四级皮带输送机控制系统的设计
摘 要
皮带机运用输送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皮带运输机进行控制。
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
关键词：皮带机；PLC；自动控制
第 一 章 概述
1.1 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。
1.2 PLC的基本概念与基本结构
1.2.1 PLC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
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。
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 3
第 一 章 概述 1
1.1 选题的背景 1
1.2 PLC的基本概念与基本结构 2
1.2.1 PLC的定义 2
1.2.2 PLC的结构 2
1.2.3 PLC的工作原理 3
1.2.4 PLC的特点 5
1.2.5 PLC的分类 6
1.2.6 PLC的应用 8
1.3 系统设计的基本步骤 8
第 二 章 皮带传输机控制系统 11
2.1 皮带输送机的电控原理及控制要求 11
2.2 传送系统的硬件选择 12
2.2.1 电机的选择 12
2.2.2 接触器的选择 13
2.2.3 热继电器的选择 14
2.2.4熔断器的选择 14
2.2.5变频器的选型 15
2.2.6 PLC的选择 18
第 三 章 皮带传输机PLC控制系统硬件电路设计 21
3.1 系统I/O分配 21
3.1.1 系统I/O点的设置原则 21
3.1.2 系统I/O分配表 22
3.2 PLC外部接线图 22
第 四 章 皮带传输机PLC控制系统软件设计 24
4.1 程序设计方法 24
4.1.1 PLC程序设计的基本要求 24
4.1.2 程序设计常用方法 25
4.2 系统梯形图程序设计 26
第 五 章 总结与展望 32
致谢 33
参考文献 34
参考文献
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