2017毕业论文-基于PLC的清梳联电气控制.doc

江西理工大学2011届本科生毕业设计（论文）江 西 理 工 大 学本 科 毕 业 设 计（论文）题 目：基于PLC的清梳联控制系统设计专题题目：学 院：电气工程及自动化学院专 业：电气工程及其自动化专业班 级：电气072学 号：39号学 生：指导教师： 职称：工程师指导教师： 职称：副教授时间：2011年4月25日摘 要随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器作为传统继电器的替换产品出现而得到了广泛的应用，它是一种适用于工业环境的新型通用自动控制装置，不仅具有计算机的功能，还能实现逻辑控制、数据处理、通信网络等功能。本文阐述了可编程控制器（PLC）在清梳联控制中的应用，主要介绍了清梳联PLC控制系统的总体设计方案、设计过程和组成，并画出了系统组成框图和程序流程图和具体的主要硬件电路，最后编制了清梳联控制系统的梯形图，从而实现前纺电气自动控制的功能。关键词：可编程控制器;PID;计算机技术;自动控制ABSTRACTKey word: Programmable controller continuous feed cotton PID computer technology automatic control目 录第一章 概述61.1 清梳联的定义、发展及特点61.1.1 清梳联的定义61.1.2 清梳联的发展61.1.3 清梳联的特点81.2 PLC的定义、分类及特点91.2.1 PLC的定义91.2.2 PLC的分类91.2.3 PLC的特点111.3 PLC的功能及应用121.4 本课题的研究内容12第二章 整体控制方案的设计132.1 清梳联的工艺流程132.2 工艺流程特点132.3 清梳联的工作原理142.4 PLC与其他控制的比较152.4.1 继电器控制方案152.4.2 PLC控制方案162.4.3 方案比较17第三章 控制系统硬件设计183.1 主回路设计183.2 PLC的选型183.2.1 I/O点数的估算183.2.2 存储器容量的估算183.2.3 I/O模块的选择193.3光洋PLC SE-22的功能简介213.3.1 主机系统213.3.2 输入/输出扩展环节223.4 分配输入/输出点223.5 安全回路设计32第四章 PLC系统软件设计334.1 PLC软件设计的内容334.2 PLC系统的软件设计步骤334.3 PLC应用系统软件设计354.3.1 程序设计步骤354.3.2 程序设计过程35第五章 系统调试415.1 硬件调试415.2 软件调试415.3 系统联调41第六章 设计总结42附 录43附录一: 清梳联主电路143附录二: 清梳联主电路244附录三: 清梳联主电路345【参考文献】45致谢词46第一章 概述1.1 清梳联的定义、发展及特点1.1.1 清梳联的定义清梳联是把原来的清棉与梳棉组合成一条新的生产线的一种新的棉纺织自动化系统。它的主要作用是先清理原棉中的棉结杂质，然后将原棉梳理成网再变成棉条条干，最后将棉网变成棉条。它是棉纺技术的发展趋势，是棉纺工程实现自动化、连续化和现代化的重要标志之一。1.1.2 清梳联的发展1清梳联发展概况20世纪60年代起在国际上开始推广应用清梳联（如图1-1）已有40年的历史，它被公认为一项成熟的工艺技术，是棉纺行业现代化生产的重要标志。我国清梳联研制虽从1958年开始，但由于当时对清梳联认识不足，单机水平、控制技术、器材性能等条件均难以满足清梳联的要求，几十年来一直在简易清梳联周旋曾几下几落难达目标。直到20世纪80年代，全国各地引进国际知名厂商清梳联生产线，在提高工艺技术、质量水平、经济效益等方面效果明显，遂引起各级领导的重视，并在列入国家“八五”重点攻关的纺织工业重中之重项目后，国产清梳联又一次被推向了高潮。从1993年山东省纺织工程学会、山东省纺织工业厅组织德州纺织厂、青岛纺机、金坛纺机联合研制第一条生产线投产，随后郑纺机在引进德国特吕茨勒（Trutzschler）公司制造技术后所生产的清梳联在曹县棉纺厂投产试用，从而有力地推动了国产清梳联在我国的推广应用，并不断提高扩大了清梳联的使用面，使我国制造的清梳联已有近230条生产线，全国加上引进的已有近500条清梳联生产线。抓棉机凝棉器双轴流重物分离器桥式磁铁六仓混棉输棉风机清棉机除微尘喂棉箱配棉头 图1-1 郑州宏大清梳联从“八五”攻关后近几年来经过各纺机厂与棉纺织厂的努力，清梳联在设计制造、安装调试、工艺优选、器材元件的选用方面，已积累了较多的经验，纺纱质量已达到国际知名厂商同类机型的水平，国产清梳联已逐步走向成熟，能满足纯棉精梳、普梳、粗中、细号纱及化纤混纺、纯纺等的要求，并在设备、工艺、质量上有突破性的进展，国内已有多家纺机制造厂供应全套清梳联设备。2国产清梳联工艺技术装备水平评估 (1)工艺技术满足生产要求 开清棉机组在单机性能提高的基础上，实现了高效能短流程，实现了一抓、一开、一混、一清的四类主机组合。抓棉机实现多包取用精细抓取(抓小、抓全、抓匀)，其为开清棉短流程奠定了良好的工作基础。采用自由打击进一步开松，除大杂硬杂及不孕籽。一混是采用大容量多仓给棉机，使原棉得到较好的混合；一清即采用二刺辊或三刺辊对喂人的微小棉束进一步精细开松与清除杂质。 在主机设备上，对给棉罗拉、打手、风机传动采用变频装置，打手变速适应对原料开松除杂的要求，风机变速可保证输棉管道畅通不堵塞，并保证打手除杂开松的效果，给棉罗拉采用变频，可使清梳联控制系统能及时准确地根据需要调整系统给棉量，保证瞬时每个棉箱内纤维的密度(或容量)的恒定，提高控制系统的精度，尽最大可能保证各给棉部分的高运转率，从设备上解决了各给棉部分以往的停、开影响各机输出定量的问题，从而保证了梳棉重量偏差及重量不匀率以及生条结构的最佳水平。 (2)先进技术普遍推广运用 清梳联控制系统先进合理，集机、电、仪、气、微电子、计算机为一体，自动化程度高。单机采用PIX、变频器、液晶显示面板操作，参数调整直观简便。其中连续均匀喂棉技术、自调匀整技术、间隙吸与连续吸的技术应用，保证系统的稳定可靠运行与质量水平的稳定与提高。 (3)关键器材得到配套 高产梳棉机的针布配套规格齐全，目前应用的有2525、2030等系列配以系列的盖板针布对提高分梳效果，减少结杂与短绒，已有较明显的效果，在锡林针布中采用2030X01550代替2525X01550，据成都二棉、日照、安庆、费城、华纶等5个棉纺厂试验，在棉结等质量方面已取得了满意的效果。在赶超Graf针布方面，做了大量的改进工作，对提高针布锐度、耐磨度等五度水平有了长足的进步。当然这不意味着我国针布耐磨问题已解决，据马山试验中心测试说明，我国针布耐磨度与Graf仍有差距，还有待努力解决。 (4)辅助设备迅速发展 国内滤尘设备制造厂相继开发出板式滤尘、蜂窝式滤尘，最近又有新的厂家推出鼓式(或称圆桶套环式)滤尘设备，各种设备均能适应清梳联的要求，而最近推出的鼓式滤尘设备结构简单，压差小，滤尘效率高，维修简便，新式滤尘设备的使用对清梳联单机性能及系统的正常运行起到基本保证作用。目前生产鼓式滤尘设备的厂家有江阴纺机、邯郸纺机、常熟风机厂、精亚空调设备厂等。1.1.3 清梳联的特点清梳联经过一个漫长、艰难、曲折又坎坷的道路已是一项成熟的技术，我国清梳联占全国棉纺纱锭的比重已由1990年的5%上升到2002年的22%（国家统计值，包括压锭因素），预计今后将以4%的速度递增。这主要得益于清梳联具有以下特点：（1）高速、高产、高质量清梳联生条的出条速度可达到250米/分，是成卷工艺梳棉生条出条速度的两到三倍，体现了它的高速性能。清梳联抓棉机的产量达到1500公斤/小时，是成卷工艺常用抓棉机的两倍；而单台梳棉机的产量可达到100公斤/小时，是成卷工艺常用梳棉机的四到五倍。体现了它的高产性能。清梳联生条质量在纺纯棉时，生条重量外不匀H(5m)2.5%、内不匀H（5m）1.5%，条干CV值可控制在3.5%左右，比成卷工艺梳棉生条重量外不匀H(5m)4.5%、内不匀H(5m)3%、条干CV值4.5%左右得到了大幅度的提高。（2）先进合理的工艺传统的开清梳成卷纺纱工艺是“开松除杂压紧成卷再开松分疏成条”，将开清部分部分开松的纤维又压紧，损伤了纤维，增加了梳棉机的分书难度。而清梳联的纺纱工艺是“开松除杂进一步开松除杂分疏成条”，开清部分实现了打杂先落、逐步开松、少伤纤维，为梳棉机提供了良好的分疏基础，使梳棉机的性能得到了充分发挥，工艺非常先进合理。（3）短流程、可靠性强、节约占地面积和维修费用由于清梳联没有成卷环节，单机性能优越，故所用单机数量较少、流程短，这就减少了故障环节，可靠性高。清棉机和梳棉机的故障率可控制0.07次/线和0.02次/线班；生条断头率可控制0.5台/线班。占地面积开清部分与成卷工艺相当，而梳棉部分减少50%。维修主要是状态维修，费用主要是维修人工费和机物料消耗费，与传统清梳工序相比降低了50%。（4）自动化程度高、劳动强度低清梳联使用了气动技术、变频技术、工业PLC触摸屏技术和通讯技术，实现了自动化控制，再加上大卷装和自动吸落棉的使用，解除了挡车工频繁换卷、筒、掏杂之苦，降低了劳动强度。（5）能耗低、用工少合理工艺和高效能电器的应用，使得清梳联每班用工只需2人，比传统清梳工序减少3人，按年产量计算，耗能传统清梳工序降低50%。（6）改善了清梳工序的生产环境清梳系统负压排杂和自动吸落棉技术的应用，与新型空调、滤尘设备配套，提供了适宜的车间温度，达到了环保要求的含尘浓度，改善了清梳工序的生产环境。1.2 PLC的定义、分类及特点1.2.1 PLC的定义可编程序逻辑控制器即PLC（Programmable Logic Controller）。PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.2.2 PLC的分类1按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。（1）整体式PLC 整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。（2）模块式PLC 模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 2按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。（1）低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档PLC 除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。（3）高档PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。(1)小型PLCI/O点数 2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量816K。如：S7-400德国西门子公司、GE-GE公司、C-2000立石公司、K3三菱公司等。1.2.3 PLC的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。(4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(5)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3 PLC的功能及应用PLC的应用面越来越广，主要是：一、由于微处理机芯片及有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；二、PLC的功能增强，能解决复杂的计算机和通信问题。目前，PLC在国内外已广泛用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC主要应用在开关逻辑和顺序控制、模拟控制、定时控制、数据处理信号联锁系统、通信联网等。最近一个时期内，PLC 产品的市场需求量一直保持平稳上升趋势。其一，PLC 是集三电一体化的多功能综合自动化装置。所谓的三电指的是电控、电仪和电传，这三种控制装置常常在一个工厂、一个车间，甚至在一个工段或一台设备上并存，却自成系统，互不往来。而只需要一台 PLC 控制设备既有逻辑控制功能，又有过程控制和运动控制功能，大大提高了生产效率、实现优化控制，使得 PLC 在竞争中居于强有力的地位。其二，PLC 能够与其他工业控制产品很好地融合。PLC 与 PC（个人计算机）的融合，PLC 与 DCS 的重叠融合，PLC 与 CNC 的融合等，都说明 PLC 与工业控制系统的一致性很高。总之，PLC 在工业控制中应用极为广泛，可以说是无处不在。1.4 本课题的研究内容本课题主要研究通过综合运用计算机、PLC（光洋）、智能仪表、远程I/O模块、变频调速器、压力、速度、光电传感器等先进电子设备对模拟工业对象的落棉箱、给棉罗拉、管道、风机等进行控制，运用计算机编程、PLC编程、控制算法设计、过程控制、工业现场总线技术、电气线路设计等手段和方法进行清梳联电气设计，技术参数有速度参数、压力参数、位移参数、清梳联连续喂棉PID参数、清梳联输棉管道压力参数、清花机组参数等。第二章 整体控制方案的设计2.1 清梳联的工艺流程清梳联系统由一组开清棉联合机台（抓棉机、混棉机、清棉机等）和612台梳棉机组合而成，以抓棉机喂入为尾端、棉条输出为头端对原棉进行顺序加工。清梳联的发展逐渐趋向短流程、宽幅化，随着单机性能的提高和自动控制技术的不断发展，清梳联纺棉流程的工艺原则来配置设备。如图2-1所示为生产纯棉纤维的清梳联典型工艺流程。棉花从往复式自动抓棉机FA006开始抓起，送入梳棉管道，经输棉风机TF2406、金属火星探除器AMP2000、单轴流开棉机FA113。棉流由气动配棉器TF2212分成左、右两路，分别经多仓混棉机FA028、清棉机JWF1124、除微尘机FA151到达清梳联喂棉箱FA177A。图2-1清梳联的工艺流程示意图2.2 工艺流程特点（1）采用往复抓棉机，一般排包在50包左右，一开始就将棉束抓小抓细抓匀，以充分发挥后面机台的除杂的作用，提高混和均匀度；（2）各开清棉打击点采用由粗到细，由自由打击到握持打击，满足早落少碎，以梳代打，增强预梳理能力，减轻梳棉机的负担，为梳棉机高产创造条件；（3）采用大容量的多仓混棉机，混和效果好，并对清梳联喂棉起到稳定供棉作用；（4）增强除铁杂功能，流程中设有多处除金属吸铁装置；（5）开清梳连续喂棉采用压力传感器检测上棉箱压力，通过控制器控制FA031A和FA108E给棉罗拉变频调速，以保持清梳联喂棉箱上棉箱压力稳定，实现连续均匀喂棉；（6）开清梳系统采用间歇吸落棉，包括清花落棉、梳棉机车肚花和盖板花，避免了因人工出落棉造成的停台现象，以保证清梳联的连续生产；（7）整个清梳联流程采用PLC程序控制，输棉风机采用变频调速，梳棉机采用PLC程序控制附长短片段自调匀整，以单片机为核心的微机处理系统可在面板直接显示各种工艺参数，并能指示出故障位置。整机运行可靠，生条质量好；（8）在流程中装有防火报警和排除系统，采用红外线检测火星并予以排除，保证了清梳联生产线安全远行。2.3 清梳联的工作原理1系统启动和停止的程序控制清梳联是由多重工序组合而成的联合机组，因而各单机的工作顺序在系统中特别重要，如果不按顺序启动，会造成输棉管道堵塞和单机轧死现象，所以系统在设计过程中采用了集中控制，各单机由集中控制柜来管理，控制柜中的中央处理单元，PLC 可编程序控制器根据流程设定的程序控制各单元机的运行，保证系统正常工作。启动过程如下：(1)TF2406 型输棉风机、左右路FA151滤尘风机、左右路FA028B风机同时启动。(2)左右路FA028打手机左右路JWF1124同时启动。(3)左右路FA151输棉风机启动。(4)左右路FA151进棉风机、板阀电动机、左右路给棉电动机同时启动。至此，整个清梳联各单元机的顺序启动完成，每个启动间隔为5s这样保证的首先是输棉管道通畅，接着打手启动，5s后进入正常运行状态，然后再给棉，可以确保输入到每台单机的棉花不会因单机未完全准备好而堵塞或者轧车顺序停车则是先停止全部给棉，在停止给棉50s后，再全部停风机及打手，停车过程相对比较简单。2连续喂棉自动控制原理连续喂棉是整套清梳联喂入系统的枢纽，通过安装在输棉管道上的压力传感器（第一台梳棉机的棉箱顶部），将检测到的输棉管道内压力变化信息汇总转化为010V模拟信号，同步传输到清梳集控柜上的连续喂棉装置SR82系列中。SR82是由日本岛电公司生产的SR80系列PID调节器，SR80系列是0.25级的PID调节器，具有双四位显示、双输出、外部开关、遥控输入、模拟变送输出、斜率运行、数字通信、上下限报警等功能。SR82连续喂棉器将压力传感器传输过来的模拟信号转换处理，显示出输棉管道内的实际压力值并与面板上管道压力设定值相比较，通过其内部计算，得出喂入机构需要的输出量，再将其转化为模拟电压信号传输给JWF1124型清棉机给棉变频器，遥控开棉机输棉帘运转的速度，从而控制给棉量。实现了无极变速喂棉，保证清梳联系统喂入与生产的精密平衡。即实现了连续均匀给棉，保证了输棉管道及上棉箱压力的稳定。同时SR82带有常开触点如图3-3、3-4中A3L和A3R，若输棉管道压力检测过大，既连续喂棉超高限时，图3-3中A3L(或A3R)动作，PLC程序控制KA3L(或KA3R)继电器常闭触点分段，JWF1124清棉机给棉变频器模拟量输入端断开，给棉电动机停止供棉。反之若管道压力过低，既连续喂棉超低限时，图3-4中A3L(或A3R)动作，PLC程序控制KA4L(或KA4R)闭合，响铃报警。2.4 PLC与其他控制的比较2.4.1 继电器控制方案 几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中被大量应用（如图2-2所示为工业生产控制流程）。继电器控制柜是针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程发生改变，则控制柜必须重新设计、重新装配。 图2-2 清花继电器控制系统原理图2.4.2 PLC控制方案PLC由于应用了微电子技术好计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，因此只要改变程序并改变少量的接线端子，就可适应工艺的改变。从适应性、可靠性、方便性及设计、安装、维护等各方面进行比较，PLC都有显著的优势（如图2-3所示）。因此在用微电子技术改造传统产业的过程中，传统的继电器控制系统大多数将被PLC取代。图2-3 清梳联PLC控制系统原理图2.4.3 方案比较1采用继电器控制系统1、 逻辑工作量大，接线多2、 受机械触电影响，寿命限制3、 环境差，会降低可靠性和寿命4、 更换继电器维护费用高2采用PLC控制系统PLC能如此迅速的的选择发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多的优点。1、 编程方法简单易学2、 功能强，性能价格高3、 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强4、 可靠性高，抗干扰能力强5、 系统的设计、安装、调试工作量少6、 维修工作量小，维修方便 7、体积小、能耗低从图2-3中可以看出采用PLC控制后，使原来继电器控制的大量开关量动作由无触点的电子线路来完成软件程序代替了继电器的繁杂连线，即方便灵活，可靠性大大提高。由此可见，PLC控制比继电器控制更能较好的解决了工业控制领域中的普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。我们在设计过程中应采用PLC控制。然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，传统的继电器控制系统被PLC所取代已是必然趋势。第三章 控制系统硬件设计3.1 主回路设计主回路电路图如附录一、附录二、附录三所示。Q0是开清棉联合机总电源空气开关，当Q0处于接通状态时，各机台的（往复式自动抓棉机FA006C、输棉风机TF2406、单轴流开棉机FA113C、左右路多仓混棉机FA028B、左右路清棉机JWF1124、左右路除微尘机FA151）电源接通。Q1LQ4L是左路除微尘机L FA151各电动机支路的空气开关。L FA151主电路中有四台鼠笼式异步电动机，其中M1L是滤尘风机电动机，受接触器KM1L控制；M2L是输棉风机电动机，其转速受变频器A1L控制，A1L的运转控制端受中间继电器KA1L控制；M3L是进棉风机电动机，受KM3L控制；M4L是板阀电动机，受KM4L控制。Q1RQ4R是右路除微尘机R FA151各电动机支路的空气开关。R FA151主电路中有四台鼠笼式异步电动机，其中M1R是滤尘风机电动机，受接触器KM1R控制；M2R是输棉风机电动机，其转速受变频器A1R控制，A1R的运转控制端受中间继电器KA1R控制；M3R是进棉风机电动机，受KM3R控制；M4R是板阀电动机，受KM4R控制。Q5是输棉风机TF2406电动机M5支路的空气开关看，M5受接触器KM5控制。所有电动机均受到短路和过载保护。3.2 PLC的选型3.2.1 I/O点数的估算根据功能说明书，可统计出PLC系统的开关量I/O点数及模拟量I/O通道数，以及开关和模拟量的信号类型。考虑到在前面的设计中I/O点数可能有疏漏，并考虑到I/O端的分组情况以及隔离于接地要求，应在统计后得出I/O总点数的基础上，增加10%15%的裕量。考虑裕量后得出I/O总点数估算值，该估算值是PLC选型的主要技术依据。考虑到今后的调整和扩充，选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估算值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30%左右的 量。3.2.2 存储器容量的估算用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理器、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。根据经验，每个I/O点及有关功能器件占用是内存大致如下：1、开关量输入所需存储器字数=输入点数102、开关量输出所需存储器字数=输出点数83、定时器/计数器所需存储器字数=定时器/计数器数量24、模拟量所需存储器字数=模拟量通道数1005、通信接口所需存储器字数=接口个数300存储器的总字数再加上一个备用量即为存储器容量。例如，作为一般应用下是经验公式是：所需存储器容量（KB）=(11.25)(DI10+DO8+AI/O100+CP300)/1024其中：DI为数字量输入总点数；DO为数字量输出总点数；AI/AO为模拟量I/O通道总数；CP为通信接口总数。光洋PLC SE-22的用户存储容量为2.5K的FLASH-ROM,可满足清梳联系统控制的要求。3.2.3 I/O模块的选择1.开关量输入模块的选择PLC的输入模块用来检测来自现场（如按钮、行程开关、温控开关、压力开关等）电平信号，并将其转换为PLC内部的低电平信号。选择输入模块主要考虑以下两点：（1）根据现场输入信号（如按钮、行程开关）与PLC输入模块距离的远近来选择电压的高低。一般，24V以下属于低电平，其传输距离不宜太远。（2）高密度的输入模块，如32输入模块，允许同时接通的点数取决于电压和环境温度。一般，同时接通的点数不得超过总数入点数的60%。本次设计输入模块选择光洋24VDC 输入模块E-05N（16点）型如图3-1所示： 图3-1 PLC输入模块E-05N输出模块的任务是将P LC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号，驱动外部负载。输出模块有三种输出方式：继电器输出、双向可控硅输出和晶体管输出。2.输出方式的选择继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通降压小，曾受瞬间电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有触电，寿命较短。且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交/直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1HZ，故本次清梳联设计采用继电器输出模块E-05T（16点）和E-01T(8点)3.输出电流的选择模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动，则应增加中间放大环节。对于点荣性负载、热敏电阻负载，考虑到接通是有冲击电流，故要留有足够的裕量。允许同时接通点数，在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负荷能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大电流。从控制流程中可以看出，整个控制电路需要20个启停按钮，分别完成电源、照明和各种电机的启动停止。清梳联输入信号有控制按钮、滤尘控制触头、TF2406风机启停按钮、FA151滤尘风机启停按钮、输棉风机启停、进棉风机启停、总控柜门限行程开关等共有37个数字输入信号。输出信号有控制电源通断接触器、连续喂棉超限停车中间继电器、配棉箱电磁阀、FA151滤尘风机接触器、输棉风机接触器、各种风机指示灯、混清棉风机启停等共有35个数字量输出信号。系统需要数字量输入信号37点，数字量输出35点，其中有6个模拟量输入信号。选择光洋 CPU型号SE-22加上输入模块E-05N及输出模块E-05T（AU1.7）及E-01T就可以满足要求，而且还有30%的裕量。3.3光洋PLC SE-22的功能简介3.3.1 主机系统光洋PLC的硬件系统由编程器、CPU模块、框架、输入模块、输出模块、外围设备（数据通信单元、数据设定显示单元）。 PLC的主机系统由微处理器单元、存储器、输入单元、输出单元、I/O扩展接口，外设I/O接口以及电源等部分组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接。SE22 是小型模块式可编程序控制器。这种类型的PLC 具有很好的兼容性，除CPU 模块不同外，其电源框架，I/O 模块、编程器完全兼容。特殊模块，外部设备及编程语言大部分都兼容。SE22PLC 的特点：1、 SE22PLC 是模块式PLC 具有配置灵活，维护方便的特点。2、 可外部设定定时器，计数器的预置值。 1）SE 系列PLC 具有拨盘接口模块E01D，可外接3 组，每组4 位BCD 码的拨盘，可对指定的674677 4 个定时器/计数器进行预置值的外部设定。 2） 可以外接数据设定显示单元C02DS，用来设定或改变定时器/计数器的预置值和数据寄存器中的内容，并且可对I/O 状态，T/C 经过值，数据寄存器内容进行监视。3、 具有丰富的特殊模块。SE 系列PLC 具有模拟量输入模块、模拟量输出模块、热电偶输入模块、高速计数器等特殊模块。4、 具有步进电机单轴定位模块。5、 具有定时中断扫描功能。3.3.2 输入/输出扩展环节光洋PLC的外部设备主要是编程器、彩色图形显示器、打印机等。编程器：它是编制、调试光洋PLC用户程序的外部设备，是人机交互的窗口。彩色图形显示器：大中型PLC通常配接彩色图形显示器，用以显示模拟生产过程的流程图、实时过程参数、趋势参数及报警参数等过程信息，使得现场情况一目了然。打印机：光洋PLC也可以配接打印机等外部设备，用以打印记录过程参数、系统参数以及报警事故记录表等。光洋PLC还可以配置其他外部设备，例如，配置存储器卡、合式磁带机或磁盘驱动器，用于存储用户的应用程序和数据；配置EPROM写入器，用于将程序写入到EPROM中。3.4 分配输入/输出点一般输出点与输入信号、输出点与输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。1、明确I/O通道范围不同信号的PLC，其输入输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC型号。查阅相应的技术手册，弄清相应的I/O点地址的分配。 2、内部辅助继电器内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其它继电器、定时器，计数器作为数据存储器或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。3、分配定时器/计数器对用到定时器和计数器的控制系统，注意定时器和计数器的编号不能相同。若扫描式时间较长，则要使用高速定时器以保证计时准确。4、数据存储器在数据存储、数据转换以及数据运算等场合，经常需要处理以通道为单位的数据，此时应用数据存储器是很方便的。数据存储器中的内容，即使在PLC断电、运行开始或停止时也能保持不变。数据存储器也应根据程序设计的需要来合理安排，以避免重复使用。5、控制电路如图所示的开清棉联合机控制电路1中，QF1和QF2是控制电路电源空气开关，控制变压器T1的初级电压为AC380V，次级电压为AC220V。该控制电路中的主要器件的名称及作用见表3-1。表3-1 控制电路1中的主要器件的名称及作用器件代号 名称及作用器件代号名称及作用SP1L连续喂棉超底限警铃，受KA4L控制B1L、B1R输棉管道压力传感器SP1R连续喂棉超底限警铃，受KA4R控制A3L、A3R连续喂棉PID控制器、型号SR82控制JWF1124给棉变频器模拟量输入H1电源指示灯、红色H2控制电源指示灯、绿色AU1.1PLC十槽框架、型号E04-BH3柜内照明、日光灯/25WAU1.2CPU、型号SE22、光洋系列SE系列PLCSP2开车警铃、受SB2按钮控制AU1.3AU1.6PLC输入模块、型号E-05NH4LL FA151照明AU1.7PLC输出模块、型号E-05TH4RR FA151照明AU2.0AU2.3PLC输出模块、型号E-01T图3-2 清梳联控制电路1图3-3所示 清梳联控制电路2图3-3所示的开清棉联合机控制电路2中，PLC输入端使用内部直流电源，PLC输出端负载使用AC220V电源。该控制电路中接PLC输入端的主要器件的名称及作用见表3-2。表3-2 控制电路2中接PLC输入端的主要器件的名称及作用PLC输入端名称及作用PLC输入端名称及作用 000控制电源关按钮（SB3）007右路配棉器TF2212控制触头（SQR） 001紧急停止按钮（SB4）100左路连续喂棉超高限控制触头（A3L）002总启动按钮（SB5）101右路连续喂棉超高限控制触头（A3R）003总停止按钮（SB6）102左路连续喂棉超低限控制触头（A3L）004滤尘控制触头103右路连续喂棉超低限控制触头（A3R）005火警控制触头104TF2406风机启动按钮(SB19)006左路配棉器TF2212控制触头（SQL）105TF2406风机停止按钮(SB20)该控制电路接PLC输出端的主要器件的名称及作用见表3-3。表3-3 控制电路2中接PLC输出端的主要器件的名称及作用PLC输出端名称及作用PLC输出端名称及作用040控制电源通断接触器（KM0）045配棉器左路电磁阀（YL）；电磁阀工作指示灯（HL）041左路连续喂棉超限停车中间继电器（KA3L）046配棉器右路电磁阀（YR）电磁阀工作指示灯（HR）042右路连续喂棉超限停车中间继电器（KA3R）047TF2406输棉风机接触器(KM5)输棉风机工作指示灯（H23）043左路低限警铃报警中间继电器(KA4L)104凝棉器运行指示（H7）044右路低限警铃报警中间继电器(KA4R)141打手运行指示（H8）在图3-4所示的开清棉联合机控制电路3中，PLC输入端使用内部直流电源，PLC输出端负载使用AC220V电源。该控制电路中接PLC输入端的主要器件的名称及作用见表3-4。表3-4 控制电路3中接PLC输入端的主要器件的名称及作用PLC输入端名称及作用PLC输入端名称及作用010L FA151滤尘风机启动按钮（SB7）110R FA151滤尘风机启动按钮（SB13）011L FA151滤尘风机停止按钮（SB8）111R FA151滤尘风机停止按钮（SB14）012L FA151输棉风机启动按钮（SB9）112R FA151输棉风机启动按钮（SB15）013L FA151输棉风机停止按钮（SB10）113R FA151输棉风机停止按钮（SB16）014L FA151进棉风机启动按钮（SB11）114R FA151进棉风机启动按钮（SB17）015L FA151进棉风机停止按钮（SB12）115R FA151进棉风机停止按钮（SB18）016左路连续喂棉超高限停车控制触头（A3L）116总控制柜门限行程开关（SQ）017左路连续喂棉超高限停车控制触头（A3L）图3-4 清梳联控制电路3该控制电路中接PLC输出端的主要器件的名称及作用见表3-5。表3-5 控制电路3中接PLC输出端的主要器件的名称及作用PLC输出端名称及作用050L FA151滤尘风机接触器（KM1L）;滤尘风机工作指示灯（H1L）051L FA151输棉风机接触器（KA1L）;输棉风机工作指示灯（H2L）052L FA151进棉风机接触器（KM3L）;板阀电动机接触器（KM4L）053R FA151滤尘风机接触器（KM1R）;滤尘风机工作指示灯（H1R）054R FA151输棉风机接触器（KA1R）;输棉风机工作指示灯（H2R）055R FA151进棉风机接触器（KM3R）;板阀电动机接触器（KM4R）056左路连续喂棉超低限报警继电器（KA4L）057右路连续喂棉超低限报警继电器（KA4R）在图3-5所示的开清棉联合机控制电路4中，PLC输入端使用内部直流电源，PLC输出端负载使用AC220V电源。该控制电路中接PLC输入端的主要器件的名称和作用见表3-6。表3-6 控制电路4中接PLC输入端的主要器件的名称及作用PLC输入端名称及作用PLC输入端名称及作用020L FA028B混棉机就绪（K5）025TF2406风机工作（KM5）021L FA028B混棉机要棉（K6）026FA113C开棉机光电（S1）022L JWF1124清棉机就绪（K6）该控制电路中接PLC输出端的主要器件的名称及作用见表3-7。表3-7 控制电路4中接PLC输出端的主要器件的名称及作用PLC输出端名称及作用PLC输出端名称及作用060L FA028B混棉机风机启动064L JWF1124清棉机启动061L FA028B混棉机打手启动065L JWF1124清棉机停止062L FA028B混棉机给棉启动在图3-6所示的开清棉联合机控制电路5中，PLC输入端使用内部直流电源，PLC输入端使用内部直流电源，PLC输出端负载使用AC220V电源。该控制电路中接PLC输出端的主要器件的名称及作用见表3-8。图3-5 清梳联控制电路4图3-6 清梳联控制电路5该控制电路中接PLC输出端的主要器件的名称及作用见表3-8。表3-8 控制电路5中接PLC输出端的主要器件的名称及作用PLC输入端名称及作用PLC输入端名称及作用030R FA028B混棉机就绪（K5）032R JWF1124清棉机就绪（K6）031R FA028B混棉机要棉（K6）图3-7所示的开清棉联合机控制电路6中，PLC输出端负载使用AC220V电源。该控制电路中接PLC的主要器件的名称及作用见表3-9。图3-7 清梳联控制电路6表3-9 控制电路6中接PLC输出端的主要器件的名称及作用PLC输出端名称及作用PLC输出端名称及作用700FA006C前方要棉信号（KAL）704FA028B给棉指示灯（H21L）701FA006C前方要棉信号（KAR）705FA028B给棉指示灯(H21R)702JWF1124给棉指示灯（H20L）706FA006C给棉指示灯（H22）703JWF1124给棉指示灯（H20R）3.5 安全回路设计安全回路起保护人身安全和设备的作用，它应能独立于PLC工作，并采用非半导体的机电元件以便接线方式构成。确保系统安全的硬件线逻辑回路，在以下几种情况下将安全保护作用：1、PLC或机电元件检测到设备发生紧急异常状态时；2、PLC失控时；3、操作人员需要紧急干预时。安全回路