【文章內(nèi)容簡介】 每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。PLC的掃描全過程如圖22所示。（1）輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。（2）程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。（3）輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 PLC的掃描全過程 PLC的硬件組成PLC的硬件主要由中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴(kuò)展接口、電源等幾部分組成。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備。 PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡單的表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對(duì)硬件和軟件做一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（）。但是PLC也有它自己的特點(diǎn)，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 PLC工作原理圖 PLC的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。編程方便，易于使用PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。功能完善PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。體積小，維護(hù)操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號(hào)的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)?？蓪?shí)現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運(yùn)動(dòng)控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要[11]。 PLC的構(gòu)成及選型從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 進(jìn)行PLC選型時(shí)，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：I/O點(diǎn)數(shù)問題當(dāng)控制對(duì)象I/O點(diǎn)在60點(diǎn)之內(nèi)，I/O點(diǎn)數(shù)比為3:2時(shí)選用整體式(小型)PLC較為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)控制對(duì)象I/O點(diǎn)在100300點(diǎn)左右，選用中小型模塊式的較為合理。當(dāng)控制對(duì)象I/O點(diǎn)在500點(diǎn)以上時(shí)就必須選用大型PLC。本次自動(dòng)軋鋼機(jī)I/。 I/O口信號(hào)代碼和數(shù)字量輸入/輸出地址表標(biāo)號(hào)地址功能注釋標(biāo)號(hào)地址功能注釋SB1潤滑啟動(dòng)KA1上料變頻器啟停控制SB2潤滑停止KA2軋滾變頻器啟?？刂芐B3冷卻啟動(dòng)KA3出料變頻器啟?？刂芐B4冷卻停止KM1潤滑泵SB5液壓啟動(dòng)KM2冷卻泵SB6液壓停止KM3液壓電機(jī)FR電機(jī)故障YV1上料液壓缸VFE變頻故障YV2軋滾壓力缸SB7軋鋼啟動(dòng)HL1系統(tǒng)運(yùn)行指示SB8軋鋼停止HL2系統(tǒng)故障指示　　　　　　　　　　　　　　　SB9系統(tǒng)緊急停止　　　SLSPAIW0上料傳送帶速度檢測SLVFAQW0上料變頻器頻率控制ZGSPAIW2軋鋼滾速度檢測ZGVFAQW2軋滾變頻器頻率控制CLSPAIW4出料傳送帶速度檢測CLVFAQW8出料變頻器頻率控制ZGYLAIW6軋鋼滾壓力檢測　　　在本次設(shè)計(jì)中HMI接口輸入如下表所示： HMI接口輸入XTSPVW1000HMI速度設(shè)置XTPAVW1002HMI壓力設(shè)置聯(lián)網(wǎng)通信問題 聯(lián)網(wǎng)通訊是影響PLC選型的重要因素之一，多數(shù)小型機(jī)提供較簡單的RS232通訊口，少數(shù)小型PLC沒有通訊功能。而大型PLC一般都有各種標(biāo)準(zhǔn)的通信模塊可供選擇。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間問題系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間也是影響PLC選型的重要因素之一。一般而言，小型PLC掃描時(shí)間為1020ms/kb。中型PLC掃描時(shí)間在10ms/kb以下。大型PLC掃描時(shí)間在1 ms/kb以下，而系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間約為2倍的掃描周期。 程序存貯器問題 在PLC選型過程中，PLC內(nèi)存容量、型式也是必須考慮的重要因素。通常的計(jì)算方法是：I/O點(diǎn)數(shù)8(開關(guān)量)+100模擬量通道數(shù)(模擬量)+120(1+采樣點(diǎn)數(shù) )(多路采樣控制)。進(jìn)行PLC選型時(shí)，不要盲目地追求過高的性能指標(biāo)。另外，I/O點(diǎn)數(shù)，存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實(shí)際工作中的調(diào)整。確定PLC的型號(hào)以后，就必須對(duì)各種模塊進(jìn)行選型，開關(guān)量模塊的選型主要涉及到如下幾個(gè)問題:外部接線方式問題I/O模塊一般分為獨(dú)立式、分組式和匯點(diǎn)式。通常，獨(dú)立式的點(diǎn)均價(jià)格較高，如果實(shí)際系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號(hào)之間不需隔離可考慮選擇后兩種。點(diǎn)數(shù)問題前面所說，點(diǎn)數(shù)是影響PLC選型的重要因素，同樣在進(jìn)行I/O模塊的選型時(shí)也必須根據(jù)具體點(diǎn)數(shù)的多少選擇恰當(dāng)?shù)腎/O模塊。一般而言，點(diǎn)數(shù)多的點(diǎn)均價(jià)就低。開關(guān)量輸入模塊通常的開關(guān)量輸入模塊類型有有源輸入、無源輸入、光電接近傳感器等輸入。進(jìn)行開關(guān)量輸入模塊的選型時(shí)必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中的要求綜合考慮。 開關(guān)量輸出模塊通常的開關(guān)量輸出模塊類型有繼電器輸出、可控硅輸出和晶體管輸出。在開關(guān)量輸出模塊的選型過程中，必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行要求及要求輸出的電壓等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的選型[12]。 本設(shè)計(jì)選擇了Siemens的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7200，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。其模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得S7200成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。S7200系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/O擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。SIMATIC S7200所具備的高電磁兼容性和強(qiáng)抗振動(dòng)，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。此外，S7200系列PLC還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。3 . CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路?！　PU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。CPU選擇CPU224，CPU224的輸入/輸出為14/10。還需另加擴(kuò)展模塊EM231兩個(gè)、EM232兩個(gè)，這樣的配置最為合理。 S7200 PLC CPU的外形模型圖 模擬量輸入擴(kuò)展模塊，共有3種產(chǎn)品。4AI、2路熱電阻輸入和4路熱電偶輸入。其中前者是普通的模擬量模塊，可以用來連接標(biāo)準(zhǔn)的電流和電壓信號(hào)；后兩種是專門為特定的物理量輸入到PLC而設(shè)計(jì)的模塊。熱電偶和熱電阻可以直接連接到模塊上而不需要變送器對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，模塊上具有熱電阻和熱電偶型號(hào)選擇開關(guān)，熱電偶模塊還具有冷端補(bǔ)償功能。 EM231的結(jié)構(gòu)圖 EM232的介紹擴(kuò)展模塊EM232的額定電壓為24V DC，電流0~20mA，還有一些相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，包括功耗為2W，光耦隔離：500V AC每分鐘，尺寸（寬高深）為468062mm，重量為186g。輸出信號(hào)的電壓范圍是177。10V，電流范圍是0~20mA。EM232輸入擴(kuò)展模塊，是只有2個(gè)輸出的模塊。為此次設(shè)計(jì)的輸出提供了便利的條件，擴(kuò)兩個(gè)就增添了四個(gè)輸出，使整個(gè)設(shè)計(jì)完整。 電機(jī)及其專用驅(qū)動(dòng)器選型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用。在生產(chǎn)實(shí)際中，它的使用以達(dá)到的80%以上。本次設(shè)計(jì)均選用此類電動(dòng)機(jī)。它具有體積小、轉(zhuǎn)矩高、振動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)。 開卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)選型開卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)是驅(qū)動(dòng)部分，根據(jù)工藝要求選取交流電機(jī)，其轉(zhuǎn)速可調(diào)控。電機(jī)型號(hào)是YCT1604B的，額定電流是3A，轉(zhuǎn)速是1000r/min。取卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)的選型同開卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)一致，選用電機(jī)型號(hào)是YCT1604B的，額定電流是3A，轉(zhuǎn)速是1000r/min。軋輥電機(jī)是執(zhí)行部分，要求比上一次嚴(yán)格一點(diǎn)，功率較大，因此選用型號(hào)為W5050100A，轉(zhuǎn)速為2940r/min的電機(jī)，額定電流為5A，電機(jī)功率為115kw。AYB100冷卻泵適用于50Hz或60Hz（單相時(shí)電壓220~240V）380~420V任一頻率和任一電壓。可供機(jī)床或其他設(shè)備做循環(huán)冷卻潤滑液之用。冷卻液一般為皂化液、乳化液、蘇打水、輕礦物及無嚴(yán)重腐蝕的其他液體。 泵在額定電壓時(shí)直接起動(dòng)。本次設(shè)計(jì)選用AYB100冷卻泵，其額定電壓為380V，最高揚(yáng)程5m，最大流量100L/m。DRBL60ZZ系列電動(dòng)潤滑泵適用于潤滑點(diǎn)多，分布范圍廣，給油頻率高的干油集中潤滑系統(tǒng)。通過雙線分配器向潤滑部位供送潤滑脂，滿足軋鋼機(jī)機(jī)器設(shè)備的潤滑需求。 該系列電動(dòng)潤滑泵采用雙柱塞機(jī)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，減速機(jī)構(gòu)置于泵體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，配以相應(yīng)的電控箱可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這次選用的電機(jī)型號(hào)是A027124，轉(zhuǎn)速為100r/min，額定電流2A。根據(jù)電機(jī)及泵的選擇。 軋鋼電機(jī)的接線圖 低壓電器選型 按鈕的選型 按鈕是一種人工控制的主令電器。主要用來發(fā)布操作命令，接通或開斷控制電路，控制機(jī)械與電氣設(shè)備的運(yùn)行。按鈕的工作原理很簡單，對(duì)于常開觸頭,在按鈕未被按下前,電路是斷開的,