小型水平传送带输送机构控制系统设计

摘 要

随着时代的进步，继电器控制系统的时代已经过去， PLC 以其安全，可靠，灵活，易编程等多个特点成

为了新时代的宠儿，使得工业自动化更加完全。经过几十年的发展， PLC 在国内工业中得到了广泛的运用。

本设计是运用西门子 S7-200 PLC 这款小型控制器控制传送带系统的运行，实现自动化生产运输。本文设计

介绍了 PLC 的特点，整个传送带系统的运行过程的工作原理以及 PLC 的编程。经过设计检测，证明了 PLC

能很好的联接传送带系统的各个工作环节，实现自动化的生产，并且能够自动检测，大大提升了传送带的性

能，提高了整个传送带系统的工作效率，节约了劳动力，节约了生产成本。

关键词 ： 小型传送带， PLC ，自动化控制

Design of control system for small horizontal conveyor belt

conveyor

Abstract

With the progress of the times, the time of the relay control system has passed, on account of the safety, reliable,

flexible, easy programming and other features PLC has become the darling of the new era, leading to the industrial

automation more fully. After decades of development,in the industry of our country,PLC has been widely used. This

design is using Siemens S7-200,a small PLC, control the running of conveyor belt mechanism , to realize the

automation of production and transportation. The design introduced the characteristics of PLC, the working principle

of transmission belt of the running process of the system and PLC programming. After the detection of

design,proving the PLC can be a very good connecting transmission Belt feeding system of the various aspects of the

work, to realize the automation of production, and can automatically detect, greatly enhance the performance of the

conveyor belt, to improve the whole conveyor belt system work efficiency, saving labor, saving the cost of

production.

Key Words: Small conveyor belt ;PLC ; automatic control

目 录

第一章 绪 论 ..............................................................................................................4

1.1 选题背景及目的 ...............................................................................................4

1.2 国内外研究现状 ...............................................................................................5

1.3 本论文主要内容 ...............................................................................................6

1.4 论文主要应用场景 ...........................................................................................6

1.5 本章小结 ...........................................................................................................6

第二章 输送机构控制系统的整体设计 ......................................................................7

2.1 系统的整体框图及传感器介绍 .......................................................................7

2.2 工作原理及设计要求 .......................................................................................8

2.3 本章小结 .........................................................................................................10

第三章 输送机构控制系统的硬件设计 ....................................................................10

3.1 控制系统主电路设计 .....................................................................................10

3.2 PLC 控制回路的接线设计 .............................................................................11

3.3 主要元器件选型 .............................................................................................12

3.3.1 PLC 的选型 ...........................................................................................13

3.3.2 机械手的选型 .......................................................................................14

3.3.3 交流接触器 ...........................................................................................16

3.3.4 热继电器 ...............................................................................................16

3.3.5 空气开关 ...............................................................................................16

3.4 本章小结 .........................................................................................................17

第四章 输送机构控制系统的软件设计 ....................................................................18

4.1 系统流程图 .....................................................................................................18

4.2 PLC 的 I/O 分配表 ..........................................................................................19

4.3 各部分程序 .....................................................................................................19

4.3.1 启动保持停止电路 ...............................................................................20

4.3.2 置位与复位电路 ...................................................................................21

4.3.3 定时器电路 ...........................................................................................22

4.4 本章小结 .........................................................................................................23

第五章 输送机构控制系统的调试 ............................................................................24

5.1 安装调试方法及注意事项 .............................................................................24

5.2 常见故障的检修 .............................................................................................24

5.3 本章小结 .........................................................................................................25

第六章 总结与展望 ....................................................................................................25

参考文献 ......................................................................................................................26

致 谢 ......................................................................................................................27

第一章 绪 论

1.1 选题背景及目的

随着我国经济的飞速发展，我国的工业化水平越来越高，并且逐渐向自动化方向发展。在自动化的过程

中，最重要的就是运输，因此各种运输工具越来越受到重视。在中国工业领域最常见的就是传送带输送机构。

传送带输送机构可以水平、倾斜和垂直进行工作，它是一款非常方便、实用的，能够连续输送材料的搬

运设备。它也可以进行空间范围内的搬运 , 而且其输送路线一般是固定的，且稳定性相对较好。另外，传送带

输送机构输送容 量 相对较大 , 能够 长距离 运输 , 也可以在 同 一时间完成了 许 多在运输过程中工 艺上 的 操 作 , 所 以

传送带输送机构 被 应用到工业生产的方方 面面 。

传送带输送机构结构 单 一，运行平稳性高、可靠性 强 ，能 源损耗 较 低 ，对环 境 的 污染 程 度不 高 , 是工业生

产中保 护 环 境 的主要 措施之 一。 同 时 , 传送带输送机构便 于集 中控制，能 轻 易 于 实现自动化生产，且易 于管 理

和 维护 ，可以 说 它是一个 比 较理 想 化的工具。自动化传送带输送机构的广泛应用， 不仅 大大 降低 了生产成本，

而且 极 大的提高了生产效率，为 企 业带来了 巨 大的 利润 ，加 强 了 企 业在 竞争 过程中的 综合 实力。 所 以，目 前

传送带输送机构的自动化控制是全 世界都 在关注的 问 题， 许 多的高 校 、研究 所 的 科 研 团队都 致力 于 自动化传

送带输送机构的研究和开发。

1.2 国内外研究现状

（ 1 ） 传送带输送机构方 面

在国外，传送带主要是 朝 着 两 个方向发展，一个是 朝 传送带的 功 能多元化、应用范围 扩 大化方向发展 ；

另一个是 朝 传送带本 身 的 技术 与装备发展 快 速化方向发展， 尤 其是 远距离 、大型传送带的发展已成为主流，

其 核心 应用是开发应用 于 传送带的动 态 分 析技 能与 监 控 技术 ， 从 而加 强 传送带的运行性能和可靠性能。

而在国内，我国生产的传送带的种 类 、型 号 特 别 多。 尤 其是几个五年计 划 的实 施 ，使得国 家 重工业产业

的 迅 速发展， 从 而也带动了传送带等相关产业的发展，其 技术 水平也 有 了很大提高， 有些 传送带输送机构 甚

至填补 了国内空 白 。 同 时，我国也 正 在对传送带的关 键技术 及其主要元器件进行理论与实 际 的研究和产 品 开

发， 从 而也成 功 研制 出 多种 类 型的电气输送装置。

当然 ，与国 际 相 比 ，我国在 某些 方 面还 是 有 一定 差距 的， 不管 是在传送带的 核心技术上 ， 还 是在产 品 各

项 技术 性能 上 ， 又或 是产 品 可靠性以及使用 寿命上 ， 都落后 国外很多。 但 是， 改革 开 放 以来，中国经济 不断

发展，工业领域的各项 技术 也 有 了 长足 的进步，传送带输送机构方 面 也一直在 不断 进步。我 们深信 ，在 不 就

得 将 来，相关 技术 一定 会赶上甚至赶超 国外。

（ 2 ） PLC 控制器方 面

随着控制器控制的传送带系统在国内工业产业中的运用越来越广泛，各大 企 业对具 有 相关 专 业 知识 的 人

才 的 需 求越来越大。另外，自动化程 度 的高 低决 定了国 家综合 实力的 强弱 ，国内在自动化生产方 面 相 比于世

界 发 达 国 家 来 说 ， 仍旧落后不少 。 单从 控制器的生产制 造上看 ， 德 国西门子， 日 本三 菱 、 松下 ， 美 国 AB 、

莫迪康都处 在 世界 的领 先 水平，中国 虽然有 很多 公司都从 事控制器的设计制 造 ，也 取 得了一 些 成 绩 ， 比如北

京凯迪恩 、 天津浩纳尔 等， 但仍旧不 能 达 到 世界 领 先 水平。

1.3 论文主要研究内容

本设计是小型水平传送带输送机构控制系统设计， 该 输送带机构是 由 一个小型水平传送带、 两 个 Scara

机械手 臂 、机械加工平 台 、电气控制以及控制器程序 组 成。 通 过各种传感器、控制电路 将 各个部位连接成一

个整体， 然后再由 PLC 控制整个系统的运作，最 终 实现自动化生产。

本文主要 从 输送机构控制系统的整体设计、硬件设计以及软件设计这三个方 面详细 介绍整个控制系统，

并且介绍了系统的调试及常见的故障检修。

1.4 论文主要应用场景

本设计主要应用 于冲压 成型的工 艺 流程， 例如汽车 用 支撑槽 的加工流程 （如 图 1.4 ） 。目 前 大部分 冲压

厂仍旧沿 用着工 人 用手直接在 模腔 内装 取 工件的方法。这种 情况下 ， 如果冲压 设备和 模 具 没有 安全 防护 装置，

就 极 易发生 人身 安全事故。 但 是 通 过 搭建 的一个 有 PLC 控制的机械手 臂 加工平 台 ，能够实现自动化生产，能

够 解放双 手，保证 人 生安全， 同 时也能够提高效率， 增强企 业的 竞争 能力。

图 1.4 汽车 用 支撑槽

1.5 本章小结

本项目设计 搭建 的一系 列 传送平 台 在一定程 度上 可以一整 套 编程系统来控制，以一系 列 的气动 知识 为手

段 ，并以 达 到控制整个流水线安全、 通畅地 运行的目的， 从 而可以使得 操 作 者 能够 独立 设计 出 一整 套 小型的

自动化控制系统。

本设计可以应用 于冲压 生产中，实现 冲压 行业的自动化生产，保证 冲压企 业工 人 的 人身 安全， 同 时能够

提高 企 业的生产效率， 强 化 企 业的 竞争 能力。

通 过本项目的设计、研发参与过程，加 深 对 操 作 者 对工业系统的机电一体化以及其相关 学科 的更 深 的了

解 ，为以 后 就业时更多 专 业 知识 的 学习做铺垫 ， 从 而能够 快 速 适 应 所从 事的工作。

第二章 输送机构控制系统的整体设计

2.1 系统的整体框图及传感器介绍

本文设计的系统是一个小型的传送带工作系统，整个系统的整体框图 如 图 2.1 所示 。

图 2.1 输送机控制系统的整体框图

整个传送带机构是能够完全自动化运行的系统，它主要是靠控制器进行程序控制， 同 时 需 要各 类 传感器

的 辅助 ， 才 能实现对整个系统的完全控制。 所有 传感器的 类 型及型 号 见表 2.1 。

表 2.1 实验室系统所用传感器（序号对应图 2.1 ）

序 号

传感器 类 型及型 号

1

光 电开关传感器 CDD-11N

2

光 电开关传感器 CDD-11N

3

光 电开关传感器 CDD-11N

4

霍尔 开关传感器 NJK-5002C M12 NPN

5

光 电开关传感器 CDD-11N

6

光 电开关传感器 CDD-11N

2.2 工作原理及设计要求

整个系统分为 两 大 模块 ，加工 模块 和装配 模块 。加工 模块 主要工作是在一个的直 径 为 49mm 的工件 上钻

一个直 径 为 39mm 的 孔； 而装配 模块 的主要 任务 是为已完成 钻孔操 作的工件安装一个 上盖 ，并且 将 已完成装

配的工件 放入托盘 中。 两 个 模块之 间相 互独立 ， 由 一个 长 约 2 米 的水平传送带相连，以实现工件在 两 个 模块

之 间的传输。

（ 1 ） 加工 模块

步 骤 一： 先按下上 电 按钮 ，为整个系统 供 电 , 同 时系统 供 电 指示灯 点 亮；然后 在 按下 复位 按钮 ， 将 控制器

所有 输 出 位以及中间控制位重置 ； 运行 前 的 准 备工作完成， 按下 运行 按钮 ，控制系统开 始 运动 ；

步 骤 二：控制器接 收 到启动 按钮 的 信号后 ，向机械手 臂 1 输 出信号 ，控制机械手 臂 1 开 始 工作。机械手

臂 1 从托盘 中 取出 一个工件， 放入 到 旋转 工作 台 的一 号 工位，触发一 号 工位 下 方的 光 电开关传感器 3 ；

步 骤 三： 光 电开关传感器 3 工作，向控制器输 入 启动 信号 ，控制 旋转 工作 台旋转 电机工作。 旋转 工作 台

在 旋转 180 度后 ，触发 旋转 工作 台 的 霍尔 开关传感器 ；

步 骤 三： 霍尔 开关传感器开 始 工作，控制 旋转 工作 台 停止 旋转 ， 同 时控制 打孔 电机开 始 运动，并且 闭合

控制 打孔 电机 下 行气 缸 的电 磁阀 ， 打 开气 缸阀 门， 降下钻头 ，使得工作 台 完成 打孔 工作 ；

步 骤 四： 当钻头达 到最 低 位置时，触发 打孔 气 缸下限 位 上 的传感器， 即光 电开关传感器 2 。 光 电开关传

感器向控制器输 入信号 ， 从 此时开 始 计时， 延 时 3 秒钟 ，使 打孔 步 骤充 分进行 ；

步 骤 五：计时完成 后 ， 打孔 工作完成，输 出信号 ，控制 打孔 电机 上 行气 缸 的电 磁阀 ，开 始上 升 钻头 ， 当

钻头上 升到最高位置时，触发 打孔 气 缸上限 位 上 的 光 电开关传感器 1 ；

步 骤 六： 光 电开关传感器 1 工作，控制 打孔 电机停止 转 动， 同 时控制 旋转 工作 台 开 始旋转；当旋转 工作

台旋转 180 度后 ， 再次 触发 旋转 工作 台 的 霍尔 开关传感器 ；

步 骤七 ， 霍尔 开关传感器开 始 工作，控制 旋转 工作 台 停止运动， 同 时发 出信号 ，控制机械手 臂 1 开 始 工

作， 将处于 一 号 工位 上 的已经 打孔 完成的工件 转移 到水平传送带 上 ， 至 此，整个加工 模块 的工作全部完成。

（ 2 ） 装配 模块

步 骤 一：第一 模块打孔 加工已经加工好的工件在经过传送带的运输到 达 了 V 型 块 的位置， 由于 V 型 块 的

原因而停止运动， 同 时触发 V 型 块上 的 光 电传感器 5 ；

步 骤 二： 光 电传感器 5 开 始 工作，控制机械手 臂 2 开 始 运动，机械手 臂 2 将 V 型 块处 的工件运送到 出 料

托盘上 ， 当 机械手 臂 2 完成搬运工作 后 输 出 一个 信号给 控制器 ；

步 骤 三：控制器在接 收 到机械手 臂 2 发 出 的工作完成的 信号后 ，控制 上盖推 料系统工作。 上盖推 料系统

控制气 缸 工作的电 磁阀闭合 ， 推 料气 缸将上盖推 到固定位置。 当上盖 到 达 固定位置 后 触发 该 点 处 的 光 电开关

传感器 6 ；

步 骤 四： 光 电开关传感器 6 开 始 工作，控制机械手 臂 2 再次 开 始 运动， 将处 在固定位置 上 的 上盖 运送到

刚刚放 置好的工件对应的 托盘槽 内，使它 们 完成装配的工作。 至 此，整个第二 模块 装备 模块 的工作全部完成。

2.3 本章小结

本章节 详细 的介绍了本 次 设计的对 象 ， 首先 介绍了 真 个系统的整体框图， 然后 介绍了整个系统的工作流

程步 骤 ，使整 套 系统的流程 清晰 、明了。

第三章 输送机构控制系统的硬件设计

3.1 PLC 控制回路的接线设计

输送机控制系统的 PLC 可以控制动力 驱 动机 组 实现启动、停止、手动 或 自动等控制，整 套 输送机控制系

统可以 通 过 监 控动 态 运行 数据 及整个系统运行状 态 来实行 远距离 现场控制工作、 观察 和调控。 按需 采 用高 精

确 可视化效 果 , 整个控制系统可 有 机统一 组合 , 实 际 使用方便。 该 控制系统主要 由 控制 台 、电气调试 箱 、控制

信号 元器件和各 有 关部件连成一个控制系统。

图 3.1 PLC 控制回路的接线

(1) 为保证整 套 输送机控制系统 不 论 哪 种工作状 况下都 能完成 正 常开 始 运行 , 可与各 执 行机构、装置及电

气控制设 施 成为统一的整机开 车 运行工作 组合 体。

(2) 依照 结 束 运行时的 技术 特点 , 完成 柔 性结 束 运行 操 作。

(3) 整机动动 态 运行中发生 异 常 情况 时 , 如有 物 料 堵塞 超 载 , 物 料位置置 限 位 , 温 控 异 常 , 传送带动 态 位 移 异 常 ,

消 防信号 异 常 , 运行时间效率 异 常等 , 由 各设置的安全控制元件进行 信号 显 示 , 实现安全装置工作 , 保证系统设备

安全。

(4) 能 显 示 各设计的 技术 数据 和 异 常工作分 析 。

(5) 可自动连接 首 末 输送机的安全控制装置 , 实现相 互首 末 输送机的安全保 护 。