【正文】 圖 3— 7 直流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線 圖 2)交流輸入模塊。當(dāng)外部按鈕 SB接通時，直流電源經(jīng)電阻 R1和阻容濾波后加在雙向發(fā)光二極管 LED 上，經(jīng)過光耦合，光敏晶體管接收光信號并送入內(nèi)部電路，對應(yīng)輸入映像寄存器狀態(tài)為“ 139。電阻 R2和 C構(gòu)成濾波電路，濾掉輸入電路的觸點抖動或髙頻干擾脈沖 。 圖 3— 6 直流輸入模塊圖 直流輸入模塊的內(nèi)部電路與外部電路接線如圖 3— 7所示。直流電源可以用 CPU模塊輸出的 24VDC 作為輸入回路的電源，也可以用外部用戶提供的 24VDC 作為輸入回路的電源，正、 反電壓極性都 可以。 1） 直流輸入模塊。數(shù)字量輸入模塊的每一個輸入點與用戶設(shè)備連接構(gòu)成輸入電路，并通過輸入電路把現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換成 CPU能接收的數(shù)字信號，以適應(yīng)現(xiàn)場輸入信號多樣性的需求。在實際的布線過程中，將強電和弱電分開走線并保持足夠的間距，模擬信號傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜 。按噪聲干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。影響 PLC飼料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的干擾源大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，因而在實際設(shè)計中需要針對不同的干擾源進(jìn)行分類，如根據(jù)噪聲產(chǎn)生的原因可分為放電噪聲、浪涌噪聲、高頻振蕩噪聲等 。對于兩個重要輸出量， PLC內(nèi)部一般互鎖，但最好在 PLC 外部 進(jìn)行硬件上的互鎖，這樣就大大加強了 PLC系統(tǒng)運行的安全 性、可靠性。如果 PLC輸出帶電磁線圈等感性負(fù)載的，負(fù)載斷電時會對 PLC的輸出造成強烈的電流沖擊，所以直流感性負(fù)載一般和二極管相連，對交流感性負(fù)載應(yīng)接入吸收電路，這樣 PLC 就可以得到有效的保護(hù)。 2) PLC控制系統(tǒng)的輸出電路設(shè)計，根據(jù)要求，晶體管輸出可用于變頻器、各種指示燈或數(shù)字直流調(diào)速器的啟動停止，它響應(yīng)時間短，適用于高頻動作 。例如 PLC 供電電源適用的電源范圍較寬，常為AC85240V，因而可通過安裝 1:1隔離變壓器、電源濾波器等裝置解決輸入端干擾禍合問題，同時將導(dǎo)線盡量遠(yuǎn)離強電設(shè)備以及動力網(wǎng)，將變壓器的次級線圈屏蔽層接 PLC輸入電路、信號線避免與動力線平行敷設(shè)來減小高低頻脈沖干擾。 本系統(tǒng)中 I/O點數(shù)量和類型如表 31所示。小 型 PLC中，整體式的體積小而且價格比模塊式的便宜，但在設(shè)計中，經(jīng)常碰到一些沒估計的指標(biāo)，所以在設(shè)計中需要進(jìn)行局部調(diào)整，另外模塊式PLC排除故障所需時間短，估算輸入輸出接口比較多，考慮到成本我們采用離線編程的方式，以降低軟硬件的開銷。將所有 I/O點按其形式 (開關(guān)量或模擬量 )、功用 (輸入或輸出 )、信號電平 (直流或交流、電流電壓等級 )和設(shè)置地點 (遠(yuǎn)程或就地 )等來分類，并按照預(yù)選的 PLC機型編制 I/O分配端子圖，包括架號、機架內(nèi)的I/O通道號，每個 I/O 點的操作數(shù)分配號 (即 I/O 地址號 )和寄存器的選用安排等，列出PLC硬件配置清單。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。 6) 文本顯示器 文本顯示器 TD200 不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入 /輸出量。程序存儲卡 EEPROM 有 6ES 72918GC000XA0 和 6ES 72918GD000XA0 兩種，程序容量分別為 8K 和 16K程序步 。智能型編程器采用計算機進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強大， S7200系列 PLC的專用編程軟件為 STEP7Micro/WIN。 S7200系列 PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。 1) 基本單元 S7200系列 PLC中可提供 4種不同的基本型號的 8種 CPU供選擇使用，其輸入輸出點數(shù)的分配見表 31： 表 3— 1 S7200系列 PLC中 CPU22X的基本單元 型號 輸入點數(shù) 輸出點數(shù) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù) CPU221 6 4 — CPU222 8 6 2個擴(kuò)展模塊 78路數(shù)字量 I/O點或 10路模擬量 I/O點 CPU224 14 10 7個擴(kuò)展模塊 168路數(shù)字量 I/O點或 35路模擬量 I/O點 CPU226 24 16 2個擴(kuò)展模塊 248路數(shù)字量 I/O點或 35路模擬量 I/O點 CPU226XM 24 16 2個擴(kuò)展模塊 248路數(shù)字量 I/O點或 35路模擬量 I/O點 2) 擴(kuò)展單元 S7200系列 PLC主要有 6種擴(kuò)展單元，它本身沒有 CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展 I/O 點數(shù)， S7200系列 PLC 擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點數(shù)的分配如表412所示 ： 表 412 S7200系列 PLC擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點數(shù) 類型 型號 輸入點 輸出點 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 EM221 8 無 EM222 無 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 3 無 EM232 無 2 EM235 3 1 3) 可編程序控制器 PLC在正式運行時，不需要編程器。 SIMATIC S7200可提供 4種不同的基本單元和 6種型號的擴(kuò)展單元。 SIMATIC S7200的應(yīng)用領(lǐng)域從更換繼電器和接觸器一直擴(kuò)展到在單機、網(wǎng)絡(luò)以及分布式配置中更復(fù)雜的自動化任務(wù)。但是還有更多特點： SIMATIC S7200 Micro PLC具有統(tǒng)一的模塊化設(shè)計－目前不是很大，但是未來不可限量的定制解決方案。杰出的實時響應(yīng)－在任何時候 均可對整個過程進(jìn)行 完全控制，從而提高了質(zhì)量、效率和安全性。選擇時應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型 式 ,安裝方式的選擇 ,相應(yīng)的功能要求 ,響應(yīng)速度要求 ,系統(tǒng)可靠性的要求 ,機型盡量統(tǒng)一等因素。 PLC的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機型、容量、 I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。 PLC 的型號不同 ,對應(yīng)著其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、 指令系統(tǒng)、編程方式、價格等均各不相同 ,適用的場合也各有側(cè)重。 在自動運行狀態(tài)下，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)故障，將轉(zhuǎn)換開關(guān) SB置于中間位置， KM線圈失電，電機停止運行，相應(yīng)的 SB輸入狀態(tài)位由“ 1”變?yōu)?“ 0” ， KM輸入狀態(tài)由 “ 1” 變?yōu)?“ 0”， PLC同樣發(fā)出報警及聯(lián)鎖控制信號。 但 SB置于自動位置時，由 PLC根據(jù)程序命令發(fā)出輸出信號，使 KM 線圈得電，電動機運行，同時 PLC根據(jù)程序命令監(jiān)測輸入信號的狀態(tài)， KM常開觸點閉合，對應(yīng)的輸入點狀態(tài)為 “ 1” ，則電機 M正常運行 。 圖 35 典型控制原理 QF— 自動空氣開關(guān)，做短路、斷路和過載保護(hù)開關(guān) PF— 熱電保護(hù) KM— 交流接觸器 SB— 現(xiàn)場手 /自動轉(zhuǎn)換及急停開關(guān) SA— 現(xiàn)場啟動按鈕 合上主回路空氣開關(guān) QF其常開觸點 QF閉合，當(dāng) SB置手動位置時，按下啟動按鈕SA，交流接觸器 KM線圈得電，其輔助常開觸點閉合自鎖，主觸點 KM閉合接通電動機 M電源，電動機啟動運轉(zhuǎn)。 :以一個直接啟動的電機控制回路，說明強電控制系統(tǒng)與 PLC之間的關(guān)系。 操作臺安裝系統(tǒng)中的一些操作按鈕、指示燈、報警器、電流電壓表、控制電源穩(wěn)壓器等。采用這種方式模擬現(xiàn)場顯示生產(chǎn)過程，直觀、一目了然，但反映的信息單調(diào)，電氣接線較多，一旦制造 成功，工藝上有任何改動，在模擬屏上 不能更改。 4） 用雕刻或絲網(wǎng)印刷等方法將工藝流程刻畫在有機塑料或技術(shù)材料做成的顯示屏上，用指示燈的狀態(tài)來模擬顯示現(xiàn)場設(shè)備運行的狀態(tài)。 2） MCC柜即電動機控制中心，安裝控制回路中的交流接觸器、自動空氣開關(guān)、熱繼電器、中間繼電器、電流互感器等電器元器件，對被控設(shè)備實行驅(qū)動控制 以及短路、過載保護(hù)等功能。 PLC 系統(tǒng)框圖設(shè)計 在熟悉工藝流程特點和明了控制任務(wù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一個 PLC控制系統(tǒng)的首要任務(wù)是詳細(xì)羅列該系統(tǒng)的全部功能和要求，其中包括系統(tǒng)方框圖組成的描述， PLC及其 I/O與被控過程其他控制器或計算機關(guān)系的闡述等。其中 PLC現(xiàn)場控制子系統(tǒng)的硬件設(shè)計及安裝是本系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備，主要包括供電系統(tǒng)、 PLC、總線通信與觸摸屏等。采集后的重力傳感器信號將 數(shù)字化后的稱重信號以及測速信號分別轉(zhuǎn)化為兩個 4~20mA模擬輸出信號，一個作為PID調(diào)節(jié)器的前饋輸入，用來進(jìn)行擾動的補償控制，一個作為 PID調(diào)節(jié)器的反饋輸入，兩者信號的輸出進(jìn)行相加與給定的控制信號進(jìn)行比對，輸出 4~20mA 模擬偏差調(diào)節(jié)信號，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動變頻器頻率來調(diào)整驅(qū)動電機。它的輸出信號驅(qū)動其微型輸出繼電器，以開關(guān)量形式將信號送入 PLC，它有調(diào)零、去皮重、加皮重和撥碼盤設(shè)定稱量值等功能。當(dāng)飼料送料和稱重到規(guī)定的數(shù)值時，指針移到相應(yīng)的接近開關(guān)處，使電子秤動作再執(zhí)行下一步飼料的送料和稱重，依此類推，直到全部飼料配比完畢。此外，在進(jìn)行電子秤內(nèi)部橋路時，需要保證傳感器輸出靈敏度相同，并且調(diào)節(jié)其工作電流使其工作在接近零溫度系數(shù) (2ppm/}C)下。時，則計算誤差接近 0. 43Kg。假設(shè)電子秤秤斗凈重為 100kg，料斗給料凈重 25kg，則電子秤負(fù)載配料實際重量則為 125kg，在傳感器安裝誤差為。三只重力傳感器分別安裝在稱斗和稱架之間，在傳感器承受的重力與傳感器中心軸線存有。電子秤重力傳感器輸出信號穩(wěn)定性取決于電子秤自身質(zhì)量以及外部供電電源以及安裝位置。采用模塊化部件設(shè)計，加快電子秤的開發(fā)速度和產(chǎn)品的系列化， A/D模塊三種，低阻抗、高阻抗、帶 CPU模塊，數(shù)字化 CPU 模塊多種，現(xiàn)推出一種高性能 CPU模塊 :53 (29mm，內(nèi)置實時時鐘、 RS23 RS48 DA、 4M FLASH、多路 I/0、 單總線通訊、在線可編程模塊 )。電子秤能檢測兩個加載點，達(dá)到十個加載點補償?shù)男Ч詣咏夥匠逃嬎闱€參數(shù)，輕輕松松達(dá)到高精度線性補償?shù)哪康?。電子秤多機總線聯(lián)網(wǎng) (無須接口板 )，一臺 PC機可遙控幾十臺電子秤鍵盤操作和各種數(shù)據(jù)采集 。 圖 32 電子稱工作示意圖 電子秤的主要組成組件 :重量傳感器、放大器電路、濾波器電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、中央處理器、電源供應(yīng)電路、按鍵、外殼、機構(gòu)、秤盤。稱重傳感器采用高精度稱重傳感器，該鋼制彈性體具有較強的抗過載能力和較長的使用壽命，特別適用于工業(yè)現(xiàn)場惡劣環(huán)境下高準(zhǔn)確度配料的技術(shù)要求。控制算法設(shè)計的關(guān)鍵是要求飼料生產(chǎn)過程中必須精確掌握配料進(jìn)給量與傳輸皮帶驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速之間的線性關(guān)系。在傳統(tǒng)的飼料生產(chǎn)過程中，往往采用皮帶秤計量飼料的給量，其工作原理如圖 31所示。另一類是以電動機、電磁閥等為執(zhí)行機構(gòu)，控制生產(chǎn)設(shè)備機械運動的系統(tǒng)，屬于電氣傳動自動化的范疇。一類是以自動化儀表為執(zhí)行結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程中一些變化的物理量進(jìn)行自動控制，使單機設(shè)備某一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)處于最佳工作狀態(tài)，屬于儀表自動化的范疇。本章主要闡述系統(tǒng)功能模塊硬件部分的設(shè)計內(nèi)容 。根據(jù)實際情況，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型，通信速率為 9600bps。遠(yuǎn)程控制計算機用來控制工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車間級管理及公司級管理層提供接口，包括對各種原料、配方、生產(chǎn)時間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及存儲。下位機以小型 PLC為核心，通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計算機、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對被控對象進(jìn)行監(jiān)測和控制。 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 在飼料生產(chǎn)工業(yè)中，由于飼料配料以及過程控制的復(fù)雜性、現(xiàn)場多種設(shè)備相互之間存在干擾以及系統(tǒng)可靠性要求高等特點，所以在實際應(yīng)用中常采用高可靠性的中央控制器如 PLC和現(xiàn)場總線技術(shù)如 PROFIBUS。通過對飼料生產(chǎn)現(xiàn)場情況、被控對象的 I/0點數(shù)以及工藝要求、掃 描速度、自診斷功能等方面統(tǒng)計結(jié)果的分析，綜合考慮系統(tǒng)開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)成熟度、開發(fā)周期等要素，本系統(tǒng)選 用模塊式結(jié)構(gòu)的西門子公司生產(chǎn)的 S7200系列的中型可編程控制器就能夠很好的勝任自動化生產(chǎn)配料系統(tǒng)開發(fā)要求。下位機以小型 PLC為核心，通過現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場儀器儀表、控制計 算機、變頻器等智能程度較高、處理速度快的設(shè)備對被控對象進(jìn)行監(jiān)測和控制，利用 PLC輸出的電流信號大小控制變頻器輸出的頻率的大小，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速，起到控制電動給料裝置給料速度的目的，并完成對系統(tǒng)故障檢測、顯示及報警等輔助功能。 圖 2— 4 飼料生產(chǎn)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 其中遠(yuǎn)程控制計算機用來控制工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)監(jiān)控以及管理，為車間級管理及公司級管理層提供接口，包括對各種原料、配方、生產(chǎn)時間等進(jìn)行預(yù)置和設(shè)定，同時能夠?qū)︼暳仙a(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及存儲。也有的系統(tǒng)采用中斷輸入 /輸出或者基于智能工 I/O接口等方式。一般的原則是 :對于大部分中小型控制系統(tǒng)來說，其控制的輸入輸出工I/O點數(shù)較少， PLC處理性能較低，所編寫的控制程序較簡單，因而多采用一次性輸入輸出的方式，該方式在降低響應(yīng)速度的同時能夠提高系統(tǒng)的抗干擾性，因而適合工作環(huán)境干擾加大的場合。所有程序執(zhí)行完畢后， PLC會將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)(輸出繼電器狀態(tài) )轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，然后通過一定方式輸出，并驅(qū)動外部負(fù)載。然后 PLC對程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行 。 圖 2— 3 PLC周期執(zhí)行程序流程圖 PLC的掃描工作過程如圖 23所示，主要可分為 :采集輸入信號、程序執(zhí)行和輸出刷新三階段，并進(jìn)行周期性的循環(huán)工作。然后重新返回第一條指