山西师范大学 工程学院

SHANXISHIFANDAXUE GONGCHENGXUEYUAN

课程设计说明书

KE CHENG SHE JI SHUO MING SHU

课程名称 电气控制与PLC课程设计 课题名称 四级皮带输送机电气控制电路 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 黄秋艳 同 组 者 赵志燕、刘伟峰、孟涛、 付振国、李宏波

2012年5月28日

课题：四级皮带输送机电气控制电路

一.皮带输送机概况及控制要求

皮带输送机由4台皮带机组成，4台皮带机分别用4台电动机(M1～M4)拖动，如图1所示，控制要求如下：

M1

M2

M3

M4

图1 皮带输送机系统示意图

(1)启动时先起动第一台皮带机(M1)，经过10S延时，再依次起动其它皮带机：

(2)停止时应先停止最后一台皮带机(M4)，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机：

(3)当某台皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机后面的皮带机待料运完后才停止。例如当M2故障时，M1、M2应立即停，经过10S延时后，M3停，再过10S后M4停。

 二.设计任务

1.设计和绘制电气控制原理图或PC I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。

 2.选择电气元件，编制电气元件明细表。  3.设计操作面板电器元件布置图。

5.编写设计说明书。

设计内容与要求

一. 课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环 节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综 合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技 术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过 课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程 的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境 和控制要求，确定控制方案。 2.绘制四级皮带输送机电气控制系统的 PLC I/O 接线图和梯形图，写出 指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理， 所设计的控制系统应能够满足控制对象的工 艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的 GB4728-84《电气图用 图形符号》 、GB6988-87《电气制图》和 GB7159-87《电气技术中的文 字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺， 用词准确， 层次清楚， 条理分明， 重点突出，篇幅不少于 3000 字。

主要设计条件

1.PLC 实验设备若干。 2.参考文献若干。

前 言

一.皮带输送机PLC电气控制系统设计背景及目的

皮带输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。皮带输送机既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。

PLC（Programmable Logic Controller），是可编程逻辑控制器。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。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

随着科学技术的发展，PLC在我国各个工业控制领域中得到了越来越广泛的应用。作为一名自动化专业的学生，我们不光要掌握好PLC的理论知识，更需要学会将所学习到的理论灵活地应用到实践当中去，这样才能真正的掌握PLC这门大有前途的技术。

本课程设计是我校自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。通过皮带输送机PLC电气控制系统这个课题的设计，我们要达到培养自身综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法的目的。通过课程设计可以得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。

二.皮带输送机PLC电气控制系统设计步骤与内容

按照电气控制系统的设计步骤，主要有以下几个方面的内容：

1.首先，我们要根据皮带输送机的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，查阅相关技术资料，比较各种控制方案的优劣，结合实际

情况，确定最优的控制方案。

2.接下来，需要绘制皮带输送机电气控制系统的PLC I/O接线图和梯形图。电路图设计时，根据设计需要先画原理图，画的时候需要弄懂每一个元器件的工作原理与接法，这需要参考大量的文献资料；设计完成后需要与同学老师讨论讨论；以上步骤完成后还需要依照原理图画好接线图，方便以后接线调试，这样能够节省大量时间，并且出现故障的概率会大大降低。这么做是为了在出现故障的时候能够依据电路原理图与接线图快速找到问题所在。

4.电路图完成后也就是硬件平台搭建好后，就需要编写程序。在工业控制领域中，需要编写的程序不外乎PLC与伺服驱动器的连接控制，PLC与变频器的连接控制，触摸屏与PLC的连接控制。这些在电路原理图设计的时候就需要与软件编程相联系起来或者说是同时进行，这样能方便分配好相应的控制引脚关系，并且在出现故障的时候能知道到底是硬件故障还是软件故障。

3.然后，根据设计的要求与特点，结合实际的条件，选择合适的电器元件，列出电器元件明细表。

4.以上工作做完后就需要现场通电调试。这个过程中可能会出现各种各样的问题。在出现问题时，需要耐心，冷静地分析各种出现问题的原因， 逐个地排除。

5.总结本次设计中遇到的问题与收获，编写设计说明书。

最后，感谢在本次课程设计中给我们耐心提供指导的老师以及学校给我们提供的良好学习环境及各种实验训练软硬件条件。本报告编写过程中由于作者水平有限，难免会出现错漏之处，恳请各位指导老师批评指正。

目 录

第1章 概述 ..................................................................................... 6

第2章 控制方案论证 .................................................................... 10

第3章 控制系统硬件设计 ............................................................ 12

第4章 控制系统软件设计 ............................................................ 15

第5章 软件的调试 ........................................................................ 28

结束语 .............................................................................................. 30

参考文献 .......................................................................................... 31

第1章 概述

1.1 皮带输送机用途、基本组成结构及工作过程

1.1.1 皮带输送机用途

皮带输送机又称带式传动机，是一种连续运输机械，也是一种通用机械。皮带输送机被广泛应用在港口、电厂、钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。即可以运送散状物料，也可以运送成件物品。工作过程中噪音较小，结构简单。皮带输送机可用于水平或倾斜运输。皮带输送机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械上。皮带输送机由皮带、机架、驱动滚筒、改向滚筒、承载托辊、回程托辊、张紧装置、清扫器等零部件组成。在大型港口或大型冶金企业，皮带输送机得到最广泛的应用。其总长度可大十几千米。

普通皮带输送机的提升角度一般不大20度,原因是当皮带输送机的倾角大于20度时对大多数的物料来讲都会发生物料下滑的情况，即物料在皮带上的摩擦力过小发生下滑。对输送煤炭的皮带输送机一般提升角度不大于15度，对输送烧结球团的皮带输送机提升角度不大于12度。如果物料相对粒度较小，其提升角度可选较大值。特殊的皮带输送机其提升角度可大于45度，其皮带的构造是特殊制造的。在此不做详述。 皮带输送机的驱动装置由单个或多个驱动滚筒驱动，驱动电机也可以是单个电机或多个电机驱动。一般驱动装置包括电动机、减速机、液力偶合器、制动器或逆止器等组成。偶合器的作用是改善皮带输送机的启动性能。制动器和逆止器是为了防止当皮带输送机停机时皮带向下滑动。 皮带输送机的电气保护和控制装置主要有：拉绳开关、皮带跑偏检测开关、皮带打滑检测、皮带防撕裂检测、料流检测、堵料检测、皮带秤。

皮带输送机所用的皮带有多种选择，如钢芯带，帆布芯带，尼龙带，聚脂带等。对载荷较小的皮带输送机一般选择帆布带。如果皮带的载荷较大时可采用钢芯带。所谓钢芯带是皮带中的芯部采用较细的钢丝绳承受载荷 皮带输送机的输送能力可以为几百千克/小时到万吨/小时，皮带的宽度可以从100-200mm到2600mm 皮带输送机的张紧装置有多种形式。如重锤张紧，螺旋张紧，液压张紧等。

皮带输送机的托辊一般采用槽形托辊组，个别情况采用吊挂式托辊组。 皮带输送机的承载托辊组的槽角一般选择为30-35度。个别情况选择40度槽角。较

少选择大于或等于45度槽角的托辊组。

皮带输送机是散料连续运输机械，是应用于短距离连续运输的的重要机械设备。

1.1.2 皮带输送机概况及控制要求

皮带输送机由4台皮带机组成，4台皮带机分别用4台电动机(M1～M4)拖动，如图1所示，控制要求如下：

M1

M2

M3

M4

图1-1 皮带输送机系统示意图

(1)启动时先起动第一台皮带机(M1)，经过10S延时，再依次起动其它皮带机：

(2)停止时应先停止最后一台皮带机(M4)，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机：

(3)当某台皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而该皮带机后面的皮带机待料运完后才停止。例如当M2故障时，M1、M2应立即停，经过10S延时后，M3停，再过10S后M4停。

1.2 设计要求和任务

（1）设计和绘制电气控制原理图或PC I/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。

（2）选择电气元件，编制电气元件明细表。 （3）设计操作面板电器元件布置图。 （4）上机调试程序 （5）编写设计说明书。

第2章 控制方案论证

2.1 继电器控制方案

继电器控制系统具有以下特点： （1）逻辑控制

继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。 （2）控制速度

继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。 （3）顺序控制

继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。时间继电器内部的机械结构易受环境温度变化的影响，造成定时的精度不高。 （4）灵活性及可扩展性

继电器安装后，受电气设备触电数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。 （5）计数功能

继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能。 （6）可靠性和可维护性

继电器控制使用大量的机械触电，触电在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。

2.2 微机控制方案

微机控制具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点，特别是强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。

但与此同时，由于微机控制系统所有的电路集中在一块电路板上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，若其中一部分损坏，其只能全部更换。另外，微机控制系统开发周期长，一旦要有变化

修改比较麻烦。

2.3 PLC控制方案

PLC种类繁多，但其结构和工作原理基本相同。PLC其实就是专为工业现场应用而设计的计算机，采用了典型的计算机结构，主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元，电源及编程器几大部分组成。PLC控制具有以下特点： （1）控制逻辑

PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑只需改变程序即可，故称“软接线”。其接线少，体积小，因此灵活性和扩展性都很好。PLC由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。 （2）可靠性和可维护性

PLC配有自检和监督功能，能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 （3）控制速度

PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制，属无触点控制，速度极快，一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级，且不会出现抖动。 （4）定时控制

PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001S到若干天或更长。用户可根据需要在程序中设置定时值，然后用软件来控制定时时间。

2.4 结论

经过比较，我们发现PLC控制系统具有以下鲜明的特点： (1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长。

(2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

(3) 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。

故选用PLC控制方案。

第3章 控制系统硬件设计

3.1 电动机主电路

电动机主电路原理图如图3-1所示，主电路采用380V三相交流电网。电路保护装置由刀开关和自动空气断路器QF组成。四个三相380V交流电动机均采用Y型连接。由PLC控制四个交流接触器的电磁线圈电路的通断，实现对四个电动机的控制。四个电动机电路都串联了热继电器以实现对电动机故障的报警。

图3-1 电动机主电路图

3.2 PLC控制系统设计

3.2.1 PLC控制系统电气元件选择

皮带输送机PLC电气控制系统电气元件选型如图3-2所示。

表3-2 皮带输送机PLC电气控制系统电气元件选型

3.2.2 PLC I/O 接线图设计

皮带输送机电气控制系统PLC I/O接线如图3-3所示。

图3-3 S7-200PLC I-O接线图

第4章 控制系统软件设计

4.1 软件的组成部分

皮带输送机PLC电气控制系统的软件主要分为以下4个部分： （1）主程序 （2）手动子程序 （3）自动子程序 （4）故障处理程序

4.2 主程序设计

主程序梯形图设计如图4-1所示。

图4-1 主程序梯形图