1、基于PLC的生产线输送带控制系统设计毕业设计论文摘 要目前，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。其结构简单、运行平稳、运转可靠、能耗低、对环境污染小、便于集中控制和实现自动化、管理维护方便，在连续装载条件下可实现连续运输。对于输送带的控制， 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，以前都采用接触继电器控制系统。而接触继电器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。PLC因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。根据所学知识和文献资料对基于PLC的生产线输送带控制系统设计所采用的方法
2、是PLC集中控制的办法，利用PLC内部存储来执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并采用数字量，模拟量的输入和输出来完成控制过程，从而实现对传送带的智能控制。而且PLC能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，使PLC和组态控制软件的联系更加紧密，使其模拟量控制、位置控制控制等使其远程通信功能更加完善。因此本次设计选择了用PLC来控制输送带的整个运行过程，利用PLC简单可视化的程序，实现自动控制的目的。PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护带式输送机。关键词：PLC； 输送带； 集中控制Design Of The Conveyor Belt Cont
3、rol 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
4、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
5、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high reliability, and functionality has been more and more enterprises, traditional contact relay control system has been replaced by PLC for step-by-s
6、tep. 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 operatio
7、ns, 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 close
8、ly 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 circ
9、uit makes the system more concise clear and 10 for easy future maintenance of the running belt conveyor.Keywords: PLC; conveyor belt; centralized control 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料
10、。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，
11、本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（
12、设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际
13、问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新
14、意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任
15、务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日1 引言 11.1 设计目的和意义 11.2 国内外带式输送机技术现状及差距 21.2.1 大型带式输送机的关键核心技术上的差距 31.2.2 技术性能上差距 41.2.
16、3 控制系统上差距 51.3 本文所做的工作 52 基于PLC的生产线输送带控制系统方案设计 62.1 胶带运输机 62.1.1 胶带运输机的类型及适用条件 62.1.2 胶带运输机结构 62.2 方案比较 72.3 方案确定 82.3.1 设计任务 92.3.2 系统设计思路 103 基于PLC的生产线输送带控制系统硬件设计及选型 123.1 可编程控制器PLC的选型 123.1.1 PLC的组成结构 123.1.2 PLC的工作原理 133.1.3 机型的选择 163.1.4 Siemens S7-200 介绍 173.1.5 本设计的PLC配置 183.1.5 本设计PLC的I/O配置及
17、外围电路设计 203.2 传感器选型 223.2.1光电传感器 223.2.2称重传感器 223.2.2跑偏开关 243.3 被控装置的选择 263.3.1传送带电机 263.3.2电动推杆 273.3.3 液压推杆 293.3.4滚筒电机 304 基于PLC生产线输送带控制系统软件设计 314.1 PLC程序设计 314.1.1编程软件介绍(STEP7 Micro/WIN) 314.1.2软件编程分析及编程 324.1.3 PLC编程 324.2 上位机组态监控界面 374.2.1 组态软件的系统构成及其简介 374.2.4 系统方案的开发步骤 394.2.5 系统组态界面 405系统仿真测
18、试及结果 425.1 传感器1#模块仿真 425.2 传送带模块仿真 435.3 称重比较模块仿真 435.4 传感器2#模块仿真 455.5 传感器3#模块仿真 465.6 胶带跑偏保护和急停报警及报警复位 475.7 系统运行指示 485.8 仿真结果总分析 486 结论与展望 49参考文献 50致谢 511 引言1.1 设计目的和意义目前，输送带系统在工业的各个领域有着广泛的应用。例如，在采矿业的输送带系统、火电厂的燃料煤进料系统、食品工业的输送带系统等这些领域都采用了输送带。输送带运行的可靠性与稳定性，直接影响着企业的生产发展。对于输送带的控制，以前都采用接触继电器控制系统。而接触继电
19、器控制系统接线复杂、抗干扰能力差，易因接触不良而造成故障，而且功能扩展性差。特别是在采矿业中，现场操作环境恶劣，直接影响人体的健康和企业的正常作业。PLC因其可靠性高、功能完善而越来越受到企业的青睐，传统的接触继电器控制系统已逐步为PLC所取代。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器，执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作
20、的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流。目前可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。在宝钢的二期三期工程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器，在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器，像这样大范
21、围使用可编程序控制器的系统已很常见。因此，本设计对PLC的研究是有很强的实用性和研究意义的。由于PLC是一种专门为在工作环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。而且PLC及其有关的外围设备东应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。所以本次设计选择了用PLC来控制皮带机的整个运行过程，PLC的运用使得系统的电路变得简明清楚，而且十分便于日后的运行维护。此次毕业设计的意义是：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，是目前工业自动的首选控制装置，而且胶带机的运输系统复杂，环节多，运量大，所用的设备种类多，要求高。对于高产高效的现代化炸药的运
22、输系统就必须做到减少环节，消除停顿 ，实行不间断的运输连续化 、控制 、检测自动化 ，才能达到高产高效减员提效的目的。1.2 国内外带式输送机技术现状及差距国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在2个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用于了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。目前，在煤矿井下使用的带式输送机已达到表1所示的主要技术指标，其关键技术
23、与装备有以下几个特点：(1) 设备大型化。(2) 应用动态分析技术和机电一体化。(3) 输送系统设备的通用性、互换性及其单元驱动的可靠性。(4) 新型、高可靠性关键元部件技术。表1-1 国外带式输送机的主要技术指标 主参数顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距/m600075006000带速/4.5647, 最高达10输送量/3500500040005000驱动功率/kW1500400035007000，最大达15000我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距
24、离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示表1-2 国内带式输送机的主要技术指标主参数顺槽可伸缩带式输送机大巷与斜井固定式强力带式输送机运距/m200030003000带速/3.5445, 最高达8输送量/2500300030004000驱动功率/kW1200200
25、015003000，最大达100001.2.1 大型带式输送机的关键核心技术上的差距（1） 带式输送机动态分析与监测技术 长距离、大功率带式输送机的技术关键是动态设计与监测，它是制约大型带式输送机发展的核心技术。目前我国用刚性理论来分析研究带式输送机并制订计算方法和设计规范，设计中对输送带使用了很高的安全系统（一般取n=10左右），与实际情况相差很远。实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。国外已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送
26、带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平（输送带安全系数n=56），并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。 （2） 可靠的可控软起动技术与功率均衡技术 长距离大运量带式输送机由于功率大、距离长且多机驱动，必须采用软起动方式来降低输送机制动张力，特别是多电机驱动时。为了减少对电网的冲击，软起动时应有分时慢速起动；还要控制输送机起动加速度0.30.1 m/s2，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。由于制造误差及电机特性误差，各驱动点的功率会出现不均衡，一旦某个电机功率过大将会引起烧电机事故，因此，各
27、电机之间的功率平衡应加以控制，并提高平衡精度。国内已大量应用调速型液力偶合器来实现输送机的软起动与功率平衡，解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题。但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。当电机功率50 kW时， 可控启动传输-CST(用于大惯性负载平滑启动的多级减速齿轮装置,多用于煤矿和矿山中带式输送机的驱动)显示出优越性。由于可控软起动是将行星齿轮减速器的内齿圈与湿式磨擦离合器组合而成（即粘性传动）。通过比例阀及控制系统
28、来实现软起动与功率平衡，其调节精度可达98% 以上。但价格昂贵，急需国产化。1.2.2 技术性能上差距我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。（1）装机功率 我国工作面顺槽可伸缩带式输送机最大装机功率为4250 kW，国外产品可达4970 kW，国产带式输送机的装机功率约为国外产品的30%40%，固定带式输送机的装机功率相差更大。（2）运输能力 我国带式输送机最大运量为3000 t/h，国外已达5500 t/h。（3）最大输送带宽度 我国带式输送机为1400 mm，国外最大为1
29、830 mm.（4）带速 由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速为4m/s，国外为5m/s以上。（5）工作面顺槽运输长度 我国为3000 m，国外为7300m。（6）高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车拉紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。（7）输送机品种 机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分发挥其效能，如拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用；另外，我国煤矿的地质条件差异很大，
30、在运输系统的布置上经常会出现一些特殊要求，如弯曲、大倾角（+25）直至垂直提升等，应开发特殊型专用机种带式输送机。1.3.3 可靠性、寿命上的差距（1）输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm，国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm。（2）输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%65%，国外达母带的70%75%。（3）托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大外国的比我们的寿命多30%-40%。（4）输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命3万h，国外减速器寿命7万h。（5）带式输送机上下运行时可靠性差。1.2.3 控制系统上差距（1）驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST（软启动）可控传动系统等，控制精度较高。（2）监控装置 国外输送机已采用高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。我国输送机仅采用了中档
