基于西門子PLC200及組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計

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畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 題 目 基于西門子 PLC200 及組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制 系統(tǒng)設(shè)計 英文 Design of Ingredients Production Line Control System Based on Siemens PLC200 and Kingview 院 別 自動化學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 姓 名 xxx 學 號 xxx 指導教師 xxx 日 期 2012 年 5 月 基于西門子 PLC200 及組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控 制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 隨著社會的進步 科技日新月異 從 18 世紀 60 年代的以蒸汽機為主要動力的工 業(yè)革命開始直到現(xiàn)在 工業(yè)的生產(chǎn)線經(jīng)歷過了 300 多年的發(fā)展歷史 已經(jīng)發(fā)展到了今 天的全自動化大批量生產(chǎn) 可以說現(xiàn)代工業(yè)已經(jīng)離不開自動化的生產(chǎn)線了 自動化生 產(chǎn)線不僅可以大幅度地提高生產(chǎn)效率 而且還可以提高精度 提高合格率 減輕人的 工作量等好處 在工業(yè)如此發(fā)達的今天 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)逐漸地由 PLC 控制代替原來 的單片機或機械電氣控制 其許多功能是傳統(tǒng)的控制技術(shù)無法實現(xiàn)的 本設(shè)計針對我國一些小型企業(yè)的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)現(xiàn)狀 將西門子 S7 200 系列 的 PLC 應用于小型的配料生產(chǎn)線 再由組態(tài)王作為人機交互的界面作為遠程控制和監(jiān) 控作用 本設(shè)計通過合理的選擇和編程 不僅可以提高配料生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率 降低 成本 提高安全可靠性 還可以根據(jù)不同的配料合理調(diào)整 PLC 程序的參數(shù) 而且可以 直接通過組態(tài)王監(jiān)控 控制和調(diào)整參數(shù) 實現(xiàn)遠程控制 提高人性化 關(guān)鍵詞 生產(chǎn)線 PLC 組態(tài)王 Design of Ingredients Production Line Control System Based on the Siemens PLC200 and Kingview ABSTRACT With the progress of society and the great changes of science and technology from the 1760s when the steam engine is acted as the main power of the beginning of the industrial revolution to now industrial production lines have experienced 300 year developmental history and has developed into fully automated mass production currently It can be said that modern industry has been inseparable from the automated production line Automatic production line not only can greatly improve the production efficiency but also can improve the precision boost qualified rate reduce the workload Nowadays industry is developed and production line control system is r gradually replaced the original single chip computer or electrical machinery control with the PLC control Many of its functions can not be achieved just through traditional control technology This paper aims to small business ingredient production line control system in our country and applys the PLC of Siemens S7 200 series to small batch production line and treats kingview as a human computer interaction interface for remote control and monitoring function This paper through the reasonable selection and programming can not only improve the batching production efficiency reduce the cost improve the safety and reliability and make reasonable adjustment of PLC program parameters according to the different ingredients but also can directly via the kingview s monitor control and adjustment of parameters to realize the remote control and improve humanization Key words Production Line PLC Kingview 目 錄 1 緒論 1 1 1 配料生產(chǎn)線的發(fā)展概括 1 1 2 單片機控制系統(tǒng)特點與存在問題 2 1 3 PLC 控制配料生產(chǎn)線的特點 2 1 4 組態(tài)王的特點 3 1 5 課題研究的意義和目的 4 2 可編程邏輯控制器 PLC 概要 5 2 1 PLC 簡介 5 2 2 可編程控制器 PLC 的特點 5 2 2 1 硬件的可靠性 5 2 2 2 編程簡單 使用方便 6 2 2 3 接線簡單 通用性好 6 2 2 4 可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 6 2 2 5 易于安裝 便于維護 7 2 3 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 7 2 3 1 中央處理單元 CPU 7 2 3 2 存儲器 RAM ROM 8 2 3 3 輸入輸出單元 I O 單元 8 2 3 4 電源 8 2 3 5 編程器 9 2 4 PLC 的工作原理 9 3 配料生產(chǎn)線系統(tǒng)分析 10 3 1 配料生產(chǎn)線系統(tǒng)的概述與分類 10 3 2 配料生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成 11 3 3 配料生產(chǎn)線的控制要求 12 3 4 配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的流程圖 13 3 5 配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的性能及特點 14 3 6 配料自動控制過程 14 4 配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 16 4 1 配料生產(chǎn)線的工藝 16 4 2 可編程控制器 PLC 的選型 17 4 2 1 輸入輸出 I O 點數(shù)的確定 17 4 2 2 內(nèi)存估計 18 4 2 3 PLC 的類型 18 4 2 4 輸入輸出模塊的選擇 18 4 2 5 電源的選擇 18 4 2 6 經(jīng)濟性的考慮 19 4 2 7 機型的選擇 19 4 3 變頻器的選擇 20 4 3 1 變頻器的概述 20 4 3 2 傳送帶和攪拌機的電機調(diào)速系統(tǒng) 20 4 3 3 變頻器型號的選擇 21 4 4 電機的選擇 21 4 4 1 電機選擇的基本內(nèi)容 21 4 4 2 連續(xù)工作制的電機容量選擇 23 4 4 3 電機型號的選擇 24 4 4 4 系統(tǒng)的硬件框圖 25 5 配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的軟件設(shè)置 27 5 1 編程軟件 STEP7 的概述 27 5 2 程序設(shè)計常用方法 28 5 2 1 經(jīng)驗設(shè)計法 28 5 2 2 邏輯設(shè)計法 28 5 2 3 順序控制法 28 5 3 PLC 地址分配 29 5 3 1 輸入 輸出的分配如下 29 5 3 2 PLC 外部接線圖 30 5 3 3 PLC 符號表 31 5 4 各程序段模塊分析 31 5 4 1 初始化參數(shù) 31 5 4 2 三種啟動方式 32 5 4 3 傳送帶 1 號運料 34 5 4 4 攪拌配料與運走配料 35 5 4 5 程序的循環(huán)設(shè)定 38 5 4 6 指示燈和報警部分 40 6 系統(tǒng)監(jiān)控畫面編程 43 6 1 組態(tài)王的簡介 43 6 2 組態(tài)王與 PLC 的通訊 45 6 3 組態(tài)變量 46 6 4 主畫面 47 6 5 實時趨勢畫面 49 6 6 參數(shù)調(diào)節(jié)畫面 49 6 7 編程語言 51 7 結(jié)論與展望 53 7 1 結(jié)論 53 7 2 心得 53 7 3 展望 54 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 0 1 緒論 1 1 配料生產(chǎn)線的發(fā)展概括 隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展 微機配料控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了人工手動 控制 機械電氣控制 單片機控制 工業(yè)控制計算機集中 控制等幾個階段 在第一個階段 微機配料設(shè)備龐大 各設(shè)備之間互不聯(lián)系 或者聯(lián)系甚少 由現(xiàn) 場的操作人員只能監(jiān)視和操作一個至兩個計量稱 并且手工記錄配料的相關(guān)數(shù)據(jù) 在 很大程度上產(chǎn)品的質(zhì)量取決于操作員的熟練程度 在第二階段 隨著電子管 晶體管技術(shù)的飛速發(fā)展 逐漸出現(xiàn)了各種小型化的微 機配料電動組合儀表 但電動組合儀表也存在著兩大問題 一是電噪聲的問題比較嚴重 為克服噪聲 不得不采用極為復雜的電子線路 另一個問題是由于微機配料系統(tǒng)所控對 象 所處環(huán)境常常都很惡劣 電子元器件的老化嚴重 抗干擾的能力和可靠性不高 單片機配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應運而生的 單片機配料系統(tǒng) 較之前兩種配料系統(tǒng)設(shè)計電路復雜程度降低 可靠性大大的提高 而且滿足了用戶實 用性的要求 所以迄今為止 單片機配料系統(tǒng)仍然在一定程度上占據(jù)了中小型企業(yè)配 料生產(chǎn)的主控地位 同時隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展 工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大 計算機技術(shù)的 迅猛發(fā)展 基于 STD 總線或 PC 總線的工業(yè)控制計算機 例如 PLC 應用提上了日 程 并且迅速的在中國形成熱潮 主要是因為工業(yè)控制計算機可靠性高 小巧結(jié)構(gòu) 組成系統(tǒng)功能靈活 組態(tài)方便 具有小型化 模塊化 組合化 標準化的特點 隨著 工業(yè)控制計算機的廣泛應用 基于工控機的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場合 這種配料系 統(tǒng)大多采用集中控制方式 計算機除具有工藝流程控制 工況實時顯示 提供數(shù)據(jù)存 儲 報表打印等功能外 還要完成對各對象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務 近些年來 隨著電工電子技術(shù) 計算機技術(shù) 自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展 電氣傳 動技術(shù)面臨著一場歷史革命 即采用交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取 代模擬控制技術(shù)己成為發(fā)展趨勢 電機交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電 改善工藝流程 以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境 推動技術(shù)進步的一種主要手段 變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào) 速和起制動性能 高效率 高功率因數(shù)和節(jié)電效果 廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點 而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式但在總體上 我國在配料控制系統(tǒng)上存在 技術(shù)落后 企業(yè)平均規(guī)模小 綜合生產(chǎn)水平低等問題 因此 提高配料的自動化程度 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 1 和產(chǎn)品的質(zhì)量 成為當前十分緊迫的問題 1 2 單片機控制系統(tǒng)特點與存在問題 單片機雖然有一個五臟俱全的微計算機但由于本身無自開發(fā)能力 必須借助開發(fā) 工具來開發(fā)應用軟件 以及對硬件系統(tǒng)進行診斷 另外 單片機內(nèi)的 ROM 比較小 所 以在設(shè)計中系統(tǒng)必須在外面配置 EPROM 電路和擴展電路 所以在該項目中運用該方 案必須完成 1 硬件電路的設(shè)計 組裝 調(diào)試 2 應用軟件的編制 調(diào)試 3 應用 軟件的鏈接調(diào)試 固化 脫機運行 系統(tǒng)觸點繁多 接線線路復雜 且觸點容易燒壞 磨損 造成接觸不良 因而故障率較高 依據(jù)單片機目前的發(fā)展狀況 該方案的優(yōu)點是 1 成本較低 由于現(xiàn)在單片機的 價格相對都比較低 而且外圍電路的元器件價格也不高 所以整體設(shè)計起來 成本比 較低 2 可以對外部存儲容量根據(jù)需要進行擴展 設(shè)計可以相對比較靈活 3 由于現(xiàn) 存有許多已經(jīng)設(shè)計很完善的子程序 在系統(tǒng)軟件設(shè)計中可以直接調(diào)用 減少較大工作 量 其缺點為 1 系統(tǒng)硬件設(shè)計相對比較復雜 運用該方案 該系統(tǒng)硬件設(shè)計包含擴 展電路部分和系統(tǒng)配置電路部分 所以該系統(tǒng)電路設(shè)計工作量相對較大 影響系統(tǒng)開 發(fā)的時間 2 系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差 在系統(tǒng)設(shè)計中 雖然注意了芯片 器件選 擇 去耦濾波 電路板的布線 通道隔離以及屏蔽 但由于工廠的條件比較差 很難 保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性 3 系統(tǒng)需要自己設(shè)計電源 而且不能保證系統(tǒng)的可靠運 行 4 維護維修相對比較麻煩 維修需要的時間也相對較長 1 3 PLC 控制配料生產(chǎn)線的特點 隨著社會的不斷發(fā)展 工業(yè)自動生產(chǎn)線越來越發(fā)達 PLC 在工業(yè)配料生產(chǎn)線控制 上的應用主要體現(xiàn)在它的邏輯開關(guān)控制功能 由于 PLC 具有邏輯運算 計數(shù)和定時以 及數(shù)據(jù)輸入輸出的功能 在配料生產(chǎn)控制過程中 各種邏輯開關(guān)控制與 PLC 很好的結(jié) 合 很好的實現(xiàn)了對生產(chǎn)線的控制 本文主要討論研究利用西門子公司可編程控制器對配料生產(chǎn)線的控制 形成配料 生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 并用組態(tài)王進行遠程控制和監(jiān)控 可編程控制器充分利用微處理器的優(yōu)點來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實時控制要求 同 時照顧到現(xiàn)場電氣維護人員的技能和習慣 擯棄了微機常用的計算機編程語言的表達 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 2 方式 獨具風格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié) 構(gòu) 使用戶程序的編制清晰直觀 方便易學 調(diào)試和查錯都很容易 用戶買到所需要 的 PLC 后 只需按說明書或提示 做少量的安裝接線和用戶程序的編制工作 就可以 靈活而方便地將 PLC 應用于生產(chǎn)實踐 而且用戶程序的編制 修改和調(diào)試都不需要具 有專門的計算機編程語言知識 PLC 現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱 PLC CAD CAM ROBOT 之一 以其可靠性 邏輯功能強 體積小 可在線修 改控制程序 具有遠程通信聯(lián)網(wǎng)功能 易與計算機接口 能對模擬量進行控制 具備 高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能 日益取代有大量中間繼電器 時間繼電器 記數(shù)繼電器等組成的繼電 接觸控制系統(tǒng) 在機械 化工 石油 冶金 輕工 電子 紡織 食品 交通等各行各業(yè)都得到廣泛的應用 總之 配料生產(chǎn)線的控制是比較復雜的 在計算機誕生前的幾十年里 繼電器控 制系統(tǒng)為生產(chǎn)線控制的發(fā)展起到了巨大的作用 然而其控制性能與自身的功能已經(jīng)無 法滿足與適生產(chǎn)線控制的要求和發(fā)展 與 PLC 相比較 存在質(zhì)的差別 生產(chǎn)線使用繼 電接觸器控制的時代 很難設(shè)計出質(zhì)量優(yōu)良的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 而現(xiàn)在 可編程 控制器的使用為配料生產(chǎn)線的控制提供了更廣闊的空間 PLC 是專門為工業(yè)過程控制 而設(shè)計的控制設(shè)備 使得它的體積大大減小 功能不斷完善 過程的控制更平穩(wěn) 可 靠 抗干擾性能增強 機械與電氣部件被機結(jié)合在一個設(shè)備內(nèi) 把儀表 電子和計算 機的功能綜合在一起 因此它已成為生產(chǎn)線運行中的關(guān)鍵技術(shù) 1 4 組態(tài)王的特點 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展 遠程監(jiān)控和操作越來越重要 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件 是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng) 它以標準的工業(yè)計算機軟 硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取 代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng) 它具有適應性強 開放性好 易于擴展 經(jīng)濟 開發(fā)周期短等 優(yōu)點 通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層 監(jiān)控層 管理層三個層次結(jié)構(gòu) 其中監(jiān) 控層對下連接控制層 對上連接管理層 它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制 且在 自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達 組態(tài)開發(fā)的重要作用 尤其考慮三方面問題 畫面 數(shù)據(jù) 動畫 通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析 采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè) 計 組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面 有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控 而且 它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能 方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面 并以動畫方式顯示控 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 3 制設(shè)備的狀態(tài) 具有報警窗口 實時趨勢曲線等 可便利的生成各種報表 它還具有 豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式 數(shù)據(jù)鏈接功能 本設(shè)計就是用組態(tài)王與 PLC 通訊 實現(xiàn)對配料生產(chǎn)線的監(jiān)控與遠程操作 參數(shù)調(diào) 節(jié)等功能 1 5 課題研究的意義和目的 隨著人類的進步 社會的發(fā)展 科技的創(chuàng)新 自動化生產(chǎn)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 已 經(jīng)逐步代替手工生產(chǎn) 現(xiàn)代的生產(chǎn)流水線已經(jīng)越來越自動化了 尤其是生產(chǎn)線上的配 料添加 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中 經(jīng)常需要將多種原料按一定的比例混合 以制造某種產(chǎn)品 這種將一種原料與其它幾種原料按事先設(shè)定的比例進行混合配料 然后自動送到攪拌 機進行生產(chǎn)的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)過程中有著廣泛的應用 它能根據(jù)事先 設(shè)定的配料單 將各種不同的原料通過稱料傳感器把不同的配料進行稱量 隨著計算機 工控系統(tǒng) 控制系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)的不錯發(fā)展和完善 自動化系統(tǒng)得 到了極大的完善 然而配料系統(tǒng)在諸多行業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)過程中占有極其重要的地位 配料工序的合理性 穩(wěn)定性 準確性以及快速性直接影響到了以后的各生產(chǎn)環(huán)節(jié) 現(xiàn) 在 PLC 由于它的可靠性高 效率高 穩(wěn)定性好 編程容易等優(yōu)點 使得它在市場上得 到了極大的應用 PLC 的極大應用提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率 在整個配料行業(yè)具 有廣闊的應用前景 本論文設(shè)計采用西門子 PLC200 控制配料生產(chǎn)線 運用 PLC 與傳感器結(jié)合 實現(xiàn) 配料生產(chǎn)線的自動配料生產(chǎn) 該生產(chǎn)線主要由料倉 倉壁振動器 喂料器 傳送帶 中間倉 混合倉 攪拌機組成 各振動器 攪拌機和傳送帶由電機拖動 采用變頻器 實現(xiàn)電機調(diào)速 中間倉和混合倉卸料門則由電磁閥控制 當某臺電機過載時電鈴報警 并禁止所有輸出 故障排除后才能繼續(xù)工作 另外用組態(tài)王實現(xiàn)這套系統(tǒng)的監(jiān)控和遠 程控制 設(shè)計出性價比最高的一套配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 投入社會 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 4 2 可編程邏輯控制器 PLC 概要 2 1 PLC 簡介 PLC 即可編程控制器 Programmable logic Controller 是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的 新型工業(yè)控制裝置 在 1987 年國際電工委員會 International Electrical Committee 頒 布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義 PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller 中文全稱為可編程邏輯控制器 定義 是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng) 專為在工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的 它采用一類可編程 的存儲器 用于其內(nèi)部存儲程序 執(zhí)行邏輯運算 順序控制 定時 計數(shù)與算術(shù)操作等 面向用戶的指令 并通過數(shù)字或模擬式輸入 輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置 它采用 可以編制程序的存儲器 用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算 順序運算 計時 計數(shù)和 算術(shù)運算等操作的指令 并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出 控制各種類型的機 械或生產(chǎn)過程 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體 易于擴展其功能的原則而設(shè)計 2 2 可編程控制器 PLC 的特點 2 2 1 硬件的可靠性 PLC 是在工業(yè)環(huán)境的惡劣條件下應用而設(shè)計的 一個設(shè)計良好的 PLC 能置于有很 強的電噪聲 電磁干擾 機械振動 極端溫度和濕度很大的環(huán)境中 在硬件設(shè)計方面 首先是選用優(yōu)質(zhì)器件 再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 加固 簡 化安裝 使它易于抗振動沖擊 對印制電路板的設(shè)計 加工及焊接都采取了極為嚴格 的工藝措施 而且在電路 結(jié)構(gòu)及工藝上采取了一些獨特的方式 例如 在輸入 輸出 電路中都采用了光電隔離措施 做到電浮空 既方便接地 用提高了抗干擾性能 各 個 I O 端口都除采用了常規(guī)模擬器濾波以外 還加上了數(shù)字濾波 內(nèi)部采用了電磁屏 蔽措施 防止輻射干擾 采用了較先進的電源電路 以防止由電源回路串入的干擾信 號 采用了較合理的電路程序 一旦某模塊出現(xiàn)故障 進行在線插拔 調(diào)試時不會影 響各機的正常運行 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 5 由于 PLC 本身具有很高的可靠性 所以發(fā)生故障的部位大多集中在輸入 輸出的部 件上 以及如傳感器件 限位開關(guān) 光電開關(guān) 電磁電機等外圍裝置上 2 2 2 編程簡單 使用方便 用微機實現(xiàn)自動控制 常使用匯編語言編程 難于掌握 要求使用者具有一定水 平的計算機硬件和軟件知識 PLC 采用面向控制過程 面向問題的 自然語言 編程 容易掌握 例如 目前打 多數(shù) PLC 均采用的梯形圖語言編程方式 既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀感 又顧 及了大多數(shù)電氣技術(shù)人員的讀圖習慣及應用微機的水平很容易被電氣技術(shù)人員所接受 易于編程 程序改變時也容易修改 很靈活方便 這種面向控制過程 面向問題的編程方式 與目前微機控制常用的匯編語言相比 雖然在 PLC 內(nèi)部增加了解釋程序 增加了程序執(zhí)行時間 但對大多數(shù)的機電控制設(shè)備 來說 這是微不足道的 2 2 3 接線簡單 通用性好 PLC 的接線只需將輸入信號的設(shè)備 按鈕 開關(guān)等 與 PLC 輸入端子連接 將接 受輸出信號執(zhí)行控制任務的執(zhí)行元件 接觸器 電磁閥等 與 PLC 輸出端子連接 接 線簡單 工作最少 省去了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)接線和拆線的麻煩 PLC 的編程邏 輯提供了能隨要求而改變的 接線網(wǎng)絡(luò) 這樣生產(chǎn)線的自動化過程就能隨意改變 這 種性能使 PLC 具有很高的經(jīng)濟效益 用于連接現(xiàn)場設(shè)備的硬件接口實際上是 PLC 的組成部分 模塊化的自診斷接口電 路能指出故障 并易于排除故障與替換故障部件 這樣的軟硬件設(shè)計就使現(xiàn)場電氣人 員與技術(shù)人員易于是用 2 2 4 可連接為控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PLC 可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)可分為兩類 一類是低速網(wǎng)絡(luò) 采用主從 方式通信 傳輸速率從幾千波特到上萬波特 傳輸距離為 500 2500m 另一類為高速 網(wǎng)絡(luò) 采用令牌傳送方式通信 傳輸速率為 1M 10Mbps 傳輸距離為 500 1000m 網(wǎng)上結(jié)點可達 1024 個 這兩類網(wǎng)絡(luò)可以級連 網(wǎng)上可兼容不同類型的可編程控制器和 計算機 從而組成控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò) 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 6 2 2 5 易于安裝 便于維護 PLC 安裝簡單而且功能有效 其相對小的體積使之能安裝在通常繼電器控制箱所 需空間的一半的地方 在從繼電器系統(tǒng)改換到 PLC 系統(tǒng)的情況下 PLC 小的模塊結(jié)構(gòu) 使之能安裝在繼電器附近并將連線向已有接線端 其實改換很方便 只要將輸入 輸出 設(shè)備連向接線端即可 在大型安裝中 長距離輸入 輸出站點安放在最優(yōu)地點 長距離站通過同軸電纜獲 雙扭線連向 CPU 這種配置大大減少了物料和勞力 長距離子系統(tǒng)方法也意味著系統(tǒng) 不同部分可在到達安裝場地前由 PLC 制造商預先連好線 這一方法大大減少了電氣技 術(shù)人員的現(xiàn)場安裝時間 從一開始 PLC 便以易維護作為設(shè)計目標 由于幾乎所有器件都是固態(tài)的 維護 時只需更換模塊級插入式部件 故障檢測電路將診斷指示器嵌在每一部件中 就能指 示器是否正常工作 借助于編程設(shè)備可見輸入 輸出是 ON 還是 OFF 還可寫編程指令 來報告故障 PLC 的這些及其他特性使之成為任何一個控制系統(tǒng)的有益部分 一旦安裝后 其 作用立即顯現(xiàn) 其收益也馬上實現(xiàn) 向其他智能設(shè)備一樣 PLC 的潛在優(yōu)點還取決于應 用時的創(chuàng)造性 2 3 PLC 的硬件結(jié)構(gòu) 2 3 1 中央處理單元 CPU CPU 是 PLC 的核心 起神經(jīng)中樞的作用 每套 PLC 至少有一個 CPU 它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù) 用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝 置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù) 并存入規(guī)定的寄存器中 同時 診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工 作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等 進入運行后 從用戶程序存貯器中逐條讀取指令 經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號 去指揮有關(guān)的控制電路 CPU 主要由運算器 控制器 寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù) 控制及狀態(tài)總 線構(gòu)成 CPU 單元還包括外圍芯片 總線接口及有關(guān)電路 內(nèi)存主要用于存儲程序及 數(shù)據(jù) 是 PLC 不可缺少的組成單元 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù) 它們決定著 PLC 的工作速度 IO 數(shù)量 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 7 及軟件容量等 因此限制著控制規(guī)模 2 3 2 存儲器 RAM ROM 存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序 用戶程序及工作數(shù)據(jù) 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱 為系統(tǒng)程序存儲器 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器 存放工作數(shù)據(jù)的存儲 器稱為數(shù)據(jù)存儲器 常用的存儲器有 RAM EPROM 和 EEPROM RAM 是一種可進 行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序 生成用戶數(shù)據(jù)區(qū) 存放在 RAM 中的用戶程序 可方便地修改 RAM 存儲器是一種高密度 低功耗 價格便宜的半導體存儲器 可用 鋰電池做備用電源 掉電時 可有效地保持存儲的信息 EPROM EEPROM 都是只讀 存儲器 用這些類型存儲器固化系統(tǒng)管理程序和應用程序 2 3 3 輸入輸出單元 I O 單元 PLC 與電氣回路的接口 是通過輸入輸出部分 I O 完成的 I O 模塊集成了 PLC 的 I O 電路 其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài) 輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài) 輸 入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入 PLC 系統(tǒng) 輸出模塊相反 I O 分為開關(guān)量輸入 DI 開關(guān)量輸出 DO 模擬量輸入 AI 模擬量輸出 AO 等模塊 開關(guān)量是指只有開和關(guān) 或 1 和 0 兩種狀態(tài)的信號 模擬量是指連續(xù)變化的量 常用的 I O 分類如下 開關(guān)量 按電壓水平分 有 220VAC 110VAC 24VDC 按隔離方式分 有繼電 器隔離和晶體管隔離 模擬量 按信號類型分 有電流型 4 20mA 0 20mA 電壓型 0 10V 0 5V 10 10V 等 按精度分 有 12bit 14bit 16bit 等 除了上述通用 IO 外 還有特殊 IO 模塊 如熱電阻 熱電偶 脈沖等模塊 按 I O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量 I O 模塊可多可少 但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配 置的能力 即受最大的底板或機架槽數(shù)限制 2 3 4 電源 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源 同時 有的還為輸入電路 提供 24V 的工作電源 電源輸入類型有 交流電源 220VAC 或 110VAC 直流電源 常用的為 24VAC 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 8 2 3 5 編程器 編程器是 PLC 的最重要外圍設(shè)備 利用編程器將用戶程序送入 PLC 的存儲器 還 可以用編程器檢查程序 修改程序 監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài) 除此以外 在個人計算機 上添加適當?shù)挠布涌诤蛙浖?即可用個人計算機對 PLC 編程 利用微機作為編程 器 可以直接編制并顯示梯形圖 2 4 PLC 的工作原理 PLC 具有微機的許多特點 但它的工作方式卻與微機有很大不同 微機一般采用 等待命令的工作方式 PLC 則采用循環(huán)掃描工作方式 在 PLC 中 用戶程序按先后順 序存放 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行程序 直至遇到結(jié)束符后又返回第一條 如此周 而不斷循環(huán) 每一個循環(huán)稱為一個掃描周期 一個掃描周期大致可分為 I O 刷新和執(zhí) 行指令兩個階段 所謂 I O 刷新即對 PLC 的輸入進行一次讀取 將輸入端各變量的狀態(tài)重新讀入 PLC 中存入內(nèi)部寄存器 同時將新的運算結(jié)果送到輸出端 這實際是將存入輸入 輸 出狀態(tài)的寄存器內(nèi)容進行了一次更新 故稱為 I 輸入 O 輸出 刷新 由此可見 若輸入變量在 I O 刷新期間狀態(tài)發(fā)生變化 則本次掃描期間輸出端也 會相應的發(fā)生變化 或者說輸出隊輸入產(chǎn)生了響應 反之 若在本次 I O 刷新之后 輸入變量才發(fā)生變化 則本次掃描輸出不變 即不響應 而要到下一次掃描期間輸出 才會產(chǎn)生響應 由于 PLC 采用循環(huán)掃描的工作方式 所以它的輸出對輸入的響應速度 要受掃描周期的影響 掃描周期的長短主要取決于這幾個因數(shù) 一是 CPU 執(zhí)行指令的 速度 二是每條指令占用的時間 三是指令條數(shù)的多少 即程序的長短 對于慢速控制系統(tǒng) 響應速度常常不是主要的 故這種方式不但沒有壞處反而可 以增強系統(tǒng)抗干擾能力 因為干擾常是脈沖式的 短時的 而由于系統(tǒng)響應較慢 常 常要幾個掃描周期才響應一次 而多次掃描后 瞬間干擾所引起的誤動作將會大大減 少 故增加了抗干擾能力 但對控制時間要求較嚴格 響應速度要求較快的系統(tǒng) 這一問題就需慎重考慮 應對響應時間作出精確的計算 精心編排程序 合理安排指令的順序 以盡可能減少 周期造成的響應延時等的不良影響 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 9 3 配料生產(chǎn)線系統(tǒng)分析 3 1 配料生產(chǎn)線系統(tǒng)的概述與分類 自動化稱重配料控制系統(tǒng) 又稱自動配料生產(chǎn)線系統(tǒng) 通常是由自動配料電氣控 制系統(tǒng)和受控的給料裝置 設(shè)備 監(jiān)控系統(tǒng)所組成 與人工配料相比它不僅能夠在生 產(chǎn)中節(jié)省大量的勞動成本 勞動強度 減少環(huán)境對人體的危害 還可以提高終端產(chǎn)品 的穩(wěn)定性 精確度 效率 為生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大效益 對于不同物料的配料 需要定 制設(shè)計相應的控制系統(tǒng) 自動配料生產(chǎn)線廣泛應用于水泥 鋼鐵 玻璃 煤礦 制藥 飼料 建材 PVC 塑膠 橡膠 復合肥 制磚 食品 印染等眾多行業(yè) 現(xiàn)代自動配料系統(tǒng)中常用到靜態(tài)模式及動態(tài)配料模式 動靜態(tài)組合模式 對于不 同系統(tǒng)模式 配料系統(tǒng)選型要根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進行選型 1 靜態(tài)配料模式 靜態(tài)配料模式用于無連續(xù)配料要求的現(xiàn)場 這些現(xiàn)場對配料的時 間不高 可按批次進行配料 批次允許存在一定的時間間隔 如高爐槽下上料前后兩 批時間間隔為三到五分鐘 每批料由多種物料組成 物料所占比率根據(jù)工藝要求在一 段時間內(nèi)相對固定 對單批料的組成比例要求并不嚴格 只要在較多批中物料組成比 例能達到工藝要求即可 靜態(tài)配料模式下 各種物料分部存放在不同料倉 料倉給料一般采用電振給料 螺旋給料或門式給料等形式 計量一般采用計量倉 并配裝有壓式或拉式重力傳感器 進行力轉(zhuǎn)換 信號經(jīng)二次儀表放大處理后進入 PLC 或 DCS 等來完成計量 在一些對時 間要求寬的場合 可以采用一個計量小車進行統(tǒng)一計量 計量小車沿軌道運行 依次 定位到各料倉下按比例進行物料配加 各種物料的配加量采用減差發(fā)計算 亦有采用 單一固定計量倉方式的 各料倉以環(huán)狀分布在一個計量倉周圍 各物料的計量也采用 減差法 物料自溜槽或皮帶輸送機依次按比例配加到計量倉 計量后的物料經(jīng)過集中后 一般形成層狀或段狀分布 經(jīng)輸送設(shè)備 如皮帶或小 車 輸送到受料口 進行下一工序 即完成一批料的配加 由于物料計量 輸送 加 入等環(huán)節(jié)在 時間上可以重疊 在控制流程上可以采用并行方式 以節(jié)省上料時間 提 高上料速度 2 動態(tài)配料模式 動態(tài)配料適用于連續(xù)配料要求的現(xiàn)場 如燒結(jié)配料 焦化配料 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 10 這些現(xiàn)場對配料的連續(xù)性要求較高 一般不允許出現(xiàn)中間配料停止的情況 對各種物 料的配比要求比較嚴格 動態(tài)配料系統(tǒng)計量一般采用電子皮帶秤或核子秤作為計量設(shè) 備 主機都帶有 PID 調(diào)節(jié)及報警功能 可以實現(xiàn)一個倉的自動控制 對于整個自動配 料系統(tǒng)而言 配料秤一般作為計量儀表使用 有些自動控制功能比較強 的配料秤可以 利用其自控功能 配料秤通過現(xiàn)場總線與控制主機進行聯(lián)系 構(gòu)成一個分散式的體系 配料秤在體系中作為一個子站或從站 電子皮帶秤的計量原理及選型電子皮帶秤利用計量皮帶帶來運輸物料 當物流進 過稱量段時 由稱量段進行連續(xù)采樣 由傳感器將力電轉(zhuǎn)換為 MV 級信號 經(jīng)放大器 放大為電流信號后進行遠傳 電流信號可以與秤主機連接或直接與計算機系統(tǒng)連接 秤主機或計算機完成零點校驗 標定 測試 控制等功能 稱量段是由一段皮帶 一組稱量拖量 支撐框架及力傳感器組成 機構(gòu)上有全懸 浮式 杠桿平衡式等多種形式 全懸浮式稱架結(jié)構(gòu)一般采用 4 只傳感器 半懸浮式一 般采用 1 或 2 只傳感器 杠桿平衡式一般采用 1 只傳感器 傳感器有拉式和壓式兩種 根據(jù)稱架結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以選用不同的傳感器 多傳感器設(shè)計時各傳感器可以采用并行 和串行兩種連接方式 對電子皮帶秤而言 其秤架結(jié)構(gòu)的設(shè)計與傳感器的選擇是整體計量精度的重要影 響因素 秤架要具備足夠強度 性變小 重量輕 傳感器要根據(jù)實際的負荷選擇 有 時會出現(xiàn)傳感器選擇會過大 信號空間過窄 信噪比小 導致計量精度差 波動大等 后果 全懸浮式和半懸浮式稱架由于其稱架的重量加在傳感器上 傳感器量程比較大 相對靈敏度較差 此時要綜合考慮稱架及物流負荷的情況選擇傳感器 既要滿足最大 物料負荷的要求 還要盡量提高相對靈敏度 滿足計量精度的要求 3 2 配料生產(chǎn)線系統(tǒng)的組成 隨著工業(yè)的發(fā)展 配料生產(chǎn)線發(fā)展到現(xiàn)在也是多種多樣 各種配料生產(chǎn)線的控制 系統(tǒng)也是根據(jù)實際情況有所改動 但是萬變不離其中 本設(shè)計從最基本的配料生產(chǎn)線 控制系統(tǒng)出發(fā) 走大眾化路線 設(shè)計一套最普遍最基本的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 本配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計是采用西門子 PLC200 和組態(tài)王組態(tài)軟件為工具 實現(xiàn)配料系統(tǒng)的自動控制 該生產(chǎn)線主要由 1 號和 2 號料倉 倉壁振動器 喂料器 1 號和 2 號傳送帶 中間倉 混合倉 攪拌機組成 各振動器 攪拌機和傳送帶由電機 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 11 拖動 中間倉和混合倉卸料門則由電磁閥控制 當某臺電機過載時電鈴報警并禁止所 有輸出 故障排除后才能繼續(xù)工作 一套控制系統(tǒng)必然少不了各種傳感器 本系統(tǒng)主要采用稱料傳感器對配料的量進 行控制 一旦任意一個料倉下料達到設(shè)定值 該料倉的稱重傳感器就會起作用 停止 下料 當 2 個料倉的下料都達到設(shè)定值 這時 2 個料倉都會停止下料 然后啟動 1 號 傳送帶 把料送到下一個環(huán)節(jié) 3 3 配料生產(chǎn)線的控制要求 控制系統(tǒng)要求有自動 單周期和手動三種工作方式 在自動工作方式下 按下啟 動按鈕能連續(xù)不斷的循環(huán)工作 直到按下停止按鈕停止工作 在單周期工作方式下 按下啟動按鈕后工作一個周期自動停止工作 手動工作方式下 可手動調(diào)整 1 號傳送 帶 2 號傳送帶和攪拌機 每個工作周期的工作過程如下 1 按下啟動按鈕后 兩個倉壁振動器和兩個喂料振動器同時啟動 料倉 1 和料倉 2 同時開始下料 將配料喂入稱料倉 2 當稱料傳感器 SQ1 和 SQ2 接通時 對應的倉壁振動器和喂料振動器停止工作 停止喂料 同時啟動 1 號送料傳送帶 3 延時 10 秒后啟動兩個排料振動器進行排料 將稱料倉中的配料通過 1 號傳送帶 送入中間倉 4 延時 300 秒后啟動攪拌機 1 號送料傳送帶停止工作 5 延時 3 秒后打開中間倉門 將中間倉中的配料放入混合倉通過攪拌機混合均勻 6 延時 300 秒后 開啟混合倉卸料門 啟動 2 號傳送帶將混合均勻的配料送走 7 延時 300 秒后 全部停止工作 一個周期結(jié)束后回到初始狀態(tài)或繼續(xù)進入下一個 周期 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 12 3 4 配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的流程圖 圖3 1 系統(tǒng)流程圖 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 13 3 5 配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的性能及特點 本設(shè)計采用了多重連鎖功能 遠程控制與監(jiān)測功能 變頻器調(diào)速功能以及過載 短路保護功能 1 多重連鎖功能 本系統(tǒng)采用自動控制按鈕 單周期運行按鈕和手動按鈕之間的互 相連鎖 一旦按下任意一個按鈕 在沒停止的情況下再按其它的按鈕無效 除此之外 還采用了各個環(huán)節(jié)和開始按鈕的連鎖 一旦選用自動按鈕或者單周期按鈕 在沒停止 之前或者一個周期未結(jié)束之前 再按下任意一個開始按鈕無效 2 遠程控制與監(jiān)測功能 用組態(tài)王對該系統(tǒng)實現(xiàn)人機交互的界面 實現(xiàn)遠程控制系 統(tǒng)的功能 包括參數(shù)的調(diào)節(jié) 開關(guān)按鈕的控制等 除此之外還能觀看到系統(tǒng)的動態(tài)模 擬畫面 3 過載 短路保護功能 本系統(tǒng)同了熱繼電器對電機進行過載與短路保護 一旦電 機過載 就會引起熱繼電器的動作 從而切斷電源并且報警 4 變頻器調(diào)節(jié) 本系統(tǒng)的電機調(diào)速采用變頻器調(diào)速 3 6 配料自動控制過程 配料自動控制是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵 它是保證配料比例在誤差范圍內(nèi)的重要保證 是保證成品質(zhì)量的重要手段 本配料系統(tǒng)的控制具有自動 單周期和手段三種控制方 式 手動控制比較簡單 在此不予討論 以下主要討論自動控制模式 自動控制模式 的配料控制流程如下 1 選稱 如生產(chǎn)某種產(chǎn)品 根據(jù)配方需要幾種原料 有些產(chǎn)品的原料是單種存放的 需要選擇轉(zhuǎn)載這幾種原料的原料線 本文稱為選稱 2 測料 對選擇的電子秤的儲料倉 進行料檢測 若高出高料位 則發(fā)出超料警報 停止向料倉排料 3 設(shè)定原料的比例 不同產(chǎn)品中各種原料的比例是不固定的 因此要生產(chǎn)某種產(chǎn)品 需要配置他們不同的比例 4 設(shè)定原料誤差范圍 5 設(shè)定電子秤承受的測量范圍 一般是以電子秤量程的 60 作為電子秤測量的 設(shè)定值 根據(jù)產(chǎn)品原料比例 計算每種原料的出料當量 以一分鐘生產(chǎn)的混料為基準 當量除以電子秤的設(shè)定值 得到原料出料的當料 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 14 6 啟動每個配料皮帶的電機 代各電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后 打開各原料出料扣控制閥門 注意應逐步調(diào)大 一分鐘調(diào)節(jié)以此 根據(jù)電子秤測量的值 一分鐘測 30 次 求平均值 逐步調(diào)節(jié)到合適為止 7 進入監(jiān)控程序 待控制穩(wěn)定后 進入系統(tǒng)的微調(diào)控制過程 只需微調(diào)各出料的控 制閥門 維持系統(tǒng)在各原料的誤差范圍內(nèi) 超出范圍 系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)出料閥門的開啟 程度 兩分鐘后 若問題依然存在 則系統(tǒng)自動報警 通知工作人員進行錯誤處理 若操作人員處理失敗 5 分鐘后系統(tǒng)自動停機處理 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 15 4 配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 4 1 配料生產(chǎn)線的工藝 本配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的組成有 料倉 稱料倉 管道 1 號傳送帶 電機 中間 倉 攪拌機 混合倉 2 號傳送帶 整個控制系統(tǒng)的流程是 首先由各個料倉下料到稱 料倉 通過事先設(shè)定的參數(shù) 當配料的重量達到設(shè)定值時 稱料倉里面的傳感器就會 輸出信號 停止下料 開啟 1 號傳送帶 延時一段時間后 啟動排料振動器把稱料倉 的配料排到 1 號傳送帶 通過 1 號傳送帶傳送到中間倉門 通過參數(shù)的設(shè)定 等到所 有的配料都排進中間倉門后 開啟攪拌機 延時一段時間開啟中間倉門 配料進入到 混合倉門進行攪拌階段 然后等到攪拌機運行時間到 就開啟混合倉門 把配料排進 2 號傳送帶 最后 2 號傳送帶把配料送走 本系統(tǒng)采用的料倉是裝有倉壁振動器和喂料振動器的料倉 通過振動器的振動 把配料喂進稱料倉 而稱料倉則是帶有稱料傳感器和排料振動器的特殊倉 通過稱料 傳感器的信號輸出 從而啟動 1 號傳送帶 停止料倉下料 再延時一段時間 稱料倉 的排料振動器就會開啟 進行排料 把配料排到 2 號傳送帶 中間倉門和混合倉門都 是采用電磁閥控制閥門開啟關(guān)閉的倉門 本系統(tǒng)主要的硬件是 PLC 電機和變頻器 接下來重點介紹 圖4 1 配料生產(chǎn)線工藝流程圖 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 16 4 2 可編程控制器 PLC 的選型 4 2 1 輸入輸出 I O 點數(shù)的確定 一個單線圈電磁閥用可編程控制器時需兩個輸入及一個輸出 一個雙線圈電磁閥 需三個輸入及兩個輸出 一個比例式電磁閥需三個輸入及五個輸出 一個按鈕需一個 輸入 一個光電開關(guān)要占用一個或兩個輸入點 一個信號占用一個輸出點 而波段開 關(guān) 有幾個波段就占用幾個輸入點 一般情況 各種位置開關(guān)都要占用兩個輸入點 I O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)挠嗔?通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù) 再增加 10 20 的可擴展余量后 作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù) 實際訂貨時 還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點 對輸入輸出點數(shù)進行圓整 本設(shè)計采用 PLC 構(gòu)成的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 按照該系統(tǒng)的組成 本系統(tǒng)設(shè)有電 磁閥控制的中間倉門和混合倉門共 2 個 這 2 個電磁閥采用單線圈電磁閥每個占用 1 個輸出點 各振動器 攪拌機和傳送帶由電機拖動 每個電機占用 1 個輸出點 總體 來說設(shè)置 1 個自動開始按鈕 1 個單周期循環(huán)按鈕 1 個手動調(diào)節(jié)攪拌機按鈕 1 個停 止按鈕 2 個稱料傳感器輸入點 一個熱繼電器輸動開始按鈕 一個手動調(diào)節(jié) 1 號傳送 帶按鈕 一個手動調(diào)節(jié) 2 號傳送帶按鈕 一個手入點 一共輸入點 10 個 輸出點就有 1 2 號倉料喂料振動器 2 個 排料振動器 1 個 攪拌機 1 個 中間倉門 1 個 混合倉 卸料門 1 個 1 號和 2 號傳送帶 2 個 指示燈 3 個 報警蜂鳴器 1 個 共 12 個 綜上所述 輸入點共有 10 個 輸出點共有 12 個 經(jīng)驗設(shè)計法也叫湊試法 在掌握一些典型控制環(huán)節(jié)和電路設(shè)計的基礎(chǔ)上 根據(jù)被 控對象對控制系統(tǒng)的具體要求 憑經(jīng)驗進行選擇 組合 這種方法對于一些簡單的控 制系統(tǒng)的設(shè)計是比較湊效的 可以收到快速 簡單的效果 經(jīng)驗設(shè)計法的具體步驟如 下 1 確定輸入 輸出電器 2 確定輸入和輸出點的個數(shù) 選擇 PLC 機型 進行 I O 分配 3 做出系統(tǒng)動作工程流程圖 4 選擇 PLC 指令并編寫程序 5 編寫其它控制控制要求的程序 6 將各個環(huán)節(jié)編寫的程序合理地聯(lián)系起來 即得到一個滿足控制要求的程序 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 17 4 2 2 內(nèi)存估計 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小 程序容量是存儲 器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小 因此程序容量小于存儲器容量 設(shè)計階段 由于用戶應用程序還未編制 因此 程序容量在設(shè)計階段是未知的 需在程序調(diào)試之 后才知道 為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算 通常采用存儲器容量的估算來 替代 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式 許多文獻資料中給出了不同公式 大體 上都是按數(shù)字量 I O 點數(shù)的 10 15 倍 加上模擬 I O 點數(shù)的 100 倍 以此數(shù)為內(nèi)存的 總字數(shù) 16 位為一個字 另外再按此數(shù)的 25 考慮余量 4 2 3 PLC 的類型 PLC 按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類 按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩 類 按 CPU 字長分為 1 位 4 位 8 位 16 位 32 位 64 位等 從應用角度出發(fā) 通 ?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型 整體型 PLC 的 I O 點數(shù)固定 因此用戶選擇的余地較小 用于小型控制系統(tǒng) 模 塊型 PLC 提供多種 I O 卡件或插卡 因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I O 點數(shù) 功能擴展方便靈活 一般用于大中型控制系統(tǒng) 4 2 4 輸入輸出模塊的選擇 可編程控制器輸入模塊是檢測并轉(zhuǎn)換來自現(xiàn)場設(shè)備 按鈕 限位開關(guān) 接近開關(guān) 等 的高電平信號為機器內(nèi)部電平信號 模型類型分直流 5 12 24 48 60V 幾種 交流 115V 和 220V 兩種 模塊輸出的任務是將機器內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號 輸出模塊同 時接通點數(shù)的電流累計值必須小于公共段所允許通過的電流值 輸出模塊的電流值必 須大于負載電流的額定值 4 2 5 電源的選擇 PLC 的供電電源 除了引進設(shè)備時同時引進 PLC 應根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選 用外 一般 PLC 的供電電源應設(shè)計選用 220VAC 電源 與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致 重要的 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 18 應用場合 應采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電 如果 PLC 本身帶有可使用電源時 應核對提供的電流是否滿足應用要求 否則應 設(shè)計外接供電電源 為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC 對輸入和輸出信號的 隔離是必要的 有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離 由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展 存儲器的價格已下降 因此 為保證應用項目 的正常投運 一般要求 PLC 的存儲器容量 按 256 個 I O 點至少選 8K 存儲器選擇 需要復雜控制功能時 應選擇容量更大 檔次更高的存儲器 4 2 6 經(jīng)濟性的考慮 選擇 PLC 時 應考慮性能價格比 考慮經(jīng)濟性時 應同時考慮應用的可擴展性 可操作性 投入產(chǎn)出比等因素 進行比較和兼顧 最終選出較滿意的產(chǎn)品 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響 每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費用 當點數(shù)增加到某一數(shù)值后 相應的存儲器容量 機架 母板等也要相應增加 因此 點數(shù)的增加對 CPU 選用 存儲器容量 控制功能范圍等選擇都有影響 在估算和選用 時應充分考慮 使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比 4 2 7 機型的選擇 選擇 PLC 時 應考慮性能價格比 考慮經(jīng)濟性時 應同時考慮應用的可擴展性 綜上所述 根據(jù)具體情況 我們選擇 SIMATIC 小型 S7 200 系列 PLC S7 200 的 CPU226CN 輸入 輸出點數(shù)為 24 16 足以滿足要求 它適用于各行各業(yè) 各種場合 中的檢測 監(jiān)測及控制的自動化 S7 200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中 或 相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復雜控制功能 S7 200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面 極高的可靠性 極豐富的指令集 易于掌 握 便捷的操作 豐富的內(nèi)置集成功能 實時特性 強勁的通訊能力 豐富的擴展模 塊等 S7 200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能 使用范圍可覆蓋從替代 繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制 應用領(lǐng)域極為廣泛 覆蓋所有與自動檢測 自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域 包括各種機床 機械 電力設(shè)施 民用設(shè)施 環(huán) 境保護設(shè)備等等 基于西門子 PLC200 與組態(tài)王的配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計 19 4 3 變頻器的選擇 4 3 1 變頻器的概述 變頻技術(shù)是電力電子技術(shù)的主要組成部分 它主要應用在交流電機的調(diào)速和供電 電源兩個領(lǐng)域 過去 調(diào)速傳動方式的主流是晶閘管直流電動機傳動系統(tǒng) 但直流電 動機本身存在一些固有的缺點 如受使用環(huán)境的條件限制 需要定期維護最高速度和 容量受限制等 而交流調(diào)速傳動系統(tǒng)除了可克服直流高速傳動系統(tǒng)的缺點外 還具有 交流電動機結(jié)構(gòu)簡單 可靠性高 節(jié)能 高精度 快響應等優(yōu)點 在交流調(diào)速傳動的 各種方式中 變頻調(diào)速就是應用最多的一種 因為在交流電動機的轉(zhuǎn)差功率中 轉(zhuǎn)子 銅損部分的消耗是不可避免的 采用變頻調(diào)速的方式無論電動機轉(zhuǎn)速高低 轉(zhuǎn)差功率 的消耗基本不變 系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的 所以采用變頻調(diào)速具有顯 著的節(jié)能效果 變頻技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展為交流調(diào)速開拓了廣闊的天地 國外交流調(diào)速 在電氣傳動行業(yè)內(nèi)已占絕對優(yōu)勢 雖然國內(nèi)直流調(diào)速還在大量使用 但近年來凡新建 的電氣傳動系統(tǒng)均采用交流調(diào)速 其發(fā)展勢頭是迅速的 變頻技術(shù)在供電電源方面的 應用主要是 1 將過去用發(fā)電機變壓器產(chǎn)生交流電源的地方 如中頻電源 不停電電源 等 用變頻電源取代 2 將計算機 電焊機 電子裝置等用直流電源的地方改為變頻技 術(shù)為核心的開關(guān)電源 變頻技術(shù)在電源中的應用 極大地減小了電源裝置的體積 提 高了效率 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益 4 3 2 傳送帶和攪拌機的電機調(diào)速系統(tǒng) 在配料生產(chǎn)線系統(tǒng)上 各振動器 傳送帶和攪拌機由電機拖動 振動器和傳送帶 的電機速度直接關(guān)系到生產(chǎn)效率 振動器 傳送帶和攪拌機在實際的運行中要根據(jù)實 際情況調(diào)速 要配合其它環(huán)節(jié)的時間進行調(diào)速 不能過快也不能過慢 在下料過程中 不同的料和不同的量都需要傳送帶和攪拌機速度要合適 所以在配料生產(chǎn)線的系統(tǒng)中 經(jīng)常要調(diào)節(jié)傳送帶和攪拌機的速度 考慮到變頻器的調(diào)速系統(tǒng)比較穩(wěn)定 而且精度很 高 所以選用了變頻器作為配料生產(chǎn)線的傳送帶和攪拌機的電機調(diào)速系統(tǒng) 在過去 生產(chǎn)線對傳送帶電機的調(diào)速沒有很注重 一般應用變極方式實現(xiàn)電機的 調(diào)速 因為這種系統(tǒng)只能實現(xiàn)有級調(diào)速 無法對電機的轉(zhuǎn)速和加 減速進行準確的控 制 所以此方式的舒適感和平層精度都較差 后來又采用交流調(diào)壓調(diào)速控制的電機 廣東技術(shù)師范學院本科畢業(yè)設(shè)計 論文 20 進行速度閉環(huán)控制 其舒適感和平層精度都有較大提高 但它卻很難實現(xiàn)精確控制 并且能耗大 輸入功率因數(shù)也低 影響了系統(tǒng)的整體性能 對于高速電電機 過去主 要采用晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng) 存在維護難等問題 并且調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)也不高 與前述方式相比較 變頻調(diào)速則是各種調(diào)速方法中效率 性能均較好的一種 4 3 3 變頻