【文章內(nèi)容簡介】 設計 小 車 送料 裝 置 為實現(xiàn) 板料自 動輸 送到下一工位并返回 ,可采用交流 電 通 過帶傳動帶動驅(qū)動軸 ,驅(qū)動 行走 輪來 完成 小 車 往返各機構(gòu)的 運動動 力 來 自 電 機 ,根據(jù)控制的特 點 和 經(jīng)15 濟性 要求 ,用交流 電 機 來實現(xiàn)進 料、小 車 送料、托架下料，采用伺服 電 機控制 擋 料器精確定 長 。 伺服 電機內(nèi) 部的 轉(zhuǎn) 子是永磁 鐵 ， 驅(qū)動 器控制的 U/V/W 三相 電 形成 電 磁 場，轉(zhuǎn)子在此磁 場的作 用下 轉(zhuǎn)動 ，同 時電 機自 帶 的 編碼 器回 饋 信 號給驅(qū)動 器， 驅(qū)動 器根據(jù)回 饋 值與目 標 值 進 行比 較 ， 調(diào) 整 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn)動 的角度。伺服 電 機的精度 決定 于 編碼器的精度（ 線數(shù) ）。 交流伺 服驅(qū)動裝 置在 傳動領 域 的發(fā) 展日新月異。而且永磁交流伺服 電動 機同直流伺服 電動 機比 較 ，主要優(yōu) 點 有： 1） 無電 刷和 換 向器，因此工作可靠， 對維護 和保 養(yǎng) 要求低。 2）定子 繞組 散 熱 比 較 方便。 3） 慣 量小，易于提高系 統(tǒng) 的快速性。 4） 適應 于高速大力矩工作 狀態(tài) 。 伺服的 額 定速度比一般異步 電 機高的多，并且可以控制 轉(zhuǎn) 速和位移，而一般的 變頻 器只 側(cè) 重于 轉(zhuǎn) 速控制，適用于 開環(huán)調(diào)速 ，而伺服可以做到精確定位，速度環(huán) 控 制響應 比 變頻 器加外 圍 速度控制更直接， 動態(tài)響應 好。 為了實現(xiàn)對 交流 電 機的控制，采用 圖 34 所示 主電 路 ,控制 對 象 為 4 臺 電 機和一 個 蜂 鳴 器。 KM1~KM7 為 接觸器， KM1 是 緊 急停止接觸器 ,KM2 控制蜂 鳴 器 ,KM3~KM7分 別 控制送料、 壓塊 、剪切和小 車電 機。 FR1~FR5 都采用 熱 敏 電阻 作 為測 量 組 件的 熱繼電 器 ,FR FR3 的 設 定值取送料和剪切 電 機上限 溫 度的 95%,當 到 達此溫 度 時進 行 閃光報 警。 該 控制系 統(tǒng) 需要完成 對工 作機構(gòu)的控制情 況 如下： 1） 進 料控制 ,執(zhí) 行器件 為進 料 電 機 ,通 過對進 料 電 機的起?？刂?,實現(xiàn)進給 機構(gòu) 輸送板料，停止 輸 送板料的控制。 2）刀具剪切控制 ,執(zhí) 行器件 為電 磁離合器和 電 磁制 動 器。通 過 控制 主電 機 傳動 路線 中的 電 磁離合器 ,控制 傳動 機構(gòu) 帶動 刀具完成向下剪切板料 ,撤回利 用彈 簧完成。 為 了防止 慣 性造成 連續(xù) 剪切需要控制制 動 器剪切一次制 動 一次。 3） 小 車 往返 運動 及停止控制 ,執(zhí) 行器件 為 小 車電 機 ,通 過 控制小 車電 機的起、停、正反 轉(zhuǎn) ,控制送料小 車 在剪板機與下一工位往返送料。 16 3MFU13MFU23MFU33MFU4KM3 KM4 KM5 KM6 KM7L2 L3L1KM1KM2 FU5FR2 FR3 FR4 FR5FR1送料電機 壓塊電機 剪切電機 小車電機變壓 圖 34 控制系 統(tǒng) 的 主電 路 圖 其中 ,1） 執(zhí) 行機構(gòu)都可采用光 電 、 開關 量控制。由于可 編 程控制器是低 壓 直流 輸 出 ,所以 ,我們 使用中 間繼電 器作 為 控制 器輸 出的第 1級執(zhí) 行機構(gòu) ,通 過繼電 器的觸 電 控制大功率接觸器的通 斷 ,從 而控制交流 電 機的起、停。 執(zhí) 行機構(gòu)中的 電 磁離合器、制 動 器需要采 用專用輸 出 驅(qū)動 控制 電 路。 系 統(tǒng) 原 來 采用 繼電 器 — 接觸器控制 ,但控制系 統(tǒng)較 復 雜 ,大量 的硬件接 線 使系統(tǒng) 可靠性降低 , 也 間 接降低了 設備 的工作效率。采用可 編 程控制器 較 好地解 決 了 這 一 問題 , 它 不僅減 少了系 統(tǒng) 的硬件接 線 , 提高了工作可靠性 , 而且在加 工工藝 改 變時 , 只需修改程序 , 就可 適應 新的加工要求 , 大大提高了工作效率。 PLC控制器的 選擇 PLC的發(fā)展歷程 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。 1968年美國 GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路17 和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱 Programmable Controller（ PC）。 個人計算機（簡稱 PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為 Programmable Logic Controller（ PLC），現(xiàn)在，仍常常將 PLC簡稱 PC。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（ IEC）對 PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的 電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀 80年代至 90年代中期，是 PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期， PLC在處理模擬量 的 能力、數(shù)字運算 的 能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高， PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代 了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的 DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。 PLC的分類 PLC的構(gòu)成從結(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、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU的構(gòu)成 CPU是 PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC至少有一個 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，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誤等。 進入運行后，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)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 18 CPU主要由運算器 、 控制器、寄存器及實現(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、總線接口及有關電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC不可缺少的組成單元。 存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)。 PLC常用的存儲類型有RAM 、 ROM、 EPROM、 EEPROM 在此 設計 中，采用 德國西門子 公司生 產(chǎn) 的 S7200系列 PLC系 統(tǒng) 作 為 主機。 德國西門子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛， 德國西門子公司 S7系列 PLC是可 編 程控制器市 場 上的領軍者，它具有豐富的指令系 統(tǒng) 。 在冶金、化工、印 刷生產(chǎn)線等領域都有應用。西門子（ SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括 LOGO， S7200， S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡， HMI人機界面，工業(yè)軟件等。 西門子 S7系列 PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡通信能力，功能更強，可靠性更高。 S7系列 PLC產(chǎn)品可分為微型 PLC（如 S7200），小規(guī)模性能要求的 PLC（如 S7300）和中、高性能要求的 PLC（如 S7400）等。 1． SIMATIC S7200 PLC S7200 PLC是超小型化的 PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測 及控制等。 S7200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。 S7200PLC可提供 4個不同的基本型號與 8種 CPU可供選擇使用。 2． SIMATIC S7300 PLC S7300是模塊化小型 PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與 S7200 PLC比較， S7300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（ ~ ）的指令運算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復雜的算術(shù)運算；一個帶標準用戶接口的軟件工具方便用 戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務已經(jīng)集成在 S7300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。 SIMATIC人機界面（ HMI）從 S7300中取得數(shù)據(jù)， S7300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。 S7300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復制和修改； S7300 PLC設有操作方式選擇開關，19 操作方式選擇開關像鑰匙一樣可以拔出， 當鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能， S7300 PLC可通過編程軟件 Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接 ASI總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（ MPI）集成在 CPU中，用于同時連接編程器、 PC機、人機界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。 3． SIMATIC S7400 PLC S7400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。 S7400 PLC采用模塊化無風扇的設計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的 CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當?shù)卦黾右恍┠０?，便能使系統(tǒng)升級和充分滿足需要。 4． 工業(yè)通訊網(wǎng)絡 通訊網(wǎng)絡是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊， “SIMATIC NET” 是全部網(wǎng)絡系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同 的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標準的接口并且相互之間完全兼容。 5． 人機界面（ HMI）硬件 HMI硬件配合 PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本操作面板 TD200（可顯示中文）， OP3， OP7， OP17等；圖形 /文本操作面板 OP27， OP37等，觸摸屏操作面板 TP7， TP27/37， TP170A/B等； SIMATIC面板型 PC670等。個人計算機（ PC）也可以作為 HMI硬件使用。 HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如 ProTool）組態(tài)才能配合 PLC使用。 6． SIMATIC S7工業(yè)軟件 西門子的工業(yè)軟件分為三個不同的種類： （ 1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于 PLC或 PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護等控制所需的工具。 STEP 7標準軟件包 SIMATIC S7是用于 S7300/400，C7 PLC和 SIMATIC WinAC基于 PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護的項目管理工具， STEP 7Micro/WIN是在 Windows平臺上運行的 S7200系列 PLC的編程、在線仿真軟件。 20 （ 2）基于 PC的控制軟件 基于 PC的控制系統(tǒng) WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（ PLC）運行用戶的程序，運行在安裝了 Windows 的 SIMATIC工控機或其它任何商用機。 WinAC提供兩種 PLC，一種是軟件 PLC，在用戶計算機上作為視窗任務運行。另一種是插槽 PLC（在用戶計算機上安裝一個 PC卡），它具有硬件 PLC的全部功能。 WinAC與 SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的 SIMATIC編程工具（如 STEP 7），編制的程序既可運行在 WinAC上，也可運行在 S7系列處理器上。 （ 3）人機界面軟件 人機界面軟件為用戶自動化項目提供人機界面（ HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺。人機界面軟件有兩種，一種是應用于機器級的ProTool，另一種是應用于監(jiān)控級的 WinCC。 ProTool適用于大部分 HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標準 PC都可以用集成在 STEP 7中的 ProTool有效地完成組態(tài)。 ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如： OP3， OP7， OP17， TD17等。 ProTool/Pro用于組態(tài)標準 PC和所有西門子 HMI產(chǎn)品， ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運行版也用于 Windows平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。 圖 41 可 編 程控 器 輸 入 /輸 出 電 路的基本 結(jié) 構(gòu) 。 I/O 端子分