【《PLC控制的喷涂系统的硬件和软件设计案例》5100字】

PLC控制的喷涂系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u5190PLC控制的喷涂系统的硬件和软件设计案例 110793第1章系统硬件设计 1219811.1PLC的选型 1194151.1.1PLC简介 1315141.1.2PLC的工作方式介绍 211311.1.4PLC型号的选定 28011.2关于扩展模块的选择 2223181.3对于油泵的选择 3189161.4对于步进电动机的选择 3181401.5对于变频器的选择 4111591.6对于其他元器件的选择 465751.6.1对于接触器的选择 4115151.6.2对于热继电器的选择 47841.6.3对于熔断器的选择 558462软件设计 619552.1系统程序流程图 698082.1.2喷涂设备系统程序流程图 7222042.2编程软件简介 7166542.3I/O口分配表 8277842.4梯形图的编写 11213072.2.1主程序 1110859.2.2自动程序的编制 12283972.2.3手动程序以及指示灯程序的编制 16第1章系统硬件设计1.1PLC的选型1.1.1PLC简介PLC也被称为可编程逻辑控制器，其主要功能在于代替继电器进行逻辑控制。随着时代的进步和科技的发展早期的PLC已经不能满足现代工业要求的逻辑控制范围，现在的PLC控制系统完全相当于一台微型的工业版计算机，又被称为可编程控制器，其已经不简简单单的满足于进行逻辑控制，还可以对输入的信号进行梳理处理。PLC的发展特别迅速，其从美国推广开始至今，其适应时代的发展潮流，从刚刚研制出来仅能对开关进行逻辑控制，到如今可以采用梯形图进行编程的新一代可编程控制器，其强大的逻辑控制功能，成为了工业自动化的不可或缺的一部分。不断改进的可编程控制器现在已经应用于各个行业的各个领域。如今比较出名的生产PLC的公司有西门子公司、三菱电机公司、GE公司等。1.1.2PLC的工作方式介绍PLC的工作方式采用循环扫描的方式，按CPU中输入的设计好的程序从第一步开始逐句扫描，直到扫描到结束指令完成一个扫描回到第一步，不断的运行下去。其过程分为三个步骤:1、输入采样:PLC开始运行时首先要扫描输入端口的输入信号，将扫描到的输入信号存入映像寄存器中，采集的数据在没有新的输入信号之前是保持不变的，而当输入信号改变时映像寄存器的状态不会立即改变也不会被执行，直到下一扫描周期才会被执行。2、程序执行:在PLC执行程序时，会按照输入的设计程序一步一步的执行，按照特定的顺序运行下去，将顺序运算的结果储存到输出映像寄存器，等待下一个步骤的进行。3、输出处理:当设计的PLC程序执行完毕时，读取输出存储器的状态作为输出传送到数据处理器进行相应的逻辑运算，得到的结果就是PLC的输出结果。1.1.4PLC型号的选定本设计用到了一些数字量和模拟量，考虑到用西门子PLC编写的程序简单易懂，且西门子PLC在过程控制与通信控制上精确度高，同时西门子的模拟量模块价格便宜，而且西门子有两个通信接口，一个连接下载数据，一个连接触摸屏来进行程序调试，非常方便，所以综上决定选用西门子系列的PLC作为设计的中心控制。可以选用S7-200，因为S7-200PLC适用于小型电气控制，价格也相对便宜一些。S7-200功能相对强大，具有较高的性价比。通过查看资料可以知道S7-200具有5种CPU模块，并且其此外可以扩展到7个扩展模块，扩展的输入输出量为248点数字量I/O或38路模拟量I/O。对于本设计来说，有32个输入，32个输出，CPU226可以提供的输入点个数为24个，输出点数为16个，并不能满足实验需求。所以该CPU需要带一个1个扩展模块来提供额外的8个输入和16个输出。除此之外，本CPU集成有4个模拟量输入、2个模拟量输出，同时要求做到电流和电压都能输出。故本设计的可编程控制器选用西门子S7-200系列的CPU226。1.2关于扩展模块的选择本次的喷涂设备的设计需要用到四个传感器，然而在设计中选择的S7－200CPU226只能传输数字量信号，所以需要能输入四个模拟量的模拟量扩展模块，对于CPU226所提供输入点和输出点个数不能达到设计的需求的问题，我们需要扩展一个能够提供8个输入点和10个输出点的数字量的模块。为满足输入点和输出点的需求，为实现设计目的我们选择添加一个16输入16输出的数字量模块EMDE16和一个4模拟输入2输出的模拟模块。1.3对于油泵的选择本次设计的自动喷涂设备中油泵的作用是为储油罐中抽入喷涂原料，是准备阶段中不可或缺的一部分。因为油泵的作用是向储油罐中抽入喷涂原料，为了保证油泵的使用寿命，以及要求油泵具有抗腐蚀性，故选择使用12V气动不锈钢隔膜泵，该气动不锈钢隔膜泵的体积超小、不会干扰电子元件污染电源，具有耐高温、流量大的特点，完全满足需求。1.4对于步进电动机的选择本次设计的自动喷涂设备具有三个电机，根据设计要求有用于大臂左右行的电机，由异步电机和ABB变频器组成；用于小臂上下移动的电机，由步进电机和步进驱动器组成；以及用于底座移动的电机，该电机选用步进电机和步进驱动器。其中步进电机驱动器的电源为DC24～80V，结合设计要求考虑综合性能为使其达到最优状态，本设计选用86BYG250A型步进电机；采用60V、400W的开关电源以及参考资料选取2MA860H驱动器为该电机驱动。86BYG250A型步进电机的相电流是4A，步距角是1.8°，静扭矩是1.6N*m。控制器选择OC输出方式，与2MA860H进行共阳极接法，DIR为方向输入线、PLS为脉冲输入线、ENA为电机锁存线。其接线图如图3-1所示。图3－1电机接线图2MA860H驱动器总共包括8个拨码开关，其中SW1、SW2与SW3是相电流输出选择开关，细分选择开关是SW5、SW6、SW7和SW8，其中的脉冲控制形式选择开关为SW5，即SW5=0表示输入单脉冲，SW5=1表示输入双脉冲[1]。1.5对于变频器的选择ABB变频器在市场上广受好评，其主要工作模式在于控制和调节三相异步交流电机的转速以达到工作目的，ABB变频器工作时输出平稳、使用性能高；同时其还具有额外的多项功能和优势，如：其具有高性能的矢量控制技术、低速大转矩输出的动态特性及超过载工作能力等。针对于本次的设计要求，我们主要的应用范围在于矿业领域，故选择空冷型ACS2000变频器。ACS2000变频器融合了现代的创新技术，其主要的优势在于供电灵活、同时其具有低谐波、低能耗的特点；ACS2000变频器在现场施工中还具有结构紧凑、安装便利的特点。此外ACS2000变频器可以在不使用输入隔离变压器的条件下完成工作要求，这一优势可以为用户节省资金，当用户对于现有设备的工作不放心时可以为变频器连接至少一台输入隔离变压器。1.6对于其他元器件的选择1.6.1对于接触器的选择根据设计的喷涂设备的要求选择能够控制负载的交流接触器可以满足设备要求。交流接触器是通过线圈通电产生磁场，磁场产生磁力使接触器的主触头闭合，通过触点的动作形成控制作用。在选择交流接触器时首先考虑主触点的额定电流计算公式为:为交流接触器主触点额定电流（A）；K为比例系数，一般为1-1.4；为选择的设备的电动机的额定功率（KW）；为选择的电动机的额定电压（V）。根据设备所需的数据计算结果约为1.8A。对于本次设计中的电机并没有带动大件物体运动故接触器选择的额定电流总是大于选择的电动机的额定电流就可以。1.6.2对于热继电器的选择系统一般都会选择安装热继电器，热继电器的安装对电动机有着过载保护等作用，如果热继电器选择不当可能会将连接的电动机损毁。按照一般的原则在选择热继电器时继电器额定电流要大于电动机的额定电流。由于本次设计的电动机的工作时间较长，所以选择的继电器的额定电流大约是电动机额定电流的0.95~1.05倍。本次设计的额定电流为1.6A选择的热继电器型号为NR2-25G/Z0.1-10A。1.6.3对于熔断器的选择熔断器在控制系统电路中是不可或缺的，与热继电器有着类似的作用，当电路中的电流过大时产生的热量大于熔断器的熔点，熔断器熔断之后就会使电路断开从而失电保护设备不在损伤。在设计的设备中选择使用快速熔断器，因为快速熔断器的快速熔断特性可以使设备发生故障时可以快速断电尽早停止系统，避免更大的损失，选择的型号为XRNT快速熔断器。2软件设计2.1系统程序流程图设计系统流程图的目的是为了能够更直观的表现矿用喷涂设备的自动喷涂和手动喷涂的过程，并且能够以此为设计的依据进行具体的程序设计和编程，逐步的完成设计的目标，本次设计的系统流程图包括矿用喷涂设备的系统流程图的总体控制流程图和自动化程序控制流程图。此次设计的核心为矿用设备的自动化，以矿用喷涂设备的自动化控制流程图展开设计。2.1.1矿用喷涂系统程序流程图本次设计的矿用喷涂设备系统分为自动喷涂程序和手动喷涂程序。按下矿用喷涂设备的启动按钮之后泵启动，开始升温等到温度达到设定值之后，泵开始向喷涂管道中抽入涂料直到管道内喷涂压力到达指定的压力，当管道内压力到达要求停止等待，此时代表停止等待的LED灯亮起，按动自动喷涂按钮开启自动喷涂程序，按动手动喷涂按钮启动手动控制模式。当需要喷涂停止时按下结束按钮结束喷涂的过程。基于PLC的矿用喷涂设备系统程序流程图如图4－1所示:图4－1矿用喷涂系统程序流程图2.1.2喷涂设备系统程序流程图当喷涂机械手在工作时，若长时间处于温度过高的工作环境，会大幅度的缩短密封件寿命，导致工作效率低下，此外当在恶劣工作环境，如：煤矿等，还容易出现堵管、翁鸣等现象。故对于电机温度的有效控制可以大大提高喷涂机械手工作的安全性和稳定性。对于选择的86BYG250A型步进电机而言其最大温升为75K，所以其工作的适合环境温度应在-25℃到+55℃之间，PLC发出指令，散热器（或加热器）开始工作，待温度降到（或升到）安全温度时，预警指示灯熄灭，PLC发出指令，散热器（或加热器）结束工作。当温升达到75K时，报警铃响起，设置定时器，信号持续2s后，判断故障严重，按动总停按钮SB0，使得设备停止工作并检查排除故障。如图4-2所示是步进电机温度监控程序流程图。图4－2电机温度监控程序流程图2.2编程软件简介本次设计中选用的PLC类型是西门子S7－200，并使用西门子公司研发的V2.0STEP7MicroWINSP9编程软件进行的软件设计编程。V2.0STEP7MicroWINSP9是一款专门对S7－200进行编程的软件，可以在STEP7编程软件上编写设计的超声波清洗控制系统的梯形图，软件可以读取输入的梯形图避免编程过程中的输入错误，STEP7软件设立了离线运行功能可以进行离线模拟检测设计的程序是否正确，能够尽早的发现错误，避免不必要的损失。2.3I/O口分配表根据设计的基于PLC控制的喷涂设备控制系统的原理图可以清晰的看到I/O的分配情况及其被赋予的意义。本次设计的喷涂设备控制系统的输入口有32个，这32个输入口全部是自动控制的限位开关和手动控制的开关量；输出口有32个为电动机、换向阀等输出量。设计的PLC控制系统的输入点的分配情况如表4－1所示:表4－1PLC输入点的分配表地址符号注释I0.0SB1启动按钮I0.1SB2停止按钮I0.2SB3自动按钮I0.3SB4手动按钮I0.4SQ1电机一号启动I0.5SQ2电机二号启动I0.6SQ3电机三号启动I0.7SQ4液位传感器I1.0SQ5温度传感器I1.1SQ6压力传感器I1.2SQ7泵送启动I1.3SQ8泵送停止I1.4SQ9反泵运行I1.5SQ10反泵点动I1.6SQ11反泵停止I1.7SQ12手动反泵I2.0SQ13变频器1号启动I2.1SQ14变频器2号启动I2.2SB5大臂X轴左限位开关I2.3SB6大臂X轴右限位开关I2.4SB7Y轴前限位开关I2.5SB8Y轴后限位开关I2.6SB9小臂Z轴上限位开关I2.7SB10小臂Z轴下限位开关I1.0SB11向前运动I1.1SB12向后运动I1.2SB13大臂左移动I1.3SB14大臂右移动I1.4SB15小臂上移I1.5SB16小臂下移I1.6SB17复位I1.7SB18停止等待PLC的输出点的分配情况如表4－2所示，输出的设备为电动机、指示灯等表4－2PLC中输出点的分配表地址符号注释Q0.0KM1变频器1运行Q0.1KM2电机1变频运行Q0.2KM3电机1工频运行Q0.3KM4变频器2运行Q0.4KM5电机2变频运行Q0.5KM6电机2工频运行Q0.6KM7电机3变频运行Q0.7KM8电机3工频运行Q1.0KM9电机4变频运行Q1.1KM10电机4工频运行Q1.2YV11初始位置Q1.3YV8喷涂启停Q1.4YV9散热器启停Q1.5YV10加热器启停Q1.6YV11X轴左移Q1.7YV12X轴右移Q2.0YV13Y轴前移Q2.1YV14Y轴后移Q2.2YV15Z轴上移Q2.3YV16Z轴下移Q2.4YV17电源指示灯Q2.5YV18泵送指示灯Q2.6YV19反泵示灯Q2.7YV20报警指示灯Q1.0YV211号电机指示灯Q1.1YV222号电机指示灯Q1.2YV233号电机指示灯Q1.3YV244号电机指示灯Q1.4YV25