【導(dǎo)讀】生了很大的變化。從原來(lái)的很多工人操作單軋機(jī)生產(chǎn)轉(zhuǎn)變成了現(xiàn)在的鋼材連軋。對(duì)基于西門(mén)子S7-200系列PLC控制的自動(dòng)軋鋼機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了較為細(xì)致的設(shè)計(jì)，

　　

【正文】 系列 PLC 屬于小 型可編程控制器，緊湊到一體化結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)有電源和集成 I/O 接口。其自帶 RS485 通信接口，最多可擴(kuò)展 32 個(gè)模塊，可用于代替 和簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可用于比較復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 S7200 系列 PLC提供 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP、 CPU226 共 5 種不同型號(hào)的 CPU。它們的內(nèi)部芯片基本相同，只是時(shí)間安裝的輸入、輸出及通信接口數(shù)量不同。每種 CPU有交流 220V供電，繼電器輸出和直流 24V供電，晶體管輸出兩種方式。本次設(shè)計(jì)選用 CPU226型號(hào)，共有 24個(gè)輸入點(diǎn)（ ~、 ~、 ~）和 16 個(gè)輸出點(diǎn)（ ~、 ~）。 S7— 200 的擴(kuò)展模塊 S7— 200 提供了各種類(lèi)型不同規(guī)格的擴(kuò)展模塊， S7— 200PLC 的接口模塊有數(shù)字量模塊、模擬量模塊、智能模塊等。 （一）數(shù)字量模塊 S7— 200 主機(jī)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)不能滿(mǎn)足控制的需要時(shí)，可以選配各種數(shù)字量模塊來(lái)擴(kuò)展，數(shù)字量模塊有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和數(shù)字量輸入 /輸出模塊。 數(shù)字量輸入模塊（ EM221） 數(shù)字量輸入模塊的每個(gè)輸入點(diǎn)可接收一個(gè)來(lái)自 用戶(hù)設(shè)備的離散信號(hào)（ ON/OFF），典型的輸入設(shè)備有：按鈕、限位開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)、繼電器等。每個(gè)輸入點(diǎn)與一個(gè)且僅與一個(gè)輸入電路相連，通過(guò)輸入接口電路把現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)信號(hào)變成 CPU能接收的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，數(shù)字量輸入模塊可分為直流輸入模塊和交流輸入模塊，以適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)中輸入信號(hào)電平的多樣性。 （ 1）直流輸入模塊（ EM221） 19 直流輸入模塊（ EM221 8 DC24V）有 8 個(gè)數(shù)字量輸入端子， 8 個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)分成兩組。 1M、 2M 是兩組輸入點(diǎn)內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶(hù)提供一個(gè) DC24V電源。如圖 32101M76542M 圖 直流輸入模塊端子接線(xiàn)圖 （ 2）交流輸入模塊（ EM221） 交流輸入模塊（ EM221 8 AC120V/230V）有八個(gè)分隔式數(shù)字量輸入端子，每個(gè)輸入點(diǎn)都占用兩個(gè)接線(xiàn)端子，它們各自使用 1 個(gè)獨(dú)立的交流電源，這些交流電源可以不同相。如圖 ON ON O 1N 1N 1 2N 2N 2 3N 3N 34N 4 5N 5N 5 6N 6N 6 7N 7N 7 圖 交 流輸入模塊端子接線(xiàn)圖 數(shù)字量輸出模塊（ EM222） 數(shù)字量輸出模塊的每一個(gè)輸出點(diǎn)能控制一個(gè)用戶(hù)的離散型（ ON/OFF）負(fù)載， 20 典型的負(fù)載包括：繼電器線(xiàn)圈、電磁閥線(xiàn)圈、指示燈等。每一個(gè)輸出點(diǎn)與一個(gè)且僅與一個(gè)輸出電路相連，通過(guò)輸出電路把 CPU把運(yùn)算處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種功率開(kāi)關(guān)信號(hào)。由于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需電流是多種多樣的，因而，數(shù)字量輸出模塊分為直流輸出模塊、交流輸出模塊、交直流輸出模塊三種。 （ 1）直流輸出模塊（ EM222） 直流輸出模塊（ EM222 8 DC24V）具有 8 個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，分為兩組， 1L+、2L+分別是兩組輸出點(diǎn) 內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶(hù)提供一個(gè) DC24V電源。直流輸出模塊是晶體管輸出方式，或用場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)。如圖 32101M76542M‘ 圖 直 流輸 出 模塊端子接線(xiàn)圖 （ 2）交流輸出模塊（ EM222） 交流輸出模塊（ EM222 8 AC120/230V ）具有 8 個(gè)分隔式的數(shù)字量輸出點(diǎn)，每個(gè)輸出點(diǎn)占用兩個(gè)接線(xiàn)端子，各自需要一個(gè)獨(dú)立的交流電源，這些交流電源可不同相。如圖 21 ON ON O 1N 1N 1 2N 2N 2 3N 3N 34N 4 5N 5N 5 6N 6N 6 7N 7N 7 3 圖 交 流輸 出 模塊端子接線(xiàn)圖 （ 3）交直流輸出模塊（ EM222） 交直流輸出模塊（ EM222 8繼電器）具有 8 個(gè)輸出點(diǎn)，分為 2 組， 1L、2L 是每組輸出內(nèi)部電路的公共端，每組需用戶(hù)提供一個(gè)外部電源（可以是直流或交流電源）。如圖 32101L76542LM L+ 圖 交直流輸出模塊端子接線(xiàn)圖 數(shù)字量輸入輸出模塊（ EM223） S7— 200PLC 配有數(shù)字量輸入輸出模塊 EM223。在一塊模塊上既有數(shù)字量輸入點(diǎn)又有數(shù)字量輸出點(diǎn)，這種模塊稱(chēng)為組合模塊或輸入輸出模塊。 （ 二）模擬量模塊 工業(yè)控制中除了用數(shù)字量信號(hào)來(lái)控制外，有時(shí)還要用模擬量信號(hào)來(lái)進(jìn)行控 22 制，模擬量模塊有模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊。 模擬量輸入模塊（ EM231） 模擬量輸入模塊就是用來(lái)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 所能接受的數(shù)字信號(hào)的。生產(chǎn)過(guò)程的模擬信號(hào)時(shí)多種多樣的，類(lèi)型和參數(shù)大小也不相同。所以，一般先用現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)變送器把它們變換成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如 4~20mA 的直流電流信號(hào)、1~5V的直流電壓信號(hào)）然后再送人模擬量輸入模塊將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，以便 PLC 的 CPU進(jìn)行處理。 模擬量輸入模塊（ EM231）具有 4 個(gè)模擬量輸入通道，每個(gè)通道占用存儲(chǔ)AI 區(qū)域 2 個(gè)字節(jié)。該模塊模擬量的輸入值為只讀數(shù)據(jù)。電壓輸入范圍：?jiǎn)螛O性0~10V、 0~5V；雙極性 5~+5V、 ~+,電流輸入范圍 0~20mA。模擬量到數(shù)字量的最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為 250us，該模塊需要直流 24V供電，可由 CPU模塊的傳感器電源 DC24V/400mA 供電，也可由用戶(hù)提供外部電源。 EM231 模擬量輸入模塊上有 12 個(gè)端子，每 3 個(gè)為一組，可作為一路模擬量的輸入通道，對(duì)于電壓信號(hào)只用兩個(gè)端子（ A+、 A） ,電流信號(hào)需用 3 個(gè)端子（ RC、 C+、 C）其中RC 與 C+端子短接，對(duì)于未用的輸入通道應(yīng)短接。模塊下部左端 M、 L+兩端應(yīng)接入 DC24V電源。如圖 RA A+ A RB B+ B RC C+ C RD D+ DM L++電流變送器未用的電壓變送器增益 配置24V沒(méi)有使用 圖 模擬量輸入模塊端子接線(xiàn)圖 模擬量輸出模塊（ EM232） 模擬量輸出模塊的作用是把 PLC輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)，以適應(yīng)模擬量控制的要求。 EM232 具有兩個(gè)模擬量輸出通道，每個(gè)輸出通道占用存儲(chǔ)器 AQ 區(qū)域 2 個(gè)字節(jié)。輸出信號(hào)的范圍：電壓輸出為 10~+10V,電流 23 輸出為 0~20Ma,電壓輸出設(shè)置時(shí)間為 10us，電流輸出設(shè)置時(shí)間為 2us。 EM232模塊上有 7 個(gè)端子，左端起的每 4 個(gè)點(diǎn)為一組，作為一路模擬量輸出，共兩組，第一組 V0 端接電壓負(fù)載， I0 端接電流負(fù)載， M0 為公共端。 V I M1 的接法同樣， M、 L+兩端接入 DC24V供電電源。如圖 RA A+ A RB B+ B RC C+ C RD D+ DM L++電流變送器增益 偏 移 配置24VL+ L+ L+電流負(fù)載電壓負(fù)載 圖 模擬量輸出模塊端子接線(xiàn)圖 模擬量輸入輸出模塊（ EM235） EM235 有 4 個(gè)模擬量輸入通道， 1 個(gè)模擬量輸出通道。該模塊的輸入功能同 EM231，技術(shù)參數(shù)基本相 同，輸出功能同 EM232，技術(shù)參數(shù)也基本相同，該模塊需要 DC24V 供電，可由 CPU 模塊的傳感器電源 DC24V/400mA 供電，也可由用戶(hù)提供外部電源。如圖 RA A+ A RB B+ B RC C+ C RD D+ DM L++電流變送器增益 偏移 配置24VL+ L+ L+電流負(fù)載電壓負(fù)載 圖 模擬量輸入輸出模塊端子圖 24 （三）智能模塊 為滿(mǎn)足更加復(fù)雜的控制功能， PLC 還配有多種智能模塊，以適應(yīng)工業(yè)控制的多種需求，常見(jiàn)的智能模塊有 PID 調(diào)節(jié)模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、溫度傳感器模塊等。 25 第 三 章 編程軟件 STEP 基本介紹 S7— 200 可編程序控制器使用 STEP— Micro/WIN32 編程軟件進(jìn)行編程。 STEP— Micro/WIN32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件， 是西門(mén)子公司專(zhuān)門(mén)為 S7—200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的 。 它功能強(qiáng)大，主要為用戶(hù)開(kāi)發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶(hù)程序的執(zhí)行狀態(tài)。 它是西門(mén)子 S7— 200用戶(hù)不可缺少的開(kāi)發(fā)工具 。 STEP7 基本功能及 組成 基本功能 STEP— Micro/WIN32 的基本功能是協(xié)助用戶(hù)完成開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用戶(hù)程序、修改和編輯原有的用戶(hù)程序，編輯過(guò)程中編輯器具有簡(jiǎn)單語(yǔ)法檢查功能。同時(shí)它還有一些工具性的功能，例如用戶(hù)程序的文檔管理和加密等。另外，還可以直接用軟件設(shè)置 PLC 的一些工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。 界面組成 界面一般可分為幾個(gè)區(qū)：菜單條、工具條、引導(dǎo)條、指令樹(shù)、輸出窗口和用戶(hù)窗口。除菜單條外，用戶(hù)可根據(jù)需要決定其它窗口的取舍和樣式的設(shè)置。 STEP7 指令樹(shù) 包括下列基本組件： 用來(lái)提供編程時(shí)用到的所有快捷操作命令和 PLC 指令。 (1)程序塊：由可執(zhí)行的代碼和注釋組成；可執(zhí)行的代碼由 主程序、可選子程序和中斷程序組成。 (2)符號(hào)表：允許程序員用符號(hào)來(lái)代替存儲(chǔ)器的地址，符號(hào)地址便于記憶，使程序更容易理解。 (3)狀態(tài) 圖 ：用來(lái)觀(guān)察程序執(zhí)行時(shí)指定的內(nèi)部變量的狀態(tài)，狀態(tài)表并不下載到 PLC，僅僅是監(jiān)控用戶(hù)程序運(yùn)行情況的一種工具。 (4)數(shù)據(jù)塊：由數(shù)據(jù)（變量存儲(chǔ)器的初始值）和注釋組成。 符號(hào)表：允許程序員用符號(hào)來(lái)代替存儲(chǔ)器的地址，符號(hào)地址便于記憶，使程序更容易理解。 26 (5) 系統(tǒng)快：用來(lái)設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，例如存儲(chǔ)器的斷電保持范圍、 PLC 的輸出狀態(tài)、模擬量與數(shù)字量輸入濾波值等。 (6)交叉引用表：用表 列舉出程序中使用的各操作數(shù)在哪一個(gè)程序塊的哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)，以及使用它們的指令助記符。 (7)項(xiàng)目中各部分的參數(shù)設(shè)置：執(zhí)行菜單命令 “ 工具 ” → “ 選項(xiàng) ” ，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中選擇某一選項(xiàng)卡，可以進(jìn)行有關(guān)的參數(shù)設(shè)置。 編輯器簡(jiǎn)介 (1)梯形圖編輯器 STEP7 的梯形圖編輯器可以像組裝電子布線(xiàn)圖一樣編輯程序，是許多 PLC程序員和維護(hù)人員喜歡選擇的方法。梯形圖編程對(duì)新程序員來(lái)說(shuō)相對(duì)容易，指令表示也容易理解。梯形圖編輯器能在 SIMATIC 和 IEC11313 指令集中使用，并且可以使用語(yǔ)句表編輯器顯示梯形圖編輯器編寫(xiě) 的程序。 (2)語(yǔ)句表編輯器 語(yǔ)句表編輯器是用指令編寫(xiě)程序。因?yàn)槭怯?CPU語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，語(yǔ)句表編輯器還提供了梯形圖編輯器和邏輯模塊圖編輯器沒(méi)有的功能。這種基于正文的概念和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)很相似。 CPU按照程序書(shū)寫(xiě)的順序，從頭到尾執(zhí)行每條指令。語(yǔ)句表對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員最適合。 IEC 指令集不支持語(yǔ)句表語(yǔ)言，只能使用 SIMATIC 指令集?？梢杂谜Z(yǔ)句表編輯器查看或者編輯用 SIMATIC 梯形圖或者功能塊圖編輯器編寫(xiě)的程序，反之則不能。 (3)功能塊圖編輯器 STEP7 的功能塊圖編輯器可以像組裝通用邏輯門(mén)線(xiàn)路一樣進(jìn) 行編程。圖解式邏輯門(mén)線(xiàn)路的表達(dá)對(duì)理解程序流程有益。功能塊圖編輯器能用于 SIMATIC 和IEC11313 指令集。使用可擴(kuò)展的與或框簡(jiǎn)化了繪制復(fù)雜的輸入組合。 在本次設(shè)計(jì)中，采用梯形圖編輯器。 27 第 四 章 設(shè)計(jì)選型 電動(dòng)機(jī)的選型 軋鋼機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)的選擇 對(duì)于軋鋼機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)來(lái)說(shuō)，需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)要求： （ 1）能頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)，能四象限運(yùn)行； （ 2）過(guò)載能力強(qiáng)，能承受沖擊負(fù)荷； （ 3）調(diào)速性能好而且方便； 根據(jù)以上幾點(diǎn)，選擇三相籠型異步電機(jī)，電機(jī)型號(hào)為 Y315M3— 6 額定功率132kW，額定電流 245A，轉(zhuǎn)速 980r/min。 輥道電機(jī)的選擇 輥道電機(jī)是傳動(dòng)部分，選用型號(hào)為 Y100L— 6 功率 ，額定電流 4A，轉(zhuǎn)速 940r/min。 壓下電機(jī)的選擇 壓下電機(jī)用點(diǎn)動(dòng)控制，選用型號(hào)為 Y132M1— 6 功率 4kW，額定電流 ,轉(zhuǎn)速 960r/min。 Y （ YR） □ □ — □ ￣ ￣ ￣ ￣ ￣ 籠型異步 極數(shù) 繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步 機(jī)座號(hào)（ S 短、 M 中、 L 長(zhǎng)） 機(jī)座中心高（ mm） 冷卻泵的選擇 AYB— 100 冷卻泵適用于 50Hz或 60Hz（單相時(shí)電壓 220V~240V） 380~420V任一頻率和任一電壓。可供