基于PLC运料系统控制的设计说明

1、 PAGE34 / NUMPAGES38摘 要早期运料电气控制系统大多为继电器-接触器组成的复杂系统，这种系统存在设计时间长、体积大、价格高等缺陷。无通信和数据处理功能，必须有人工负责操作。将PLC应用到运料电气控制系统，可实现运料系统的自动化控制，降低系统的运行费用，PLC运料电气控制系统具有连线简单，控制反应速度快，可靠性和可维护性好，易于安装、维修和改造等优点。随着经济的发展，运料系统不断扩大到各个领域，从手动到自动，逐渐形成了机械化、自动化、现代化。将PLC应用到运料小车电气控制系统，可实现运料小车的自动化控制，降低系统的运行费用。通信和数据连接功能选项使得S7-200在体积、通信和特

2、殊功能模块等重要的应用方面非常完美。本设计主要包括：分析被控对象和明确系统控制要求；PLC选型；确定系统的I/O设备的数量与种类；控制流程设计；控制程序设计。PLC在运料小车控制系统中的应用，已经在国外工程、工厂中得到实际应用，具有巨大的经济和社会价值，其智能化和自动化的思路值得以后继续深入研究和推广。关键词 西门子PLC，运料控制系统，行程开关ABSTRACTEarly delivery of relay - contactor electric control system composed of a complex system， this system exists long desi

3、gn cycle， large volume， high cost， defects. Countless according to processing and communication function， must have the specialist is responsible for the operation. Applying PLC to haul electric control system， can realize the automation of material handling system control， reduce the system operati

4、on cost， haul of PLC electrical control system has simple wiring， control response speed， good reliability and maintainability， easy to install， repair and modification， etc. Along with the development of the economy， the material handling system expanding to all areas， from manual to automatic， gra

5、dually formed the mechanization， automation and modernization. Applying PLC to haul the car electric control system， which can realize automatic control of the material car， reduce the operation cost of the system. Communications and data connectivity options makes the s7-200 in volume， communicatio

6、n， and special functional modules， and other important applications is very perfect. This design mainly includes: the analysis of controlled object and system control requirements; The PLC type selection; Determine the number of I/O devices and types; Control flow design; Control program design.the

7、application of PLC in the material car control system has practical application in the engineering， factories at home and abroad， has tremendous economic and social value， the intelligent and automation concept after the further research and promotion.Key words Siemens PLC，Material handling control

8、system，Travel switch目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357078324摘要 PAGEREF _Toc357078324 h IHYPERLINK l _Toc357078325ABSTRACT PAGEREF _Toc357078325 h IIHYPERLINK l _Toc3570783261 绪论 PAGEREF _Toc357078326 h 1HYPERLINK l _Toc3570783271.1 PLC控制运料系统的意义 PAGEREF _Toc357078327 h 1HYPERLINK l _Toc357078328

9、1.2 运料控制系统方案选择 PAGEREF _Toc357078328 h 2HYPERLINK l _Toc3570783292 PLC与其发展前景 PAGEREF _Toc357078329 h 3HYPERLINK l _Toc3570783302.1 可编程控制器的由来、特点、性能等情况 PAGEREF _Toc357078330 h 3HYPERLINK l _Toc3570783312.2 可编程控制器与传统继电器的比较 PAGEREF _Toc357078331 h 4HYPERLINK l _Toc3570783322.3 可编程控制器发展的趋势 PAGEREF _Toc35

10、7078332 h 4HYPERLINK l _Toc3570783332.4 PLC用在运料小车控制系统中的优点 PAGEREF _Toc357078333 h 5HYPERLINK l _Toc3570783343 运料系统硬件设计 PAGEREF _Toc357078334 h 6HYPERLINK l _Toc3570783353.1 自动运料系统控制工艺要求 PAGEREF _Toc357078335 h 6HYPERLINK l _Toc3570783363.2 电动机正反转控制 PAGEREF _Toc357078336 h 7HYPERLINK l _Toc3570783373

11、.3 行程开关 PAGEREF _Toc357078337 h 8HYPERLINK l _Toc3570783383.4 电动阀 PAGEREF _Toc357078338 h 8HYPERLINK l _Toc3570783393.5 双速电机 PAGEREF _Toc357078339 h 9HYPERLINK l _Toc3570783403.5.1 行业现状 PAGEREF _Toc357078340 h 9HYPERLINK l _Toc3570783413.5.2 变速原理 PAGEREF _Toc357078341 h 10HYPERLINK l _Toc3570783423.

12、6 PLC控制系统设计的基本步骤 PAGEREF _Toc357078342 h 11HYPERLINK l _Toc3570783433.7 可编程序控制器的选型 PAGEREF _Toc357078343 h 14HYPERLINK l _Toc3570783443.7.1 选择输入/输出模块 PAGEREF _Toc357078344 h 14HYPERLINK l _Toc3570783453.7.2 根据输出负载的特点选型 PAGEREF _Toc357078345 h 15HYPERLINK l _Toc3570783463.7.3 选择I / O响应时间 PAGEREF _Toc

13、357078346 h 15HYPERLINK l _Toc3570783473.7.4 选择的在线和离线编程 PAGEREF _Toc357078347 h 15HYPERLINK l _Toc3570783483.7.5 PLC结构形式选择 PAGEREF _Toc357078348 h 15HYPERLINK l _Toc3570783493.8 运料小车控制系统结构设计 PAGEREF _Toc357078349 h 15HYPERLINK l _Toc3570783503.8.1 数字量输入部分 PAGEREF _Toc357078350 h 15HYPERLINK l _Toc35

14、70783513.8.2 数字量输出部分 PAGEREF _Toc357078351 h 16HYPERLINK l _Toc3570783523.8.3 系统结构数字量输出部分 PAGEREF _Toc357078352 h 16HYPERLINK l _Toc3570783533.8.4 阀门电机主电路图 PAGEREF _Toc357078353 h 17HYPERLINK l _Toc3570783543.8.5 运料小车双向双速电机主电路图 PAGEREF _Toc357078354 h 18HYPERLINK l _Toc3570783553.8.6 PLC电气接线图 PAGERE

15、F _Toc357078355 h 18HYPERLINK l _Toc3570783564 系统软件设计与仿真 PAGEREF _Toc357078356 h 20HYPERLINK l _Toc3570783574.1 STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍 PAGEREF _Toc357078357 h 20HYPERLINK l _Toc3570783584.1.1 基本功能 PAGEREF _Toc357078358 h 20HYPERLINK l _Toc3570783594.1.2 其他功能 PAGEREF _Toc357078359 h 20HYPERLINK l _T

16、oc3570783604.2 运料系统程序流程图设计 PAGEREF _Toc357078360 h 21HYPERLINK l _Toc3570783614.3 运料系统程序设计 PAGEREF _Toc357078361 h 23HYPERLINK l _Toc3570783624.4 系统程序仿真 PAGEREF _Toc357078362 h 26HYPERLINK l _Toc3570783634.4.1 阀门电机正转起动程序仿真 PAGEREF _Toc357078363 h 26HYPERLINK l _Toc3570783644.4.2 阀门电机反转起动程序仿真 PAGEREF

17、 _Toc357078364 h 26HYPERLINK l _Toc3570783654.4.3 小车右电机M2右快速运行程序仿真 PAGEREF _Toc357078365 h 27HYPERLINK l _Toc3570783664.4.4 小车电机M2右慢速运行程序仿真 PAGEREF _Toc357078366 h 27HYPERLINK l _Toc3570783674.4.5 小车电机M2左快速运行程序仿真 PAGEREF _Toc357078367 h 28HYPERLINK l _Toc3570783684.4.6 小车电机M2左慢速运行 PAGEREF _Toc357078

18、368 h 28HYPERLINK l _Toc357078369结论 PAGEREF _Toc357078369 h 30HYPERLINK l _Toc357078370参考文献 PAGEREF _Toc357078370 h 31HYPERLINK l _Toc357078371致 PAGEREF _Toc357078371 h 32HYPERLINK l _Toc357078372附录：运料系统STL程序 PAGEREF _Toc357078372 h 33绪论PLC控制运料系统的意义传统运料车是继电器控制系统，继电器控制有布线繁多，高故障率的缺点，维护并不容易。作为目前国市场上的主流

19、控制器，PLC在市场、技术和行业等控制方面起着重要的作用，使用PLC控制代替继电器控制是大势所趋。根据调查分析，众多正在使用的PLC品牌中，西门子、三菱、欧姆龙占据绝对优势，约60%的用户使用这些品牌的PLC产品，而罗克韦尔/ab、ge-fanuc和富士品牌也占据相当大的市场份额。在现代化工业生产中，为了提高劳动生产率，降低成本，减轻工人的劳动负担，要求整个工艺生产过程全盘自动化，这就离不开控制系统。控制系统是整个生产线的灵魂，对整个生产线起着指挥的作用。一旦控制系统出现故障，轻者影响生产线的继续进行，重者甚至发生人身安全事故，这样将给企业造成重大损失。送料小车是基于PLC控制系统来设计的，控

20、制系统的每一步动作都直接作用于送料小车的运行。因此，送料小车性能的好坏与控制系统性能的好坏有着直接的关系。送料小车能否正常运行、工作效率的高低都与控制系统密不可分。要把提高自主创新能力摆在所有科学技术的突出位置。在改革开放的条件下促进社会主义现代化建设，必须认真研究和借鉴所有优秀的文明成就。30多年来的改革开放，我国引入了大量的技术和设备，对提高工业技术水平、促进经济发展起着重要的作用。然而，我们必须清醒地看到，仅仅引入而不注重技术的消化吸收和再创新，势必削弱独立研发的能力，扩大了与世界先进水平的差距。不管怎样，必须把提高自主创新能力作为国家战略，贯彻各个现代化建设方面，贯彻到每个行业、产业和

21、地区，大大提高国家竞争力。我国科学技术发展的总体目标是:显著增强自主创新能力、科技促进经济社会发展和显著增强国家安全保障能力，为建设一个全面小康社会提供强有力的支持，基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强，拥有一批在世界具有重大影响的科学技术成果，为进入创新型国家行列，打下扎实基础科技的基础。在世界到本世纪中叶，形成相对完善的中国特色国家创新体系。企业现代化生产规模的不断扩大和深化，使得生产物料配送成为一个重要的部分生产物流系统。运料车自动控制是用来实现输送机生产控制系统。随着PLC的发展，国外生产线上的运输控制系统广泛的采用PLC控制系统，和一些制造商已经开发出一种特殊的逻辑来处理控制芯片，

22、在我国大多数工控企业运料车自动控制系统都从国外引进，成本高。为了满足现代生产的需要和循环，让PLC技术和自动化技术，充分利用我国工控企业生产线，使系统能够在各种环境下工作，且成本低，易于控制，安全可靠，效率高。运料控制系统方案选择实现小车送料系统控制有很多方法来实现，可以用单片机、可编程控制器PLC等元器件来实现。但在单片机控制系统电路中需要加入A/D，D/A转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。另外控制程序需要具有一定编程能力的人才能编译出，在维修时也需要高技术的人员才能修复，所以在此也不易用单片机来实现。而从上述第一节对PLC的特

23、点了解可知，PLC具有很多优点，因此我们归纳出：可编程控制器PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；安装，操作和维护也较容易；编程简单，PLC的基本指令不多，编程器使用比较方便，程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效益。此外PLC部定时、计数资源丰富，可以方便地实现对送料小车的控制。因此，最终我选择了用可编程控制器PLC来实现送料小车系统的控制，完成本次的设计题目。PLC与其发展前景可编程控制器的由来、特点、性能等情况随着国民经济的发展，加强企业实力，许多国企业加强自身的经济效益和市场竞争力，进行了企业改革的特点和结构升级，在众多的升级是最广泛使用的可编程控制器。可

24、编程控制器是一种特殊的计算机工业控制，已广泛应用于各种自动控制系统，它是基于继电器控制和计算机控制产品开发，已逐步发展成为一个微处理器为核心，自动化技术、计算机技术、通信技术集成的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器只能在函数的逻辑控制，所以称为可编程序逻辑控制器(可编程逻辑控制器)，以下简称PLC。其控制功能已经增加随着技术的发展，可编程逻辑控制器还可以执行算术运算，模拟控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字的，模拟的输入、输出，控制各种类型的机械生产过程。目前，我国机械制造行业有大量的通用设备，机械自动化在现代科技的发展，可以应用于微电子技术改造现有的通用设备，如数字显示，数控改造，

25、改善通用设备单机自动化，可编程控制器是用于转换的通用机床、专用机床、组合机床自动和半自动设备的生产线，所以，我们可以把电脑的全部功能，灵活的编程和适应性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格便宜的优点相结合这是一个低成本、高效益、符合中国国情的新方法的机械自动化技术的发展和应用。PLC技术的发展，传统的机械设备的控制柜正在逐步取代了新一代的智能仪器，对日益复杂的控制功能，传统的控制柜似乎无能为力，可编程序控制器具有可编程，运行时可以根据需求，选择控制算法、适应性强、可编程控制器采用软件代替硬件的方法，可以简化电路，使设备的性能控制价格上涨。一般来说，可编程控制器是一种计算机控制系统，但它

26、比一般的计算机连接到工业过程界面和更直接的适用于控制要求的编程语言。所以类似于作文的PLC和计算机控制系统，也就是中央处理单元(CPU)、存、输入/输出(I/O)接口、电源等，可编程控制器的发展分为三个阶段:第一阶段(七零年代)的实际应用发展阶段;第二阶段(七十年代)进入成熟阶段，第三阶段(九十年代)为加速发展阶段。在此期间，该公司进一步改善现有产品，不断开发新产品，加强网络组成一个分布式控制系统。在软件方面，可编程控制器不断发展的顶部兼容计算机。因此，因为其具有优良的控制性能和快速灵活的体系结构，使PLC今天增长最快的工业自动化控制设备。其主要特点如下:可靠性高，抗干扰能力强。高可靠性是最显

27、著的特征之一的公司，其平均故障间隔时间可达数百数千小时。容易学习编程。类似与继电器控制大多采用PLC编程梯形图的电路。设计、安装方便、调试周期短，维护简单。PLC实现了产品系列化、标准化、通用化。设计师可在各种规格、品种齐全，选择价格高的产品性能比在PLC。模块品种丰富、功能强大、通用性好。除了单位小型PLC，大多数采用模块化结构，形成大、中、小型系列产品。可编程控制器与传统继电器的比较控制方式。继电器控制是实现通过使用硬件布线，它是利用机械继电器串联或并联，滞后时间延迟继电器动作组合形式控制逻辑。它只能完成逻辑控制、有线和更复杂的、大体积、功耗大，一旦完成后设计和制造，改变是困难的。除了有限

28、数量的继电器触点，其灵活性和可扩展性也很可怜的。PLC使用存储逻辑，通过改变程序很容易改变控制逻辑。控制速度。继电器控制逻辑是根据接触机械作用来实现控制，其频率很低，一般在几毫秒，而且机械接触抖动现象就会发生。而PLC运动在微秒，严格同步，不会有摇晃的。延时控制。继电器控制系统来完成的滞后时间继电器动作延迟时间。时间继电器计时精度不高，但是，容易受到环境的影响，温度和湿度，PLC定时器为半导体集成电路、高精度、小和受环境。其他控制方式。继电器控制系统一般只能进行开关量逻辑控制，没有计数功能。PLC除了开关量逻辑控制外，还可以控制模拟，而且便于实现各种复杂的控制。设计和施工。继电器是用来实现控制

29、工程设计，施工和调试必须被执行，反过来，周期长，修改困难的项目。而PLC可同时，十分方便。可靠性与可维护性。继电器控制系统使用了大量的机械接触点，连线复杂。触点的开启和关闭会受到电弧的损坏，以与机械磨损，使用寿命短、可靠性和可维护性差。而PLC是极其简单的。可编程控制器发展的趋势可编程控制器的发展趋势如下:大型网络化。PLC具有DCS系统，实现集中网络控制。模块多样化。为了适应各种不同的特殊功能需求，各种功能模块将层出不穷。可靠性高。一些特定的环境和条件需要自动化系统具有高可靠性，因此诊断技术、冗余技术、容错技术已被广泛应用于PLC。兼容性。随着世界经济、科技一体化，所以PLC也满足的程度和发

30、展水平的国际标准化。小型化和低成本。小型PLC的基本特征是低价格，便于机电一体化。编程语言高级化。除了梯形图、语句表、流程图外，一些PLC还增添了VB、C等编程语言。PLC用在运料小车控制系统中的优点PLC的运料控制系统中具有以下优点：PLC控制单元控制器是基于工业环境设计的，有较强的环境适应性、可靠性高。PLC梯形图语言是最常用的编程语言，形象、直观、编程简单、易于掌握。PLC控制系统的体积小、重量轻、安装方便、易于维护。PLC自动诊断、故障报警和故障显示功能，可以方便的用于监控操作。现代PLC远程数据传输、交换、控制和监控的网络通信功能。运料系统硬件设计自动化系统用于各种类型的PLC，有的

31、是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和所有电气设备，其中的大多数都是由高电压电路和高压设备在恶劣的电磁环境。硬件设计PLC控制系统主要是指硬件选择。近年来，国外众多厂家提供各种系列，不同功能的PLC产品，有数十种系列，数以百计的模型。PLC品种，其结构、性能、I/O点，用户程序存储器容量、计算速度和指挥系统、编程方法和价格是不同的，使用场合也各有侧重。因此，合理的选择、PLC、PLC控制系统来提高技术经济指标和控制系统起着重要的作用。PLC提高PLC控制系统的可靠性，一方面，要求生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求在工程设计、安装、施工与应用部门引起高度重视使用和维护，完善多党合作解

32、决问题，有效地提高了系统的抗干扰性能。自动运料系统控制工艺要求自动上料系统设计是基于PLC控制系统，每一步的操作控制系统直接影响电机驱动的操作材料。因此，送料小车汽车性能的好坏，控制系统的性能的好坏直接关系。运料小车可以正常运行和效率的高低和控制系统密不可分。运料控制系统设计在此基础上，我结合了大米加工厂的实际工艺流程。常见的自动上料系统的硬件系统设计需要以下基本设备：三台三相交流电动机，一个料仓，两个电动阀，一个运料车，八个行程开关，一个启动按钮，一个紧急停止按钮。工艺流程如图3-1。设计的电路必须标准化、合理、安全的设计，确保生命和财产安全的员工在操作过程。软件采用西门子S7 - 200系

33、列PLC，外部连接部分比较简单，控制对象的控制功能是反映在PLC程序。因此，设计的PLC程序是好还是坏，直接影响控制系统的性能。所以在项目设计应严格按照程序设计步骤，准备设计工作，熟悉控制对象，提高编程的质量。工艺流程图工艺流程如下，首先运料小车复位停在SQ3处，按下启动按钮SB1，放料电动阀门K1电机M1正转，碰到SQ2电机停止，放料阀门打开，延时30S后，电机M1反转启动，碰到SQ1停止，料仓阀门关闭。此时延时5S后启动小车电机M2向右快行，碰到SQ4时小车变为右慢速运行，当碰到SQ5时， 小车停止右行。此时卸料阀门K2电机M3正转启动，碰到SQ8，电机停止，卸料阀门打开，延时卸料30S后

34、，电机M3反转启动，碰到SQ7电机停止，阀门关闭。此时延时5S后启动小车电机M2向左快速运行，碰到SQ6，小车变为左慢速行驶，碰到SQ3时，小车左行停止。此时放料阀门电机又开始运作，工艺流程以此循环。当按下急停按钮SB2是，小车立即停止。电动机正反转控制自动控制是最常用的功能，生产机械电气自动原理是一种最简单的形式，在位置控制的电气自动化线，或终端开关动作由行程开关信号来控制电机的工作状态。如果电动机需要停止在预定位置，开关将旅行的常闭触点串接在相应的控制电路，当机构运动到目标位置所以开关动作，常闭触点断开相应的控制电路，电机停转，机械运动是停止。如果需要停止后立即反向运动，它应该是常开触点行

35、程开关的和在一个控制电路的启动按钮，这样行程开关动作，常闭触点断开积极运动控制电路，常开触点和连接在同一时间反向运动的控制电路。改变电机的相序即实现电机的转向。为了实现延迟应该使用线圈KT，然后经过一段时间的延迟(左右各一个)，KT延迟常开触点闭合，使交流继电器得电，实现电机反转向右移动，反之一样。行程开关行程开关也叫限位开关，用于控制机械设备的行程和极限保护。在实际生产、行程开关安装在预先安排的位置，当安装在生产机械运动部件模块影响行程开关，行程开关触点动作，实现电路的切换。行程开关，因此，是一种根据运动部件的行程位置开关电路，它的作用原理是类似于按钮。行程开关广泛应用于各种机床和起重机械，

36、用于控制进度，对于终端限位保护。在电梯的控制电路，并使用开关来控制轿门、自动门、上下门的限位保护。行程开关根据其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。直动式行程开关的结构原理：它的作用原理和按钮开关是一样的。速度取决于生产机械操作速度，速度不应该小于0.4 m / min的场合。直动式的行程开关:推杆、弹簧、动态接触和滑动接触。滚筒式行程开关的结构原理：当被控机械碰撞块撞击滚子的撞杆，杆向右，驱动凸轮旋转，顶下推杆，使微动开关的触点迅速动作。当运动机械返回，在复位弹簧的作用下，各部分复位动作。滚轮式行程开关的组成:滚轮、上转臂、弹簧、套架、滑轮、压板、触点、横板。滚轮式行程开关又分为单滚轮

37、自动复位式，和双滚轮非自动复位式。双滚轮行程开关有两个稳定状态的位置，有“记忆”效应，在某些情况下可以简化电路。微动式行程开关的组成：微动开关类型常用的是ZXL系列产品:推杆、弹簧、压缩弹簧、动断触点和动合触点。电动阀电动阀仅仅是使用控制阀门电动执行机构，实现阀门的开闭。它可以分为上下两部分，上半部分为电动执行器、阀门的下部。电动阀分为两种：一种为角行程电动阀，由角的角行程电动执行机构配合阀门适用，实现阀门在90度旋转控制管道流体开闭；另一种是直行程电动阀:由直行程电动执行机构使用直行阀，实现阀板运动控制管道流体的开启和关闭，如图3-2所示。通常在高程度的自动化设备上配套使用。电动阀工作原理：

38、电动阀通常是联系在一起的电动执行机构和阀门，在安装和调试作为电动阀。电动阀使用电能作为动力来打开电动执行机构驱动阀，实现阀门的开关调节作用。从而达到对管道介质的开关或控制的目的。电动闸门原理图当启动电机时，电机转动带动齿轮，驱动闸板的前进和后退。启动按钮SB1，电机闸门驱动电机M1正转，当闸板碰到行程开关SQ2时，电机停止，表示闸门打开。当延时后电机M1反转，当闸板碰到行程开关SQ1时，电机停止，表示闸门关闭。双速电机行业现状双速电动机主要用于煤炭、石油和天然气、化工等行业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药和其他部门也已被广泛使用。双速电动机作为主要的动力设备，通常用于

39、驱动泵、风机、压缩机和其他机械传动。随着科学技术的发展、生产，危险的区域也在不断增加。例如食用油生产在过去，是使用传统的挤压过程。自1970年代以来，中国开始引进国外先进的油浸出工艺流程，但是这个过程中使用化学溶剂含有乙烯、乙烷是易燃易爆物质，所以油浸出车间成为爆炸性危险场所，需要使用双速电动机和其他防爆电气产品。另一个例子是，高速公路在我国已经迅速发展近年来，大量的燃料加油站，还提供了一个新的双速电动机市场。双速电机只有简单的两种速度，可以简单方便的切换。双速电机控制原理图变速原理一、原理双速电动机属于极调速异步电动机变体，是通过改变定子绕组的连接方法来改变定子旋转磁场磁极数，从而改变电机的

40、速度。根据公式：N= 60f/p数据表明，双速异步电动机与磁极对数成反比的极双对数，同步转速N降到原来的一半速度，电动机额定转速N将下降大约一半，因此对数变化也可以实现目标的改变电动机转速。这个方法的速度控制是有极的，不能平滑调速，仅适用于鼠笼式电动机。图3-4介绍的是最常见的单绕组双速电动机，转速比等于磁极倍数反比，如2极/4极、4级/8极，从定子绕组接法变为YY接法，磁极对数从2p=2变为2p=1，速度比率=1/2。二、电路分析合上空气开关QF引入三相电源按下起动按钮，交流接触器KM1线圈回路通电并自锁，KM1主触头闭合，为电动机引进三相电源，L1接U1、L2接V1、L3接W1；U2、V2

41、、W2悬空。电动机在接法下运行，此时电动机p=2、n11500转分。如果想变为高速运转，按下快速按钮，接触器线圈的KM1断电，KM1主触点断开使U1、V1、W1与三相电源L1、L2、L3脱离。辅助常闭触头恢复为闭合，为KM2线圈回路通电准备。同时接触器KM2线圈回路通电并自锁，其常开触点闭合，将定子绕组三个首端U1、V1、W1连在一起，并把三相电源L1、L2、L3引入接U2、V2、W2，此时电动机在YY接法下运行，这时电动机p=1，n13000转分。KM2的辅助常开触点断开，防止KM1误动。FR为电机三角形和双星形运行的过载保护装置。此控制回路中SB2的常开触点与KM1线圈串联，SB2的常闭触

42、点与KM2线圈串联，同样SB3按钮的常闭触点与KM1线圈串联，SB3的常开于KM2线圈串联，这种控制就是按钮的互锁控制，保证与YY两种接法不可能同时出现，同时KM2辅助常闭触点接入KM1线圈回路，KM1辅助常闭触点接入KM2线圈回路，也形成互锁控制。三、高低速定子绕组接线图如图3-4。三角形以与双星形绕组接线图PLC控制系统设计的基本步骤深入了解和分析工艺条件和控制要求的控制对象。如控制机械、机电设备、生产线或生产过程。确定I/O设备根据控制对象功能的PLC控制系统，确定用户输入、输出设备系统所需的。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电

43、磁阀等。选择合适类型的PLC根据识别用户的I/O设备，统计所需的输入信号和输出信号点，选择合适的PLC类型，包括选择模型，选择能力，I/O模块的选择，选择电源模块等，本设计选择西门子S7-200的CPU为224的PLC。分布的I/O点分配的PLC输入和输出点，编译输入/输出分布列表或画出输入/输出端子接线图。然后可以进行PLC程序设计，控制柜可以同时进行的，工作岗位设计和现场施工。梯形图程序设计应用系统根据工作职能图或状态流程图和设计梯形图编程。这一步是整个应用程序的核心系统设计工作，也是一个困难的步骤，设计良好的梯形图，非常熟悉控制要求，首先在同一时间也有一定实践经验的电气设计。将被输入到P

44、LC程序当使用一个简单的编程器将程序输入到PLC程序，您将需要转换成梯形图指令助记符以便输入。当使用可编程序控制器的辅助编程软件在计算机上编程，通过上下位机连接电缆下载到PLC中去。软件测试输入后的PLC后，应该测试程序。因为在程序设计的过程中，难免会有疏漏。所以在连接PLC现场设备，需要软件测试，消除错误的程序。同时，它为调试提供了一个基础，缩短总体调试期。整体调试应用程序系统在现场的PLC硬件设计和控制柜与施工完成后，就可以进行在线调试整个系统，应该首先局部调试，然后进行总体调试。如果程序繁多，可以进行分段调试。调试中发现的问题，逐一排查，直到调试成功。编写技术文档系统技术文档包括规、电气

45、原理图、电气布局、进度的电器元件，PLC梯形图。控制系统基本设计步骤如图3-5所示。 开始PLC选型PLC硬件系统配置分配I/O点YN分配I/O点绘制流程图设计梯形图程序输入PLC软件测试测试正常？ 结束 修改程序 分析控制工艺NY控制系统设计基本步骤可编程序控制器的选型运料小车的运行是根据工作站台的启停信号、行程信号进行控制的。因此，系统应采用逻辑控制。即以顺序逻辑控制实现运料小车基本的控制方案，以与小车的相应状态实时的控制小车的运行。此外，基于汽车是实用的汽车控制系统提出以下要求：运料车的位置是由行程开关确定的，并由PLC进行分析、计算和控制。为了提高小车的运行效率和停在站台的精度，系统要

46、求PLC能对小车的加、减速以与制动进行有效的控制。所以我们选择PLC代替继电器控制运料车运行。选择输入/输出模块I/O模块电源：在选择交流模块，宜采用隔离变压器的电源。它可以防止外部电路故障影响模块。电源线使用双绞线电缆。隔离变压器容量根据PLC电源组件容量的1.52倍选择。直流模块的电源转换器，纹波值应该满足模块需求；如果直流模拟模块，稳压电源是必要的。电压等级：选择I角模块时，电压等级是一个重要的参数，它应该根据现场设备和模块之间的距离来选择。当外部线很长，可以选择AC220V模块；当外线短和控制相对集中时可以选择最优24V模块。输出电路：PLC模块输出的方法一般有三种，晶体管输出输、继电

47、器输出、双向可控硅输出。负载类型根据PLC输出负载进行确定是交流型还是直流型，是大电流还是小电流，以与PLC输出点运动频率等，从而以确定输出终端采用继电器输出，晶体管输出和可控硅输出。选择不同的负载输出方式不同，它对系统稳定运行很关键。每个输出点，每个输出模块不得超过额定负荷的供电电流。一个继电器输出模块的负载电流不能太接近额定电流，当接近额定电流，最好先来驱动一个小的中继器，然后通过中继器来扩展继电器输出模块输出能力。使用双向可控硅输出模块，负载电流必须大于双向晶闸管维持电流，否则应在负载并联电阻。对于频繁的动作和电感性或功率因数低的负载，不宜选择继电器输出模块，应该采用晶体管输出模块。如果

48、PLC输出带感性负载，负载断电后会对PLC的输出造成电流冲击。因此，直流感性负载应在其侧并接继续流二极管，对交流感性感性负载应该并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。当频率低于10次/分钟时，继电器输出可以两种方式来使用，可以由PLC输出中间继电器和固态继电器(SSR)，然后驱动负载。因为两个重要的输出不仅在PLC互锁，建议在外面的PLC硬件也形成互锁，加强了PLC系统的安全性、可靠性。输入电路：PLC输入电路电源一般应当使用DC24V，它对供电安全性和PLC安全至关重要。它的负载(接近开关等)应注意容量，同时做好防短路措施(因为过载或短路的电源将会影响运行的PLC)，建议电源的容量为输入电路功

49、率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜熔丝，防止短路，以直流输入模板为例。根据输出负载的特点选型继电器输出型的PLC导通压降小、隔离效果好、价格相对便宜、承受暂态过电压和过电流能力强、负载电压灵活、电压等级围大等等。因此动作不频繁的交流、直流负载一般选择继电器输出类型。选择I/O响应时间PLC的I/O响应时间包括延时输入电路、输出电路延迟和扫描方式引起的时间延迟(通常是在两个或三个扫描周期)。对开关量控制系统，PLC的I/O响应时间通常可以满足实际工程的要求，可以不用考虑I/O响应问题。但对于模拟控制系统，尤其是闭环控制系统将会考虑这个问题。选择的在线和离线编程离线编程是指主机和编程器使用同

50、一个CPU，通过编程器选择开关选择PLC编程模式、监控和运行状态。CPU为编程服务，没有进行现场控制，专用特殊编程器属于这种情况。在线编程是指主机和编程器分别有一个CPU，主机的CPU用来完成控制现场，在每一个扫描周期与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机处理，主机接下来的扫描周期将根据新项目来控制现场和配置软件编程。不改变产品、工艺流程系统可以选择离线编程，以减少设备的投资成本。PLC结构形式选择在形同功能和一样I/O点数的情况下，整体式比模块式价格低，但模块式具有扩展灵活、维修方便，容易判断故障等优点，要按实际需要选择PLC的结构形式。综合以上考虑，我们采用西门子S7-200、CPU22

51、4可编程序控制器作为运料系统的控制器，其输出为继电器输出方式。14输入10输出，并留有一定裕量，方便扩展。通过主机配有RS232接口，可以实现PLC与PC通信，用STEP7-Micro / WIN32编程软件可以直接在电脑上使用梯形图编程调试操作，也可手持编程器进行现场指导编程。运料小车控制系统结构设计数字量输入部分数字量输入由两个手动开关按钮以与6个行程开关组成，具体分配如表3-1。数字量输出部分 这个控制系统需要控制的外部设备只有控制运动的三相电动机。阀门电机有输出地址分配正转和反转两种状态，驱动电机有两种速度状态，分别对应正转继电器和反转继电器以与慢速快速继电器，所以输出点有8个。具体如

52、表3-2所示。输出地址分配系统结构数字量输出部分运料小车的PLC控制系统的结构如图所示，主要硬件包括:可编程控制器PLC、行程开关、手动按钮、电机继电器、三相电动机与其他电气元件等。运料小车控制系统结构阀门电机主电路图阀门电机主电路图运料小车双向双速电机主电路图 如图3-8所示：运料小车主电路图PLC电气接线图如图3-9所示：PLC接线示意图系统软件设计与仿真STEP7-Micro/WIN32编程软件介绍西门子STEP7-Micro / WIN32是专门为SIMATIC S7-200系列可编程序控制器研发的编程软件。这是基于Windows平台的应用程序软件，功能强大，可用于开发用户程序和实时监

53、控用户程序的执行状态。下面将介绍软件基本功能以与如何应用程序编程软件编程、调试和运行监控等。基本功能STEP7-Micro/ WIN32编程软件是协助用户完成基本功能的应用程序的开发，主要实现以下功能。在脱机(离线)方式下来创建用户程序，修改和编辑原始用户程序。在离线模式下，计算机和PLC连接，可以在这个时间完成最基本的功能，如编程、编译、调试和系统配置等，但所有的程序和参数只存储在计算机磁盘。在联机(在线)模式下建立通信关系与PLC直接各种操作。如上载、下载用户程序和配置组态数据等。编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型的错误。语法检查后，梯形图的错误处会自动加上红色波

54、浪线，语句表错误行前自动加红色*，在错误的地方用红色波浪线标示。对用户程序进行文档管理以与加密等。设置PLC的参数、工作方式以与运行监控等。其他功能运动控制S7-200提供了开环运动控制的三种方法：脉冲宽度调制(PWM)存于S7-200，控制速度、位置或占空比。脉冲序列输出(PTO)置在S7-200，用于速度和位置控制。位置控制模块（EM253）用于速度和位置控制的附加模块。为了简化使用位控功能在应用程序中的使用，STEP7-Micro/ WIN32提供控制指南，可以帮助您在几分钟完成PTO、PWM或位置控制器模块的组态配置。向导来生成位控指令，您可以在您的应用程序中使用这些指令对速度和位置进

55、行动态控制。对于一个控制模块，STEP7-Micro/ WIN32还提供了一个控制面板，你可以控制、监控和测试你的系统运动性能。创建调制解调模块程序使用EM241调制解调模块可以直接连接S7-200在一个模拟线路上，并支持S7-2000和STEP7-Micro/WIN32的通讯。该调制解调模块还支持Modbus从站RTU协议，该模块与S7-200通过扩展I/O总线实现通讯。SEP7-Micro/WIN32提供一个调制解调扩展向导，它可以帮助你建立远端的一个调制解调器或将S7 200连接到远程设备的调制解调器模块。USS协议库是STEP7-Micro / WIN32的指令库，指令库包含事先配置好

56、的子程序和中断程序，这些子程序和中断程序都是专门为通过USS协议与驱动通讯而设计的。通过USS指令，您可以控制这个物理驱动，并读/写驱动参数。使用配方。STEP7-Micro / WIN32软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。配方不存在PLC中，而存在记忆卡中。STEP 7-Micro/WIN软件和S7-200 PLC已经支持配方功能。STEP 7-Micro/Win软件中提供了配方向导程序来帮助您组织配方和定义配方。所有配方存在存储卡中。因此，为了使用配方功能，必须要在PLC中插入一块64K或者256K的存储卡。要查阅关于存储卡的更多信息。使用数据档案STEP7-Micro/

57、Win提供数据归档向导，将过程测量数据存入存储卡中。将过程数据移入存储卡可以节省V存储区的地址空间，否则这些数据将储存在V存储区中。自校正和PID设置控制面板S7-200PLC已经支持PID自整定功能，STEP 7-Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。这就大大增强了S7-200PLC的功能，并且使这一功能的使用变得更加容易。运料系统程序流程图设计根据控制要求，系统流程如图4-1所示系统程序流程图运料系统程序设计放料阀门电机M1正转启动程序设计根据I/O接线图，按下启动按钮SB1，常开触点I0.0闭合，线圈Q0.0得电，阀门电机M1正转启动，并形成自锁。当碰到行程开关I0.3，电机M

58、1停止，放料阀门打开，开始放料。梯形图程序如图4-2所示：电机M1正转启动程序电机M1延时反转起动程序设计根据I/O接线图，当碰到形成开关常闭触点I0.7时，常闭触点断开，常开触点I0.7闭合，计时器T37开始计时60S，而后线圈Q0.1得电，电机M1反转启动。当碰到行程开关I0.6时，电机停止，表示放料阀门关闭。程序如图4-3所示：电机M1延时反转启动程序运料小车电机右M2右快速运行程序设计根据I/O接线图，当碰到行程开关常闭触点I0.6时，常闭触点断开，常开触点I0.6闭合，线圈Q0.2闭合，电机M2右快速运行。程序如图4-4所示：电机M2右快速运行程序运料小车电机M2右慢速运行程序设计根

59、据I/O接线图，当碰到行程开关常开触点I0.5时，常闭触点断开，常开触点I0.2闭合，线圈Q0.3得电，小车右慢速运行。程序如图4-5所示：电机M2右慢速运行程序卸料阀门电机M3正转启动程序设计根据I/O接线图，当碰到行程开关常开触点I0.6时，常闭触点断开，常开触点I0.6闭合，线圈Q0.6得电，卸料阀门电机M3正转启动运行，碰到行程开关I1.1，电机M3停止，阀门打开卸料。程序如图4-6所示：电机M3正转启动程序卸料阀门电机M3延时反转启动程序设计根据I/O接线图，当碰到行程开关常开触点I1.1时，常闭触点断开，常开触点I1.1闭合，T38计时器计时60S后，线圈Q0.7得电，阀门电机M3

60、反转启动，碰到行程开关I1.0，阀门关闭。程序如图4-7所示：电机M3延时反转启动程序运料小车电机M2左快速运行程序设计根据I/O接线图，当碰到行程开关常开触点I1.0时，常闭触点断开，常开触点I1.0闭合，线圈Q0.4得电，小车左快速运行。程序如图4-8所示：电机M2左快速运行程序运料小车电机M2左慢速运行程序设计根据I/O接线图，当碰到行程开关常开触点I0.7时，常闭触点断开，常开触点I0.7闭合，线圈Q0.5得电，小车左慢速运行。当碰到行程开关I0.4时，电机M2停止，此时放料阀门电机又正转启动，以此循环工艺流程。整个程序中，急停按钮I0.1是控制运料小车的停止。程序如图4-9所示：电机