【文章內(nèi)容簡介】 接口電路，而通信接口則是用來連接與上位機(jī)和編程器的。通常情況下，對于整體式PLC，所有部件都統(tǒng)一安置在機(jī)殼內(nèi)；而對于模塊式PLC而言，各功能部件是獨(dú)立密封裝配的，這樣的被叫做模塊，各個模塊又通過總線連接，安裝在導(dǎo)軌或者機(jī)架上[13,14]。（1）中央處理單元CPU通過輸入設(shè)備讀入外設(shè)當(dāng)前所處的狀態(tài)，經(jīng)過用戶程序去執(zhí)行，執(zhí)行完之后再通過輸出裝置輸出控制信號完成對外設(shè)的控制。（2）輸入/輸出接口輸入/輸出單元統(tǒng)一叫做I/O接口。PLC通過I/O接口能夠查出被控制的對象及其生產(chǎn)過程當(dāng)中的各種實(shí)時參數(shù)，通過這些參數(shù)來作為PLC對被控制對象進(jìn)行各種操作命令的信息依據(jù)。同時PLC又通過I/O接口將處理的結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實(shí)現(xiàn)控制。（3）存儲器存儲器主要的任務(wù)顧名思義就是存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及操作中需要保存的一些重要信息。存儲器一般可以分為動態(tài)PROM，EPROM，EEPROM以及靜態(tài)RAM。（4）編程裝置和編程軟件PLC是以順序執(zhí)行存儲器中的程序來完成其控制功能的。（5）電源部件。 PLC工作原理PLC的工作原理是建立在計算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。CPU以分時操作方式來處理各項任務(wù)，計算機(jī)在每一總線周期內(nèi)只能做一件事情，所以程序的執(zhí)行是按照程序順序依次來完成相應(yīng)各電器的動作，就好像為時間上的順序執(zhí)行一樣。通常來說，PLC的工作方式的特點(diǎn)就是一個不斷實(shí)現(xiàn)內(nèi)容上的循環(huán)的順序掃描工作方式，一次掃描所用的時間被稱之為掃描周期。CPU從程序的首條指令開始，便順序逐一地執(zhí)行用戶程序指令直至程序結(jié)束，最后返回首條指令再次重復(fù)上一輪的掃描工作。PLC工作的整個過程大致分為三個過程：第一個過程為上電處理。機(jī)器完成上電后首先對系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化操作，初始化的操作可分為硬件的初始化，I/O模塊配置的核查，停電保持范圍的設(shè)定等等。第二個過程就是掃描過程了。在掃描工作過程中，首先完成的時輸入處理，接著需要完成的就是與其它外部接口部件的通信處理，然后就得進(jìn)行時鐘和特殊寄存器的刷新。若CPU處在STOP模式下，轉(zhuǎn)而執(zhí)行自診斷審查的操作工作；若CPU處在RUN模式下，需先處理好用戶程序的執(zhí)行和輸出操作，然后去執(zhí)行自診斷審查。最后一個工作過程就是出錯處理。PLC每次的掃描工作，程序都需要執(zhí)行一次自診斷審查工作，從而驗(yàn)證PLC當(dāng)前的工作是否正常。如果發(fā)展異常情況，異常繼電器和CPU面板上的小燈自動接通，從而在特殊寄存器中會顯示出出錯代碼。在出現(xiàn)致命錯誤的情況下，CPU被迫改成STOP模式，此時所有的有的掃描工作就停止了[15]。PLC具體工作過程分為三個階段：輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。 PLC的選型隨著PLC系統(tǒng)的發(fā)展與改進(jìn)，PLC產(chǎn)品的品種越來越多，功能也越來越強(qiáng)大。如今，我國從美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的PLC一系列產(chǎn)的品及國內(nèi)自主研發(fā)出的產(chǎn)品品種已有數(shù)十個系列、近百種類型。根據(jù)PLC的不同類型型號，它的價格、指令系統(tǒng)、存儲容量、性能、編程方法、結(jié)構(gòu)型式也是不一樣的，其適用地方同樣需要具體考慮才做出選擇。對于這個行業(yè)來說，研發(fā)者需要做到PLC的機(jī)型能夠匹配，而這個主要需要考慮到以下三方面的問題：其一，各個模塊能夠相互備留以便以后使用，只有這樣，對于備品備件的采購和管理才能更加便捷；其二，使用方法和功能必須相似，只有這樣才能有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)和PLC整個行業(yè)水平的普遍提升；其三，外部設(shè)備也同樣得通用，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)資源的共享，方便聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通信，再配上上位計算機(jī)后，就可以形成多級分布式的控制系統(tǒng)。故選用西門子S7系列的PLC。SIMATIC S7 系統(tǒng)包括S7200，S7300，S7400。SIMATIC S7200屬于微型PLC，SIMATIC S7300屬于較低性能系列，而SIMATIC S7400屬于高中能系列。針對于本次設(shè)計，該系統(tǒng)屬于小型系統(tǒng)，故選用SIMATIC S7200系列以實(shí)現(xiàn)其功能要求。SIMATIC S7200有5種CPU模塊，分別為：CPU221，CPU222，CPU224，CPU226和CPU226XM。其中CPU221無擴(kuò)展功能，適合用做小點(diǎn)數(shù)的微型控制器。CPU222有擴(kuò)展功能，CPU224有較強(qiáng)的控制功能的控制器，CPU226和CPU226XM適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，我最終選擇了CPU226 CN AC/DC/繼電器，： CPU226模塊的主要技術(shù)參數(shù) 特性 CPU226 CN AC/DC/繼電器 本機(jī)數(shù)字I/O 24入/16出 最大數(shù)字量輸入/輸出 256入/256出 最大模擬量輸入/輸出 32入/32出 擴(kuò)展模塊 7個 數(shù)字量I/O映像區(qū) 256 模擬量I/O映像區(qū) 32AI/32AO 超級電容數(shù)據(jù)后背典型時間 190h 內(nèi)置高數(shù)計數(shù)器 有 高速脈沖輸出 6個（每個30kHZ） 模擬量調(diào)節(jié)電位器 2個8位分辨率 輸入額定電壓 24V DC 輸出額定電壓 24V DC或230V AC 輸出每點(diǎn)最大額定電流 10A 為了滿足不同的控制要求，節(jié)約投資費(fèi)用，還可以選用不同的I/O點(diǎn)數(shù)的數(shù)字量擴(kuò)展模塊。除CPU221外，其他CPU模塊均可配多個擴(kuò)展模塊，連接CPU模塊放在最左側(cè)。擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(cè)模塊相連。 本設(shè)計中，鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)有輸入信號31個，輸出信號18個。其中，外部輸入元件包括：檢測元件、按鈕、輸入、輸出，急停、限位開關(guān)，熱繼電器等；輸出有三個三相異步電機(jī)，一個三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，故障報警器和指示燈等。按照上述配置，故所選I/O點(diǎn)不得低于49點(diǎn)。由于均為數(shù)字量輸入，故所選型號應(yīng)為：SIMATIC S7200 CPU226 CN AC/DC/繼電器和一個數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223 24V DC輸入。其中CPU226的數(shù)字量I/O為24入/16出，EM223為8輸入8輸出點(diǎn)的數(shù)字量輸入模塊[16]。 本設(shè)計根據(jù)I/O的信號數(shù)量，類型及控制要求，同時考慮到維護(hù)和保養(yǎng)，改造和經(jīng)濟(jì)等諸多因素，可編程控制器擬選用SIMATIC S7200 CPU226和一個數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223 24V DC 8輸入/8繼電器輸出。： 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 紅外定尺技術(shù)簡介 為解決本次的火焰自動切割系統(tǒng)的定尺精度問題中我采用的是紅外攝像定尺技術(shù)。所謂的紅外攝像定尺測控系統(tǒng)是利用紅外攝像機(jī)作為傳感器，采用了計算機(jī)控制和圖像掃描措施，通過這個設(shè)計理論不僅能夠提高連鑄坯的定尺精度的測量，而且還較好的控制了切割操作，從而為鋼鐵企業(yè)在連鑄生產(chǎn)向更加節(jié)省鋼材、提高收益的發(fā)展法相提供了一種比較行之有效的技術(shù)方法。在這個系統(tǒng)中，包括有軟件和硬件兩個部分。其中硬件部分包括：工業(yè)控制機(jī)，專用機(jī)柜，紅外攝像機(jī)，穩(wěn)壓電源以及屏蔽控制線等設(shè)備。而軟件部分包括：紅外攝像連鑄坯定尺測控系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)庫查詢和動態(tài)存儲軟件，WinCC（與PLC或上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)時需要），XP或Vista操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)處理和通訊傳輸軟件。 紅外攝像機(jī)定尺測量的工作原理：紅外攝像定尺系統(tǒng)是通過攝像機(jī)作為傳感器，以圖像處理技術(shù)為主要依據(jù)進(jìn)行測量，完成切割控制操作。： 紅外攝像定尺系統(tǒng)結(jié)框圖 紅外攝像機(jī)是安裝在現(xiàn)場的特定地方，需在現(xiàn)場先標(biāo)定掃描初始位置，然后根據(jù)相關(guān)的工藝要求標(biāo)定切割長度的最終地方，此切割的長度是由攝像機(jī)掃描進(jìn)入計算機(jī)的，通過在紅外攝像定尺測控系統(tǒng)的軟件中標(biāo)定出來。當(dāng)鑄坯到達(dá)攝像視場內(nèi)時，紅外攝像測控系統(tǒng)由于使用了高分辨率的攝像機(jī)以及特定圖像掃描模塊，依據(jù)鑄坯的光譜特性，整個系統(tǒng)使用了基于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別算法，在掃描的圖像中搜集鑄坯的加工信息，隨著坯頭一起運(yùn)動。當(dāng)達(dá)到鑄坯運(yùn)動到切割長度位置時，紅外攝像定尺系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)信號通過I/O控制卡命令切割機(jī)來控制切割系統(tǒng)動作。當(dāng)切割完畢后，自動切割系統(tǒng)的火焰切割機(jī)會重新自動回到初始位置，等待下一次的切割信號的發(fā)出。紅外攝像機(jī)具有固定的視場范圍，它以20幀左右每秒的速度采集視場范圍內(nèi)的圖像信息，將掃描到的圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的處理：首先將掃描到的圖像信息化為768 576的點(diǎn)陣圖像，每點(diǎn)相當(dāng)于一個像素，每一個像素就相當(dāng)于現(xiàn)場的一塊小空間，具體數(shù)值可通過比例來調(diào)節(jié)。鑄坯頭就是下圖視場中的P點(diǎn)時，在這里，鑄坯有一個設(shè)定的切割長度L。所以只要通過準(zhǔn)確識別鑄坯的頭和尾，并提取出位置信息像素點(diǎn)和與之相對應(yīng)的實(shí)際位置)，就可以實(shí)現(xiàn)鑄坯定尺精度的控制與切割[17]。： 圖像采集與數(shù)字化 鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)PLC的I/O接線圖設(shè)計（見附錄A） 鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計 鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)電氣元件包括4臺電動機(jī)，5個接觸器，5個熔斷器，4個熱繼電器，4個自動空氣斷路器。該電氣系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）采用熔斷器，實(shí)現(xiàn)了短路保護(hù)，防止電動機(jī)突然流過短路電流而引起電動機(jī)繞組及機(jī)械上的嚴(yán)重?fù)p害；（2）采用自動空氣斷路器，不僅能實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，還可以實(shí)現(xiàn)長期過載保護(hù)、失壓保護(hù)；（3）采用熱繼電器，對電機(jī)進(jìn)行長期過載保護(hù)。 電氣圖中共用了5個接觸器，控制四臺電動機(jī)的轉(zhuǎn)動與停止。其中要求割炬電機(jī)能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，輥道電機(jī)可以正轉(zhuǎn)。圖中由接觸器KM1控制割炬電機(jī)的正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)，接觸器KM5控制割炬電機(jī)的反轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)；接觸器KMKMKM4分別控制3道電機(jī)的正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)。： 電氣原理圖5 鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)軟件設(shè)計 鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)控制要求 系統(tǒng)自動控制要求 按下啟動按鈕，啟動指示燈亮，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“自動”位，自動指示燈亮，定尺系統(tǒng)發(fā)出定尺信號，夾緊缸電磁閥得電，夾緊鋼坯，切割車與鋼坯同步向前；延時2S后，預(yù)熱乙炔電磁閥得電，開啟預(yù)熱乙炔；延時2S后，預(yù)熱氧電磁閥得電，開啟預(yù)熱氧；延時4S后，切割氧電磁閥得電，切割炬電機(jī)正轉(zhuǎn)，切割炬車開啟，開始切割；到達(dá)割炬切割完畢限位后，接下來動作其一是：3輥道電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，30秒后，2輥道電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，再過4S后，3輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。其二：切割氧電磁閥失電，關(guān)閉切割氧；延時2S，預(yù)熱氧電磁閥失電，預(yù)熱氧關(guān)閉；延時2S，預(yù)熱乙炔電磁閥失電，預(yù)熱乙炔關(guān)