基于PLC的輪胎磨邊機控制系統(tǒng)設計說明

1、 . . . 摘 要輪胎磨邊機用于研磨輪胎的胎側(cè)，使硫化在胎側(cè)中的白色橡膠顯露，形成胎側(cè)上的白色花紋與文字。系統(tǒng)控制設計主要采用基于PLC控制，根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)硬件設計以FX2N-64MR型PLC基本模塊為處理中心。輸入部分的器件有：傳感器（變送器），行程開關，觸摸屏，F(xiàn)X2N-4AD轉(zhuǎn)換模塊。其相應的功能為：傳感器采集溫度、壓力，經(jīng)過FX2N-4AD特殊模塊轉(zhuǎn)換后送入處理中心，行程開關在工藝過程中承擔定位與反饋等功能，觸摸屏上設置按鈕等來控制系統(tǒng)。輸出部分的器件有：FX2N-4DA模塊，變頻器，電動機，電磁閥，繼電器，接觸器等。其相應功能為：D/A模塊對基本模塊送出的數(shù)據(jù)進行處理后送到變頻

2、器；處理中心通過接觸器、變頻器來控制電機，通過繼電器控制電磁閥，然后控制氣缸的動作；在觸摸屏上顯示相關參數(shù)（如壓力、溫度等）與運行狀態(tài)。軟件設計以梯形圖為設計基礎，設計了自動與手動程序，包括對研磨期間的溫度、壓力的轉(zhuǎn)化，研磨輪胎計數(shù)，運行時間的計算等。系統(tǒng)經(jīng)過仿真調(diào)試，實現(xiàn)的功能有：溫度顯示，壓力顯示，生產(chǎn)計數(shù)顯示，頻率設定，手動運行，自動運行等。關鍵詞：PLC ；A/D轉(zhuǎn)換；D/A轉(zhuǎn)換；變頻調(diào)速；觸摸屏；AbstractTire grinding machine is used for grinding the tire sidewall, then sulfide in the white

3、 sidewall rubber is exposed,so that the sidewall on the white pattern and the text are formed.That is just the automatic control system.Its designed mainly based on PLC. According to the technical requirements, a modules named FX2N-64MR,which is the PLC basic modules, is used as processing center in

4、 the system. And there are the devices which regarded as input:Sensors(Transmitter), Trip switch, Touch screen and FX2N-4AD modules.The corresponding functions are as follows: The sensors collect si gnals of temperature and pressure, then the signals are transformed and sent into the processing cent

5、er by the FX2N-4AD special module. Trip swichs are use to position and feedback in the process of commitment. The settings which used for controlling the system are completed by the touch screen. The devices of the output sections are: FX2N-4DA module, inverter, motor, solenoid valves, relays, conta

6、ctors, etc. The corresponding functions are: the datas from the basic module are processed by the D/A module and then are sent to the inverter, the motors are controled by the inverter and contactors which are controled by the processing center, the actions of cylinders are according to the states o

7、f solenoid valves, which are contoled by the relays. Then the systems related parameters(such as pressue,temperature,etc.) and the states of running are displayed on the screen. The software design is based on the ladder diagram design, including automatic and manual processes. In the processes, the

8、 datas regarded as the temperature and pressure are convered during the grinding, and there are functions of counting the grinded tire and running time and so on. It has been finished by diplaying the temperature and presseure,counting, frequency setting, manual operation,automatic operation and so

9、on in the system.They have been proved after the simulation .Key words：PLC; A / D conversion; D / A conversion; frequency conversion; touch screen 42 / 47目 錄引言11 工藝分析與要求21.1 設備用途和適用圍21.2 工藝過程31.3 主要技術參數(shù)42 控制系統(tǒng)整體設計52.1 基于單片機的控制系統(tǒng)設計52.2 微機控制系統(tǒng)設計52.3 PLC控制系統(tǒng)設計53 系統(tǒng)硬件部分83.1 PLC容與其選擇83.1.1PLC基本模塊選擇83.1.2

10、PLC特殊模塊選擇83.2 變頻器容93.2.1變頻器93.2.2變頻器參數(shù)設定103.3 觸摸屏選擇103.4 低壓電器選擇113.5 電源配置與各種連接口線153.6 電動機選擇153.7 系統(tǒng)電氣原理圖164 系統(tǒng)軟件部分174.1 程序設計說明174.2 系統(tǒng)軟元件分配194.2.1 PLC的I/O口分配194.2.2觸摸屏的相關設定204.3 程序流程圖234.4 梯形圖244.5 指令表245 系統(tǒng)仿真調(diào)試256 總結29辭30主要參考文獻31附錄32附錄1：梯形圖32附錄2：指令表38引言可編程序控制器是20世紀60年代以來發(fā)展極為迅速、應用面極為廣泛的工業(yè)控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)自

11、動化控制的首選產(chǎn)品，與機器人、CAD/CAM并稱為工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱。如果說初期發(fā)展起來的PLC主要是以它的高可靠性、靈活性和小型化來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電-接觸控制，那么當今的PLC則吸取了微電子技術和計算機技術的最新成果，得到了更新的發(fā)展。從單機自動化到整條生產(chǎn)線的自動化，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化，從柔性制造系統(tǒng)、工業(yè)機器人到大型分散控制系統(tǒng)，PLC為承擔主要角色。目前，可編程序控制器的產(chǎn)品很多，不同廠家生產(chǎn)的PLC以與同一廠家生產(chǎn)的不同型號的PLC，其結構各不一樣，但就其基本組成和基本工作原理而言，是大致一樣的。它們都是以微處理器為核心的結構，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用，更要靠軟件的支

12、持，實際上可編程序控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。自從美國數(shù)字設備公司于1969年研制出第一臺PLC，PLC已經(jīng)經(jīng)過了將近40年的發(fā)展，現(xiàn)在已發(fā)展到第五代，隨著微電子技術的尋覓發(fā)展，以單片機或其他16位、32位的微處理器昨晚PLC的主控芯片將更多應用于PLC，今后，PLC主要朝以下幾個方面發(fā)展:高速化、模塊種類豐富多彩、可靠性進一步提高、標準化、小型化，低成本、編程語言的高級化。在實際工業(yè)控制過程中，僅僅有PLC控制器是不夠的，因為除了有核心處理器，還需要一些輔助設備，比如控制電機的速度等。在交流異步電動機的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。采用通用變

13、頻器對籠型異步電動機進行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高，并且經(jīng)濟效益顯著，得到了大量的推廣。隨著電力電子技術、微電子技術、計算機網(wǎng)絡等高新技術的發(fā)展，變頻器的控制方式今后將向數(shù)字控制變頻器的實現(xiàn)、多種控制方式的結合、遠處控制的實現(xiàn)、綠色變頻器等方向發(fā)展。圖形操作終端又稱人機界面（GOT），目前在PLC的控制系統(tǒng)中已普遍采用。在工業(yè)自動化生產(chǎn)線上或單機控制中，人機截面的應用，更加體現(xiàn)了控制系統(tǒng)可視化程度和先進性，更加方便了使用者的操作和監(jiān)控等。隨著使用電腦作為信息來源的與日俱增，觸摸屏以其易于使用、堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點，使得系統(tǒng)設計師們越來越多的感到使用觸摸屏的確具有相當大的優(yōu)

14、越性。觸摸屏出現(xiàn)在中國市場上至今只有短短的幾年時間，這個新的多媒體設備還沒有為許多人接觸和了解，包括一些正打算使用觸摸屏的系統(tǒng)設計師，還都把觸摸屏當作可有可無的設備，從發(fā)達國家觸摸屏的普與歷程和我國多媒體信息業(yè)正處在的階段來看，這種觀念還具有一定的普遍性。事實上，觸摸屏是一個使多媒體信息或控制改頭換面的設備，它賦予多媒體系統(tǒng)以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設備。發(fā)達國家的系統(tǒng)設計師們和我國率先使用觸摸屏的系統(tǒng)設計師們已經(jīng)清楚的知道，觸摸屏對于各種應用領域的電腦已經(jīng)不再是可有可無的東西，而是必不可少的設備。它極大的簡化了計算機的使用，即使是對計算機一無所知的人，也照樣能夠信手拈來，使計

15、算機展現(xiàn)出更大的魅力。解決了公共信息市場上計算機所無法解決的問題。采用PLC控制、變頻器調(diào)速、圖示操作終端（觸摸屏）操作的先進技術，對于實現(xiàn)被控對象（生產(chǎn)設備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，也方便維護與實時監(jiān)控生產(chǎn)等。1 工藝分析與要求1.1 設備用途和適用圍本設備用于研磨輪胎的胎側(cè)，使硫化在胎側(cè)中的白色橡膠顯露，行程在胎側(cè)上的白色花紋與文字。本設備適用與以下的規(guī)格輪胎胎側(cè)的研磨：胎圈著合直徑（胎圈直徑）（14”）、15”、16”兩胎踵間的著合寬度（輪胎子口寬度）7.5”9”外直徑775mm257mm、255mm318mm最大重量30kg胎側(cè)研磨部位的寬度30mm胎側(cè)研磨部位

16、的高度2.54mm1.2 工藝過程設備裝置主要由存胎輥道，輪胎運輸機，擋胎裝置，底板，卸胎器，輪胎定中心裝置，粗磨裝置，細磨裝置，中心裝置，出胎輥道，氣動系統(tǒng)等部分組成。系統(tǒng)大致運行流程為：由擋胎裝置光電開關檢測輪胎，若擋胎裝置輥道上有輪胎，則輪胎運輸機不動作，若沒有輪胎，則輪胎運輸機動作，送輪胎到擋胎裝置輥道；接著定中心裝置輥道上的光電開關檢測定中心是否有輪胎在研磨或未送出，若是則擋胎裝置上的擋臂通過氣缸動作收縮，若檢測到?jīng)]有輪胎在定中心且已送出定中心裝置，則擋臂打開，啟動擋胎裝置輥道傳動系統(tǒng)傳動電機，將輪胎送入定中心裝置，之后其傳動電機停止工作且擋臂復位（收縮），此時定中心裝置輥道上的光電

17、開關檢測到有輪胎，定中心裝置傳動電機啟動，定時一段時間后，定中心裝置的定中心輥動作，將輪胎定位，定中心裝置輥道傳動電機停止工作，定中心輥復位，然后上卡盤下降（下卡盤上升），到達預定位置后，上卡盤的鉤爪鉤住下卡盤的閉鎖套，然后帶著輪胎一起上升，達到指定位置，輪胎開始充氣，此時進行壓力檢測，到達指定壓力后，停止充氣，開始輪胎回轉(zhuǎn)，定時且啟動粗磨磨輪傳動電機，同時啟動除塵，冷卻等的器件，粗磨磨輪氣缸擺動，同時靠近輪胎，到指定時間后停止粗磨電機極其氣缸的動作，磨輪退回原位；回轉(zhuǎn)電機停止然后反向轉(zhuǎn)動，開始細磨定時，傳動電機啟動，細磨磨輪靠近輪胎且擺動，定時研磨完成后，停止與復位電機，氣缸等，啟動刷胎器電

18、機，控制刷胎器的氣缸的升降來刷輪胎，然后停止電機，上下卡盤分開，之后卸胎器動作，若檢測開關檢測到?jīng)]有輪胎落下時，回轉(zhuǎn)傳動電機再啟動一次，回轉(zhuǎn)2周，卸胎器再動作一次，定中心裝置輥道傳動電機再次啟動，送出輪胎，然后等下一個輪胎進行研磨。以下圖1-1為簡單工藝結構圖：圖1-1 輪胎磨邊機簡單結構工藝圖1.3 主要技術參數(shù)（1） 輪胎 1 回轉(zhuǎn)速度1025rpm（連續(xù)可調(diào)） 2 最大充氣壓力0.3Mpa 3 旋轉(zhuǎn)方向 順時針（2） 磨輪 1 磨輪外直徑205mm（8”） 2 磨輪寬度40mm 3 磨料粒度 粗#100 細#160 4 磨輪轉(zhuǎn)速4000rpm 5 磨輪調(diào)整圍垂直平面角度-15水平距離（距

19、輪胎中心線）175280mm高度調(diào)整圍250mm（3） 電機功率 1 磨輪傳動電機功率7.5kw 2臺 2 擋胎裝置輥道傳動電機功率0.55kw 1臺 3 輪胎定中心裝置輥道傳動電機功率0.55kw 1臺 4 輪胎回轉(zhuǎn)傳動電機功率0.75kw 1臺 6 刷胎器電機功率 0.25kw 1臺 4 外形尺寸（長*寬*高）整機 5 設備重量 約4噸2 控制系統(tǒng)整體設計2.1 基于單片機的控制系統(tǒng)設計 利用單片機系統(tǒng)設計來控制輪胎磨邊過程，選擇AT89C51來作為處理信息控制指令的核心部分，利用鍵盤來實現(xiàn)輸入功能，A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器對研磨過程中需要測定的溫度與壓力檢測與傳輸轉(zhuǎn)換，提供給處理核心進行判斷

20、與作出相應動作，利用D/A轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換電路變頻器等，促使電機工作與停機，電磁閥的開關等完成相應的動作。 系統(tǒng)設置檢測故障，復位等來服務整個系統(tǒng)的運行安全與方便。顯示功能部分也可以在本控制系統(tǒng)中實現(xiàn)，比如指示燈，數(shù)碼管等。 以下為簡單控制系統(tǒng)框圖：圖2-1 單片機控制系統(tǒng)框圖2.2 微機控制系統(tǒng)設計微機除了用于控制領域外，主要用于科學計算，數(shù)據(jù)處理，計算機通信等方面，PLC主要用于工業(yè)控制。微機系統(tǒng)的I/O設備與主機之間采用微電聯(lián)系，一般不需電氣隔離，但外部控制信號需經(jīng)A/D，D/A轉(zhuǎn)換后方可與微機相連。微機具有豐富的程序設計語言，要求使用者具有一定的計算機硬件和軟件知識，PLC有面向工程技術人

21、員的梯形語言和語句表，一些高級PLC具有高級編程語言，微機系統(tǒng)一般配有較強的系統(tǒng)軟件，并有豐富的應用軟件，微機對環(huán)境要求較高，一般要在干擾小，具有一定溫度和濕度要求的機房使用，PLC適用于工程現(xiàn)場環(huán)境。2.3 PLC控制系統(tǒng)設計PLC一般可控制強電設備，無需再做轉(zhuǎn)換，且由于PLC部有光電耦合電路進行電氣隔離，輸出采用繼電器、可控硅或放大功率晶體管進行功率放大，因而可直徑驅(qū)動執(zhí)行機構。PLC的軟件相對簡單,微機運算速度快，一般為微妙級，為適應大的系統(tǒng)軟件和豐富的應用軟件，其存儲器量很大。PLC因接口的響應速度慢而影響數(shù)據(jù)處理速度，PLC的軟件少，編程也短，存容量小。而單片機控制系統(tǒng)雖然功能比較強

22、大，但其需要的理論知識更為豐富，比如編程語言要比PLC較為復雜，需要有良好的基礎才能編好，其電路調(diào)試需要更堅實的基礎，仿真模擬也需要一定的條件，鑒于本系統(tǒng)的特點，采用單片機控制系統(tǒng)似乎顯得較為勉強，而且本人的單片機系統(tǒng)方面的知識也不夠全面，而PLC控制系統(tǒng)足以完成本系統(tǒng)的要求的功能。綜上所述，基于實際方便與經(jīng)濟考慮，選擇用PLC控制系統(tǒng)設計。任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：（1）最大限度地滿足被控對象的控制要求。設計前，應深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，搜集資料，并與機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，

23、共同擬定電氣控制方案，協(xié)同解決設計中出現(xiàn)的各種問題。（2）在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單，經(jīng)濟，實用，維修方便。（3）保證控制系統(tǒng)的安全可靠。（4）考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進，在選擇PLC容量時，應適當留有余量。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復雜程度，進行I/O點數(shù)和I/O點的類型（數(shù)字量、模擬量等）統(tǒng)計，列出清單。適當進行存容量的估計，確定適當?shù)牧粲熊浻布Y源余量而不浪費資源的機型（小、中、大型機器）。根據(jù)PLC輸出端所帶的負載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以與PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出，還是晶體管輸出，或品閘管輸出。不同的負載選用不同的輸

24、出方式，對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的。電磁閥的開閉、大電感負載、動作頻率低的設備，PLC輸出端采用繼電器輸出或者固態(tài)繼電器輸出;各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動/停止應采用晶體管輸出。確定PLC編程工具：（1） 一般的手持編程器編程。（2） 圖形編程器編程。（3） 計算機加PLC軟件包編程 。這種方式是效率最高的一種方式，但大部分公司的PLC 開發(fā)軟件包價格昂貴，并且該方式不易于現(xiàn)場調(diào)試，主要用于中高檔PLC系統(tǒng)的硬件組態(tài)和軟件編程。PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設計：隨著工業(yè)自動化技術的日新月異的發(fā)展，晶閘管可控整流和變頻調(diào)速裝置使用日益廣泛，這帶來了交流電網(wǎng)的污染，也給控制系統(tǒng)帶來了許多干擾

25、問題，防干擾是PLC控制系統(tǒng)設計時必須考慮的問題。一般采用以下幾種方式:隔離:由于電網(wǎng)中的高頻干擾主要是原副邊繞組之間的分布電容耦合而成，所以建議采用1:1超隔離變壓器，并將中性點經(jīng)電容接地。屏蔽:一般采用金屬外殼屏蔽，將PLC系統(tǒng)置于金屬柜之。金屬柜外殼可靠接地，能起到良好的靜電、磁場屏蔽作用，防止空間輻射干擾。布線:強電動力線路、弱電信號線分開走線，并且要有一定的間隔;模擬信號傳輸線采用雙絞線屏蔽電纜。按照工藝要求，系統(tǒng)控制設計用FX系列PLC基本模塊作為處理中心，通過對電磁閥的控制來控制氣缸動作，以實現(xiàn)工藝要求的一系列動作；通過對繼電器的控制來實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)等的電動機的控制，通過D/A轉(zhuǎn)

26、換與變頻器來控制交流電機的調(diào)速，控制過程中的壓力檢測、溫度檢測等，用壓力傳感器、溫度傳感器經(jīng)過FX系列的特殊模塊來實現(xiàn)送入PLC基本模塊中心進行檢測，并在觸摸屏上顯示。PC機通過專用電纜與PLC模塊和觸摸屏模塊進行通信連接，編制調(diào)試程序完畢可以直接下載到觸摸屏和PLC各自程序存儲器。PLC模塊與觸摸屏之間由專用電纜連接，觸摸屏按鍵指令可以由通信電纜加載到控制程序以執(zhí)行相應的操作。另外，外部開關指令直接加載在PLC輸入端以實現(xiàn)相應的指令操作。PLC與DA模塊由擴展電纜連接，由觸摸屏上按鍵來設定數(shù)字量，送入PLC后再經(jīng)過D/A模塊，將PLC輸出數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對應的兩路電壓信號加載到變頻器輸入端子以實

27、現(xiàn)連續(xù)自動調(diào)速控制，還可以不接D/A模塊，直接利用變頻器的程序運行模式來改變變頻器的運行輸出頻率，只是這要事先設定好其某段時間的頻率狀況。當然，用手動控制變頻器調(diào)速也可有電位器來改變變頻器的頻率。簡單系統(tǒng)電氣控制連接圖：圖2-2 PLC簡單電氣控制連接圖3 系統(tǒng)硬件部分3.1 PLC容與其選擇 三菱公司FX系列PLC吸收了整體式和模塊式可編程控制器的優(yōu)點，它的基本單元、擴展單元和擴展模塊的高度和寬度一樣，它們的相互連接不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個整齊的長方體。其體積小，很適于在機電一體化產(chǎn)品中使用。3.1.1PLC基本模塊選擇FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程

28、序控制器，它置有8k步的RAM，使用存儲卡盒后，最大容量可達16k步，編程指令達327條，處理速度達到0.08us/步。它不僅能完成邏輯控制，順序控制，模擬量控制，位置控制，高速計數(shù)等功能，還能數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)排列，三角函數(shù)運算，PID運算等更為復雜的數(shù)據(jù)處理。所以FX2N系列具有容量大，運行速度快，指令功能完善等特點。依據(jù)生產(chǎn)工藝要求，各種指示燈、變頻器/數(shù)字直流調(diào)速器的啟動停止應采用晶體管輸出，它適應于高頻動作，并且響應時間短;如果PLC 系統(tǒng)輸出頻率為每分鐘6 次以下，應首選繼電器輸出，采用這種方法，輸出電路的設計簡單，抗干擾和帶負載能力強。如果PLC輸出帶電磁線圈等感性負載，負載斷電時會

29、對PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對直流感性負載應在其旁邊并接續(xù)流二極管，對交流感性負載應并接浪涌吸收電路，可有效保護PLC。當PLC掃描頻率為10次min 以下時，既可以采用繼電器輸出方式，也可以采用PLC輸出驅(qū)動中間繼電器或者固態(tài)繼電器（SSR），再驅(qū)動負載。FX系列PLC繼電器輸出型在AC250V以下電路電壓時可驅(qū)動負載為：純電阻負載2A/1點（8A/4點共用，8A/8點共用），感性負載為80V*A以下，燈負載100W以下；輸入電流為DC24V7mA，而輸入信號引起動作的最小電流為2.53mA，但為了確實啟動，必須取4.5mA以上（X010以后5mA/DC24V），為了確實切斷，必

30、須取1.5mA以下(X010以后1.5mA/DC24V)。選擇FX2N-64MR-001基本模塊為本控制系統(tǒng)的基本核心部件，64個基本I/O點數(shù)已滿足系統(tǒng)控制要求，且留有一定余量，因為系統(tǒng)輸出控制變頻器，繼電器，電磁閥等，采用繼電器輸出方式，外部電源用交流電源（AC 250V）。3.1.2PLC特殊模塊選擇系統(tǒng)控制過程需要檢測輪胎的充氣壓力，檢測輪胎研磨過程中的溫度狀況，所以需要模擬量輸入模塊，來實現(xiàn)把壓力、溫度這些經(jīng)轉(zhuǎn)化的信息送入PLC中心處理模塊進行處理反饋顯示。FX2N-4AD是模擬量輸入模塊，有四個輸入通道，每一個通道都可以進行A/D轉(zhuǎn)換，分辨率為12位。輸入的模擬電壓圍從直流-10V

31、10V，分辨率為5mV。若為電流，圍為420mA或0mA20mA，分辨率為20mA。其部共有32個緩沖寄存器，用來與主機FX2N主單元PLC進行數(shù)據(jù)交換，每個緩沖寄存器的位數(shù)為16位。FX2N占用FX2N擴展總線的8個點，這8個點可以是輸入也可以是輸出點?？刂七^程中壓力溫度的檢測數(shù)值可由此模塊來執(zhí)行轉(zhuǎn)換傳輸，壓力、溫度輸入的模擬圍都選擇電流輸入模式，圍為420mA（電流傳輸過程中損耗比較低，且傳輸距離比較長），此功能實現(xiàn)過程主要由編程來體現(xiàn)執(zhí)行。其延遲時間為10mS。當然，傳送溫度還可以由專門的特殊溫度模塊FX2N-4AD-PT來完成。系統(tǒng)需要控制變頻器輸出的頻率在一定圍進行連續(xù)可調(diào)且自動調(diào)節(jié)

32、，可采用一個D/A模塊來實現(xiàn)，故選擇FX2N-4DA特殊模塊。根據(jù)接線方法，模擬輸出可在電壓輸出或電流輸出中選擇，通道可輸出的圍為-1010VDC，05VDC，或420mA，分辨率為2.5mV和4uA，數(shù)字到模擬可進行調(diào)整；模塊占用8個I/O點。電源來自于主電源的部電源供應，通道輸出圍選擇為420mA。以上模塊均以FROM/TO指令與PLC進行數(shù)據(jù)傳輸。3.2 變頻器容3.2.1變頻器變頻器發(fā)展十分迅速，應用日漸廣泛，利用變頻器傳動異步電動機所構成的調(diào)速控制系統(tǒng)，越來越發(fā)揮出巨大的作用。由于市場上變頻器種類繁多，如何選擇變頻器就需要考慮了。一般從用途、電壓、容量3方面就如何用最少的錢來選擇最適

33、用的變頻器。根據(jù)本系統(tǒng)控制要求，變頻器只是用來控制電機的頻率而已，選擇簡易型的變頻器即可；從整體上來講，變頻器分為低壓變頻器和高壓變頻器，低壓變頻器分單相220V，三相380V，三相660V等，高壓變頻器分為3KV，6KV和10KV三種，本系統(tǒng)只需選用低壓變頻器即可；變頻器的容量應該與其驅(qū)動的電動機容量相匹配，還要根據(jù)負載特性、操作方法等來決定，其額定電流要不小于電動機的額定電流。本系統(tǒng)選用三菱變頻器FR-A500-0.75K-CH（此設備已是老產(chǎn)品，但其功能還對本系統(tǒng)來說足矣），其輸出頻率圍為0.2400Hz。而頻率設定分辨率模擬輸入為0.015Hz/60Hz(端子2輸入：12位/0至10V

34、，11位/0至5V；端子l輸入：12位/-10至十10V，11位/-5至I+5V)數(shù)字輸入分辨率為0.01Hz。它適用于電機容量為0.75KW。其額定電流2.6A，大于PLC要求的2A，即可直接連接PLC基本模塊輸出點，模擬量輸入時最大輸出頻率的0.2以（2510），數(shù)字量輸入時設定輸入頻率的0.01以。這樣就滿足了系統(tǒng)中要求的頻率輸出圍。而使用變頻器應注意以下問題：電子過電流保護不能完全確保對電機的過熱保護。不要頻繁使用變頻器輸入側(cè)的電磁接觸器啟/停變頻器。用噪聲濾波器減少電磁干擾的影響。否則有可能影響變頻器附近使用的電子設備。采取相應的措施抑制諧波。否則由于變頻器產(chǎn)生的電源諧波,使電力電容

35、和發(fā)電設備過熱與損壞。當變頻器驅(qū)動 400V系列電機時,必須增強電機絕緣或抑制浪涌電壓。由于布線常數(shù)引起的浪涌電壓發(fā)當進行參數(shù)清除或參數(shù)全部清除時,各參數(shù)返回到出廠設定值,在運行前請再次設定必要的參數(shù)。變頻器可以容易地進行高速運行的設定,更改設定前,檢查電機和機械性能有充分的能力。請增加變頻器的保持功能,安裝保持設備以確保安全。變頻器長時間保存后再使用,使用前必須進行檢查和試運行。其端子記號端子名稱說明R, S, T 交流電源輸入連接工頻電源。當使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時，確保這些端子不連接(FR-HC)。U, V, W 變頻器輸出接三相鼠籠電機。R1, S1 控制回路電源與交流電源端子R,S連接

36、。在保持異常顯示和異常輸出時或當使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器時(FR-HC)時，請拆下RR1和S-S1之間的短路片，并提供外部電源到此端子。P, PR 連接制動電阻器拆開端子PR-PX之間的短路片，在P-PR之間連接選件制動電阻器(FR-ABR)。P, N 連接制動單元連接選件FR-BU型制動單元或電源再生單元(FR-RC)或高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器(FR-HC)。P, P1 連接改善功率因數(shù)DC電抗器拆開端子P-P1間的短路片，連接選件改善功率因數(shù)用電抗器(FR-BEL)。PR, PX 連接部制動回路用短路片將PX-PR間短路時(出廠設定)部制動回路便生效(7.5K以下裝有)。接地變頻器外殼接地用，必須接。

37、3.2.2變頻器參數(shù)設定利用操作面板進行參數(shù)設定（FR-DU04）。Pr.79=4（操作模式為外部操作模式），Pr.73=1，Pr.71和Pr.80可設定適用電機與電機容量，Pr.0=25Hz（上限），端子接線為端子4和5（電流輸入模式）。這樣的設置可能在實際運行上有點難度，其它為默認設置。3.3 觸摸屏選擇觸控屏（Touch panel）又稱為觸控面板，是個可接收觸頭等輸入訊號的感應式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預先編程的程式驅(qū)動各種連結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，并借由液晶顯示畫面制造出生動的影音效果。觸摸屏主要有電阻式觸摸屏，電容式觸摸屏，紅

38、外線式觸摸屏，表面聲波式觸摸屏等類型，各自都有其優(yōu)缺點，就本系統(tǒng)而言，選用三菱A956WGOT系列產(chǎn)品A956WGOT-TBD*2，256色顯示，實現(xiàn)了多色清晰顯示改善可維護性，并降低運行成本，有網(wǎng)路監(jiān)控功能系統(tǒng)監(jiān)視功能。電源電壓 24VDC顯示設備 TFT彩色顯示器，顯示顏色 256色，亮度(cd/m2) 300(8檔亮度調(diào)整)，顯示角度(反差度) 右和左：65度；上：40度；下：65度，解析度(點) 480234，可設置的觸摸開關數(shù)目 450(15行30列)，用戶記憶體容量 1MB(最大可到9MB)，外部尺寸(mm) 215W133H70.8D，面板寬度(mm) 65.8，與FX2N-64

39、MR 程序連接器連接，可以一邊觀看畫面中對PLC的各軟件的監(jiān)視與數(shù)據(jù)變化，一邊進行顯示。3.4 低壓電器選擇作為系統(tǒng)若要求按鈕的信號，PLC控制可由按鈕來控制，觸點分為常開觸點（動合觸點）和常閉觸點（動斷觸點）兩種?？刹捎肸B2-BE101C系列通用型按鈕。由于本系統(tǒng)有觸摸屏來控制，故可省略掉按鈕，當然，現(xiàn)場設置相應的按鈕可在現(xiàn)場控制。行程開關：系統(tǒng)操作過程中要實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)換狀態(tài)或者提醒動作完成等需要用到行程開關（Series limited switch），行程開關主要用于檢測工作機械的位置，發(fā)出命令以控制其運動方向或行程。本系統(tǒng)選擇XCE系列行程開關，其主要技術參數(shù)為：額定工作電壓 直流22

40、0、110、24V，交流380、220V，額定發(fā)熱電流6A，額定工作電流直流0.046A（220V時），交流0.79A（380V時），這樣的工作電流大于PLC輸入端回路的電流，這樣就不至于開關被燒壞或者損壞，額定操作頻率1200次/h。光電開關：系統(tǒng)中檢測需要用到光電開關（Photoelectric switch），采用施耐德XUK系列產(chǎn)品，其電源是1030VDC或200240VAC。適合最大檢測距離為20m,優(yōu)化型產(chǎn)品適合于漫反射，激化反射，反射，對射等多種檢測模式，其最大檢測距離為20m.通用型。本系統(tǒng)設計時認為是對射型。溫度變送器：WJ100R（新敏電子科技產(chǎn)品）溫度變送器采用高精度線性

41、放大電路，并選用高精度的元器件，使產(chǎn)品具有靈敏度高，穩(wěn)定性好，準確度高和使用壽命長等優(yōu)點。 應用場合： WJ100R廣泛應用在工業(yè)溫度測量、暖通空調(diào)、檔案室、生產(chǎn)車間、倉庫、機房、通風管道、樓宇自控、工地等測量的場合。傳感器直流電壓或電流輸出， WJ100R溫度變送器采用防水變送外殼，可以工作在露天或濕度較大的場所（如山洞、冷庫等）其技術參數(shù)主要有：工作電源： 1、24VDC 2、12VDC （05V電壓輸出時） 3、24VAC 4、12VAC （05V電壓輸出時）溫度測量圍： -200600 (最大有效測量圍)濕度參數(shù)：測量準確度： 0.1% F.S 0.25% F.S 0.5%F.S工作溫

42、度： -4080（軍工級性能，僅限WJ100R）有效測量圍： 590%RH(無凝露)測量穩(wěn)定性：通常狀態(tài)下，漂移不大于 1%RH輸入信號： Pt100 輸入線阻：50負載電阻： 500（電流輸出），3K（電壓輸出）環(huán)境溫度： -2080變送器外殼：乳白色 防水型ABS 835933mm其可型號選擇方式為WJ100R（1）S（2）P（3），（1）中選擇從17選擇溫度圍，（2）中選擇13來確定信號輸出類型，（3）填準確度。根據(jù)具體情況選擇其型號，本系統(tǒng)中選用WJ100R6S1P1（測量溫度圍為0300，420mA的輸出類型），與A/D模塊的420mA的輸入對應。壓力變送器：選擇型號時要注意以下容：

43、確定變送器要測量什么樣的壓力：一般而言，需要選擇一個具有比最大值還要大1.5倍左右的壓力量程的變送器，瞬間的峰值可能破壞壓力傳感器。確定是什么樣的壓力介質(zhì)：我們要考慮的是壓力變送器所測量的介質(zhì),黏性液體、泥漿會堵上壓力接口，溶劑或有腐蝕性的物質(zhì)會不會破壞變送呂中與這些介質(zhì)直接接觸的材料。變送器需要多大的精度：決定精度的有，非線性，遲滯性，非重復性，溫度、零點偏置刻度，溫度的影響，每一種電子式的測量計都會有精度誤差的。確定變送器的溫度圍：通常一個變送器會標定兩個溫度圍，即正常操作的溫度圍和溫度可補償?shù)膰?。正常操作溫度圍是指變送器在工作狀態(tài)下不被破壞的時候的溫度圍，在超出溫度補圍時，可能會達不到其

44、應用的性能指標。溫度補償圍是一個比操作溫度圍小的典型圍。在這個圍工作，變送器肯定會達到其應有的性能指標。溫度變從兩方面影響著其輸出，一是零點漂移；二是影響滿量程輸出。需要得到怎樣的輸出信號： mV 、V、 mA與頻率輸出數(shù)字輸出，選擇怎樣的輸出取決于多種因素，包括變送器與系統(tǒng)控制器或顯示器間的距離，是否存在“噪聲”或其他電子干擾信號。對于許多變送器和控制器間距離較短的OEM設備，采用mA輸出的變送器最為經(jīng)濟而有效的解決方法。對于遠距離傳輸出或存在較強的電子干擾信號，最好采用mA級輸出或頻率輸出。本系統(tǒng)選用HD180系列擴散硅壓力變送器（永先品牌公司），其相關技術參數(shù)為：（工業(yè)過程控制被測介質(zhì)與

45、316L相容的各種介質(zhì)）量程（表壓、絕壓）： 010kPa，016kPa，025kPa，040kPa， 00.06MPa，00.1MPa，00.16MPa， 00.25MPa，00.4MPa，00.6MPa， 01MPa，01.6MPa，02.5MPa， 04MPa，06MPa，010MPa， 016MPa，025MPa，040MPa， 060MPa，0100MPa，0160MPa 過載 ：對于量程10MPa，2倍；對于量程10MPa，1.5倍精度(包括線性、遲滯、重復性) 0.25%，0.5%工作溫度圍 被測介質(zhì)：60150； 環(huán)境溫度：4085 補償溫度圍 4085環(huán)境溫度變化的影響 1，

46、對于量程0.06MPa：對于0.25級：0.01%/；對于0.5級：0.02%/； 2，對于量程0.06MPa：對于0.25級：0.02%/；對于0.5級：0.04%/穩(wěn)定性 0.2FS / 年輸出 420mADC兩線制，供電電源 936VDC（要考慮負載）；* 對于本安系統(tǒng)需配相應的安全柵電氣接口 M201.5或ZG1/2 過程接頭 M201.5或1/2 NPT，或按用戶要求 功耗 1W外殼防護等級 IP65重量 1.5kg。本系統(tǒng)要求的充氣壓力是00.3Mpa，根據(jù)實際要求選擇量程為00.6Mpa。繼電器：在PLC控制器與電機氣缸之間采用繼電器來動作，繼電器是一種根據(jù)電氣量（電壓、電流等）

47、或非電氣量（溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、時間等）的變化接通或斷開控制電路的自動切換電器。加繼電器，因為負載工作時會有沖擊電流，并且干擾大，容易燒壞PLC端子或程序誤動作。中間繼電器實質(zhì)是一種電壓繼電器，觸點對數(shù)多，容量較大（額定電流510A）。滿足PLC輸出的電流要求，采用施耐德RXM系列小型繼電器，繼電器的基本功能可概括為以下幾個方面：輸入/輸出電壓和電流的適配和轉(zhuǎn)換通過觸點數(shù)量的選擇來擴充信號擴大可編程控制設備上的輸出電流信號做為PLC的輔助，進行一些自動化系統(tǒng)中的信號處理2,3&4個C/O觸點 12-10-6A 觸點數(shù)量可選擇 適配所有的標準電壓(12110VDC/24240AC) 測試按鈕(瞬時

48、+鎖定) LED狀態(tài)指示(可選) 繼電器狀態(tài)機械指示 本體帶有空白標簽位 根據(jù)實際需要可選擇RXM4AB2P7。電磁閥：電磁閥是用來控制流體方向的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器；通常用于機械控制和工業(yè)閥門上面，對介質(zhì)方向進行控制，從而達到對閥門開關的控制。電磁閥選型首先應該依次遵循安全性，可靠性，適用性，經(jīng)濟性四大原則，其次是根據(jù)六個方面的現(xiàn)場工況(即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動作方式、特殊要求進行選擇)。選型依據(jù)： 一、根據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的：通徑規(guī)格(即DN)、接口方式 1、按照現(xiàn)場管道徑尺寸或流量要求來確定通徑(DN)尺寸。 2、接口方式，一般DN50要選擇法蘭接口，DN50

49、則可根據(jù)用戶需要自由選擇。 二、根據(jù)流體參數(shù)選擇電磁閥的：材質(zhì)、溫度組 1、腐蝕性流體：宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；食用超凈流體：宜選用食品級不銹鋼材質(zhì)電磁閥。 2、高溫流體：要選擇采用耐高溫的電工材料和密封材料制造的電磁閥，而且要選擇活塞式結構類型的。 3、流體狀態(tài)：大至有氣態(tài)，液態(tài)或混合狀態(tài)，特別是口徑大于DN25訂貨時一定要區(qū)分開來。 4、流體粘度：通常在50cSt以下可任意選擇，若超過此值，則要選用高粘度電磁閥。 三、根據(jù)壓力參數(shù)選擇電磁閥的：原理和結構品種 1、公稱壓力：這個參數(shù)與其它通用閥門的含義是一樣的，根據(jù)管道公稱壓力來定。 2、工作壓力：如果工作壓力低則必須選用直動或分步直

50、動式原理；最低工作壓差在0.04Mpa以上時直動式、分步直動式、先導式均可選用。 四、電氣選擇：電壓規(guī)格應盡量優(yōu)先選用AC220V、DC24較為方便。五、根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電1、當電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關閉的時間應選用常開型。2、要是開啟的時間短或開和關的時間不多時，則選常閉型。 3、但是有些用于安全保護的工況，如爐、窯火焰監(jiān)測，則不能選常開的，應選可長期通電型。 六、根據(jù)環(huán)境要求選擇輔助功能：防爆、止回、手動、防水霧、水淋、潛水1、爆炸性環(huán)境：必須選用相應防爆等級的電磁閥2、當管流體有倒流現(xiàn)象時可選帶止回功能電磁閥。 3、當需要對電磁閥進行現(xiàn)

51、場人工操作時，可選擇帶手動功能電磁閥。 4、露天安裝或粉塵多場合應選用防水，防塵品種(防護等級在IP54以上)。本系統(tǒng)采用ZCQ電磁閥，AC220V電源（永嘉縣英絡克泵閥制造）接觸器：接觸器是一種典型的電磁式控制電器，其電磁機構同復位彈簧等部件配合，使觸點系統(tǒng)接通或斷開所控電路。利用接觸器可以實現(xiàn)遠程自動控制，其通斷能力大，瞬時過載能力強，且有欠（零）電壓自動保護作用。根據(jù)系統(tǒng)工藝要求的電機參數(shù)，0.25KW的電機應該配CJX2（LC1）-K系列交流接觸器（施耐德產(chǎn)品），其額定工作電壓有380V，額定工作電流0.95A，控制容量360VA，配用熔斷器型號為RT16-10，觸點吸合為30VA，保

52、持為4.5VA。0.55KW電機配CJ20-10交流接觸器，其輔助觸點額定電流為5A，額定電壓為380V，可控電機最大功率為4KW。7.5KW電動機選用CJ20-16交流接觸器，其輔助觸點額定電流為5A，額定電壓為380V，額定電流16A，可控電動機最大功率為7.5KW。表3-1 器件列表種類型號數(shù)量行程開關XCE系列6光電開關XUK系列2溫度變送器WJ100R5S1P11壓力變送器HD180系列1繼電器RXM系列14接觸器CJ系列6電磁閥ZCQ系列143.5 電源配置與各種連接口線PLC供電電源一般為AC85240V，適應電源圍較寬，但為了抗干擾，應加裝電源凈化元件（如電源濾波器、1:1隔離

53、變壓器等）;隔離變壓器也可以采用雙隔離技術，即變壓器的初、次級線圈屏蔽層與初級電氣中性點接，次級線圈屏蔽層接PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。PLC輸入電路電源一般應采用DC 24V, 同時其帶負載時要注意容量，并作好防短路措施，這對系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關重要，因為該電源的過載或短路都將影響PLC的運行，一般選用電源的容量為輸入電路功率的兩倍，PLC輸入電路電源支路加裝適宜的熔絲，防止短路。電源模塊選擇明偉公司產(chǎn)品。其隔離變送器有這些特點：廣泛應用于壓力、流量、溫度、液位等各類儀表輸出端口，可有效解決現(xiàn)場干擾與儀表端口保護，儀表外部無需安裝隔離類產(chǎn)品。部采用電磁隔離技術，輸入、

54、輸出和電源間相互隔離；具有很好的溫漂特性和很好的線性度。高精度：0.1% 高線性度：0.1% 低溫漂：35PPM/； 高隔離：2500VDC 工業(yè)級：-2571工作溫度。可選有源或無源多種系列產(chǎn)品。當然也可選用其他公司產(chǎn)品，只要符合基本模塊等的要求即可。具體各部分硬件電源配置如下：表3-2 硬件配置電源FX2N-64MR220V ACA956WGOT觸摸屏24V DCFX2N-4AD/FX2N-4DA24V DCFR-A500變頻器380V AC行程開關24V DC溫度變送器24V DC壓力變送器24V DC繼電器220V AC接觸器380V AC電磁閥220V AC電動機380V AC3.6

55、 電動機選擇Y2系列電動機是Y系列電機的更新?lián)Q代產(chǎn)品，是一般用途的全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機。Y2系列電機的安裝尺寸和功率等級符合IEC標準，與德國DIN42673標準一致，也與Y系列電機一樣，其外殼防護等級為IP54，冷卻方法為IC41l，連續(xù)工作制（S1）。采用F級絕緣，溫升按B級考核(除315L2-2、4，355全部規(guī)格按F級考核外)，并要求考核負載噪聲指標。Y2系列電動機額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3kw以下為Y接法，電動機運行地點的海拔不超過1000m；環(huán)境空氣溫度隨季節(jié)變化，但不超過40；最低環(huán)境空氣溫度為-15；最濕月月平均最高相對濕度為90%；同時該月月

56、平均最低溫度不高于25。選擇均為2極的電機，其相關參數(shù)如下表所示：表3-3 電動機參數(shù)1額定功率 （KW）0.250.55額定電流 （A）0.71.4轉(zhuǎn)速 （r/min）28202820效率 （%）68.073.0功率因數(shù) （cos）0.810.82最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 倍2.22.3最小轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 倍1.61.6堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 倍2.22.2堵轉(zhuǎn)電流/額定電流 倍5.56.1 磨輪電機采用三相380V通用型永磁同步交流伺服電機，其型號為PMSMF18075D302BOA，其額定輸出為7.5KW，額定轉(zhuǎn)矩為23.88 Nm，瞬間最大轉(zhuǎn)矩為71.64 Nm，額定電流為19.80A，瞬間最大電流為59.41A，轉(zhuǎn)矩常數(shù)為1.206 Nm/A，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為107.91 kgcm2。減速電機采用銳進傳動K系列0.75KW螺旋錐齒輪減速機，符合本系統(tǒng)相應參數(shù)表如下：（輸入轉(zhuǎn)速=輸出轉(zhuǎn)速*傳動比）表3-4 電動機參