情境3：涂装生产线温度控制系统的设计与调试课件

学习情境三

涂装生产线温度

控制系统的设计与调试涂装生产线温控系统结构简述一1系统整体结构1电气结构与安装位置2工作指示灯直线单元温度显示烘干装置Text加热装置系统结构整体组成系统结构简述—1.系统整体结构

S1—托盘检测S2—止动气缸至位S3—止动气缸复位RTD—Pt100铂热电阻

C—止动气缸M—传送电机HL1—红色指示灯HL2—绿色指示灯FAN—烘干风扇

YV1—喷漆电磁阀YV2—止动气缸电磁阀系统结构简述—2.电气结构与安装位置电气信号布置图类别序号编号名称功能安装位置检测元件1S1电感式接近开关检测托盘的位置直线单元上2S2磁性接近开关确定气缸伸出位置气缸3S3磁性接近开关确定气缸初始位置气缸4RTD铂热电阻Pt100采集加热温度模拟单元后板上执行机构1FAN烘干风扇烘干模拟单元侧板上2C止动气缸控制托盘位置直线单元上3M直流电机驱动直线单元传送带直线单元上4HLHL1红色指示灯显示工作状态直线单元侧HL2绿色指示灯显示工作状态5HA1蜂鸣器事故报警控制板6HA2蜂鸣器事故报警控制板控制元件1YV1电磁阀喷漆控制模拟顶板端型材上2YV2电磁阀止动气缸伸缩控制模拟顶板端型材上系统结构简述—2.电气结构与安装位置电气元件清单工艺设计1托盘带工件下行至此站，由电感式传感器检测托盘，发出检测信号；绿色指示灯亮，红色指示灯灭。2２秒后启动喷气阀，进行模拟喷漆。3500ms后关闭喷气阀，此时对系统进行加热，控制规律为PID调节。涂装线温控系统工艺分析设计二工艺分析—动作分解托盘检测（Ｉ０.０）直线电机（Ｑ０.３）红色指示灯（Ｑ０.５）红色指示灯灭（Ｑ０.５）绿色指示灯亮（Ｑ０.４）开启喷气阀（Ｑ０.１）到达设定温度（ＡＩＷ０）停止加热，启动排风扇，进行烘干（Ｑ０.２）。温度适宜，停止排风输出止动气缸（Ｑ０.０）红色指示灯亮（Ｑ０.５）绿色指示灯灭（Ｑ０.４）开始加热（ＡＱＷＯ）熟悉工艺流程图控制工艺分析—流程图涂装线温控系统电气设计三典型电器元件及接线31电源系统和气动系统1PLC硬件配置及控制接线图2参考“机电一体化柔性装配系统—模拟单元”的电源系统和气动系统设计涂装生产线温度控制系统的电源和气动系统，完成电源系统图和气动原理图的绘制。参考学习电气设计—1.电源系统和气动系统电气设计—1.电源系统和气动系统气动原理图PLC机型的选择PLC机型的选择应是在满足控制要求的前提下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面：

1．性能与任务相适应

2．结构上合理、安装要方便、机型上应统一

3．编程设备的选择

4．是否满足响应时间的要求

5．对联网通信功能的要求

6．其他特殊要求电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图PLC容量估算I/O点数的确定：PLC的I/O点数的确定以系统实际的输入输出点数为基础确定。在I/O点数的确定时，应留有适当余量。通常I/O点数可按实际需要的10～15%考虑余量；当I/O模块较多时，一般按上述比例留出备用模块。存储器容量的确定：用户程序占用多少存储容量与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此在程序编制前只能粗略的估算。电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图1）数字量I/O模块选择选择数字输入模块应注意以下几个方面：（1）电压的选择（2）漏型和源型的选择（3）同时接通的点数选择数字输出模块应注意以下几个方面：（1）输出方式（2）驱动能力（3）同时接通的点数电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图2）模拟量I/O模块选择（1）典型模拟量模块的量程为：10V～+10V0～+10V4～20mA（2）分辨率（3）转换精度（4）一些PLC制造厂家还提供特殊模拟量输入模块，可用来直接接收低电平信号（如热电阻RTD、热电偶等信号）。电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图电源模块的选择电源模块的选择比较简单，只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于CPU模块、I/O模块、专用模块等消耗电流的总和。电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图PLC模拟量扩展模块—EM231/EM232技术数据电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图PLC模拟量扩展模块—EM231/EM232端子图电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图EM231热电偶和热电阻连接端子图电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图EM231热电阻模块接线根据涂装生产线温控系统的工艺过程合理分配I/O地址1托盘检测I0.02止动气缸至位I0.13止动气缸复位I0.2PLC止动气缸复位检测托盘检测止动气缸至位检测电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图I/O地址分配参考—I地址1止动气缸Q0.02喷气阀Q0.13烘干风扇Q0.24传送电机Q0.35绿色指示灯Q0.46红色指示灯Q0.5绿色指示灯PLC红色指示灯传送电机止动气缸电磁阀烘干风扇喷漆阀I/O地址分配参考—O地址电气设计—2.PLC硬件配置及控制接线图1.烘干风扇2.电磁阀与气缸3.直流电机1.电感式接近开关2.电容式接近开关3.磁性开关4.铂热电阻Pt100检测执行电气设计—3.典型电器元件及接线典型电器元件的使用参考控制PLC1.电感式接近开关电感式接近开关是以无磨损和非接触方式检测金属物体。通过高频交流电磁场非接触检测物体，对普通传感器而言，磁场由绕在铁氧体芯线圈构成的LC振荡电路形成。电气设计—3.典型电器元件及接线2.电容式接近开关电容式接近开关用作非接触和无损耗地检测金属和非金属；其感受面由两个同轴金属电极构成，很象“打开的”电容器的电极（图1）电极A和B连接在高频振子的反馈回路中。该高频振子无测试目标时不感应。当测试目标接近传感器表面时，它就进入了由这两个电极构成的电场。引起A、B之间的耦合电容增加，电路开始震荡。每一振荡的振幅均由一数据分析电路测得，并形成开关信号（图2）。图1感应面图前视图检测物振荡器检波器输出A、B：主电极C：辅助电极图2电容式接近开关—工作原理电气设计—3.典型电器元件及接线3.磁性开关磁性开关是接近传感器，它响应于一个永久的磁场；当一个目标（永久磁铁或外部磁场）接近时，线圈铁芯的导磁性（线圈的电感量L是由它决定的）变小，线圈的电感量也减小，Q值增加。激励振荡器振荡，并使振荡电流增加；传感器可以安装在金属中；传感器并排安装时没有任何要求；传感器顶部（传感面）可以由金属制成；传感器可以穿过金属检测。电气设计—3.典型电器元件及接线4.接近及光电开关的几种输出形式电气设计—3.典型电器元件及接线5.外部输入元件与PLC的连接①无源干接点（按钮开关、行程开关、舌簧磁性开关、继电器触点等）与PLC的接线比较简单，不存在电源的极性，压降等因素。电气设计—3.典型电器元件及接线5.外部输入元件与PLC的连接②有源两线制传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关）分直流和交流。直流两线制接近开关分二极管极性保护与桥整流极性保护，前者在接PLC时需要注意极性，后者就不需要注意极性。有源舌簧磁性开关主要用在汽缸上做位置检测，由于需要信号指示，内部有双向二极管回路，因此也不需要注意极性；交流两线制接近开关就不需要注意极性。

电气设计—3.典型电器元件及接线5.外部输入元件与PLC的连接②有源两线制传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关）与PLC单端共点SINK输入接线（sinkCurrent拉电流输入方式，内部共点端子COM→24V+，外部共线→24V-）。电气设计—3.典型电器元件及接线5.外部输入元件与PLC的连接②有源两线制传感器（接近开关、有源舌簧磁性开关）与PLC单端共点SRCE输入接线（sourceCurrent灌电流输入方式，内部共点端子COM→24V-，外部共线→24V+）。电气设计—3.典型电器元件及接线5.外部输入元件与PLC的连接③有源三线传感器（电感接近开关、电容接近开关、霍尔接近开关、光电开关等）---直流有源三制线接近开关与光电开关输出管使用三极管输出，因此传感器分NPN和PNP输出，有的产品是四线制，有双NPN或双PNP，只是状态刚好相反，也有NPN和PNP结合的四线输出。简单说当三极管VT导通,相当于一个接点导通，如图。电气设计—3.典型电器元件及接线5.外部输入元件与PLC的连接③有源三线传感器（电感接近开关、电容接近开关、霍尔接近开关、光电开关等）与PLC单端共点SINK输入接线（sinkCurrent拉电流输入方式，内部共点端子COM→24V+，外部共线→24V-）。电气设计—3.典型电器元件及接线5.外部输入元件与PLC的连接③有源三线传感器（电感接近开关、电容接近开关、霍尔接近开关、光电开关等）与PLC单端共点SRCE输入接线（sourceCurrent灌电流输入方式，内部共点端子COM→24V-，外部共线→24V+）。电气设计—3.典型电器元件及接线6.铂热电阻（Pt100）及技术应用铂热电阻是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，按0℃时的电阻值R(℃)的大小分为10欧姆（分度号为Pt10）和100欧姆（分度号为Pt100）等，测温范围均为-200~850℃。电气设计—3.典型电器元件及接线10欧姆铂热电阻的感温原件是用较粗的铂丝绕制而成，耐温性能明显优于100欧姆的铂热电阻，主要用于650℃以上的温区；100欧姆铂热电阻主要用于650℃以下的温区，虽也可用于650℃以上温区，但在650℃以上温区不允许有A级误差。100欧姆铂热电阻的的分辨率比10欧姆铂热电阻的分辨率大10倍，对二次仪表的要求相应低一个数量级，因此在650℃以下温区测温应尽量选用100欧姆铂热电阻。6.铂热电阻（Pt100）及技术应用电气设计—3.典型电器元件及接线测量范围：-200℃～+850℃；允许偏差值△℃：A级±（0.15＋0.002│t│），B级±（0.30＋0.005│t│）；热响应时间<30s；最小置入深度：热电阻的最小置入深度≥200mm；允通电流≤5mA6.铂热电阻（Pt100）主要技术参数电气设计—3.典型电器元件及接线

Pt100温度传感器具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点；为了提高温度测量的准确性，应使用1V电桥电源、A/D转换器的5V参考电源要稳定在1mV级；在价格允许的情况下，Pt100传感器、A/D转换器和运放的线性度要高。同时，利用软件矫正其误差，可以使测得温度的精度在±0.2℃。6.铂热电阻（Pt100）应用特点电气设计—3.典型电器元件及接线7.气缸结构及应用1、直线型气缸按结构可分为两种基本的型式：带一个进气口的单作用气缸，在一个方向上产生动作的行程带二个进气口双作用气缸，产生伸出和回缩动作的行程专用气缸的选择：双活塞杆气缸、串联气缸、多位置气缸、带锁（定位）气缸电气设计—3.典型电器元件及接线2、摆缸与气动马达

摆缸是指通过控制元件的充排气控制，使得执行机构产生旋转运动，而且输出一定的扭矩的一种气动执行元件，可分为：叶片式摆缸、活塞连杆式摆缸、齿轮齿条式摆缸、丝杆式摆缸、气动马达7.气缸结构及应用电气设计—3.典型电器元件及接线3、气动手指

气动手指是指用气压控制的手指来夹持工件。一般是通过一定的机械机构将活塞的直线往复运动转化成机械手指的夹持动作，按机械手指所处的状态，大体可分为：收拢式、张开式、平行式4、特殊气缸无杆气缸与传统气缸比较，同样的行程无杆气缸总长大大缩短，节省安装空间。有：磁石式无杆气缸、机械密封带式无杆气缸7.气缸结构及应用电气设计—3.典型电器元件及接线8.电磁阀结构及应用电磁阀是用来开关流体通路或对流体进行换向的基础元件；其内部部件经过精密的机加工，并选择不同的阀体阀芯材料满足不同介质的流通。电磁阀的对流体通路的开关功能是通过其内部的电磁动铁芯的提升或落下来实现的，而动铁芯的动作是由电磁线圈的通电或断电来完成电气设计—3.典型电器元件及接线8.电磁阀结构及应用三通电磁阀常闭型：电气设计—3.典型电器元件及接线电磁阀基本型就是单电控的,单线圈的电磁阀动作是靠线圈得电动作,线圈失电后弹簧力推动回位来完成的,原理图如右图;两位五通双电控电磁阀动作原理：给正动作线圈通电，则正动作气路接通，即使给正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给反动作线圈通电为止。给反动作线圈通电，则反动作气路接通，即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给正动作线圈通电为止。8.电磁阀结构及应用电气设计—3.典型电器元件及接线PID控制程序设计四1.PID控制的结构及参数调整PID控制2.PLC控制PID功能的实现控制程序设计—1.PID结构及参数调整PLC控制程序设计的步骤1.熟悉被控制对象、制定设备运行方案2.熟悉编程语言和编程器3.定义参数表4.编写程序5.测试程序6.编写程序说明书控制程序设计—1.PID结构及参数调整PID控制包含比例、积分、微分三部分，实际中也有PI和PD控制器。PID控制器就是根据系统的误差利用比例积分微分计算出控制量，图1.1中给出了一个PID控制的结构图：PID控制的结构图在PID参数进行整定时如果能够有理论的方法确定PID参数当然是最理想的方法，但是在实际的应用中，更多的是通过凑试法来确定PID的参数。增大比例系数P一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差，但是过大的比例系数会使系统有比较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间I有利于减小超调，减小振荡，使系统的稳定性增加，但是系统静差消除时间变长。增大微分时间D有利于加快系统的响应速度，使系统超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱。在凑试时，可参考以上参数对系统控制过程的影响趋势，对参数调整实行先比例、后积分，再微分的整定步骤。PID控制的参数调整控制程序设计—1.PID结构及参数调整PID调整口诀

PID控制器参数的工程整定，各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照：温度T：P=20~60%，I=180~600s，D=3~180s压力P：P=30~70%，I=24~180s液位L：P=20~80%，I=60~300s流量L：P=40~100%，I=6~60sPID控制的参数调整控制程序设计—1.PID结构及参数调整PID调整口诀参数整定找最佳，从小到大顺序查先是比例后积分，最后再把微分加曲线振荡很频繁，比例度盘要放大曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳曲线偏离回复慢，积分时间往下降曲线波动周期长，积分时间再加长曲线振荡频率快，先把微分降下来差动大来波动慢，微分时间应加长理想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多分析，调节质量不会低控制程序设计—1.PID结构及参数调整编制程序S7-200PLC实现PID控制功能—PID回路指令PID回路（PID）指令根据表格(TBL)中的输入和配置信息对引用LOOP执行PID回路计算。提供PID回路指令（成比例、整数、导出回路）进行PID计算。逻辑堆栈（TOS）顶值必须是“打开”（使能位）状态，才能启用PID计算。本指令有两个操作数：表示回路表起始地址的TBL地址和0至7常数的“回路”号码LOOP。回路表存储用于控制和监控回路运算的参数，包括程序变量、设置点、输出、增益、样本时间、整数时间（重设）、导出时间（速率）以及整数和（偏差）的当前值及先前值。控制程序设计—2.PLC控制PID功能的实现编制程序实现PID控制功能—使用STEP7-Micro/WIN32中的PID向导

S7-200PLC选择菜单命令