多級物料傳輸帶控制系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn) 機械制造專業(yè)

多級物料傳輸帶控制系統(tǒng)摘要：在工廠裝配線上和產(chǎn)品運輸過程中，常常使用多級的輸送帶。在以前的繼電器控制系統(tǒng)中，電路的修改和維護非常困難。通過PLC對輸送帶的控制系統(tǒng)進行了修改，很大程度上提高了生產(chǎn)的效率，節(jié)省了人工成本，大大提高了自動化程度。本課題主要使用PLC來進行貨物進站開倉運送，構(gòu)造模擬的系統(tǒng)硬件模型，通過輸送帶將物料從高處輸送到低點，最后卡車送出把材料。它可以實現(xiàn)卡車進站并啟動開口;物料從倉庫出來，傳輸帶將物料從高處送到下部;材料被轉(zhuǎn)移到卡車的后艙，傳動裝置完成，卡車離開整個過程。該設(shè)計不僅想到了多臺皮帶輸送機之間的時間間隔，還研究了皮帶輸送機出現(xiàn)問題時的解決方案，實現(xiàn)了有效的自動控制，并且對運行的結(jié)果進行了優(yōu)化，降低了運營成本。關(guān)鍵詞：傳輸帶；控制系統(tǒng)；設(shè)計Multi-stagematerialconveyingbeltcontrolsystemAbstract：Multistageconveyorbeltsareoftenusedinfactoryassemblylinesandproducttransportation.Inthepreviousrelaycontrolsystem,itwasverydifficulttomodifyandmaintainthecircuit.ThecontrolsystemofconveyorbeltwasmodifiedbyPLC,whichgreatlyimprovedtheproductionefficiency,savedlaborcostsandgreatlyimprovedthedegreeofautomation.Inthisproject,PLCismainlyusedtotransportgoodsintoandoutofthewarehouse,andasimulatedsystemhardwaremodelisconstructed.Thematerialistransportedfromhightolowpointbyconveyorbelt,andfinallythematerialisdeliveredbytruck.Itcanrealizethetruckenteringthestationandstartingtheopening.Materialcomesoutofthewarehouse,andtheconveyorbelttransportsthematerialfromhightolow.Thematerialistransferredtotherearcompartmentofthetruck,thetransmissioniscompleted,andthetruckleavesthewholeprocess.Thedesignnotonlyconsidersthetimeintervalbetweenmultiplebeltconveyors,butalsostudiesthesolutionstoproblemsofbeltconveyors,realizeseffectiveautomaticcontrol,optimizestheoperationresultsandreducestheoperationcost.Keywords：Transmissionbelt;Controlsystem;Design目錄引言 31.緒論 PAGEREF_Toc4260465\h31.1物料傳輸系統(tǒng)的功能及意義 31.2PLC的基本概念 41.3PLC的基本結(jié)構(gòu) 4HYPERLINK\l"_Toc4260469"1.4PLC技術(shù)特點及主要功能 51.5PLC控制系統(tǒng)的功能 61.6PLC的可靠性 61.7PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 71.8PLC控制的的優(yōu)點 82.物料傳輸系統(tǒng)的整體設(shè)計 82.1設(shè)計工作 h82.2工作原理圖 92.3物料傳輸系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)及工作情況 102.4傳輸帶控制原理 102.5傳輸帶控制原理流程圖 113.物料傳輸系統(tǒng)硬件設(shè)計 113.1系統(tǒng)的硬件部分 113.2PLC的選型 PAGEREF_Toc4260482\h123.2.1物料傳輸系統(tǒng)對PLC裝置的要求 123.2.2PLCI/O地址分配 123.3直流電機 \h123.3.1電機概述 123.3.2電機控制方法 133.4基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)外部接線圖 14HYPERLINK\l"_Toc4260489"3.5物料傳輸系統(tǒng)的硬件實物圖 143.6PLC的調(diào)試和安裝 154.物料傳輸系統(tǒng)的程序設(shè)計 154.1MELSOFT系列GXDeveloper編程軟件的操作方法 154.2基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)梯形圖 154.3基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)指令 185.結(jié)束語 206致謝 20參考文獻 21引言PLC是一種用于工業(yè)應(yīng)用的數(shù)字計算操作的電子設(shè)備。它使用程序可編程存儲器來存儲執(zhí)行邏輯運算，順序操作，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并可控制各種類型的數(shù)字或模擬輸入和輸出，以控制各種機械或生產(chǎn)的進程。PLC及其相關(guān)的外圍設(shè)備應(yīng)設(shè)計成容易與工業(yè)控制系統(tǒng)集成的，并能夠簡單的擴展它本身的功能。傳輸帶是一種連續(xù)、快速、高效的物料輸送設(shè)備，普及應(yīng)用于煤炭，電力，建材，化工，機械，輕工等行業(yè)的物料輸送系統(tǒng)。通用傳動帶的電氣控制系統(tǒng)采用硬接線繼電器控制系統(tǒng)，設(shè)備問題率高，可靠性低，體積大，維護和修改不方便。本設(shè)計使用的是PLC控制系統(tǒng)。PLC即可編程邏輯控制器,是微型電子計算機與常規(guī)控制元件,如繼電器等互相結(jié)合形成的新型工業(yè)自動化控制裝置。它是在一位機、順序控制器和計算機控制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的;把繼電器控制簡單易行、成本低、容易掌握等優(yōu)點和計算機的功能完善、靈活方便、通用性好等特點結(jié)合起來;拋棄了傳統(tǒng)的計算機編程語言和表達形式,而是以計算機軟件技術(shù)構(gòu)成人們習(xí)慣的繼電器模型,進而得到以繼電器電路梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化軟件;對于繼電器、計時器、定時器輸入信號等內(nèi)部資源,他可以自如地使用軟件構(gòu)成的邏輯功能多次進行調(diào)用。PLC不但能代替繼電器控制簡單的開、關(guān)順序,而且能夠控制模擬量,還擁有通訊及聯(lián)網(wǎng)功能,可形成分布式控制系統(tǒng),監(jiān)測其余的控制器;并能與上位機進行通訊聯(lián)系,收集生產(chǎn)中的數(shù)據(jù),向各主管部門傳輸重要信息。自60年代末PLC產(chǎn)生至今,PLC控制技術(shù)已在工業(yè)控制領(lǐng)域占領(lǐng)主導(dǎo)地位,國外專家預(yù)言,PLC技術(shù)將在工業(yè)自動化的3大支柱(PLC、機械人和CAD/CAM)中躍居首位。在生產(chǎn)過程，科學(xué)研究和其余工業(yè)領(lǐng)域，電氣控制技術(shù)的應(yīng)用非常普及。在機械設(shè)備的控制中，電控制也比其余控制方法更常用。近現(xiàn)代以來，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和微處理器技術(shù)的應(yīng)用，可編程控制器PLC應(yīng)運而生，它不僅能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)，而且可以實現(xiàn)龐雜的工藝流程控制和分布式自動化系統(tǒng)的形成。進而使得電氣控制技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。在當前階段，PLC在中國普及使用，特別是小型PLC。它使用類似于中繼邏輯的過程語言，使用起來非常方便。PLC代替了以前的的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。它可用于控制單個設(shè)備，也能過進行多機組控制和自動裝配線的控制。在物料傳輸?shù)脑O(shè)計中，我們不僅考慮了幾個皮帶輸送機之間的時間間隔，而且探討了皮帶輸送機發(fā)生問題時的解決方案。并且，當輸送機上有重物時，也要想到其余輸送機的操作。通過多級輸送帶仿真控制的設(shè)計實驗,了解PLC在帶式輸送機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高了PLC的深入學(xué)習(xí)程度，解決問題和分析問題的能力，并且鞏固了PLC的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。緒論1.1物料傳輸系統(tǒng)的功能及意義隨著當今社會的飛速發(fā)展，物流市場也在全面開放中，這給物流裝備制造業(yè)帶來了極好的發(fā)展機遇。物流裝備制造業(yè)主要為現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展提供硬件設(shè)備和工具,是現(xiàn)代物流發(fā)展的基礎(chǔ)，是傳統(tǒng)機械設(shè)備制造業(yè)和現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)的融合，是現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。要實現(xiàn)現(xiàn)代物流業(yè)的快速發(fā)展，必須依靠物流機械設(shè)備和設(shè)施的支持，物流設(shè)備制造業(yè)作為現(xiàn)代物流產(chǎn)業(yè)鏈的重要構(gòu)成部分，其發(fā)展已經(jīng)吸引了越來越多的人的關(guān)注和重視。而多級物料傳輸?shù)娜詣訉崿F(xiàn)，使人省心省力。本項目的控制系統(tǒng)采用了plc控制，而傳統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)大多是由機電氣控制繼電器接線太多，出現(xiàn)問題的概率很大，而且不容易維修，所以plc控制是當今我國市場上的主流，各行各業(yè)都有著很重要的影響。在國際上pfc技術(shù)發(fā)展的十分迅速，但是我國還沒有他的自主知識產(chǎn)權(quán)，參加不到世界的競爭潮流中，因為我國的科技研發(fā)實力不夠，技術(shù)不過關(guān)。研發(fā)的技術(shù)是貫穿著生產(chǎn)每一個環(huán)節(jié)的對產(chǎn)品有著重大影響十分重要的一部分，而plc技術(shù)的開發(fā)，包括他后續(xù)的生產(chǎn)工藝的開發(fā)都決定了我們產(chǎn)品的質(zhì)量，只有在技術(shù)上增強自己的實力，研究出有自己自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)才是我國最好的出路。如果多級物料傳輸系統(tǒng)能夠得到廣泛的應(yīng)用，那我們的工業(yè)生產(chǎn)效率就會大大的提高，尤其是對一些有固定流程或者是機械性操作的產(chǎn)業(yè)效果十分明顯。顯而易見，plc在各行各業(yè)越來越能得到使用，PLC的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，使用plc把各種信息編輯到相應(yīng)的程序口中，我們只要修改相應(yīng)的程序就可以得到我們想要的成果。多級物料傳輸系統(tǒng)對于傳輸質(zhì)量過大或傳輸距離過遠的生產(chǎn)過程中的效率的提升有著非常大的作用。它不僅提高了傳輸?shù)乃俣?，還可以確保對整個傳輸系統(tǒng)的控制。本項目構(gòu)建中使用的物料轉(zhuǎn)移裝置是模擬自動化工業(yè)生產(chǎn)過程的微型模型。主要使用PLC來進行貨物進站開倉運送，構(gòu)造模擬的系統(tǒng)硬件模型，通過輸送帶將物料從高處輸送到低點，最后卡車送出把材料。它可以實現(xiàn)卡車進站并啟動開口;物料從倉庫出來，傳輸帶將物料從高處送到下部;材料被轉(zhuǎn)移到卡車的后艙，傳動裝置完成，卡車離開整個過程。物料輸送系統(tǒng)不受天氣、勞動力等因素的制約，能夠不間斷的一直工作。傳輸工作基本上是無人值守的。建立自動物料傳輸系統(tǒng)的最重要的目標即是減少勞動力的人數(shù)，減輕勞動力的工作壓力，提高工人的工作效率。所以，物料傳輸系統(tǒng)可以很大程度上地減少勞動力的使用，而且基本上都是無人駕駛的。物料傳輸系統(tǒng)在工作的時候不需要有人在場，并且工作人員的使用僅限于主計算機上的整個控制系統(tǒng)的控制和操作。使用可編程控制器（PLC）能夠設(shè)計出低成本，高效率的物料傳輸系統(tǒng)。1.2PLC的基本概念PLC可編程控制器，是指基于計算機技術(shù)的新型工業(yè)控制裝置。在國際電工委員會1987年頒布的PLC標準草案中，PLC定義如下：PLC全名ProgrammableLogicController，中文全稱是可編程邏輯控制器，定義是:可編程邏輯控制器是一種專為工業(yè)產(chǎn)業(yè)條件運用而產(chǎn)生的數(shù)字計算操作電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲器，存儲用于執(zhí)行諸如邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入和輸出控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)進程?！癙LC是專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計的數(shù)字計算操作的電子設(shè)備。它使用程序可編程存儲器來存儲執(zhí)行邏輯運算，順序操作，定時，計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并可控制各種類型的數(shù)字或模擬輸入和輸出。機械或生產(chǎn)過程.PLC和其相關(guān)的外圍設(shè)備應(yīng)設(shè)計成易于與工業(yè)控制系統(tǒng)集成并輕松擴展其功能?！?.3PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC本質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計算機。其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成如下圖所示，基本構(gòu)成詳細描述如下：電源：電源用于將AC電源轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部所需的DC電源。目前，大多數(shù)PLC都使用開關(guān)穩(wěn)壓電源。中央處理單元(CPU)：中央處理單元是PLC的控制中心和PLC的核心部件。其性能決定了PLC的性能。中央處理單元由控制器，算術(shù)單元和寄存器組成。這些電路集中在一個芯片上，并通過地址總線和控制總線連接到存儲器的輸入/輸出接口電路。中央處理器的作用是處理和運行用戶程序，執(zhí)行邏輯和數(shù)學(xué)運算，以及控制整個系統(tǒng)要協(xié)調(diào)。存儲器：存儲器是具有存儲器功能的半導(dǎo)體電路，其存儲系統(tǒng)程序，用戶程序，邏輯變量和其他信息。系統(tǒng)程序是控制PLC實現(xiàn)各種功能的程序，由PLC制造商編輯，并固化為用戶無法訪問的只讀存儲器（ROM）。輸入單元：輸入單元是PLC和受控設(shè)備之間的輸入接口，是信號進入PLC的橋接器。其功能是接收來自主要組件和檢測組件的信號。輸入類型為直流輸入，交流輸入，交流和直流輸入。輸出單元：輸出單元也是PLC和受控設(shè)備之間的連接組件。其功能是將PLC的輸出信號傳輸?shù)绞芸卦O(shè)備，即將中央處理器發(fā)送的弱電信號轉(zhuǎn)換為電平信號，并驅(qū)動受控設(shè)備的執(zhí)行器。。輸出類型是繼電器輸出，晶體管輸出和門輸出。除了上面部件外，PLC還有各種外部設(shè)備，具體取決于型號。它的功能是幫助編程，監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信。通常使用的外部設(shè)備是編程器，打印機，盒式磁帶錄音機，計算機等。1.4PLC技術(shù)特點及主要功能（1）PLC是一種基于微處理器的工業(yè)控制器，使用它很容易進行大規(guī)模的開關(guān)量控制，也能較快的構(gòu)成DCS。其控制可靠性和可配置性是傳統(tǒng)繼電器控制方法無法與之相比的。（2）PLC使用起來非常容易，而且它所使用的“梯形圖”語言編程十分便于理解，消除了計算機技術(shù)和傳統(tǒng)的電氣技術(shù)兩個方面的不易理解的差別。（3）PLC具有強大的控制功能和強大的抗干擾能力。它可以在通常的工業(yè)區(qū)域內(nèi)現(xiàn)場安裝和使用。（4）基于PLC的成品系列清晰，而且有著模塊化的構(gòu)造，系統(tǒng)配置起來簡單快捷。（5)PLC的交流是網(wǎng)絡(luò)化的。逐漸有很多的制造商把形成一個開放的網(wǎng)絡(luò)作為產(chǎn)品的目的。(6)PLC專用I/O模塊智能化使得PLC繼電器控制系統(tǒng)的替代物迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛟谥圃鞙y試、質(zhì)量管理、過程控制和其余領(lǐng)域中應(yīng)用的多用途控制器。(7)PLC運算速度不斷提高，處理能力不斷強化。(8）PLC與現(xiàn)場總線技術(shù)結(jié)合，可構(gòu)成開放的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。（9）PLC微型化。隨著PLC結(jié)構(gòu)上的改善和更新，聯(lián)網(wǎng)功能的加強，以及大規(guī)模集成電路技術(shù)和表面貼裝技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)可以在增強處理能力的同時大大減少PLC的正機所使用的元件數(shù)量，進而不僅減小了PLC體積提高可靠性，更重要的是降低了成本。（10）順序控制功能。作為PLC最基本，最受歡迎的應(yīng)用領(lǐng)域，用于取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。（11）運動控制功能。在機器加工產(chǎn)業(yè)里，PLC與計算機數(shù)控集成，完成機床的運動控制。（12）定時控制功能。PLC為用戶提供一定數(shù)量的定時器，并設(shè)置了定時指令。（13）計數(shù)控制功能。PLC為用戶提供的計數(shù)器分為普通計數(shù)器，可逆計數(shù)器、高速計數(shù)器等，用來完成不同用途的計術(shù)控制。（14）步進控制功能。PLC為用戶提供了一定數(shù)量的移位計存器，用移位寄存器可方便的完成步進控制功能，在一道工序完成之后，自動進行下一道工序。（15）數(shù)據(jù)處理功能。大部分PLC都擁有一定的數(shù)據(jù)處理功能，能完成加、減、乘、除、乘方、開方等數(shù)據(jù)運算以及與、或、非、異或，求反等邏輯運算和移位數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葦?shù)據(jù)操作。（16）模/數(shù)和數(shù)模/轉(zhuǎn)換功能。當前，不僅大中型PLC具有模擬量處理功能，而且許多小型PLC也具有模擬量處理功能。（17）通信機聯(lián)網(wǎng)功能。當前，大多數(shù)PLC具有通信功能，可以在PLC與PLC，PLC和計算機之間執(zhí)行相同的鏈接和上層鏈接。1.5PLC控制系統(tǒng)的功能（1）信號采集功能的拓展。除了采集開關(guān)量、模擬量和脈沖量外，還應(yīng)該能夠采集如視頻信號、聲音信號及圖像信號等所有現(xiàn)場有的信號；（2）輸出控制功能的拓展。除了輸出開關(guān)量、模擬量和脈沖量外，還應(yīng)該能夠輸出如視頻信號、聲音信號及圖像信號等所有現(xiàn)場可以及接收的信號；（3）邏輯處理功能的拓展。充分應(yīng)用PC的邏輯處理能力和PLC現(xiàn)有的邏輯能力相結(jié)合。（4）數(shù)據(jù)運算功能的拓展。進行各種類型的整數(shù)運算、實數(shù)運算、二進制運算、浮點型運算等各種形式的運算。（5）定時功能的拓展。達到延時控制、定時控制、時間的運算可以精確到毫秒級。（6)計數(shù)功能的拓展。達到計數(shù)控制、高速計數(shù)頻率可以達到數(shù)百赫茲。（7）中斷處理功能的拓展。實現(xiàn)內(nèi)部中斷和外部中斷。提高對輸入輸出的響應(yīng)速度和精度。（8）存儲功能的拓展。存儲容量擴大，提高數(shù)據(jù)掉電不丟失的技術(shù)能力。（9）網(wǎng)絡(luò)通信功能的拓展。采用開放式的網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，實現(xiàn)穩(wěn)定的遠程控制。通過豐富以上功能，為未來工業(yè)自動化、遠程化、信息化和智能化創(chuàng)造條件。1.6PLC的可靠性因為工業(yè)自動化的發(fā)展越來越快，工業(yè)生產(chǎn)對電氣控制設(shè)備的可靠性提出了越來越高的要求。PLC應(yīng)具有很強的抗干擾能力，能在極端惡劣的條件下長時間連續(xù)的精確工作，使其長時間不出現(xiàn)故障，問題的修復(fù)時間也應(yīng)該越來越小。就PLC來說，我們認為可靠性應(yīng)該我們第一個要考慮的。第二是性能和易維護性等方面。在可靠性這一方面，應(yīng)從PLC的硬件和軟件方面采取有效措施，以提高系統(tǒng)的可靠性。具體方法如下：（1）選擇質(zhì)量優(yōu)秀的開關(guān)電源，嚴格選擇需要使用的的電子器件，并采用更先進的技術(shù)措施進行印刷電路板的設(shè)計，加工和焊接。（2）使用合適科學(xué)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和制造方法，加固和簡化安裝的方式，具有較強的抗振動，抗沖擊，耐高溫，耐低溫，耐腐蝕，防爆的特點。（3）軟件用于替換傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)中的大量中間繼電器和時間繼電器，減少與輸入和輸出相關(guān)的硬件，減少布線，并減少由于電擊不良引起的故障。（4）輸入信號經(jīng)過濾波，公共輸入端采用RC濾波器，高速輸入端采用數(shù)字濾波器，來達到對高頻干擾信號的濾波效果。（5）通過輸入和輸出電路與內(nèi)部CPU電路之間的光學(xué)隔離實現(xiàn)了工業(yè)領(lǐng)域的外部電路和PLC的內(nèi)部電路之間的電光隔離。它的信息通過光耦和電磁設(shè)備來傳輸。并且，CPU還一定要具有屏蔽電磁干擾的方法，以確保PLC不受外部環(huán)境的影響。（6）所有的內(nèi)部模塊都使用了電磁屏蔽，以避免外部輻射的影響。比如，由于干擾較大，原有的計算機采集卡無法正常工作，內(nèi)部模塊全部采用電磁屏蔽，就可以正常工作了。（7）使用逐行掃描和不間斷中斷的掃描摸索能夠確保對其有序列的和確定性的控制，以及對各種中斷請求的處理，確保及時響應(yīng)緊急情況并使PLC可靠地工作。（8）安排使用舊的運行監(jiān)控設(shè)施，萬一有程序進行了無限循環(huán)，它可以使其立即跳出，系統(tǒng)啟動并發(fā)出報警信號。系統(tǒng)運行監(jiān)控程序可以保證PLC用戶程序正常，避免進行無限循環(huán)影響了它工作的可靠性。（9）使用問題檢測和診斷，檢測系統(tǒng)硬件或用戶程序能不能正常的進行工作，動員可以自動進行相應(yīng)的處理這些問題，比如：報警，阻塞輸出，保護數(shù)據(jù)等。。（10）通過這種方式，系統(tǒng)中故障基本上不會出現(xiàn)了，并且它是萬無一失的。但是這種方式造成的成本是有點高的。為了能夠讓我們設(shè)計的PLC系統(tǒng)的操作比較簡單，PLC的硬件設(shè)施要實習(xí)高度的集成，以便系統(tǒng)可以實現(xiàn)集成到一系列標準化和標準化的模塊，這樣做到話我們以后的操作會更加簡單快捷。在軟件方面，PLC應(yīng)該使用程序來建立控制邏輯，使用程序來代替硬件接線，編輯程序比硬件接線要容易實現(xiàn)多了。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）編程組態(tài)的簡單化。（2）設(shè)計和調(diào)試周期縮短。就是達成PLC的系列化、標準化與通用化，用具有軟件功能大量的中間繼電器，時間繼電器和技術(shù)裝置代替繼電器控制系統(tǒng)，減少了控制柜的設(shè)計、安裝和布線。用戶程序很大可以程度上適合在實驗室來模擬運行。調(diào)試后，將PLC控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進行在線調(diào)試，既快速又安全，大大縮短了設(shè)計和調(diào)試是時間與精力。（3）簡化布線和安裝。也就是說，在所有接線一次連接后，更換模塊時，連接器可以直接設(shè)置在新模塊上，不需要接線。不要連接任何線路，只需做一些必要的軟件設(shè)置就能夠直接工作。（4）添加控制模塊或使改進更容易。也就是說，當控制請求改變并且需要改變控制系統(tǒng)功能時，不需要改變I/O通道的外部接線，并且僅需要改變存儲器中的控制程序。（5）易于維護。也就是說，PLC具有很強的自診斷能力，可以時刻產(chǎn)找本身的故障，大多數(shù)模塊都有運行和問題狀態(tài)指示裝置，方便用戶理解和操作，發(fā)現(xiàn)問題。（6）該模塊完成度高而且使用方便，采用模塊化硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計，形成大，中，小型系列產(chǎn)品，使PLC不僅適應(yīng)不同尺寸和功能的不同系統(tǒng)控制要求。用戶可以根據(jù)需要靈活組合各種尺寸和要求的控制系統(tǒng)。（7）易于實現(xiàn)機電一體化。為了達到緊湊的PLC結(jié)構(gòu)，體積小，重量輕，可靠性高，抗干擾能力強的目的，機械和電氣元件能夠科學(xué)合理地組合在一個裝置中，使其易于制造機電一體化產(chǎn)品。（8）經(jīng)濟合理化。1.7PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC因其本身的特點和優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制進程中，在機械、冶金、化工、電力、交通運輸和建筑等方面得到了很大的應(yīng)用。其應(yīng)用范圍大致介于繼電器控制裝置和工業(yè)過程控制計算機之間。適合對控制功能要求比較復(fù)雜，輸入輸出點數(shù)多的環(huán)境。包括以下幾個方面：（1）開關(guān)數(shù)值的邏輯控制，包括時序邏輯控制，運動邏輯控制，時序邏輯控制，計數(shù)邏輯控制和組合邏輯控制。它可以適用于單擊控制，甚至是多級控制和自動化生產(chǎn)線控制。（2）PLC的設(shè)計應(yīng)該應(yīng)該開發(fā)各種模塊和相關(guān)軟件。并且PLC用于過程控制是一個不可避免的新的發(fā)展方向。（3）脈沖量運動控制可以是單坐標控制，就是控制對象執(zhí)行線性運動。它也可以是多坐標控制，即控制對象用于平面運動或空間運動。（4）數(shù)據(jù)處理和信息控制，擁有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳達、轉(zhuǎn)換功能，通過它可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理功能。如無人柔性制造系統(tǒng)，也可以用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品加工中的一些大型控制系統(tǒng)。它也PLC應(yīng)用的一個重要的方面。1.8PLC控制的的優(yōu)點（1）PLC控制系統(tǒng)使用了先進的軟件技術(shù)，它的控制邏輯存儲在存儲器的程序中。要更改控制邏輯，只需要更改程序，這樣就可以輕松更改或增加系統(tǒng)功能。這個系統(tǒng)的連接少，體積小，功耗低，所謂PLC的“軟繼電器”本質(zhì)上是存儲單元的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點數(shù)量是無窮的。PLC系統(tǒng)的靈活性和可擴展性非常良好。LC用戶程序以特定順序循環(huán)進行工作，因此每個軟繼電器處于循環(huán)周期掃描中。經(jīng)受相同條件影響的的每個繼電器的動作序列由程序掃描序列確定。這種工作的方法稱為串行工作。（2）PLC的用戶程序以特定的序列循環(huán)運作，因此每個軟繼電器都是在周期性的循環(huán)掃描中，并且由程序掃描的每個繼電器的動作序列確定會經(jīng)受相同條件的影響。PLC通過程序命令來對半導(dǎo)體電路進行控制，這種方式運行速度快，程序指令執(zhí)行時間在微秒級，并且不會發(fā)生接觸抖動等故障。（3）PLC使用半導(dǎo)體集成電路結(jié)果當戰(zhàn)定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生。它的準確度高，定時范圍廣。用戶可以根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時值，修改起來比較容易，還不怎么受到環(huán)境的影響，并且PLC具有計數(shù)功能，一般的電氣控制系統(tǒng)沒有這樣的作用。PLC的大量開關(guān)操作是用非接觸式半導(dǎo)體電路進行的，具有長壽命和高可靠性。PLC還具有自我診斷的功能，可以檢測自身的故障，并且隨時向操作員顯示，并動態(tài)監(jiān)控控制程序的運行狀態(tài)。這種情況的實施為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供了便利。物料傳輸系統(tǒng)的整體設(shè)計2.1設(shè)計工作多級運輸皮帶模擬控制多級運輸皮帶系統(tǒng)示意圖傳輸帶電動機主電路圖控制要求：通過電磁閥放料閥一和放料閥二控制物料的進給和排出。當罐中的料位低于下水位監(jiān)測點SQ4時，進料閥放料閥一作用并進料到罐中;當材料水平高于當在點SQ3監(jiān)測進料水平時，進料閥放料閥一關(guān)閉。當裝料小車到達裝車點時，裝車位開關(guān)SQ1=1，此時黃燈亮，按下起動按鈕SB1，黃燈閃，2s后，黃燈滅，同時皮帶4起動。再經(jīng)過2s后皮帶3起動，再經(jīng)過2s后皮帶2起動，再經(jīng)過2s后皮帶1起動。再過2s后，放料閥放料閥二動作，進行放料。當小車裝滿后達到規(guī)定重量時，SQ2動作，放料閥放料閥二關(guān)閉。之后每隔2s依次停皮帶1、皮帶2、皮帶3和皮帶4。在皮帶1~4全部停止的情況下，綠燈亮，表示可以開車，而在皮帶1~4運行時，紅燈亮，表示不能開車。按下停止按鈕SB2，放料閥放料閥二關(guān)閉之后每隔2s依次停皮帶1、皮帶2、皮帶3和皮帶4。按下急停按鈕SB3，放料閥和皮帶同時停止。電路應(yīng)設(shè)總的短路保護，每臺電動機應(yīng)設(shè)短路保護和過載保護。當某臺皮帶機發(fā)生問題時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而該皮帶機以后的皮帶機待運完后才停止。例如M2問題，M1、M2立即停，經(jīng)過2s延時后，M3停，再過2s，M4停。用指示燈顯示各電磁閥、行程開關(guān)、按鈕和皮帶的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。用4個數(shù)碼管顯示從放料閥打開到關(guān)閉的時間，以秒為單位。當小車重新回到裝車點時，顯示清零。2.2工作原理圖具體工作原理圖如下：基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)工作原理圖2.3物料傳輸系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)及工作情況本課程設(shè)計的物料傳輸系統(tǒng)由四個皮帶輸送機構(gòu)成，由四個電機驅(qū)動。首先啟動第一臺皮帶輸送機，經(jīng)過六秒延遲，然后啟動其余皮帶輸送機。停止時，先停止最前面的皮帶輸送機，然后在完成材料的運送后停止其余皮帶輸送機。當其中一臺皮帶輸送機發(fā)生問題時，皮帶輸送機及其前面的皮帶輸送機立即停止，但是這條皮帶輸送機的在輸送完成后停止。當皮帶輸送機上有重物時，皮帶輸送機前面的皮帶輸送機停止，皮帶輸送機在六秒后停止，皮帶輸送機在輸送完成后停止。2.4傳輸帶控制原理按下啟動按鈕SB1，X0輸入點通電則Y3通電，外部線圈KM4通電，電機D運行，同時定時器啟動開始延時；六秒后，Y2通電，外部線圈KM3通電，電機C運行，同時定時器啟動開始延時；六秒后Y1通電，外部線圈KM2通電，電機B運行，并在同時啟動定時器；六秒后Y0通電，外部線圈KM1通電，電機Y0運行。按下停止按鈕SB2，X5輸入點通電則Y0斷電，外部線圈KM1斷電，電機A運行停止，同時開始計時；六秒后，Y1斷電，外部線圈KM2斷電，電機B運行停止，同時開始計時；六秒后，Y2斷電，外部線圈KM3斷電，電機C運行停止，同時啟動定時器；六秒后，Y3斷電，外部線圈KM4斷電，電機D運行停止。當出現(xiàn)A問題時，外部模擬開關(guān)SQ1通電，則X1通電，啟動定時器。六秒后，Y0斷電，外部線圈KM1斷電，A電機停止運行，并觸發(fā)定時器；六秒后，Y1斷電，外部線圈KM2斷電，電機B停止運行并開始計時；六秒后，Y2斷電，外部線圈KM3斷電，電機C停止運行并開始計時；六秒后，Y3斷電，外部線圈KM4斷電，電機D停止運行。當出現(xiàn)B問題時，外部模擬開關(guān)SQ2通電，則X2通電，Y0斷電，外部線圈KM1斷電，A電機運行停止，啟動定時器。六秒后，Y1斷電，外部線圈KM2斷電，B電機停止運行，并觸發(fā)定時器；六秒后，Y2斷電，外部線圈KM3斷電，電機C停止運行并開始計時；六秒后，Y3斷電，外部線圈KM4斷電，電機D停止運行。當加C問題時，外部模擬開關(guān)SQ3通電，X3通電則Y0、Y1斷電，外部線圈KM1斷電，外部線圈KM2斷電，電機A、B運行全部停止，與此同時，開始啟動定時器；六秒后，Y2斷電，外部線圈KM3斷電，電機C停止運行并開始計時；六秒后，Y3斷電，外部線圈KM4斷電，電機D停止運行。當加D問題時，外部模擬開關(guān)SQ4通電，X4通電則Y0、Y1、Y2斷電外部線圈KM1斷電；外部線圈KM2斷電；外部線圈KM3斷電，電機A、B、C運行全部停止，與此同時開始啟動定時器；六秒后，Y3斷電，外部線圈KM4斷電，電機D停止運行。2.5傳輸帶控制原理流程圖NN基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)原理流程圖3.物料傳輸系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)的硬件部分（1）主要元件：直流電機，開關(guān)、按鈕、可編程控制器（PLC)。（2）數(shù)字萬用表：測量電路焊接的短路情況，元件能否正常工作，工作電壓大小。（3）電腦：調(diào)試程序和燒寫程序的媒介。3.2PLC的選型3.2.1物料傳輸系統(tǒng)對PLC裝置的要求（1）從性能要求上考慮，應(yīng)擁有緊密的設(shè)計、良好的擴展性以及強大的指令系統(tǒng)。（2）從經(jīng)濟角度考慮，要求CPU的性能良好，經(jīng)濟耐用、調(diào)試維護方便等特點。FX2N-48MR是日本三菱公司的可編程控制器（PLC）。繼電器輸出和輸入為24點，輸出為24.FX2N是FX系列中功能最強大，速度最快的微型PLC。它有8K步驟的用戶內(nèi)存，可以擴展。高達16K步長，最多256個I/O點，可以通過各種特殊功能進行擴展，以實現(xiàn)各種特殊控制功能（PID，高速計數(shù)，A/D，D/A等）。有一套非常強大的數(shù)學(xué)指令。通過通信擴展板或特殊適配器可以獲得各種通信和數(shù)據(jù)鏈路。因此，在本設(shè)計中，選擇了三菱的FX2N-48MR。三菱的FX2N-48MR型號PLC3.2.2PLCI/O地址分配(1)輸入信號設(shè)有：SB1、SB2、分別為主機的啟動和停止輸入點.X0、X5；表示負載或問題設(shè)定的A、B、C、D四個按鈕分別接主機輸入點X1、X2、X3、X4。(2)輸出信號設(shè)有：KM1、KM2、KM3、KM4分別接主機的輸出點Y0、Y1、Y2、Y3。3.3直流電機3.3.1電機概述直流電機是一種旋轉(zhuǎn)電機，可將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能（直流電機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換為直流電能（直流發(fā)電機）。它是一種將直流電和機械能相互轉(zhuǎn)換的電動機。當它用作電動機時，它是一種將電能轉(zhuǎn)換為機械能的直流電動機;當發(fā)電機運行時，它是一個將機械能轉(zhuǎn)換成電能的直流發(fā)電機。定子：（1）主磁極主磁極的主要用途是是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極是由主磁極鐵芯和勵磁繞組組成的。磁芯通常由0.5mm至1.5mm厚的硅鋼板制成，分為兩部分：極身和極靴。勵磁繞組上部的部分稱為極身，下部加寬的部分稱為靴，極靴要比極身寬，可調(diào)節(jié)磁場的分布和進行勵磁繞組的固定。勵磁繞組用絕緣銅線制作而成，套在主磁極磁芯上。整個主極用螺釘固定在底座上。（2)換向極換向極的作用是改善換向并減少電動機運行期間電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的反向火花，通常在兩個相鄰的主極之間，通過換向磁極鐵芯和換向極。繞組形成。整流極繞組用絕緣線纏繞并放置在整流極芯上。換向極數(shù)等于主磁極。(3)機座電動機定子的外殼指的就是機座。底座有兩個功能：一方面是用來固定主磁極，換向桿和端蓋，支撐和固定整個電機;另一個方面就是基座本身也是磁路的一個組成成分，從而在磁極之間形成磁極。磁通通過的路徑稱為磁軛。為了確?；哂凶銐虻臋C械強度并且具有良好的磁導(dǎo)率，通常由鋼制成或由鋼板焊接而成。(4)電刷裝置電刷裝置的作用一般是引入或提取DC電壓和DC電流。這種裝置由刷子，刷握，刷棒和刷桿組成。電刷一般放置在刷握中并由彈簧壓緊，以在刷子和換向器之間形成良好的滑動接觸。電刷架固定在電刷桿上，電刷桿安裝在圓形電刷架上，相互之間必須絕緣。電刷桿座安裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，周向位置可以調(diào)整，然后在調(diào)整后修復(fù)。轉(zhuǎn)子：(1)電樞鐵心電樞鐵芯是主磁路的重要組成部分，用于嵌入放電樞軸繞組。一般電樞鐵心是通過層壓由0.5mm厚的硅鋼片制成的沖頭形成的，以減少電動機運行期間電樞鐵芯中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。堆疊的鐵芯固定到旋轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。芯的外圓周設(shè)有電樞槽，并且將樞軸繞組嵌入槽中。(2)電樞繞組電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，這是用于能量轉(zhuǎn)換的直流電動機的關(guān)鍵部件，因此它被稱為電樞。它由根據(jù)一定規(guī)則連接的多個線圈（以下稱為組件）組成。線圈纏繞有高強度漆包線或玻璃涂層扁銅線。不同線圈的線圈兩側(cè)嵌入電樞槽兩層，線圈和鐵芯之間以及上下線圈兩側(cè)之間的絕緣必須適當絕緣。為了防止離心力拉出邊緣在線圈中，凹口由楔子固定。線圈的延伸超出槽的終端部分用熱固性非織造玻璃帶捆扎。(3)換向器在直流電動機中，換向器一般配有電刷，可將外部直流電轉(zhuǎn)換成電樞線圈中的交流電，使電磁轉(zhuǎn)矩方向恒定;在直流發(fā)電機中，換向器配有電刷。電刷可以將在電樞線圈中感應(yīng)的交流電動勢轉(zhuǎn)換成從正電刷和負電刷引出的直流電動勢。換向器是由多個換向器片組成的圓柱體，并且換向器片由云母板絕緣。(4)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸用作轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐，并且要求具有一定程度的機械強度和剛度，通常是由圓鋼加工制作的。3.3.2電機控制方法直流電動機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由兩部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。在運行期間靜止的DC電動機部分稱為定子。定子的主要功能是產(chǎn)生一個磁場，它由一個基座，一個主極，一個換向極，一個端蓋，一個軸承和一個電刷裝置組成。在運行過程中旋轉(zhuǎn)的部分稱為轉(zhuǎn)子。其主要功能是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢。它是直流電動機能量轉(zhuǎn)換的主要通道，因此通常稱為電樞。它由軸，電樞鐵心和電樞，換向器和電風扇旋轉(zhuǎn)。環(huán)形永磁體固定在DC電動機內(nèi)部，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力。當轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，繼續(xù)傳遞的磁場方向?qū)⒏淖?，因此轉(zhuǎn)子末端的電刷被轉(zhuǎn)換。片材交替地接觸，并且線圈上的電流方向也改變，并且產(chǎn)生的洛倫茲力的方向是恒定的，使得電動機可以保持一個旋轉(zhuǎn)方向。直流電機3.4基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)外部接線圖基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)外部接線圖3.5物料傳輸系統(tǒng)的硬件實物圖基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)硬件實物圖3.6PLC的調(diào)試和安裝使用編程器模擬PLC，首先檢查程序是否有誤，然后用模擬開關(guān)更換原電路中的輸入設(shè)備，并反復(fù)檢查程序是否能滿足現(xiàn)場的實際控制要求;進入控制柜，然后連接，最后電源調(diào)試成功，這樣就順利的完成了工作。4.物料傳輸系統(tǒng)的程序設(shè)計4.1MELSOFT系列GXDeveloper編程軟件的操作方法本設(shè)計采用的編程軟件為MELSOFT系列GXDeveloper編程軟件，具體操作方法如下：（1）打開MELSOFT系列GXDeveloper編程軟件，之后點擊，在下拉菜單欄點擊“創(chuàng)建新工程（N）……”，再選擇，確定打開就可以繪制梯形圖，編輯本課題的程序。（2）在打開文件之后就可以繪制梯形圖，按照所編的程序的要求，在頁面上面的功能圖在繪制梯形圖中選擇需要的輸入元件，完成對梯形圖的繪制。 （3）完成對梯形圖的繪制后，在確定PLC處于通訊狀態(tài)時，在軟件的菜單欄中點擊，并在下拉菜單中點擊“PLC寫入”，將程序編入三菱FX2N-48MR中。4.2基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)梯形圖下圖為物料傳輸系統(tǒng)的電機控制模塊梯形圖物料傳輸系統(tǒng)的電機控制模塊梯形圖下圖為物料傳輸系統(tǒng)的急停模塊梯形圖物料傳輸系統(tǒng)的電機的急停模塊梯形圖下圖為電機A出現(xiàn)問題情況的梯形圖電機A出現(xiàn)問題情況梯形圖下圖為電機B出現(xiàn)問題情況的梯形圖電機B出現(xiàn)問題情況梯形圖下圖為電機C出現(xiàn)問題情況的梯形圖電機C出現(xiàn)問題情況梯形圖下圖為電機D出現(xiàn)問題情況的梯形圖電機D出現(xiàn)問題情況梯形圖4.3基于PLC控制的物料傳輸系統(tǒng)指令下圖為物料傳輸系統(tǒng)的電機控制模塊指令物料傳輸系統(tǒng)的電機控制模塊指令下圖為物料傳輸系統(tǒng)的電機急停模塊指令物料傳輸系統(tǒng)的電機急停模塊指令下圖為電機A出現(xiàn)問題情況的指令電機A出現(xiàn)問題情況的指令下圖為電機B出現(xiàn)問題情況的指令電機B出現(xiàn)問題情況的指令下圖為電機C出現(xiàn)問題情況的指令電機C出現(xiàn)問題情況的指令下圖為電機D出現(xiàn)問題情況的指令電機D出現(xiàn)問題情況的指令5.結(jié)束語而當今社會金融危機又再一次出現(xiàn)，我們這一屆的畢業(yè)生能不能夠適應(yīng)社會發(fā)展的需要，適應(yīng)企業(yè)的要求，就看我們是不是有著很好的動手能力和實踐能力，所以說這次畢業(yè)設(shè)計是對自己的一次非常大的考驗。在進行多級傳輸帶控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，我對電氣工程師有了整體上的理解，這個過程使我的閱讀材料、編程和文本表達的技巧得到了全面的提升。并且這個過程還使我回憶起來我們曾經(jīng)在課堂上學(xué)到的電氣控制和PLC應(yīng)用技術(shù)，并對其進行了更深入的了解。在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我真的學(xué)習(xí)到了很多有用的知識，在此之前對這些真的只是紙上談兵，對一些細節(jié)沒有重視導(dǎo)致了在，動手的過程中遇到了各種困難，有時候程序出現(xiàn)了問題，不能運行，有時候運行的結(jié)果和自己想要的一點都不一樣，有時候會出現(xiàn)界面報錯。這些問題的解決多虧了老師和同學(xué)們的幫助理論與實際相結(jié)合，真的太重要了。它為我未來可能進行的自動化設(shè)計工作提供了寶貴的經(jīng)驗。并且我成功實現(xiàn)了系統(tǒng)的控制，還完成了顯示設(shè)計工作的要求，并盡量的讓控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地工作，擁有先進的技術(shù)性能和靈活方便的操作環(huán)境。本次設(shè)計的系統(tǒng)成本低，使用簡單，控制方便，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，它的應(yīng)用范圍會不可避免地擴大。這種設(shè)計的最大缺點是它無法控制電機的速度。由于設(shè)計成本高，因此采用直流電機進行仿真。本次物料自動控