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摘要在自动化控制领域,PLC是一种重要的控制设备。目前,世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品,应用在汽车(23%),粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30%—40%。在这个时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。现今,PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强,编程简单等特点。在可预见的将来,PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的主导地位,是其他控制技术无法取代的。本文介绍了S7-200PLC控制系统在轧钢棒材生产中系统中的应用,着重描述了系统配置及冷床控制功能。最后通过,通过测试和实验的成功表明本文研究成果的可行性和可靠性。关键词:PLC控制系统;轧钢;棒材生产;冷床顺序控制;
ABSTRACTIntheareaofAutomationControl,ProgrammableLogicControllerisanimportantcontrolequipment.Currently,thereareover200manufacturersthatproducemorethan300varietiesofPLCproducts,whicharenowappliedinautoindustry(23%),grainprocessing(16.4%),chemical&pharmacy(14.6%),metals&mine(11.5%),paperpulpandpapermaking(11.3%)andmanyotherindustries.ThePLCdevelopfastestduringthe1980sandthemid-1990s,thevalueofgrossoutputofPLCincreaseatthespeedof30%-40%peryear.Inthisperiod,thePLCtechnologyhasdevelopedrapidlyinthefieldofanalogyprocessing,digitalquantityoperation,man-machineinterface,networkservice,graduallythePLCenteredthefieldofprocesscontrolbecauseofthese,andinsomefieldsthePLChastokentheplaceofDistributedControlSystem-theoncekinginthefieldofprocesscontrol.Andnow,thePLChasbeenequippedwithgoodcommonality,easeofuse,wideapplicability,highreliability,goodanti-interference,easyprogrammabilityandsomeotheradvantages.Intheforeseeablefuture,thePLCwilldominatetheindustrialautomationandcontrol,especiallySequenceControl,anditcan'tbereplacedbyothercontroltechnologies.Thisarticlewillintroducehows7-200PLCsystemworksinrollingsteelbarproduction,anditfocusondescribingSystemConfigurationandcoolingbedcontrol.Lastly,testsandexperimentsshowthattheresearchresultsthisarticledescribesarepracticalandreliable.Keywords:PLCcontrolsystem;steelrolling;barproduction;sequencecontrolofthecoolingbed;
目录TOC\o"1-3"\h\u第一章绪论 ④跟踪世界前沿,积极引进和消化国外先进技术。目前发达国家在线棒材的生产中,研究和开发了大量的先进技术和设备,并在生产中取得了良好的效益。为了使我国的线棒材生产能够持续健康发展,必须对现有的先进技术进行消化和吸收,尽快国产化,增加我国线棒材的竞争力。如加强钢质的净化,进一步扩大连铸坯热送热装比例,进一步推动连铸直接扎制的开发和运用,依次降低线棒材的成本。要强化计算机控制和计算机管理技术;要开发和应用线棒材的组织和性能预报工作;密切注视国外先进技术和装备发展,要不断创新。
第二章可编程控制器简介可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点,特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力,受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用,成为了现代工业控制的三大支柱之一”2.1可编程控制器的发展历史在可编程序控制器问世以来,工业控制领域中是继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点,体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高,尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差,如果生产任务和工艺发生变化,就必须重新设计并改变硬件结构造成了时间和资金的严重浪费。1968年,在底特律的美国通用汽车公司(GM公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本,缩短新产品的开发周期,提出了研制新型逻辑顺序控制装置,并提出了该装置的研制指标要求,即十项招标技术指标。其主要内容如下n(1)在使用者的工厂里,能以最短中断服务时间,迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。(2)所有系统单元必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。(3)系统的维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器及插入式模块,以便最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行。(4)装置的体积应小于原有继电器控制柜的体积,它的能耗也应较少。(5)必须能与中央数据收集处理系统进行通信,以便监视系统的运行状念和运行情况。(6)输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流15V电压信号。(7)输出的驱动信号必须能驱动以交流运行的电动机起动器和电磁阀线圈,每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有115V、2A以下容量的电磁阀等负载设备。(8)具有灵活的扩展能力。在扩展时,必须能以系统最小的变动及最短的更换和停机时间,使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。(9)在购买和安装费用上,应有与原有继电辑控制系统的竞争力,即有高的性能价格比。(10)用户存储器容量至少在4KB以上。(根据当时的汽车装配过程的要求提出)从上述十项指标可以看出,它实际上就是当今可编程序控制器的最基本的功能。将它们归纳一下其核心为四点(1)用计算机代替继电器控制盘。(2)用程序代替硬件接线。(3)输入输出电平可与外部装置直接连接。(4)结构易于扩展。美国的数字设备公司(DEC)CP标,并在1969年研制出了第一台可编程序控制器(PDP--14)““其后,美国的MODICON公司也推出了084控制器,1971年,日本推出了DSC,8控制器1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功,我国在1974年开始研制可编程序控制器可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求,促进了它们的发展。从控制功能束分,可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。第一阶段,从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期,是可编程序控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算,它的CPU由中小规模的数字集成电路组成,它的控制功能较简单,典型产品有MODICON公司的084ALLEN—BRADLEY(AB)公司的PDQ2、DEC的PDP,14、同立公司的SCY--022等。由于这些产品主要完成逻辑运算功能,因此被称为可编程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController--PLC)。第二阶段,从20世纪70年代中期到末期,是可编程序控制器的扩展阶段,在这一阶段,产品的主要控制功能得到了较大的发展,它的发展主要来自两方面,从可编程序控制器发展而来的控制器,它的主要功能是逻辑运算,同时扩展了其他运算功能而从模拟仪表发展而来的控制器,其功能主要是模拟运算,同时扩展了逻辑运算功能。因此,按习惯的分类方法,前者被称为可编程序逻辑控制器(PLC,后者被称为单回路或多回路控制器。可编程序控制器的名称缩PC(ProgrammableController),但是为了与个人计算机(PersonalComputer)的名称缩写PC相区别,通常还是把可编程序控制器简称为PLC,这一阶段的产品有MODICON公司的184、284、384西门予公司的SomaticS3系列,富士电机公司的SC系列等产品第三阶段,从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期,是PLC通信功能实现阶段。与计算机通信的发展相联系,PLC也在通信方面有了很大的发展,初步形成了分布2式的通信网络体系,但是,由于制造企业各自为政,通信系统自成系统,因此,各产品的互相通信是较困难的。在该阶段,由于生产过程控制的需要,对PLC的需求大大增加,产品的功能也得到了发展,数学运算的功能得到了较大的扩充,产品的可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SYMATICS6系列、富士电机公司的MICREX和德州仪器公司的T1530等等。第四阶段,从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。由于开放系统的提出,使PLC也得到了较大的发展。主要表现在通信系统的开放,使各制造企业的产品可以通信,通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段,产品的规模增大,功能不断完善,大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能,产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便,此外,还采用了标准的软件系统,增加了高级编程语占等。这一阶段的产品有西门子公司的SYMA7ICS5和s7系列、AB公司的PLC一5等。2.2PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点。可靠性对可以维修的产品,可靠性包括产品的有效性和可维修性,PLC的可靠性高表现在下列几方面,与继电器逻辑控制系统比较,PLC可靠性提高的主要原因:①PLC不需要大量的活动部件和电子元器件,它的接线也大大减少。与此同时,系统的维修简单、维修时间缩短,因此可靠性得到提高。②PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计,例如冗余设计、掉电保护、故障渗断和信息保护及恢复等,使可靠性得到提高。③PLC有较强的易操作性,它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点,因此对操作和维修人员的技能要求降低,容易学习和掌握,不容易发生操作的失误,可靠性高。2.3PLC的工作原理图2.3扫描过程2.3.1可编程控制器的工作原理可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的,它的梯形图程序与继电器系统电路图相似,梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称,如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”,与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。可编程序控制器有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。在运行状态,可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行,直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外,在每次循环过程中,可编程序控制器还要完成,内部处理、通信处理等工作,一次循环可分为5个阶段(见左上图)。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高,从外部输入-输出关系来看处理过程似乎是同时完成的。在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常,将监控定时器复位,以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止(STOP)状态时,只执行以上的操作。可编程序控制器处于(RUN)状态时,还要完成另外3个阶段的操作(见右图),图中仅画出了与用户程序执行过程有关的3个阶段。2.3.2扫描周期可编程序控制器在RUN工作状态时,执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期,其典型值为1~100ms。指令执行所需的时间与用户程序的长短、指令的种类和CPU执行指令的速度有很大的关系。当用户程序较长时,指执行时间在扫描周期中占相当大的比例。不过严格地来说扫描周期还包括自诊断、通信等。如下图所示。图2.3.2PLC的扫描运行方式2.4PLC的体系结构PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机,其硬件结构和微机是基本一致的。图2.4-1西门子PLC它的硬件结构与一般微机控制系统相似,甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)、存储器(RAM和EPROM)、输入/输出模块(简称I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。如下图所示:图2.4-2PLC硬件的基本结构1.CPU模块CPU模块又叫中央处理单元或控制器,它主要由微机处理器(CPU)和存储器组成。CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作,每一次扫描要完成以下工作:输入处理:将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。程序执行:逐条读入和解释用户程序,产生相应的控制信号去控制有关的电路,完成数据的存取、传送和处理工作,并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。输出处理:将输出映像寄存器的内容送给输出模块,去控制外部负载。2.I/O模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚,是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类,一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号,另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器,可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。CPU模块的工作电压一般是5V,而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高如直流24V和交流220V。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏,CPU模块中的元器件,或使可编程序控制器不能正常工作,所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传递信号外,还有电平转换与噪声隔离的作用。编程器编程器除了用来输入和编辑程序外,还可以用来监视可编程序控制器运行时梯形图中各种编程元件的工作状态。编程器可以永久地连续在可编程序控制器上,将它取下来后可编程序控制器也可以运行。一般只在程序输入、调试阶段和检修时使用,一台编程器可供多台可编程序控制器公用。开关量I/O模块开关量模块的输入输出信号仅有接通和断开两种状态。电压等级有直流5V,12V,24V,48V和交流110V,220V等。输入输出电压的允许范围很宽,如某交流220V输入模块的允许低电压为0~70V高电压为70~256V,频率47~63HZ。各I/O点的通/断状态用发光二极管或其它元件显示在面板上外部I/O接线一般接在模块的接线端子上,某些模块使用可拆除的插座型端子板,在不拆去端子的外部连线的情况下,可以迅速地更换模。开关量I/O模块可能4,8,16,32,64点。图2.4-3直流输入电路输入电路中设有RC滤波电路,以防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲引起的错误的输入信号。滤波电路延迟时间的典型值10~20ms信号上升沿,和20~50ms,信号下降沿,输入电流约为10mA,上图2.3.1a是某直流输入模块的内部电路和外部接线图。本节的输入电路和输出电路都只画出了一,COM是各路的公共点。图中的输入触点直接接在公共点和输入端,400是梯形图中输入继电器的编号,之间,不需要外接电源。有的可编程序控制器还可以为接近开关、光电开关之类的传感器提供24V电源。外接触点接通时,光电耦合器中的发光二极管发光,光敏三极管导通,信号经内部电路传送给CPU模块。光电耦合器中有两个反并联的发光二极管,显示用的两个发光二极管也是反并联的,因此这个电路可以接收外部的交流输入电压。输出模块输出模块的功率放大元件有大功率晶体管和磁效应管(驱动直流负载)、双向可控硅(驱动内交流负载)和小型继电器,后者可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.5~2A,负载电源由外部现场提供。输出电流的额定值与负载的性质有关但是只能驱动100VA/22V的电感性负载和100W的白炽灯。额定负载电流还与温度有关,温度升高时额定负载电流减小,有的可编程序控制器提供了有关曲线。输出模块内可能设置有熔断器并在模块面板上用发光二极管显示熔断器的状态。某些新式的模块用非破坏性的电子保护电路代替熔断器。2.5PLC控制程序设计可编程序逻辑控制器(PLC)PLC采用8为或16位微处理器为核心,配置有可编程序内存对指令存储,具备逻辑、顺序、计数、计时、算术运算、数据比较、数据传送等功能。工作原理是:采用循环扫描方式,对输入信号(来自按钮、传感器和行程开关等输入部件)不断地进行采样,根据检测到的信号状态,通过根据控制系统的要求设计和存储的程序随即作出反应,并将这些反应以输出信号的形式,由输出部件输出,输出信号控制系统的外部负载,如继电器、电动机、指示灯和报警器等,产生相应的动作。通过以上过程完成对轧钢系统的控制。2.5.1PLC控制系统的设计基本原则最大限度的满足被控对象的控制要求。在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单、经济、使用和维护方便。保证控制系统安全可靠。考虑到生产的发展和工艺的改进在选择PLC容量时应适当留有余量。2.5.2PLC提供的编程语言标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言,它有以下特点:A.它是一种图形语言,沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成,左右的竖线称为左右母线。B.梯形图中接点(触点)只有常开和常闭,接点可以是PLC输入点接的开关也可以是PLC内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。C.梯形图中的接点可以任意串、并联,但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载,只能做中间结果供CPU内部使用。D.PLC是按循环扫描事件,沿梯形图先后顺序执行,在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当条件使用。语句表语言,类似于汇编语言。逻辑功能图语言,沿用半导体逻辑框图来表达,一般一个运算,框表示一个功能,左边画输入、右边画输出。
第三章轧钢棒材生产线冷床控制系统的硬件设计部分3.1硬件组成及控制要求3.1.1主电路(软件设计可略去)3.1.2轧钢生产冷床对控制信号的响应要求冷床控制的方式分为手动控制与自动控制。手动状态又有步进与连续。手动步进状态时则有步进按钮,每按一次,冷床移动一步,手动连续状态时冷床则一直运转。自动状态时,等钢完全从跑槽掉到冷床静齿上,制动器开始动作即放松,然后离合器才动作即合,使主电机带动冷床动齿运转,由安装在主传动轴上的接近开关通过PLC来停止离合器即离,离合器停止后制动器开始停止即制动,从而动齿运行一周,钢材往前移动一步。冷床动齿在运转时跑槽拔出无法执行,必需等到冷床动齿完全停止后才能拔出,使钢能正好掉到齿槽中间。3.1.3电气组成步进式冷床结构设计:⑴冷床传动布置结构步进式冷床主要由上料装置、冷床本体、矫直装置等几部分组成。常见的步进式冷床采用动齿条组与静齿条组结构,静齿条组静止固定在支座上,起着在动齿条组运动到低位时承载轧件的任务。动齿条组随着偏心轮的转动而循环升降步进,将轧件从静齿条组上步进式向前移动。偏心轮的转动靠电动机通过长轴带动蜗杆蜗轮减速器转动实现,该步进式冷床在偏心轮传动轴上必须配置平衡摆,以平衡动齿条组的重量。这种步进式冷床由于需要几套蜗杆蜗轮减速器,且需长轴传动,因此工程造价高,零配件加工制造要求高,安装调试难度大。因此,本冷床设计采用的是一种新型步进式冷床结构,如图所示,只需一个圆柱齿轮减速器,不分动齿条、静齿条,两组齿条都要交错运动,无须平衡摆,由两组齿条相互平衡,且带自动矫直功能。冷床偏心轮、曲柄摆装置等需要润滑的部位采用集中间歇供油润滑。图3.1.3-1冷床传动布置结构⑵上料装置如下图所示,上料装置采用悬臂圆锥形辊道,棒材轴向制动后靠自身重力滚到固定齿板上由冷床上的齿条组和齿条组交替运动将轧件步进式移动。图3.1.3-2上料装置⑶冷床升降结构如下图所示,在冷床主传动轴上配置了三套齿条组与齿条组偏心轮升降连杆装置,冷床本体为步进式,分别由两组都要动的齿条组成可移动的床身,冷床有十八套曲柄摆装置。齿条组与齿条组均由曲柄摆上的滚轮支撑,曲柄摆悬挂在销轴上,随着连杆的前后移动,曲柄摆也作前后摆动,从而带着齿条组与齿条组交错升降。齿条升降连杆与曲柄摆采用绞接装置,以保证连杆的前后移动和曲柄摆的前后摆动都能灵活自如。升降连杆采用螺杆与螺纹套连接,以方便安装时的位置和尺寸调整,同时在维修时也便于拆装零件。图3.1.3-3齿条升降曲柄摆装置⑷冷床进退结构如下图所示,在冷床主传动轴上同时配置了四套齿条组偏心轮进退连杆装置,在齿条组上升过程中,进退连杆装置在偏心轮作用下将齿条组前后移动,从而实现齿条组将轧件步进式向前移动。⑸冷床矫直结构如下图所示,在冷床齿条组与齿条组交错升降过程中,由于两组齿条齿形不同,在将轧件交错交接过程中,齿条对轧件有滚动挤压作用,而轧件在高温状态下刚性不大,因而齿条对轧件有矫直作用,在冷床步进过程中实现将轧件自动矫直。图3.1.3-4冷床矫直结构3.2PLC输入、输出的安排
表3.2.输入输出端口地址分配表SB1I0.0电源开KI3I1.1检测离合器是否放松SA1I0.1手动步进SQ1I1.2限位开关1SA2I0.2手动连续KM1Q0.1制动器(制动)SA3I0.3自动状态KM2Q0.2离合器松(动齿动)KSI0.4检测动齿动否信号KM3Q0.3降跑槽挡板KI1I0.5检测静齿上是否有棒材KM4Q0.4电动机KI2I1.0检测制动器是否放松3.2.1输入设备的确定根据冷床生产控制要求,冷床控制方式有三种,手动步进、手动连续以及自动状态。因为我们选择旋转开关SA作为选择控制按钮。在冷床系统工作(主电机动作)之前,应先确定动齿停止运动以及静齿上没有棒材。检测动齿是否运动利用速度检测计KS,当检测到的速度是0r/min说明动齿停动;检测静齿上是否有棒材是利用有无棒材两种情况下压力不同,转换成的电流不同而设置的;制动器与离合器的状态的检测也是利用关紧状态时候与非关紧状态时候外部电路电流的不同而判别的。在手动步进状态时还应考虑到单步运行的状况,当齿条升降连杆到达限位开关SQ1时候,停止运动即完成单步的动作。电源开关(开通、关断电源功能)、旋转开关(选择手动步进、手动连续和自动状态三种状态功能)、动齿动否信号检测设备(以速度检测继电器来检测)、静齿上棒材检测设备(根据静齿承受的压力而设置的检测设备)、制动器制动状态、离合器状态检测设备(以卡紧状态与感应电流大小联系区别检测)、限位开关(在手动步进时候确定滚板是否到达,滚轮是否需要停止动,即单步运行)。3.2.2输出设备的确定根据设计要求,我们设置了四个输出和一个定时器,分别是离合器动作继电器KM2、制动器动作继电器KM1、跑槽动作继电器KM3和电动机动作继电器KM4以及3秒上电延时定时器T37。分别由相应的输入检测设备检测并控制输出继电器上电掉电动作。离合器合上电设备(控制离合器的离与合)、制动器松下电设备(控制制动器制动与松开)、降跑槽挡板设备(控制跑槽挡板的下拉功能),电动机(控制电机上电掉电)。3.2.3PLC机型的选择S7-200有5种CPU模块,CPU的电源规范见图3.2.3-1,各CPU模块的技术指标见图3.2.3-2。CPU的用户存储使用EEPROM,后备电池可使用200天,布尔量运算执行时间为0.22us/指令,内部标志位(M)、顺序控制继电器各有256点,计数器和定时器各有256点;有两点定时中断,最大时间间隔为255ms;有4点外部硬件输入中断。图3.2.3-1CPU电源规范图3.2.3-2S7-200CNCPU技术规范CPU选择:PLC容量的选择除满足控制要求外,还应留有适当的裕量,以做备用。根据经验,在选择存储容量时,一般按实际要求的10%~25%考虑裕量。对于开关控制系统,存储字数为开关量I/O*8。系统设计需要九输入四输出,考虑裕量选择十四输入十输出的CPU224CN。电源模块的选择:(1)对电源的处理电源模块的选择一般只需考虑输出电流,电源模块的额定输出电流必须大于机器模块,I/O模块等消耗电流的总和。选定的电源模块的输出功率必须大于CPU模块,所有I/O模块,各种智能模块等总消耗功率之和,并预留30%的余量。(2)安装布线的注意事项电源往往是干扰进入PLC的主要途径。PLC系统的电源主要有两类:外部电源和内部电源。外部电源用来驱动PLC输出设备(负载)和提供输入信号,又称用户电源。同一台PLC的外部电源可能有多种。外部电源的容量与性能由输出负载和PLC的输入电路决定。图3.2.3-3PLC硬件接线图电磁阀电源CPU模块控制器电源按钮限位开关选择开关输入磨块可编程控制器输出模块编程装置电磁阀电源CPU模块控制器电源按钮限位开关选择开关输入磨块可编程控制器输出模块编程装置图3.2.3-4PLC控制系统示意图由于PLC的I/O电路都具有滤波,隔离等功能,所以外部电源对PLC性能影响不大。因此,对外部电源的要求不高。内部电源是PLC的工作电源,既PLC内部电路的工作电源。它的性能好坏直接影响到PLC的可靠性。因此,为了保证PLC的正常工作,对内部电源有较高的要求。一般PLC的内部电源采用开关式稳压电源或一次侧带低通滤波器的稳压电源。在干扰较强或可靠性要求较高的场合,应该用带屏蔽层的隔离变压器,对PLC系统供电。还可以在隔离变压器二次侧串联LC滤波电路。同时,在安装时因注意以下问题:动力部分,PLC以及I/O电源应分别配线。隔离变压器与PLC和I/O电源之间最好采用双绞线,以控制串模干扰。系统的动力线应该足够粗,以降低大容量设备启动时引起的线路压降。PLC输入电路用外接直流电源时,最好采用稳压电源,以保证正确的输入信号,否则可能会使PLC接收到错误的信号。I/O线与动力线及其他控制线应分开走线,并保持一定距离,尽量不要在同一线槽中布线。
第四章系统软件设计部分4.1系统流程设计图系统开始工作时,启动冷床控制系统。首先系统程序进行初始化,检查动齿是否转动以及静齿上是否有棒材。确定没有后,则棒材挡板降下并且定时三秒钟,当时间到达,升起挡板。在冷床工作方式选择上有三种分别是手动步进手动连续和自动状态。以手动步进为例来说明流程图功能。选择开关打到手动步进后,进入手动步进工作方式。制动器开始松开,退出制动状态并保持松弛。而后制动器检测开关检测制动器是否完全处于松开状态,如果是,则松开离合器。再进行离合器离合状态检测,若是完全松开了离合器,则电动机上电开始动作带动冷床动齿运动。限位开关检测滚轮滑块是否到达,若是到达则立刻合上离合器断开冷床的动力。检测并且确定离合器完全关上时,则开始制动制动器。使电机停止转动,制动冷床。当冷床上有棒材并且再次按下手动步进按钮时,冷床系统开始重复刚才的步进运动。如果静齿上面没有棒材,则降下棒材挡板进行新一轮的棒材下料工作并等待下一次的工作。图4.1系统流程图4.2顺序功能图图4.2系统控制顺序功能图4.3PLC程序当PLC上电时或者检测到静齿上没有棒材且动齿不动时,M0.0变为活动步并且自保持。在静齿上没有棒材以及动齿不动的条件下,按下电源开关,则M0.1变为活动步并且自保持,M0.0变成不活动步。同时挡板控制继电器得电,降下棒材挡板,并且进行降挡板计时。当挡板降下的时间超过定时器所设定的时间时,M1.2变成活动步并且自保持,M0.1变为不活动步。这时冷床可以开始进行工作方式的选取并接着进行相应的工作。当工作方式旋转按钮选择的是手动步进时,M0.2变成活动步并且自保持,M1.2变为不活动步。同时执行松开制动器并保持制动器松开的动作。确认制动器完全松开后,步M0.5变为活动步并且自保持,步M0.2变为不活动步。同时执行松开离合器并保持松开状态的动作。确认离合器完全松开后,步M1.3变为活动步并自保持,步M0.5变为不活动步。同时执行电动机上电动作。使冷床动齿运动。单步运行状态下,当滚板到达限位位置时,冷床完成一步运行。故而应使动齿停止运行。步M0.6变为活动步并自保持,步M1.3变为不活动步。同时执行离合器掉电,扎紧离合器的动作。当离合器完全扎紧后,步M1.4变为活动步并自保持,步M0.6变为不活动步。同时执行扎紧制动器的动作使动齿停止运动。在运动状态选择时候若是将状态选择旋钮调到手动连续,则步M0.3变为活动步并自保持,步M1.2变为不活动步。同时执行松开制动器且保持松开状态的动作。确认制动器完全松开后,步M0.7变为活动步并且自保持,步M0.3变为不活动步。同时执行松开离合器并保持松开状态的动作。在运动状态选择时候若是将状态选择旋钮调到自动状态时,则步M0.4变为活动步并自保持,步M1.2变为不活动步。同时执行松开制动器且保持松开状态的动作。确认制动器完全松开后,步M1.0变为活动步并且自保持,步M0.4变为不活动步。同时执行松开离合器并保持松开状态的动作。在手动连续或者自动状态下,当离合器完全松开时候,步M1.5变为活动步并自保持,步M0.7和步M1.0变为不活动步。同时执行电动机上电冷床动齿运动的动作。当冷床静齿上面没有棒材时,步M1.1变为活动步并自保持,步M1.5变为不活动步。同时执行扎紧离合器的动作。当离合器扎紧时,步M1.6变为活动步并自保持,M1.1变为不活动步。同时执行扎紧制动器的动作。
第五章结论此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来重要的一步。从最初的选题,开题到完成设计。其间,查找资料,老师指导,与同学交流,反复修改,每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。本系统主要以可编程控制器PLC的控制功能,实现了利用可编程控制器对轧钢系统的自动控制的功能,具有接线简单、编程直观、扩展容易等特点。当轧钢生产线的功能增加时,只需增加相应程序以及输出的功能,要改动的地方也较少,在适应性、灵活性、精确性和可靠性方面,都达到了设计要求,表明该设计方案是可行的。通过这次实践,我了解了PLC的用途及工作原理,熟悉了PLC的应用,锻炼了实践能力,培养了自己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识的一次实际检验和巩固,同时也是
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