第一章 概述
第一章 概述
PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
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及其有关的外围设备都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。
目前PLC已经渗透到生活的各个方面，尤其是自动化控制。在工业生本次毕业设计的题目是基于PLC三台皮带机送料控制程序的设计。皮带机广泛运用于我们的生活中，特别是工业生产中更是必不可缺。它被广泛应用在港口、电厂、煤矿、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。皮带运输机可用于水平或倾斜运输。皮带运输机还应用与装船机、卸船机、堆取料机等连续运输移动机械上。皮带运输机由皮带、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，皮带运输机得到最广泛的应用。其总长度可达到十几千米。
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，那么PLC究竟是什么呢？
PLC在皮带机上面的应用，使的皮带机的控制机构变得简单，运行更加可靠，同时维修起来也是十分的简单方便。
第二章 总体方案的确定
第二章 总体方案的确定
2.1方案比较
就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。 (1) 继电器控制系统
控制功能是用硬件继电器实现的。继电器串接在控制电路中根据主电路中的电压、电流、转速、时间及温度等参量变化而动作，以实现电力拖动装置的自动控制及保护，系统复杂，在控制过程中，如果某个继电器损坏，都会影响整个系统 的正常运行，查找和排除故障往往非常困难，虽然继电器本身价格不太贵，但是控制柜的安装接线工作量大，因此整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。 （2）单片机控制
单片机作为一个越大规模的集成电路、机构上包括CPU、存储器、定时器和多种输入/输出接口电路。其低功耗、低电压和很强的控制功能，成为功控领域、尖端武器、日常生活中最广泛的计算机之一。但是，单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O接口电器上、硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。 （3）工业控制计算机控制
工控机采用总线结构，各厂家产品兼容性强，有实时操作系统的支持，在要求快速、实用性强、功能复杂的领域中占优势。但工控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷 电路板上引出，不如接线端子可靠。 （4）PLC控制
可编程序控制器配备各种硬件装置供用户选择，用户不用自已设计和制作硬件装置，只须确定可编程序控制器硬件配制和设计外部接线图，同时采用梯形图语言编程，用软件取代继电器电器系统中的触点和热线，通过修改程序适应工艺条件的变化。
可骗程控制（PLC）从上个世纪70年代发展起来的一种新型工业控制系统，起初它主要是针对开关量进行逻辑控制的一种装置，可以取代中间继电器、时间继电器等构成开关量控制系统。随着30多年来微电子技术的不断发展，PLC也通过不断的升级换代大大增强了其功能。现在PLC已经发展成为不但具有逻辑控制功能、还具有过程控制功能、运动控制功能和数据处理功能、连网通讯功能等多种性能，是名符其实的多功能控制器。由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。 2.2 方案确定
第二章 总体方案的确定
通过对多种设计方案的比较，决定选择可编程控制系统，相比于继电器系统，它性能可靠性高，接线很简单，系统不复杂，易于维护，性能先进，易于改造。和单片机系统相比，它编程简单，易于掌握，连线简单。工业控制计算机控制系统性能先进，但是价格昂贵，系统复杂，对于本系统而言实在是大材小用。
综上所述，本次设计应选择PLC控制更为合理。
第三章 硬件设计
3.1 设计可行性方案
本次课题是基于PLC三台皮带机送料控制程序的设计、安装与调试，根据要求我构想了下面的可行性的控制要求如下。
1、控制要求：
（1）某一生产线的末端有一台四级皮带运输机，分别由M1、M2、M3、M4四台电动机拖动，有手动和自动两种控制方式。
（2）手动时，为了便于调试，每一台电机都可以单独启动，按停止按钮都可以停下。 （3）自动控制时，有料进皮带后，通过检测传感器让皮带运行，M1→M2→M3→M4的顺序启动，间隔均为5秒，若无料进入皮带，通过安装在一号皮带机上的传感器，30秒钟后让皮带机按M4→M3→M2→M1的顺序停止否则继续运行，如此循环往复；当某条皮带机发生故障时，该皮带机及其前面的皮带机立即停止，而其后的皮带机则待料运完后才停止，即仍为顺序停止。
（4）为防止在自动运行时传感器误动作，要求按下保护按钮(即后文中的SA2按钮)后，系统才处于待运行状态，否则传感器不动作。
（5）为保证意外发生时的安全，还要有急停按钮，当急停按钮按下时所有电机立即停止运行。
（6）要有必要的短路、过载、连锁保护。 2、设计任务：
（1）列出PLC控制I/O口（输入/输出）元件地址分配表； （2）画出PLC输入/输出接线图和接触器的主电路原理图。
（3）尽量做到经济、合理、合用、减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，使功能的实现由一到多而且更
第三章 硬件设计
加趋于完善。
3.2 PLC选型
3.2.1 PLC的组成结构
PLC 的一般结构如下图所示，由图可见主要有6个部分组成，包括CPU（中央处理器）、输入/输出接口电路、电源、外设接口、I/O扩展接口。
图(一)
其核心主要有CPU,I/O模块,电源模块以及它的存储模块，它们各自的特点如下： 一、CPU
PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制；CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作；CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 二、I/O模块：
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号
第三章 硬件设计
状态，输出点反映输出锁存器状态。 三、电源模块：
有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。 四、存储模块：
PLC的存储器包括系统储存器和用户储存器两种。系统储存器用于存储系统程序，用户存储器用于存放PLC的用户程序。现在的PLC一般均采用可电擦除的E2PROM存储器来作为系统储存器和用户储存器。 3.2.2 PLC的工作原理
一.PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式
1.每次扫描过程。集中对输入信号进行采样。集中对输出信号进行刷新。 2.输入刷新过程。当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态， 新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。 3．一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。 4．元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。 5．扫描周期的长短由三条决定。
（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数
6．由于采用集中采样。集中输出的方式。存在输入/输出滞后的现象，即输入/ 输出响应延迟。
二．PLC与继电器控制系统、微机区别 1．PLC与继电器控制系统区别:
前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”，前者用“软件”，后者用“硬件”。 2．PLC与微机区别:
前者工作方式是“循环扫描”。后者工作方式是“待命或中断”PLC 编程方式PLC最突出的优点采用“软继电器”代替“硬继电器”。用“软件编程逻辑”代替“硬件布线逻辑”。PLC编程语言有梯形图、布尔助记符语言，等等。尤其前两者为常用。 3.由于PLC是集中采样，在程序处理阶段即使输入发生了变化，输入映象寄存 器中的内容也不会变化，要到下一周期的输入采样阶段才会改变。
4. 由于PLC是串行工作，所以PLC的运行结果与梯形图程序的顺序有关，这与继电器控制系统“并行”工作有质的区别。避免了触点的临界竞争，减 少繁琐的联锁电路。 3.2.3 FX2N的性能及选型
三菱公司的PLC是最早进入中国市场的产品，小型机FX2N是近几年推出的高功能整体式小型机。FX系列PLC具有庞大的家族。基本单元(主机)有FX0、FX0S、FXON、FX1、FX2、