S7-1200PLC在热压罐控制系统中的应用

仿真 遑旅 I C AD I CA MI CA E I C AP P 团固四匣囤哩 S 7 1 2 0 0 P L C 在 热 压 罐 控 制系 统中 的 应 用 杨晓平 张名城 李亮 蔺跃龙 中国航 天科 工集团 六院 四十一所 呼和浩特 0 1 O 0 1 0 摘要 介绍了西门子 S 7 1 2 0 0 P L C在热压罐温度和压力控制系统中的应用 利用 P L C的逻辑运算指令使得压力和 温度有效关联 控制回路主要采用智能 P l D控制 利用 S 7 1 2 0 0 P L C内部专用 P L C控制器和 P L C控制指令及 白整定 调试来实现 P I D控制 实际运行结果验证了S 7 1 2 0 0 P L C应用于热压罐温度压力控制系统中的可行性及准确性 关键词 S 7 1 2 0 0 P I D控制 热压罐 控制系统 中图分类号 T P 2 7 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 2 2 3 3 3 2 0 1 4 0 1 0 0 6 3 0 2 0引 言 热 H 罐 是大型复杂航伞 航火复合材 料制品 同化 成 型专用设备 复合材料制 叭I 1 辛嘤利用热压缶 龌 提供均匀的 温度和 力达到 古 l 化 的 此热 寸 罐1 一 作过程 中 濉 度和 力是关键控 制 而 热 罐成型丁艺要求 温度 压 力均为多段连续控 制 1li fl 压点和温度要实现关联 温度 和压力的控制性能 好坏直接 影响到复合 材料制 I 的质鞋性能 此 埘热J 的控 制 系统提 H 了较高 要 求 前热压罐控制系统埘温度 力控 制 一般采用温 控 仪 表配合外 电路进行控 删 但足这种控制方式无法 实 现温度 压 力的关联 1 1 f 控制精 度很难 满足技术 嘤 求 鉴 于此 开 发了 阿 子 S I M A T I C s 7 一 l 2 0 0 P L C为 核 心的热n i 罐控制 系统 1 热压罐控制 系统结构及组成 这种热压罐控制系统 l丰要 化人饥交瓦和下化机 测量控制两部分组成 系统结构如同 l 所爪 本文 婪介 绍 下化机控制系统 下位机采用阿f J 子 S 1 M A T I C S 7 1 2 0 0 系列 P l C P L C由 C P U和 I 0模块组成 下位机 丰要完成 现场的温度和 力数据采集 并对采集数据进行预处理 广泛 的应用 罔 1 2 足浇铸机器人 虚拟现实环境下模刑 j 现实的对比 冈 1 3是压铸铝件的心用 大大降低 了劳动强度 解 决 r 环境对 作者的危 提高 J 安伞性 浇铸机器人 的 4 结论 本文简述 了基于 R o b o g u i d e 平台的 F A N U C机器人虚 拟现实技术在T业生产中的应用 通过对 R o b o g u i d e 平台 的应用 降低了调试 的成本 提高 r 调试编程的效率 提高 了设计者的设计效率 为方案设计提供 r 可行性的依据 町以提高企业的市场竞争力 能 好地把握市场机会 参考文献 1 忐俊 1 J J 业机器人的应川殷发展趋势 J 机械工程师 2 0 0 2 5 8 一l 0 2 乐机 械人联合 会 世 界机 器人由 新统 汁数批 l J 机器人技 术 j应用 2 0 0 0 6 l 2 1 4 3 畅化书 曲新峰 1 业机器 人技 术的应 f f j 及 发展 l J j 黄河 水利职 I 技术学 院学报 2 0 0 4 1 6 4 4 2 4 3 f 4 J 香 基于 R OB O GU I D E的弧 机器人 离线编程 系统 的研究 Dj 天津 天津 业 犬学 2 0 0 7 1 5 j 哭振彪 1 业机器人 M 武汉 华 r I i j 大 版卒 I 1 9 9 9 6 朱景忠 铝合金浇铸机器人的结构优化研究 J 哈尔滨 哈尔 滨 T 业 大学 2 0 1 2 l 7 码红斌 R O B O G U I D E使川 r儿 仆 弧焊部分耀础篇 M L 海 1 海发 那科机器人彳 限公司 2 0 1 0 编辑 启迪 机械工程师 2 0 1 4 年第1 期 6 3 机 向 万 究 研 位 学 士 硕 师 程 一 介 期 者 稿 作 收 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 团固四回国晤 仿真 建壤 I C AD I C AMI C AE I C AP P 对数据进行控制运算后输 进行过程控制并将处理后的 数据传到 卜 位机 卜 位机和下位机采用 P r o fi n e t 通信 中央处理 元选用西门子 S I MA T I CS 7 2 0 0 C P Ul 2 l 4 c 带 有 P r o f i n e t 接 用 于 与 编 程 设 备 H M I 或 其 他 S I MA T 1 C控制器问的通信 模拟量输入模块选用 S M l 2 3 l A 1 8 x l 3 位 模拟量输f f I 模块选用 S M1 2 3 2 A Q 4 l 4 位 温 度和 力传感器输 信号选用 4 2 0 m A电流信号 传感器 信号经 S Ml 2 3 l m C P U 1 2 1 4 C读人 并在 C P U内与设定 值进行比较 算 m偏差值 然后根据计算 出的偏差值的大 小结合一定的控制算法进行运算 得出输出控制量 经过 S M l 2 3 2 输 给驱动机构 驱动机构按照控制信号大小控 制输出执行机构的输 功率或阀门开度 加热过程的温度 控制通过调功器输 控制加热器的加热功率 压力控制通 过控制调节阀的歼度大小控制 降温过程温度控制通过调 冷却进水调 阀歼度控制冷却水流量来控制 2 热压罐控制系统工作原理和控制策略 按照热压罐一般T艺要求 温度和压力控制均为多 段连续编程控制 H 自动控制模具温度和压力 加压点 产 的模具温度要实现关联 在模具温度热电偶 中任选 一 路作为基准 在设定的温度点启动加压程序或若干个 温度点分别加 为满足T艺要求 本控制系统采用 P I D 对温度和 力进行控制 并采用 P L C逻辑运算指令将 温 度和压 力进行关联 对压力和温度进行 P I D控制的具体方法为 传感器 将温度或 者压 力信号传送给模拟量输入模块 C P U渎取 传感器的输入信号值C t 并与设定值 r t 进行比较 得 到偏差值 e t 其 中e r 一 c t 再对偏差值 e t 按 照 选择的 P m 控制算法进行运算 然后形成控制量 u t 最 后转换得到所需要的输出物理值 m A电流 J 传送给驱动 控制器 l J 1 热时功率调整器根据温差得到的信号大小调 整加热器功率输 达到控温 目的 冷却时冷却调节阀根 据温度差信号大小调整冷却水进水调节阀开度大小达到 控温 日的 力是根据压力差信号大小调整进排气阀开 度大小达到控压 日的 3 P LC控制软件实现 P L C软件编程采用 T I A P o r t a l V 1 1 编程语言采用梯 形 语言 将每 路的编程模块化 通过程序编辑模块 封装各控制段控 制功能 压力和温度 的关联控制 采用 P L C的逻辑控制指令即可轻松实现 P I D控制实现是控 制 系统 中的关键 以下对程序中的 P I D控制进行说明 1 s 7 一 l 2 0 0 C P U提供了 P I D控制器 可同时进行多 l u J 路控制 并具备 P I D参数的 自整定功能 提供 了启动 向整定和运行中 自整定两种整定方式 南 P I D控制器 自 动调整参数 此外还町手动调试参数 I s 7 一 l 2 0 0 P L C提供的 P I D控制器的功能主要依靠循 环中断块 P I D指令块 T艺对象背景数据块等三部分来 实现 循环 中断块按照一定的周期产生中断并执行其中 的程序 P I D指令块 中定义了控制算法 并随着循环中断 块产生的中断周期执行 背景数据块定义 了输入输H 参 6 4 机械工程师 2 0 1 4 年第1 期 数 调试参数和监控参数 编程时 首先在 艺对象中添 加背景数据块 并对其进行定义 然后再调用 P I D指令块 P I D指令块与其相对 应 的1 一 艺 对象背景 数据块组 合使 用 形成完整的 P I D控制器 P I D控制器结构如图 2 所示 在使用 P I D控制器前先对其参数进行组态设置 如 选择 C o n t r o l l e r T y p e 控制器类型 加温选择温度控制 器 调压选择压 力控制器 降温选择温度控制器并选择反 作用 P I D 2 只有具备符合热压罐成型 r 艺运行系统参数值的 P I D控制器才能够正常运行 可利用 S 7 1 2 0 0 P L C提供的 自整定功能进行整定得 出控制参 数 s 7 一 l 2 0 0 P I C内部 P I D整定是按照内部设定的数学算法 通过 外部输入信 号的激励 依据 系统的反 疗式确 定 P I D参数 s 7 1 2 0 0 P L C内部有启 动 自整定 S t a r t U P 和运行 中 自整定 T u n e I n R u n 两种整定方法 S t a r t U p 整定算法将定义 阶跃响应 的时问参数 并在拐点处应用正切计算 得到延 迟时间 T O 和恢复时间 T G 控制器依据这些参数得到 优化后的 P I D参数 T u n e I n R u n优化算法会逐渐增大 比例系数 直到被控量开始振荡 若执行时满足 S t a r t U p 则只执行 S t a r t U p 结束后再执行 T u n e I n R u n 若不满足 S t a r t U p的条件则进入 T u n e I n R u n P L C自整定 的参 数不 一 定能够达 到较好 的控 制效 果 如果控制不能满足 I岂要求 这些参数 口 以手动调 试 通过参数访 问方式修改对心 P I D参数 在调试面板 中 观察 曲线图 便可得到较好控制效果的 P I D参数 另外 需要结合现场实际情况不断加以修 便可达到最佳的 控制效果 4 结论 通过实际工艺试验对 s 7 1 2 0 0组成的热 压罐的控制 系统的考核 其温度和压力控制均取得 了良好的控制效 果 不仅能将温度和压力利用 s 7 1 2 0 0的逻辑运算轻松 关联 而且能将温度和压力的波动度很好地控制在 允差 范围内 超调也较小 温度超调不超过 1 5 温度波动度 小于 0 8 控压精度 0 O 0 5 M P a 系统充分利用了 s 7 一 l 2 0 0