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無(wú)錫太湖學(xué)院 　信 機(jī)　系 　機(jī)械工程及自動(dòng)化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目　　 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　 2、專題　 　 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了定量給料機(jī)的需求量日益增大。定量給料設(shè)備已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、電力、化工、食品等各種行業(yè)中。比如藥物的生產(chǎn)，機(jī)械澆鑄生產(chǎn)。定量給料機(jī)是對(duì)散狀物料進(jìn)行連續(xù)稱量給料的理想設(shè)備，是集輸送、稱重計(jì)量和定量控制為一體的高科技產(chǎn)品，是根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有工藝工況改進(jìn)后的新一代產(chǎn)品，它以技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高、經(jīng)久耐用而著稱。能適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)各種塊、粒狀物料（如石灰石、鐵粉、粘土）和粉狀物料（如粉煤灰、水泥）等進(jìn)行連續(xù)給料、計(jì)量，為各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)控制、管理提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù)。配有RS485上位機(jī)通訊接口，可與中央控制機(jī)組成DCS系統(tǒng)。定量給料機(jī)的出現(xiàn)解放了人工勞動(dòng)力，使給料更加智能化，更加精確。促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： I ① 了解定量給料機(jī)的的工作原理，了解控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； ② 完成定量給料機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)； ③ 完成系統(tǒng)的硬件選型、接口線路設(shè)計(jì)； ④ 完成控制軟件設(shè)計(jì)； ⑤ 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫，并翻譯外文資料1篇。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 班 　　姓名 五、開(kāi)始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12日 4 編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授 ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 定量給料機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除 了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 93 學(xué) 號(hào)： 0923153 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú) 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了定量給料機(jī)的需求量日益增大。定量 給料設(shè)備已廣泛應(yīng)用于冶金、建材、電力、化工、食品等各種行業(yè)中。比如 藥物的生產(chǎn)，機(jī)械澆鑄生產(chǎn)。定量給料機(jī)是對(duì)散狀物料進(jìn)行連續(xù)稱量給料的 理想設(shè)備，是集輸送、稱重計(jì)量和定量控制為一體的高科技產(chǎn)品，是根據(jù)我 國(guó)現(xiàn)有工藝工況改進(jìn)后的新一代產(chǎn)品，它以技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高、 經(jīng)久耐用而著稱。能適應(yīng)各種生產(chǎn)環(huán)境，對(duì)各種塊、粒狀物料（如石灰石、 鐵粉、粘土）和粉狀物料（如粉煤灰、水泥）等進(jìn)行連續(xù)給料、計(jì)量，為各 種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)控制、管理提供準(zhǔn)確的計(jì)量數(shù)據(jù)。配有 RS485 上位機(jī)通訊 接口，可與中央控制機(jī)組成 DCS 系統(tǒng)。定量給料機(jī)的出現(xiàn)解放了人工勞動(dòng) 力，使給料更加智能化，更加精確。促進(jìn)了工業(yè)的發(fā)展。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： II ① 了解定量給料機(jī)的的工作原理，了解控制系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； ② 完成定量給料機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)； ③ 完成系統(tǒng)的硬件選型、接口線路設(shè)計(jì)； ④ 完成控制軟件設(shè)計(jì)； ⑤ 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫，并翻譯外文資料 1 篇。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 班 姓名 五、開(kāi)始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，固體定量給料系統(tǒng)作為一項(xiàng)實(shí)用型的技術(shù)被廣泛應(yīng)用于 冶金、化工、水泥、建材和食品等工業(yè)領(lǐng)域。在這樣的環(huán)境下定量給料機(jī)的需求量日益 增大。本系統(tǒng)采用電磁閥和流量計(jì)給料機(jī)作為定量給料設(shè)備，給料機(jī)采用控制流量來(lái)達(dá) 到定量給料的目的。定量給料系統(tǒng)的PLC控制系統(tǒng)是機(jī)電一體化發(fā)展的必然結(jié)果。 本論文針對(duì)定量給料機(jī)的特點(diǎn)，并 PLC 控制技術(shù)，對(duì)定量給料系統(tǒng)進(jìn)行的研究，其 主要內(nèi)容如下： 1、了解定量給料機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理； 2、掌握 PLC 的硬件構(gòu)成，工作原理，完成對(duì) PLC 的選型； 3、設(shè)計(jì)定量給料機(jī)的控制系統(tǒng)； 4、用 STEP7 完成對(duì)控制系統(tǒng)的編程。 關(guān)鍵詞：給料；定量；PLC；控制系統(tǒng)。 IV Abstract With the rapid development of industrial production，the solid constant feeding system which is a practical technology has been widely used in metallurgy, chemicals, cement, building materials, food and as well as other industry circles. So, in this situation, the demand of constant feeder is increasingly augmented. This system adopts the electromagnetic valve and flowmeter feeder as the constant feeding device, the feeder achieves the goal of constant feeding by controlling the flow. The PLC control system of constant feeding system is the inevitable outcome of the development of mechatronics. This article focuses on the characteristics of constant feeder, and PLC control technology, studies the constant feeding system. The main contents are as follows: 1、Understand the operating principle of the constant feeder control system ; 2、Master the PLC hardware structure, working principle, finish the selection of PLC type ; 3、Design the control system of constant feeder ; 4、Finish the programming of the control system with STEP7. Key words: Feeding;Dosing ;Programmable Logic Controller;The control system. V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1 緒 論 .........................................................................................................................................1 1.1 課題背景 ...............................................................................................................................1 1.2 定量給料機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 ...............................................................................................1 1.2.1 給料系統(tǒng)的分類 ............................................................................................................1 1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) ............................................................................................................2 1.2.3 自動(dòng)給料系統(tǒng)特點(diǎn) ........................................................................................................3 1.3 課題意義 ...............................................................................................................................3 1.4 課題主要內(nèi)容 .......................................................................................................................3 2 定量給料機(jī)的總體方案 .............................................................................................................5 2.1 給料部分總體方案、基本原理 ...........................................................................................5 2.2 完成給料的運(yùn)動(dòng)分析 ...........................................................................................................7 2.3 定量給料機(jī)的總體設(shè)計(jì) .......................................................................................................7 2.4 本章小結(jié) ...............................................................................................................................8 3 PLC 控制系統(tǒng)的介紹和選擇 ......................................................................................................9 3.1 PLC 的概述 ............................................................................................................................9 3.2 西門子 PLC 簡(jiǎn)介 ................................................................................................................10 3.2.1 西門子 PLC 簡(jiǎn)單介紹 .................................................................................................10 3.2.2 西門子 PLC 的組成 .....................................................................................................10 3.3 PLC 的工作原理 ..................................................................................................................14 3.4 本章小結(jié) .............................................................................................................................14 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................15 4.1 控制系統(tǒng)元件的選擇 .........................................................................................................15 4.2 繪制電氣原理圖 .................................................................................................................19 4.3 控制程序的設(shè)計(jì) .................................................................................................................20 4.3.1 I/O 分配表 .....................................................................................................................20 4.3.2 接線圖 ..........................................................................................................................21 4.4 本章小結(jié) .............................................................................................................................22 5 控制系統(tǒng)的編寫 .......................................................................................................................23 5.1 STEP7 的介紹 ......................................................................................................................23 5.2 系統(tǒng)程序流程圖 .................................................................................................................23 5.3 梯形圖的繪制 .....................................................................................................................24 5.4 本章小結(jié) .............................................................................................................................30 6 總結(jié) ...........................................................................................................................................31 6.1 全文總結(jié) .............................................................................................................................31 VI 6.2 需要提高、改善的方面 .....................................................................................................31 致 謝 .............................................................................................................................................32 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................33 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 1.1 課題背景 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，導(dǎo)致了定量給料機(jī)的需求量日益增大。定量給料系統(tǒng)的 單片機(jī)控制系統(tǒng)是機(jī)電一體化發(fā)展的必然結(jié)果?，F(xiàn)今以應(yīng)用工業(yè)計(jì)算機(jī)、PLC 的自動(dòng)配 料技術(shù)已廣泛應(yīng)用于耐火、玻璃、水泥、醫(yī)療、建材、飼料、煉鋼、筑路及包裝生產(chǎn)等 各種行業(yè)中。日用品中用的洗發(fā)液，洗衣粉/劑，滅蟲劑等等均為配方產(chǎn)品。 [1][2]以前在這 類控制中大多是以繼電器，接觸器等電器設(shè)備來(lái)完成每一步的順序控制，自動(dòng)化程度低， 而且許多地方都需要人來(lái)手動(dòng)完成，不僅工作效率低控制精度也難以提高。特別是隨著 現(xiàn)代化生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，更是對(duì)應(yīng)用于過(guò)程生產(chǎn)中的各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)提出了更高的 要求。配料工序是企業(yè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中的一道非常重要的工序，配料工序?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)過(guò) 程有非常大的影響，因此實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)配料對(duì)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)有極為重要的意義。另外 對(duì)于一些現(xiàn)有的中小企業(yè)，特別是一些中小型的冶金企業(yè)由于建設(shè)之初的自動(dòng)化水平低 或者設(shè)備已經(jīng)老化陳舊，造成對(duì)資源的浪費(fèi)，環(huán)境的污染，同時(shí)也加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng) 度。因此對(duì)一些落后的中小企業(yè)的自動(dòng)化改造也是急需解決的問(wèn)題。 當(dāng)現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)比較有代表性的定量給料系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家有德國(guó)布萊本達(dá) 公司和美國(guó)開(kāi)創(chuàng)公司。這兩家公司在中國(guó)有著成功的案例，由于壟斷性和出于技術(shù)性的 保密，要購(gòu)買他們的產(chǎn)品投入需要很高，且不方便后期的維護(hù)。此定量給料系統(tǒng)是以提 高系統(tǒng)的使用廣泛性、低維護(hù)成本、投入低、可操作性相對(duì)較強(qiáng)的這些原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì) 和實(shí)現(xiàn)，到最后實(shí)現(xiàn)一個(gè)低成本，易于維護(hù)的定量給料系統(tǒng)。 1.2 定量給料機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 定量給料多種多樣。從供給物料的連續(xù)性上看，可以分為間歇式和連續(xù)式兩種給料 系統(tǒng)；從供給物料的方式上看有體積式給料系統(tǒng)和質(zhì)量（重量）式給料系統(tǒng)；從給料器 的工作原理上分可以分為失重式給料和增重式給料；從供給物料的特性上看可以分為粉 料、粒料（固態(tài)） 、液體、混合體的給料 [3]。 以下的篇幅對(duì)幾種常用的給料系統(tǒng)做簡(jiǎn)單的介紹。 1.2.1 給料系統(tǒng)的分類 1. 間歇式給料系統(tǒng) 間歇式給料系統(tǒng)是一種不連續(xù)的給料系統(tǒng)。 在正常的情況下，機(jī)械不能生產(chǎn)連續(xù)化的產(chǎn)品。比較適合小批量的產(chǎn)品，也適合在 小的場(chǎng)合使，比如說(shuō)小型的企業(yè)、或者實(shí)驗(yàn)室。這種系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，對(duì)機(jī)械的要 求不高，操作比較復(fù)雜，必須有很大的工作量，要大量人力，由于這樣操作易于受人為 因素影響，所以不容易控制批次的質(zhì)量，成品之間存在較大的差異性。這樣的系統(tǒng)比較 難以實(shí)現(xiàn)大批次的生產(chǎn)。生產(chǎn)初期投資較少，但是后續(xù)會(huì)出現(xiàn)很多問(wèn)題。 2. 連續(xù)式給料系統(tǒng) 連續(xù)式給料系統(tǒng)運(yùn)作方式是用連續(xù)式給料器給下面的機(jī)械設(shè)備供給物料的。它所必 需采用的設(shè)備是連續(xù)式給料器，如固態(tài)物料流量計(jì)，自動(dòng)給料器等。這種給料機(jī)常見(jiàn)的 的工藝是使用幾臺(tái)連續(xù)式給料器，按照一定的已經(jīng)設(shè)定好的量，讓各種物料下游設(shè)備。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位 2 這種機(jī)械方面較復(fù)雜，有較高的自動(dòng)化，精度比較高，操作比較方面，對(duì)人力的需 求量比較小，質(zhì)量穩(wěn)定，適用于大批量生產(chǎn)和各方面的要求都較高的地方，大的規(guī)模生 產(chǎn)具有配方的食品，對(duì)精度要求比較高的實(shí)驗(yàn)設(shè)備等。這樣的加料方法不太受人為影響， 生產(chǎn)出來(lái)的質(zhì)量比較穩(wěn)定。 3. 體積式給料系統(tǒng) 體積式給料系統(tǒng)的運(yùn)作原理是對(duì)下面的機(jī)械按照單位時(shí)間內(nèi)的流量而給料的的系統(tǒng)。 料體在特定轉(zhuǎn)速/流速等下給料系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試這些來(lái)計(jì)算出產(chǎn)量，然后算出體積式給 料器的給料量與轉(zhuǎn)速/流速的函數(shù)曲線。參照這條曲線函數(shù)，可以得出所需的給料量所對(duì) 應(yīng)的給料器的轉(zhuǎn)速/流速等，讓料體定量給到下面的設(shè)備產(chǎn)品機(jī)械。 這樣的系統(tǒng)設(shè)備相對(duì)不復(fù)雜，有比較簡(jiǎn)單的操作，需要較少的設(shè)備，投資量不大， 適合連續(xù)運(yùn)行。但是此系統(tǒng)要求物料的堆積密度相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)機(jī)器的調(diào)試很不方便，精 度比較低，約 5-10%，不能滿足高要求產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。 4. 質(zhì)量式給料系統(tǒng) 它是按單位時(shí)間內(nèi)失去/增加的質(zhì)量（重量）來(lái)給料的。與體積式給料相比，可以忽 略物料的密度變化帶來(lái)的精度影響。實(shí)際上，失重式給料系統(tǒng)和增重式給料系統(tǒng)均屬于 質(zhì)量式給料系統(tǒng)的范疇。 5. 失重式給料系統(tǒng) 失重式給料系統(tǒng)是按單位時(shí)間內(nèi)失去重量的多少來(lái)給料的系統(tǒng)。 失重式給料系統(tǒng)是通過(guò)質(zhì)量傳感器測(cè)量單位時(shí)間（毫秒級(jí)）內(nèi)失重式給料器中物料 減少的重量來(lái)計(jì)算出加料器每小時(shí)的產(chǎn)量，通過(guò) PID 控制器的調(diào)節(jié)，使喂料器按設(shè)定值 的產(chǎn)量對(duì)下游設(shè)備給料。 此類系統(tǒng)的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)精密計(jì)量，精度可控制在 0.5%以內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的配方 管理，控制系統(tǒng)先進(jìn)，所需人工很少，但建設(shè)初期成本較高。適用于高品質(zhì)產(chǎn)品的工業(yè) 化大生產(chǎn) [4]。 1.2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)發(fā)展飛速，計(jì)算機(jī)控制在現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛的運(yùn)用 [5]。計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)是使用計(jì)算機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的，這是一種計(jì)算機(jī)硬件，軟件技術(shù)與自動(dòng)控制技 術(shù)相結(jié)合的一種應(yīng)用技術(shù)，它屬于離散控制系統(tǒng)。當(dāng)前，用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)可分為 幾類，可編程控制器、基于PC總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、基于測(cè)控單片機(jī)、用于模擬量閉 環(huán)控制的可編程調(diào)節(jié)器、集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(FCS)等?？删幊炭刂?器(PLC)是應(yīng)用面最廣、有足夠大強(qiáng)的功能、有較強(qiáng)融合性的工業(yè)裝置，它已經(jīng)化身現(xiàn)代 的工農(nóng)業(yè)的自動(dòng)化重要的一員。 可編程序控制器（PLC ）都有一個(gè)編程口。就拿日本進(jìn)口的三菱 PLC 為例（包括 FX 系列和 A 系列） ，它的程序編譯口為 RS-422 格式，根據(jù) PLC 有不一樣的型號(hào)又分為 8 針 座型編程口和 25 針座型。對(duì) 25 針口來(lái)說(shuō)，可直接將 SC—08 編程電纜將 PLC 的編程口 和電腦的 RS—232 口一起捆綁起來(lái)；對(duì)于后者，則還需要用一根用于轉(zhuǎn)換的電纜將 PLC 的 8 針座型編程口和 25 針型電纜相連。無(wú)論何種情況，一旦將 PLC 用戶程序由電腦編程 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 環(huán)境傳到 PLC 用戶程序使用區(qū)，我們根本沒(méi)有再去利用其它的程序編譯口。這，換句話 說(shuō)，是浪費(fèi)了 PLC。那么，可利用此程序編譯口完成電腦和 PLC 的通訊人物，利用微型 計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 進(jìn)行管理，并且監(jiān)控 PLC 的工作狀態(tài) [6]。 1.2.3 自動(dòng)給料系統(tǒng)特點(diǎn) 自動(dòng)給料系統(tǒng)是指自動(dòng)連續(xù)給料系統(tǒng)。以下簡(jiǎn)稱為自動(dòng)給料系統(tǒng)。物料為粉狀、顆 粒狀固態(tài)物料。 自動(dòng)給料系統(tǒng)具有幾個(gè)符合現(xiàn)代化大生產(chǎn)要求的特點(diǎn)： 1）重量傳感部分原理先進(jìn)，精度很高。一般采用數(shù)字傳感器，精度可以達(dá)到百萬(wàn)分 之一。 2）物料輸送部分線性度高，驅(qū)動(dòng)部分可以達(dá)到很高的分辨率。 3）設(shè)備自動(dòng)化程度高。此類系統(tǒng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)，一般具有 PLC 控制、連鎖系統(tǒng) 等控制系統(tǒng)以滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求。 4）系統(tǒng)加料精度高。由于采用了先進(jìn)的加料器和先進(jìn)的控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)可以達(dá) 到很高的精度。一般都能達(dá) 0.5-1%的精度。在實(shí)驗(yàn)室等特殊的領(lǐng)域，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)級(jí)的加料 器，可以達(dá)到 0.1-0.5%的精度。穩(wěn)定度可以達(dá)到 2 個(gè) SEGMA。 5）操作簡(jiǎn)單。一般此類系統(tǒng)具有先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)和控制器，在調(diào)試階段較復(fù)雜，但 當(dāng)調(diào)試結(jié)束后，所有的參數(shù)設(shè)置合適后，操作人員所做的僅僅是調(diào)用參數(shù)，設(shè)定產(chǎn)量等 簡(jiǎn)單的操作。 6）可維護(hù)性強(qiáng)。由于采用先進(jìn)控制系統(tǒng)，很容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障診斷，可以縮短排除 故障的時(shí)間。 7）功能強(qiáng)大。利用先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的配方管理，訂單管理，歷史管 理，系統(tǒng)控制優(yōu)化，自動(dòng)開(kāi)停車管理，連鎖管理，遠(yuǎn)程診斷、檢測(cè)與控制。 8）投資結(jié)構(gòu)合理。一次性投資較高，由于自動(dòng)化水平的提高，可以節(jié)省運(yùn)營(yíng)的人工 成本，避免人為因素造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，避免重復(fù)投資。 9）系統(tǒng)較復(fù)雜。一個(gè)完整的自動(dòng)給料系統(tǒng)牽扯的領(lǐng)域很廣，有機(jī)電一體化設(shè)備，自 動(dòng)化控制設(shè)備，監(jiān)控設(shè)備等等 [7]。 1.3 課題意義 定量給料系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，為了提高其精度、自動(dòng)化程度對(duì)其有著重要的現(xiàn)實(shí)意 義，控制單元包括失重式控制器、變頻控制器、重量傳感器、速度傳感器等組成。 控制系統(tǒng)采用 PLC 來(lái)進(jìn)行控制，并且通過(guò)自行設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，使用軟件仿真在所設(shè) 記系統(tǒng)中實(shí)際機(jī)械部分的運(yùn)作方式，從而來(lái)判斷系統(tǒng)的可行性。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本低、實(shí) 時(shí)性好、操作簡(jiǎn)便、通用性強(qiáng)，實(shí)際工程中可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下穩(wěn)定、可靠的工作， 具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。 1.4 課題主要內(nèi)容 本課題以PLC 控制技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)一種以轉(zhuǎn)予給料機(jī)、流量控制器器為硬件基礎(chǔ)的 定量給料系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了流體物料的定量給料控制，具有顯示累計(jì)流量、運(yùn)行參數(shù)、 設(shè)定流量等功能。系統(tǒng)操作方便、顯示直觀，可廣泛應(yīng)用于固體物料的定量給料控制過(guò) 程中。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位 4 本論文內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1. 對(duì)所設(shè)計(jì)的給料機(jī)機(jī)械部分進(jìn)行闡述，說(shuō)明其原理； 2. 分析實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)應(yīng)有的動(dòng)作； 3. 對(duì)PLC 選型，給出系統(tǒng)的硬件接線圖； 4. 繪制電器原理圖、接線圖； 5. 設(shè)計(jì)PLC的梯形圖程序，給出控制流程圖。 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 2 定量給料機(jī)的總體方案 2.1 給料部分總體方案、基本原理 本定量給料機(jī)主要運(yùn)用于自動(dòng)定量給料機(jī)的機(jī)械主體（機(jī)械臂） ，主要運(yùn)用于固體小 顆粒的加料過(guò)程，可運(yùn)用于自動(dòng)化生產(chǎn)、食品的批量生產(chǎn)、冶金工業(yè)等等產(chǎn)業(yè)之中。 2.1.1 總體方案 定量給料系統(tǒng)一般是利用給料機(jī)配合物料計(jì)量裝置構(gòu)成的，在生活中有很多種類的 給料機(jī)，包括帶式的、振動(dòng)型的、氣力式的輸送裝置等等， 。例如，以 SU—6PLC 為主控 機(jī)，這是一個(gè)全自動(dòng)配料控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)擁有各式各樣的智能型外設(shè)，可以同時(shí)測(cè) 量、控制、管理。重量信號(hào)直接通過(guò)稱重傳感器發(fā)送出來(lái)，然后機(jī)械部分再進(jìn)行配料， 然后進(jìn)行混合，這樣就實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互。在這樣的條件下，其實(shí)還可以改進(jìn)定量給料的 精度，可以改進(jìn)所使用的重量傳感器、電流信號(hào)放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器；返回指令冗余和開(kāi) 中斷指令冗余等 [8]。 流量計(jì)是定量給料系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，其原理是利用物料的動(dòng)量，流量控制器主要工 作原理是，微波探頭以 5mw 的功率發(fā)射一種 24.125GHz 的高頻微波信號(hào)，當(dāng)有物體通過(guò) 時(shí)，會(huì)有微波信號(hào)形成一種反射，主機(jī)會(huì)根據(jù)反射微波信號(hào)的變化量，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出被 實(shí)測(cè)物體的實(shí)際流量。 整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：固體流量計(jì)、給料機(jī)、PLC 及控制箱。系統(tǒng)工 作原理是這樣的：作為控制對(duì)象的機(jī)械手臂給料機(jī)進(jìn)行給料。給料量的大小由電磁閥控 制，而電磁閥的開(kāi)關(guān)由流量控制器控制， ，當(dāng)物料速度一定時(shí)，流出物體的密度基本保持 不變。經(jīng)過(guò)運(yùn)算，PLC 產(chǎn)生合適的控制信號(hào)，開(kāi)關(guān)電磁閥。從而完成物料的定量給料。 主軸運(yùn)轉(zhuǎn)遇到限位開(kāi)關(guān)，進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，從而完成循環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)如圖 2.1 所示。 圖 2.1 物料循環(huán)和流量控制 2.1.2 機(jī)械部分簡(jiǎn)介 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位 6 機(jī)械部分主要有幾個(gè)部分構(gòu)成： 1. 主軸部分：主要負(fù)責(zé)送料機(jī)能圍繞主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。 2. 機(jī)械臂部分：主要負(fù)責(zé)送料器能夠上下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 3. 送料器：負(fù)責(zé)控制料體的量，然后完成送料。 機(jī)械部分簡(jiǎn)圖（如圖 2.2）所示。 圖 2.2 機(jī)械部分示意圖 1. 主軸傳動(dòng)電機(jī)， 2. 旋轉(zhuǎn)主軸， 3. 料筒， 4. 機(jī)械臂， 5. 手臂傳動(dòng)電機(jī)， 6. 電磁閥、流量計(jì)， 7. 料斗。 相比于以往人工送料自動(dòng)定量給料機(jī)有許多特點(diǎn)： 1. 本機(jī)器可以單動(dòng)亦可以與其他配套機(jī)器連線成全自動(dòng)生產(chǎn)； 2. 湯量調(diào)整方便，精準(zhǔn)，簡(jiǎn)單； 3. 送料精準(zhǔn)，動(dòng)作快，注料效率高； 4. 產(chǎn)品投入低，產(chǎn)值高； 5. 程序采用西門子 PLC 控制，動(dòng)作穩(wěn)定。 2.1.3 定量給料機(jī)定量給料的步驟 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 此定量給料機(jī)是通過(guò)兩個(gè)電機(jī)控制手臂繞著主軸旋轉(zhuǎn)，手臂上下走動(dòng)，再通過(guò)流量 控制器來(lái)控制流量，計(jì)算出所有的流量，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)定量給料的過(guò)程。 1. 取料：送料器就在此時(shí)的位置，手臂向下運(yùn)動(dòng)，讓料進(jìn)入料筒，進(jìn)行取料，然后 達(dá)到下限位開(kāi)關(guān)，手臂抬起來(lái)。 2. 送料：手臂達(dá)到上限位開(kāi)關(guān)，主軸電機(jī)開(kāi)始工作，開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，然后讓手臂繞著主 軸旋轉(zhuǎn)。 3. 定量給料：當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)到指定的位置，然后電磁閥打開(kāi)，流量控制器開(kāi)始工作， 當(dāng)流出的料到達(dá)一定值時(shí)，電磁閥關(guān)閉，定量給料完成。 4. 反復(fù)運(yùn)動(dòng)：當(dāng)完成一次定量給料任務(wù)之后，主軸電機(jī)再次反轉(zhuǎn)動(dòng)作，回到起始的 位置，然后開(kāi)始再次的給料過(guò)程。 2.2 完成給料的運(yùn)動(dòng)分析 由于需要給料的部分在整個(gè)給料過(guò)程中是固定不動(dòng)的，為了完成定量給料任務(wù)，定 量給料機(jī)的各部分均需完成各自的相對(duì)獨(dú)立的功能。由于各個(gè)部分運(yùn)動(dòng)相對(duì)獨(dú)立，所以 需要對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行控制，以使各機(jī)構(gòu)在時(shí)間和空間上能夠協(xié)調(diào)工作，保證定量給料過(guò) 程的順利進(jìn)行。 主軸傳動(dòng)電機(jī)的作用是對(duì)讓機(jī)械手臂繞著主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得機(jī)械手臂和料斗能 夠先到取料點(diǎn)下去取料，再把料斗里面的料運(yùn)送到指定的地點(diǎn)。繞中心軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò) 電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 機(jī)械手臂傳動(dòng)電機(jī)的作用是負(fù)責(zé)料斗在取料以及送料過(guò)程中上下的運(yùn)動(dòng)。它的運(yùn)動(dòng) 主要包括在取料時(shí)讓料斗向下運(yùn)動(dòng)，在給料時(shí)先抬起料斗，然后主軸電機(jī)動(dòng)作把手臂和 料斗運(yùn)送到給料位置，在定量給料時(shí)向下的運(yùn)動(dòng)。手臂的上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)手臂傳動(dòng)電機(jī)的 正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.3 定量給料機(jī)的總體設(shè)計(jì) 1. 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)主要由主軸、可轉(zhuǎn)動(dòng)手臂、定量給料系統(tǒng)等構(gòu)成。主軸主要負(fù)責(zé)的是讓手 臂繞著主軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行送料和取料?？赊D(zhuǎn)動(dòng)手臂主要負(fù)責(zé)的是在主軸限位開(kāi)關(guān)時(shí)， 先轉(zhuǎn)動(dòng)下去取料，達(dá)到手臂限位下開(kāi)關(guān)時(shí)，抬起料斗。 2. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，將存放在料池里面的料舀出，并且按 照一定的線路給到需要料的地方，然后達(dá)到指定位置，開(kāi)始放料，最后放料完成的系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)中，主軸的旋轉(zhuǎn)，機(jī)械手臂的上下運(yùn)動(dòng)是由電氣驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式。定量給料系統(tǒng) 的定量給料過(guò)程是由電磁閥控制的方式，開(kāi)始給料的時(shí)候，打開(kāi)電磁閥，開(kāi)始給料，然 后通過(guò)PLC控制電磁閥的開(kāi)關(guān)，到給料的量一定時(shí)電磁閥關(guān)閉。 3. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主要通過(guò)可編程控制器PLC來(lái)控制實(shí)現(xiàn)。PLC是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算 機(jī)。它可以按照邏輯條件和一定的時(shí)序、順序產(chǎn)生控制動(dòng)作，并能夠?qū)?lái)自現(xiàn)場(chǎng)的大量 開(kāi)關(guān)量、脈沖、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)以及模擬量的越限報(bào)警等數(shù)字信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視和處理。 綜上所說(shuō)，不難看出，PLC控制器有著諸多的優(yōu)點(diǎn)；因此，PLC是一種較理想的控制 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位 8 工具。 2.4 本章小結(jié) 本章首先從定量給料的功能出發(fā)，敘述了定量給料機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案。進(jìn)行了機(jī)械 部分的簡(jiǎn)介，驅(qū)動(dòng)部分是由主軸電機(jī)和手臂傳動(dòng)電機(jī)所提供的，控制部分采用的則是 PLC。 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 3 PLC控制系統(tǒng)的介紹和選擇 3.1 PLC的概述 20 世紀(jì) 60 年代，為了滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的需求，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研 制成功世界上第一臺(tái)可編程邏輯控制器（PLC） 。1971 年，日本研發(fā)了 DSC-8 控制器， 1973 年西歐各國(guó)也研制成功各種可編程序控制器。我國(guó)在 1974 年開(kāi)始研發(fā)可編程序控 制器。 PLC 即就是 Programmable Logic Controller，是一種新型的工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合 的控制裝置。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義： PLC 是一種專門的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì) 數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的 機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體， 易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì) [9]。 PLC 控制系統(tǒng)之所以成為當(dāng)今應(yīng)用很廣泛的工業(yè)控制系統(tǒng)，因?yàn)樗哂泻芏噙m合于 工業(yè)控制的特點(diǎn)。 1. 可靠性高 PLC 采取了很多可以提高可靠性的措施的設(shè)計(jì)： 1）在硬件上還有在工藝過(guò)程中，采取了許多可以提高可靠性的硬件，其高性能芯片 是高度集成的，并且對(duì)芯片采取了抗老化測(cè)試，利用先進(jìn)的流水工藝制造生產(chǎn)，這些都 可以使得 PLC 的可靠性大大的提高了。 2）在設(shè)計(jì)方面上，采取掉電保護(hù)、故障診斷和信息保護(hù)和恢復(fù)等其他措施，大大提 高了 PLC 的工作穩(wěn)定性、安全性。 3）在軟件方面，也采用了一系列方法和措施。使用簡(jiǎn)單和方便的指令集，使用軟件 對(duì)外界進(jìn)行濾波，斬波。對(duì)系統(tǒng)自身進(jìn)行軟件自我診斷、自我恢復(fù)等其他措施。 2. 操作簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng) PLC 采取了很多可以提高可靠性的措施的設(shè)計(jì)： 1） 易于組態(tài)。與繼電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相比較，PLC 使用特定的組態(tài)工具對(duì) PLC 系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行更好的設(shè)定。這其中最簡(jiǎn)單和最直白的梯形圖語(yǔ)言和 語(yǔ)句表語(yǔ)言，這種語(yǔ)言清晰簡(jiǎn)練，方便自己的理解。 2）方便維護(hù)。繼電器部分維護(hù)起來(lái)相對(duì)較為困難，這一個(gè)重要的原因促使 PLC 迅速 產(chǎn)生。PLC 可以自己進(jìn)行診斷，具有遇到故障自己解決功能，有一些時(shí)間可以記錄起來(lái)， 當(dāng)系統(tǒng)生故障時(shí)，通過(guò)自己系統(tǒng)的功能，迅速找到故障所在地，馬上準(zhǔn)確的找到故障， 并且自己解決故障。 3. 靈活性強(qiáng) PLC 是一種智能化的、方便、快捷的控制元件，在組態(tài)方式，修改程序等方面具有 很大的可行性： 有相對(duì)靈活、多變的組態(tài)系統(tǒng)。組態(tài)靈活不僅表現(xiàn)在程序的開(kāi)發(fā)階段，還表現(xiàn)在程 序的修改護(hù)上。如果生產(chǎn)工藝的要求比較高然后專用的組態(tài)語(yǔ)言不能滿足它時(shí)，還可以 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位 10 用高級(jí)語(yǔ)言（如 C 語(yǔ)言）開(kāi)發(fā)特殊的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)通訊與其他系統(tǒng)連接成一個(gè)整體， 這些都極大的提高了系統(tǒng)的靈活性。 3.2 西門子PLC簡(jiǎn)介 3.2.1 西門子 PLC 簡(jiǎn)單介紹 PLC 機(jī)型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳 的性能價(jià)格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面： 1. 性能與任務(wù)相適應(yīng) 對(duì)于小型單臺(tái)、僅需要數(shù)字量控制的設(shè)備，一般的小型 PLC（如西門子公司的 S7-200 系列、OMRON 公司的 CPM1/CPM2 系列、三菱的 FX 系列 等）都可以滿足要求。 2. 有比較合適的結(jié)構(gòu)、安裝起來(lái)很方便、機(jī)型上應(yīng)統(tǒng)一 按照物理結(jié)構(gòu)，PLC 分為整 體式和模塊式。整體式每一 I/O 點(diǎn)的價(jià)格相對(duì)比較的便宜，所以人們相對(duì)來(lái)說(shuō)比較喜歡使 用整體式 PLC 在較小型的工業(yè)控制系統(tǒng)里面。但是 PLC 的在功能和擴(kuò)展方面都有較大的 方便性和靈活性，I/O 點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O 模塊的種類和塊數(shù)、 特殊 I/O 模塊的使用等方面的選擇余地很大相對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，不僅 I/O 模塊維修時(shí)需要換 模塊、而且發(fā)生故障時(shí)找發(fā)生故障的地方也很快。因此，對(duì)于較很雜、使用要求很高的 工業(yè)場(chǎng)所我們選用模塊式 PLC。 3. 是否滿足響應(yīng)時(shí)間的要求 由于現(xiàn)代 PLC 有足夠高的速度處理大量的 I/O 數(shù)據(jù)和解 算梯形圖邏輯，因此對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)說(shuō)，PLC 的響應(yīng)時(shí)間并不是主要的問(wèn)題。然 而，對(duì)于某些個(gè)別的場(chǎng)合，則要求考慮 PLC 的響應(yīng)時(shí)間。為了減少 PLC 的 I/O 響應(yīng)延遲 時(shí)間，可以選用掃描速度高的 PLC，使用高速 I/O 處理這一類功能指令，或選用快速響應(yīng) 模塊和中斷輸入模塊。 4. 對(duì)聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 近年來(lái)，隨著工廠自動(dòng)化的迅速發(fā)展，企業(yè)內(nèi)小到一塊溫 度控制儀表的 RS-485 串行通信、大到一套制造系統(tǒng)的以太網(wǎng)管理層的通信，應(yīng)該說(shuō)一般 的電氣控制產(chǎn)品都有了通信功能。PLC 作為工廠自動(dòng)化的主要控制器件，大多數(shù)產(chǎn)品都 具有通信聯(lián)網(wǎng)能力。選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)需要選擇通信方式。 5. 其他特殊要求 考慮被控對(duì)象對(duì)于模擬量的閉環(huán)控制、高速計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制和人機(jī) 界面（HMI）等方面的特殊要求，可以選用有相應(yīng)特殊 I/O 模塊的 PLC。對(duì)可靠性要求極 高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余控制系統(tǒng)或熱備份系統(tǒng)。 在本定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用西門子 S7-200 的 PLC。 3.2.2 西門子 PLC 的組成 PLC 是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)，在設(shè)計(jì)理念上，是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與繼電-接 觸器控制電路相結(jié)合的產(chǎn)物，因而它與工業(yè)控制對(duì)象有非常強(qiáng)的接口能力。 [10]。PLC 的 基本組成部件如圖 3.1 所示。 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 圖 3.1 PLC 的基本部件 1. 中央處理單元 CPU 西門子系列 PLC 主要由三個(gè)系列，其中 S7-200 適合控制系統(tǒng)相對(duì)較小的場(chǎng)合使用， 網(wǎng)絡(luò)功能較弱。而 S7-300 和 S7-400 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本一致，功能均很強(qiáng)大，而 S7-200 系列的 PLC 性價(jià)比較高，已能基本滿足本定量控制器的需求，所以本系統(tǒng)選用 S7-200 系列的 PLC。 西門子公司的 S7-200 的 PLC 基本可以滿足豐富多樣的一體化控制的需求。由于具有 非常優(yōu)良的設(shè)計(jì)、幾乎完美的擴(kuò)展性、低廉的價(jià)格還有很多指令集系統(tǒng)，這些都讓 S7- 200 可以幾乎滿足的幾乎所有的小規(guī)模的控制要求。此外，豐富的 CPU 類型和電壓等級(jí) 使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問(wèn)題時(shí)，有很強(qiáng)的適應(yīng)性和可選擇性 [11]。 西門子 S7-200系系列PLC發(fā)展至今，經(jīng)歷了兩代： 第一代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU21X ，主機(jī)都可進(jìn)行擴(kuò)展，它其有四種結(jié)構(gòu)不同配置的 CPU單元，即CPU212、CPU214 、CPU215和CPU216。 第二代產(chǎn)品的CPU模塊為CPU22X ，是在2l世紀(jì)初投放市場(chǎng)的。其速度抉，具有極強(qiáng) 的通訊能力。其結(jié)構(gòu)配置如表3-1所示。 表3-1 S7-200系列CPU特性 特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM 程序存儲(chǔ)區(qū) 2048字 2048字 4096字 4096字 8192字 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 1024字 1024字 2560字 2560字 5120字 本機(jī)I/O 6入/4出 8入/6出 14入/10出 24入/16出 24入/16出 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位 12 續(xù)表3-1 特性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM 擴(kuò)展模塊數(shù) 量 0 2 7 7 7 通訊口 1RS-485 1RS-485 1RS-485 2RS-485 2RS-485 S7-200 CPU22X 系列的 PLC 是 S7-200 CPU21X 系統(tǒng)的進(jìn)化產(chǎn)品，由于它具有多種功 能模塊和人機(jī)界面可以提供方便選擇，因此很容易組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。 PLC 實(shí)質(zhì)上就是一臺(tái)專業(yè)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通常一個(gè)主機(jī)模塊都要安裝一個(gè)或者 多個(gè) CPU，那其中必定要有一個(gè)主 CPU，其余的為輔助 CPU，它們協(xié)同工作，大大的提 高了整體系統(tǒng)的速度和功能，縮短了程序的執(zhí)行時(shí)間。 S7-200 是一個(gè)系列，其中包括多種型號(hào)的 CPU，以適應(yīng)不同需求的控制場(chǎng)合。 近幾年在西門子公司生產(chǎn)了 S7-200 CPU22X 的很多代 PLC 設(shè)備有： CPU221、CPU222、CPU224 、CPU226、還有 CPU226XM 模塊。S7-200 CPU22X 系列產(chǎn) 品有很強(qiáng)大的指令集、運(yùn)行速度相對(duì)令人滿意、通信能力相對(duì)令人滿意。比如說(shuō)， CPU226 模塊的 I/O 模塊的總數(shù)為 40 點(diǎn)，這里面有 24 個(gè)輸入點(diǎn)，輸出點(diǎn) 16 點(diǎn)；在用戶 程序存儲(chǔ)量這方面來(lái)說(shuō)，容量也達(dá)到了 8KB；具有 PID 控制器功能；有 2 個(gè) RS-485 通信 口；具有 PPI、MPI ；運(yùn)行速度相對(duì)令人滿意、通信能力相對(duì)令人滿意，適用于要求較高 的中小型工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)。 S7-200 PLC 任一型號(hào)的主機(jī)，都可以單獨(dú)構(gòu)成基本配置，作為一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)， S7-200 CPU22X 系列產(chǎn)品的基本配置如下圖所示。 S7-200 PLC 各型號(hào)主機(jī)的 I/O 配置都 是固定的，他們具有固定的 I/O 地址 [12] 。S7-200 CPU22X 系列產(chǎn)品的 I/O 配置及地址分 配如下表 3-2 所示。 表 3-2 S7 系列 I/O 配置 項(xiàng)目 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 本機(jī)數(shù)字量輸入 地址分配 6 輸入 I0.0-I0.5 8 輸入 I0.0-I0.8 14 輸入 I0.0-I0.7 I1.0-I1.5 24 輸入 I0.0-I0.7 I1.0-I1.7 I2.0-I2.7 本機(jī)數(shù)字量輸出 地址分配 4 輸出 Q0.0-Q0.3 6 輸出 Q0.0-Q0.5 10 輸出 Q0.0-Q0.7 Q1.0-Q1.1 16 輸出 Q0.0-Q0.7 Q1.0-Q1.7 本機(jī)模擬量 輸入 /輸出 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 定量給料機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 擴(kuò)展模塊數(shù)量 無(wú) 2 個(gè)模塊 7 個(gè)模塊 7 個(gè)模塊 在整個(gè)控制過(guò)程中，需要用到控制電機(jī)啟停，緊急停止等7個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入，5個(gè)控制 電機(jī)啟停的接觸器。目前PLC從被控對(duì)象的I/O點(diǎn)數(shù)考慮，采用SIEMENS公司的S7-200 系 列PLC?？紤]到以后的擴(kuò)展要求，主機(jī)選用CPU224型號(hào)PLC，該型號(hào)具有14輸入/10 輸出， 滿足系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)量輸入輸出點(diǎn)個(gè)數(shù)。 2. 存儲(chǔ)器 PLC 的存儲(chǔ)器分為系絨程序和用戶程序兩種存儲(chǔ)器。 1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用于放置 PLC 原來(lái)內(nèi)置的出廠時(shí)的系統(tǒng)程序， 系統(tǒng)程序在 PLC 被制造出來(lái)的時(shí)候已經(jīng)放置在 PROM 和 EPROM 里面。這一部分的存儲(chǔ) 是相對(duì)被保護(hù)起來(lái)的不能被外界所看見(jiàn)，用戶不能修改其中內(nèi)人，相當(dāng)于只讀。PLC 的 大部分操作都是在系統(tǒng)程序的作用下來(lái)完成的。 2）用戶程序存儲(chǔ)器：用戶程序存儲(chǔ)器可以分成程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。程序存儲(chǔ)區(qū)用來(lái) 放置用戶編寫的 PLC 語(yǔ)言，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)放置的是 PLC 語(yǔ)言在運(yùn)行過(guò)程里面所涉及到的或 者是運(yùn)行期間所產(chǎn)生的一些數(shù)據(jù)，包括出入/輸出的過(guò)程印象、時(shí)間計(jì)時(shí)器、時(shí)間定時(shí)器 的預(yù)設(shè)值和當(dāng)前值等。 3. 電源單元 電源單元將外界提供的電源轉(zhuǎn)換成 PLC 的工作電源之后，提供給 PLC。有些電源單 元也可以作為負(fù)載電源，通過(guò) PLC 的 I/O 接口向負(fù)載提供直流 24V 電源。PLC 的電源一 般采用開(kāi)關(guān)電源，出入電源范圍寬，有很強(qiáng)的的能力不受外界干擾。電源部分有很完美 的隔離，使得電源的輸入和輸出里面不會(huì)產(chǎn)生互相的干擾，可以正常工作，以保證外面 的干擾不能影響到 PLC 的運(yùn)行。 4. 輸入/輸出單元 在 PLC 控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，要將對(duì)象的各種測(cè)量參數(shù)，按要 求的方式送入 PLC。PLC 經(jīng)過(guò)運(yùn)算、處理后，再將結(jié)果輸出一個(gè)數(shù)字值，此時(shí)也要把這 個(gè)值轉(zhuǎn)換成比較合適的對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的量。所以。在 PLC 和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中間，必定 要建立信息互通。這樣的設(shè)備就是輸入/輸出模塊。對(duì) PLC 來(lái)講，信號(hào)形式可分為四類， 數(shù)字量的輸入和輸出信號(hào)、模擬量的輸入和輸出信號(hào)。 一般使用的量程是-10V～+10V 、0～+10V、4～20mA 等，可以參考工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求。 。 5. 接口單元 接口單元包括擴(kuò)展接口、通信接口、編程接口和存儲(chǔ)器接口等。PLC 的 I/O 單元也屬 于接口單元的范疇，它完成 PLC 與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)之間電信號(hào)的來(lái)往聯(lián)系。除此之外，PLC 與 其他的外界設(shè)備和信號(hào)的聯(lián)系都需要相應(yīng)的接口單元。有以下集中接口：I/O 擴(kuò)展接口、 通信接口、編程器接口、存儲(chǔ)器接口、其他外部設(shè)備接口。 目前，選擇一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較合適的PLC的流程如下所示： 第一步要對(duì)要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行仔細(xì)的考慮分析，尋找出全部的I/O點(diǎn)，包括開(kāi)關(guān)量的 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位 14 I/O點(diǎn)數(shù)和模擬量的，并且弄清楚以上I/O點(diǎn)的特性。它們的特性主要包括它們的信號(hào)是屬 于交流的還是直流的，其使用的電壓是多大的，其輸出是用的什么硬件，在了解了這些 之后我們可以選擇用多少點(diǎn)還有PLC的I/O是什么性質(zhì)。 然后來(lái)定下I/O的地址分配表，輸入輸出信號(hào)在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于軟件的設(shè)計(jì)，在I/O地址分配表完成之后才能進(jìn)行一系列 的編程設(shè)計(jì)；對(duì)于PLC 的接線圖來(lái)說(shuō)，要確定了I/O地址以后，才能完整地畫出電氣接線 圖。 最后根據(jù)控制要求繪制程序的流程圖，繪制用戶程序，裝入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器， 并進(jìn)行初步調(diào)試。 3.3 PLC的工作原理 一般情況下，PLC 重復(fù)執(zhí)行工作循環(huán)來(lái)完成任務(wù)。一個(gè)工作循環(huán)包括以下三個(gè)步驟： 輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段 [13]。如圖 3.2 所示。 圖 3.2 PLC 工作流程圖