【正文】 25mV 電流 0～ 20mA 數(shù)據(jù)字格式 雙極性：全量程范圍 32020～ +32020 單極性：全量程范圍 0～ 32020 分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 擠出 電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器選型 擠出 電機(jī) 選型 及電路 擠出機(jī)控制系統(tǒng)整個(gè)控制流程中所涉及的電。 100mV 177。 500mV 177。 177。 10V 177。電壓輸出最大負(fù)載為 5000? ，電流輸出的最大負(fù)載為 500? 。電壓的分辨率全量程為 12 位，電流的分辨率全量程為 11 位。電壓輸出為177。 LED 指示器用于指示 24V(DC)電源的狀態(tài)： ON=沒(méi)有故障； OFF=無(wú) 24V(DC)電源。分辨率為 12 位，模擬量輸入點(diǎn)數(shù)為 4，相互隔離，現(xiàn)場(chǎng)側(cè)到邏輯線路無(wú)隔離，采用差分輸入方式。對(duì)于某一模塊，只能將黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 輸入端同時(shí)設(shè)置為一種量程和格式，即相同的輸入量程和分辨率。從 +5V(DC)（ I/O 總線）獲得 30mA 電流，從 L+獲得為60mA 的電流（輸出為 20mA）， L+的電壓范圍為 ~(DC)。模擬輸入信號(hào)的轉(zhuǎn)換是在每次由程序訪問(wèn)模擬點(diǎn)時(shí)完成的，這些時(shí) 間必須加到執(zhí)行模擬量輸入指令的基本時(shí)間上。這種模塊能在 149181。 EM232 模擬量輸出擴(kuò)展模塊的端子接線圖如 圖 所示。10V，電流范圍是 0~20mA。 其 額定電壓為 24V(DC)，電流 0~20mA，還有一些相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，包括功耗為 2W， 光耦 隔離： 500V(AC)∕ min，尺寸（寬 高 深）為 468062mm，重量為 186g。主要技術(shù)指標(biāo)： ： 6W,： 30VDC,： 24VDC， 4mA,入延遲時(shí)間： ,：非屏蔽線 300 米，屏蔽線 500 米 ,： 530VDC,7.最大燈負(fù)載： 30W DC,EM223 數(shù)字量擴(kuò)展模塊外圍接線圖如 所示 . EM232 模擬量輸出擴(kuò)展模塊 EM232 是西門子公司推出的具有 2 路模擬量輸出的擴(kuò)展模塊。每一類之下又有 24VDC 輸入 /24VDC 輸出和 24VDC繼電器輸出三大類類型。 EM221 數(shù)字量 輸入 擴(kuò)展模塊外圍 接線 圖 如 圖 所示。 ： 24V DC。在本設(shè)計(jì)中主要用于加料裝置中料粒位置信號(hào)的檢測(cè)，與傳感器相連接。數(shù)字量輸入模版用來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 與數(shù)字量過(guò)程信號(hào)的鏈接。系統(tǒng)各模 塊連接方式如 圖 所示。本設(shè)計(jì)選用的 CPU226 為 26 輸入∕ 16 輸出， I/O 點(diǎn)數(shù)無(wú)法滿足設(shè)計(jì)需求，所以需要擴(kuò)展一塊數(shù)字量輸入∕輸出模塊 EM223（ 8DI/8DO），一塊數(shù)字量輸出模塊 EM221（ 8DO）。 圖 AC/DC/RLY 外圍接線圖 特 性 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 CPU226XM 程序存儲(chǔ)區(qū) 4096B 4096B 8192B 12288B 16384B 24576B 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 2048B 2048B 8192B 10240B 10240B 20480B 本機(jī) I/O 6 入 4 出 8 入 6 出 14 入 10 出 14 入 10 出 24 入 16 出 24 入 16 出 擴(kuò)展模塊數(shù) 0 2 7 7 7 7 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 控制系統(tǒng)的 I/O 通道地址分配 根據(jù) 本設(shè)計(jì)的擠出機(jī)控制 系統(tǒng)的控制要求， I/O 通道地址分配如 表 所示。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn) 36 點(diǎn)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn) 28 點(diǎn)， 故 選用 S7CPU226，它可以擴(kuò)展 7 個(gè)模塊能夠滿足控制 系統(tǒng)的 要求。目前提供的S7200 CPU有： CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP、 CPU226 和 CPU226XM，CPU21X 系列產(chǎn)品現(xiàn)已被 CPU22X 取代。的通訊功能 。特別是其提供基于 WINDOWS 的編程軟件 STEP 7MicroWIN， 為 PLC 系統(tǒng)編程帶來(lái)很大的便利，該編程軟件 容易使用，結(jié)構(gòu)清晰，并有豐富的在線變量監(jiān)測(cè)功能 和模擬仿真功能 ，這一點(diǎn)大大方便了今后的調(diào)試工作。 該模塊屬于 S7200系列 .西門子公司 S7200 系列 [12]PLC 是目前 工業(yè)生產(chǎn) 使用最廣泛的產(chǎn)品之一 .S7200 系列所具有的多種性能遞增的 CPU 和豐富的且?guī)в性S多方便功能的 I/O 擴(kuò)展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的模塊。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置 . 本 設(shè)計(jì)的 控制 系統(tǒng) 采 用的 PLC 主 模塊是 S7226CN, 它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。 PLC 系統(tǒng)選型 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。 (3)輸出刷新階段 在用戶程 序執(zhí)行完畢后，元件映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通∕斷開(kāi)）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式集中輸出，最后經(jīng)過(guò)輸出端子驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。然后進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，最新的運(yùn)算結(jié)果馬上再存入到相應(yīng)的元件映像寄存器中。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 (2)程序執(zhí)行階段 進(jìn)入 程序執(zhí)行階段 后，一般來(lái)說(shuō)（因?yàn)檫€有子程序和中斷程序的情況）， PLC 按從左到右、從上到下的步驟順序執(zhí)行程序。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫(xiě)入輸入端的內(nèi)容。這三個(gè)階段是 PLC 工作過(guò)程的中心內(nèi)容，也是 PLC 工作原理的實(shí)質(zhì)所在。 當(dāng) PLC 上電后，處于正常運(yùn)行時(shí)，它將不斷重復(fù)掃描過(guò)程，并不斷循環(huán)重復(fù)下去。在一個(gè)掃描周期中， PLC 一般將完成部分或全部的以下操作 : 讀輸入→處理通信請(qǐng)求→執(zhí)行邏輯控制程序→寫(xiě)輸出執(zhí)行→ CPU 自診斷。 概括而言， PLC 是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的 [11]。 。 描過(guò)程。 PLC 工作的整個(gè)過(guò)程可分為三部分： 1． 是上電處理。最終結(jié)論： PLC 控制系統(tǒng)的特點(diǎn)體現(xiàn)在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力高、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)、對(duì)操作維護(hù)人員的要求低和價(jià)格方面便宜、工作穩(wěn)定性能高等都有很大的優(yōu)勢(shì) ,最終確定本設(shè)計(jì)采用 PLC 控制系統(tǒng)作為主要的控制核心 . 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第 4章 控制系統(tǒng) 硬件 設(shè)計(jì) PLC 選型及其工作特性 PLC 的工作原理 PLC 是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理的基礎(chǔ)之上，即通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論在功能上、速度上、智能化模塊以及聯(lián)網(wǎng)通信上，都有很大的提高 ，相比于 DCS 控制系統(tǒng) 具有很大的優(yōu)勢(shì)所在。所以它在模擬量處理，回路調(diào)節(jié)方面具有一定優(yōu)勢(shì)。集散控制系統(tǒng) (DCS)是由模擬儀表控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，初期主要側(cè)重于回路調(diào)節(jié)功能，之后又加 入了順序控制的功能。它們分別由兩 個(gè)不同的古典控制設(shè)備發(fā)展而來(lái) PLC 是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，所以它 在數(shù)字處理、順序控制方面具有一定優(yōu)勢(shì)，初期主要側(cè)重于開(kāi)關(guān)量順序控制 方面。最近幾年，在分散控制系統(tǒng)日臻成熟的基礎(chǔ)上，以新的控制和管理理論為基礎(chǔ)的運(yùn)行和優(yōu)化軟件，在生產(chǎn)過(guò)程中逐漸推廣使用，使分散控制系統(tǒng)逐漸變成一個(gè)集安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，控制和管理的綜合網(wǎng)絡(luò)。50 年代末期，計(jì)算機(jī)開(kāi)始進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，數(shù)字控制技術(shù)取得了 很大 的進(jìn)步。 DCS 集散控制系統(tǒng) 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、大規(guī)模集成電路、圖形顯示技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，分散控制系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制、管理和決策的核心。然而 PLC 與一般 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比， PLC 還是有著 較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其原因是 PLC 專為在工業(yè)環(huán)境下 的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 表 控制系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的比較 比較項(xiàng) 通用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) PLC 自動(dòng)系統(tǒng) 工作目的 科學(xué)計(jì)算，數(shù)據(jù)管理等 工業(yè)自動(dòng)控制 工作環(huán)境 對(duì)科學(xué)環(huán)境的要求較高 對(duì)環(huán)境要求較低，可在惡劣環(huán)境工作 工作方式 中斷處理方式 循環(huán)掃描處理方式 特殊措施 掉電保護(hù)等一般性措施 采用多種抗干擾措施，自診斷，斷電 保護(hù)，可 在線維護(hù) 編程語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言 梯形圖，助記符語(yǔ)言 對(duì)操作人員的要求 需專門的培訓(xùn)，并有一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 一般的技術(shù)人員，稍加培訓(xùn)即可操作 對(duì)內(nèi)存的要求 容量大 容量小 系統(tǒng)軟件 需配置功能較高的系統(tǒng)軟件 一般只需簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序 價(jià)格 價(jià)格高 價(jià)格較低 其他 若用于控制，需自行設(shè)計(jì) 機(jī)種多，模塊種類多，易于集成系統(tǒng) 結(jié)論 : PLC 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)易懂易 維護(hù)，更適合于工程技術(shù)人員。計(jì)算機(jī)與 PLC 之間通過(guò)通信線路實(shí)現(xiàn)信息的傳送和交 換，這樣相將構(gòu)成一個(gè)功能較強(qiáng)的完整的控制系統(tǒng)。與 一般 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，具有 有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì) 。 ，可對(duì) CPU 內(nèi)部電路進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警。 ，防止輻射干擾。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代，采用微處理器的工業(yè)控制機(jī)出現(xiàn)了，它與 PLC 共同推動(dòng)著傳統(tǒng)工業(yè) 的技術(shù)改造。 表 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)的比較 比較項(xiàng)目 繼電器控制系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng) 控制功能的實(shí)現(xiàn) 由許多繼電器 ,采用接線的方式來(lái)完成控制功能 各種控制功能是通過(guò)編制的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的 對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程 變更的適應(yīng)性 適應(yīng)性差 ,需要更新設(shè)計(jì) ,改變繼電器和接線 適應(yīng)性強(qiáng) ,只需對(duì)程序進(jìn)行修改 控制速度 低 ,靠機(jī)械動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn) 極快 .靠微處理器進(jìn)行處理 計(jì)數(shù)及其他特殊功能 一般沒(méi)有 有 安裝 , 施工 連線多 ,施工繁 容易安裝 ,施工方便 可靠性 差 ,觸點(diǎn)多 ,故障多 高 ,因?yàn)槠骷捎煤Y選和防老化等措施 壽命 短工作量大 ,故障不易查出 長(zhǎng) 可擴(kuò)張性 困難 容易 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 結(jié)論 :由于 PLC 可編程 控制系統(tǒng)與繼電器控制系統(tǒng)相比具有 絕對(duì)性 的優(yōu)點(diǎn)，因此，在今后 自動(dòng) 控制系統(tǒng) 生產(chǎn)行業(yè) 中，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng) 終將全部 被 PLC 可編 程 控制系統(tǒng)所替代是 必然 所趨。從適應(yīng)性 強(qiáng) 、可靠性、方便性及設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等各方面比較， PLC可編程控制系統(tǒng) 都有顯著的優(yōu)勢(shì)。 繼電器控制柜 只能 針對(duì) 固定 的生產(chǎn)機(jī)械 和 固定的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的， 通過(guò) 硬接線方式裝配而成，只能完成既定的 控制系統(tǒng) 邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能， 當(dāng) 生產(chǎn) 過(guò)程中生產(chǎn) 工藝 突然要 改變 以滿足多樣需求時(shí) ，控制柜 就得 必須重新設(shè)計(jì) 和 重新 裝 配線。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備 。 以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合 。 PLC 的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能 [8]。 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 制設(shè)備外部的接線，使 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí) 間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及 人機(jī)界面 技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。 PLC 有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和小型交流接觸器 ，能夠直接應(yīng)用 于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 ，功能完善，適用性強(qiáng) ： PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化 等 各種規(guī)模的系列化產(chǎn) 品，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。此外， PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。 PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的 1/101/100，因 此大大減少了因 觸點(diǎn)接觸不良造成的故障 率 。 通過(guò)本章可以 清楚知道 擠出 機(jī) 生產(chǎn)線控制系統(tǒng) 有哪些結(jié)構(gòu)組成和哪些控制部分來(lái)實(shí)現(xiàn)擠 出流程控制。通過(guò) 上述 說(shuō)明了擠出機(jī)生產(chǎn)線的基本結(jié)構(gòu)和重要的控制技術(shù)及關(guān)鍵點(diǎn)。所以擠出機(jī) 螺桿和牽引線速度 都是 可 以 通過(guò)操作臺(tái)上相應(yīng) 顯示 儀表反映出來(lái)，擠出 工作 時(shí)應(yīng) 通過(guò) 觀察 儀表顯示的數(shù)據(jù)來(lái)適當(dāng)調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速和牽引速度 ， 這樣就能 確保 產(chǎn)出 優(yōu)質(zhì) 產(chǎn)品 。因此螺桿 轉(zhuǎn)速的波動(dòng)將導(dǎo)致擠出 膠 量的波動(dòng)，影響擠出 塑料的 質(zhì)量，所以在牽引線速度沒(méi)有變化情況下，就會(huì)造成線纜外徑 嚴(yán)重超差 的變黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 化。 轉(zhuǎn)速控制技術(shù)指標(biāo) 擠出 主 機(jī) 電機(jī) 轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定是主機(jī)傳動(dòng)的重要工藝要求之一 [7]。在擠出機(jī)整個(gè)控制系統(tǒng)中，影響線徑的因素有很多，擠出壓力，牽引速度、冷卻方法和機(jī)器各個(gè)區(qū)段張力的設(shè)置。通常情況下設(shè)置的線徑偏差為 177。 除要求控制線芯（纜芯 ）的尺寸公差外， 另外