基于PLC的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文).doc

河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書摘 要目前，輸送帶系統(tǒng)在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、能耗低、對環(huán)境污染小、便于集中控制和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、管理維護(hù)方便，在連續(xù)裝載條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸。對于輸送帶的控制， 它的控制形式也多種多樣，它可以由單片機(jī)，plc，以及計(jì)算機(jī)來控制，以前都采用接觸繼電器控制系統(tǒng)。而接觸繼電器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、抗干擾能力差，易因接觸不良而造成故障，而且功能擴(kuò)展性差。plc因其可靠性高、功能完善而越來越受到企業(yè)的青睞，傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)已逐步為plc所取代。根據(jù)所學(xué)知識和文獻(xiàn)資料對基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的方法是plc集中控制的辦法，利用plc內(nèi)部存儲(chǔ)來執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并采用數(shù)字量，模擬量的輸入和輸出來完成控制過程，從而實(shí)現(xiàn)對傳送帶的智能控制。而且plc能把計(jì)算機(jī)的許多功能和繼電控制系統(tǒng)結(jié)合起來，使plc和組態(tài)控制軟件的聯(lián)系更加緊密，使其模擬量控制、位置控制控制等使其遠(yuǎn)程通信功能更加完善。因此本次設(shè)計(jì)選擇了用plc來控制輸送帶的整個(gè)運(yùn)行過程，利用plc簡單可視化的程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。plc的運(yùn)用使得系統(tǒng)的電路變得簡明清楚，而且十分便于日后的運(yùn)行維護(hù)帶式輸送機(jī)。關(guān)鍵詞：plc； 輸送帶； 集中控制design of the conveyor belt control system for production line based on plc abstract at present, belt conveyor system in the industrial areas in which there is a wide range of applications. its simple structure, smooth running, run reliable, low energy consumption and environmental pollution on small, easy to focus on control and automation, and ease of maintenance, and management in a continuous load conditions for transport. conveyor belt for the control, it has a variety of forms of control, it can be done by single-chip phone, as well as computer, plc, have in the past to control relay control system with touch. contact with relay control system wiring complex, anti-interference ability is poor, vulnerable to failure and poor contact, and scalability. plc due to its high reliability, and functionality has been more and more enterprises, traditional contact relay control system has been replaced by plc for step-by-step. based on the knowledge-based information and documentation of plc conveyor belt production line control system design is the method used by the centralized control plc approaches, using plc internal storage to perform logical operations, sequence control, timer, counting and arithmetic operations, such as volume, and adopts the digital, and analog input and output to complete control over the process, the conveyor belt of intelligent control. but plc to many of the features of the computer and relay control systems into one, so that group mentality and plc control software, and more closely connected to the analog control, position control, and control their remote communication is much more refined. therefore this design choice plc to control the use of the conveyor belt, used during the entire run plc simple visualization of the process, the automatic control. use the plc the circuit makes the system more concise clear and 10 for easy future maintenance of the running belt conveyor.keywords: plc; conveyor belt; centralized control 目 錄1 引言11.1 設(shè)計(jì)目的和意義11.2 國內(nèi)外帶式輸送機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及差距21.2.1 大型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵核心技術(shù)上的差距31.2.2 技術(shù)性能上差距41.2.3 控制系統(tǒng)上差距51.3 本文所做的工作52 基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)62.1 膠帶運(yùn)輸機(jī)62.1.1 膠帶運(yùn)輸機(jī)的類型及適用條件62.1.2 膠帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)62.2 方案比較72.3 方案確定82.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)92.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路103 基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及選型123.1 可編程控制器plc的選型123.1.1 plc的組成結(jié)構(gòu)123.1.2 plc的工作原理133.1.3 機(jī)型的選擇163.1.4 siemens s7-200 介紹173.1.5 本設(shè)計(jì)的plc配置183.1.5 本設(shè)計(jì)plc的i/o配置及外圍電路設(shè)計(jì)203.2 傳感器選型223.2.1光電傳感器223.2.2稱重傳感器223.2.2跑偏開關(guān)243.3 被控裝置的選擇263.3.1傳送帶電機(jī)263.3.2電動(dòng)推桿273.3.3 液壓推桿293.3.4滾筒電機(jī)304 基于plc生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)314.1 plc程序設(shè)計(jì)314.1.1編程軟件介紹(step7 micro/win)314.1.2軟件編程分析及編程324.1.3 plc編程324.2 上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控界面374.2.1 組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成及其簡介374.2.4 系統(tǒng)方案的開發(fā)步驟394.2.5 系統(tǒng)組態(tài)界面405系統(tǒng)仿真測試及結(jié)果425.1 傳感器1#模塊仿真425.2 傳送帶模塊仿真435.3 稱重比較模塊仿真435.4 傳感器2#模塊仿真455.5 傳感器3#模塊仿真465.6 膠帶跑偏保護(hù)和急停報(bào)警及報(bào)警復(fù)位475.7 系統(tǒng)運(yùn)行指示485.8 仿真結(jié)果總分析486 結(jié)論與展望49參考文獻(xiàn)50致謝5155河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書1 引言1.1 設(shè)計(jì)目的和意義目前，輸送帶系統(tǒng)在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在采礦業(yè)的輸送帶系統(tǒng)、火電廠的燃料煤進(jìn)料系統(tǒng)、食品工業(yè)的輸送帶系統(tǒng)等這些領(lǐng)域都采用了輸送帶。輸送帶運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性，直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。對于輸送帶的控制，以前都采用接觸繼電器控制系統(tǒng)。而接觸繼電器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、抗干擾能力差，易因接觸不良而造成故障，而且功能擴(kuò)展性差。特別是在采礦業(yè)中，現(xiàn)場操作環(huán)境惡劣，直接影響人體的健康和企業(yè)的正常作業(yè)。plc因其可靠性高、功能完善而越來越受到企業(yè)的青睞，傳統(tǒng)的接觸繼電器控制系統(tǒng)已逐步為plc所取代。plc是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)?？删幊炭刂破魇且环N數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。plc具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單等特點(diǎn)。可以預(yù)料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，plc控制技術(shù)的應(yīng)用必將形成世界潮流。目前可編程序控制器的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門和工業(yè)過程的各個(gè)角落，已成為企業(yè)提高裝備技術(shù)水平的重要標(biāo)志。在寶鋼的二期三期工程中使用了國外多個(gè)廠家三十幾種機(jī)型計(jì)六百多臺套的可編程序控制器，在廣西玉柴機(jī)器有限公司的柴油機(jī)生產(chǎn)線中使用了近二百臺羅克韋爾自動(dòng)化公司的可編程序控制器，像這樣大范圍使用可編程序控制器的系統(tǒng)已很常見。因此，本設(shè)計(jì)對plc的研究是有很強(qiáng)的實(shí)用性和研究意義的。由于plc是一種專門為在工作環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。而且plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備東應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。所以本次設(shè)計(jì)選擇了用plc來控制皮帶機(jī)的整個(gè)運(yùn)行過程，plc的運(yùn)用使得系統(tǒng)的電路變得簡明清楚，而且十分便于日后的運(yùn)行維護(hù)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義是：由于plc為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)的首選控制裝置，而且膠帶機(jī)的運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，運(yùn)量大，所用的設(shè)備種類多，要求高。對于高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化炸藥的運(yùn)輸系統(tǒng)就必須做到減少環(huán)節(jié)，消除停頓 ，實(shí)行不間斷的運(yùn)輸連續(xù)化 、控制 、檢測自動(dòng)化 ，才能達(dá)到高產(chǎn)高效減員提效的目的。1.2 國內(nèi)外帶式輸送機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀及差距國外帶式輸送機(jī)技術(shù)的發(fā)展很快，其主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一方面是帶式輸送機(jī)的功能多元化、應(yīng)用范圍擴(kuò)大化，如高傾角帶輸送機(jī)、管狀帶式輸送機(jī)、空間轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)等各種機(jī)型；另一方面是帶式輸送機(jī)本身的技術(shù)與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是長距離、大運(yùn)量、高帶速等大型帶式輸送機(jī)已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用于了帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)，提高了帶式輸送機(jī)的運(yùn)行性能和可靠性。目前，在煤礦井下使用的帶式輸送機(jī)已達(dá)到表1所示的主要技術(shù)指標(biāo)，其關(guān)鍵技術(shù)與裝備有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 設(shè)備大型化。(2) 應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析技術(shù)和機(jī)電一體化。(3) 輸送系統(tǒng)設(shè)備的通用性、互換性及其單元驅(qū)動(dòng)的可靠性。(4) 新型、高可靠性關(guān)鍵元部件技術(shù)。表1-1 國外帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) 主參數(shù)順槽可伸縮帶式輸送機(jī)大巷與斜井固定式強(qiáng)力帶式輸送機(jī)運(yùn)距/m600075006000帶速/4.5647, 最高達(dá)10輸送量/3500500040005000驅(qū)動(dòng)功率/kw1500400035007000，最大達(dá)15000我國生產(chǎn)制造的帶式輸送機(jī)的品種、類型較多。在“八五”期間，通過國家一條龍“日產(chǎn)萬噸綜采設(shè)備”項(xiàng)目的實(shí)施，帶式輸送機(jī)的技術(shù)水平有了很大提高，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)呂開發(fā)都取得了很大的進(jìn)步。如大傾角長距離帶式輸送機(jī)成套設(shè)備、高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機(jī)等均填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并對帶式輸送機(jī)的減低關(guān)鍵技術(shù)及其主要元部件進(jìn)行了理論研究和產(chǎn)品開發(fā)，研制成功了多種軟起動(dòng)和制動(dòng)裝置以及以plc為核心的可編程電控裝置統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星齒輪減速器。目前，我國煤礦井下用帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)特征指標(biāo)如表2所示表1-2 國內(nèi)帶式輸送機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)主參數(shù)順槽可伸縮帶式輸送機(jī)大巷與斜井固定式強(qiáng)力帶式輸送機(jī)運(yùn)距/m200030003000帶速/3.5445, 最高達(dá)8輸送量/2500300030004000驅(qū)動(dòng)功率/kw1200200015003000，最大達(dá)100001.2.1 大型帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵核心技術(shù)上的差距（1） 帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)分析與監(jiān)測技術(shù) 長距離、大功率帶式輸送機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與監(jiān)測，它是制約大型帶式輸送機(jī)發(fā)展的核心技術(shù)。目前我國用剛性理論來分析研究帶式輸送機(jī)并制訂計(jì)算方法和設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)中對輸送帶使用了很高的安全系統(tǒng)（一般取n=10左右），與實(shí)際情況相差很遠(yuǎn)。實(shí)際上輸送帶是粘彈性體，長距離帶式輸送機(jī)其輸送帶對驅(qū)動(dòng)裝置的起、制動(dòng)力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，而不能簡單地用剛體力學(xué)來解釋和計(jì)算。國外已開發(fā)了帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用軟件，在大型輸送機(jī)上對輸送機(jī)的動(dòng)張力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與動(dòng)態(tài)監(jiān)測，降低輸送帶的安全系統(tǒng)，大大延長使用壽命，確保了輸送機(jī)運(yùn)行的可靠性，從而使大型帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)達(dá)到了最高水平（輸送帶安全系數(shù)n=56），并使輸送機(jī)的設(shè)備成本尤其是輸送帶成本大為降低。 （2） 可靠的可控軟起動(dòng)技術(shù)與功率均衡技術(shù) 長距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)由于功率大、距離長且多機(jī)驅(qū)動(dòng)，必須采用軟起動(dòng)方式來降低輸送機(jī)制動(dòng)張力，特別是多電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)。為了減少對電網(wǎng)的沖擊，軟起動(dòng)時(shí)應(yīng)有分時(shí)慢速起動(dòng)；還要控制輸送機(jī)起動(dòng)加速度0.30.1 m/s2，解決承載帶與驅(qū)動(dòng)帶的帶速同步問題及輸送帶涌浪現(xiàn)象，減少對元部件的沖擊。由于制造誤差及電機(jī)特性誤差，各驅(qū)動(dòng)點(diǎn)的功率會(huì)出現(xiàn)不均衡，一旦某個(gè)電機(jī)功率過大將會(huì)引起燒電機(jī)事故，因此，各電機(jī)之間的功率平衡應(yīng)加以控制，并提高平衡精度。國內(nèi)已大量應(yīng)用調(diào)速型液力偶合器來實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的軟起動(dòng)與功率平衡，解決了長距離帶式輸送機(jī)的起動(dòng)與功率平衡及同步性問題。但其調(diào)節(jié)精度及可靠性與國外相比還有一定差距。此外，長距離大功率帶式輸送機(jī)除了要求一個(gè)運(yùn)煤帶速外，還需要一個(gè)驗(yàn)帶的帶速，調(diào)速型液力偶合器雖然實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)與功率平衡，但還需研制適合長距離的無級液力調(diào)速裝置。當(dāng)電機(jī)功率50 kw時(shí)， 可控啟動(dòng)傳輸-cst(用于大慣性負(fù)載平滑啟動(dòng)的多級減速齒輪裝置,多用于煤礦和礦山中帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng))顯示出優(yōu)越性。由于可控軟起動(dòng)是將行星齒輪減速器的內(nèi)齒圈與濕式磨擦離合器組合而成（即粘性傳動(dòng)）。通過比例閥及控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)與功率平衡，其調(diào)節(jié)精度可達(dá)98% 以上。但價(jià)格昂貴，急需國產(chǎn)化。1.2.2 技術(shù)性能上差距我國帶式輸送機(jī)的主要性能與參數(shù)已不能滿足高產(chǎn)高效礦井的需要，尤其是順槽可伸縮帶式輸送機(jī)的關(guān)鍵元部件及其功能如自移機(jī)尾、高效儲(chǔ)帶與張緊裝置等與國外有著很大差距。（1）裝機(jī)功率 我國工作面順槽可伸縮帶式輸送機(jī)最大裝機(jī)功率為4250 kw，國外產(chǎn)品可達(dá)4970 kw，國產(chǎn)帶式輸送機(jī)的裝機(jī)功率約為國外產(chǎn)品的30%40%，固定帶式輸送機(jī)的裝機(jī)功率相差更大。（2）運(yùn)輸能力 我國帶式輸送機(jī)最大運(yùn)量為3000 t/h，國外已達(dá)5500 t/h。（3）最大輸送帶寬度 我國帶式輸送機(jī)為1400 mm，國外最大為1830 mm.（4）帶速 由于受托輥轉(zhuǎn)速的限制，我國帶式輸送機(jī)帶速為4m/s，國外為5m/s以上。（5）工作面順槽運(yùn)輸長度 我國為3000 m，國外為7300m。（6）高效儲(chǔ)帶與張緊裝置 我國采用封閉式儲(chǔ)帶結(jié)構(gòu)和絞車?yán)o為主，張緊小車易脫軌，輸送帶易跑偏，輸送帶伸縮時(shí)，托輥小車不自移，需人工推移，檢修麻煩。國外采用結(jié)構(gòu)先進(jìn)的開放式儲(chǔ)帶裝置和高精度的大扭矩、大行程自動(dòng)張緊設(shè)備，托輥小車能自動(dòng)隨輸送帶伸縮到位。輸送帶有易跑偏，不會(huì)出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象。（7）輸送機(jī)品種 機(jī)型品種少，功能單一，使用范圍受限，不能充分發(fā)揮其效能，如拓展運(yùn)人、運(yùn)料或雙向運(yùn)輸?shù)裙δ?，做到一機(jī)多用；另外，我國煤礦的地質(zhì)條件差異很大，在運(yùn)輸系統(tǒng)的布置上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些特殊要求，如彎曲、大傾角（+25）直至垂直提升等，應(yīng)開發(fā)特殊型專用機(jī)種帶式輸送機(jī)。1.3.3 可靠性、壽命上的差距（1）輸送帶抗拉強(qiáng)度 我國生產(chǎn)的織物整芯阻燃輸送帶最高為2500 n/mm，國外為3150 n/mm。鋼絲繩芯阻燃輸送帶最高為4000 n/mm，國外為7000 n/mm。（2）輸送帶接頭強(qiáng)度 我國輸送帶接頭強(qiáng)度為母帶的50%65%，國外達(dá)母帶的70%75%。（3）托輥壽命 我國現(xiàn)有的托輥技術(shù)與國外比較，壽命短、速度低、阻力大外國的比我們的壽命多30%-40%。（4）輸送機(jī)減速器壽命 我國輸送機(jī)減速器壽命3萬h，國外減速器壽命7萬h。（5）帶式輸送機(jī)上下運(yùn)行時(shí)可靠性差。1.2.3 控制系統(tǒng)上差距（1）驅(qū)動(dòng)方式 我國為調(diào)速型液力偶合器和硬齒面減速器，國外傳動(dòng)方式多樣，如boss系統(tǒng)、cst（軟啟動(dòng)）可控傳動(dòng)系統(tǒng)等，控制精度較高。（2）監(jiān)控裝置 國外輸送機(jī)已采用高檔可編程序控制器plc，開發(fā)了先進(jìn)的程序軟伯與綜合電源繼電器控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)采信、處理、存儲(chǔ)、傳輸、故障診斷與查詢等完整自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。我國輸送機(jī)僅采用了中檔可編程序控制器來控制輸送機(jī)的啟動(dòng)、正常運(yùn)行、停機(jī)等工作過程。雖然能與可控啟（制）支裝置配合使用，達(dá)到可控啟（制）動(dòng)、帶速同步、功率平衡等功能，但沒有自動(dòng)臨近裝置，沒有故障診斷與查詢等。（3）輸送機(jī)保護(hù)裝置 國外帶式輸送機(jī)除安裝防止輸送帶跑偏、打滑、撕裂、過滿堵塞、自動(dòng)灑水降塵等保護(hù)裝置外，近年又開發(fā)了很多新型監(jiān)測裝置：傳動(dòng)滾筒、變向滾筒及托輥組的溫度監(jiān)測系統(tǒng)；煙霧報(bào)警及自動(dòng)消防滅火裝置；纖維織輸送帶縱撕裂及接頭監(jiān)測系統(tǒng)；防爆電子輸送帶秤自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)。這些新型保護(hù)系統(tǒng)我國基本處于空白。而我國現(xiàn)有的打滑、堆煤、溜煤眼滿倉保護(hù)，防跑偏、超溫灑水，煙霧報(bào)警裝置的可靠性、靈敏性、壽命都較低。1.3 本文所做的工作首先進(jìn)行關(guān)于plc傳送帶設(shè)計(jì)方面的資料收集和plc等相關(guān)知識的復(fù)習(xí)與鞏固。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，把本次設(shè)計(jì)分成了幾個(gè)大模塊來研究。然后計(jì)劃對電氣設(shè)備選擇，如plc的選型，傳感器的選型，電機(jī)選型等。最后進(jìn)行了對本次設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)流程圖，plc的外部接線圖以及關(guān)于plc的程序梯形圖進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。在考慮了自己的興趣和將來的工作后選擇了基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成了開題。認(rèn)真學(xué)習(xí)了plc的編程以及系統(tǒng)組態(tài)，努力達(dá)到能獨(dú)立編程和做出系統(tǒng)模擬畫面圖程度。先根據(jù)系統(tǒng)要求的需要，確定了plc所需的i/o點(diǎn)數(shù)，從而對plc進(jìn)行了選型，然后對傳感器也進(jìn)行了選型，各類電機(jī)的選型。然后按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，對系統(tǒng)進(jìn)行一步步設(shè)計(jì)。2 基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)首先得進(jìn)行膠帶輸送機(jī)的選型，然后基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)方案選擇，明確系統(tǒng)的整體思路。2.1 膠帶運(yùn)輸機(jī)2.1.1 膠帶運(yùn)輸機(jī)的類型及適用條件(1) 帶式輸送機(jī)的類型 按牽引方式不同，可分為滾筒驅(qū)動(dòng)式和鋼絲繩牽引式兩類，本系統(tǒng)介紹的是滾筒驅(qū)動(dòng)式通用型膠帶運(yùn)輸機(jī)。 按輸送帶的強(qiáng)度不同，可分為通用型和強(qiáng)力型。按帶式輸送機(jī)作用不同，可分為轉(zhuǎn)載式、伸縮式和固定式。按式輸送機(jī)的安裝方式不同，可分為落地式、吊掛式和組合式。(2) 皮帶運(yùn)輸機(jī)的適用條件帶式輸送機(jī)既可用于水平運(yùn)輸，又可用于傾斜運(yùn)輸。當(dāng)用于傾斜運(yùn)輸時(shí)其傾角受到一定限制。通常情況下，傾斜向上運(yùn)輸時(shí)的傾角不超過18，向下運(yùn)輸時(shí)的傾角不超過15。目前國內(nèi)已生產(chǎn)出一種適應(yīng)傾角大于30的特殊帶式輸送機(jī)。為減小輸送帶的嚴(yán)重磨損，帶式輸送機(jī)不宜運(yùn)送有棱角的貨物。此外，通用型帶式輸送機(jī)不能彎曲。經(jīng)過認(rèn)真考慮，本設(shè)計(jì)采用水平皮帶輸送體統(tǒng)。2.1.2 膠帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)皮帶運(yùn)輸機(jī)主要結(jié)構(gòu)有：機(jī)架、皮帶（或輸送帶）、機(jī)頭滾筒、機(jī)尾滾筒、驅(qū)動(dòng)裝置、上下托輪、拉緊裝置及清掃裝置等組成。（1）輸送帶輸送帶既是承載機(jī)構(gòu)，又是牽引機(jī)構(gòu)。常用的輸送帶有3 種類型，即普通輸送帶、鋼絲繩芯輸送帶和鋼絲繩牽引輸送帶。在這里使用的是普通輸送帶的結(jié)構(gòu)。輸送帶用數(shù)層帆布做帶芯，層與層之間用橡膠粘合在一起，然后在外表面周圍用橡膠蓋層加以保護(hù)。帆布由棉、尼龍等纖維織成或?yàn)榛旒徫?。帆布層用來承受載荷并傳遞牽引力，而橡膠保護(hù)層用來防止外界物體對帆布層的損傷及有害物質(zhì)的腐蝕。輸送帶強(qiáng)度按帆布層的拉斷力來計(jì)算。國產(chǎn)橡膠帶有兩種：一種為普通型，每層帆布的徑向拉斷力為56on / cm ；另一種為強(qiáng)力型，每層帆布的徑向拉斷力為960n / cm 。保護(hù)層的厚度是：上層（與貨載接觸面）厚度為3mm ；下層厚度為lmm 。（2）托輪和機(jī)架托輪是用來支承輸送帶，減少輸送帶阻力，并使輸送帶懸垂度不超過一定限度，以保證輸送帶運(yùn)行平穩(wěn)。托輪由軸、軸承和標(biāo)準(zhǔn)套筒等組成。托輥按用途可分為槽型托輪、平型托輪、調(diào)心托輪和緩沖托輪四種，在這里使用的是平型托輪，平型托輥用于輸送散裝。機(jī)架按結(jié)構(gòu)可分為落地式和繩架吊掛式兩種。落地式機(jī)架又分為固定式和可拆移式兩種。固定式是將機(jī)架固定在地基上，而拆移式是在機(jī)架與機(jī)架之間、托輥與機(jī)架之間的連接都采用插入式，用銷釘固定，整個(gè)機(jī)架沒有一個(gè)螺栓。繩架吊掛式的鋼絲繩機(jī)架由兩根縱向平行布置的鋼絲繩組成，每隔60m 安裝一個(gè)落地式緊繩托架。這種機(jī)架的結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省鋼材，又便于拆裝。（3） 驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置是帶式輸送機(jī)的動(dòng)力源.驅(qū)動(dòng)裝置的組成由電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器和主動(dòng)滾筒等部分組成。若是雙滾筒單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，則還有一對傳動(dòng)齒輪。（4）拉緊裝置拉緊裝置的作用，一是保證輸送帶有足夠的張力，使?jié)L筒與輸送帶之間產(chǎn)生必要的摩擦力；二是限制輸送帶在各托輥之間的懸垂度，確保輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。拉緊裝置分為機(jī)械拉緊式和重砣拉緊式兩種。調(diào)節(jié)螺桿可以調(diào)節(jié)皮帶的張力，但要調(diào)節(jié)平衡否則就會(huì)跑偏，若出現(xiàn)跑偏也可以調(diào)節(jié)螺桿使皮帶保持平衡安全運(yùn)轉(zhuǎn)。（5）清掃裝置清掃裝置主要安裝在卸載端和靠近機(jī)尾換向滾筒的內(nèi)側(cè)回空段輸送帶的上面。用來清掃膠帶表面的黏附物，防止輸送帶損壞。清掃裝置安設(shè)在卸載端，用來清掃膠帶表面的粘附物料。目前我國帶式輸送機(jī)上使用較多的是刮板式清掃器。其刮板（用橡膠帶制成）靠重砣的重量緊貼在輸送帶上，將卸載后輸送帶表面的粘附物料刮掉。這種重砣刮板式清掃裝置的使用效果不好。近年來，各部門已廣泛使用彈簧式清掃刮板，其效果較好。除在輸送機(jī)的卸載端外，還在靠近機(jī)尾換向滾筒內(nèi)側(cè)處安設(shè)有清掃裝置，一般為犁形清掃裝置，使刮板緊貼輸送帶的內(nèi)表面（回空段輸送帶的上表面），清掃運(yùn)輸時(shí)撒落和粘附的物料。2.2 方案比較就目前的現(xiàn)狀有以下幾種控制方式滿足系統(tǒng)的要求：繼電器控制系統(tǒng)、單片機(jī)控制、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制、可編程序控制器控制。(1) 繼電器控制系統(tǒng)控制功能是用硬件繼電器實(shí)現(xiàn)的。繼電器串接在控制電路中根據(jù)主電路中的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、時(shí)間及溫度等參量變化而動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)電力拖動(dòng)裝置的自動(dòng)控制及保護(hù)，系統(tǒng)復(fù)雜，在控制過程中，如果某個(gè)繼電器損壞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng) 的正常運(yùn)行，查找和排除故障往往非常困難，雖然繼電器本身價(jià)格不太貴，但是控制柜的安裝接線工作量大，因此整個(gè)控制柜價(jià)格非常高，靈活性差，響應(yīng)速度慢。（2）單片機(jī)控制單片機(jī)作為一個(gè)越大規(guī)模的集成電路、機(jī)構(gòu)上包括cpu、存儲(chǔ)器、定時(shí)器和多種輸入/輸出接口電路。其低功耗、低電壓和很強(qiáng)的控制功能，成為功控領(lǐng)域、尖端武器、日常生活中最廣泛的計(jì)算機(jī)之一。但是，單片機(jī)是一片集成電路，不能直接將它與外部i/o接口電器上、硬件設(shè)計(jì)、制作和程序設(shè)計(jì)的工作量相當(dāng)大。（3）工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制工控機(jī)采用總線結(jié)構(gòu)，各廠家產(chǎn)品兼容性強(qiáng)，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速、實(shí)用性強(qiáng)、功能復(fù)雜的領(lǐng)域中占優(yōu)勢。但工控機(jī)價(jià)格較高，將它用于開關(guān)量控制有些大材小用。且其外部i/o接線一般都用于多芯扁平電纜和插頭、插座，直接從印刷 電路板上引出，不如接線端子可靠。（4）plc控制可編程序控制器配備各種硬件裝置供用戶選擇，用戶不用自已設(shè)計(jì)和制作硬件裝置，只須確定可編程序控制器硬件配制和設(shè)計(jì)外部接線圖，同時(shí)采用梯形圖語言編程，用軟件取代繼電器電器系統(tǒng)中的觸點(diǎn)和熱線，通過修改程序適應(yīng)工藝條件的變化。可騙程控制（plc）從上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制系統(tǒng)，起初它主要是針對開關(guān)量進(jìn)行邏輯控制的一種裝置，可以取代中間繼電器、時(shí)間繼電器等構(gòu)成開關(guān)量控制系統(tǒng)。隨著30多年來微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，plc也通過不斷的升級換代大大增強(qiáng)了其功能?，F(xiàn)在plc已經(jīng)發(fā)展成為不但具有邏輯控制功能、還具有過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能和數(shù)據(jù)處理功能、連網(wǎng)通訊功能等多種性能，是名符其實(shí)的多功能控制器。由plc為主構(gòu)成的控制系統(tǒng)具有可靠性高、控制功能強(qiáng)大、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是目前工業(yè)自動(dòng)的首選控制裝置。2.3 方案確定通過對多種設(shè)計(jì)方案的比較，決定選擇可編程控制系統(tǒng)，相比于繼電器系統(tǒng)，它性能可靠性高，接線很簡單，系統(tǒng)不復(fù)雜，易于維護(hù)，性能先進(jìn)，易于改造。和單片機(jī)系統(tǒng)相比，它編程簡單，易于掌握，連線簡單。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)性能先進(jìn)，但是價(jià)格昂貴，系統(tǒng)復(fù)雜，對于本系統(tǒng)而言實(shí)在是大材小用。綜上所述，本次設(shè)計(jì)應(yīng)選擇plc控制更為合理。2.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)圖 2-1 設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)所學(xué)知識和文獻(xiàn)資料對基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的方法是plc集中控制的辦法，利用plc內(nèi)部存儲(chǔ)來執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并采用數(shù)字量，模擬量的輸入和輸出來完成控制過程，從而實(shí)現(xiàn)對傳送帶的智能控制。而且plc能把計(jì)算機(jī)的許多功能和繼電控制系統(tǒng)結(jié)合起來，使plc和組態(tài)控制軟件的聯(lián)系更加緊密，使其模擬量控制、位置控制控制等使其遠(yuǎn)程通信功能更加完善。因此本次設(shè)計(jì)選擇了用plc來控制輸送帶的整個(gè)運(yùn)行過程，利用plc簡單可視化的程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。plc的運(yùn)用使得系統(tǒng)的電路變得簡明清楚，而且十分便于日后的運(yùn)行維護(hù)帶式輸送機(jī)。所以系統(tǒng)的主要任務(wù)就是把合格及不合格的產(chǎn)品輸送到相應(yīng)的位置。 圖 2-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路圖 2-3 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)啟動(dòng)傳送帶電機(jī)組m1，m2，m3，m4，系統(tǒng)可以選擇低速啟動(dòng)運(yùn)行和高速啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)物件包裝箱在輸送帶1#上運(yùn)行，在運(yùn)動(dòng)到傳感器1#時(shí)，給plc一個(gè)信號，這時(shí)升降框上的兩個(gè)滾筒中的電機(jī)m5開始轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)行2s，使包裝箱正好架在兩個(gè)滾筒上，這時(shí)電機(jī)m5停止，升降框（液壓推桿）下降2s，則包裝箱正好落在稱重平臺上，由稱重平臺上的稱重傳感器給plc模擬信號，當(dāng)大于等于系統(tǒng)設(shè)定值5kg時(shí)，液壓推桿上升2s停止，然后電機(jī)m5運(yùn)行2s后停止，當(dāng)小于系統(tǒng)給定值5kg時(shí)，電動(dòng)推桿1#動(dòng)作后復(fù)位，然后升降框（液壓推桿）上升到初始位置。合格的包裝箱運(yùn)送到4#輸送帶上，在光電傳感器接受到信號后，輸送給plc，同時(shí)也輸送個(gè)信號給外部計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)儀表），同時(shí)電動(dòng)推桿3#動(dòng)作，把包裝箱推到運(yùn)貨小車2#上，當(dāng)不合格的包裝箱在輸送帶2#上，在經(jīng)過光電傳感器2#時(shí)，傳感器給plc個(gè)信號，推桿電機(jī)動(dòng)作，把包裝箱推到小車1#上，然后復(fù)位。3 基于plc的生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及選型生產(chǎn)線輸送帶控制系統(tǒng)主要由plc控制核心，輸入部分的傳感器，電機(jī)與液壓推桿等被控部分組成。以下是各個(gè)部分硬件設(shè)計(jì)及選型。3.1 可編程控制器plc的選型3.1.1 plc的組成結(jié)構(gòu)plc 的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示，由圖可見主要有6個(gè)部分組成，包括cpu（中央處理器）、輸入/輸出接口電路、電源、外設(shè)接口、i/o擴(kuò)展接口。 圖3-1 plc的組成結(jié)構(gòu)其核心主要有cpu,i/o模塊,電源模塊以及它的存儲(chǔ)模塊，它們各自的特點(diǎn)如下：（1）cpuplc中的cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺plc至少有一個(gè)cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路，與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。cpu的控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制；cpu的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作；cpu的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。（2）i/o模塊：plc的對外功能，主要是通過各種i/o接口模塊與外界聯(lián)系的，按i/o點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，i/o模塊可多可少，但其最大數(shù)受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。 （3）電源模塊： 有些plc中的電源，是與cpu模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220vac或110vac，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24v。 （4）存儲(chǔ)模塊：plc的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)儲(chǔ)存器和用戶儲(chǔ)存器兩種。系統(tǒng)儲(chǔ)存器用于存儲(chǔ)系統(tǒng)程序，用戶存儲(chǔ)器用于存放plc的用戶程序?，F(xiàn)在的plc一般均采用可電擦除的e2prom存儲(chǔ)器來作為系統(tǒng)儲(chǔ)存器和用戶儲(chǔ)存器。3.1.2 plc的工作原理plc采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式：（1）每次掃描過程。集中對輸入信號進(jìn)行采樣。集中對輸出信號進(jìn)行刷新。（2）輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。（3）一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。（4）元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。（5）掃描周期的長短由三條決定：cpu執(zhí)行指令的速度；指令本身占有的時(shí)間；指令條數(shù)。（6）由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。plc與繼電器控制系統(tǒng)相比：（1）plc與繼電器控制系統(tǒng)相比:前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”，前者用“軟件”，后者用“硬件”。（2）由于plc是串行工作，所以plc的運(yùn)行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)，這與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。避免了觸點(diǎn)的臨界競爭，減少繁瑣的聯(lián)鎖電路。plc與微機(jī)相比:前者工作方式是“循環(huán)掃描”，后者工作方式是“待命或中斷”。plc的優(yōu)點(diǎn)是采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”，用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。plc編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。由于plc是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不會(huì)變化，要到下一周期的輸入采樣階段才會(huì)改變。plc及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則選型所選用plc應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運(yùn)業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，plc的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時(shí)間，因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定plc的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的plc和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。輸入輸出（i/o）點(diǎn)數(shù)的估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%20%的可擴(kuò)展余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商plc的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量i/o點(diǎn)數(shù)的1015倍，加上模擬i/o點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。plc還應(yīng)注意以下功能的應(yīng)用運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等。（1） 運(yùn)算功能。簡單plc的運(yùn)算功能包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù)功能；普通plc的運(yùn)算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運(yùn)算功能；較復(fù)雜運(yùn)算功能有代數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送等；大型plc中還有模擬量的pid運(yùn)算和其他高級運(yùn)算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在plc中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品具有與同位機(jī)或上位機(jī)的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運(yùn)算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當(dāng)用于模擬量檢測和控制時(shí)，才使用代數(shù)運(yùn)算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和pid運(yùn)算等。要顯示數(shù)據(jù)時(shí)需要譯碼和編碼等運(yùn)算。（2） 控制功能。控制功能包括pid控制運(yùn)算、前饋補(bǔ)償控制運(yùn)算、比值控制運(yùn)算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。plc主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高plc的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。例如采用pid控制單元、高速計(jì)數(shù)器、帶速度補(bǔ)償?shù)哪M單元、asc碼轉(zhuǎn)換單元等。（3） 通信功能。大中型plc系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（如tcp/ip），需要時(shí)應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（tcp/ip）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合iso/ieee通信標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。plc系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口（rs2232c/422a/423/485）、rio通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用dcs接口等；大中型plc通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)，通信距離應(yīng)滿足裝置實(shí)際要求。plc系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1mbps，通信負(fù)荷不大于60%。plc系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式：1）pc為主站，多臺同型號plc為從站，組成簡易plc網(wǎng)絡(luò)；2）1臺plc為主站，其他同型號plc為從站，構(gòu)成主從式plc網(wǎng)絡(luò)；3）plc網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型dcs中作為dcs的子網(wǎng)；4）專用plc網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用plc通信網(wǎng)絡(luò)）。為減輕cpu通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實(shí)際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點(diǎn)對點(diǎn)、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)）通信處理器。（4） 編程功能。離線編程方式：plc和編程器公用一個(gè)cpu，編程器在編程模式時(shí)，cpu只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式，cpu對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：cpu和編程器有各自的cpu，主機(jī)cpu負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型plc中常采用。（5） 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（sfc）、梯形圖（ld）、功能模塊圖（fbd）三種圖形化語言和語句表（il）、結(jié)構(gòu)文本（st）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（iec6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如c，basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。（6） 診斷功能。plc的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對plc內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對plc的cpu與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。plc的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。（7） 處理速度。plc采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則plc將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、cpu處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，plc接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.20.4ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型plc的掃描時(shí)間不大于0.5ms/k；大中型plc的掃描時(shí)間不大于0.2ms/k。3.1.3 機(jī)型的選擇（1） plc的類型。plc按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按cpu字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型plc的i/o點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型plc提供多種i/o卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。（2） 輸入輸出模塊的選擇。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程i/o機(jī)架等。（3） 電源的選擇。plc的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)plc應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般plc的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220vac電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果plc本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入plc，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。（4） 存儲(chǔ)器的選擇。由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求plc的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)i/o點(diǎn)至少選8k存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。（5） 控制單元的冗余選擇：重要的過程單元：cpu（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng)1b1冗余。在需要時(shí)也可選用plc硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。（6） i/o接口單元的冗余?？刂苹芈返亩帱c(diǎn)i/o卡應(yīng)冗余配置。重要檢測點(diǎn)的多點(diǎn)i/o卡可冗余配置。根據(jù)需要對重要的i/o信號，可選用2重化或3重化的i/o接口單元。（7） 經(jīng)濟(jì)性的考慮。選擇plc時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對cpu選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。通過仔細(xì)計(jì)算，我所需數(shù)字量輸入端口為16個(gè)，一個(gè)模擬量輸入端口，16個(gè)數(shù)字量輸出端口，再加上從經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定性上考慮，本系統(tǒng)采用西門子 s7-200，cpu為226的plc。而且需要一個(gè)模擬量輸入模塊，由于考慮到plc需要留有適量輸出端口余量，所以再加個(gè)數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊。3.1.4 siemens s7-200 介紹德國西門子公司的plc在國際和國內(nèi)具有很高的占有率，其主要產(chǎn)品有s5，s7，c7，m7及winac等幾個(gè)系列。其中，s7系列plc于1994年面世，是目前plc市場的主流產(chǎn)品，分為simatic s7-200，simatic s7-300和simatic s7-400幾個(gè)子系列。simatic s7-200系列plc是針對簡單控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的小型plc，采用集成式，緊湊型結(jié)構(gòu)，一般適用于i/o點(diǎn)數(shù)為100點(diǎn)左右的單機(jī)設(shè)備或小型應(yīng)用系統(tǒng)。s7-200cn 是在simatic s7-200 的優(yōu)良品質(zhì)和卓越性能基礎(chǔ)上專為中國用戶而開發(fā)的本土化產(chǎn)品，具有與simatic s7-200 相同的功能及技術(shù)指標(biāo)。s7-200系列的小型一體化plc，既適用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電