【正文】 電氣控制與 PLC 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院， 2020年 3 月 。同時(shí)感謝所有關(guān) 心幫助過我的同學(xué)、老師和學(xué)校。此外，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘我的工作精神值得我去學(xué)習(xí)。 首先感謝我的指導(dǎo)老師 白 老師 。完成了一下的設(shè)計(jì)： 自動(dòng)供料的原理和結(jié)構(gòu)的分析 系統(tǒng)控制方案的確定 框圖和梯形圖的設(shè)計(jì) PLC 類型的選擇 在設(shè)計(jì)分析階段，由于本次是設(shè)計(jì)了 PLC 一個(gè)操作系統(tǒng)，所以對其中的 PLC 的工作分析尤其重要。 WEINVIEW HMI 組態(tài)軟件 EasyBuilder8000（簡稱 EB8000，后同）是臺灣威綸科技公司開發(fā)的新一代人機(jī)界面軟件，適用于本公司 MT8000 和 MT6000 系列所有 型號的產(chǎn)品。 可將 HMI 的配方資料（ RW 或者 RW_A 寄存器數(shù)據(jù)）、歷史故障記錄、采樣資料等保存到 U盤，并可在 EXCEL 電子表格中查看。 支持 U盤擴(kuò)展寄存器（ EM0~EM9）， 輕松實(shí)現(xiàn)斷電保持。 34 如下圖： 圖 單作用彈簧式氣缸 在氣缸的應(yīng)用方面，種類越來越多，型號也越來越多，現(xiàn)在大多數(shù)用的還是日本的 SMC 標(biāo)準(zhǔn)氣缸 ，此設(shè)計(jì)選用的也是日本 SMC 標(biāo)準(zhǔn) CM2 型系列 氣缸 ，SMC 標(biāo)準(zhǔn)氣缸 不僅在使用上可靠方便，既有安全，快速、耐用等優(yōu)點(diǎn)。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車床、磨床等），應(yīng)選用（ 6） 回轉(zhuǎn)氣缸。 （ 4） 緩沖氣缸在開始運(yùn)行前，先把緩沖節(jié)流閥擰在節(jié)流兩較小的位置，然后逐漸開大，直到調(diào)到?jīng)]，滿意的緩沖效果 （ 5） 不使用 滿行程，特別是當(dāng)活塞桿伸出時(shí)，要使用活塞桿與缸蓋相碰。根據(jù)氣缸安裝形式可分為固定式、擺動(dòng)式、嵌入式、回轉(zhuǎn)氣缸四種。氣缸運(yùn)動(dòng)速度一般為 50～ 800 ㎜ /s。 活塞行程 與使用的場合和機(jī)構(gòu)的行程有關(guān)，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。根據(jù)負(fù)載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。在需要隨工作機(jī)構(gòu)連續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)（如車床、磨床等），應(yīng)選用回轉(zhuǎn)氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。 保護(hù)功能： 過載能力為 200%額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 3 秒和 150%額定負(fù)載電流，持續(xù)時(shí)間 60秒； 過電壓、欠電壓保護(hù)； 變頻器、電機(jī)過熱保護(hù)； 接地故障保護(hù)，短路保護(hù)； 閉鎖電機(jī)保護(hù)，防止失速保護(hù)； 采用 PIN編號實(shí)現(xiàn)參數(shù)連鎖 31 圖 西門子 MM440 變頻器 氣缸的選擇 單作用氣缸：活塞只有一側(cè)有壓縮空氣進(jìn)入，即氣缸上只有一個(gè)壓縮空氣的入口，故只有一側(cè)有氣壓推力作用，氣缸的工作行程僅在一個(gè)方向。 主要特征： 200V240V 177。 3. 負(fù)載慣性大的，要同時(shí)選擇制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。多大功率電機(jī)就選多大的功率的變頻器。 目前，變頻器在我國的應(yīng)用范圍以深入 到石油、電力、冶煉、軍工、化工等各種工業(yè)生產(chǎn)及民用行業(yè)中。變頻器調(diào)速時(shí)現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的重 要發(fā)展方向，隨著近幾十年電力電子技術(shù)的不斷完善及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，變頻器各項(xiàng)性能日趨完美，已被不同學(xué)科、不同行業(yè)的工程人員廣泛應(yīng)用，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，推動(dòng)了工藝生產(chǎn)的自動(dòng)化進(jìn)程，是極富吸引力的調(diào)速節(jié)能設(shè)備之一。 綜上所述選取額定電壓為 380V,額定功率為 4KW、額定轉(zhuǎn)速 720min/r 的鼠籠式的三相異步電動(dòng)機(jī)。因此，選用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的原則，應(yīng)該是使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速，盡量采用低轉(zhuǎn)速比的減速裝置。因?yàn)?，在額定力矩下工作時(shí)，電機(jī)是處于最高效率點(diǎn)附近。如：一臺 12V 電機(jī)，在額定力矩下的負(fù)載轉(zhuǎn)速為 5000rpm，當(dāng)把電壓升高到 24V 時(shí)，則負(fù)載轉(zhuǎn)速大約為 10000rpm. 對于同一臺電機(jī)，負(fù)載轉(zhuǎn)速與負(fù)載力矩成反比。對于兩臺尺寸完全相同的電機(jī)來說，由于轉(zhuǎn)速不同，力矩不同，所以輸出功率也不同。電動(dòng)機(jī)的外殼防護(hù)方式有開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式幾種。 25 電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境是由生產(chǎn)機(jī)械的工作環(huán)境決定的。由直流發(fā)電機(jī)供電 的直流電動(dòng)機(jī)額定電壓一般為 110V、 220V 或 440V，其中 220V 為常用電壓等級。 3. 電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇 交流電動(dòng)機(jī)額定電壓的選擇主要以使用場所的供電電網(wǎng)電壓等級為依據(jù)。如果選擇的電動(dòng)機(jī)額定功率 PN合適，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定溫度就等于繞組絕緣材料允許的最高溫度，電動(dòng)機(jī)就能夠達(dá)到正常使用壽命，電動(dòng)機(jī)容量得到了充分的利用。技術(shù)條件包括：電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性是否匹配，調(diào)速和啟動(dòng)性能是否符合要求。 5g；檢測速度最大 可達(dá)： 200ppm。是具有模擬量 I/O 和強(qiáng)大控制能力的新型 CPU。 本設(shè)計(jì)采用 SIEMENS S7224XP 的 PLC。但對模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問題。 3. 根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型 不同的負(fù)載對 PLC 的輸出方式有不同的要求。 /輸出點(diǎn)的選擇 盲目的選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會造成一定的浪費(fèi)。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 PLC系統(tǒng)的其他設(shè)備 PLC 系統(tǒng)的其他設(shè)備 ，基本功能是對信息和數(shù)據(jù)的處理。在 PLC網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，普遍使用的是有線介質(zhì)。 2. 傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)是 網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通道，也是通信中實(shí)際傳送信息的載體。 并行通信的特點(diǎn)是將多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有多少位，就相應(yīng)的有多少根傳輸線，因此并行通信的傳輸速度快。通過對通信技術(shù)的應(yīng)用，可 以實(shí)現(xiàn)在多個(gè)系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送、交和處理。許多 PLC 采用類似 PASCAL 語言的專用語言，系統(tǒng)軟件具有這種專用語言編程的自動(dòng)編譯程序。 (3)邏輯符號圖 ： 采用邏輯符號圖表示控制邏輯時(shí)，首先定義某些邏輯符號的功能和變量函數(shù)，它類似于 “ 與 ” 、 “ 或 ” 、 “ 非 ” 邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程方式。這種編程語言繼承了傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀易讀。表達(dá)方式有多種多樣，不同的 PLC生產(chǎn)廠家，不同的機(jī)種，采用的表達(dá)方式也不相同。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會有運(yùn)算速度更快、存儲容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需 求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。 近期的 PLC（ 80 年代中、后期至今） 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價(jià)格大幅度下跌，使 得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。 這樣，使 PLC得功能大大增強(qiáng)。因此，早期的 PLC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡單易懂，便于安裝，體積 16 小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。并由一臺計(jì)算機(jī)與多臺 PLC組成的分布式控制系統(tǒng)，進(jìn)行“集中管理，分散控制”，建立工廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 PLC 的位置控制典型應(yīng)用有機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械手的位置控制、電梯運(yùn)動(dòng)控制等， PLC 還可以和計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置組成數(shù)控機(jī)床，以數(shù)字控制方式控制零件的加工、金屬的切削等，實(shí)現(xiàn)高精度的加工。 —— 除了數(shù)字量之外， PLC還能控制連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、速度、流量、液位、電壓和電流等均為模擬量。但歸納起來， PLC的 主要應(yīng)用有以下五個(gè)方面。 PLC的應(yīng)用 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域，最初， PLC 主要用于開關(guān)量的邏輯控制。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控 制。 PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的 PLC 或計(jì)算機(jī)相連。電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的 CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部 。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。它還用來存放 A/0 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。由于 RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用 RAM作用戶程序存儲器的 PLC，都有后備電池 (鏗電池 )保護(hù) RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的 PLC 使用。它主要追求運(yùn)算速度快，它以 4 位為一片。 (2) 單片機(jī)，如 8051等。 (4) PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行， 完成用戶程序中規(guī)定的各種操作 。 CPU 底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過 哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。另外還有獨(dú)立的 1/0 擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。這種模塊式 PLC 的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。整體式 PLC 一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。整體式 PLC 由不同 I/O 點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。 (1).小型 PLC—— I/O 點(diǎn)數(shù) 256 點(diǎn)；單 CPU、 8 位或 16 位處理器、用戶存儲器容量 4K 字以下。有些還可增設(shè)中斷控制、 PID 控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。 功能分類 : 根據(jù) PLC 所具有的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。 7 圖 運(yùn)動(dòng)過程示意圖 8 第二章 可編程控制器基礎(chǔ) PLC 的定義 國際電工委員會 (International Electrical Committee IEC),1987年的第三版對 PLC 作了如下的定義 : PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。為保證傳送帶上有料且不出現(xiàn)堆料及缺料現(xiàn)象本例采用了斷續(xù)加料方式，及啟動(dòng)振動(dòng)器加料時(shí)間T3再停止振動(dòng)器停止加料時(shí)間 T4，如此循環(huán)，直到累計(jì)加料時(shí)間到達(dá) T2。振動(dòng)是使物料能順利的下落到傳送帶上，不至于卡住。 自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求 近年來， 在玻璃制造行業(yè)中，玻璃全電熔技術(shù)中的人工加料方式逐漸被自動(dòng)加料系統(tǒng)取代。提高自動(dòng)化的水平不僅可 以提高效率、產(chǎn)品的質(zhì)量同時(shí)也能保證工人的人身安全。在今天現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，什么是加料機(jī)呢？顧名思義，加料機(jī)就是專門用于粒料，粉料，片狀料，帶狀等材料的自動(dòng)化，數(shù)控化，精確化的輸送機(jī)器，無論是輕工行業(yè)還是重工業(yè)都不可缺少的設(shè)備。而 制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)增長的主導(dǎo)部門和 經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型 的基礎(chǔ)；作為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要依托，制造業(yè)是我國城鎮(zhèn)就業(yè)的主要渠道和 國際競爭力 的集中體現(xiàn)。 設(shè)計(jì)背景和研究意義 制造業(yè)是 現(xiàn)代文明的支柱之一，其既占有基礎(chǔ)地位，又處于前沿關(guān)鍵 。 文中闡述了基于 PLC 的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并分別介紹了 PLC 的結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)、自動(dòng)加料機(jī)的工藝技術(shù)要求、觸摸屏界面設(shè)計(jì)、硬件的選擇、PLC 模塊 I/O 端口的分配、 PLC 原理圖、程序結(jié)構(gòu)、主電氣圖和系統(tǒng)的功能及保護(hù)。 自動(dòng)加料系 統(tǒng)具有操作簡單、加料均勻、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn) ,因此 ,一些有實(shí)力采用全電熔的玻璃生產(chǎn)廠家已經(jīng)開始使用自動(dòng)加料設(shè)備。 1 焦作大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 ： 基于 PLC的自動(dòng)加料機(jī)控制系統(tǒng) 2 摘要 在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起這愈來愈重要的作用，并且， 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化水平也越來越高。利用可編程控制器 PLC 來控制自動(dòng)加料，本文以 PLC 程序控制的自動(dòng)加料設(shè)備的控制的程序。此設(shè)計(jì)中自動(dòng)加料機(jī)控制體系是采用以 PLC 為核心，結(jié)合觸摸屏等輔助設(shè)備對ＰＬＣ的控制這樣的一套自動(dòng)化設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的，這樣就可以在不購買新設(shè)備的基礎(chǔ)上對