【正文】 Y電磁制動器失電 Tg=0?Y NTg? Y NTg YTg=0? N NTg=0?蜂鳴報警 Y N Y張緊裝置停機 結束 圖415 控制方案流程圖1．PLC選型根據(jù)本設計的控制功能要求及其復雜程度，從經(jīng)濟性、可靠性等方面來考慮，選擇西門子S7200系列PLC，CPU為CPU226作為電氣控制系統(tǒng)的控制主機。以下為S7200PLC系列CPU手冊的一部分內容。由于本設計的電氣控制系統(tǒng)中涉及到了張力傳感器的模擬量輸入，所以為S7200選配了EM235模擬量擴展模塊，其有4個輸入口、2個輸出口，點數(shù)較多空閑，方便擴展及升級。該模塊具有較高的分辨率和較強的輸出驅動能力，可滿足控制系統(tǒng)的功能要求。下圖為S7200PLC模擬量輸入模塊的相關手冊內容。電氣元件的訂貨數(shù)據(jù)詳見西門子MM440變頻器手冊。2．PLC的I/O資源配置 1）數(shù)字量輸入數(shù)字輸入量有兩個：；。分配如下表：表格 9輸入設備輸入地址輸送機啟動按鈕SB1輸送機停機按鈕SB2變頻器故障清除按鈕SB3張緊電機轉動方向控制按鈕SB4，0：逆時針方向；1：順時針方向張緊電機慣性停車按鈕SB5,1:停車；0：不起作用張緊電機快速停車按鈕SB6，1：停車；0：不起作用2）數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出有五個：；；3. 張緊電機正轉接觸器；；；；7. 張緊裝置停機信號。分配如下表：表格 10輸出設備輸出地址控制對象PLC→電磁制動器接觸器電磁制動器PLC→電磁離合器接觸器電磁離合器PLC→張緊電機正轉接觸器張緊電機PLC→張緊電機反轉接觸器張緊電機PLC→輸送機電機接觸器輸送機電機PLC報警器PLC張緊裝置停機信號PLC指示燈，指示運行狀態(tài)PLC指示燈，指示變頻器運轉方向PLC指示燈，指示變頻器禁止位的狀態(tài)PLC指示燈，故障指示其中：張緊電機的正、反轉接觸器就是張緊電機接觸器的兩個部分，通過PLC輸出的指令控制該電機的正反轉和停止。 3）模擬量輸入模擬量輸入只有一個：張力傳感器張力值的模擬量輸入。分配如下表：表格 11輸入設備輸入地址張力傳感器AIW0根據(jù)控制系統(tǒng)的功能要求，以及根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出情況，設置張緊裝置控制電路圖，如下圖所示（顯示不清楚，應詳見設計圖紙）：圖 416 控制電路示意圖此控制面板上的按鈕全部為手動控制方式。3．其他資源配置要完成系統(tǒng)的控制功能除了需要PLC主機及其擴展模塊外，還需要接觸器和變頻器等儀器設備。1） 接觸器在該控制系統(tǒng)中，電磁制動器、電磁離合器及張緊電機都不是連續(xù)工作的，而是根據(jù)數(shù)字量控制信號來進行動作的，因此需要PLC根據(jù)張力傳感器的反饋信號來控制這些設備的啟停。共需要三個接觸器： 通過PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁制動器的運行和停止。 通過PLC輸出的指令控制接觸器的斷開和閉合，從而控制電磁離合器的接合及分開。 包括兩個部分，一是正轉接觸器，一是反轉接觸器，通過PLC輸出的指令控制電機的的正反轉和停止，從而配合控制系統(tǒng)及時松帶或緊帶。2）變頻器本控制系統(tǒng)采用的是西門子公司的MM4系列變頻器，該系列變頻器是最常用的、功能較強的一種變頻器，主要應用于各種工業(yè)、冶金、建筑、水利、紡織、交通等領域，性價比比較高。變頻器型號——MM440。一種通用變頻器，能適用于一切傳動系統(tǒng)，采用了現(xiàn)代先進的矢量控制系統(tǒng)，使當負載突然增加時仍能保持控制的穩(wěn)定性。本控制系統(tǒng)的變頻器采用通信控制，所以需要先對變頻器的參數(shù)進行設置，如下表：表格 12參數(shù)號參數(shù)值說明P00032用戶訪問級為擴展級P01000功率用kW表示，頻率為50HzP000521顯示實際頻率P07005COM鏈路的USS設置P10005COM鏈路的USS設置P13002用于可變轉矩負載P20106比特率為9600bit/sP20111USS地址P03001電動機類型，1：異步；2：同步P0304380電動機額定電壓（V）P0305電動機額定電流（A）P031055電動機額定功率（kW）P0311585電動機額定轉速（r/min）P2011的值即為變頻器的地址編號，程序控制當中，對不同地址的變頻器發(fā)送控制命令即可實現(xiàn)對不同變頻器的控制。改變P2011的值即可對變頻器編號。4．MM440變頻器MM440變頻器是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。本系列有多種型號，額定功率范圍從120W到200kW(恒定轉矩CT控制方式)，或者可達250kW(可變轉矩VT控制方式)，供用戶選用。具有缺省的工廠設置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅動裝置。由于具有全面而完善的控制功能，在設置相關參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。既可用于單獨驅動系統(tǒng)，也可集成到“自動化系統(tǒng)”中。MM440變頻器的主要特點：易于安裝、參數(shù)設置和調試；牢固的EMC設計；可由IT電源供電；對控制信號的響應快速和可重復；參數(shù)設置的范圍很廣，確保它可對廣泛的應用對象進行配置；電纜連接簡便；具有多個繼電器輸出；具有多個模擬量輸出（020mA）；6個帶隔離的數(shù)字輸入，并可切換為NPN/PNP接線；2個模擬量輸入可作為第7和第8個數(shù)字輸入；BiCo（二進制互聯(lián)鏈接）技術。MM440的性能特征：矢量控制；V/f控制；快速電流限制功能，避免運行中不必有的跳閘；內置的直流注入制動；復合制動功能改善制動特性；內置的制動單元；加/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能；具有PID控制功能的閉環(huán)控制；各組參數(shù)的設定值可以相互切換；自由功能模塊；動力制動的緩沖功能；定位控制的斜坡下降曲線。MM440的保護特性：過電壓/欠電壓保護；變頻器過熱保護；接地故障保護；短路保護；I2t電動機過熱保護；PTC/KTY電動機保護。下面介紹有關變頻器的安裝方法，如下圖所示（介紹內容均為來自西門子MM440變頻器手冊的截圖），以下介紹的內容只是一小部分，需要詳細資料時應參閱《西門子MM440變頻器手冊》：圖 417 各類型外形尺寸圖 418 外形尺寸為FX的MM440變頻器的安裝孔尺寸圖 419 外形尺寸為GX的MM440變頻器的安裝孔尺寸MM440變頻器前蓋板的結構設計是使控制模版幾乎與前蓋板的開縫在同一個平面上。如果電子控制箱中要安裝的選件不止一個，整個電子控制箱必須對地板重新定位，這樣，門的開縫要再次正確定位。選件的安裝：卸掉電子控制箱的前蓋板卸掉電子控制箱的緊固螺栓在正確的安裝位置用螺栓固定電子控制箱安裝附件的選件重新裝上前蓋板。圖 420 電子控制箱中的選件圖 421 MM440的接線端子圖 422 MM440的接線圖外形尺寸為FX圖 423 MM440的接線圖外形尺寸為GX圖 424 電動機和電源的接線方法圖 425 變頻器的方框圖由于本設計采用的是拋物線V/f控制，所以SDP不適用，所以不對SDP進行介紹。所以本系統(tǒng)的調試都是采用BOP或AOP的方式。詳細資料可見西門子MM440變頻器使用大全手冊。變頻器的外接電阻制動是按線性方式平滑和可控地降低電動機的速度。MM440有多種運行控制方式，即運行中電動機的速度與變頻器的輸出電壓之間可以有多種不同的控制關系。各種控制方式的簡要情況為：線性V/f控制，用于可變轉矩或恒轉矩的負載，參數(shù)值為P1300=0；帶磁通電流控制的線性V/f控制，可用于提高電動機的電動機的效率和改善其動態(tài)響應特性，參數(shù)值為P1300=2；多點V/f控制，參數(shù)值為P1300=3；紡織機械的V/f控制，沒有滑差補償或諧振阻尼，參數(shù)值為P1300=5；用于紡織機械的帶FCC功能的V/f控制，參數(shù)值為P1300=6；MM440的技術使用規(guī)格詳見西門子MM440變頻器手冊。更多詳細內容可以詳見西門子MM440變頻器手冊。5．系統(tǒng)軟件設計前面所做的工作是硬件部分，該部分的設計與控制系統(tǒng)能否實現(xiàn)其預想的功能有很大的關系。在完成硬件設計的基礎上，就可以根據(jù)起重機的控制要求，進行軟件設計。軟件設計采用自上而下的設計方法，需要先設計出控制系統(tǒng)的功能流程圖（前面已給出），根據(jù)具體的控制要求，逐步細化控制框圖，然后完成每個功能模塊的設計，最后進行編譯、調試和修改。1）總體流程設計省略。流程圖前面已給出。2） 自動張緊裝置控制系統(tǒng)的詳細工作過程如下：①按下輸送機啟動按鈕，輸送機未運行，而是先把輸送機啟動信號傳遞給張緊裝置控制系統(tǒng)；②張緊裝置的電磁制動器、電磁離合器、張緊電機依次得電，控制滾筒張緊皮帶，當張力傳感器反饋的張力值已達到設定值（）時，電磁離合器、電磁制動器、張緊電機依次失電，控制系統(tǒng)向輸送機電機發(fā)送一個允許運行信號是輸送機開始運轉，并從此刻開始控制系統(tǒng)延時10s。③張緊裝置控制系統(tǒng)延時10s（輸送機啟動階段時長在10s內）后，張緊裝置的電磁制動器得電，張緊裝置的滾筒依靠輸送機皮帶的張力逆轉達到松帶目的，當張力傳感器反饋的張力值達到設定值（T2）時，張緊裝置的電磁制動器失電制動，使輸送機皮帶保持在穩(wěn)定運行張力值。從此刻開始張緊裝置控制系統(tǒng)實時監(jiān)測張力傳感器反饋的張力值，張力值保持在設定值90%T2～110%T2范圍內為正常。若低于，則張緊裝置控制系統(tǒng)控制滾筒張緊皮帶直到張力傳感器反饋的張力值恢復到T2值；若高于，則張緊裝置控制系統(tǒng)控制滾筒松帶直到張力傳感器反饋的張力值下降到T2值。若張力傳感器反饋的張力值為零，則張緊裝置控制系統(tǒng)蜂鳴報警并停止工作。④當輸送機要停機時，停機同時向張緊裝置控制系統(tǒng)發(fā)送一個停機信號，之后延時10s（輸送機制動時長在10s內），張緊裝置控制系統(tǒng)控制滾筒繼續(xù)松帶直到張力傳感器反饋的張力值降至0，張緊裝置斷電停機。3） 梯形圖設計在實際生產(chǎn)中，大多采用自動過程對系統(tǒng)進行控制，系統(tǒng)通過傳感器的反饋信號來控制設備的啟動、停止以及調速控制。自動控制梯形圖及其對應的語句表如下圖所示：圖 426 梯形圖下面的程序為子程序0圖 427 語句表下圖的程序為子程序04）程序的調試和監(jiān)控在運行STEP 7Micro/WIN32軟件與PLC建立通信并向PLC下載程序后，就能在PLC設備上運行程序，并收集狀態(tài)通過STEP 7Micro/WIN32軟件進行監(jiān)控和調試程序了。講解如下：1．選擇工作方式PLC有運行和停止兩種工作方式。在不同的工作方式下，PLC進行調試的方法不同。點擊工具欄中的“運行”按鈕或“停止”按鈕進入相應的工作方式。在STOP（停止）工作方式中，可以創(chuàng)建和編輯程序，PLC處于半空閑狀態(tài)：停止用戶程序執(zhí)行；執(zhí)行輸入更新；用戶終端條件被禁用。系統(tǒng)將狀態(tài)數(shù)據(jù)傳遞給STEP 7Micro/WIN32，并執(zhí)行所有的“強制”或“取消強制”命令。當PLC位于STOP（停止）工作方式可以進行下列操作：①使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)查看操作數(shù)的當前值（因為程序未被執(zhí)行，這一步驟等同與執(zhí)行“單次讀取”；②可以使用圖狀態(tài)或程序狀態(tài)強制數(shù)值，使用圖狀態(tài)寫入數(shù)值；③寫入或強制輸出；④執(zhí)行有限次掃描，并通過狀態(tài)圖或程序狀態(tài)觀察結果。當PLC位于RUN（運行）工作方式時，不能使用“首次掃描”、“多次掃描”功能?？梢栽跔顟B(tài)圖表中寫入強制數(shù)值，或使用LAD或FBD程序編輯器強制數(shù)值，方法與在STOP（停止）工作方式中強制數(shù)值相同。還可執(zhí)行下列操作：①使用圖狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新，如果希望單次使用更新，圖狀態(tài)必須關閉，才能使用“單次讀取”命令；②使用程序狀態(tài)收集PLC數(shù)據(jù)值的連續(xù)更新；③使用RUN（運行）工作方式中的“程序編輯”工具編輯程序，并將改動下載至PLC。2．狀態(tài)圖顯示（略） 詳見《西門子S7200系列PLC快速入門與實踐》3．執(zhí)行有限次掃描（略） 詳見《西門子S7200系列PLC快速入門與實踐》4．運行監(jiān)控采用梯形圖、語句表和功能塊圖編寫的程序在運行時，利用STEP 7Micro/WIN32軟件可以進行監(jiān)控，觀察程序的執(zhí)行狀態(tài)。監(jiān)控的運行可分為3種方式：狀態(tài)圖監(jiān)控、梯形圖監(jiān)控和語句表監(jiān)控。相關圖示詳見《西門子S7200系列PLC快速入門與實踐》①狀態(tài)圖監(jiān)控啟動狀態(tài)圖標，這樣在程序運行時，就可以監(jiān)視、讀、寫或者強制改變其中的變量。根據(jù)需要可以建立多個狀態(tài)圖表。當使用狀態(tài)圖表時，可將光標移動到需要操作的單元格上，右擊單元格，在彈出的快捷菜單中選擇所需要的操作命令。也可以利用編程軟件中狀態(tài)圖表的工具條，單擊這些命令按鈕，實現(xiàn)順序排序、逆序排序、讀、寫和一些與強制有關的指令。②梯形圖監(jiān)控利用梯形圖編輯器可以監(jiān)視程序在線的狀態(tài)。監(jiān)視時，梯形圖中顯示的所有操作數(shù)的狀態(tài)都是PLC在掃面周期結束時的結果。但是利用STEP 7Micro/WIN32編程軟件進行監(jiān)控時，不是在每個PLC掃描周期都采集I/O的狀態(tài)，因此顯示在屏幕上的數(shù)據(jù)不是實時狀態(tài)值，該軟件是隔幾個掃描周期采集一次狀態(tài)值，然后刷新屏幕上的監(jiān)視狀態(tài)。在大多數(shù)情況下，這并不影響用梯形圖監(jiān)視程序運行