南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)姓名：冷穎申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：工業(yè)工程指導(dǎo)教師：朱蘊(yùn)璞;汪立洲20080301工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)摘要本次選題是基于某企業(yè)的玻璃生產(chǎn)流水線的PLC控制。目前，玻璃生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)經(jīng)多年發(fā)展已日趨成熟，從傳統(tǒng)的單回路過程控制儀表、定時(shí)器、繼電器邏輯控制，過渡到工控機(jī)、PLC控制。本系統(tǒng)采用了PLC結(jié)合變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，完成對(duì)溫度、投料輥道運(yùn)行速度等參數(shù)的計(jì)算和輸出、系統(tǒng)運(yùn)行的順序控制、已經(jīng)狀態(tài)、報(bào)警顯示等任務(wù)。在玻璃制造中采用變頻調(diào)速方式，達(dá)到了顯著的節(jié)電效果、并具有較高的調(diào)速精度、較寬的調(diào)速范圍、完善的保護(hù)功能；而采用PLC編程不但提高了現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)的精度，而且現(xiàn)場(chǎng)可修改程序，維修方便。采用模塊化結(jié)構(gòu)，使可靠性高于繼電控制且體積更小，數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)，成本可與繼電器控制競(jìng)爭(zhēng)。使用組態(tài)軟件，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控管理，保證信息在全范圍內(nèi)的暢通，適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。關(guān)鍵詞：PLC 變頻調(diào)速組態(tài)軟件摘要 工程碩士學(xué)位論文AbstractThis thesis is based on the PLC control of an enterpriseS glass production lineAfteryears of development，the electrical control system of this glass production line has beenimprovedImprovements have been made from the traditional singleloop process controlinstrmnent,and timer to the relay logic control for IPC(Industrial Personal Computer)andPLC contr01This system，which applies to the PLC combining VVVF control system，Canfulfill many tasks such as temperature output and production line running speed calculation,operating sequence control，previous condition and the alarm indicatorThe frequency control method is used to achieve positive results in the manufacturingof glass such as energy efficiency，high speed precision，a wide range of operating speedsand an effective safety systemApplication of the PLC program not only makes it easy toimprove the precision of control signals on the spot，but also to modify proceduresTheprogram is also easy to maintain and repairThe modular structure is smaller,more reliable，and less expensive than its relay control counterpart，and the data Can be uploaded directlyto the computerUsing the King View Software，users can easily adapt their own“dataacquisition system”that suits their needs to achieve realtime data monitoring andmanagement，and ensure the smooth transfer of information between parties and adapt tothe needs of modern manufacturingIlKey words：PLC VFVC KingView Software聲 明本學(xué)位論文是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下取得的研究成果，盡我所知，在本學(xué)位論文中，除了加以標(biāo)注和致謝的部分外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得任何教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。研究生簽名： 扣B年鄉(xiāng)月o El學(xué)位論文使用授權(quán)聲明南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。對(duì)于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定和程序處理。研究生簽名： 滬肯年月弓奄El工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)1緒論11論文背景及研究意義某廠原有的玻璃生產(chǎn)流水線至今仍采用電磁接觸器來控制電機(jī)的運(yùn)行，啟動(dòng)時(shí)加頻敏電阻及電磁能耗制動(dòng)等方式，該啟動(dòng)方式由于電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流過大，使設(shè)備極易損壞。而且由于玻璃生產(chǎn)線的特殊性，要求電機(jī)頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)，消耗了大量的電能，使企業(yè)生產(chǎn)成本始終居高不下。再加上電磁控制系統(tǒng)故障率高，給維修人員帶來大量工作，也影響了生產(chǎn)。隨著電子技術(shù)、自控技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)以其良好的動(dòng)、靜態(tài)性能廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)控制環(huán)節(jié)。交流變頻調(diào)速技術(shù)更以其良好的軟啟動(dòng)特性，調(diào)速性能，高效的節(jié)能降耗，以及電子保護(hù)功能和組合控制功能，在玻璃行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于該條玻璃生產(chǎn)流水線，采用PLC和組態(tài)軟件結(jié)合控制代替了傳統(tǒng)的繼電器控制，使得操作界面友好，下層控制器的歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警信息能夠直接讀取，便于控制和進(jìn)行故障診斷。玻璃生產(chǎn)中，熱工參數(shù)控制直接影響了玻璃制品的質(zhì)量，該廠原先對(duì)熱工參數(shù)如溫度等的控制主要通過操作工人的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行，通過工人不斷觀察情況來調(diào)整燃燒狀況，控制溫度，由于人工操作在測(cè)量和操作頻率上的限制，很難把流水線的溫度長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在最佳生產(chǎn)工藝下，導(dǎo)致該廠玻璃生產(chǎn)的合格率不高。因此考慮采用PLC對(duì)爐輥道的溫度進(jìn)行控制，由于PLC具有控制能力強(qiáng)、精度高、操作靈活方便、可靠性高的特點(diǎn)，不但具有復(fù)雜的邏輯能力，還具有復(fù)雜的運(yùn)算能力，適宜長(zhǎng)期連續(xù)工作，能工作在各類惡劣的環(huán)境下，可滿足對(duì)工業(yè)生產(chǎn)不問斷流水線的高效控制。使整個(gè)系統(tǒng)始終工作在正常高效的狀態(tài)。提高了該廠的生產(chǎn)效率，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。1緒論 工程碩士學(xué)位論文12相關(guān)技術(shù)發(fā)展概況121 PLC技術(shù)綜述嘲第一臺(tái)可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱PLC)的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國(guó)通用汽車公司提出的，當(dāng)時(shí)的目的是要求設(shè)計(jì)一種新的控制裝置以取代繼電器，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂，操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的時(shí)間響應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設(shè)想提出后，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)與1969年研制成第一臺(tái)PLC，型號(hào)為PDP-14，投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，并取得了令人滿意的效果。在短時(shí)間內(nèi)，PLC在其它工業(yè)部門也得到應(yīng)用。到70年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用PLC代替繼電器控制設(shè)備，邁出了PLC實(shí)用化的第一步。70年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，出現(xiàn)了8位處理器和位片處理器，是可編程控制技術(shù)產(chǎn)生了飛躍。在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算，閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。70年代末由于超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使PLC向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列產(chǎn)品。這時(shí)，面向工程技術(shù)人員的編程語(yǔ)言發(fā)展成熟，出現(xiàn)了工藝人員使用的圖形語(yǔ)言，在功能上PLC已經(jīng)可以代替某些模擬控制裝置和小型機(jī)的DDC系統(tǒng)。進(jìn)入八九十年代后，PLC的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC已發(fā)展成為一種可提供諸多功能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其它設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷滋生故障及機(jī)器故障。這些改進(jìn)使得PLC復(fù)合今天對(duì)高質(zhì)量高產(chǎn)出的要求。盡管PLC功能越來越強(qiáng)，但它仍然保留了先前的簡(jiǎn)單與宜用的特點(diǎn)。PLC的未來發(fā)展不僅依賴于對(duì)新產(chǎn)品的開發(fā)，還在于PLC與其它工業(yè)控制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。無(wú)疑，PLC將在今后的工業(yè)自動(dòng)化中扮演重要的角色。目前PLC朝以下幾個(gè)方面發(fā)展乜：(1)大型網(wǎng)絡(luò)化：主要朝DCS方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)通信能力是PLC發(fā)展的一個(gè)主要方面，向下與多個(gè)智能裝置相連，向上與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)等相連成特殊的控制任務(wù)。2工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)(2)多功能：為了適應(yīng)特殊功能的需要，連續(xù)推出多種智能模塊，如模擬量輸入輸出、回路控制、通信控制、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制、高速技術(shù)、中斷輸入等。這些智能模塊以外處理器為基礎(chǔ)，其CPU與PLC的CPU并行工作，占用主機(jī)CPU時(shí)間很少，有利于提高PLC掃描速度和完成特殊的控制任務(wù)。(3)高可靠性、好兼容性：由于現(xiàn)代控制系統(tǒng)的可靠性和兼容性日漸受到人們的重視，一些公司強(qiáng)自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有的產(chǎn)品中，提出了高可靠的冗余系統(tǒng)。(4)編程語(yǔ)言向高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展：PLC的編程語(yǔ)言在原有梯形圖語(yǔ)言、順序功能塊和指令表語(yǔ)言基礎(chǔ)上，推出了可運(yùn)行于計(jì)算機(jī)windows環(huán)境下，界面友好的強(qiáng)勁的梯形圖和語(yǔ)句表兩種形式的編程、調(diào)試、診斷等功能。體現(xiàn)了面向未來的種種特征。122組態(tài)軟件技術(shù)發(fā)展概況組態(tài)軟件啪1是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展起來的。20世紀(jì)50年代雖然計(jì)算機(jī)開始涉足工業(yè)過程控制，但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)人員缺乏工廠儀表和工業(yè)過程的知識(shí)，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)工業(yè)過程系統(tǒng)在各行業(yè)的推廣速度比較緩慢。20世紀(jì)70年代初，微處理器的出現(xiàn)，促進(jìn)了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)走向成熟。首先，微處理器在提高計(jì)算能力的基礎(chǔ)上，大大降低了計(jì)算機(jī)的硬件成本，縮小了計(jì)算機(jī)的體積，很多從事控制儀表和原來一直就從事工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的公司先后推出了新型控制系統(tǒng)，其中具有代表性的是美國(guó)Honeywell公司于1975年推出的世界上第一套DCS，即TDC-2000。在隨后的20年中，DCS及其計(jì)算機(jī)控制技術(shù)日趨成熟，并得到了廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)發(fā)展迅速。但當(dāng)時(shí)的DCS軟件是專用和封閉的，且成本居高不下。80年代中后期，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及和開放系統(tǒng)(open system)概念的推廣，基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)開始進(jìn)入市場(chǎng)并發(fā)展壯大。基于個(gè)人監(jiān)控系統(tǒng)呈現(xiàn)出智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化的發(fā)展趨勢(shì)，并逐漸形成了各種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件規(guī)范。組態(tài)軟件在自動(dòng)化系統(tǒng)的“水平”和“垂直集成中起著橋梁和紐帶的作用，已成為自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要組成部分。計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)開始進(jìn)入市場(chǎng)，為組態(tài)軟件提供了發(fā)展空間。目前自動(dòng)化產(chǎn)品呈現(xiàn)出智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化的發(fā)展趨勢(shì)，并逐漸形成了各種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、硬件規(guī)范。組態(tài)軟件作為個(gè)人計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，比PLC監(jiān)控的硬件系31緒論 工程碩士學(xué)位論文統(tǒng)具有更為廣闊的發(fā)展空間。這是因?yàn)?，第一，很多DCS和PLC廠家主動(dòng)公開通信協(xié)議，加入“PLC監(jiān)控”的陣營(yíng)；第二，由于PLC監(jiān)控大大降低了系統(tǒng)成本，使得市場(chǎng)空間得以擴(kuò)大，從無(wú)人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)視(如防盜報(bào)警、江河汛情監(jiān)視、壞境監(jiān)控、電信線路監(jiān)控、交通管制與監(jiān)控、礦井報(bào)警等)、數(shù)據(jù)采集與計(jì)量(如居民水電氣表的自動(dòng)抄表、鐵道信號(hào)采集與記錄等)、數(shù)據(jù)分析(如汽車和機(jī)車自動(dòng)測(cè)試、機(jī)組和設(shè)備參數(shù)測(cè)試、醫(yī)療化驗(yàn)儀器設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、虛擬儀器、生產(chǎn)線產(chǎn)品質(zhì)量抽檢等)到過程控制，幾乎無(wú)處不用。第三，各類智能儀表、調(diào)節(jié)器和PLC可與組態(tài)軟件構(gòu)筑完整的低成本自動(dòng)化系統(tǒng)，具有廣闊的市場(chǎng)空間。第四，各類嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線的異軍突起，把組態(tài)軟件推到了自動(dòng)化系統(tǒng)主力軍的位置，組態(tài)軟件越來越成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的靈魂。123變頻器發(fā)展概況經(jīng)過近年的發(fā)展，變頻器技術(shù)經(jīng)歷了更新?lián)Q代、不斷完善的過程nlm明。主要表現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：一是通過對(duì)單元參數(shù)的設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)多種功能的控制(如正、反轉(zhuǎn)控制、多段速控制、點(diǎn)動(dòng)控制等)：二是采用矢量控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低頻情況下大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)運(yùn)行，特別適合風(fēng)機(jī)負(fù)荷控制：三是通過對(duì)控制功能端子板的不同連接，可實(shí)現(xiàn)靈活、準(zhǔn)確的控制效果：四是可由外部方式輸入4-20mA信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控(如計(jì)算機(jī)輸出4-一20mA信號(hào)控制變頻器運(yùn)行，形成閉環(huán)回路控制系統(tǒng))：五是報(bào)警功能完善，對(duì)過流、缺相、欠壓等故障均有報(bào)警顯示，同時(shí)可輸出信號(hào)給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同步顯示，便于生產(chǎn)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理：六是變頻器內(nèi)部的濾波技術(shù)及外部加裝屏蔽網(wǎng)，可有效地抑制電網(wǎng)諧波干擾、電磁噪聲等不利因素。綜上所述，針對(duì)玻璃生產(chǎn)線的主要電氣設(shè)備，采用變頻器控制風(fēng)機(jī)、電機(jī)、輥道傳動(dòng)等環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)，便于設(shè)備的維護(hù)，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，提高系統(tǒng)設(shè)備的可靠性。經(jīng)過幾年來的實(shí)踐，其優(yōu)越性已得到廣大技術(shù)人員的共識(shí)。13本文研究的主要內(nèi)容4根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)基于PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線。(1)硬件選型。主要包括：PLC硬件的選型，各區(qū)溫度控制模塊的選擇，變頻調(diào)工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)速器的選擇。本系統(tǒng)采用PLC為中心控制器，通過擴(kuò)展的多路溫控模塊采集現(xiàn)場(chǎng)16路溫度，并通過PLC對(duì)各路溫度進(jìn)行PID輸出控制。同時(shí)在上料輥道與下料輥道的傳送帶上各安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，以檢測(cè)玻璃在傳送道上的位置，確保玻璃在整條生產(chǎn)線的運(yùn)動(dòng)定位準(zhǔn)確，并通過PLC控制變頻調(diào)速器來控制上料、加熱、冷卻三臺(tái)電機(jī)。系統(tǒng)的操作控制、數(shù)據(jù)采集和動(dòng)作過程監(jiān)視、各種參數(shù)的顯示設(shè)定，由掛接在PLC的上位組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)(2)程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)主要分兩部分，PLC程序的設(shè)計(jì)，以及上位機(jī)監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)。其中核心是PLC程序設(shè)計(jì)。PLC程序設(shè)計(jì)部分主要包括實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、流水線運(yùn)行速度等參數(shù)的計(jì)算和輸出，系統(tǒng)運(yùn)行的順序控制，已經(jīng)狀態(tài)和報(bào)警顯示等任務(wù)。在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)工藝流程圖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)處理是通過可編程控制器操作站系統(tǒng)軟件和組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)的。本章總結(jié)：本章首先介紹了與本項(xiàng)目相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，主要包括：系統(tǒng)簡(jiǎn)介、PLC技術(shù)綜述、組態(tài)軟件技術(shù)發(fā)展概況、變頻器技術(shù)發(fā)展等內(nèi)容，最后交代了本論文的主要內(nèi)容。52控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)21系統(tǒng)簡(jiǎn)介211流水線簡(jiǎn)介該玻璃生產(chǎn)流水線主要用于玻璃制品的深加工，其生產(chǎn)工藝過程如圖21所示，待加工的玻璃原料由運(yùn)送輥送入加熱爐內(nèi)，圖中標(biāo)號(hào)l一7的為溫度由低到高的7個(gè)區(qū)，加工原料從1區(qū)上部進(jìn)入，在每個(gè)區(qū)內(nèi)作適當(dāng)停留，均勻加熱使玻璃逐漸升溫，達(dá)到工藝溫度后送入8區(qū)進(jìn)行高溫加工，加工完畢后再?gòu)南铝陷伒乐饾u冷卻返回。由上下兩層的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)15個(gè)小車上下循環(huán)運(yùn)行進(jìn)行玻璃加工，這樣即完成了一個(gè)周期的生產(chǎn)過程。系統(tǒng)上下料一共有4個(gè)電機(jī)牽引，上牽引、下牽引、前加熱爐引導(dǎo)和后引導(dǎo)。其中，前加熱爐為主加熱爐，后引導(dǎo)是為了填料和取成品。每個(gè)小車運(yùn)行時(shí)都由傳動(dòng)橫桿帶動(dòng)小車下面的鉤子進(jìn)行牽引。1 2 3 4 5 6 7 8加熱進(jìn)料_I卜冷卻出貨I_一212系統(tǒng)技術(shù)要求6圖2I用戶要求對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，具體要求為：(1) 上料和下料速度可根據(jù)各區(qū)溫度情況自控調(diào)節(jié)，并能夠集中對(duì)電機(jī)的控制，可調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度。工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)(2) 生產(chǎn)工藝流程圖具有可瀏覽，并能夠通過屏幕監(jiān)視生產(chǎn)過程，對(duì)于出現(xiàn)的事故及時(shí)報(bào)警響應(yīng)。(3) 控制系統(tǒng)方便用戶管理，并能隨時(shí)控制，運(yùn)行主要數(shù)據(jù)均可記錄，以便管理人員核查。該系統(tǒng)可應(yīng)用于鋼化玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、制鏡玻璃等玻璃深加工生產(chǎn)流水線。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)作的控制，實(shí)際上就是對(duì)各種運(yùn)動(dòng)部件的控制。總體上看，系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部件全部是由電動(dòng)機(jī)、氣缸來驅(qū)動(dòng)的。因此對(duì)于各運(yùn)動(dòng)部件的控制，實(shí)際上就是對(duì)各驅(qū)動(dòng)部件、電機(jī)、氣缸的控制。控制系統(tǒng)的作用就是對(duì)各驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行控制，并使各驅(qū)動(dòng)部件按一定的順序和限定條件自動(dòng)運(yùn)行。從傳統(tǒng)的機(jī)床電氣控制來看，對(duì)電動(dòng)機(jī)、電磁閥及其它電器的通斷控制是采用繼電器、接觸器、開關(guān)、按鈕等控制電器組成的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行控制。這種傳統(tǒng)的控制方式稱為繼電器、接觸器控制。這種控制方式簡(jiǎn)單、直接、成本較，在一定范圍內(nèi)能夠滿足生產(chǎn)線自動(dòng)控制的需要。但是，現(xiàn)代加工業(yè)的發(fā)展，使得系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來越高。對(duì)系統(tǒng)的柔性要求越來越高，要求系統(tǒng)有可調(diào)、可變的控制功能。由于繼電器、接觸器控制方式，線路固定、功能單一，一旦系統(tǒng)要有所變動(dòng)，就必須對(duì)復(fù)雜的控制線路進(jìn)行修改。不僅操作十分不便，而且很難保證系統(tǒng)的可靠、穩(wěn)足運(yùn)行。同時(shí)，必須注意到控制線路的復(fù)雜程度隨著系統(tǒng)的復(fù)雜程度以幾何級(jí)數(shù)增加。這樣，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)而言，用繼電器方式不僅不經(jīng)濟(jì)，而且很多時(shí)候根本就是不現(xiàn)實(shí)的。通過分析，可以看到，系統(tǒng)的控制比較復(fù)雜。系統(tǒng)中調(diào)速的實(shí)現(xiàn)、定位控制的實(shí)現(xiàn)都不是通過簡(jiǎn)單的繼電器回路能夠?qū)崿F(xiàn)的。而且執(zhí)行器件比較多，動(dòng)作邏輯比較復(fù)雜。鑒于此特點(diǎn)，摒棄了傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制方式，但由于系統(tǒng)的運(yùn)行過程整體來看基本上還是順序控制，又可以在很大程度上基于繼電器接觸器控制下的思想來進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析。因此，采用了以可編程邏輯控制器(Programmable LogicalControllerPL C)為核心，結(jié)合繼電器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。以PLC的內(nèi)部繼電器邏輯部分取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器固定邏輯線路。這是由于PLC具有計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)、具有編程能力，靈活、通用性好。在技術(shù)上能夠滿足復(fù)雜系統(tǒng)工業(yè)控制的需要，而且最大的特點(diǎn)是可靠性極高，調(diào)試、維護(hù)方便，能夠節(jié)省大量的開發(fā)時(shí)間和費(fèi)用。72控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文由于PLC的功能強(qiáng)大、容易使用、高可靠性。常常被用來作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和設(shè)備的控制。組態(tài)軟件作為用戶可訂制功能的軟件平臺(tái)工具，在Pc機(jī)上可開發(fā)出友好的人機(jī)界面，通過PLC對(duì)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行“智能”控制。所以擬采用PLC技術(shù)，組態(tài)軟件技術(shù)，變頻調(diào)速技術(shù)來對(duì)原來的生產(chǎn)線進(jìn)行改造，來實(shí)現(xiàn)用戶的要求。22系統(tǒng)的組成及功能該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含兩大部分，硬件部分選型，軟件部分設(shè)計(jì)。其中軟件部分包括PLC軟件部分設(shè)計(jì)，組態(tài)軟件設(shè)計(jì)兩部分部分。而PLC部分的設(shè)計(jì)是核心內(nèi)容。一般來說，PLC控制系統(tǒng)有以下三種類型：(1)PLC構(gòu)成的單機(jī)系統(tǒng)這種系統(tǒng)的被控對(duì)象是單一的機(jī)器生產(chǎn)或生產(chǎn)流水線，其控制器是由單臺(tái)PLC構(gòu)成，一般不需要與其他PLC或計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。但是，設(shè)計(jì)者還要考慮將來是否有聯(lián)網(wǎng)的需要，如果有的話，應(yīng)當(dāng)選用具有通信功能的PLC。如圖22所示圖22 PLC單機(jī)控制(2)PLC構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)的被控對(duì)象通常是數(shù)臺(tái)機(jī)器或數(shù)臺(tái)流水線構(gòu)成，該系統(tǒng)的控制單元由單臺(tái)PLC構(gòu)成，每個(gè)被控對(duì)象與PLC指定的io相連。由于采用一臺(tái)PLC控制，因此，各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)不需要另外的通信線路。但是，這種系統(tǒng)也有一個(gè)缺點(diǎn)，一但PLC出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將停止工作。對(duì)于大型的集中系統(tǒng)，通常采取冗余系統(tǒng)克服上述缺點(diǎn)。如圖23所示8工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)圖23 PLC集中控制系統(tǒng)(3)PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)的被控對(duì)象通常比較多，分布在一個(gè)較大的區(qū)域內(nèi)，相互之間比較遠(yuǎn)，而且，被控對(duì)象之間經(jīng)常的交換數(shù)據(jù)和信息。這種系統(tǒng)的控制器采用若干個(gè)相互之間具有通信能力的PLC構(gòu)成，系統(tǒng)地上位機(jī)可以采用PLC，也可以采用工控機(jī)。如圖24所示圖24 PLC分布式控制系統(tǒng)由于該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)有3臺(tái)被控電機(jī)以及數(shù)量不是很多的其他被控對(duì)象，可以使用單臺(tái)PLC進(jìn)行多個(gè)對(duì)象的控制，只要適當(dāng)?shù)倪x用高性能的PLC，完全能夠勝任，另外，為了用戶的直觀方便的使用，需要給予人機(jī)界面，采用如圖25所示的控制結(jié)構(gòu)。在整個(gè)控制系統(tǒng)硬件中，總共有五大部分組成，分別是：PLC控制器、上位機(jī)、溫度檢測(cè)模塊、變頻控制模塊、選擇計(jì)數(shù)器。下面分別介紹各個(gè)組件的功能。92控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文(1)PLC控制器：系統(tǒng)的控制核心。利用傳感器采集電機(jī)、各區(qū)溫度、變頻器、玻璃原料位置等有關(guān)的各類對(duì)象信息。PLC經(jīng)過對(duì)輸入信號(hào)的處理，綜合所獲得的信息，反饋控制監(jiān)控對(duì)象，將信息送入上一級(jí)監(jiān)控器。同時(shí)接受上位機(jī)的控制指令，輸出控制信號(hào)，完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象的實(shí)際控制。(2)上位機(jī)：在整個(gè)系統(tǒng)中，監(jiān)控主要完成三個(gè)作用，一是通過串口下載參數(shù)進(jìn)PLC，這些參數(shù)作為PLC控制的依據(jù)，二是從串口讀出PLC中相應(yīng)的參數(shù)，并在顯示器上顯示，三是將PLC傳上來的參數(shù)作一定的處理，并將最終得到的信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以各以后可以查詢。(3)溫度檢測(cè)模塊：該部件主要是檢測(cè)各區(qū)溫度變化情況，并通過串口將溫度值發(fā)往PLC，由PLC采用PID方式后續(xù)操作。(4)變頻控制模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)上、下料輥道電機(jī)的變頻控制。(5)選擇計(jì)數(shù)器：用于檢測(cè)位置狀態(tài)，以檢測(cè)玻璃原料在加熱爐內(nèi)的位置，確保玻璃原料在整條生產(chǎn)線的運(yùn)動(dòng)定位準(zhǔn)確。lO圖25系統(tǒng)的構(gòu)成工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)23控制算法231整體控制在工業(yè)控制系統(tǒng)中，目前有以下幾種控制策略。(1)開環(huán)控制開環(huán)控制策略主要是在輸入和輸出的過程中，不采用任何的反饋信號(hào)，這樣的控制使得系統(tǒng)反應(yīng)速度快，缺點(diǎn)是系統(tǒng)精度不高，不夠穩(wěn)定，如圖26所示輸入 控制算法 輸出 。被控對(duì)象圖26開環(huán)控制系統(tǒng)(2)閉環(huán)控制閉環(huán)控制策略主要是在輸入和輸出的過程中，采用一定的反饋信號(hào)，再將該反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行“+(正反饋)或者“一(負(fù)反饋)運(yùn)算后，作為新的信號(hào)輸入系統(tǒng)中，特點(diǎn)是控制精度高，可以將系統(tǒng)的輸出值控制在要求的范圍之內(nèi)，如圖27所示。圖27閉環(huán)控制圖在本系統(tǒng)中，是利用電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸入控制信號(hào)(一般是電壓信號(hào))成反比的特性來控制電機(jī)的速度的可調(diào)節(jié)性，希望電機(jī)運(yùn)行頻率或者運(yùn)行速度穩(wěn)定在某個(gè)值附近，所以開環(huán)控制策率是難以滿足控制要求，故擬采用閉環(huán)控制。從被控電機(jī)取回速度值或者頻率值作為反饋信號(hào)與電機(jī)運(yùn)行頻率設(shè)定值進(jìn)行運(yùn)算后，再作為輸入信號(hào)給電機(jī)。ll2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文232溫度控制在本系統(tǒng)中，采用的PLC通過PID方式對(duì)溫度進(jìn)行后續(xù)控制，PID控制是一種負(fù)反饋控制，是一種比較精確的常規(guī)控制，并具有以下優(yōu)點(diǎn)【30】【3l】【32】：(1)原理簡(jiǎn)單，使用方便。(2)適應(yīng)性強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合和工業(yè)部門。(3)魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不太敏感【331。由于以上優(yōu)點(diǎn)，PlD控制已成為迄今為止最通用的控制方法。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析均表明，將這種控制規(guī)律用于大多數(shù)工業(yè)對(duì)象能夠得到比較滿意的結(jié)果。所以雖然PID控制器產(chǎn)生于19世紀(jì)初，但今天仍被廣泛應(yīng)用于化工、冶金、電力、機(jī)械等工業(yè)過程控制中。目前全世界大約有90的過程控制仍在使用PID控制器及其改進(jìn)型來完成反饋回路的控制【劃?；谏鲜鰞?nèi)容，本系統(tǒng)采用PID算法。PID控制的全稱叫做比例積分微分控制，是由比例控制、積分控制和微分控制三種控制組合而成的組合控制方式。比例(P)控制比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steadystate error)。積分(I)控制在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)(System晰tll Steadystate Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。微分(D)控制在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。 自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需12工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)要增加的是“微分項(xiàng)，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例加微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此在控制規(guī)律中積分和微分項(xiàng)不能直接準(zhǔn)確計(jì)算，只能用數(shù)值計(jì)算的方法逼近，其控制規(guī)律為：=群卜+砉fe(r)dr+乃刳也 沼t)式中：P(，)調(diào)節(jié)器輸入函數(shù)，即給定量與反饋量的偏差；U(，)調(diào)節(jié)器輸出函數(shù) 七p比例常數(shù)；正積分時(shí)間常數(shù)；乃微分時(shí)間常數(shù)；砜控制常量，即e=0時(shí)的輸出值。公式(21)表示的調(diào)節(jié)器的輸入函數(shù)和輸出函數(shù)均為模擬量。為了用計(jì)算機(jī)對(duì)它進(jìn)行計(jì)算，可以把連續(xù)形式微分方程轉(zhuǎn)換位離散形式的差分方程。I e(f)df羔e(五)丁J-O取丁為采樣周期，后為采樣序號(hào)，七=O，l，2,3k，七。因?yàn)椴蓸又芷诙∠鄬?duì)于信號(hào)變化周期是很小的，所以可以用矩形法來計(jì)算積分，用后向差分來代替微分，即 de(t)e(k)-e(k-1)dt T這樣式(21)可以寫成(Uo=0)u(七)=砟卜(七)+丟e(t)r+乃!垡塑二；垡生 c22)132控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文式中：U(七)采樣時(shí)刻k的輸出值P(七)采樣時(shí)刻k的偏差值e(k1)采樣時(shí)刻七一1的偏差值式(2-2)中的輸出量為全量輸出。它對(duì)應(yīng)于被控制對(duì)象的執(zhí)行機(jī)構(gòu)每次采樣時(shí)應(yīng)達(dá)到的位置。因此，式(22)也是PID控制規(guī)律的離散化形式。稱為位置型PID控制算式。另有增量型PID控制算式。在增量型中，輸出是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的增量甜。，即A14n m Kp(e-en_i)4-礦To+c_=KJ(P。一en-i)+Kl e。4-KD(en一2e。一1+P。一2) (23)式中，K。=Kp等為PID控制算式的積分系數(shù)；KD=KP1FD為PID控制算式的Jl 1 0微分系數(shù)。24控制系統(tǒng)的運(yùn)行241控制方式該系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)及維修三種運(yùn)行方式：手動(dòng)為步進(jìn)運(yùn)行，即操作一按鈕，一部分動(dòng)作執(zhí)行，操作另外一個(gè)按鈕，另外一個(gè)動(dòng)作執(zhí)行。主要用于分步控制流水線。自動(dòng)為全部一次性執(zhí)行，即在自動(dòng)模式下，自動(dòng)的完成整個(gè)生產(chǎn)流水線的所有動(dòng)作。用于長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)。維修為單獨(dú)的點(diǎn)動(dòng)模式，專為維修調(diào)試時(shí)所用，所有操作均為點(diǎn)動(dòng)。即操作相應(yīng)的按鈕時(shí)動(dòng)作，否則不動(dòng)作。電控系統(tǒng)的工作原理及其操作方法扼要敘述如下：(1)溫度控制 由熱電耦來感測(cè)各區(qū)溫度，當(dāng)溫度符合要求時(shí)，停止加溫，當(dāng)14工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)溫度低于要求時(shí)，開始加溫，用來保持各區(qū)的恒溫。(2)運(yùn)動(dòng)控制原料由傳送錕的作用下面在上下兩層循環(huán)運(yùn)行，用來送料加工，并把加工完畢的成品送出。為了更好的利用，這里用變頻器對(duì)上、下料電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，ePl琊送入相應(yīng)區(qū)的時(shí)候慢速，到達(dá)區(qū)的中部的時(shí)候快速，出區(qū)的時(shí)候又改為慢速。所有操作都有相應(yīng)的限位保護(hù)。(3)在手動(dòng)和自動(dòng)檔中，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題，操作人員應(yīng)立即按下急停按鈕，待故障解除后，重新通電，系統(tǒng)能自動(dòng)從急停前的狀態(tài)開始繼續(xù)往下運(yùn)行(對(duì)于自動(dòng)檔可以直接運(yùn)行，手動(dòng)檔需人工再次按下當(dāng)前步驟的狀態(tài)啟動(dòng)按鈕)。(4)為防止誤操作，在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)系統(tǒng)后，除急停、系統(tǒng)電源的啟動(dòng)和停止按鈕，系統(tǒng)所有按鈕均無(wú)效。在手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)將在狀態(tài)選擇按鈕控制下按照預(yù)定流程運(yùn)行，正確的狀態(tài)能順利運(yùn)行，錯(cuò)誤狀態(tài)不運(yùn)行，且報(bào)警，便于任何人操作此系統(tǒng)。242故障報(bào)警系統(tǒng)設(shè)有安全保護(hù)，在自動(dòng)運(yùn)行模式下，當(dāng)上次運(yùn)行沒有到位的情況下，第二輪循環(huán)不進(jìn)行，并且報(bào)警。在手動(dòng)模式下，當(dāng)操作人員沒有按照生產(chǎn)流程操作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)拒絕執(zhí)行，同時(shí)報(bào)警。本章總結(jié)：本章首先分析了流水線的生產(chǎn)過程及整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)要求，研究了控制系統(tǒng)的組成及運(yùn)行，提出了系統(tǒng)的控制模式，然后重點(diǎn)討論了流水線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括控制系統(tǒng)的要求、組成、具體的控制參數(shù)、控制算法等。153 PLC的選型與設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文3 PLC的選型與設(shè)計(jì)31 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)311 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則任何一種電器控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象(t產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程)的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：(1)最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。設(shè)計(jì)前，應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，搜集資料，并與機(jī)械部分的設(shè)計(jì)人員和實(shí)際操作人員密切配合，共同擬定電器控制方案，協(xié)同解決設(shè)計(jì)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(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便(3)保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。(4)考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容：PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的。因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)包括：(1)選擇用戶輸入設(shè)備(按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等)、輸出設(shè)備(繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件)以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象(電動(dòng)機(jī)、電磁閥等)。這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法在其他有關(guān)書籍中已有介紹。(2)PLC的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇PLC應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、io模塊的選擇、電源模塊的選擇等。(3)分配io點(diǎn)，繪制IO連接圖。(4)設(shè)計(jì)控制程序。包括設(shè)計(jì)梯形圖、語(yǔ)句表(即程序清單)或控制系統(tǒng)流程圖。控制程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的條件，是保證系統(tǒng)工作正常、安全、可靠的關(guān)鍵?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。(5)必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)(柜)。16工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)(6)編制控制系統(tǒng)技術(shù)文件。包括說明書、電器圖及電器元件明細(xì)表等。傳統(tǒng)的電器圖，一般包括電器原理圖、電器布置圖及電器安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖可以統(tǒng)稱為“硬件圖。它在傳統(tǒng)電器圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，因此在電器原理固中應(yīng)增加PLC的Io連接圖。此外，在PLC控制系統(tǒng)的電器圖中還應(yīng)包括程序圖(梯形圖)，可以稱它為”軟件圖”。向用戶提供“軟件圖，可便于用戶生產(chǎn)發(fā)展或工藝改進(jìn)時(shí)修改程序，并有利于用戶在維修時(shí)分折和排除故障。312 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，這關(guān)系著PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。3121 PLC的選型在工程中主要根據(jù)工藝要求、控制對(duì)象、用戶需要等方面選擇合適的PLC，以獲得最佳的性能價(jià)格比。就一個(gè)控制系統(tǒng)而言，PLC的選型原則和考慮因素如下：(1)PLC一般用于開關(guān)量控制為主兼有模擬量控制的系統(tǒng)，尤其適合于動(dòng)作頻繁、邏輯關(guān)系復(fù)雜、程序多變的系統(tǒng)。應(yīng)用于這樣的系統(tǒng)，將會(huì)最大限度發(fā)揮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。(2)是否與計(jì)算機(jī)連接，是否要求構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，以及對(duì)遠(yuǎn)程站的設(shè)置要求。是否需要中斷輸入、雙機(jī)熱備、位置控制、高速計(jì)數(shù)器等特殊模塊和智能模塊。(3)開關(guān)量Io點(diǎn)數(shù)、模擬量IO路數(shù)、電壓等級(jí)及輸出功率、內(nèi)存容量。IO點(diǎn)數(shù)直接關(guān)系到PLC輸入輸出模塊的選擇，Io點(diǎn)數(shù)一般要考慮10-2096的余量，特別是開關(guān)量輸入更應(yīng)考慮多些余量；合適的電壓等級(jí)可提高PLC的抗干擾能力；主機(jī)用戶內(nèi)存容量的大小對(duì)設(shè)備費(fèi)的影響不大，故建議內(nèi)存容量可選大一些。(4)其他考慮因素選擇PLC還要對(duì)其外型、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、設(shè)置條件、價(jià)格、技術(shù)服務(wù)、應(yīng)用業(yè)績(jī)等多項(xiàng)指標(biāo)綜合分析比較，然后才能確定理想的PLC產(chǎn)品。173 PLC的選型與設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文3122系統(tǒng)的安裝無(wú)遠(yuǎn)程功能的PLC用在單機(jī)或控制范圍不大的系統(tǒng)，有遠(yuǎn)程功能的PLC則用于大范圍的控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，本地站一般設(shè)在集中控制室，遠(yuǎn)程站一般設(shè)在低壓配電室或儀表室，這樣可使PLC的外部接線最短。PLC忌安裝在高溫、結(jié)凝、特別是有振動(dòng)沖擊的場(chǎng)所。3123輸入輸出模塊的選擇模塊電源：在選擇交流IO模塊時(shí)，宜采用隔離變壓器為其供電這樣可防止外部電路故障沖擊模塊。電源線采用雙絞線，絞距1-2cM。隔離變壓器的容量按PLC電源組件容量的152倍選擇。直流模塊的外接電源，其波紋值應(yīng)滿足模塊要求；若是模擬量直流模塊，尚需用穩(wěn)壓電源。電壓等級(jí)：在選擇IO模塊時(shí)，電壓等級(jí)是一個(gè)比較重要的參數(shù)，它要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與模塊之間的距離來選。當(dāng)外部線路較長(zhǎng)時(shí)，可選用AC220V模塊；當(dāng)外線短且控制相對(duì)集中時(shí)可選擇DC24V模塊。輸出電路：PLC的模塊輸出方式一般有3種：晶體管輸出、繼電器輸出、雙向可控硅輸出。確定負(fù)載類型根據(jù)PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流型還是交流型，是大電流還是小電流，以及PLC輸出點(diǎn)動(dòng)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，或晶閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行很重要。每個(gè)輸出點(diǎn)、每組輸出點(diǎn)、每個(gè)輸出模塊的負(fù)載電源不得超過額定電流。其中繼電器輸出模塊的負(fù)載電流以不能太接近額定電流，當(dāng)接近額定電流時(shí)，最好先帶動(dòng)一個(gè)小型中繼，再通過中繼擴(kuò)展輸出模塊的輸出容量。采用雙向可控硅輸出模塊，其負(fù)載電流必須大于雙向可控硅的維持電流，否則應(yīng)在負(fù)載上并聯(lián)電阻。18工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)對(duì)于動(dòng)作頻繁、電感性或功率因素低的負(fù)載，不宜選用繼電器輸出模塊，而應(yīng)該采用晶體管輸出模塊。如果PLC輸出帶感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì)PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù)PLC。當(dāng)頻率為10次min以下時(shí)，既可采用繼電器輸出方式；也可采用PLC輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器(SSR)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載；對(duì)于兩個(gè)重要輸出量不僅在PLC內(nèi)部互鎖，建議在PLC外部也進(jìn)行硬件上的互鎖，以加強(qiáng)PLC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。輸入電路：PLC輸入電路電源一般應(yīng)采用DC24V，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和PLC安全至關(guān)重要，同時(shí)其帶負(fù)載(接近開關(guān)等)時(shí)要注意容量，同時(shí)作好防短路措施(因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響PLC的運(yùn)行)，建議該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熔絲，防止短路。以直流輸入模板為例。3124開關(guān)量io點(diǎn)的節(jié)省和模擬量IO模塊的代用相同控制作用且每個(gè)接點(diǎn)在編程中僅使用一次的若干個(gè)輸入接點(diǎn)，可在外部電路進(jìn)行串、并聯(lián)后作為一個(gè)輸入點(diǎn)處理，編程時(shí)用常開編程接點(diǎn)。如某個(gè)設(shè)備的多個(gè)故障信號(hào)接點(diǎn)可在外部電路串聯(lián)后接在一個(gè)輸入點(diǎn)上，而不必占用多個(gè)輸入點(diǎn)。相同控制邏輯的輸出，如集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)發(fā)往各現(xiàn)場(chǎng)的啟動(dòng)預(yù)告信號(hào)，可只用一個(gè)輸出點(diǎn)，再用接線端子擴(kuò)展至各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。3125抗干擾措施由于產(chǎn)生干擾的因素是復(fù)雜而多樣的，因此采取的抗干擾措施要根據(jù)情況而定。PLC供電電源一般為AC85_-240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件(如電源濾波器、1：1隔離變壓器等)；隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級(jí)線圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線圈屏蔽層接193 PLC的選型與設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文PLC輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。設(shè)置一個(gè)PLC信號(hào)專用接地裝置。該裝置不能和防雷接地裝置、電器設(shè)備接地裝置有金屬連接。接地電阻可參見使用說明書，一般小于100 Q即可。接地線進(jìn)入PLC控制柜中的信號(hào)接地端子排。當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)將PLC的接線端子與信號(hào)接地端子排連。32本項(xiàng)目的選型設(shè)計(jì)本項(xiàng)目的要求有以下幾點(diǎn)：、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的溫度變換和惡劣環(huán)境，提高設(shè)備的可靠性、方便現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的修改，具有一定的柔性。、保證加熱溫度控制準(zhǔn)確，提高生產(chǎn)率。、提高設(shè)備自動(dòng)化率。根據(jù)原設(shè)備存在的缺點(diǎn)，以及改進(jìn)提出的要求，我們優(yōu)先考慮安全穩(wěn)定性好、有質(zhì)量保證的PLC品牌，綜合以上的考慮，決定采用如下硬件設(shè)備。核心PLC選擇FBE一40MC，這是永宏系列中的高功能型，它內(nèi)含三個(gè)通信接口(RS一232兩個(gè)、RS一485一個(gè))；24點(diǎn)DC24V輸入，16點(diǎn)輸出，四路AB相或八路單相高速計(jì)數(shù)(頻率達(dá)20KHz)；一路脈沖輸出，頻率達(dá)20KHz；內(nèi)置PID指令。能夠很好的滿足設(shè)計(jì)要求。由于整套控制系統(tǒng)共有26路輸入，20路輸出，需再加擴(kuò)展模塊，考慮到整套系統(tǒng)以后的可擴(kuò)展性，采用FB一8EX、FB一8EY用于擴(kuò)展其輸入輸出點(diǎn)。FB-8EX是永宏的配套擴(kuò)展輸入模塊，含8點(diǎn)DC24V輸入，F(xiàn)B一8EY是永宏的配套擴(kuò)展輸出模塊，具有8點(diǎn)輸出，兩擴(kuò)展模擴(kuò)通過擴(kuò)展數(shù)據(jù)線和核心PLC連接。熱電偶溫度采集模塊是一種現(xiàn)場(chǎng)物理測(cè)控模塊，它內(nèi)含微處理器，通過多路模擬開關(guān)和高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器采集現(xiàn)場(chǎng)問題度，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)換為溫度值，通過數(shù)據(jù)總線上傳給核心PLC，這樣不但免除了核心PLC的溫度采集，轉(zhuǎn)換工作量，并且將PLC直流邏輯電平與現(xiàn)場(chǎng)電平隔開，其可靠性得到了提高。所以我們考慮加裝了永宏專用溫控模塊FB一4AKl8，它可以直接采集18路溫度，通過核心PLC，可是實(shí)現(xiàn)對(duì)18路的PID溫度控制。由于對(duì)于上料輥道和下料輥道的速度需要調(diào)節(jié)，如果采用滾筒機(jī)構(gòu)加裝變速箱的工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)方式，增加了上下料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并且無(wú)柔性可言，不利于用戶以后對(duì)生產(chǎn)線的升級(jí)，故考慮采用變頻器，經(jīng)綜合考慮，選擇VFDM臺(tái)達(dá)變頻調(diào)速器，它性能優(yōu)良，價(jià)格便宜，具有MODBUS通訊功能。并且永宏P(guān)LC支持MODBUS-RTU通信協(xié)議，可通過FBDTBR的portl與變頻器之間進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)上料輥道電機(jī)，下料輥道電機(jī)的控制。由于需要和上位機(jī)以及變頻器之間進(jìn)行通訊，故采用FB-DTBR作為PLC的通信適配器，實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)之間的通信聯(lián)系以及與交流變頻器的通信以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。整個(gè)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖31所示。33軟件設(shè)計(jì)圖31系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖PLC軟件設(shè)計(jì)主要分三部分：第一部分為總體控制流程，第二部分為溫度控制程序，第三部分為手動(dòng)自動(dòng)程序。331流水線的整體設(shè)計(jì)總體控制流程如圖32所示：當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)撥段開關(guān)的狀態(tài)選擇運(yùn)行手動(dòng)、自動(dòng)和維修程序，溫控程序用來控制各個(gè)加熱間的溫度，與整個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)關(guān)。程序開始后，首先選擇是否需要手動(dòng)操作，如果是，則程序進(jìn)入手動(dòng)程序，如果否，則程序進(jìn)入自動(dòng)操作。進(jìn)入自動(dòng)操作程序后，根據(jù)指令決定是否進(jìn)行自動(dòng)操作，如果是，213 PLC的選型與設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文則程序進(jìn)入自動(dòng)程序，整個(gè)流水線自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)；如果否，則程序進(jìn)入維修程序，進(jìn)行維修操作。溫控程序自動(dòng)控制各個(gè)加熱位置的溫度。是“k否 |蹙否l否土手動(dòng)程序| 自動(dòng)程序 維修程序 l灞捌辨|f1占n332溫度控制圖32系統(tǒng)總體控制流程圖溫控流程如圖33所示：溫度控制系統(tǒng)按每個(gè)加熱問單獨(dú)設(shè)置一個(gè)溫度，溫控程序根據(jù)加熱位置的熱電偶回饋的數(shù)據(jù)指令判斷，當(dāng)溫度高于最高值的時(shí)候停止加熱，當(dāng)溫度低于最低值的時(shí)候進(jìn)行加熱，否則就保持原來狀態(tài)不變。工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)333手動(dòng)自動(dòng)控制圖33溫度控制流程圖由于手動(dòng)控制程序和自動(dòng)控制程序流程相同，區(qū)別僅在于自動(dòng)程序是完全自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)，不需要人工干預(yù)，而手動(dòng)程序則是步進(jìn)執(zhí)行。手動(dòng)自動(dòng)控制流程如圖34所示，動(dòng)作內(nèi)容如表31所示。為保證安全，對(duì)于自動(dòng)和手動(dòng)程序設(shè)定了安全報(bào)警，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤就自動(dòng)報(bào)警，并切斷當(dāng)前所有動(dòng)作，以便維修。在整個(gè)動(dòng)作過程中，一共有10個(gè)連續(xù)的動(dòng)作步驟，且循環(huán)往復(fù)。同時(shí)利用斷電保持的狀態(tài)號(hào)對(duì)每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行記憶，一旦出現(xiàn)停電狀態(tài)后能保持最后數(shù)據(jù)。PLC控制電路接線端子表如表32、表33所示3 PLC的選型與設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文圖34手動(dòng)自動(dòng)控制流程圖表31流程動(dòng)作內(nèi)容名稱 動(dòng)作內(nèi)容下進(jìn) 下層的小車在傳動(dòng)桿的作用下面由7爐向1爐的方向移動(dòng)，準(zhǔn)備出貨下退 傳動(dòng)桿在運(yùn)動(dòng)了一個(gè)車位后回到初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下次引導(dǎo)前升 通過托盤機(jī)構(gòu)上升，將上層7區(qū)內(nèi)已經(jīng)加工好的小車運(yùn)下來前開 打開7區(qū)上層的軌道，便于小車下降前降 在托盤的機(jī)構(gòu)作用下，小車由上層轉(zhuǎn)移到下層前合 7區(qū)上層的軌道復(fù)位后升 7區(qū)小車下降后，上層車位有空閑，通過托盤在進(jìn)口l區(qū)補(bǔ)充原料小車后進(jìn) 將16區(qū)小車向右移動(dòng)一個(gè)位置，填補(bǔ)7區(qū)窄侍，以講行講一步加工后退 上層的傳送橫桿復(fù)位，準(zhǔn)備進(jìn)行下一輛小車的牽引后降 把1區(qū)的上升托盤進(jìn)行復(fù)位工程碩士學(xué)位論文 PLC控制的玻璃生產(chǎn)流水線設(shè)計(jì)表32 PLC控制電路接線端子表(輸入端子)輸入端子 用途XO 手動(dòng)自動(dòng)模式啟動(dòng)按鈕Xl 上行位置判斷X2 下行位置判斷X3 維修工作模式X4 全自動(dòng)工作模式X5 急停開關(guān)X6 下進(jìn)啟動(dòng)X7 下退啟動(dòng)X8 前升啟動(dòng)X9 前開啟動(dòng)XlO 前降啟動(dòng)X11 前合啟動(dòng)X12 后升啟動(dòng)X13 后進(jìn)啟動(dòng)X14 后退啟動(dòng)X15 后降啟動(dòng)X16 下進(jìn)停止X17 下退停止X18 前升停止X19 前開停止X20 前降停止X21 前合停止X22 后升停止X23 后進(jìn)停止X24 后退停止X25 后降停止3 PLC的選型與設(shè)計(jì) 工程碩士學(xué)位論文表33