畢業設計-plc控制系統設計—多級皮帶傳輸系統(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在 +10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將 PLC直接連接到交流電網上去。 [3] PLC 的原理 最初研制生產的 PLC 主要用于代替傳統的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但兩者的運行方式是不相同的： (1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 (2)PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出 第 10 頁 線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點 (包括其常開或常閉觸點 )不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 為了消除二者之間由于運行方 式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式 掃描技術。這樣在對于 I/O 響應要求不高的場合， PLC 與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區別了。 掃描技術 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復執行上述三個階段 。 第 n 個 掃 描 周 期用 戶 程 序 執 行輸 出 刷 新輸 入 采 樣第 ( n + 1 ) 個 掃描 周 期輸 出 刷 新輸 入 采 樣第 ( n 1 ) 個 掃描 周 期 圖 掃描周期示意圖 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入 I/O 映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化， I/O 映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入 (2)用戶程序執行階段 在用戶程序執行階段， PLC 總是 按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控 第 11 頁 制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統 RAM 存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。即，在用戶程序執行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區內的狀態和數據不會發生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區或系統 RAM 存儲區內的狀態和數據都有可能發生變化，而 且排在上面的梯形圖，其程序執行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 [4] 一般來說， PLC 的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執行、輸出刷新等所有時間的總和。 上電RUN故障輸入采樣輸出刷新用戶執行程序通訊自診斷 圖 PLC 掃描周期流程圖 PLC 的 I/O 響應時間 為了增強 PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。 為了能實現繼電器控制線路的硬邏輯并行控制， PLC 采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。 第 12 頁 以上兩個主要原因，使得 PLC 得 I/O 響應比一般微型計算機構成的工業控制系統滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長 。 [12] PLC 的特點 可編程控制器的主要特點 有： (1)可靠性高 ： PLC 的 MTBF 一般在 40000～ 50000h 以上，西門子、 ABB、松下等微小型 PLC 可達 10萬 h 以上，而且均有完善的自診斷功 能，判斷故障迅速，便于維護。 (2)模塊化組合靈活 ： 可編程控制器是系列化產品，通常采用模塊結構來完成不同的任務組合。 I/O 從 8～ 8192 點，有多種機型、多種功能模板可靈活組合，結構形式也是多樣的。 (3)功能強 ： PLC 應用微電子技術和微計算機，簡單型式都具有邏輯、定時、計數等順序控制功能。基本 型式再加上模擬 I/O、基本算術運算、通信能力等。復雜型式除了具有基本型式的功能外，還具有擴展的計算能力、多級終端機制、智能 I/O、 PID 調節、過程監視、網絡通信能力、遠程 I/O、多處理器和高速數據處理能力。 (4)編程方便 ： PLC 適用針對工業控制的梯形圖、功能塊圖、指令表和順序功能表圖 (SFC)編程，不需要太多的計算機編程知識。新的編程工作站配有綜合的軟件工具包，并可在任何兼容的個人計算機 上編程。 (5)適應工業環境 ： PLC 的技術條件能在一般高溫、振動、沖擊和粉塵等惡劣環境下工作，能在強電磁干擾環境下可靠工作。這是 PLC 產品的市場生存價值。 (6)安裝、維修簡單 ： 與計算機系統相比， PLC安裝不需要特殊機房和嚴格的屏蔽。使用時只要各種器件連接無誤，系統便可工作，各個模件上設有運行和故障指示裝置， 便于查找故障，大多數模件可以帶電插拔，模件可更換，使用戶可以在最短的時間內查出故障，并排除，最大限度地壓縮故障停機時間，使生產迅速恢復。然后再對故障模件進行修復，這對大規模生產場合尤為適宜。 一些 PLC 外殼由可在不良工作環境下工作的合金組成，結構簡單，上面帶有散 第 13 頁 熱槽，在高溫 下，該外殼不像塑料制品那樣變形，還可抗無線電頻率 (RF 高頻 )電磁干擾、防火等。 (7)運行速度快 ： 隨著微處理器的應用，使 PLC 的運行速度增快，使它更符合處理高速度復雜的控制任務，它與微型計算機之間的差別不是很明顯。 (8)總價 格低 ： PLC 的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所增加，但是各 廠商為了競爭也相應地降低了價格。另外，采用 PLC 還可以大大縮短設計、編程和投產周期，使總價格進一步降低。 PLC 的選型 當某一個控制任務決定由 PLC 來完成后，選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 及外設。 對一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的 I/O 點都找出來，包括開關量 I/O 以及這些 I/O 點的性質。 I/O 點的性質主要指它們是直流信號還是 交流信號，它們的電源電壓，以及輸出是用繼電器還是晶體管或是可控硅型。控制系統輸出點的類型非常關鍵，如果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有直流 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC 的輸出點數有可能大于實際點數。因為 PLC 的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級。所以一旦它們是交流 220V 的負載使用，則直流 24V的負載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出電數的浪費，增加成本。所以要盡可能選擇相同等和種類的負載，比如使用交流 220V 的指示燈等。一般情況下繼電器輸出 的 PLC 使用最多，但對于要求高速輸出的情況，如運動控制時的高速輸出的情況，如運動控制時的高速脈沖輸出，就要使用無觸點的晶體管輸出的 PLC 了。知道這些以后，就可以定下選用多少點和 I/O 是什么類型的 PLC 了。 [2] PLC 主機選定后，如果控制系統需要，則相應的配套模塊也就選定了。如模擬量單元、顯示設定單元、位置控制單元或熱電偶單元等。 PLC 的機型選擇 (1)合理的結構型式 第 14 頁 整體式 PLC 一般用于系統工藝過程較為固定的小型控制系統中；而模塊式PLC 一般用于較復雜系統和環境差（維修量大）的場合。 (2)安裝方式 的選擇 集中式不需要設置驅動遠程 I/O 硬件，系統反應快、成本低。大型系統因為它們的裝置分布范圍廣，經常采用遠程 I/O 式。多臺聯網的分布式適用于多臺設備分別獨立控制，又要相互聯系的場合。 (3)相當的功能要求 (4)響應速度的要求 PLC 的掃描工作方式引起的延遲可達 2~3 個掃描周期。然而對于某些個別場合，選用具有高速度 I/O 處理功能指令的 PLC 和中斷輸入模塊的 PLC 等。 (5)系統可靠性的要求 對于一般 PLC 的可靠性均能滿足，對可靠性要求很高的系統，應考慮是否采用冗余控制系統或熱備用系統。 [1] PLC 的容量選擇 (1)I/O 點數 應該合理選用 PLC 的 I/O 點的數量，在滿足控制要求的前提下力爭適用的I/O 點最少，但必須留有一定的備用量（ 10%~15%）。 (2)用戶存儲容量 I/O 模塊的選擇 (1)開關量輸入模塊的選擇 ① 輸入信號的類型及電壓等級的選擇 ： 常用的開關量輸入模塊的信號類型有三種：直流輸入、交流輸入和交流 /直流輸入。 ② 輸入接線方式選擇 ： 按輸入電路接線方式的不同，開關量輸入模塊可分為匯點式輸入和分組式輸入兩種。 [1] (2)開關量輸出模塊的選擇 ① 輸出方式的選擇 ： 開關量輸出模塊有三中輸出方式 ：繼電器輸出、晶體 第 15 頁 管輸出和晶閘管輸出。 ② 輸出接線方式的選擇 ： PLC 的輸出接線方式不同，一般有分組式輸出和分隔式輸出兩種。 ③ 輸出電流的選擇 電源模塊及其它外設的選擇 (1)電源模塊的選擇 (2)編程器的選擇 SIMATIC S7200 簡介 根據上面部分介紹的 PLC 的選型原則和現有的實驗設備條件，我們選定本設計采用的 PLC 型號為 SIMATIC S7200。下面就此型號 PLC 做一初步的介紹。 SIMATIC S7200 系列 PLC 適用于各行各業，各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。 S7200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價格比。 S7200 系列出色表現在以下幾個方面：極高的可靠性 ； 極豐富的指令集 ； 易于掌握便捷的操作 ； 豐富的內置集成功能 ； 實時特性強勁的通訊能力 ； 豐富的擴展模塊 。 [6] S7200 系列在集散自動化系統中充分發揮其強大功能。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。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設 備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調，電梯控制，運動系統。 S7200系列 PLC 可提供 4 個不同的基本型號的 8 種 CPU 供您使用。 CPU 單元設計集成的 24V 負載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執行器）， CPU 221， 222 具有 180mA 輸出， CPU 224， CPU 226 分別輸出 280， 400mA。可用作負載電源。不同的設備類型 CPU 221~226 各有 2 種類型 CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。本機數字量輸入 /輸出點 CPU 221 具有 6個輸入點和 4 個輸出點， CPU 222 具 有 8 個輸入點和 6個輸出點， CPU 224 具有 14 個輸入點和 10 個輸出點。 CPU 226 具有 24個輸入點和 16 個輸出點。 實驗室提供給我的 CPU 型號是 CPU 224。 本機集成 14輸入 /10 輸出共 24 個