湖 南 工 程 学 院
课 程 设 计
课程名称 电气控制与PLC
课题名称 皮带运输机电气控制系统设计 专业班级
姓 名 学 号 指导教师
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2014年3月7日
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工程学院
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课程设计任务书
课程名称
电气控制与PLC
课题名称 皮带运输机电气控制系统设计 专业班级
姓 名 学 号 指导教师 审 批
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任务书下达日期2014年2月24日 课程设计完成日期2014年3月7日
设计容与要求 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围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.绘制皮带运输机电气控制系统的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7000字。 Word 文档
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主要设计条件 每人一个PLC实验箱和一台编程电脑。 设计说明书装订顺序 1.课程设计说明书封面。 2.课程设计任务书。 3.说明书目录。 4.正文（按设计容逐项书写）。 5.参考文献。 6.附录。 7.课程设计评分表。 设计进度安排 1.第一周星期一上午：课题容介绍。 2.第一周星期一下午：仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。 3.第一周星期二～第二周星期一：确定控制方案。绘制皮带运输机电气控制系统的电气原理图、PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.第二周星期一：上机调试程序。 5.第二周星期二～星期五：编写设计说明书,答辩。 参考文献 Word 文档
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[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].：大学 [2]万太福.可编程序控制器及其应用[M]. ：大学 [3]祖润.毕业设计指导.：机械工业 [4].电力拖动与控制. ：中国矿业大学 [5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册. ：水利电力 Word 文档
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附录：课题简介及控制要求 （1）课题简介 皮带运输机由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。 M1M2M3M4 图1 皮带运输机系统示意图 （2）控制要求 ① 启动时先起动最末一台皮带机，经过5S延时，再依次起动其它皮带机： 5S5S5SM4M3M2M1 ② 停止时应先停止第一台皮带机(M1)，待料运送完毕后再依次停止其它皮带机： 5S5S5SM1M2M3M4 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5S延时后，M3停，再过5S后M4停。 ④ 要求皮带运输机控制系统具有手动和自动两种工作方式。 Word 文档
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前 言
PLC是一种可编程逻辑控制器,控制功能强、可靠性高、使用灵活方便、易于扩展、通用性强等一系列优点，它不仅可以取代继电器控制系统，还可以进行复杂的生产过程控制和应用于工厂自动化网络，作为自动化专业的一名大学生，掌握好PLC这一门应用技术是一个必不可少的要求。上学期我们学完了《PLC原理及工程应用》一书，学校为了让我们可以巩固知识，加深对于这门技术的了解,从而更加稳固的掌握好这一门技术。同时可以提高自己的实践动手能力，以后能够更好更快的适应于社会。因此替我们安排了这次的课程设计。
以下是我的习作，制作一个皮带运输机PLC电气控制系统。本课题设计一共分为五章，第一章是被控对象的概述以及设计任务与要求；第二章为控制方案的确定；第三章为皮带运输机电气控制系统硬件设计；第四章是控制系统的软件设计；第五章为控制程序调试。
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目 录
第1章 概述 ............................................................................................................................ 1
1.1被控对象的概述 ......................................................................................................... 1 1.2 设计任务与要求 ........................................................................................................ 1 第2章 控制方案确定 .......................................................................................................... 2
2.1 继电器控制方案 ........................................................................................................ 2 2.2 单片机控制方案 ........................................................................................................ 2 2.3 PLC控制方案 .............................................................................................................. 2 第3章 皮带运输机电气控制系统硬件设计 ................................................................. 4
3.1 PLC输入、输出原件的选择 ................................................................................... 4 3.2 PLC型号的选择 ......................................................................................................... 4 3.3 PLC I/O接线图的绘制 ............................................................................................. 4 第4章 控制系统的软设计 ................................................................................................. 6
4.1 PLC控制程序的组成 ................................................................................................ 6 4.2 主程序的设计 ............................................................................................................ 6 4.3 手动子程序设计 ........................................................................................................ 8 4.4 自动子程序设计 ........................................................................................................ 9 4.5 手动子程序设计 ...................................................................................................... 13 4.6 故障处理子程序 ...................................................................................................... 13 4.6.1 M1故障处理子程序 ....................................................................................... 13 4.6.2 M2故障处理子程序 ....................................................................................... 15 4.6.3 M3故障处理子程序 ....................................................................................... 16 4.6.4 M4故障处理子程序 ....................................................................................... 17 第5章 控制程序的调试 ...................................................................................................... 19
5.1自动子程序的调试 .................................................................................................. 19 5.2手动子程序的调试 .................................................................................................. 19 5.2故障子程序的调试 .................................................................................................. 19 结束语 ........................................................................................................................................ 21 参考文献 ................................................................................................................................... 21 电气信息学院课程设计评分表 ........................................................................................... 23
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第1章 概述
1.1被控对象的概述
皮带传送机是一种连续运输机械，也是一种通用机械。适用于倾斜输送，垂直输送等形式。工作过程中噪音小，结构简单。它可以快速的传送生产过程中的产品和配件等，能够使产量和生产效率大为提高。并且运输能力大，工作阻力小，耗电量低。被广泛应用于钢铁企业、水泥、粮食以及轻工业的生产线。既可以运送散状物料，也可以运送成件物料。皮带运输机由皮带、机架、驱动滚筒、承载托辊、回程托辊、紧装置、清扫器等零部件组成。在大型港口和大型冶金企业，煤炭企业应用广泛。
皮带传送机中，输送带是是最昂贵，耐久性最差的部件。在输送机运转过程中，输送带受到各种不同性质和大小的负荷作用，处在及复杂的应力状态下。输送带最典型的磨损形式有：工作层面与边缘磨损，受大块矿岩作用引起击穿撕裂和剥离等等。计算计算表明，输送带的费用占输送机全部设备费用的一半。因此，根据根据输送机的使用条件，选择合适的传送带，并在运行中加强维护和管理，延长其使用寿命，对提高输送机效率，降低输送机成本就有很重要的意义。
1.2 设计任务与要求
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.上机调试程序 4.编写设计说明书
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第2章 控制方案确定
2.1 继电器控制方案
继电器是一种电子控制器件，由电磁线圈、铁心、触电和复位弹簧组成。它具有控制系统和被控制系统，通常用于自动控制电路中。电流小，没有灭弧装置，可在电量或非电量的作用下动作。继电器系统具有以下几个特点： （1）逻辑控制
采用硬件接线，接线多且复杂，体积大，功耗大，系统构成后，想在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电的动作实现，工作频率低，且机械触点还会出现抖动问题。 （3）顺序控制
利用时间继电器的邂逅动作来完成时间上的顺序控制，部的机械结构易受环境温度的影响，使定时的精度不高。 （4）灵活性及可扩展性差 （5）不具备计数功能 （6）可靠性和可维护性
继电器控制使用大量的机械触电，触电在开闭时产生电弧，造成损伤并且伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。
2.2 单片机控制方案
单片机控制具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、使用方便灵活、易于产品化等优点。但微机控制系统所有的电路都集中在一块电路板上，实现的功能和输入输出的点数受到限制，且系统的散热性和维护性受到考验，一部分损坏就只能全换，不划算；开发周期长，修改比较麻烦。
2.3 PLC控制方案
PLC种类繁多，应用广泛，目前国国外以应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化
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工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。主要由中央处理器、存储器、输入输出单元、电源、编程器和其它外围设备组成。其有以下特点：
（1）编程简单，使用方便，易被一般的工程技术人员所理解和掌握，程序可现场修改。
（2）维修工作量少，维护方便 （3）可靠性高于继电器系统 （4）系统的设计、安装、调试量少 （5）功能强，性能价格比高 （6）体积小，能耗小
（7）硬件配置齐全，通用性强，实用性强
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第3章 皮带运输机电气控制系统硬件设计
3.1 PLC输入、输出原件的选择
皮带运输机PLC电气控制系统输入/输出原件的选则如表3-1所示
表3-1 皮带运输机PLC电气控制系统输入输出原件的选型
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 代号 SA SB1 SB2 SB3 SB4 FR1-FR4 KM1-KM4 M1-M4 名称 开关 控制按钮 控制按钮 控制按钮 控制按钮 热继电器 接触器 三相交流电动机 数量 1 1 1 1 1 4 4 4 3.2 PLC型号的选择
根据点数来选择PLC的型号，点数太少则不合要求，点数太多则浪费，本实验选择的PLC型号为CPU 224XP AC/DC/Relay
3.3 PLC I/O接线图的绘制
皮带运输机电气控制系统PLC I/O接线如图3-3所示。
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通 信 端 口 0 通 信 端 口 11 MS A 0. 0S B 1 0. 1 1 LS B 2 0. 2 0. 0 C N 0. 3 0. 1KM 1S B 3KM 2S B 4 0. 4C P U2 2 4 X PKM 3 0. 2F R 1 0. 5/ A C / D C / R e l a y 0.3KM 4 F R 2模 块 0. 6 2 LF R 3 0. 7 0. 4 2 M 0. 5F R 4 1. 0 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 MD C 0. 6 3 L 0. 7 1. 0 1. 1P E24 V NL+NAC 2 2 0 V 总 线 接 口 L 1 A C F RQ S 2 图3-3 S7-200PLC I/O接线图
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第4章 控制系统的软设计
4.1 PLC控制程序的组成
皮带输送机电气控制系统主要由一下四个部分组成： （1）主程序 （2）手动子程序 （3）自动子程序 （4）公用子程序 （5）故障处理子程序
4.2 主程序的设计
主程序设计的梯形图设计如图4-2所示，不管用I0.5-I1.0表示的哪一个电动机出现故障，都用V6.0记录下来并且保持，V6.1-V6.4分别来记录并且保持M1-M4的电动机故障。用I0.0的常开触点来控制自动挡，I0.0的常闭触点控制手动挡。
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图4-2 主程序梯形图
4.3 手动子程序设计
当执行手动挡时，SB1-SB4分别控制四个电动机的运转，其梯形图设计如图4-3所示
图4-3 手动子程序梯形图
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4.4 自动子程序设计
当执行自动子程序，且没有发生故障时，按下启动按钮SB1，电动机分别从M4-M1间隔5S的顺序开始启动，并保持运转。按下SB2键，电动机从M1到M4间隔5S的顺序一次停止。图4.4是自动子程序的顺序功能图，为其梯形图提供依据。
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S M 0. 3 + I 0 . 0 V 0. 0I 0.1 V 0.1 S Q 0.3T 3 75 sT 3 7 V 0.2 S Q 0. 2T 3 85 sT 3 8 V 0.3 S Q 0. 3T 3 95sT 3 9 V 0.4 Q 0.3I 0.2 V 0.5T 4 05 sT 4 0 V 0.6 R Q 0.1T 4 15 sT 41V 0.7 R Q 0.2 T 4 25 sT 42V 1.0 R Q 0.3Q 0. 34-4 皮带运输机自动子程序顺序功能图
图 .
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图4-4 自动子程序梯形图
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4.5 公用子程序设计
进入公用子程序后，V0.0置位，V0.1到V0.8复位，V2.0到V2.3复位，V3.0到V3.2复位，V4.0、V4.1、V5.0复位，T37到T48复位。
4.6 故障处理子程序
图4-5 公用子程序梯形图
在皮带运输机自动运动过程中，四台电动机任意一台出现故障，就自动进入故障处理程序。故障处理子程序分为四部分。
4.6.1 M1故障处理子程序
进入M1故障处理子程序之后，首先Q0.0复位，电动机M1停止，并且Q0.1-Q0.3复位。是电动机M2-M4保持运转。5S后Q0.1复位，电动机M2停止，以此类推，直至电动机M4停止，程序退出运行。
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S M 6.1
V2.0R Q 0.0S Q 0.1, 3T4 35sT 4 3V 2.1T 4 4R Q 0.1T 4 45sV 2.2T 4 5R Q 0.2T 4 55sV 2.3R Q 0.3Q 0. 3图4-6-1 M1故障处理子程序顺序流程图
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图4-6-1 M1故障处理子程序梯形图
4.6.2 M2故障处理子程序
进入M2故障处理子程序的时候，Q0.1、QO.2复位，电动机M1、M2停止转动，Q0.2、Q0.3置位，电动机M3、M4保持运转。5S后Q0.2复位，M3停止运转。再过5S妙，Q0.3复位，电动机M4也停止。M4停止后退出程序。
V 3. 0R Q 0.0, 2S Q 0.2, 2T 465 s
T 4 6
V 3. 1R Q 0.2T 4 75 s
T 4 7
V 3. 2R Q 0. 3 Q 0.3
图4-6-2 M2故障处理子程序顺序流程图
S M 6. 2 Word 文档
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图4-6-2 M2故障处理子程序梯形图
4.6.3 M3故障处理子程序
进入M3故障处理子程序后，Q0.0-Q0.2复位，是电动机M1-M3停止转动，并且置位Q0.3使电动机继续运转。5S后复位Q0.3，电动机M4停止。M4停止后，程序退出运行。
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S M 6. 3V 4. 0R Q 0.0, 3S Q 0.3T 4 85 sT4 8V 4. 1R Q 0.3Q 0.3图4-6-3 M3故障处理子程序顺序流程图
图4-6-3 M3故障处理子程序梯形图
4.6.4 M4故障处理子程序
进入M4故障处理子程序时，Q0.0-Q0.3都复位，电动机M1-M4也都停止
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运转。然后程序在退出运行 S M 6. 3
V 5. 0S Q 0 . 0 , 4
Q 0. 3
图4-6-4 M4故障处理子程序顺序流程图
图4-6-4 M4故障处理子程序梯形图
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第5章 控制程序的调试
5.1 自动子程序的调试
将皮带运输机电气控制系统梯形图程序在STEP7软件中编译完成，编译无错误后下载程序至PLC，设计PLC为RUN状态并打开程序状态监控。将SA开关闭合，选择工作方式为自动方式。按下SB1启动按钮，Q0.3-Q0.0间隔5S依次闭合。皮带运输机启动完成。启动后无故障信号时，按下停止按钮SB2，Q0.0-Q0.3间隔5S依次断开，完全断开后，系统状态开始保持不变，皮带运输机完成停止动作。
5.2手动子程序的调试
PLC为RUN状态并打开程序状态监控时，将SA开关断开，选择工作方式为手动方式。此时，按下SB1按钮，Q0.0触点闭合，断开SB1，Q0.0触点断开。按下SB2按钮，Q0.1触点闭合，断开SB2，Q0.1触点断开。按下SB3按钮，Q0.2触点闭合，断开SB3，Q0.2触点断开。按下S4按钮，Q0.3触点闭合，断开SB4，Q0.3触点断开。
5.2故障子程序的调试
系统工作在自动方式，并且完成启动后，按下模拟M1故障信号的开关。使I0.5触点闭合，系统进入M1故障处理子程序。进入故障处理子程序之后，首先Q0.0复位，电动机M1停止，并且Q0.1-Q0.3复位。是电动机M2-M4保持运转。5S后Q0.1复位，电动机M2停止，以此类推，直至Q0.3复位，电动机M4停止，M1故障处理子程序完成。
系统工作在自动方式，并且完成启动后，按下模拟M2故障信号的开关。使I0.6触点闭合，系统进入M2故障处理子程序。进入M2故障处理子程序之后，Q0.1、QO.2复位，电动机M1、M2停止转动，Q0.2、Q0.3置位，电动机M3、M4保持运转。5S后Q0.2复位，M3停止运转。再过5S妙，Q0.3复位，电动机M4也停止，M2故障处理子程序完成。
系统工作在自动方式，并且完成启动后，按下模拟M3故障信号的开关。使
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I0.7触点闭合，系统进入M3故障处理子程序。进入M3故障处理子程序之后，Q0.0-Q0.2复位，是电动机M1-M3停止转动，并且置位Q0.3使电动机继续运转。5S后复位Q0.3，电动机M4停止， M3故障处理子程序完成。
系统工作在自动方式，并且完成启动后，按下模拟M4故障信号的开关。使I1.0触点闭合，系统进入M4故障处理子程序，Q0.0-Q0.3都复位，电动机M1-M4也都停止运转，M4故障处理子程序完成。
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结束语
通过这两周PLC课程设计的实习，使我对PLC这门技术有了更深入的了解和掌握。同时，也使我对四门子STEP7软件的操作更加熟练。动手能力也一定程度上得到了加强。
本次对皮带运输机PLC电气控制系统的实习，软件以及硬件的调试均已经成功，并且提前完成，基本上以及达到了设计要求。为以后我们解决实际的工程问题打下了良好的基础。
对于这次的实习，真的很感赖老师和老师的热心指导，一个知识点有时讲到几遍，直到我听懂为止。同时，也感我的同学和我们一组的伙伴们给我的帮助。因为我们的共同探讨，才使得这次的实习能够顺利高效的完成。
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参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].：大学 [2]万太福.可编程序控制器及其应用[M]. ：大学 [3]祖润.毕业设计指导.：机械工业 [4].电力拖动与控制. ：中国矿业大学
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册. ：水利电力
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电气信息学院课程设计评分表
评 价 项 目 优 设计方案合理性与创造性（10%） 开发板焊接及其调试完成情况*（10%） 硬件设计或软件编程完成情况（20%） 硬件测试或软件调试结果(10%) 设计说明书质量(20%) 答辩情况(10%) 完成任务情况(10%) 独立工作能力(10%) 出勤情况(10%) *良 中 及格 差 综 合 评 分
指导教师签名：________________ 日 期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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