【正文】 控制軟件前要深入了解控制要求和主要控制方法以及系統(tǒng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成，必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等方面的情況 . 6） 系統(tǒng)技術(shù)文件的編寫：包括說明書、電氣原理圖、元件明細(xì)表、元件布置圖、機(jī)柜接線圖、維護(hù)手冊、軟件操作手冊、調(diào)試報(bào)告 . 設(shè)計(jì)步驟 1） 深入了解和分析攪拌站的工藝條件和控制要求 .控制要求主要指控制的基本方式、控制指 標(biāo)、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等 . 2） 確定 I/O 設(shè)備 .根據(jù)攪拌站對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定所需的輸入輸出設(shè)備 .常用的輸入設(shè)備有按鈕、行程開關(guān)、選擇開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等 . 3） 選擇合適的 PLC 類型 .根據(jù)已有的 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計(jì)所需要的 I/O 信號的點(diǎn)數(shù)，選擇 PLC類型，包括 PLC 機(jī)型的選擇、容量的選擇、 I/O 模塊的選擇、電源模塊的選擇以及通信模塊的選擇等 . 4） 分配 I/O 點(diǎn)地址 .根據(jù)所選擇的 I/O 模塊和其組態(tài)位置分配 PLC 的 I/O 點(diǎn)地址，編制 I/O點(diǎn) 地址分配表并設(shè)計(jì)輸入端子輸出端子接線圖 .同時可進(jìn)行操作臺的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工 . 5） 設(shè)計(jì) PLC 程序 .按照系統(tǒng)的控制要求和控制流程要求進(jìn)行 PLC 的程序設(shè)計(jì)，其中包括江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 故障的報(bào)警和處理方式等 .由于攪拌站工作環(huán)境因素，本次亦設(shè)計(jì)了維護(hù)工作及斷電保護(hù)，以備保護(hù)攪拌站，提高工作效率 .此設(shè)計(jì)是整個應(yīng)用的核心工作 . 6） PLC程序的下載及調(diào)試 .程序設(shè)計(jì)好后需要通過編程電纜將程序下載到 PLC的 CPU中，然后進(jìn)行軟件測試工作 .由于程序的編寫難免有疏落之處，因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備前一定要進(jìn)行軟件測試 . 7） 整個應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)調(diào) .當(dāng)現(xiàn)場施工完成 ，控制柜接線完畢， PLC 程序調(diào)試通過，可進(jìn)行此操作 .此過程除了正?？刂七^程的調(diào)試，還應(yīng)做故障情況的測試，應(yīng)盡量將可能的情況全部加以測試，確?？刂葡到y(tǒng)的可靠性 . 8） 編寫技術(shù)文件 .技術(shù)文件是用戶的使用、操作和維護(hù)的依據(jù)，也是整個系統(tǒng)檔案保存的重要資料，因此應(yīng)給予重視 . 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟如圖 31 所示 基于 PLC 的攪拌站自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程框圖 PLC 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC 的選型 在滿足控制要求的前提下，選型時應(yīng)選擇最佳的性能 價(jià)格比，具體應(yīng)考慮以下幾點(diǎn) . 1）性能與任務(wù)相適應(yīng) 對于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對控制速度要求不高時，可分析控制要求 確定用戶 I/O 設(shè)備 PLC 硬件系統(tǒng)配置 分配 I/O點(diǎn) 編寫 I/O 地址表 繪制系統(tǒng)流程圖 PLC 軟件設(shè)計(jì) 聯(lián)機(jī)調(diào)試 是否滿 足要求 ？ 編制技術(shù)文章 現(xiàn)場安裝調(diào)試 交付使用 繪制控制原理圖 編制機(jī)柜接線圖 設(shè)計(jì)安裝控制柜 現(xiàn)場施工連線 正確 ？ N Y Y 修改軟件或硬件 N 江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 選用小型的 PLC（如西門子公司 S7200 系列的 PLC 或 OMRON公司的 C系列 P 型機(jī)、 CMP型 PLC）就能滿足要求 .如對小型泵的順序控制、單臺機(jī)械的自動控制等 . 對于控制比較復(fù)雜的中大型控制系統(tǒng)，如閉環(huán)控制、 PID 調(diào)節(jié)、通信聯(lián)網(wǎng)等，可選用中、大型 PLC （ 如 西 門 子 公 司 S7400 系的 PLC 或 OMRON 公司的C200HG/C200HE/C200HX、 CV/CCM1 等 PLC） .當(dāng)系統(tǒng)控制對象分布在不同地區(qū)時， 應(yīng)根據(jù)各部分的具體要求來選擇 PLC 及遠(yuǎn)程 I/O 模塊，組成一個分散控制系統(tǒng)或遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) . 2） PLC 處理速度應(yīng)滿足實(shí)時控制的要求 PLC 工作時，從輸入信號到輸出控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量得變化，一般在 1~2 個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般工業(yè)控制是允許的 .但有些設(shè)備的實(shí)時性要求很高，不允許要較大的滯后時間 .例如： PLC的 I/O 點(diǎn)數(shù)在幾十到幾千點(diǎn)的范圍內(nèi)，這時用戶應(yīng)用程序的長短對系統(tǒng)的響應(yīng)速度會有較大的差別 .滯后時間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動作時間，否則就沒有意義了 .通常為提高 PLC 的處理速度，可以用一下幾種方法： i)選擇 CPU處理速度快的 PLC，使執(zhí)行一條基本指令的時間不超過 . ii)優(yōu)化應(yīng)用軟件，縮短掃描周期 . iii)采用高速響應(yīng)模塊，例如高速計(jì)數(shù)模塊，其影響的時間可以不受 PLC 掃描周期的影響，只取決于硬件的延時 . 3)PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一 PLC的結(jié)構(gòu)可分為整體式和模塊式兩種 .整體式結(jié)構(gòu)是把 PLC 的 I/O 和 PLC 放在同一塊印制電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小，每一 I/O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，適用于工藝過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系 統(tǒng)；模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展， I/O 點(diǎn)數(shù)的增減，輸入與輸出點(diǎn)數(shù)的比例，都比整體式方便靈活 .維修更換模塊 .判斷與處理故障快速方便，適用于工藝過程變換較多，控制要求復(fù)雜的系統(tǒng) . 在使用時，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇 .在一個單位或企業(yè)里，應(yīng)盡量使用同一系列的PLC，這不僅使模塊的通用性好，減少備件量，而且給編程維修帶來極大的方便，也給系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級帶來方便 . 4）在線編程和離線編程的選擇 小型的 PLC 一般使用簡易編程器 .它必須插在 PLC 上才能進(jìn)行編程操作，其特點(diǎn)是編程器與 PLC 共用一個 CPU，在編程器上有一個“運(yùn)行 /監(jiān)控 /編程”選擇開關(guān) .當(dāng)需要編程或修改時，將選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“編程”位置上，這時 PLC 的CPU 不為用戶服務(wù)，只為編程器服務(wù)，這就是“離線編程” .當(dāng)程序編號后再把選擇開關(guān)轉(zhuǎn)到“運(yùn)行”位置， CPU 去執(zhí)行用戶程序，對系統(tǒng)進(jìn)行控制 .簡易的編程器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、攜帶方便，很適合在生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試、修改程序用 . PLC 容量估算 PLC 容量包括兩個方面： I/O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲器的容量 . 1） I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后的調(diào)試及擴(kuò)充，一般加上 10%~15%的備用量 . 2）用戶 存儲器的估算 用戶應(yīng)用程序用多少內(nèi)存與許多因素相關(guān)，如 I/O 點(diǎn)數(shù)、控制基于 PLC 的攪拌站自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等 .因此只能粗略的估算 .根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，沒個 I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存如下： 開關(guān)量輸入：所需存儲器字?jǐn)?shù) =輸入點(diǎn)數(shù) X 10； 開關(guān)量輸出：所需存儲器字?jǐn)?shù) =輸出點(diǎn)數(shù) X 8； 定時器 /計(jì)數(shù)器：所需存儲器字?jǐn)?shù) =定時器 /計(jì)數(shù)器 2； 模擬量：所需存儲器字?jǐn)?shù) =模擬通道數(shù) X 100； 通信接口：所需存儲器字?jǐn)?shù) =接口個數(shù) X 300； 根據(jù)存儲器的總字節(jié)數(shù)再加上一定的備用量 . 作為一般應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式是： 所需存儲容量（ KB） =(1~)x (DIx10+DOx8+AI/AOx100+CPx300)/1024 其中： DI 為開關(guān)量輸入總點(diǎn)數(shù)； DO 為開關(guān)量輸出總點(diǎn)數(shù)； AI/AO 為模擬量 I/O 通道總數(shù)； CP 為通信接口總數(shù) . I/O 模塊的選擇 1）開關(guān)輸入量模塊的選擇 PLC 的輸入模塊用來檢測來自現(xiàn)場（如按鈕、行程開關(guān)、溫控開關(guān)、壓力開關(guān)）的高電平信號，并將其轉(zhuǎn)換為 PLC 的內(nèi)部低電平信號 .按輸入點(diǎn)數(shù)分：常用的有 8 點(diǎn)、 12 點(diǎn)、 16 點(diǎn)、 32 點(diǎn)等 . 按工作電壓分：常用的有 5V， 12V， 24V，交流 110V、 220V等 . i)根據(jù)現(xiàn)場輸入信號與 PLC 輸入模塊的遠(yuǎn)近來選擇電壓的高低 .一般 24V 一下屬于低電壓，其傳輸距離不宜太遠(yuǎn)，如 12V 電壓模塊一般不超過 的電壓模塊比較可靠 . ii)密度大的輸入模塊，如 32 點(diǎn)輸入模塊，能允許接入的點(diǎn)數(shù)取決于輸入電壓和環(huán)境溫度 .一般同時接通的點(diǎn)數(shù)不應(yīng)超過總輸入點(diǎn)數(shù)的 60%. 2）開關(guān)量輸出模塊的選擇 輸出模塊的任務(wù)是將 PLC 內(nèi)部低電平控制信號，轉(zhuǎn)換為外部電平所需的輸出信號，驅(qū)動外部負(fù)載 .輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向晶閘管輸出、晶體管輸出 . i)輸出方式的選擇 .繼電器輸出價(jià)格便宜，使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流能力強(qiáng)，且有隔離作用 .但繼電器有觸點(diǎn)，壽命較短，且響應(yīng)速度較慢，適用于動作不頻繁的交直流負(fù)載 .但驅(qū)動電感性負(fù)載時，最大開關(guān)頻率不得超過 閘管輸出和晶體管輸出都屬于無觸點(diǎn)開關(guān)輸出，適用于通斷頻繁的感性負(fù)載 .感性負(fù)載在斷開瞬間會產(chǎn)生較高的反壓，必須采用措施，如并接阻容吸收電路等 . ii)輸出電流的選擇 .模塊的輸出電流必須大于負(fù)載電流的額定值，如果負(fù)載的電流較大，輸出模塊不能直接驅(qū)動時，應(yīng)增加中間放大環(huán)節(jié) .對于電容性負(fù)載、熱敏電阻 負(fù)載，考慮接通時有沖擊電流，要留有足夠的裕量 . iii)同時接通輸出點(diǎn)數(shù) .在選用輸出模塊時，不但要看一個輸出點(diǎn)的驅(qū)動能力，還要看整個輸出模塊的滿載負(fù)荷能力，即輸出模塊同時接通點(diǎn)數(shù)的總電流不得超過模塊規(guī)定的最大允許電流 . 3）特殊功能的選擇 .除了開關(guān)量信號外，工業(yè)控制中還要對壓力、溫度、液位、流量江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 等過程變量轉(zhuǎn)換為 PLC 可以接受的數(shù)字信號以及將 PLC 內(nèi)的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出 .此外，還有一些特殊的設(shè)備，如步進(jìn)電機(jī)、變速計(jì)數(shù)以及通信聯(lián)網(wǎng)等 .與其他外圍設(shè)備的連接常需要專用的接口模塊，如傳感器模塊、凸輪模塊和 PID 模塊等 .這些模塊有自己的 CPU、存儲器、能在 PLC 的管理和協(xié)調(diào)下獨(dú)立地處理特殊任務(wù)，這樣即完善了 PLC 的功能，又減輕了 PLC 的負(fù)擔(dān)，提高處理速度 . 混凝土攪拌站 PLC 程序設(shè)計(jì) 混凝土攪拌站 PLC 程序設(shè)計(jì)思想 為了使 PLC完成混凝土攪拌站整個生產(chǎn)過程的現(xiàn)場控制功能， PLC需要采集各秤的重量信號及其它傳感器和行程開關(guān)提供的開關(guān)量信號，并對此進(jìn)行處理后，輸出對電磁閥、電動機(jī)等各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號，其具體細(xì)節(jié)如下： 1)骨料斗秤、水泥斗秤、粉煤灰斗秤等由稱重傳感器感應(yīng)的信號分別經(jīng)稱重變送器進(jìn)入 BCD碼，所以需經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，存儲在 PLC的數(shù)據(jù)寄存器中 .把重量數(shù)據(jù)送入上位工控機(jī)，經(jīng)訓(xùn)練補(bǔ)償模塊處理后，再送回 PLC，更新其數(shù)據(jù)寄存器 . 2)由操作人員設(shè)定混凝土配料方案，包括了各種原料的給料量、提前量和允許誤差：當(dāng)原料重量 +提前量．給料量 允許誤差時，秤斗加料；加料停止后， PLC計(jì)算原料重量與給料量之間的實(shí)際誤差；為了提高計(jì)量精度，僅當(dāng)原料重量大于允許誤差時，秤斗卸料 . 3)各秤斗稱量時，當(dāng)重量達(dá)到設(shè)定值的 90％ 以前快速給料，達(dá)到 90％ 以后慢速給料，達(dá)到設(shè)定值時停止 給料 .骨料：計(jì)量開始時，同時打開兩個給料門，當(dāng)重量到達(dá)設(shè)定值的90％ 時，關(guān)閉大開度給料門，僅由小門進(jìn)行加料，直到重量到達(dá)設(shè)定值：水：與骨料類似，區(qū)別在于水由粗稱泵和精稱閥供給：粉料和防凍劑：計(jì)量開始時，螺旋輸送機(jī)以最高速運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)計(jì)量達(dá)到設(shè)定值的 90％ 時，開始精稱，即控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，直到重量達(dá)到設(shè)定值；外加劑：與粉料和防凍劑類似，區(qū)別是液體外加劑用泵供給 . 4)由于秤斗上粘附的原料使稱重產(chǎn)生偏差，所以需要進(jìn)行去皮處理 .去皮時， PLC記下此時的重量，此重量即為基準(zhǔn)零點(diǎn) .在稱量時用總重量減去基準(zhǔn)零點(diǎn)值， 得到的就是原料的準(zhǔn)確重量 . 5)由于加料停止后，從料倉給料口到秤斗之間還滯留一部分原料要落入秤斗中，為了使 配料精度達(dá)到要求，在程序中需考慮這一重量，當(dāng)原料重量達(dá)到停止加 料條件時，由滯留在空中的原料補(bǔ)充提前量差值，即成為提前量一部分，從而達(dá)到精度要求 . 6)由于攪拌站運(yùn)行過程中 ,環(huán)境狀況艱苦所以送料機(jī)及攪拌機(jī)等工作一定次數(shù)后需要進(jìn)行維護(hù) ,以保證工作的順利及可靠 . 7）增加備用電源，滿足 1~2 個循環(huán)的備用電量，以防止突然斷電的物料浪費(fèi)及滿足短暫的少量物料供應(yīng) . 混凝土攪拌站 裝置的工藝流程 攪拌站進(jìn)行 混凝土生產(chǎn)時，首先將骨料分別裝入各自料倉，然后打開石料和砂料的給料閥門分別將骨料投入到秤斗進(jìn)行稱量，秤斗中的骨料不斷增加直到電子秤指示到所要求的重量才控制下料閥門停止投料，然后啟動平皮帶和斜皮帶將骨料卸入集料斗 .在骨料配基于 PLC 的攪拌站自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 料的同時 ,攪拌機(jī)也開始攪拌 ,因?yàn)橥瑫r在利用定時器 進(jìn)行水泥、所需水及外加劑的計(jì)量 .在混凝土所需的各種材料計(jì)量完畢后，控制集料斗和各秤斗開門，以把各種材料裝入攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌 .在攪拌機(jī)運(yùn)行了規(guī)定的時間后，打開攪拌機(jī)的門進(jìn)行卸料 (攪拌站的門先半開，再全開 )，完成混凝土生產(chǎn)的一個循環(huán) . 在石料、砂料的 稱重計(jì)量時，系統(tǒng)用分別控制兩個門進(jìn)行快速粗略和慢速精確的計(jì)量，以減少稱量時間和稱量精度 .同理，對水的計(jì)量亦采用水粗稱閥和水精稱閥進(jìn)行控制，而水泥、粉煤灰和防凍劑等添加劑則由計(jì)量螺旋機(jī)從各自料倉送入各自秤斗進(jìn)行計(jì)量 . 由于整臺設(shè)備生產(chǎn)的連續(xù)性較強(qiáng)，控制系統(tǒng)中，每一個動作的前后時序性都有嚴(yán)格的要求，且到達(dá)某個狀態(tài)時，必須保證與這一狀態(tài)有關(guān)的動作全部完成，才可以進(jìn)入下一個狀態(tài)，因此必須通過設(shè)備上安裝的限位開關(guān)和傳感器對各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 . 系統(tǒng)初始化及主程序設(shè)計(jì) 根據(jù)工作流程的要求 ， PLC 控制程 序執(zhí)行輸出動作