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1、 可编程控制器(PLC)应用类设计指导 PLC应用类设计概述应用类设计概述 可编程控制器的选型可编程控制器的选型 硬件电路设计硬件电路设计 PLC的软件设计的软件设计 设计实例：设计实例： 3.5/360 m水泥回转窑电控系统水泥回转窑电控系统 设计选题：设计选题： 2.613 m水泥磨电控系统水泥磨电控系统 设计选题：设计选题：RP120-80辊压机电控系统辊压机电控系统 2.1.1 PLC的应用领域的应用领域1PLC的特点的特点 (1) 灵活，通用，I/O接口丰富。(2) 可靠性高，抗干扰能力强。(3) 编程简单，使用方便。(4) 设计施工周期短，接线简单，维护工作量小。(5) 体积小，重
2、量轻，能耗低，易于实现机电一体化。(6) 联网方便，便于系统集成。 2.1 PLC应用类设计概述应用类设计概述 2PLC应用领域应用领域(1) 开关量的逻辑控制：它是PLC最基本的功能。所控制的逻辑可以是各种各样的，如时序的、组合的、计数的、不计数的等等，控制的输入/输出点数可以不受限制，少则10点，几十点，多则成千上万点，并可以通过联网来实现控制。(2) 模拟量的闭环控制：PLC具有A/D、D/A转换及算术运算功能，因此可以实现模拟量控制，有的PLC还具有PID控制或模糊控制的功能。可用于闭环的位置控制、速度控制和过程控制。 (3) 数字量的智能控制：利用PLC能接收和输出高速脉冲的功能，再
3、配备相应的传感器(如旋转编码器)或脉冲伺服装置(如环型分配器、功放、步进电机)，就能实现数字量的智能控制。较高级的PLC还专门开发了位控单元模块、运动单元模块等，可实现曲线插补。新开发的运动单元还能识别数控技术的编程语言，为PLC进行数字量的智能控制提供了方便。 (4) 数据采集与监控：PLC实现控制时，可把现场的数据实时显示出来或采集保存下来，供进一步分析研究。较普便使用的是PLC加上触摸屏，可随时观察采集来的数据及统计分析结果。 (5) 通信、联网及集散控制：PLC的通信联网能力很强，除了PLC和PLC之间的通信联网以外，PLC还可以与计算机进行通信和联网，由计算机来实现对其编程和管理。P
4、LC也能与智能仪表、智能执行装置(如变频器)进行通信和联网，互相交换数据并对其实施控制。 利用PLC的强大的通信功能，把PLC分布到控制现场，并实现各站间及上、下层间的通信，达到分散控制、集中管理，即构成了集散型计算机控制系统(DCS)或现场总线控制系统(FCS)。 2.1.2 PLC应用系统设计类型和步骤应用系统设计类型和步骤 1PLC应用系统设计类型应用系统设计类型 上节所述的5种应用场合均为PLC设计的常见类型。作为毕业设计，最普遍的是用前两种较为简单的类型开关量控制和模拟量控制。而开关量的顺序控制又是工业自动化设计的首选。可用PLC作为开关量逻辑控制、定时控制、计数控制，利用PLC取代
5、传统继电接触器控制，如机床电气、电机控制中心等，也可取代顺序控制，如高炉上料、电梯控制、货物存取、运输、检测等。总之，PLC可用于单机、多机以及生产线的自动化控制场合。 用PLC实现闭环过程控制是PLC的第二个较重要的应用方向，例如深度、压力、流量等连续变化的模拟量闭环PID控制。这种类型主要是用在系统中开关量较多、模拟量较少的场合。不过PLC中的模拟量输入/输出模块和PID模块价格较贵，相对于单片机、工业控制计算机系统来说投入过高，而显示、编程功能较弱。这些因素在选型时应特别注意。 可编程控制器由于其独特的结构和工作方式，使它的设计内容和步骤与继电器控制系统及计算机控制系统都有很大的不同，主
6、要表现是允许硬件电路和软件编程可以分开进行设计。这一特点，使得可编程控制器系统设计变得简单和方便。 2PLC系统设计步骤系统设计步骤(1)控制系统总体方案的选择： (2)(2) 确定受控对象与PLC 之间的输入、输出信号关系： (3)(3) 可编程控制器的机型选择： (4)(4) 硬件电路的设计： (5)(5) 软件设计： (6)(6) 模拟调试： (7)(7) 现场调试： 图2-1 PLC系统设计流程2.2 可编程控制器的选型可编程控制器的选型 2.2.1 可编程控制器的种类可编程控制器的种类 1按结构分类按结构分类 PLC按结构可分成整体式PLC和组合式PLC。 (1) 整体式PLC。整体
7、式PLC的CPU、存储器、I/O单元、电源安装在同一机体内构成主机，另外还有I/O扩展单元配合主机使用。用电缆将其接在主机上可以扩充I/O点数。整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、重量轻、价格低，但其输入/输出点数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低，故小型PLC常采用这种结构，它适用于工业生产中的单机控制。 (2) 组合式PLC。组合式PLC为总线结构，其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽上可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器做成一个模块(有的把电源也做在上面)，该模块在总线上的安装位置一般来说是固定的，其它的模块可根据PLC的控制规模、
8、实现的功能选用，安装在总线板的其它任一总线槽上。组合式PLC安装完后，需进行登记，使PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认。组合式PLC的特点是：系统配置灵活，可构成具有不同控制规模和功能的PLC，但它的价格较高，一般大、中型PLC采用这种结构。 2按控制规模分类按控制规模分类 控制规模主要是指控制开关量的输入、输出点数及模拟量的输入、输出路数，但主要以开关量计数。模拟量的路数可折合算成开关量的点数，一般一路相当于816点，根据I/O点数的不同，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。 (1) 微型机：控制点数仅几十点，如OMROM公司的SP系列，松下电工的FPO系列等。
9、(2) 小型机：控制点数100500点左右，如OMROM公司的CPM1A、CQH1、CQM1H系列，松下电工的FP1系列等。 (3) 中型机：控制点数5001000点左右，如OMROM公司的C200H，西门子公司的S7-300。 3按生产厂家分类按生产厂家分类 (1) 德国西门子公司：有S5系列的PLC产品，如S5-950、100U、135U及155U；S7系列机，常用的有S7-200(小型)、S7-300(中型)及S7-400(大型)机。 (2) 日本OMROM公司：有P1、CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1等机型。 (3) 美国A-B公司：常用的有PC/5及SLC-500系列。
10、(4) 日本三菱公司：主要有F1系列和FX2系列机。 (5) 日本松下电工公司：主要有FP0系列微型机，FP1系列箱体式小型机，FP2、FP3、FP10、FP10SH等模块式机型。 (6) 中外合资(与日本光洋公司合资)无锡华光电子工业公司：SZ-3、SR-10、SP-400、SU-5/6。 (7) 福建厦门中外合资A-B有限公司：SLC-100、PLC-2、PLC-5。 (8) 上海香岛机电制造有限公司：ACMY-S256、ACMY-S80。 (9) 机械部北京机械工业自动化所：MPC-10、MPC-20。 (10) 机械部大连组合机床研究所：ZHS-PC01、ZHS-PC02。 (11)
11、机械部上海机械工业自动化仪表所：TS-300、TS-400。 2.2.2 可编程控制器的机型选择可编程控制器的机型选择 可编程控制器的选型可以从以下几个方面进行考虑： (1) 功能和结构。可编程控制器的功能日益增多，不同型号的产品在功能上有较大的差异。当控制对象只要求开关量控制时，从功能角度来说，几乎所有型号的可编程控制器都可胜任。而当控制对象有模拟量的输入/输出控制要求或其它特殊功能要求时，就应仔细了解不同系列、不同型号的可编程控制器的功能特点。 从结构上讲，单台设备或几台设备共享一台可编程控制器时往往选用整体式结构，考虑到工业控制的发展方向时，选用具有通信能力的可编程控制器为好。组合式结构
12、组态灵活，宜于扩充，特别适合用于较大控制规模的场合。 (2) 输入、输出模块的选择。大多数可编程控制器输入、输出模块都可有多种选择。输入模块完成控制命令、故障及状态检测等输入信号的转换。一般来说，这些信号的种类可能不同，经输入模块的变换后就可将这些不同电平的信号转变为可编程控制器内部的统一电平信号。此外，输入模块还兼有外部电路与可编程控制器内部电路的隔离作用和防止干扰的作用。输入模块的类型一般分直流5 V、12 V、24 V、48 V、60 V五种，交流115 V和220 V两种。选择时主要考虑现场设备与可编程控制器之间的距离，距离远时，可选电压等级高一些的模块；距离较近时，选择电压等级低一些
13、的模块即可。这样的选择主要是为了提高系统工作的可靠性。选择输入模块的另一个考虑因素是系统工作时，同一时间内要接通的点数的多少，特别对于32点、64点这些高密度的输入模块，同时接通数一般不得超过60%，如果条件难以满足，就只有选择密度低一些的输入模块。 输出模块用来将可编程控制器内部的电平信号转换为外部过程的控制信号。开关频率不高的交直流负载一般选继电器输出型模块；开关频率高、电感强、低功率因数的负载可考虑选用晶闸管输出模块；开关频率较高的直流负载则应选用晶体管输出模块。选用输出模块还应注意同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。 (3) I/O点数的估算。I/O点数是可编程控
14、制器的重要技术指标。合理选择I/O点数既可使系统满足控制要求，又可使系统造价投入最低。 传统设备及各种电器组件所需的编程I/O点数在不同的场合应用时不尽相同，比如用可编程控制器控制一台(启动的交流电动机时，输入点有四点，分别为：电源合闸、起动、停止和过载；而输出则为三点，分别用于控制三个接触器线圈的吸合和断开。 但在实际应用中，大多数场合一组电源不只给一台电动机供电，所以合闸信号也不一定每台电动机都需要一个。选择I/O点数的原则是根据具体设备的控制要求有所取舍，满足要求即可。典型传动设备及常用电器组件所需I/O点数见表2-1。 表表2-1 典型传动设备及常用电器组件所需可编程控制器典型传动设备
15、及常用电器组件所需可编程控制器 I/O点数点数 (4) 内存估算：选择可编程控制器内存容量应考虑以下几个因素：内存利用率、开关量输入/输出点数、模拟量输入/输出点数、设计者的编程水平。 内存利用率是指一个程序段中的接点数与存放该程序所代表的机器语言所需的内存字数的比值。不同厂家、不同产品的内存利用率有所差别，查找相应产品说明书可查到指令长度，以此可计算相应的内存利用率。显然，高的内存利用率是有好处的，同样的程序，因较少的内存量，可缩短程序的扫描时间而提高系统的响应速度。 开关量输入/输出点数与所需内存容量有很大的关系。在一般的编程水平下，可用下面的经验公式估算： 所需内存字数I/O点数10 具
16、有模拟量输入/输出点数时，通常要使用应用指令(功能指令)，而应用指令的内存利用率较低，因此一条应用指令占用的内存较多。 当只有模拟量输入时，一般只需处理模拟量读入、模拟量转换、数字滤波、传送和比较运算，所用的应用指令数会相对少一些。而模拟量输入、输出都有时，通常意味着系统要求的控制功能比较复杂，如闭环的运动控制、过程控制等，也就意味着可编程控制器要进行较为复杂的运算，自然所需的内存数也会大增。针对上述两种不同情况，可用以下经验公式估计所需的内存数： 当只有模拟量输入时： 内存字数模拟量点数 100 当模拟量输入、输出都存在时： 内存字数模拟量输入、输出总点数 200 所谓编程质量，是指对完成同
17、样功能所编制应用程序长短的一种评价，程序越短，编程质量越好；编程经验较丰富时，质量就越好。而对于初次进行毕业设计的编程者，可能就相对要差一些。所以初学者在估算内存容量时，应该多留一些裕量。 考虑到上述的多种因素，总的内存容量的经验公式为总存储器字数=I/O点数 10+模拟量输入、输出总点数 150 为提高可靠性，在上面求得总字数后再考虑增加25%左右作为裕量，就可以最后确定出可编程控制器的内存容量。 (5) 响应时间：可编程控制器的响应时间是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。由于现在生产的可编程控制器的扫描周期都较短，对于只含有开关量控制的电气控制系统来说，因电器
18、本身动作就达十几至几十毫秒，所以，在这种系统中，可编程控制器的响应时间问题基本可不必考虑。 而在有模拟量输入/输出的过程控制和运动控制场合，可编程控制器的响应时间就应仔细加以考虑，以满足系统控制的实时性要求和各项动态指标。 2.2.3 常用可编程控制器性能简介常用可编程控制器性能简介 1德国西门子公司的德国西门子公司的PLC 1) SIMATIC S5系列PLC概况 (1) S5-90U与S5-95U是两种微型PLC，整体式结构。其特点是价格便宜，易于操作，结构紧凑。 (2) S5-100U小型PLC，模板式结构。S5-100U提供3种CPU模板，根据扩展需要采用CPU100、CPU102或C
19、PU103。CPU编号越大，附加功能越多，例如闭环调节、位置控制、计数与通信功能等。 (3) S5-115U中型PLC，模板式结构。它提供5种CPU模板，分别为CPU941、CPU942、CPU943、CPU944、CPU945，编号越大，功能越强。 S5-115H中型PLC是由S5-115U组成的双机冗余系统，用于对安全可靠性要求很高的场合。 (4) S5-135U大型PLC，模板式结构，采用多处理器运行，可以配置4个处理器及1个协处理器。几个CPU分别负责不同的工作任务，可满足从简单控制到全面控制及回路调节功能在内的所有需要，还可以配置各类智能模板。 (5) S5-155U大型高档次PLC
20、，模板式结构。可配用4种处理器，既可单处理器运行，也可多处理器运行，在多处理器运行时应加配协处理器。它功能很强，可以完成最复杂的控制任务，可以与上位机和现场控制器联网形成网络系统，也可插接各种智能模板。S5-155U可以取代作为过渡型的S5-150U与S5-135U。 (6) S5-155H大型高档次PLC，它是由两台S5-155U构成的双机冗余系统，用于对安全可靠性要求很高的场合。 西门子公司提供的SETP 5编程软件包用于S5系列的PLC程序设计，可使用语句表、流程图和梯形图三种语言编程。 2) S7系列PLC (1) S7-200系列小型号PLC，整体式结构。有些型号的PLC只能单机运行
21、，有些可另加输入/输出扩展单元，有的还可以接特殊的功能扩展单元。它结构小巧，可靠性能高，运行速度快，指令丰富。S7-200小型PLC的CPU已有两代，第一代CPU模块为CPU21X，共有4种类型号的CPU；第二代CPU模块为CPU22X，也有4种类型号的CPU。除个别CPU无扩展能力外，其他都有很强的开关、模拟量I/O扩展能力，还有一些附加功能和较强的通信能力。S7-200型可编程序控制器的点对点链接口(PPI)可以连接编程设备、操作员界面和具有串行接口的设备，用户程序有三级口令保护。 (2) S7-300系列中型PLC，模块式结构。有8种不同性能档次的CPU供用户选择。一般情况下，总有一种C
22、PU能满足用户的需要。S7-300的模板品种齐全，包括各种数字量和模拟量I/O模块(包括用于危险场所的EX I/O型号)、功能模板、通信模板等，以各种不同方式组合在一起，可将控制系统设计成完全符合应用的需要。其指令系统包括350多条指令。S7-300一般称为通用型PLC，也是目前西门子公司产品中应用最广、市场份额最大的机型。 S7-300系列PLC采用板式结构，可以用模板上的凹槽，装在DIN导轨上。系统配置灵活，有8种CPU模板及其他扩展板供用户选择，能满足不同自动控制系统的要求，特别是机床设备、包装机械、各种机械工程及楼宇自动化等。模板化、无排风扇设计易于实现分布式控制系统结构。该系列PLC
23、是性能价格比较高的设备之一。 S7-300系列PLC的特点为： 配有8种不同档次的CPU：CPU 312IFM/314IFM/313/314/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP。其中带IFM的表示该CPU模板上集成有I/O接口和特殊功能；带2DP的PLC表示CPU模板上有现场总线PROFIBUS-DP的接口。 模板品种齐全，包括不同规格的数字量和模拟量I/O模板、EX I/O模板、多种功能模板、通信模板、多机架连接用接口模板等，能适应各种类型应用场合的需要。 扩展功能很强。单机架配置时，最多装8个模板，256个I/O点 ； 多 机 架 配 置 时 ， 最 多 可 装 102
24、4个 I/O点 。 若 使 用PROFIBUS-DP的分布式系统，则最多可以连接65 536个I/O点。 很强的通信联网能力。多点接口MPI可用于S7-300 CPU 与PG/PC、HMI以及其他SIMATIC S7/C7/WIN AC自动化系统通信，最多可以连接32个MPI节点。用CPU上集成DP接口，S7-300可以作为主机或从机接入PROFIBUS-DP现场总线。可利用MPI、PROFIBUS和工业以太网进行组网等。 编程器PG可通过两种接口(MPI、DP)接入，可操作几个CPU。 使用STEP 7或STEP-MINI可对S7-300进行硬件组态和编程，STEP 7功能更强。 (3) S
25、7-400系列大型PLC，模块式结构。被称为功能最强大的PLC，适宜于自动化生产和过程控制中的高级控制场合。它有多种不同性能档次的CPU可供选择。在一个S7-400中央控制器中可包括多个CPU，可以使不同的功能分离开来。例如可以用一个CPU完成实时处理功能，同时另一个CPU完成非实时功能。另外，S7-400H是一种冗余的PLC，S7-400F/FH是一种故障安全型PLC。 表表2-2S7系列可编程控制器性能简表系列可编程控制器性能简表 3) SIMATIC的网络与监控系统 当需要通信的设备较少时，可以使用通信处理器实现经济的点对点的连接；需要通信的设备较多时，可以通过SINEC H1、SINE
26、C L2或是SINEC LI和Profibus局域网进行通信。SINEC H1是一种标准的以太网，可选光纤电缆和同轴电缆，连接1024个节点，传输距离4.6 km，可运行SINEC H1-TF和SINEC LI-MAP协议，传输速率10 Mb/s。 现场总线Profibus(L2)可选双绞线或光纤电缆，可连接127个节点，传输距离23.8 km(光纤电缆)/9.6 km (双绞线)，可运行SINEC L2-FMS和SINEC L2-DP协议，传输速率可达12 Mb/s。 SINEC L1是一种速度较低的廉价网络，SINEC L2是介于L1和H1之间的局域网，可以连接所有的自动化控制场合的过程控
27、制单元。 COROS LS-B是功能强大的图形HMI系统，可实现图形化的过程监控、数据采集、标准动态数据交换和指定文档的数据管理功能。装有该软件的OS-B操作站，可以直接连接到SINEC H1高速以太网和SINEC L2局域网上。 WINCC是基于Windows 95与Windows NT的过程监控系统软件。它具有高度的开放性和灵活的系统结构，使它能集成到自动化系统和管理网络中去。它提供大量的组态工具，不仅能提高组态效率，而且能生成具有Windows风格的动态操作画面。 2A-B公司的公司的PLC (1) SLC-500系列。它包括： SLC-500型，模块式结构，I/O点数2072； SLC
28、-5/01型，模块式结构，I/O点数4256； SLC-5/02型，模块式结构，I/O点数4480。 SLC-500系列虽属小型PLC，但它的指令集功能很强，是引自PLC-5系列的先进指令系统，包括BCD二进制转换、文件传送等。本系列PLC都具有通信功能。 SLC-500有多种处理器可供选择，存储器容量为160 KB指令，本地I/O最大点数为52960点，扫描时间为0.98 ms。DH-485接口是标准配置，SLC-5/03和SLC-5/04有一个RS-232C接口，可以被设置为支持DH-485通信。 1746是专为SLC-500设计的低成本、节约空间的输入/输出模块，共有50种规格。 (2)
29、 PLC-2系列。是A-B公司原先的PLC产品，可经过通信模块上网，配备了增强的指令系统，可以处理那些通常要求大型PLC才能完成的复杂控制过程。它有两类处理器模块：MiniPLC-2(支持最大离散I/O 256点、模拟量I/O 256路)和PLC-2(支持最大离散I/O1792点，模拟量I/O 400路)，供用户选择。可方便地组成本地、远程或本地与远程组合的系统。 (3) PLC-3系列。也是A-B公司原先的PLC产品，可经过通信模块上网，是一种大型模块式PLC。支持多处理器运行，为大规模工业应用而设计，具有8192个过程I/O控制点，最大模拟量I/O达4096路，可用BASIC语言编程。显示
30、面板便于系统设置、故障排除、数据修改及状态显示，并具有实时的、完全的热备份功能。 (4) PLC-5系列。它是A-B公司当前主推的PLC产品，是一类从中型到大型模块式结构的PLC，其功能齐备的各种模块是通用的，按选用的处理器模块不同，构成不同的PLC系统。它的处理器模块内集成有通信机制及多种通信接口。PLC-5系列提供从PLC-5/10至PLC-5/60L共12种处理器模块供选择，支持的I/O点数为2563072。这个系列的产品可方便地应用在生产、过程控制等广阔的领域。PLC-5系列具有闭环PID控制、数据文件管理等功能，该系列将顺序控制、过程控制和数据处理等集成于一体。各种PLC-5系统处理
31、器中，最大的存储容量为100 KB字，程序扫描时间为0.5 ms/KB(最小值)。 (5) Micro Logix 1000微型PLC。Micro Logix 1000属微型可编程控制器。其I/O数有16点、32点两种，输入可选AC 120 V和DC 24 V。 通过控制器上的RS-232C接口，使用个人计算机上运行的APS软件，可以对Micro Logix 1000编程，还可以选用 Micro View操作员接口监视和控制系统。 (6) 通信网络。A-B公司的三级通信网络将控制系统中的设备有机地结合为一个整体，过程控制数据与信息可以在可编程序控制器、人机接口、变频器和集散控制系统(DCS)之
32、间交换传递。最上面一层网络是信息网(以太网)，用来连接数据高速公路和厂区的通信网络，中间一层是控制网络(DH，ControlNet)，又叫过程网，用来实现PLC与计算机之间的通信。 3日本三菱公司的日本三菱公司的PLC (1) F1、F2和FX2、FX2N系列PLC。继F系列之后，该公司又推出了功能更强的F1、F2系列和FX2、FX2N等系列PLC产品。F、F1和F2等系列PLC都是小型整体式结构，它们由基本单元、扩展单元和特殊单元组成。每台PLC都用一个基本单元。使用扩展单元可以增加I/O点数。使用特殊单元可以增加控制功能。它们的开关量I/O总点数为12120点，可进行多种组合，用模拟量单元
33、可进行模拟量控制。近年推出的FX2系列和FX2N系列是三菱公司的小型高性能整体式PLC，它由基本单元、扩展单元、扩展模块和特殊适配器单元组成，系统的最大I/O点为256点。利用扩展模块，可以只增加输入点或输出点，从而调节输入与输出的比例。FX2通过特殊模块，可以连接特殊单元，进行一些特殊控制(模拟量控制、位置控制、可编程凸轮控制)。 (2) A系列PLC。三菱公司推出的A系列PLC是一新型的带有智能接口的PLC。A系列产品包括有AOJ2、A1、A2、A3系列及A2A、A3A系列等，其中AOJ2系列为单元式结构，A1、A2、A3、A2A、A3A系列为模块结构。它们的最大I/O点分别是AOJ2系列
34、336点，A1系列256点，A2系列512点，A3系列2048点，A2A系列512点，A3A系列2048点。A系列PLC具有控制模拟量系统的PID回路调节能力及很强的通信能力。它既有同轴电缆通信接口，又有光纤通信接口。A系列可扩展的I/O网络，可实现F、F1、F2系列和FREQROL-Z系列变换器之间的数据交换，可与CRT和计算机相连，并配有丰富的软件系统，拥有大量的特殊功能模块。 (3) AnS系列PLC。A2AS CPU(S1/S30)是一种经济、高性能的微型模块式可编程控制器，由于使用三菱的顺序控制专用芯片(MSP)，其执行速度和功能可以和大型可编程控制器相媲美。 AnS系列有8种CPU
35、可以供选择，最大可以提供2561024个I/O点。处理速度为0.2 (s/步，可以使用的指令分别达到460条以上和250条以上。不同的CPU，其用户程序存储器容量为830 K步RAM或E2PROM。 AnS系列具有50余种特殊功能模块，如高速计数模块、模拟量输入/输出模块、温度传感器模块、热电偶感应模块、脉冲捕捉模块、模拟定时模块、高速中断模块、单轴/双轴/3轴位置控制模块、计算机通信模块、MODBUS通信模块、智能通信模块(用BASIC语言编程)、网络模块和以太网网络模块。 (4) Q系列PLC。三菱公司新推出的Q系列大中型PLCQnA(Q2A、Q3A、Q4A)，每步运算速度可高达0.075
36、 (s。本地I/O可达4096点，远程I/O点可达8192点。大部分A系列模块都可兼用，将A系列程序转换后亦可用于QnA系列。 (5) 三菱PLC通信网络。三菱可编程控制器可以组成多级通信网络，A4U、A2AS等可编程控制器可以连接工厂级的以太网或MAP(IEEE802.4)网络。 MELSECNET/10：令牌式网络。可使用光纤电缆或同轴电缆，采用双环式或总线式结构，提供10 Mb/s的高速数据传送。 MELSECNET/：光纤电缆或同轴电缆，采用双环式网络。高可靠性，最多64个子站和1个主站，最大传送速率1.25 Mb/s，传送距离500 m(同轴电缆)/1 km(光纤电缆)。 MELSE
37、CNET/B：双绞线总线式经济型网络，最多32个站，最大传送速度1 Mb/s,传送距离1200 m(总长)。 CC-Link：双绞线总线网，最多64个站，1.2 km为156 kb/s，100 m为10 Mb/s。可加备用主站，有网络监控功能。已有30多家公司成为CC-Link产品的合作开发伙伴。属三菱系列中应用最广的一类网络。 I/O LINK: 双绞线总线网，方便灵活的输入/输出端子连接网络，用于连接远程I/O装置。每一主模块可控制128个I/O点，刷新时间为5.4 ms。 4日本欧姆龙公司的日本欧姆龙公司的PLC (1) C系列PLC。OMRON C系列PLC有微型、小型、中型和大型4大
38、类十几种型号。微型PLC以C20K、C20H、C20P和C20为代表，是整体结构，I/O容量为十几点，最多可扩充到120点。小型PLC又分为C120H、C120和C200H三种，C120最多可控制256点I/O，是紧凑型整体结构。而C200H虽然也是小型PLC，但它是紧凑型模块结构，最多可控制384点I/O，同时还可以配置智能I/O模块，是一种小型高功能PLC。中型PLC有C500H、C500和C1000H三种，I/O容量分别为512点和1024点。此外，C1000H PLC采用多处理器结构，功能齐全而且处理速度快。大型PLC如C2000H，I/O点数可达2048点，同时多处理器和双冗余结构使
39、得C2000H不仅功能全、容量大，而且速度快。 C200HX/HG/HE是中型模块式可编程控制器，最大I/O点数为6401184点。CPU单元有内置的上位机连接端口，可以安装一块有六种类型可供选择的通信板。PC卡单元可以使用市场上销售的各种价格便宜的PCMCIA卡，如以太网卡和存储器卡。 C200HX/HG/HE的特殊I/O单元有模拟量I/O单元、模糊逻辑单元、温度传感器单元、温度控制单元、凸轮定位单元、数据设定器、PID控制单元、高速计数单元、ASCII单元、ID传感器单元、语音单元和运动控制单元等。 (2) CV/CVM1系列PLC。CV/CVM1系列是大型模块式可编程序控制器，可提供模拟
40、量输入/输出单元、模糊控制器单元、温度传感器单元、高速计数单元、凸轮控制单元、ASCII单元、模拟定时单元、双轴运动控制单元、温度控制单元、PID控制单元、位置控制单元、ID传感器单元、语音单元、中断用输入/输出单元和通信用单元。 (3) CS1系列PLC。CS1系列是中型模块式可编程控制器，指令处理速度高达0.04 s/条，内置RS-232C接口和实时时钟，通过以太网接口可用E-mail进行远程访问。多任务程序结构提高了开发效率和系统响应的速度。 (4) CQM1型小型PLC。CQM1型的CPU单元有16个内置的输入点，内装高速计数器和1个RS-232C接口，最大I/O点数为256点。 CQ
41、M1-CPU42-E提供4个通道的模拟设置功能，CQM1-CPU44-E具有两个绝对编码器(ABS)端口，可以直接从绝对型旋转编码器接收信号。 (5) CPM1A/2A/2C系列微型PLC。CPM1A/2A/2C系列体积小巧，CPM1A-10的正面尺寸仅67 mm90 mm，I/O点数有10、20、30、40点四种；CPM2A的I/O点数有30、40、60点三种。CPM1A/2A/2C具有中断输入、脉冲锁存输入、高速计数、间隔定时器中断和模拟量设定功能。CPM2A/2C内置RS-232C接口和实时时钟，有软PID功能。 使用RS-232C或RS-422通信适配器，可以实现与上位机的链接通信、P
42、LC之间的通信和PLC与PT(可编程终端)的通信，通过CompoBus/S从机接口，CPM2A可实现分布控制。 (6) SRM1系列微型可编程控制器。现场总线CompoBus/S的主控制器，体积小，可控制256个I/O点，有外部中断输入、高速计数器和模拟量设定功能。 表表2-3 OMRON公司公司PLC性能指标性能指标 (7) 通信网络。控制器链接(Controller Link)网络是一种点对点的计算机网络，它采用双绞线电缆，由个人计算机上的控制器链接支持版和C200HX/HG/HE或CV系列上的控制器链接单元组成。 CompoBus/D是符合Device Net标准的多主控总线，Devic
43、e Net是A-B公司制定的标准的开放式网络，最多可接63台从机，最高通信速率为125 kb/s(干线最长100 m时)，网络最长可达500 m(125 kb/s时)。 CompoBus/S是高速ON/OFF总线，在最大1 ms通信扫描周期内可与最多32个从站通信，交换256点数据，干线最长100 m，可对I/O点进行分散控制。 5GE Fanuc公司的公司的PLC (1) 90MT-30系列PLC。90MT-30(简称90-30)系列用于取代继电器控制系统和中型自动化控制系统。90-30系列的CPU 内装PID控制、中断控制、轴定位、高速计数、BASIC和C语言协处理及Genius通信等功能
44、模块。 GE Fanuc公司为用户提供了连接其他厂家工业设备的接口和应用软件包，包括隔离式模拟量输入/输出模块、热电阻/热电耦输入模块、步进电机定位模块、DOS协处理器模块、PID控制模块等。 90-30系列可编程序控制器的CPU模块有5种规格可供选择，最大开关量为1604096点，最大模拟量通道数为322048个，用户程序存储器容量为680 KB。指令执行速度为5.561045.56106 条/秒。 各种CPU模块均有高速计数器、轴定位模块、口令功能、Serial-SNP和Genius LAN 通信模块，CPU331、341和351模块还有RTU和CCM通信模块。 90-30系列可编程序控制
45、器可以使用运行在个人计算机上的Logicmaster 90-30组态软件和手持式编程器。 (2) 90TM-70系列PLC。90TM-70(简称90-70)系列是大型高性能可编程序控制器，它的机架总线采用开放的VME总线结构，可以安装超过300家公司的VME标准模块。通过Genius LAN连接90-30系列的I/O机架、Field control现场控制模块、Genius I/O模块等，可以构成功能极强的控制系统。CPU模块中有两个微处理器，一个用于处理模拟量和一些特殊功能控制，另一个是布尔运算协处理器，用于处理高速的开关量控制。90-70系列最大开关量I/O点数为12 888点，最大模拟量
46、I/O点数为8192点，CPU的内存可以从32 KB扩展到1 MB，布尔指令运算速度为2.5106 条/秒。它可以响应开关量中断或模拟量中断，可以处理64个事故中断和16个时间中断。CPU模块内的实时钟，可以构成双总线的系统冗余配置。 表表2-4常见可编程序控制器基本技术指标一览表常见可编程序控制器基本技术指标一览表 表表2-4常见可编程序控制器基本技术指标一览表常见可编程序控制器基本技术指标一览表 2.3 硬件电路设计硬件电路设计 1常用常用I/O模块的选择模块的选择 (1) 数字量输入模块。与数字量输入端相连的输入设备可以是各种开关量，例如转换开关、按钮、限位开关、接近开关、继电器触点或编
47、码盘等，它们所连的电源可以是交流的，也可以是直流的。 数字量输入模块可以分为直流输入模块和交流输入模块。 (2) 数字量输出模块。数字量输出模块用于驱动外部负载，如继电器、电磁阀等。数字量输出模块按输出类型可分为继电器型、晶体管型和可控硅型。 (3) 模拟量输入模块。连接到模拟量输入接线端的模拟量信号经过模块内的模/数转换器转换成数字量，用来检测温度、压力、流量等模拟量信号的大小。不同的模块所能连接的模拟量输入通道也不同。常见的有： 电流/电压测量信号。 温度测量信号。 (4) 模拟量输出模块。模拟量输出模块接收的是CPU传送出来的数字量，在经过该模块内的数/模转换器转换后得到供输出的模拟量信
48、号。输出的模拟量大小正比于该模块所接收到的数字量，用于驱动执行机构的动作。一般模拟量输出模块输出的电压变化范围为15 V、1010 V，电流变化范围为420 mA、2020 mA。 2PLC系统的配置系统的配置 PLC系统配置的主要内容就是箱体和模块的选择，选哪些、怎么选、选多少、怎么组合成系统，就是系统配置的中心问题。 PLC系统配置可分为基本配置、扩展配置和特殊配置。系统配置的基本原则为：(1) 完整性原则。(2) 可靠性原则。(3) 发展性原则。(4) 继承性原则。(5) 经济性原则。 系统配置的一般步骤为： (1) 按照系统的I/O总数和规模，大致确定可选用的厂家产品和机型。确定时要遵
49、循发展性和继承性原则，既要能满足系统的控制要求，又应有良好的性能价格比。 (2) 估算I/O点数及模拟量路数，并确定要选用的机型。 (3) 依照完整性原则计算出所需的模块数后，应注意加上一定的裕量，一般为20%。这时PLC机型和I/O模块的选择方案可能有多个。 (4) 计算各个方案的投入费用，并依经济性原则选择其中最优的方案。 (5) 在确定了控制对象的控制任务以后，首先进行的是控制系统工作流程设计，用流程图明确各信息流之间的关系，然后具体安排输入、输出的配置。 输入、输出的配置一般分为以下两个步骤： 输入点的配置及地址编号。为便于程序的编写，输入点配置可按下述原则处理：把所有控制按钮、限位开
50、关等分别集中配置，同类型的输入点尽可能分在一组内，若输入点有多余，则可将某一个输入模块的输入点分配给一台设备或机器；使用模块式结构的可编程控制器时，尽量将具有高噪声的输入信号分配到远离CPU模块插槽的输入模块上。 输出点的配置及地址编号。输出点的配置及地址编号的原则是：同类型设备占用的输出点最好地址相对集中；按照不同类型的设备，顺序地指定输出点地址号；若输出点有多余，则可将某一个输出模块的输出点分配给一台设备或机器；对彼此相关的输出器件，如电动机正、反转，电磁阀控制的前进与后退等，其输出地址号最好连写。在有些可编程控制器中，输出点是分组的，在这种情况下，具有相同驱动电源要求的被控组件可集中分在
51、同一组中。 当输入、输出配置及地址编号确定后，即形成了I/O表。I/O表是用户编程的重要依据，是可编程控制器系统用户程序软件与硬件电路的连接纽带。 3硬件电路设计硬件电路设计 系统配置结束后，就要参照每个模块的实际电路连接要求，将开关量、模拟量的输入和输出点依次连到这些模块的接线端。注意：不同的PLC生产厂家的端子板连接方法是不同的，应特别注意电源等级、公共端等的连接方法。这个步骤要细心，应先查阅各厂家PLC的每个型号的I/O接线图，严格按接线图接线。I/O模块所需的电压等级也要预先由配电系统分类提供。 2.4 PLC的软件设计的软件设计2.4.1 PLC应用软件设计内容应用软件设计内容 用户
52、软件设计首先是根据被控对象的控制要求及系统功能要求，为应用软件的编程提出明确的目的、依据、要求和指标，编制出软件编程说明书。然后在软件编程说明书的基础上使用相应的编程语言(指令)进行程序设计。为此，其内容应包括：可编程控制器用户软件功能分析和设计；程序结构；程序设计等。 1软件功能分析和设计软件功能分析和设计 (1) 控制功能：控制功能是可编程控制器应用软件的主要部分，系统正常工作的控制功能由该部分实现。 (2) 操作功能：操作功能指的是人机界面，通常单台可编程控制器控制时，不必多做考虑。但当可编程控制器多机联网时，特别在工业局域网中应用时，操作功能的程序设计问题就必须加以考虑。当然，在工业局
53、域网中，大多包括有计算机，此时操作功能往往可由计算机实现。 (3) 自诊断功能：自诊断功能包括可编程控制器自身工作状态的自诊断和系统中受控设备工作状态的自诊断两部分。目前大多数可编程控制器自身都有较完善的自我诊断功能，用户程序中自诊断主要是指判断受控设备的工作状态等。 2程序结构的分析和定义程序结构的分析和定义 模块化的程序设计方法，是可编程控制器应用程序设计的最有效、最基本的方法。程序结构分析和设计的基本任务就是以模块化程序结构为前提，以系统功能要求为依据，按照相对独立的原则，对每一个模块提供软件要求和编程说明。 2.4.2 PLC程序设计的方法与步骤程序设计的方法与步骤 1程序设计步骤程序
54、设计步骤 PLC程序设计可按以下步骤进行： (1) 确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。 (2) 分配输入/输出设备，即哪些外围设备是送信号到PLC的，哪些外围设备是接收来自PLC信号的，并将PLC的输入、输出口与之对应进行分配。 (3) 程序框图设计。根据工艺要求，绘制出程序流程图及各功能单元的详细功能框图。 (4) 应用程序的编写。先画出梯形图，梯形图能体现出按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系，比直接设计语句表更方便快捷。 (5) 程序调试。在计算机上对PLC 的梯形图用软件直接转换成对应的语句表，打印出完整程序。若没有转换软件，可对梯形图进行人工转换。然后将语句表输入
55、PLC，对程序进行调试。 (6) 保存已完成的程序，编写程序说明书。 以上六步中，前两步属程序设计前的准备工作。编程准备工作包括对整个系统进行更加深入的分析和理解，弄清楚系统要求的全部控制功能，以硬件设计为基础，确定出软件的功能和作用。 2应用程序的编写应用程序的编写 PLC控制系统是以程序形式来体现控制功能的，系统设计的大量工作时间将用在软件设计，也就是程序设计上。对于初次搞毕业设计的人，程序设计可采用继电接触器系统设计方法中的逐步探索法，以步为核心一步一步设计下去，逐步修改调试，直至完成整个程序的设计。 在进行梯形图软件设计时，应根据设计出的框图和腹稿逐字逐句地编写控制程序。它是整个设计工
56、作的核心部分，为了提高编程效率，应熟练掌握利用移位寄存器编写顺序控制程序的编程技巧及一些基本电路的编程方法，如启动自保电路、正反转控制电路、单脉冲电路、周期性脉冲序列发生器、闪烁电路、定时计数电路，它们都是构成复杂控制程序的基本单元。另外还可以参考继电器控制的电路图来设计。而在一些典型线路的基础上，可根据被控对象对控制系统的具体要求进行修改和完善，得到符合控制要求的梯形图。也可以借鉴别人已编好的程序，对程序段中相同或相似的程序进行复制，以起到事半功倍的效果。 3编程注意事项编程注意事项 (1) 不能简单地按电气原理图的方式编程，梯形图不同于一般的继电接触器线路图，必须按梯形图的自身规则执行。在
57、画梯形图时要注意每个从后边母线开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器、计数器，这与实际的电路图不同。 (2) 由于PLC内部继电器数量较大，其接点在内存允许的情况下可重复使用，具有存储数量大，执行速度快等特点，为缩短设计周期、减少费用，推荐应大量使用。 (3) 在PLC中有不少指令的执行是以跳变信号作为触发条件的，它与电平触发有本质的区别。例如移位寄存器移位CP和计数器的计数CP均为跳变触发信号。当电平保持不变时，无论是高电平还是低电平，移位寄存器和计数器的状态均不会变化。只有当CP端接收到跳变触发信号(从“0”变为“1”)时，移位寄存器和计数器才分别进行移位和减一计数。还应指出，对于脉
58、冲输入信号，PLC对其有脉宽要求。如果输入脉冲的脉宽小于PLC工作扫描周期，则脉冲信号将可能未被采集而丢失。 (4) PLC程序检验时，经常会出现线圈重复输出的错误提示，原因是在编写的程序中出现了同一编号元素有两次以上的输出。一般情况下，PLC程序不允许出现重复输出，即一个线圈被禁止重复使用两次以上。 4程序调试程序调试 梯形图画好后，使用各厂家提供的梯形图编辑软件将梯形图输入计算机，并通过串行口连接专用电缆线(通信适配器)将程序装到PLC进行模拟调试。如没有专用传递线，可将梯形图自动转换为语句表，用手持编程器将语句逐行输入PLC，反复进行调试修改，直到完全符合控制要求。 程序的许多功能是在测
59、试中修改和完善的，测试时先从各功能单元入手，输入信号，观察输出信号的变化情况，如PLC上发光二极管的闪亮情况，必要时可以借用某些仪器仪表。各功能单元测试完成后，再连通全部程序，测试各部分的接口情况，直到满意为止。 毕业设计时，一般都是在实验室里进行模拟测试，在外围设备缺少的情况下，可用一些钮子开关和按钮的开断来模拟转换开关、行程开关的现场输入动作，观察相应输出板上的发光二极管是否闪亮。只要按工艺要求，预期输出端的发光二极管能闪亮，而且接线正确，就基本上可以表明程序设计思路和方法切实可行。 对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合程序功能图的要求，即检查是否发生步的活动状态的
60、正确变化，该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。 2.5 设计实例：设计实例：3.5/360 m水泥回转窑电控系统水泥回转窑电控系统 2.5.1 水泥回转窑工艺概况水泥回转窑工艺概况 水泥生产是由原料预处理(均化、破碎、烘干等)、生料制备(配料、粉磨、均化)、熟料锻烧(分解预热、锻烧、煤磨)、水泥制成(水泥配料、粉磨、包装)四大部分组成，其中水泥熟料的煅烧是水泥生产中最重要的过程，所用的设备水泥回转窑，常被称为水泥厂的心脏。一般采用的主要原料是石灰石、粘土和铁粉，将这些原料按一定的比例配合在一起，经粉磨、均化后，用回转窑锻烧制成
61、熟料。熟料经再次配料后，先由辊压机将进料压成实饼(小型的水泥厂一般不另设辊压机)，再送入水泥磨，磨成粉状的水泥。经包装机打包后，制成水泥成品。水泥生产工艺流程图见图2-2。 图2-2 水泥生产工艺流程图 回转窑的造型是一个倾斜的圆筒(本系统中回转窑筒体长60 m，大圆筒直径为3.5 m，小圆筒直径3 m)，生料由圆筒的高端加入，由于圆筒具有一定的倾斜度并在不断地回转，因此物料由高端向低端逐渐运动，在这个过程中煤粉在窑内燃烧，对其物料加热锻烧，从而制成水泥熟料。水泥回转窑机械设备造型见图2-3。 图2-3 水泥回转窑机械设备 2.5.2 电气系统技术参数电气系统技术参数 水泥回转窑由机械、电气、
62、液压等部分组成。机械部分由筒体、支承装置、挡轮、传动装置、减速器、活动窑头、窑头窑尾密封装置、喷煤管装置等部分组成。与电气传动有关的技术的参数如下： (1) 主电机：型号为YPG315L-6的高转矩变频调速电机，功率110 kW，额定转速100 r/min。 (2) 辅助电机：型号为Y180L-6，功率15 kW，转速9000 r/min，制动开关型号为YWE3-315/25-12.5，限位器型号为LX2-121。 (3) 主减速机润滑站：型号为TE525，它是为主减速机提供润滑的保护设备。稀油润滑站是稀油循环润滑系统的心脏，用来将润滑油液强制地压送到机械的摩擦部位，在相对运动的机器零件间形成
63、油膜，减少零件的摩擦、磨损，同时对摩擦部位进行冲洗，并带走摩擦产生的热量，保证机械正常运转，延长机械寿命。 稀油润滑站由油站和仪表盘组成，通常安装在保护设备附近的地下油库或地坑中。 (4) 挡轮液压站：型号为TE326，液压站的功能是利用液压的作用驱动回转窑筒体上下运行，并保证挡轮液压站具有正常的压力、温度和液位。 (5) 燃烧器移动小车：电机型号BWY12-43-1.1，功率为1.1 kW，转速为1400 r/min。 2.5.3 设计任务要求设计任务要求 (1) 回转窑辅助电机的正常运转控制。辅助电机的作用是在检修时低速驱动筒体旋转，工艺要求主电机与辅助电机之间必须互锁，即主电机运行时，辅
64、助电机禁止运行；辅助电机运行时，主电机禁止转动。主电机、辅助电机运行的切换还应由限位器的相应位置决定。辅助电机应配有备用电源，以备停电时在瞬间自动切换，由备用电源供电。 (2) 主电机的变频调速控制。主电机的作用是驱动筒体按一定的转速旋转，与水泥生料下料量、风量和给煤量协调运行。高转矩变频调速电机采用变频器调速，变频范围为0100 Hz。 (3) 燃烧器移动小车的正反转运行控制。燃烧器移动小车是辅助移动燃烧的设备，煤粉在其内部燃烧，对水泥生料加热锻烧。 (4) 主减速机润滑站的控制应按TE525润滑站的压力、温度、液位等控制要求实现。 TE525系列润滑装置均设有两台油泵电机机组，其中一台供正
65、常使用，另一台供应急时备用。控制的具体要求如下： 油压控制：在润滑装置出油口处设有油压控制点，有3个压力控制器参与压力设置点的控制，当出油口油压下降到0.1 MPa时，一个压力控制器发出声光报警信号，同时启动备用油泵投入工作。当备用油泵投入工作后，油压恢复到0.3 MPa时，另一个压力控制器发出正常工作信号，切断备用泵。第三个压力控制器用于控制系统最高压力设定，当油压达到0.5 MPa时，发出声光报警信号。 油温控制：用两个电接点温度计测量油箱内油液温度的变化情况以及对电加热器和电磁水阀实施控制。当油箱内油液温度低于15时，电加热器自动投入工作状态，当达到25时，电加热器自动切断。另一个电接点
66、温度计用于电磁水阀的控制，当温度达到45时，电磁水阀打开，投入冷却水用于降温；当油温达到35时，关闭电磁水阀，冷却水自动停止供应。温度控制器用于出油口处最高油温值的控制，当油温达到55时，发出声光报警信号。 液位控制：在油箱内设有浮球式液位计一个，用于显示油箱内油液位置上下极限和信号控制。当液位超上限或低于下限时，应发出油箱内缺油的声光报警信号。 双筒过滤器压差显示：在双筒过滤器上设有压差信号开关，当通过双筒过滤器两端压差达到或超过0.5 MPa时，发出滤芯堵塞声光报警信号。 TE525主减速机润滑站含有如下电气组件： 油泵电机：Y112M-6-B8，2台，2.2 kW，AC 380 V，50
67、 Hz。 电加热器：SRY2-220/2，3件，AC 220 V，2 kW。 液位控制器：VQK- 02，1件，AC 220 V：200 A，DC 24 V：0.5 A。 电接点温度计：WTZ-288，2件，AC 2438 V，10 A。 温度控制器：YWK-50 -C，1件，AC 380 V：3 A，DC 220 V：2.5 A，阻性负载，温度设定范围5060。 电磁水阀：ZCS-25P，1件，AC 220 V，650 mA。 压力控制器：YWK-50 -C，3件，AC 380 V：3 A；DC 220 V：25 A，阻性负载，压力设定范围01 MPa。 压差开关：CS-，2件，AC 220
68、 V：0.25 A；DC 24 V：0.05 A，P=0.05 MPa。 主减速机润滑站见图2-4。 图2-4 主减速机润滑站 (5) 挡轮液压站TE326的控制。控制要求为： 回转窑在窑体上行时，其中一台油泵电机通电，油泵打出的液压油进入2挡油缸中，驱动窑体上行。当碰到上限行程开关时，发出声光报警信号，使油泵电机断电，同时电磁球阀通电。窑体靠自重把油缸中的油压回到油箱，窑体向下滑行。碰到下限行程开关时，发出声光报警信号，使油泵电机通电，同时电磁球阀断电，窑体再次上行。液压站这样循环工作，使得窑体实现按上行下行上行下行的方式运动。 超压控制：当液压系统的油压达到系统中的一个压力控制器的设定值时
69、，发出声光报警信号。 油温控制：用温度控制器监控油箱中的油温。当油箱内油液温度低于12时，电加热器进入工作状态，当油温升到15时(利用该温度控制器的切换差)，电加热器自动切断。 压差控制：本液压站设有3个滤油器，当滤油器进出口两端压差达到或超过0.35 MPa时，发出滤芯堵塞声光报警信号。 型号为TE326型的挡轮液压站，含有如下的电器组件： 油泵电动机：YB100L1-4-V1，2件，2.2 kW，AC 380 V，50 Hz。 电磁球阀：23QDF6B/31.5E24，1件，DC 24 V。 电加热器：SRY2-220/1，1件，1 kW，AC 220 V。 压力控制器：D505/18D，
70、1件，压力设定范围2.525 MPa，AC 220 V：3 A。 温度控制器：WTZK-50-C，1件，温度设定范围1040，AC 380 V：3 A；DC 220 V：2.5 A(阻性负载)。 压差开关：CS-V，3件，DC 24 V：2 A，AC 220 V：0.25 A，P=0.35 MPa。 挡轮液压站见图2-5。 图2-5 挡轮液压站 2.5.4 总体设计方案总体设计方案 根据生产工艺和电气控制目标，可以看出水泥回转窑传动系统属典型的小型开关量输入/输出控制系统，控制要求和连锁要求较多，且与回转窑其它控制系统之间关联密切，在调试中需不断对其改进和扩充。若采用继电接触器控制，则只能接成
71、固定线路，灵活性太差，也不能满足水泥窑车间煅烧关键设备的核心作用，故采用PLC为核心的电气控制方案。电气总图如图2-6所示。 图2-6 水泥窑电气总图 具体方案如下： (1) 主电机为变频调速电机，故采用变频器控制其调速运行。限于篇幅，该系统中本项设计略去，具体细节请参阅本书第5章。 (2) 辅助电机、燃烧小车的控制比较简单，直接用继电接触器控制其运行。 (3) 挡轮液压站、主减速机润滑站因控制内容多，工艺复杂，两者均采用由PLC控制的方式，利用PLC的硬件电路与软件结合，实现挡轮液压站、主减速机润滑站的正常运转与故障报警等控制功能。 本套电控系统共设电控柜2个，电控箱3个。分别为AL0(主电
72、机变频调速控制柜)、AL1(PLC、液压站及润滑站控制柜)，AX1(辅助电机控制箱)、AX2(燃烧小车控制箱)、AX3(主减速机润滑站现场控制箱)。 2.5.5 水泥窑控制方式分类水泥窑控制方式分类 1操作方式分类操作方式分类 (1) 集中/现场操作。大型水泥厂的控制系统现在均采用的是计算机集散型控制系统(DCS)，总厂控制室内是DCS系统的操作站(大多数由工业控制计算机、计算机网络系统组成)，而分厂或车间的控制属二级控制系统，现场设备属三级控制系统。这三级控制系统之间可互相传递参数，其中总厂的DCS可直接发送命令启动现场设备，而现场设备的重要参数又可传递到总控室，并在计算机屏幕上显示其实时的
73、状态信息。所以该系统设计了集中和现场两种操作方式，集中操作适用于水泥窑接收来自于总控制室的启动/停止信号(以无源接点的方式)，控制水泥窑、挡轮液压站、主减速机润滑站的启停；现场操作方式用于车间控制室内的操作。 (2) 本柜/机旁操作。本柜操作适用于在车间控制柜的面板上进行操作，机旁操作适用于检修时用现场操作箱的控制装置进行操作。 水泥窑三级操作方式示意图见图2-7。 图2-7 水泥窑三级操作方式示意图 2与外界的连锁信号与外界的连锁信号 水泥窑与其它设备及全厂总控制室之间有相当多的连锁控制，这些连锁都是从各自电控柜中的端子板上引入或引出的。水泥窑向外界提供的连锁信号有：(1) 主电机运行、跳闸
74、信号。(2) 辅助电机运行信号。(3) 主减速机润滑站正常信号。 (4) 挡轮液压站、主减速润滑站备妥信号、故障信号。 来自于外界的连锁信号有： (1) 来自于总控制室的挡轮液压站、主减速机润滑站启动/停止信号。 (2) 来自主电机控制柜的主机运行信号(因这部分图纸省略，暂将其作为外部信号)。 3配电系统配电系统 由三相四线制取一相和地所得控制电压为交流220 V，AC 220 V经变压器、一体化电源等装置后获得控制系统所需各种等级的电压。因为挡轮液压站的电磁球阀工作电压为DC 24 V，挡轮液压站与减速机润滑站的压差开关工作电压均为AC 24 V，PLC输入模块电压为AC 100 V，PLC
75、输出模块需DC 24 V的电压，所以要求配电系统输出以上几种等级的电压，以满足不同的需要。AC 220 V经变压器TC1获得AC 110 V的供电电源(注：因无二次侧为AC 100 V的变压器，故选用二次侧AC 110 V，也可满足PLC输入模块AC 100 V电压的要求)，AC 220 V经变压器TC2后变为AC 24 V。AC 220 V经一体化电源Q获得DC 24 V，可供PLC输出模块Z-16TD2(接DC 24 V指示灯)使用。PLC另一输出模块Z-8TR1要求电压为AC 200 V，可直接用AC 220 V替代。在配电回路中均加低压断路器QF1、QF2、QF6进行保护。图2-8 水
76、泥窑配电原理图 4电气控制系统设计分类电气控制系统设计分类该水泥窑的电气设计按设计内容可分为如下几部分：(1) 主回路设计、控制回路设计。(2) PLC硬件配置。(3) 梯形图软件设计。 2.5.6 硬件电路设计硬件电路设计 1辅助电机的控制辅助电机的控制 辅助电机可通过两条途径启动运行： (1) 当转换开关3SA处于现场操作位置时，通过辅助电机现场操作箱上的起停按钮直接控制电机运转。 (2) 在主减速机润滑站工作正常时，表示主减速机润滑站工作正常的接触器2KA5常开触点闭合。LS是主电机/辅助电机的限位器，当它打在闭合端时，表示辅助电机处于工作状态。此时按下起动按钮3SB1，3KM接触器线圈
77、得电，辅助电机运转。3KM常开触点是为自保而设计的。辅助电机主控回路和控制回路中低压断路器3QF1、3QF2及热继电器3KR1、3KR2主要起过热过载的保护作用。当按下停止按钮3SB2时，接触器3KM线圈失电，辅助电机停止运行。 2燃烧小车的控制燃烧小车的控制 燃烧小车电机同样采用直接起动方式。控制回路是一个典型的正反转电路，当正转按钮4SB1按下时，4KM1接触器线圈带电吸合。4KM1常开触点是为自保而设计的。在正转电路里加入了一个4KM2反转接触器的常闭触点，这样就保证了正转时不能反转。反转电路同正转电路原理相同，但是串入了正转接触器4KM1的常闭触点，从而保证正转和反转之间的互锁。正转(
78、或反转)接触器线圈带电后，通过主回路中相应的主触点4KM1(或4KM2)吸合，使电机带电后正转(或反转)。主回路及控制回路中的低压断路器4QF1、4QF2及热继电器4KR起过热过载保护作用。详细的电路图参见图2-22-24。 3PLC硬件配置硬件配置 (1) PLC机型、I/O模块选择。根据水泥回转窑工艺和控制要求，列出该系统的输入/输出表(见2.5.9节完整设计资料)。从表中可得出该系统输入、输出数总和为110点，并且全为数字量输入/输出，属于小型的控制系统。这种系统用一般的PLC均可满足要求，选型时应将性价比作为重点考虑因素。经计算各种机型和方案的投入费用，依经济性原则选择最优方案为无锡华
79、光电子公司的光洋可编程控制器，型号为SZ-3。光洋可编程控制器是国产PLC的佼佼者，比国外著名公司的PLC价格低，但功能相似。SZ-3属紧凑组合式小型PLC，价格便宜，易于操作，结构小巧，可靠性高，适宜于点数较少的单机控制场合。在此基础上，选择数字量输入模块A0A3四块，输出模块A4A7四块。因SZ-3为组合式PLC，故还应选择电源框架和编程器。 表表2-5 回转窑电控系统回转窑电控系统PLC配置清单配置清单 (2) PLC配置说明。 SZ-3的CPU模块自带E2PROM，故不需另选存储器。若CPU不带存储器，则应注意组合型的PLC需另配E2PROM模块，以备永久存放调试好的最终程序。 该系统
80、对PLC输入的总需求为60点。因此本系统采用16点输入模块4块，其中4点作为裕量，以备日后对系统改进和扩充时使用。 本系统对可编程控制器输出数的总需求为44点。由于输出电流的额定值与负载的性质有关，其中16点用于对挡轮液压站和主减速器润滑站的动作控制，需AC 220 V电压控制接触器线圈及中间继电器线圈的吸合。其余28点用于各指示灯(指示灯额定电压为DC 24 V)的输出控制，电压要求为DC 24 V。故采用Z-8TR继电器输出模块和Z-16TD2集电极输出模块各两块。 SZ-3系统配备的电源框架有2槽、3槽、5槽、8槽四种，因该系统选用的I/O模块为8块，故确定本系统选用8槽电源框架Z-08
81、B。在系统连线时，将各个模块直接插入电源框架插槽中即可。 指令编程器主要是为输入程序指令准备的。若实验室计算机配备有通信适配器，则可将梯形图直接变成语句表自动传送至PLC。这种情况下，指令编程器可省略。但在为用户开发电气控制系统时，应为用户订购指令编程器一台，以备用户扩充和修改程序之用。 PLC模块配置图见图2-9。 图2-9 PLC模块配置图 4模块连线图模块连线图 在做硬件连接图前，应在PLC用户手册上查出所用各模块的接线图，严格按连接图接线。 (1) 输入模块Z-16NA1的接线图如图2-10所示。 从接线图中可看出，本模块在连接时可将输入点分为两部分，每部分含有8个输入点，输入点的一端
82、接AC 100 V电源的一相(如本系统线路图中的L22)，另一端分别接Z-16NA1的07端。两部分的公共端CA和CB都与AC 100 V电源的地(如线路图中的N22端)相连接。 具体线路请参阅图2-22-9图2-22-16。 图2-10 Z-16NA1接线图 (2) 输出模块Z-8TR1和Z-16TD2的硬件连接图分别见图2-11、图2-12。 这两个模块的接线方法与输入模块接线原理相似，但应注意Z-8TR1有两个公共端C，均应连接电源端。Z-16TD2也是分为两部分，第一部分公共端C接DC 24 V的负极(即本系统线路图中的L)，第二部分公共端C悬空。输出点的一端接DC 24 V的正极(线
83、路图中的L)，另一端分别接Z-16TD2的07端。 图2-11 Z-8TR1接线图 图2-12 Z-16TD2接线图 5PLC硬件连接电气图硬件连接电气图 1) PLC输入 I000I007的输入有：挡轮液压站油泵起动、停止按钮信号，1# 油泵与2# 油泵主/辅开关信号，手动加热与自动加热操作方式的转换开关信号。I006与I007是来自总厂中控室的油泵起动与停止信号的无源接点。用于接收DCS系统的集中远程控制信号。 I010I013输入的是挡轮液压站的上限位、上极限限位与下限位、下极限限位行程开关信号，用于控制回转窑窑体的上行下行上行下行循环控制，并实行上极限限位和下极限限位的声光报警，上极限
84、限位和下极限限位是为防止上限位和下限位行程开关失控而设置的多重保护。 I020I026用于挡轮液压站油温、油压检测信号，1#、2#、3# 滤油器堵塞的压差信号及1# 泵、2# 泵电机过热、过载保护信号的引入。其中1ST是温度控制器的常开触点，1SP1为压力控制器的常开触点，挡轮液压站滤油器是否堵塞是靠1SP2、1SP3、1SP4的压差开关检测的，因压差开关的额定电压为AC 24 V，所以不能直接连在PLC输入回路中，要先经压差开关接中间继电器1KA1、1KA2、1KA3的线圈，然后将1KA1、1KA2、1KA3的常开触点接至PLC输入端。 泵电机过热、过载保护信号的引入是为了在运行中，依照热继
85、电器、低压断路器的跳闸动作自动检测工作油泵电机是否出现故障，若确实发生了故障，系统应自动切换至备用油泵，由备用泵取代工作油泵投入运行。 I030I036的输入有：主减速机润滑站的油泵起停按钮信号，1# 油泵、2# 油泵的主/辅转换开关信号及来自总控室的油泵起停控制的远程信号。 I040I047的输入有：主减速机润滑站液位，滤油器是否堵塞检测信号，1#、2# 油泵电机过热过载保护信号，自动、手动加热转换开关信号。引自主减速机润滑站的液位开关2SL1.1与2SL1.2分别反映液位上、下限接点信号，用于极限位置的声光报警。滤油器堵塞检测信号来自CS-压差开关，与挡轮液压站同理，接入的是2KA1、2K
86、A2中间继电器的常开触点。 I050I057接入的是主减速机润滑站的油温、油压检测信号，其中2ST1、2ST2均为电接点温度计WTZ-288的上、下限信号。电接点温度计是一种温度控制电气组件，它有两个可供调整的上、下限，当温度低于下限时，下限常开(常闭)触点闭合(断开)；当温度在上、下限之间时，上限常开触点断开，下限常闭触点闭合。当温度大于上限时，上限常开(常闭)触点闭合(断开)。回转窑工作时，我们将减速机润滑站的电接点温度计下限2ST1.1与上限2ST1.2分别调整为15和25，用这两个触点来控制当油温降至15以下时启动加热器加热；当油温升至25时，自动停止加热器的工作。另一个电加热器2ST
87、2的上、下限分别设定为35和45，当油温高于45时，自动打开电磁水阀，投入冷却水降温；当油温低于35 时，关电磁水阀，冷却水自动停止。2ST3为温度控制器，用于极限油温55时声光报警；当油温低于55时，温度控制器常闭触点闭合；当温度高于55时，温度控制器动作，使常开触点闭合。 油压检测来自于压力控制器YWK-50 -C，共有3个，分别用于检测油压低、油压正常和油压高，调试时将其分别设为0.1 MPa、0.3 MPa、0.5 MPa。当压力低于设定压力值时，压力控制器常闭触点闭合；当压力高于设定压力值时，压力控制器常开触点闭合。此信号用于压力低时，使主、辅泵共同投入运行，直至压力正常后，自动停止
88、辅助油泵的工作。当油压过高、过低时的声光报警也是由压力控制器控制的。这些工作均是主减速机润滑站控制的重要内容。 I060I067分别为主减速机润滑站和挡轮液压站的油泵电机、电加热器的接触器及低压断路器的常开触点，主要是为梯形图编程时故障判断而设计的。 I070I071分别为操作方式的选择开关及主电机运行的外界连锁信号的引入，报警试验是为检测所有的信号灯是否完好而设的。消警按钮是在声光报警信号提醒操作人员注意后，由操作者切断蜂鸣器喇叭，停止声响。 2) PLC输出 Q000Q002、Q004Q006输出控制挡轮液压站和主减速器润滑站油泵电机及加热器的接触器线圈，从而实现油泵和加热器按各自的要求自
89、动投入或停止工作。Q003、Q007、Q010Q017的输出是利用中间继电器实现对挡轮液压站和主减速机润滑站其它部分的自动控制及对外界连锁信号的引出的。 其余的输出接点均接指示灯，实现对挡轮液压站和主减速机润滑站的信号显示，确保在车间控制室内的操作人员通过指示灯掌握车间现场内回转窑的实际运行状况，以便对各种故障做出正确判断，确定事故原因及采取必要措施。正常运行时，表示设备运行的指示灯应为绿色。红色指示灯表示故障，在电控柜面板上用铭牌标明每个指示灯表示的故障或正常运行时的含义。系统的红色报警指示灯还设置了两种方式：慢速闪烁和快速闪烁。快速闪烁表示故障的发生，在快闪的同时，蜂鸣器发出声响，表示声光
90、报警信号。在操作人员按下消警按钮，去对事故进行处理后，用慢闪信号表示事故仍未排除，正在检修中。这时蜂鸣器停止鸣响，只剩慢闪的光报警信号，直到故障排除后，报警指示灯自动熄灭。 2.5.7 梯形图软件设计梯形图软件设计 1闪烁信号的产生闪烁信号的产生 在程序的开始是一系列定时程序代码，主要用于产生报警用的闪烁信号。闪烁信号有两种方式：快闪和慢闪。它是利用定时器的常开、常闭触点产生一系列不同频率的方波输出。一般情况下，M200为快闪信号。只有在按下消警按钮SB2(I073)后，M200才转为慢闪信号，即周期较长的方波。 程序如图2-13所示。 图2-13 闪烁信号的产生程序 2主减速机润滑站起动及抗
91、干扰措施主减速机润滑站起动及抗干扰措施 在回转窑主机开机前，应先开启主减速机润滑站，只有当其正常工作后才能启动主电机或辅助电机，这是系统工艺所要求的连锁条件。油泵电机起动后要先延时1分钟，目的是消除干扰。润滑站刚起动时油压较低，这时应采取延时的措施，等待运行一段时间后，再采用报警和投入辅助油泵电机的动作，否则会造成频繁的动作和虚假的报警。若延时一段时间或辅助泵投入运行后，压力依然低于0.1 MPa，则应产生声光报警信号。具体的过程可查阅完整的程序。 3主减速机润滑站冷却水的投入和关闭主减速机润滑站冷却水的投入和关闭 当油温高于45时，电接点温度计常开触点2ST2.2(I053)闭合，驱动电磁水
92、阀的中间继电器线圈2KA3(Q007)通电吸合，冷却水投入，使油温下降。当油温降到35时，电接点温度计常闭触点2ST2.1断开，电磁水阀中间继电器线圈2KA3失电，冷却水停止。 程序如图2-14所示。 图2-14 冷却水的投入与关闭程序 4润滑站综合起停润滑站综合起停 当现地控制和集中控制转换开关SA1在现地控制方向时，通过按下油泵起动按钮2SB1，润滑站综合起动辅助继电器M030应带电。当按下停止按钮时，M030失电。M030为PLC的的内部辅助继电器，主要是为了油泵电机起停编程方便而设置的。当转换开关SA1在集中控制方向时，来自总厂DCS的远程起动信号和停止信号也应使辅助继电器M031带电
93、或失电。 程序如图2-15所示。 图2-15 润滑站起停程序 5主减速机润滑站油泵电机的工作主减速机润滑站油泵电机的工作 油泵电机的控制属程序设计中的重要内容，现以1# 油泵电机为例，说明油泵电机的编程要点。在进行梯形图设计时，采用四种方式起停1# 油泵电机，这也是梯形图中四条回路的编程原理。 (1) 当1# 油泵为主油泵并处于现场操作时，按下起动按钮2SB1，PLC内部辅助继电器M030得电，1# 油泵被投入运行。当按下停止按钮2SB2时，1#油泵停止工作。 (2) 1# 泵为辅助油泵时，当2# 泵出现故障时，2# 油泵会停止运行，2# 泵接触器2KM2失电，Q005常闭触点闭合，将使得1#
94、 泵回路接通，1# 泵代替2# 泵投入运行。 (3) 当转换开关在集中控制的位置，1# 泵为主电机时，M031得电，1# 泵投入运行，当接收到来自总厂的远程停止信号后，1# 泵停止工作。 (4) 当在现地操作方式情况下，2# 泵为主油泵且1# 泵为辅助油泵时，在压力低于0.1 MPa的情况下，2SP1压力控制器常闭触点闭合，此时因2# 泵正在运行，Q005处于闭合状态，Q004得电，1# 泵作为备用泵投入运行，与2# 泵一起共同打压，使压力上升。T005主要是防止刚开机压力处于不稳定期间泵频繁动作而设置的抗干扰措施，只有当开机延时1分钟后压力仍低于0.1 MPa，再次延时20秒后压力仍低时，备
95、用泵才投入运行。当压力继续上升至0.3 MPa，达到压力正常值时，压力控制器2SP2常闭触点断开，Q004失电，1# 泵自动停止运行。 图2-16 润滑站1# 油泵电机控制程序 6主减速机润滑站加热器的运行主减速机润滑站加热器的运行 当冬季天冷造成油温低于15时，电接点温度计2ST1.1常开触点(I050)闭合，加热器Q006(2KM3)线圈吸合并自保，电加热器自动投入工作。当温度上升至25时，润滑站的油温已达到正常，2ST1.2常闭触点断开，加热器停止工作。2ST3是为防止电接点温度计损坏，2ST1.2失灵而设置的多重保护措施。 程序如图2-17所示。 图2-17 润滑站加热器控制程序 7挡
96、轮液压站的正常工作挡轮液压站的正常工作 以1# 泵为例(此时1# 泵为主)介绍挡轮液压站的上行下行上行下行的循环运行。当按下起动按钮1SB1时，1# 泵工作，窑体上行。当碰到上限行程开关时，1SQ1常闭触点断开，1# 泵接触器线圈Q000失电，1# 泵停止运行。为了防止上限行程开关失灵，另加了上极限限位开关。若碰到上限行程开关1SQ1时未动作，则窑体继续上行，直到碰到上极限限位开关1SQ2时，1# 泵才停止工作。 1# 泵停止工作时，电磁球阀同时通电，窑体靠自重下行。当碰到下限行程开关1SQ3时，1SQ3闭合，1# 油泵接触器Q000得电运行，此时电磁球阀又重新断电。下极限限位行程开关是在下限
97、位行程开关失灵情况下的双重保护措施，目的是确保在下极限位能使电磁球阀断电的同时使1# 泵又能投入运行，从而使窑体能按上行下行上行下行的循环方式运行。电磁球阀与油泵电机的工作是交替的，当泵工作时，电磁球阀断电；当电磁球阀得电时，油泵电机停止工作。 M033、M034辅助继电器回路是为了防止窑体初始状态恰好在下限位、下下限位时，在挡轮液压站起动按钮未按下的情况下，回转窑自动上行运动的保护措施。 图2-18 挡轮液压站油泵电机与电磁球阀控制程序 8挡轮站加热器的工作挡轮站加热器的工作 挡轮站加热器有两种工作方式：自动加热和手动加热。在自动加热的情况下，转换开关1SA2.2闭合，当油温低于12时，温度
98、控制器常闭触点1ST闭合，电加热器自动投入工作。手动加热时，当转换开关转到1SA2.1位置时，电加热器投入运行。在自动和手动两种情况下，一旦油温高于15时，常闭触点1ST断开(利用该温度控制器的切换差)，加热器自动停止运行。 挡轮液压站加热器控制程序如图2-19所示。 图2-19 挡轮液压站加热器控制程序 9声光报警程序声光报警程序 当主减速机润滑站和挡轮液压站出现压力、温度、液位、压差故障时，均由检测组件触点的开闭来起动声光报警装置，驱动蜂鸣器发出报警声。 例如主减速机润滑站压力低的报警信号就是在起动油泵并延时后压力低时，2SP1的常闭触点闭合，延时一段时间T030闭合后，若压力仍低于0.1
99、 MPa，则PLC内部辅助继电器M200为快闪信号，Q034压力低红灯开始快速闪烁，同时蜂鸣器发出报警声。在按下消警按钮后M200转为慢闪信号，此时Q034改为红灯慢速闪烁，直到故障修复后闪烁红灯自动熄灭。I072为试灯按钮，按下试灯按钮后，所有指示灯应全亮，目的是为了测试指示灯是否完好无损，保证设备运行时正常指示。 图2-20 压力低报警控制程序 表示正常运行的指示灯驱动程序编程非常简单，只需将驱动信号直接与指示灯相连即可。另需指出的是，PLC运行指示灯的触发信号是SZ-3内部的一个特殊继电器SP001，当PLC上电后SP001一直处于ON状态。PLC运行指示灯控制程序见图2-21。 图2-
100、21 PLC运行指示灯控制程序 2.5.8 设计小结设计小结 (1) 该设计只是电气控制系统的一部分，一个完整的电控系统还应包括所有元器件的选型、电控柜的布置等内容(限于篇幅，提供的完整设计资料里将这部分内容省略)。这部分内容的设计方法请参阅本书第3章的有关章节。在系统设计完成后，还应在实验室里做模拟实验并最终到现场调试运行无误后，才能算做真正意义上设计任务的完成。 (2) 本系统原理图较多，各环节都有紧密的关系。阅读原理图时要用系统、整体的观点去对待，善于从中找出内在的关联。这对参加毕业设计的学生来说，是一个难点和薄弱环节。图纸中图形、符号的表示方式及读图要点请参阅3.2.7节中的图纸说明。
101、 (3) 为了叙述方便，突出重点，我们选择了一个相对简单的系统作为示例，其硬件电路和梯形图软件都较为简单明了。实际应用中PLC系统类型更广，软件更为复杂。 (4) 熟悉工艺过程和控制任务是建立I/O表的基础，也是关系到设计成败的出发点。在操作方式选择和细节设计时，应最大限度地满足操作方便、功能齐全的设计目标。总体设计是分配各个控制系统和软、硬件任务划分及联系的核心，要在设计初期给予充分重视。应避免在总体设计未完成的情况下，先动手做细节问题，最终导致整个系统无法正确连接，成为一个个分散的小系统。 (5) 电控系统设计应是整个大学期间所学专业知识的综合和概括，也是一个承上启下的过程。应注意各门功课
102、之间横向的有机关联。对电控系统来说，更要注意与检测技术、工厂电气设备、工厂供电、电机拖动、交直流调速等课程的综合运用。 (6) 系统中虽然润滑站要求对许多模拟量信号进行检测和控制，但因为没有要求闭环控制和实时显示，只要求对超过上、下限做出相应的控制，所以可简化为通过一些电气组件将模拟量变为超上、下限后的接点输出(如本系统中电接点温度计、液位计的使用)，可简化设计难度。 (7) 熟悉电气制图标准和元器件结构、工作原理是设计硬件电路的基础，其中的线号、端子、图号及常开触点、常闭触点、线圈等表示方法是在设计前应补课的内容。有关的规定可查阅电气传动自动化技术手册和相关产品说明书。 (8) PLC的I/
103、O模块选好后，要进行地址分配，这个地址应与I/O表及梯形图程序一一对应，才能将整个系统各部分正确地联系在一起。 (9) PLC的I/O模块中有些插槽内没有接任何的输入和输出，主要是预留出一定的裕量，为以后扩展时使用。多余的指示灯是为现场调试时需增加设备情况下的备用灯。 2.5.9 完整的设计资料完整的设计资料完整的设计资料包括三部分内容。(1) I/O表。见表2-6。 表表2-6 水泥回转窑水泥回转窑I/O表表 表表2-6 水泥回转窑水泥回转窑I/O表表 表表2-6 水泥回转窑水泥回转窑I/O表表 表表2-6 水泥回转窑水泥回转窑I/O表表 表表2-6 水泥回转窑水泥回转窑I/O表表 (2)
104、硬件电路图。见图2-22-12-22-24。 图2-22-1 3.5/360m回转窑控系统图2-22-2 3.5/360m回转窑控系统图2-22-3 3.5/360m回转窑控系统图2-22-4 3.5/360m回转窑控系统图2-22-5 3.5/360m回转窑控系统图2-22-6 3.5/360m回转窑控系统图2-22-7 3.5/360m回转窑控系统图2-22-8 3.5/360m回转窑控系统图2-22-9 3.5/360m回转窑控系统图2-22-10 3.5/360m回转窑控系统图2-22-11 3.5/360m回转窑控系统图2-22-12 3.5/360m回转窑控系统图2-22-13 3
105、.5/360m回转窑控系统图2-22-14 3.5/360m回转窑控系统图2-22-15 3.5/360m回转窑控系统图2-22-16 3.5/360m回转窑控系统图2-22-17 3.5/360m回转窑控系统图2-22-18 3.5/360m回转窑控系统图2-22-19 3.5/360m回转窑控系统图2-22-20 3.5/360m回转窑控系统图2-22-21 3.5/360m回转窑控系统图2-22-22 3.5/360m回转窑控系统图2-22-23 3.5/360m回转窑控系统图2-22-24 3.5/360m回转窑控系统图2-23 水泥窑PLC梯形图程序（ 1 ）图2-23 水泥窑PLC
106、梯形图程序（ 2 ）图2-23 水泥窑PLC梯形图程序（ 3 ）图2-23 水泥窑PLC梯形图程序（ 4 ）图2-23 水泥窑PLC梯形图程序（ 5 ）图2-23 水泥窑PLC梯形图程序（ 6 ）2.6 设计选题：设计选题：2.613 m水泥磨电控系统水泥磨电控系统 2.6.1 工艺概况工艺概况 水泥磨是水泥厂粉磨车间的核心设备，它的作用是将96%水泥熟料加入4%的石膏后研磨成一定细度的粉状水泥成品。粉粒大小必须适当，才能使水泥发挥最大抗压强度。 水泥磨具有对物料适应性强，能连续生产，破碎比大，易于调整粉磨产品的细度等特点。它既能用干法生产，也可以用湿法生产，且可以磨粉与烘干同时进行。 本水泥
107、磨外形是一个长13 m直径2.6 m的圆筒，内部充满了钢球及辅助设备。正常生产时，筒体处于高速旋转状态，在旋转的过程中，通过钢球的辗压和重力等的作用，将由进料端输入的熟料经几个料仓辗磨为符合标准的粉末，然后经出料端将水泥成品送包装车间打包出厂。由于磨内采用钢球作为原料辗压的主要物体，所以这类磨机被称为球磨机。水泥厂常用的生料磨、煤磨均属球磨机，两者与水泥磨的结构、工作原理、控制方式大同小异。水泥磨机械设备如图2-24所示。 图图2-24 水泥磨机械设备水泥磨机械设备 水泥磨由机械、电气、液压等系统组成，与电气系统有关的技术参数为： (1) 主电机：水泥磨筒体高速旋转的驱动设备。主电机型号为YR
108、1000-8/1180，功率为1000 kW，电压6000 V，电流121 A，频率50 Hz，转速740 r/min，转子电压967 V，转子电流650 A。 (2) 辅助电机：在设备检修时供筒体慢速旋转的驱动设备，型号为Y225S-8，功率为18.5 kW，电压380 V，电流41.3 A。 (3) 主电机润滑站：为主电机提供润滑保护的设备，型号为TE521。 (4) 主减速机润滑站：为减速机提供润滑保护的设备，型号为TE525。 (5) 主轴承润滑站：为进料端主轴承和出料端主轴承提供润滑及保护的设备，磨机设有两个主轴承润滑站，型号均为TE332X。 (6) 主轴承测温设备：用AD590温
109、度传感器，在进料和出料端筒体内共设置4个对称测温点，用于检测主轴承的温度和超限状态的声光报警。 2.6.2 设计任务要求设计任务要求 根据水泥磨系统的工艺要求，确定其控制系统的设计任务如下： (1) 主电机为一个高压绕线式异步电动机，功率较大，应保证高压电机的带载起动及正常运转。对高压电机，还要有电流、电压测量及过流、断相、失压等保护措施。主电机起动时，应在各润滑站压力、温度均为正常的情况下才能发出合闸信号。操作时，要先起动四个润滑站，待运行一段时间，压力、温度等指标全为正常后，才允许主电机运转。当主电机定子温度超过65、主轴承温度超过70的情况下，应使主电机自动停止运行。 (2) 辅助电机应
110、能保证正转和反转运行。主电机和辅助电机之间实行互锁，即主电机运转时，辅助电机不能运转；辅助电机运转时，主电机不能运转。主电机、辅助电机之间的运行靠限位器的位置实现机械上的切换，决定某个时刻某个电机为工作电机。辅助电机只有在各润滑站压力、油温正常的条件下，才能起动，允许磨机低速运转。 (3) 应保证主电机润滑站TE521的正常运行。TE521的控制功能要求如下： 该系列润滑装置均设有两台油泵电机组，其中一台供正常使用，另一台备用，备用泵供应急时投入运行。 油压控制：在润滑装置出油口设有油压控制点，有三个压力控制器参与压力设置点的控制，当出油口油压下降到0.1 MPa时，一个压力控制器发出声光报警
111、信号，同时启动备用油泵投入工作。当备用油泵投入工作后，油压恢复到0.3 MPa时，另一个压力控制器发出正常工作信号，切断备用泵。第三个压力控制器用于系统最高压力控制。当油压达到0.5 MPa时，发出声光报警信号。 油流控制：在润滑站的进油口处设置油流信号器用于监视管路油流变化情况，当管路中油流量低于油流信号器设定的油流量控制值时，油流信号器发出油流不足的声光报警信号。 油温控制：用一个电接点温度计测量油箱内油液温度的变化情况对电加热器实施控制。当油箱内油液温度低于15时，禁止主电机运行，同时电加热器自动投入工作。当达到25时，电加热器自动切断。温度控制器用于当出油口处的最高油温值达55时，发出
112、声光报警信号。 液位控制：在油箱内设有浮球式液位计一个，用于显示油箱内油液位置上、下极限和信号控制，当液位超过上限或低于下限时，发出油箱内缺油的声光报警信号。 双筒过滤器压差显示：在双筒过滤器上设有压差信号开关，当通过双筒过滤器两端压差达到或超过0.05 MPa时，发出滤芯堵塞声光报警信号。 TE521主电机润滑站含有如下电气组件： 油泵电机：Y80S-4-V1，2台，0.75 kW，AC 380 V，50 Hz。 电加热器：SRY2-220/1，3件，AC 220 V，2 kW。 液位控制器：VQK- 02，1件，AC 220 V：200 A，DC 24 V：0.5 A。 电接点温度计：WT
113、Z-288，1件，AC 2438 V，10 A。 温度控制器：YWK-50 -C，1件，AC 380 V：3 A，DC 220 V：2.5 A，阻性负载，温度设定范围5060。 压力控制器：YWK-50 -C，3件，AC 380 V：3 A；DC 220 V：25 A，阻性负载，压力设定范围01 MPa。 压差开关：CS-，2件，触点容量AC 220 V：0.25 A，DC 24 V：0.05 A。P=0.05 MPa。 油流信号器：YXW-2.5，1件，AC 220 V或DC 220 V：1 A。 (4) 应保证主减速机润滑站TE525的正常运行。主减速机润滑站TE525油泵电机型号为Y11
114、2M-6-B8(功率为2.2 kW)，没有油流控制器但多了一个电接点温度计，其余的电气组件及控制要求与主电机润滑站基本相同。多出的另一个电接点温度计用于电磁水阀的控制，当温度达到45时，电磁水阀打开，投入冷却水用于降温。直到油温达到35时，关闭电磁水阀，冷却水自动停止供应。 (5) 应保证进料端和出料端主轴承润滑站TE332X的正常运行。磨机的主轴承润滑采用静压(高压泵)起动及动压(低压泵)润滑的形式，每一台润滑装置供一端的主轴承润滑，需进料端和出料端润滑站各1台。电器组件参数为： 低压油泵驱动电机：Y90S-4-V1，2台。 高压油泵驱动电机：Y100L1-4-V1，2台。 油箱用电加热器：
115、SRY2-220/2，3个。 油箱用液位控制器：VQK-02，2个。 电接点温度计：WTZ-288，2个。 温度控制器：WZK-50 -C，1个。 低压压力控制器：YWK-50 -C，3个；高压压力控制器：D504/TD，2个。 油流信号器：LCK-32，1个。 冷却水电磁水阀：ZCS-25P，1个。 过滤器压差开关：CS-，2个，触点容量DC 24 V，0.05 A。 TE332X高低压润滑站的控制功能要求为： 本装置设低压供油油泵电机组两台，高压供油油泵电机两台；两台油泵电机中，一台正常工作，一台备用，两者互为备用关系。高压系统可独立工作。 本装置高低压供油系统中设有压力、油流量、温度等控
116、制点，只有在本装置进入正常工作状态时，磨机才能起动。 低压供油系统的压力控制同主电机润滑站要求基本相同，当压力低时，低压备用泵投入运行，直至压力正常时备用泵停止运行。当油温低于15时，电加热器自动投入加热，直到25时自动停止。当油温高于45时，冷却水自动投入，直至油温降至35，冷却水停止供应。当油温高于55，液位超上、下限，滤油器堵塞，压力高于0.5 MPa时，均要发出声光报警。图2-25 TE332X高低压润滑站 (6) 在主控室里用仪表实时显示主轴承4个测温点的实际温度值。当任一测温点的温度达到上限值65时，应有声光报警信号，以提醒操作人员注意。当温度达到上上限70时，应自动关闭主电机，使
117、水泥磨停止旋转，以避免烧毁主轴承的重大事故。 2.6.3 总体设计方案总体设计方案 1总体设计方案总体设计方案 该电控系统控制任务较多，既有数字量输入输出，又有4点模拟量测温显示任务，故采用以PLC为主的控制系统，将4个润滑站的控制全部放在PLC的控制下完成。主电机采用高压开关柜加液体电阻变阻起动柜控制。辅助电机的控制由继电接触器电路完成。因PLC实时显示功能较差，配备专门的OP面板(人机界面)价格昂贵，故用单片机为核心制成温度检测仪表，用四位数码管显示实时温度，并在测温仪表中配备两个常开触点，引入PLC系统，分别用于上限报警和上上限的自动停磨。 电控系统采用五柜五箱的操作方式。控制柜放在车间
118、控制室，现场操作箱放在水泥磨旁边，方便工人的现场操作。控制柜包括：(1) 高压开关柜AH0。(2) 液体电阻起动柜AL0。(3) PLC控制柜AL3。(4) 主电机润滑站与主减速机润滑站控制柜AL1。(5) 进料端和出料端主轴承润滑站控制柜AL2。 现场操作箱包括：(1) 辅助电机现场操作箱AX0。(2) 主电机润滑站现场操作箱AX1。(3) 主减速机润滑站现场操作箱AX2。(4) 进料端主轴承润滑站现场操作箱AX3。(5) 出料端主轴承润滑站现场操作箱AX4。 4个单通道温度检测仪分别装在PLC控制柜AL3的操作面板上，用数码管实时显示主轴承的实际温度。 磨机系统电气总图如图2-26所示。
119、图2-26 水泥磨电气总图 2水泥磨操作方式及连锁信号水泥磨操作方式及连锁信号 本电控系统设置的操作方式为集中/现场操作方式和本柜/机旁操作方式两种。为了向水泥粉磨站其他设备及总厂DCS提供连锁，需送给外界的连锁信号有： (1) 高压开关柜合闸信号，即高压柜中真空断路器辅助触点向外引出。(2) 液体电阻起动柜正常运行信号。(3) 各润滑站正常运行信号。(4) 润滑站综合故障信号。(5) 各润滑站压力、温度均正常时的允许磨机起动信号。 来自于外界的连锁信号有：(1) 总厂DCS系统发出的润滑站综合起动信号。(2) 总控室发出的磨机起停信号。 3配电系统配电系统 因主电机为6 kV的高压电机，故从
120、车间变电所应引入6 kV的高压电源及380 V的三相四线电源；在控制柜内由三相四线制取得一相和地的控制电压为交流220 V，另外还需PLC输出板电源DC 24 V，它可经一体化电源装置获得。因4个润滑站中滤油器所用的压差开关电压为AC 24 V，所以经变压器可将AC 220 V变为AC 24 V。PLC输入模块的电压为AC 100 V，这也可通过变压器后获得。因这些回路较多，应在每一个回路中加入低压断路器予以保护。 4电气设计任务分类电气设计任务分类 按总体设计方案的要求，可将设计任务具体分类如下：(1) 主电机高压开关柜和液体电阻起动柜的设计。(2) 辅助电机主回路、控制回路的设计。(3)
121、PLC硬件电路设计。 (4) 梯形图软件设计。(5) 温度检测仪单片机系统硬件设计和汇编语言程序设计。 2.6.4 硬件电路设计硬件电路设计 1主电机的控制主电机的控制 主电机为电压6 kV，功率1000 kW的高压绕线转子型大功率电机。它是一种长期工作制的恒转矩类负载，这类机械不要求调速，但带载起动困难，所以应采用高压开关柜加液体电阻变阻起动柜的方式控制，以满足重载起动和安全性能两方面的要求。 高压开关柜采用ZN28A-10/1000-20型的真空断路器为主要组件，设有电流回路、电压回路、合闸回路、分闸回路、合闸指示、储能指示和储能装置等，并具有过流速断保护、接地断相保护、失压保护、过压保护
122、等保护措施。配有电流互感器及电压、电流表，可显示实际的电压、电流值。高压开关柜可接收的外部信号为外部请求的主电机合闸信号、即时跳闸信号和紧急停车信号。高压开关柜外引的信号为主电机定子合闸信号，它是供水泥粉磨车间其他生产设备的连锁信号。 图2-27 主电机控制原理图 2辅助电机的控制辅助电机的控制 辅助电机为笼型异步电动机，可采用直接起动。控制回路是一个典型的正转反转电路，在该回路中串入了4个润滑站均正常的连锁信号和主/辅限位器限位信号(此时限位器应处于辅助电机为主的状态)。只有这两个信号均满足的条件下，辅助电机才能运行。 3PLC配置配置 磨机中有4个润滑站，I/O总数共计232个，将其全部纳
123、入PLC控制。对这种数量较多的开关量控制系统，选用中、小型的可编程控制器即可满足要求。经综合各方案性价比指标，最终选定无锡华光电子公司的光洋SU-6型可编程控制器，该系统属于中、小型组合式PLC，功能较全，扩展性能好，指令丰富，可靠性高，属光洋PLC系列的高性能中档机。其指令执行速度高达0.33 (s/条，可以实现梯形图和级式指令并用。 磨机PLC配置表如下： CPU：SU-6B，1块。 扩展电源模块：U-01EW，2块。基本框架：U-08B，3块(1个基架和2个扩展基架)。扩展电缆：U-05J，2根。 16点数字量输入模块：U-25N，9块。 8点继电器输出模块：U-20T，5块。 16点集
124、电极开路输出模块：U-15T，5块。 E2PROM：1块。 图2-28 PLC模块配置图 4PLC硬件连接图硬件连接图 PLC控制系统涉及的输入/输出点数较多且类型复杂，在安排输入/输出时应按分类的原则进行，这样既便于维护又不至于遗漏应接的各种信号。安排的原则是4个润滑站的信号依次排列，并在电气原理图上用文字提示出组件触点代表的是哪个润滑站的何种信号，在电气图中各润滑站的组件代号按14的顺序排列，例如主电机润滑站压力低信号组件标号为1SP1，压力正常信号为1SP2，压力高信号为1SP3，则其余各润滑站压力低信号依次为2SP1、3SP1、4SP1。 在输入信号排列时按4个润滑站的信号在前，整个系
125、统共享信号在后的方法排列。对单个润滑站来说，接入输入端的信号依次为：低压泵1#、2# 电机及电加热器的保护信号，泵电机的接触器触点保护信号以及压力、温度、液位、流量、滤油器压差等信号，还有作为整个系统的试灯、消警、油泵总起动、油泵总停止、主机/辅助电机限位、主电机定子合闸、辅助电机工作、集中/现场控制、联动和单动、主电机轴瓦测温上限、上上限等信号以及单片机温度检侧仪的上限、上上限报警的触点信号。 输出信号器件分为两类，一类是接触器线圈及中间继电器线圈，这些主要是各润滑站用于控制高、低压泵电机、电加热器的接触器，表示润滑站正常、润滑站综合故障、允许主电机合闸、即时跳闸等需要向外引出连锁信号的中间
126、继电器；另一类就是各种指示灯，表示的范围主要有各润滑站泵电机运行的状态、故障报警信号、主电机定子合闸、集中/现场控制选择、进料端、出料端主轴承温高等信号。 水泥磨系统PLC输入/输出的内容与设计实例中水泥窑的输入/输出较为相似，所不同的是水泥磨输入/输出点较多，需一个个排列，在设计I/O表时要仔细对待。本系统采用了三个机架，各机架之间连线及I/O模块配置和地址定义如前所述。各模块的输入/输出信号均按润滑站的顺序及信号类型依次排列构成I/O表，然后按I/O表顺序依次接入信号就完成了硬件接线图工作。 5温度检测仪的硬件电路温度检测仪的硬件电路 温度检测仪采用以MCS-51单片机为核心的检测系统，其
127、原理为：将温度值经A/D转换器送入8051单片机处理后，将其显示在4个七段数码管上，并能在检测值超上限、上上限时，输出两个闭合的触点信号送PLC系统处理。温度传感器AD590作为检测组件，检测实际的主轴承温度，经3个运算放大器LM741后将与温度信号成正比的05 V电压信号引入A/D转换器ADC0804(单通道8位逐次比较型A/D转换器)，经模拟量到数字量转换，产生8位二进制数字信号D0D7，接入8051单片机的P0.0P0.7端。 为了实时显示温度值，在该电路中配备了4个LED数码管，由P1.0P1.3接译码驱动器7447后驱动4位数码管的段选信号。7447可将二-十进制(BCD码)数据自动
128、变换为七段LED所需要的各段驱动显示信号，而P1.4P1.7接数码管的位选信号。 8051的 RD和 WR端 分 别 接 ADC0804的 读 和 写 信 号 ，ADC0804的中断请求信号INTR经反向器7404接入P2.0作为检测A/D转换是否结束的转换信号(当INTR为0时，A/D转换结束)。 用P3.0、P3.1端分别经光电耦合器IIL117后连接两个继电器线圈，在温度达上限和上上限时控制继电器常开触点闭合，并将它们引入PLC系统做声光报警及停磨处理。这两个常开触点将是单片机系统和PLC电控系统的连接信号。 为了提高显示数据的准确性，硬件电路还采取了一系列抗干扰措施，可使数据显示到一位
129、小数(小数点位置在D2位)。另外，电路中配有稳压电源，以产生单片机所需的5 V信号。8051需外接晶振芯片，用于产生12 MHz的时钟信号。 因水泥磨主轴承温度上限和上上限的值是固定不变的，故本系统没有扩展键盘，而是将上限和上上限的值放置在内存缓冲区的固定位置，需比较的时候直接取值即可。若上述两值需用户自行设定，则一定要增加键盘接口。若键入的值较少，则可用“(”、“(”键组成简易键盘，这种方法在小型仪表中应用较广。 温度检测仪硬件电路原理图见图2-29。 图2-29 温度检测仪硬件电路图2.6.5 软件设计软件设计 1单片机系统程序设计单片机系统程序设计 单片机程序采用汇编语言编程，温度检测仪
130、软件设计的主要任务是将检测出的温度值经A/D转换后，送8051处理，再送入4个七段数码管显示。并将温度值与测定的上限、上上限进行比较，当实测温度值超过其允许范围时，令P3.0、P3.1分别输出高电平，驱动继电器线圈吸合，同时使其常开触点闭合，将此常开触点信号送入PLC系统去控制上限声光报警及上上限的自动停磨。 本系统采用的温度传感器为AD590，温度0时对应电流为273.2 A，其产生的电流与绝对温度成正比，检测的温度范围为55150。AD590线性输出性能很好，当温度每增加1时，其电流增加1 A。这个特性与其他需经过线性化处理的传感器相比，具有编程处理简单方便的优点。 本电路的显示转换要经过
131、A/D转换、十进制转换(转换为BCD码，以驱动7447控制段选码)、乘4(标度转换的需要)和显示等四个过程，故在软件中要有十进制转换和控制显示位选及显示过程的子程序。单片机系统软件流程图见图2-30。 图2-30 单片机系统软件流程图 2PLC软件设计软件设计 PLC软件采用梯形图软件编程，其主要任务是按四个润滑站的要求完成各自的控制功能，并在出现故障时采取声光报警措施。软件按模块可分为以下几类： (1) 四个润滑站低压泵和高压泵的起动、停止，以及压力低时备用泵的自动投入。 (2) 根据温度情况，四个润滑站电加热器的自动投入和停止。 (3) 按油温的状况，三个电磁水阀的自动开起和停止，从而决定
132、冷却水的投入或停止。 (4) PLC输出中所接中间继电器的控制，控制的目的是输出其他设备或系统的连锁信号。这些连锁信号包括：各润滑站正常信号、允许主电机合闸信号、主电机即时跳闸信号(事故状态时的紧急停磨信号)、允许辅助电机工作信号、系统备妥信号(允许润滑站起动信号)等。 (5) 指示灯与故障报警信号的控制。在指示灯显示中，绿灯表示正常运行，闪烁的红灯表示故障。故障类型用电控柜上相应的标牌文字指示。故障分为两个级别：一般性故障和致命性故障。一般性故障只需提醒操作人员去检修即可。致命性故障包括主电机温度超65，进料端、出料端主轴承温度超70两种情况。发生致命性故障时，可将即时跳闸信号串入高压开关柜
133、的分闸回路中自动切断磨机，保证系统免于重大恶性事故。 PLC软件编制的方法基本上与回转窑软件编程相似，但磨机的信号较多，要注意将每个润滑站分开编制。就某个润滑站而言，其内部编程的顺序为：1# 泵、2# 泵、电加热器、冷却水阀的起停控制，正常运行指示灯、故障报警指示灯的控制。磨机系统程序流程图如图2-31所示。 图2-31 磨机PLC程序流程图 对高压泵的编程需用三条回路控制： (1) 在进料端、出料端润滑站起动信号下，高压泵应投入运行，直至主电机定子合闸后，延时15分钟，高压泵停止运行。 (2) 当2# 高压泵为主时，在运行过程中，若2# 高压泵不能正常运行，1#高压泵应自动投入运行。 (3)
134、 在2# 高压泵为主时，若高压压力低，备用高压泵应投入运行，直至高压压力正常时，备用高压泵自动停止运行。 2.6.6 设计小结设计小结 在设计时还应注意以下问题： (1) 这类课题的模块划分是第一个难点，要从工艺、技术指标及知识分类角度去解决问题。 (2) PLC、高压柜、液体电阻起动柜、温度检测仪之间的接口以及各种电平的转换、负载的匹配、速度的协调是系统成败的关键技术，在总体设计阶段要给出完整的方案和具体的措施。 (3) 当输入/输出点数较多时，PLC扩展机架与CPU基架间要用电缆将其连接在一起，并妥善安排好位号和地址。 (4) 水泥磨属高耗能设备，在本系统中加入了静止式进相器(文中未列出，
135、但目前所有大型的粉磨系统均在使用)，用以提高电动机的功率因数和效率。静止式进相器的功能为补偿无功功率，降低电动机和电力系统的损耗。它是专为大功率绕线式异步电动机设计的就地无功补偿装置，将它串接于电机的转子回路，可以提高功率因数并降低损耗。 本系统已在多个水泥厂的粉磨车间连续运行多年，运行结果表明：系统设计正确，能满足工艺要求，操作方法灵活多样，安全保护功能齐全。采用三级操作方式(总控制室、车间控制室、现场)后，改变了传统的单机模式。静止式进相器的引入，使功率因数从0.85提高到了0.98，节能降耗效果显著。 2.7 设计选题：设计选题：RP120-80辊压机电控系统辊压机电控系统 2.7.1
136、工艺概况工艺概况 辊压机是一种高效节能粉磨设备，它由两个相向且同步旋转的挤压辊组成，具有一定料压的物料被挤压辊连续地带入辊间，同时液压系统向挤压辊施以足够大的压力，物料在高压作用下变成压实料饼在机下排出。这种料饼强度大大降低，对进一步粉磨极为有利，从而使整个粉磨系统的电耗得以显著降低。辊压机在水泥行业得到广泛的应用，它还可以用于矿山、有色、化工及其它一些工业领域的脆性物料的粉磨。辊压机设备外观见图2-32。 图2-32 辊压机设备 2.7.2 RP120-80辊压机控制系统的要求辊压机控制系统的要求 1主电机主电机 主电机的参数：主电机型号为YKK4502-4，电压6000 V，功率450 k
137、W，转数为1450 r/min，数量为2台。 主电机的保护组件：6个定子测温点、2个轴承测温点。 主电机控制要求： (1) 应有自动、手动两种工作方式。 (2) 应与相应检测单元实现连锁，能够根据故障信号自动停机。 (3) 主电机应具有过载保护能力，设定值应根据要求调整，初步设定当过载达110%时，挤压辊大行程后退。若载荷降不到正常值，则自动停机。 (4) 两台高压电机要求同步起动，同时分别显示电流等工作参数。 2轴承温度的检测与控制轴承温度的检测与控制 检测组件型号：WZPM-201，Pt100端面热电阻，测量范围为0100，数量为4个。轴承温度的控制要求为：(1) 各轴承的检测温度值应能实
138、时明确显示。(2) 轴承温度高于55时发出报警信号。(3) 轴承温度高于60时主电机自动停机。 3辊缝间隙的检测与控制辊缝间隙的检测与控制(1) 检测组件。 位移传感器：型号为1W253/40，DC 24 V，数量为2个。 接近开关：型号为SA-2005B，AC 220 V，数量为2个。 (2) 控制要求。 辊子两端的辊缝间隙应能分别实时明确显示。 对辊子两端的辊缝间隙进行比较，当间隙差大于4 mm时，应与液压系统连锁，自动进行纠偏控制。 限制辊缝最大值，当超过设定的极限值(约30 mm)时，主电机自动停机，同时发出报警信号。 各控制参数值应能根据要求调整设定值。 4液压系统的控制液压系统的控
139、制 (1) 液压系统含有的电气组件。 油泵电机：1台，4 kW，AC 380 V。 电磁球阀：G1、G2、G3、G4、G5、G6，其中G1、G2、G3、G4为AC 220 V，G1、G3通电加压，G2、G4通电卸荷，G5、G6为DC 24 V，通电卸荷。 压力传感器：PT203B应变式压力传感变送器 2个，输入DC 24 V，输出420 mA。 带发讯的纸质滤油器：DC 24 V，数量为1个。 (2) 控制要求。 油泵电机通电起动，电磁球阀G1、G3通电，当油压达到设定值后，由数显压力变送器发出信号，油泵电机、G1、G3均断电。当主机运行一段时间后，系统油压下降至2 MPa时，又由数显压力变送
140、器发出信号，起动油泵电机，重复以上动作。 当辊子大行程后退时，G2、G4通电(当限定的系统压力或辊缝限定值突破其一时，执行这一动作)。 左右两侧压力分别检测和显示。 与辊缝检测连锁，进行纠偏控制。 当滤油器受阻压差达0.35 MPa时，发出报警信号并停止主电机。 5干油润滑系统干油润滑系统 (1) 干油润滑系统含有的电器组件。 油泵电机：0.37 kW，AC 380 V，1台。 贮油桶上下液位控制器：40 W/60 A，0.5 A，1个。 片式给油器，带一个接近开关，AC 220 V，150 mA，二线，数量为2台。 (2) 控制要求。 系统间断工作，油泵电机每工作10分钟，停止1小时。 贮油
141、桶油位降到最低时发出报警，若超过2小时未恢复正常，则主电机自动停机。 若连续4小时片式给油器未动作，则主电机自动停机。 2.7.3 RP120-80辊压机检测和控制系统的组成辊压机检测和控制系统的组成 辊压机主要检测信号包括：主电机电流检测(I1，I2)，主电机定子温度检测(T7, T8)，主电机轴承温度检测(T9，T10)，左右辊缝检测(GL，GR)，动辊左右压力检测(PL，PR)，两辊左右轴承温度检测(T1T4)，减速机油温检测(T5，T6)，干油润滑左右分配器信号检测等。图2-33为辊压机系统主要检测信号示意图。全部检测信号(数字量、模拟量)均输入可编程控制器(PLC)中进行处理，其中压
142、力信号、辊缝、主电机电流能否准确、及时、有效地输入PLC是整个控制系统正常工作的先决条件。 图2-33 辊压机主要信号检测示意图 1油缸压力检测油缸压力检测 油缸压力检测是通过接在油路上的PT203B应变式压力传感变送器来实现的，它采用应变测量原理和大规模集成电路技术，集测压组件、标准变送器为一体，是一个完整的高精度测压变送仪表。它可将压力信号变为二线420 mA标准信号，准确、方便地传输到现场控制柜中的二线制隔离配电器WS1525。WS1525不仅能为变送器配独立的DC 24 V隔离电源，而且其输入、输出、电源三端口隔离，在与PLC模拟量输入模块配合使用时，能完善和补充此模块功能，从而增强了
143、系统适用性和现场恶劣环境下的可靠性。 2辊缝检测辊缝检测 辊缝检测采用进口高精度位移传感器，量程40 mm，精度0.5%。传感器采用全密封结构，有较强的抗腐蚀、防尘、防潮、防震性能，完全能适应辊压机的工况。来自位移传感器的420 mA标准信号传输到现场控制柜中，经WS1522三端口电流输出型隔离端子进入PLC模拟量输入模块中。 3主电机电流检测 主电机总功率为2500 kW，电机定子电流先经过高压起动柜中的电流变送器变为420 mA信号后，再送入现场控制柜中，经WS15242全隔离双输出信号分配器进入PLC模拟量输入模块中。 4其他信号的检测其他信号的检测 两辊左右轴承温度、主电机轴承温度和减
144、速机油温均采用热电阻检测，通过设在现场控制柜中的WS9050热电阻全隔离信号调理器，将温度信号变成420 mA标准信号送入PLC模拟量输入模块中。主电机定子温度采用热电阻检测，直接送入现场控制柜中的GXGS-820型巡检变送仪，此仪表采用单片微型计算机控制，具有自动巡回检测、定点检测，可任意设定报警范围，发光二极管报警显示，继电器触点输出，检测点测量值变送输出等功能。由于干油润滑左右分配器信号动作频繁，因此选用无触点的接近开关将分配器信号送入PLC。 至此，PLC就可以准确地监视辊压机的各种工作参数了，为下一步采取适当的控制策略打下了良好的基础。 辊压机系统的控制主要包括：主电机起停控制、干油
145、润滑控制、减速机润滑控制、液压系统加压卸荷自动控制、信号显示及报警控制、称重系统控制、进料气动闸板阀与出料左右分料阀的控制等。其中液压系统加压卸荷自动控制是整个控制的核心，也是关系到辊压机“压饼”效果的关键。 2.7.4 PLC系统软、硬件设计系统软、硬件设计 1PLC硬件配置硬件配置 根据以上的控制要求，可统计出PLC的输入/输出点数为数字量输入96点，模拟量输入16通道，数字量输出64点。因模拟量较多，又需要显示各种参数和画面，所以应选择档次较高的中型可编程控制器。经反复比较，确定本系统选用SIMATIC S7-300系列PLC，并配有触摸屏，用于实时显示工况和参数。CPU为S7-315-
146、2DP，通过集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口，可连接到PROFIBUS-DP网络上。主控室带有PROFIBUS-DP接口的CPU作为主站，在访问其从站时就像处理集中I/O一样，具有相同的组态、地址和编程。此种通信方式比以往与主控室通信所采用的点对点的方式相比，不论可靠性还是快速性都有了极大的提高。通过集成在CPU上的MPI接口可连接编程器及人机界面。 I/O模块的配置为：(1) 数字量输入模块SM321(32点)，3块。(2) 模拟量输入模块SM331(8通道)，2块。(3) 数字量输出模块SM322(32点)，2块。 系统的人机界面采用一台TP27-10触摸屏，分辨率为640480
147、点阵。触摸屏可适应恶劣的工业环境，防尘、防潮、防护等级达IP65。在触摸屏上可以模拟显示辊压机的工作情况，以及辊缝、压力、主电机电流、各点温度测量值等，还可随时修改辊压机的各种设定参数，极大地方便了用户。系统的配置图如图2-34所示。 图2-34 PLC系统的配置图 称重系统采用METTLER TOLEDO电子散料秤，它采用非连续累加的计量方式实现大宗散装物料的快速、准确称量和全过程的自动化控制，具有连续输送、静态计量的特点，满足了散装物料的接收、转运、发放等各种功能要求。它的PANTHER称重终端选用防水型不锈钢面板式，防护等级IP65。此终端具有称重显示功能，其RS-232口连接串行打印机
148、时可打印出当前毛皮净重量数据，连接PC时可连续输出重量数据及状态，也可接受PC机的命令字(去皮/清皮/清零)。若配置PROFIBUS-DP接口，则可作为从站接入PROFIBUS-DP工业现场总线中。 2人机界面人机界面TP27-10的功能的功能 通过执行触摸面板的运行状态，与所连接的PLC相关的当前过程值和错误均可用图形来表示，且可对辊压机实现监控。使用ProTool组态软件可自定义TP的显示与操作方法。在本系统中，TP可用于： (1) 通过菜单系统控制并监控过程。采用这种方法，可按值的形式或通过触摸已组态的按钮来输入设定值。例如，液压压力设定值、辊缝偏差设定值等。 (2) 在全图形画面上显示
149、过程、设备及系统。 (3) 除过程变量以输出域、棒状图、趋势图或状态显示外，还可使事件消息与报警消息可视化。 (4) 通过TP直接操作，如修改设定值等。 3进料控制的组成进料控制的组成 进料控制采用气动闸板阀，只有辊压机运行后此阀才允许打开。出料控制采用左右分料阀，分料阀开后才允许辊压机运行。分料阀采用BRS250/K40H整体电子式比例调节型电动执行机构控制，此机构以两相交流伺服电动机为驱动装置，由配接的位置定位器GAMX-D接收来自主控室计算机的信号，与执行机构位置发送器反馈回来的信号进行比较放大，输出足够大的功率，使电机旋转带动减速机直到信号偏差小于死区为止，此时执行机构的输出轴就稳定在
150、与输入信号相对应的位置上。位置定位器既能接受模拟信号控制也能接受无源开关信号控制，还能输出位置指示电流信号以显示阀位的开度。这比以往的辊压机分料采用人工手动控制要安全省力，精度得以大幅度提高。 4软件编程软件编程 硬件系统配置后，一些逻辑控制过程还需程序控制实现。在辊压机控制系统中，液压系统加压卸荷自动控制是整个控制的核心。液压系统控制流程图见图2-35。图2-35 液压系统控制流程图 2.7.5 设计小结设计小结 RP120-80辊压机信号检测、传输与控制是辊压机电控系统的核心。RP120-80辊压机电控系统以PROFIBUS-DP取代原有的点对点通信方式，用触摸屏代替传统的常规仪表显示，采用电动执行器控制分料，使信号传输可靠，工人操作方便，其自动化水平又上了一个新台阶，也标志着辊压机控制系统升级换代产品的发展趋势。
