 每一个时刻只能执行一个操 作而不能同时执行多个操作，因此用户程序是按先后次序存放的，CPU 按程序的顺序 依次执行各个操作。即 CPU 从第一条指令开始执行，直到遇到结束符又返回第一条执 行，如此周而复始不断循环。 PLC 的工作过程基本上是用户的梯形图程序的执行过程，即在系统软件的控制下 顺次扫描各输入点的状态，按用户程序解算控制逻辑，然后顺序向各个输出点发出相 应的控制信号。除此之外，为提高工作的可靠性和及时地接收外来的控制命令，每个 扫描周期还要进行故障自诊断和处理与编程器、计算机的通信请求，因此，PLC 工作 过程分为以下五步： （1）自诊断 自诊断功能可使 PLC 系统防患于未然，而在发生故障时能尽快的修复，为此 PLC 每次扫描用户程序以前都对 CPU、存储器、输入输出模块等进行故障诊断，若自诊断 正常便继续进行扫描，而一旦发现故障或异常现象则转入处理程序，保留现行工作状 态，关闭全部输出，然后停机并显示出错的信息。 （2）与外设通信 自诊断正常后 PLC 即扫描编程器、上位机等通信接口，如有通信请求便响应处理。 在与编程器通信过程中，编程器把指令和修改参数发送给主机，主机把要显示的状态、 数据、错误码进行相应指示，编程器还可以向主机发送运行、停止、清内存等监控命 令。在与上位机通信过程中 PLC 将接收上位机发出的指令进行相应的操作，把现场状 态、PLC 的内部工作状态、各种数值参数发送给上位机以及执行启动、停机、修改参 数等命令。 （3）输入现场状态 完成前两步工作后 PLC 便扫描各个输入点，读入各点的状态和数据，如开关的通 断状态、形成现场的内存映象。这一过程也称为输入采样或输入刷新，在一个扫描周 期内内存映象的内容不变，即使外部实际开关状态己经发生了变化也只能在下一个扫 描过程中的输入采样时刷新，解算用户逻辑所用的输入值是该输入值的内存映象值而 不是当时现场的实际值。 （4）解算用户逻辑 4 即执行用户程序。一般是从存储器的最低地址存放的第一条程序开始，在无跳转 的情况下按存储器地址的递增方向顺序的扫描用户程序，按用户程序进行逻辑判断和 算术运算，因此称之为解算用户逻辑。解算过程中所用的计数器、定时器、内部继电 器等编程元件为相应存储单元的即时值，而输入继电器、输出继电器则用的是内存映 象值。在一个扫描周期内，某个输入信号的状态不管外部实际情况是否己经变化，对 整个用户程序是一致的，不会造成结果混乱。 （5）输出结果 将本次扫描过程解算得到的最新结果送到输出模块取代前一次扫描结算结果，也 称为输出刷新。解算用户逻辑时，每一步所得到的输出信号被存入输出映像寄存器而 并未发送到输出模块，相当于输出信号被 输出门阻隔，待全部解算完成后打开输出门一并输出，所用输出信号由输出状态表送 到输出模块，其相应开关动作。 在依次完成上述五个步骤操作后 PLC 又开始进行下一次扫描。如此不断的反复循 环扫描，实现对全过程及设备的连续控制，直至接收到停止命令、停电、出现故障或 载物。PLC 的工作过程如图 1-2 所示。 自诊断 与外设通信 输入现场状态 解算用户逻辑 输出结果 图 1-2 PLC 的工作过程 1.2.41.2.4 PLCPLC 的特点的特点 根据 IEC 标准草案给 PLC 下的定义：它是在工业环境中使用的数字操作的电子系 5 统，它使用可编程存储器内部储存的用户设计的指令，这些指令用来实现特殊的功能， 诸如逻辑运算、顺序操作、定时、计数以及算术运算以及通过数字或模拟输入，输出 来控制各种类型的机械或过程。不论是 PLC 还是与它有关的外部设备，都设计成容易 集成在一个工业控制系统内，并且容易应用所有计划中的功能。从上述 PLC 的定义， 我们可以看到 PLC 的许多特点，概括起来有以下几点： （1）高可靠性 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离； 各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 10-20ms； 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰； 采用性能优良的开关电源； 对采用的器件进行严格的筛选； 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU 立即采用有 效措施，以防止故障扩大； 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或由三 CPU 构成表决系统，使可靠 性更进一步提高。 （2）丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、 脉冲或电位、 强电或弱电等。有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如：按 钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部 网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。 （3）采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用 模块化结构。PLC 的各个部件，包括 CPU，电源，I/O 等均采用模块化设计，由机架 及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 （4）编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需 要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 （5）安装简单，维修方便 PLC 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的 各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指 6 示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。 由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法， 使系统迅速恢复运行。 1.2.51.2.5 PLCPLC 的分类的分类 PLC 生产厂家及产品很多，为便于用户对一个已知应用来讲选择最合适的 PLC， 厂商通常通过杂志或其他途径，定期地将不同功能与特性的 PLC 列表进行比较，表中 的内容大体有：总的 I/O 点数，最多开关量 I/O 点数，最多模拟量 I/O 点数，继电器 梯形逻辑图，高级语言（编程） ，PID 功能，远动控制，文件编制功能，数据总线， 接口类型，扫描速度，存储器类型与容量，以及 CPU 类型与工艺等。为适应用户的 不同应用要求，很多厂家均开发生产了相互有关联的系列产品，为区别 PLC 的综合特 性，通常以下述两种办法分类： （1）按 I/O 点数及存储器容量分类 小型：最多 I/O 为 40/40，用户存储器 1KB； 中型：最多 I/O 为 128/128，用户存储器 4KB； 大型：I/O128/128，用户存储器4KB。 上述分类法是 1985 年 PLC 国际会议上所介绍的，在此基础上，对大、中、小规 模的 PLC 还要考察下列特点： 结构和布线技术； 处理机功能存储器； 编程技术。 （2）按 I/O 点总数分类 随着微型 PLC 技术的发展日趋成熟，售价也趋向合理，每台约（200400）美元。 1986 年国外亦提出按照 I/O 点总数、价格和尺寸，将 PLC 分类。 微型：I/O 总点数（2064）点，后上移到 128 点。PLC 的一个发展方向是越 来越小，一些 PLC 只有手掌大小，使用起来灵活方便； 小型：I/O 总点数为（65128）点，后上移到 5l2 点。其特点是体积小、结 构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量 I/O 以外，还可以连接模拟量 I/O 以及其他 各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传 送、通讯联网以及各种应用指令； 中型：I/O 总点数为（129512）点，后上移到 2048 点。I/O 的处理方式除了 采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的 7 过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强， 指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快； 大型：I/O 总点数为（5131024）点，后上移到 8192 点。大型 PLC 的软、硬 件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可 以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成表决 式系统，使机器的可靠性更高； 超大型：I/O 总点数l02l4 点。PLC 的另一个发展方向是大型和超大型，这些 PLC 具有上万个输入输出量，用于石化、冶金、汽车制造等领域。 下述两个方面应注意：一是微型 PLC 的产量增长迅速，占领了整个 PLC 市场的 25。主要使用于不连续 I/O 状况，不需在通信与其它先进功能，如应用于单台机床 控制等场所；二是随着 PLC 技术的不断发展，划分 PLC 规模的 I/O 点数的界限不断向 上增移。这是由于 PLC 的结构没计是为了适应各种用户需要，通常是设计成可扩展性 的，并且随着微电子技术与通信技术的发展，处理机的性能及其通信能力也在不断扩 大所造成的。 1.2.61.2.6 PLCPLC 的应用的应用 随着 PLC 技术的飞跃发展，PLC 系统已成为一种综合的控制系统，特别是 PLC 己 经深入到智能控制领域中，如在机械手控制、机器人控制、实现离散数学模型等方面 都获得广泛应用，使 PLC 技术已大大超出了过去仅代替继电器电路的范畴。PLC 的输 入输出功能完善，性能可靠，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量信号的输 入和输出，从而使得 PLC 具备许多控制功能。 （1）取代继电器控制：在灯光照明、机床电控、食品加工、印刷机械、电梯、自 动化仓库、生产流水线等方面进行逻辑控制。 （2）过程控制：对温度、压力、流量、物位高度等连续变化的物理量进行控制。 （3）位置、速度控制：在机器人、机床、电机调速等领域进行位置、速度控制。 （4）数据监控：在电力、自来水处理、化工、炼油、轧钢等方面进行数据采集、 监控和控制。 （5）组成分散控制系统：把 PLC 作为下位机，与上位机的计算机共同组成分散控 制系统。 可以说 PLC 几乎应用到了工业控制的每一个领域，小到家庭的灯光照明，大到冶 金、石化企业的生产过程都有 PLC 的应用。 1.31.3 课题的研究目的和内容课题的研究目的和内容 8 输料带控制系统的设计是一个很传统的课题，现在随着各种先进精确的诸多控制 仪器的出现，输料带控制的设计方案也越来越先进，越来越趋于完美，各种参考文献 也数不胜数。 输料带是在输送设备中是最常用的一种传输机构。该机种具有结构简单，经济方 便，使用可靠，传输平稳，输送量大，效率高，低噪音等优点。其形式多样，适用范 围广，特别适合一些散碎原料与不规则物品的输送。广泛应用于轻工，电子，食品， 化工，木业，机械等行业。它具有输送平稳，物料与输送带没有相对运动，能够避免 对输送物的损坏。噪音较小，适合于工作环境要求比较安静的场合等特点。结构简单， 便于维护。能耗较小，使用成本低。由于可编程控制器（简称 PLC）将其系统的继电 器技术，计算机技术和通信技术融为一体，以其可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、 以及编程简单、维护方便、通讯灵活等众多优点，广泛应用于工业生产过程和装置的 自动控制中。PLC 不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成定时、计算和各种闭环控制 功能。设置性能完善、质量可靠、技术先进的可编程控制器 PLC 控制输料带监控系统， 可以实现高自动化的皮带机群的集中控制（包括遥控）及保护。此次毕业设计的课题 内容即为 PLC 在输料带控制系统中的应用。 1.41.4 课题课题研究的方案论证研究的方案论证 对于该课题设计，基本上存在三种方案，但是针对设计的要求，对各个方案进行 比较、选择，大致分析过程如下： 方案一：利用强电电路，虽然强电电路也可以控制整个系统的运行，但是其电路 连接复杂，不便直接操作且不能实现自动化，同时存在一个稳定性、可靠性的问题， 而且很难制动继电器，不能够很好的完成所给定的任务。 方案二：只利用 PLC 可编程控制器，若只利用 PLC 可编程控制器，其高可靠性是 绝对可以保证系统的稳定性的，存在强电容易损坏 PLC 的问题。而且程序复杂，控制 器的运算时间变长。 方案三：利用 PLC 可编程控制器来控制，再加上强电电路组成的控制部分。这个 方案是利用了 PLC 的高可靠性和强电电路的简单化，整个系统的动作均由可编程控制 器控制，控制部分的信号通道由 PLC 和按钮开关来控制，这是为了保证电机动作的准 确性。这个方案包含了方案三的优点，从而保证了整个系统的可靠性之外，还可以简 化程序。 与上面的三个方案相比较，方案三的可行性最高，也是最简单，可靠的。所以采 用方案三设计。 9 1.51.5 系统设计的基本步骤系统设计的基本步骤 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 1-3 所示。 （1）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程 ； 控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要 的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可 化繁为简，有利于编程和调试。 图 1-3 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤 N N Y N Y 10 （2）确定 I/O 设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。 常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、 接触器、指示灯、电磁阀等。 （3）选择合适的 PLC 类型 根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适 的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等。 （4）分配 I/O 点 分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者画出输入输出端子的接 线图。接着就可以进行 PLC 程序设计，同时可进行控制柜或操作台的设计和现场施工。 （5）设计应用系统梯形图程序 根据工作功能图表或状态流程图等设计出梯形图即编程。这一步是整个应用系统 设计的最核心工作，也是比较困难的一步，要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要 求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 2 2 输料带控制系统输料带控制系统 2.12.1 输料带的电控原理及控制要求输料带的电控原理及控制要求 输料带的连续或间歇运动来输送各种轻重不同的物品，既可输送各种散料，也可 输送各种纸箱、包装袋等单件重量不大的件货，用途广泛。某厂的生产工序有 1 组四 级输料带，其示意图如图 2-1 所示。 11 料料 图 2-1 四级输料带示意图 用 PLC 控制四级输料带的传送系统，各级皮带分别由一台电动机带动，控制要求 如下： 1.启动时先起动最后一级输料带，经过 10 秒延时，再依次起动其它皮带各级延 时均为 10 秒，待第一级启动 5 秒后货物开始装填。 2.停止时，货物应先停止装填，待料运送完毕后 5 秒后第一级输料带停止再依次 停止其它级，各级延时均为 10 秒。 3.当某级皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止且停止装填货 物，而该皮带机以后的皮带机待运完后才停止。 4.单动与循环控制连锁：单动与循环控制连锁，任何一个单动按钮“ON” ，循环 控制不能建立，反之，如果循环控制已建立，单动按钮的动作对循环操作没有任何影 响。 5.设有紧停按钮 不论循环控制还是单动控制，集中控制紧停按钮均起作用。 2.22.2 传送系统的硬件选择传送系统的硬件选择 2.2.12.2.1 电机的选择电机的选择 本次设计中的电机采用普通的三相异步电动机，因为本系统中没有对电机的什么 特别要求，因此选用普通的三相异步电机，本设计中选用 Y2 型异步电机。 Y2 系列电动机是 Y 系列电机的更新换代产品，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠 12 笼型三相异步电动机如图 2-2 所示。 图 2-2 笼型三相异步电动机 它是我国九十年代最新产品，其整体水平已达到国外同类产品九十年代初的水 平。该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，也可适用 于运输、搅拌、印刷、农机、食品等各类不含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。 Y2 系列电机的安装尺寸和功率等级符合 IEC 标准，与德国 DIN42673 标准一致，也与 Y 系列电机一样，其外壳防护等级为 IP54，冷却方法为 IC41l，连续工作制（S1） 。 Y2 系列电动机额定电压为 380V，额定频率为 50Hz。功率 3kwt 以下为 Y 接 法，其他功率均为 接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度 随季节变化，但不超过 40；最低环境空气温度为 -15；最湿月月平均最高相 对湿度为 90%；同时该月月平均最低温度不高于25。 Y2 系列电动机采用 F 级绝缘等级，但温升仍按 B 级绝缘考核（除机座为 315 部 分及 355 部分规格外） ，故电动机的温升裕度较大。防护等级提高到 IP54，机座用平 行垂直分布的散热筋，接线盒置于电动机机座的上方，以方便接线。Y2 系列电动机 在 Y 系列电动机的基础上改进了电磁和结构设计，降低了电机的噪声及振动，节约了 材料，并使电动机结构更合理，外形新颖、美观。Y2 系列电动机（除个别延伸的机 座和规格外）的功率等级与安装尺寸的对应关系与 Y 系列电动机完全相同，有利于 Y2 系列电动机逐步取代 Y 系列电动机。Y2E 系列电机是为了提高电动机效率而设计的 系列产品，其满载效率比 Y2 系列提高 1.79%，主要适用于运行时间长，负载率较高 的各种机械设备上。 2.2.22.2.2 接触器的选择接触器的选择 由于没有要求所以选用 CJ29-10/16 型接触器其中“C”表示接触器， “J”表示交 流，20 为设计编号，10/16 为主触头额定电流。 相关元件主要技术参数及原理如下： 13 （1）操作频率为 1200/h； （2）机电寿命为 1000 万次； （3）主触头额定电流为 10/16（A） ； （4）额定电压为 380/220（V） ； （5）功率为 2.5KW。 2.2.32.2.3 接触器的选择接触器的选择 选用 JR16B-60/3D 型热继电器其中“J”表示继电器， “D”带断相保护 相关元件主要技术参数及原理如下： （1） 额定电流为 20A； （2） 热元件额定电流为 32/4。 2.2.42.2.4 空气开关的选择空气开关的选择 市面上的空气开关多种多样，以“DZ10-100/330 Ie=60A ”来说明各个参数的含 义： DZ“自动”的反拼音； 10设计序号； 100是它的壳架等级； 3表示极数即三相； 3脱扣形式（0无脱扣器，1热脱扣器式，2电磁脱扣器式， 3复式） ； 0有无辅助触头（0无辅助触头，2有辅助触头） ； Ie=60A过电流调节 额定电流。 要点： 1、空气开关额定电压大于等于线路额定电压 2、空气开关额定电流和过电流脱扣器的额定电流大于等于线路计算负荷电流。 通过比较认识，以及对实际系统中的要求分析，本系统中选用“DZ10-100/330 Ie=20A”的空气开关。 2.2.52.2.5 PLCPLC 的选择的选择 一、PLC 选型原则 在做出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是 否选用 PLC 进行控制。机型的选择可从以下几个方面来考虑： （1）对输入输出点的选择 14 要先弄清楚控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 1520留出备用 量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。 （2）对存储容量的选择 对用户存储容量只能作粗略的估算。 （3）对 I/O 响应时间的选择 对开关量控制的系统，PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不 必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统，特别是闭环系统就要考虑这个问题。 （4）根据输出负载的特点选型 不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。 （5）对在线和离线编程的选择 计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机， 并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。 （6）据是否联网通信选型 若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即 要求 PLC 应具有连接其他 PLC、上位计算机及 CRT 等的接口。 （7）对 PLC 结构形式的选择 在相同功能和相同 I/O 点数的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功 能扩展灵活，维修方便（换模块） ，容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的 结构形式。 二、机型的选择 对比三菱、欧姆龙和西门子系列 PLC，西门子系列 PLC 具有以下特点： 西门子 SIAMTIC 模块化控制器有着很大的优势，它可以即买即用，长期兼容性和 可用性，可以在恶劣环境下工作，模块还可以扩展和升级。西门子的产品十分的抗震 动，通过集中式和分布式 I/O 控制。 S7-200 它适用于一系列机械设备的制造或用作独立的解决方案，微型自动化系 统的组成部分，STEP 7 Micro/WIN 工程组态软件应用于它，S7-200 系列在集散自动 化系统中充分发挥其强大功能，使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的 自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民 用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压 机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。 S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控 15 制功能。因此 S7-200 系列具有极高的性能/价格比。 S7-200 系列出色表现在以下几个方面： （1）极高的可靠性 （2）极丰富的指令集 （3）易于掌握 （4）便捷的操作 （5）丰富的内置集成功能 （6）实时特性 （7）强劲的通讯能力 （8）丰富的扩展模块 结合个方面的考虑，选择西门子系列 S7-200 系列 PLC，同时结合输入、输出量 的个数（输入量为 12，输出量为 9） ，而 S7200 系列 CPU 模块的 CPU224，有 14 输入， 10 输出，符合使用要求并且留有余量，故选 S7-200 系列 CPU224 作为本设计的 CPU 模块。 3 3 输料带输料带 PLCPLC 控制系统硬件电路设计控制系统硬件电路设计 3.13.1 主电路设计主电路设计 本次设计中传输机设置有四级皮带传送，故需要四个电机来拖动，同时需要有一 些短路、过载等保护，具体的主电路接线图如图 3-1 所示。 16 图 3-1 系统主电路图 3.23.2 系统系统 I/OI/O 分配分配 3.2.13.2.1 系统系统 I/OI/O 点的设置原则点的设置原则 一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配 置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。在个别情况下， 也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，按逻辑关系接好线（如两 个触点先串联或并联） ，然后再接到输入点。 （1）确定 I/O 通道范围 不同型号的 PLC，其输入输出通道的范围是不一样的，应根据所选 PLC 型号， 查阅相应的编程手册。 （2）内部辅助继电器 内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、 定时器/计数器时作数据存储或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传 统电控柜中的中间继电器。未分配模块的输入/输出继电器区以及未使用 1：1 链接时 的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排 PLC 的内部辅助继电器。 （3）分配定时器计数器 PLC 的定时器计数器数量分别见有关操作手册。 3.2.23.2.2 系统系统 I/OI/O 分配表分配表 根据皮带传输机系统的控制要求可得出系统的 I/O 接口分配情况，如表 3-1 所示。 表 3-1 I/O 分配表 输入功能输出功能 I0.0起动按钮（SB0）Q0.0装填货物接触器（KM0） I0.1一级故障 A(SQ0)Q0.1一级报警灯（HL2） I0.2二级故障 B(SQ1)Q0.2二级报警灯（HL3） I0.3三级故障 C(SQ2)Q0.3三级报警灯（HL3） I0.4四级故障 D(SQ3)Q0.4四级报警灯（HL4） I0.5停止接钮（SB1）Q0.5一级皮带接触器（KM1） 17 I0.6循环控制按钮（SB2）Q0.6二级皮带接触器（KM2） I0.7单动控制按钮（SB3）Q0.7三级皮带接触器（KM3） I1.1一级皮带单动按钮（SB5）Q1.0四级皮带接触器（KM4） I1.2二级皮带单动按钮（SB6）M0.0辅助启动继电器 I1.3三级皮带单动按钮（SB7）M0.1、M1.1一级皮带辅助继电器 I1.4四级皮带单动按钮（SB8）M0.2、M2.1二级皮带辅助继电器 M0.3、M3.1三级皮带辅助继电器 M0.4、M4.1四级皮带辅助继电器 M0.5循环控制辅助继电器 M0.6单动控制辅助继电器 3.33.3 PLCPLC 外部接线图外部接线图 根据系统的控制要求及 I/O 分配情况可画出皮带传输机 PLC 外部接线图，如图 3-2 所示。 18 图 3-2 PLC 外部接线图 4 4 输料带输料带 PLCPLC 控制系统软件设计控制系统软件设计 4.14.1 程序设计方法程序设计方法 4.1.14.1.1 PLCPLC 程序设计的基本要求程序设计的基本要求 编制一个较好的 PLC 控制程序一般需要注意以下几个方面： 正确性 一个程序必须经过实际检验，以证明其运行的正确性，这是对 PLC 程序最基本的 要求。而正确，规范地使用各种指令，正确合理地使用各类部件，则是程序正确的重 要因素。 可靠性 PLC 程序不仅要正确，而且要可靠。可靠性反映了 PLC 在不同工作状态下的稳定 性，这也是对程序设计的基本要求。有的用户程序在正常的工作条件下，或合乎逻辑 要求的操作情况下能正常工作，但当出现非正常工作情况，或进行非法操作后，程序 就不一定能正常工作了。所以为保证 PLC 的正常工作，使 PLC 能应付各种非正常的突 发事件，提高实际应用中的可靠性是非常重要的。 合理性 PLC 程序的合理性主要表现在两个方面：一是应尽可能使用户程序简短；二是应 尽可能缩短扫描周期，提高输入输出响应速度。 可读性 系统的可读性好，是指程序要层次清晰，结构合理，指令使用得当，并按模块化， 功能化和标准化设计；在输入输出点及内部器件的分配和使用上要有规律性；还应 在一些功能段以一些特殊指令后作一些注释，以方便记忆和理解。一个可读性好的程 序不仅便于设计者