【導(dǎo)讀】隨著自動化控制技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛?？刂葡到y(tǒng)的可靠性直接影響企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。應(yīng)用于卷氈機(jī)電器控制中，給出了PLC的硬件連接以及編程?？刂葡到y(tǒng)的總體設(shè)計方案、設(shè)計過程和系統(tǒng)組成。在硬件電路設(shè)計中，完成PLC選型。在軟件設(shè)計中，給出系統(tǒng)流程圖，并設(shè)計出梯形圖程序。將硬件和軟件有機(jī)結(jié)合。達(dá)到預(yù)期的設(shè)計目的。顯示、故障報警作介紹，在觸摸屏上可實現(xiàn)卷氈機(jī)的全過程操作，使用說明書查閱等。

　　

【正文】 安裝接線圖 ................................ ............. 13 3. 2 A UTOCAD 2021 簡介 ................................ ........... 13 電氣原理圖的繪制 ................................ ............ 13 3 .3 器件的選型 ................................ ................... 1 低壓電器選型的一 般 原則 . 2 低壓電器型號的選擇 ................................ ..... 13 第四章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ................................ .......... 13 4 . 1 可編程邏輯控制器 配置 ................................ ...... 13 PLC 技術(shù)概述 ................................ ........... 13 可 編程邏輯控制器型號的選擇 ............................ 13 人機(jī)界面 配置 ................................ .............. 13 傳感器配置 ................................ ................ 13 4. 3 .1 位移傳感器 ................................ ............ 13 4. 3 .2 形程 開關(guān) ................................ .............. 13 電 源 齊齊哈爾大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 6 的進(jìn)程而 發(fā)生 變化。 在輸 出數(shù)據(jù)及處理階段， 戶程序執(zhí)行完 成后 ，集中把輸出映像存儲區(qū)中的繼電器通 /斷狀態(tài)傳送至輸出狀態(tài)鎖存器，再由輸出驅(qū)動電路，進(jìn)行隔離和功放 去驅(qū)動外部負(fù)載 [9]。 根據(jù) PLC 的掃描工作過程 可以看到 ，掃描周期是 PLC 很重要的指標(biāo)，小型 PLC 的掃描周期一般在 十幾毫秒到幾十毫秒 之間 。從 PLC 外部輸入一個信號 到輸出端對該信號 做出 反應(yīng) ，需要一段時間 間隔 ，這段時間就稱為 PLC 的 時間滯后或響應(yīng)時間 。影響I/O 時間 滯后的主要原因有 : 輸出繼電器的機(jī)械滯后， 輸入濾波的時間常數(shù)，程序設(shè)計不當(dāng)?shù)母郊佑绊?和程 序執(zhí)行的時間 等。毫秒級的掃描時間對于大多數(shù) 工業(yè)設(shè)備來說 是可以接受的， 它們對于 PLC 的響應(yīng)滯后是允許的。 但是對某些 要求 I/O 快速響應(yīng)的設(shè)備，則應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施， 如選用 采用快速響應(yīng)模塊、 高速 CPU、高速計數(shù)模塊 、提高掃描速度以及不同的中斷處理等措施減少 時間 滯后 [10]。對用戶來說，選擇了一個 PLC，合理的編制程序是縮短 時間 響應(yīng) 的關(guān)鍵 所在 。 可編程控制器 型號 選擇 PLC 的選擇一般從基本性能、 通信聯(lián)網(wǎng)和特殊功能 三方面考慮。選擇的基本原則是在滿足 用戶控制要求的前提下力爭最高 的性能價格比，并且 提供良好 的售后服務(wù)和 帶 有一定的先進(jìn)性 。對于水平下調(diào)的控制系統(tǒng)來說，環(huán)境條件一般、工藝卷氈過程固定、 維修量比較小 ，選用整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 比較合適。 PLC 選型時 應(yīng)當(dāng) 具體考慮如下幾個方面要求 : （ 1） 性能和任務(wù)的相適應(yīng) :該系統(tǒng)多數(shù)是開關(guān)量 進(jìn)行 控制的， 而且 對控制的速度要求 不是很高，主要 是 多模式的自動控制 和順序控制 。選用小型的 PLC(如西門子公司輸入端子 輸入濾波及光耦隔離 輸出映像寄存器 輸入映像寄存器 梯形圖用戶執(zhí)行程序 輸出狀態(tài)鎖存器 輸出驅(qū)動電路 輸出端子 輸入緩沖器 掃 描 周 期 輸入采樣階段 程序執(zhí)行 輸出刷新階段 圖 23 PLC 掃描工作過程 齊齊哈爾大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 7 S7200 型機(jī) )就 能 夠滿足工藝要求 。 （ 2） I/0 點(diǎn)的估算 :根據(jù)被控對象的輸入和輸出信號的 點(diǎn)數(shù) 之和 ，并 切考慮到以后 可能出現(xiàn) 的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)加上 10%— 15%的備用量?？紤]因素包 括開關(guān)量輸入 /輸出、模擬量、通訊接口、 定時器 /計數(shù)器數(shù)量等。本系統(tǒng)的主要從開關(guān)量、通信接口 、定時計數(shù)三方面 估算 的 I/O 總 點(diǎn)數(shù)。 （ 3） 用戶的存儲容量的估算 :PLC 的用戶程序存儲器的大小 以步為單位，每一步 只可存儲一條指令。對于僅有開關(guān)量控制功能的小型 PLC 來說，可 把 PLC 的總點(diǎn)數(shù)乘以10， 來 作為估算用戶存儲容量的依據(jù)。 （ 5） 系統(tǒng)對 PLC 的響應(yīng)速度要求 :從 PLC 語句的 掃描周期和處理時間兩方面來考慮。 對 于模擬量控制的系統(tǒng)，而且有環(huán)控制要根據(jù)手冊計算，而開關(guān)量的系統(tǒng)響應(yīng)速度一般可滿足。 （ 6） 是否有特殊控制要求， 如：是否需要采集模擬量、是否需要對高速脈沖進(jìn)行計數(shù) [11]。 表 21 S7200 主要參數(shù) 參數(shù)型號 外形尺寸 /mm 程序存儲（字） 執(zhí)行速度 I/O 點(diǎn)數(shù) 高速計數(shù)器 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 90*80*62 90*80*62 *80*62 140*80*62 196*80*62 4096 6 入 /4 出 8 入 /4 出 14 入 /10 出 14 入 /10 出 24 入 /16 出 4（ 30kHz） 4（ 30KHz） 6(30KHz) 4（ 30KHz） 6（ 30KHz） 綜合考慮以上問題，本設(shè)計需要采用西門子 S7200 系列 (CPU22 24DI/16DO)PL就能滿足要求。還 可方便地用數(shù)字量和模擬量擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可使用仿真器（選件）對本機(jī)輸入信號進(jìn)行仿真，用于調(diào)試用戶程序。 具體參數(shù)見表 21。 觸摸屏選型 本設(shè)計選用臺達(dá)觸摸屏。 臺達(dá) 觸摸屏簡介 ： 隨著工業(yè)自動化的 不斷 發(fā)展，基于 單片機(jī)、 PLC的 自動化設(shè)備 、 自動化 控制 系統(tǒng)越來越普及，幾乎遍及所有自動化領(lǐng)域。與之相應(yīng)的人機(jī)對話 （ HMI）系統(tǒng)也相應(yīng)出現(xiàn) ，并得到 了 同步發(fā)展。 工業(yè)觸摸屏 液晶顯示 是人機(jī)交互系統(tǒng)中一顆耀眼的明星。 壽命長、 可靠 性高 、高 性能使觸摸屏越來越受到 自動化設(shè)備制造商、自動化系統(tǒng)集成商們 的青睞。 臺達(dá) 觸摸屏是工業(yè)觸摸屏領(lǐng)域的優(yōu)秀代表，它能夠 生動、理想 地顯示 PLC、單片機(jī) 上的數(shù)據(jù)信息，并 切能夠 直接支持市面上大多數(shù)齊齊哈爾大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 8 的 PLC產(chǎn)品 ,功能強(qiáng)大，使用方便。 臺達(dá)人機(jī)界面 產(chǎn) 品支持 Delta、 Omron、 Siemens、 Mitsubishi 等超過二十種不同廠牌的 PLC(控制器 )通訊協(xié)議。同時 也會隨時在網(wǎng)站上更新最新的 PLC(控制器 )通訊 協(xié)議（本手冊內(nèi)所提到的各廠商的品名等商標(biāo)為各廠商所有）。書面編輯器支持使用Windows系統(tǒng)的字型來編輯頁面。利用宏功能可以幫助 PLC(控制器 )處理復(fù)雜的運(yùn)算功能，有效分擔(dān) PLC(控制器 )的工作量。 用戶也 可配合通訊 宏指令自行撰寫通訊 協(xié)議，并通過串行口對特定系統(tǒng)或控制器連接。 臺達(dá)觸摸屏應(yīng)用系統(tǒng)如圖 24[12]. 圖 24 臺達(dá) DOP 觸摸屏應(yīng)用系統(tǒng) 臺達(dá)人機(jī)界面除可利用傳統(tǒng) RS232 上 /下載人機(jī)書面程序外，也可利用 USB 界面上下載人機(jī)書面程序，將大大縮短傳輸數(shù)據(jù)的時間。部分機(jī)器也支持 網(wǎng)絡(luò) 下載。提供方便好用的配方編輯器，類似 Excel 的編輯界面讓使用者可以輕松的編輯配方；并且可以同時輸入多組的配方。可同時支持多個通訊口連接多臺不同或是相同的控制器。 DOPB 系列機(jī)器最多可同時連接支持 3 種不同通訊協(xié)議的設(shè)計。 臺達(dá)觸摸屏 500系列特點(diǎn)： 支持 256色真彩顯示與敏捷的反應(yīng)速度，具有 功能強(qiáng)大的 32位 RISC 133MHz CPU； 工業(yè)級人機(jī)界面，防護(hù)等級 IP65； 可與大多數(shù) 的 PLC兼容； 其 獨(dú)特的多視窗操作功能， 還 大大增加可顯示信息量； 功能強(qiáng)大的中文編輯軟件，能夠 輕松 實現(xiàn)復(fù)雜的人機(jī)界面設(shè)計； 創(chuàng)新的在線模擬 顯示 功能，大大節(jié)省工程時間；具有 RTC和配方功能 ,支持多觸摸屏系統(tǒng)聯(lián)接； 具有實現(xiàn)三級用戶口令保護(hù)的功能，具有手寫留言板功能 ； 雙通訊口和 本地監(jiān)控以及此系統(tǒng)通訊的樞紐。從整個系統(tǒng)的架構(gòu) 上 來看， 設(shè)計 充分 運(yùn)用了 臺達(dá) AE系列觸摸屏 3PC HMI S7200 漏電測量儀 電池巡電池巡檢儀 漏電測量儀 檢儀 COM1 RS232 COM3 RS485 COM2 RS458 齊齊哈爾大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 9 個通訊口可以兼容 3種不同協(xié)議的能力，實現(xiàn)了 整個 控制層設(shè)備的 組合聯(lián) 網(wǎng)。 強(qiáng)大的宏指令也保證了系統(tǒng)功能的實現(xiàn) [13]。 從圖 DOP觸摸屏應(yīng)用系統(tǒng) 中 可以看到，觸摸屏的 COM1口使用 RS232方式連接上位機(jī)，上位機(jī)的軟件通訊協(xié)議為 CDT， 一些 特殊協(xié)議可以使用臺達(dá)觸摸屏豐富的宏指令實現(xiàn)。 COM2口使用 RS485方式連接多臺 監(jiān)測 設(shè)備，這些設(shè)備均支持 MODBUS RTU格式，在使用宏指令編寫通訊程序時根據(jù) MODBUS格式很 容 易 建 立 通 訊 程 式 。 COM 還 具 有 獨(dú) 立 的 打 印 接 口 （ 打 印 接 口 僅MT510S,MT508S,MT509L支持）， 可為用戶開發(fā)專門的通訊協(xié)議。 本設(shè)計選用的 臺達(dá)觸摸屏的規(guī)格型號如表 22所示 。 表 22 臺達(dá)觸摸屏參數(shù) 型號 DOPB05S100DOPB07S200DOPB07S201DOPB07S211DOPB07E205DOPB07E215 顯 示 器 面板種類 ” TFT LCD（ 65536 色） 7” 寬屏 TFT LCD（ 65536 色） 分辨率 320 x 234pixels 480 x 234 pixels 背 光 燈 LED Back Light（常 溫 25oC下半衰期 2 萬 小時） (Note 1) CCFL Back Ligh（常 溫25oC下半衰期 5 小時 ）(Note 1) LED Back Light（常 溫 25oC下半 衰期 2 萬 小時） (Note 1) 顯示范圍 （ ） 7（ x ） 操作系統(tǒng) Delta Real Time OS 中央處理器 32bit RISC Microcontroller 存儲器 ROM NOR Flash ROM 4Mbytes（ System： 1MB／ User： 3MB） 內(nèi)部存儲器 8Mbytes 16Mbytes 斷電 保持內(nèi) 部 存儲器(Bytes) 128K 256K 齊齊哈爾大學(xué) 畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 10 音效 輸出 蜂 鳴 器 MultiTone Frequency（ 2K ~ 4K Hz）／ 85dB AUX N/A N/A N/A N/A Stereo output Stereo output 存儲卡 N/A N/A N/A N/A SD 卡 SD 卡 USB 1 USB Host (Note 2) Ver / 1 USB Client Ver 冷 卻 方式 自然冷 卻 常用低壓電器簡介及選型 低壓電器是指工作在直流 1200V、交流 1500V 及以下的電路中，以實現(xiàn)對電路或非電對象的控制、檢測、保護(hù)、變 換、調(diào)節(jié)等作用的電器。采用電磁原理構(gòu)成的低壓電器，稱為電磁式低壓電器；利用集成電路或電子元件構(gòu)成的低壓電器，稱為電子式低壓電器；利用現(xiàn)代控制原理構(gòu)成的低壓電器，稱為自動化電器、智能化電器或可通信電器等。 本控制系統(tǒng)常用的低壓電器元件： （ 1） 斷路器 低壓斷路器又稱自動空氣開關(guān)，是一種既有手動開關(guān)作用又能自動進(jìn)行欠電壓、失電壓、過載和短路保護(hù)的開關(guān)電器。 （ 2） 熔斷器 熔斷器是一種當(dāng)電流超過規(guī)定值一定時間后，以它本身產(chǎn)生的熱量使熔體融化而分?jǐn)嚯娐菲骷?。主要用于對單相交流電路的保護(hù)，一般不用在三相電路中作為保護(hù) ，因為當(dāng)三相電路發(fā)生短路時，很可能只有一相的熔斷器熔斷，造成單相運(yùn)行。而低壓斷路器，只要造成短路都會使開關(guān)跳閘，將三相電源全部切斷。 （ 3） 交流接觸器 交流接觸器是一種用于中遠(yuǎn)距離頻繁地接通與斷開交直流主電路及大容量控制電路的一種自動開關(guān)電器。主要用于自