发布时间 : 星期二 文章基于PLC的生产流水线电气控制系统设计更新完毕开始阅读
江苏科技大学本科毕业设计（论文）
参照图2-1，当流水线需要启动时，3个电动机的启动顺序为：3号、2号、1号；当流水线需要停止时，3个电动机的停止顺序为：1号、2号、3号。电机的启停由电气控制系统进行控制。
2.2 设计目标
生产流水线工作台由电机带动，本课题的电气控制系统设计针对生产流水线当中某一电机，最终需要实现电机的正向、反向以及多段速运行，使其具备启停、调试、单选等功能。电机多段速运行情况如下图所示。
图2-2 电机多段速运行示意图
具体目标如下：电机启动，当电机自动运行时将分五档速度连续运转，正转一档速度（300r/min）、正转二档速度（900r/min）、正转三档速度（1500r/min），反转四档速度（600r/min）、反转五档速度（1500r/min）；当电机进行调试时以一档速度（300r/min）运行，可实现正反转调试；此外，在单选状态下，电机可以以任意一级速度恒速正转运行；需要时电机可以随时停止。
2.3 设计思路及实现
根据公式 f = n P /60可知，对于一台电机，转速n与频率f成一一对应关系，
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故可以利用变频器控制频率的变化从而来实现电机的多段速运行[2]。另一方面，通过对变频器工作原理的理解可知，控制变频器开关量的输入可以实现多个固定频率的输出。所以，合理运用PLC，其输出信号作为变频器开关量的输入控制信号，变频器控制电机运行于多档转速即可构成PLC配合变频器的电气控制系统，通过软件与硬件结合，即可达到设计目标。
通过对设计目标的分析，结合PLC输入开关元件，该生产流水线某一部分控制电机的电气控制系统实现内容如下：按下SB1，电动机启动；按下SB12，电动机自动多段速连续运行，工作台运行；按下SB2，电动机停止，工作台停止运行；按下SB4，电动机正转；按下SB5，电动机反转；按下SB3，调试，电动机以一档转速运行；按下SB6，单选，电动机以任意一级速度恒速运行；按下SB7，电动机以一速运行；按下SB8，电动机以二速运行；按下SB9，电动机以三速运行；按下SB10，电动机以四速运行；按下SB11，电动机以五速运行。
根据以上分析，生产流水线中某一部分由PLC和变频器组成的控制系统示意图如下：
图2-3 PLC和变频器组成的控制系统示意图
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第三章 控制系统的硬件设计
3.1 西门子S7-200 PLC 3.1.1 PLC的组成及工作原理
可编程逻辑控制器（PLC）主要由中央处理单元、存储器、输入输出模块、电源和外部设备等几部分组成[3]。
（1）中央处理单元（CPU）
与通用计算机中的CPU一样，PLC中的CPU是PLC整个系统的核心。 其主要由运算器、控制器、寄存器以及地址总线、数据总线、控制总线构成，还有外围芯片、接口及有关电路。CPU决定了整个系统的控制规模、工作速度、内存容量等。PLC中所配置的CPU 随机型不同而不同，一般有三大类：一类为通用微处理器，如8086、80286等；一类为单片微处理器，如8051、8096等；还有一类是位处理器，如AMD2900、AMD2903等。一般情况下，PLC档次越高，CPU位数越多，储存容量也越大。有时，为了提高PLC的控制性能，系统采用多个PLC，其智能模块由单独的CPU进行控制。
CPU中控制器控制PLC工作，它读取指令、解释指令、执行指令；运算器用于算术或逻辑运算，由控制器指挥工作；寄存器主要储存运算的中间结果，也是由控制器指挥工作。
PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC进行工作，主要有： ①接收从编程器输入的用户程序以及数据。
②对PLC内部电路工作故障、电源以及编程存在的语法错误等问题进行诊断。 ③通过输入接口来接收现场的状态或数据，并且将其存入到数据寄存器或输入映像寄存器中。
④从存储器中逐条一一读取用户程序，解释然后执行。
⑤根据执行结果，更新标志位的状态以及输出映象寄存器中的内容，通过输出单元来实现输出控制。
（2）存储器
存储器主要用于存储程序以及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
PLC中的存储器一般包括系统程序储存器和用户程序储存器两部分。系统程序储存器存储系统的监控程序，一般情况下采用只读存储器（ROM），其具有掉电不丢失信
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息的特性；用户程序存储器用于存储根据工艺要求或控制功能而设计的控制程序，在早期一般采用随机读写存储器（RAM），其需要后备电池用来在掉电后保存程序。目前倾向于采用电可擦除的只读存储器（EEPROM）或闪存，从而免去了后备电池的麻烦。一般而言，多数PLC可以扩展存储器容量。
系统程序是PLC 的制造厂家编写的，和PLC硬件组成有关，其完成系统诊断、解释命令、调用管理功能子程序、逻辑运算及参数设定等各种功能，提供PLC运行的平台。系统程序关系到PLC的性能，在PLC使用过程中不会变动，是由制造厂家直接固化在只读存储器中的，用户不能访问和修改。
用户程序是随PLC控制的对象而定的，是由用户根据对象生产工艺控制要求而编制的应用程序。为方便读出、检查和修改，用户程序一般存于静态RAM中。为防止干扰对RAM中程序的破坏，当用户程序运行正常并且不需要改变时可将其固化在只读存储器中。现在许多PLC直接采用EEPROM作为用户存储器。
在PLC运行过程中经常变化以及存取的一些数据叫做工作数据，其存放在RAM中以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储器中，有存放输入输出继电器、定时器、辅助继电器等逻辑器件的存储区，用户程序的初始设置和运行情况决定了这些器件的状态。
因为系统程序以及工作数据与用户没有直接联系，所以在PLC 产品样本或者使用手册中列出的存储器形式及容量都是指用户程序存储器。当PLC的用户存储器容量不够用时，许多PLC还提供存储器扩展功能。
（3）输入/输出模块
输入模块和输出模块通常也称为I/O模块或I/O单元，是PLC与生产现场之间的连接部件。起着PLC与外部设备之间传递信息的作用。 PLC提供了具有各种工作电平、驱动能力和连接形式的I/O模块可供用户选用，如电气隔离、串/并行变换、电平转换、开关量输入/输出、数/模转换、模/数转换及其他功能模块等。PLC通过输入模块可以检测被控对象的数据，以这些数据作为PLC进行控制的依据，同时，PLC又通过输出模块将处理结果送给被控对象从而实现控制目的。
因为外部输入和输出设备所需要的信号电平是多样的，而PLC内部CPU处理的信号只能是标准电平，所以要通过I/O模块实现这种转换。I/O模块一般都有光电隔离和滤波功能来提高抗干扰能力。此外，I/O模块上通常有状态显示，便于维护。
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