毕业设计基于PLC的自动加料机控制系统南昌工程学院样本.doc

南昌工程学院毕业设计

题 目： 基于PLC自动加料机控制系统

学 院： 机械与电气工程学院
专 业： 09机电一体化（2）班
姓 名： ########
学 号： ##############
指引教师： #########

完毕日期： 年 6 月

摘要

由于生产和科技发展，自动化水平也越来越高，应用领域也越来越多。自动控制系统是实现自动化重要手段，自动控制运用控制装置使被控对象某个参数自动按照预定规律运营。如近年来，在玻璃制造行业中，玻璃全电熔技术中人工加料方式逐渐被自动加料系统取代等。自动加料系统具备工作时间长、操作简朴、加料均匀、工作稳定，自动化限度高等长处，因而，某些有实力采用全电熔玻璃产家已经开始使用自动加料设备。本次设计在本着节约资金、减少成本，提高生产效率，人机操作简便性，保障人身安全科学人性化管理方针下对加料机机构进行自动化设计。运用可编程控制器PLC来控制自动加料，本文以PLC程序控制自动加料设备控制程序。自动加料系统具备操作简朴、加料均匀、自动化限度高等长处,因而,某些有实力采用全电熔玻璃生产厂家已经开始使用自动加料设备。
此设计本着节约资金、减少成本，提高生产效率，人机操作简便性，保障人身安全状况下对加料机机构进行自动化设计。设计出更加适合于工作环境加料机构。此设计中自动加料机控制体系是采用以PLC为核心，结合触摸屏等辅助设备对ＰＬＣ控制这样一套自动化设备来实现，这样就可以在不购买新设备基本上对旧设备进行自动化改良，这不但大大提高了工作效率和经济效应，也提高了产品质量，以便了管理好设备，让公司管理体系更加完善，减少了人力物力。
文中阐述了基于PLC自动加料机控制系统构造，并分别简介了PLC构造和技术特点、自动加料机工艺技术规定、触摸屏界面设计、硬件选取、PLC模块I/O端口分派、PLC原理图、程序构造、主电气图和系统功能及保护。
核心词：PLC；自动加料机；I/O端口分派；变频器；触摸屏 ；程序构造；

目录

第一章 绪论 5
1.1 设计背景和研究意义 5
1.2 自动加料机控制系统技术规定 6
第二章 可编程控制器基本 8
2.1 PLC简介 8
2.2 PLC构造 9
2.3 PLC分类 10
2.4 PLC特点 12
2.5 PLC应用 14
2.6 PLC发展 15
2.7 PLC系统其她设备 16
2.8 PLC编程语言及设计原则 16
2.9 PLC通信联网 19
第三章 系统硬件设计 21
3.1 PLC选取 21
3.2 自动加料机选取 22
3.3 变频器选取 23
3.4 触摸屏选取 26
3.5 触摸屏人机界面设计 28
3.6 电动机选取 31
3.7 气缸选取 34
第四章 系统软件设计 36
4.1 工作流程图及主电路接线图 36
4.2 PLC模块I/O端口分派 38
4.3 系统程序设计 40
总 结 48
道谢 49
参照文献 50

第一章 绪论

1.1 设计背景和研究意义

制造业是当代文明支柱之一，其既占有基本地位，又处在前沿核心;它是工业发展主体又是国民经济持续发展基本。此前工厂都是运用人工方式进行生产加工，这样工作方式，不但没有安全保障，并且没有很高经济效益。特别是加工制造业方面，都是小工厂，小作坊形式，没有自动化设备，什么事只能靠人力去做，在乡镇里体现更明显。而制造业是国内经济增长主导部门和经济转型基本；作为经济社会发展重要依托，制造业是国内城乡就业重要渠道和国际竞争力集中体现。是提高国内国民生产重要支柱，制造业直接体现了一种国家生产力水平，是区别发展中华人民共和国家和发达国家重要因素，制造业在世界发达国家国民经济中占有重要份额。

随着国内发展形式越来越好，竞争也越来越激烈，高科技设备逐渐代替了此前手工操作方式，自动化设备也越来越多，自动控制系统用越来越多。公司面对压力也越来越大，不但要考虑国内对手，国外竞争逐渐加大，随着信息科技、市场经济迅猛发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，特别是随着高新科技日新月异，产品类型、工艺外形越来越复杂，再加上公司经营与发展必会晤对对劳工短缺、人工成本要省力化、合理化与自动化发展趋势！老式手工送料已经不能满足规定，这时自动加料机就应运而生。在今天当代科学技术许多领域中，什么是加料机呢？顾名思义，加料机就是专门用于粒料，粉料，片状料，带状等材料自动化，数控化，精准化输送机器，无论是轻工行业还是重工业都不可缺少设备。老式观念，送料机是借助于机器运动作用力加于材料，对材料进行运动运送机器。

改革开放以来，各项技术不断发展，如自动控制技术、电力电子技术、检测技术和信息技术，使得这些应用领域越来越多。作为辅助装置送料机构自动化水平也需要越来越高。提高自动化水平不但可以提高效率、产品质量同步也能保证工人人身安全。
综上所述，在本着节约资金、减少成本，提高生产效率，保障人身安全状况下对加料机机构进行自动化设计。设计出更加适合于工作环境加料机构。此设计中自动加料机控制体统就是采用以PLC为核心自动控制技术来实现功能来实现。

1.2 自动加料机控制系统技术规定

在玻璃制造行业中，玻璃全电熔技术中人工加料方式逐渐被自动加料系统取代。自动加料系统 具备工作时间长、操作简朴、加料均匀、自动化限度高等长处，因而，某些有实力采用全电熔玻璃产家已经开始使用自动加料设备。为此，本人以此设计一套以PLC程序控制自动加料设备控制程序。
工艺规定如下：
自动加料机机械系统共设计了2台电动机，振动电机和变频电机，分别实现对加料设备振动和对传送带驱动。振动是使物料能顺利下落到传送带上，不至于卡住。驱动电机是驱动传送带运动，将物料装入下料口中。此系统工作全过程是：启动系统，然后推动手臂到位，待到手臂到位后触动行程开关，此时给PLC一种信号驱动变频器启动。接着启动变频电机E13，此时变频电机驱动传送带转动，传送带上E5、E6上料就加到料斗E11中去。为保证传送带上有料且不浮现堆料及缺料现象本例采用了断续加料方式，及启动振动器加料时间T3再停止振动器停止加料时间T4，如此循环，直到合计加料时间到达T2。这时候停止振动器和变频器，接着延时时间T5 5~10秒。接着缩回手臂，带手臂缩回到位后，再延时时间T6 5~10 秒。这样循环下去，直到到达设定运营次数再停止系统。

图 1.1 运动过程示意图

第二章 可编程控制器基本

2.1 PLC简介
　 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中一员，是为工业控制应用而设计制造。初期可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它重要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术发展，这种装置功能已经大大超过了逻辑控制范畴，因而，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）简称混淆，因此将可编程控制器简称PLC。
在60年代，汽车生产流水线自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成。当时汽车每一次改型都直接导致继电器控制装置重新设计和安装。随着生产发展，汽车型号更新周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期缩短。为了变化这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，规定用新控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：
1、编程以便，现场可修改程序；
2、维修以便，采用模块化构造；
3、可靠性高于继电器控制装置；
4、体积不大于继电器控制装置；
5、数据可直接送入管理计算机；
6、成本可与继电器控制装置竞争；
7、输入可以是交流115V；
8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；
9、在扩展时，原系统只要很小变更；
10、顾客程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型工业控制装置以其简朴易懂，操作以便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列长处，不久地在美国其她工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。
这一新型工业控制装置浮现，也受到了世界其她国家高度注重。1971日本从美国引进了这项新技术，不久研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们第一台PLC。国内从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。
2.2 PLC构造
1.基本构造：各种PLC构成构造基本相似，重要有CPU,电源，储存器和输入输出接口电路等构成。
2．储存器：PLC存储器涉及系统存储器和顾客存储器两种。系统存储器用于存储PLC系统程序，顾客存储器用于存储PLC顾客程序。当前PLC普通均采用可电擦除E2PROM存储器来作为系统存储器和顾客存储器。，它不断采集输入信号，执行顾客程序，刷新系统输出。
3．中央解决器： 中央解决器单元普通由控制器、运算器和寄存器构成。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与储存单元、输入输出接口、通信接口、扩展接口相连。CPU是PLC核心
4．输入接口电路：PLC输入接口电路可分为直流输入电路和交流输入电路。直流输入电路延迟时间比较短，可以直接与接近开关，光电开关等电子输入装置连接；交流输入电路合用于在有油雾、粉尘恶劣环境下使用。交流输入电路和直流输入电路类似，外接输入电源改为220V交流电源。
5．输入输出接口单元：PLC输入接口电路作用是将按钮、行程开关或传感器等产生信号输入CPU；PLC输出接口电路作用是将CPU向外输出信号转换成可以驱动外部执行元件信号，以便控制接触器线圈等电器通、断电。PLC输入输出接口电路普通采用光耦合隔离技术，可以有效地保护内部电路。

6．电源：PLC普通使用220V交流电源或24V直流电源，内部开关电源为PLC中央解决器、存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常工作。

7．输出接口电路：输出接口电路普通有3种类型：继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型。继电器输出型、晶体管输出型和晶闸管输出型输出电路类似，只是晶体管或晶闸管代替继电器来控制外部负载。

8．扩展接口和通信接口：PLC扩展接口作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，使PLC配备更加灵活，以满足不同控制系统需要；通信接口功能是通过这些通信接口可以和监视器、打印机、其她PLC或是计算机相连，从而实现“人-机”或“机-机”之间对话。
2.3 PLC分类

PLC（可编程控制器）在当代自动化行业中应用广泛，那么PLC在广泛应用中，可以分为几大类呢，人们又是怎么样通过区别呢？
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相似。对PLC分类，普通依照其构造形式不同、功能差别和I/O点数多少等进行大体分类。

 1.按功能分类
   依照PLC所具备功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。
（1）低档PLC  具备逻辑运算、定期、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模仿量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。重要用于逻辑控制、顺序控制或少量模仿量控制单机控制系统。

（2）中档PLC   除具备低档PLC功能外，还具备较强模仿量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，合用于复杂控制系统。

（3）高档PLC   除具备中档机功能外，还增长了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其他特殊功能函数运算、制表及表格传送功能等。高档PLC机具备更强通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。

3．按I/O点数分类
依照PLCI/O点数多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。

(1).小型PLC——I/O点数< 256点；单CPU、8位或16位解决器、顾客存储器容量4K字如下。
如：GE-I型     美国通用电气（GE）公司
    TI100      美国德洲仪器公司
    F、F1、F2  日本三菱电气公司
    C20 C40    日本立石公司（欧姆龙）
    S7-200     德国西门子公司
    EX20 EX40  日本东芝公司
    SR-20/21   中外合资无锡华光电子工业有限公司
(2). 中型PLC——I/O点数256～2048点；双CPU，顾客存储器容量2～8K
如：S7-300     德国西门子公司
SR-400     中外合资无锡华光电子工业有限公司
SU-5、SU-6   德国西门子公司
C-500        日本立石公司
GE-Ⅲ        GE公司

 (3). 大型PLC——I/O点数> 2048点；多CPU，16位、32位解决器，顾客存储器容量8～16K
如：S7-400  德国西门子公司
GE-Ⅳ   GE公司
C-  立石公司
K3      三菱公司等
2．按构造形式分类
  依照PLC构造形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。
（1）整体式PLC  整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一种机箱内， 具备构造紧凑、体积小、价格低特点。小型PLC普通采用这种整体式构造。整体式PLC由不同I/O点数基本单元（又称主机）和扩展单元构成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU。基本单元和扩展单元之间普通用扁平电缆连接。整体式PLC普通还可配备特殊功能单元，如模仿量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。

  （2）模块式PLC   模块式PLC是将PLC各构成某些，分别作成若干个单独模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLC由框架或基板和各种模块构成。模块装在框架或基板插座上。这种模块式PLC特点是配备灵活，可依照需要选配不同规模系统，并且装配以便，便于扩展和维修。大、中型PLC普通采用模块式构造。

  尚有某些PLC将整体式和模块式特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配备，还可做得体积小巧。

2.4 PLC特点

1、丰富I/O接口模块
PLC针对不同工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模仿量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应I/O模块与工业现场器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。
此外为了提高操作性能，它尚有各种人-机对话接口模块；为了构成工业局部网络，它尚有各种通讯联网接口模块，等等。
2、高可靠性
（1）所有I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数普通为10~20ms.
（3）各模块均采用屏蔽办法，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良开关电源。
（5）对采用器件进行严格筛选。
（6）良好自诊断功能，一旦电源或其她软，硬件发生异常状况，CPU及时采用有效办法，以防止故障扩大。
（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

3、采用模块化构造
为了适应各种工业控制需要，除了单元式小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化构造。PLC各个部件，涉及CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统规模和功能可依照顾客需要自行组合。
4、安装简朴，维修以便
PLC不需要专门机房，可以在各种工业环境下直接运营。使用时只需将现场各种设备与PLC相应I/O端相连接，即可投入运营。各种模块上均有运营和故障批示装置，便于顾客理解运营状况和查找故障。
由于采用模块化构造，因而一旦某模块发生故障，顾客可以通过更换模块办法，使系统迅速恢复运营。
5、编程简朴易学
PLC编程大多采用类似于继电器控制线路梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机专门知识，因而很容易被普通工程技术人员所理解和掌握。

2.5 PLC应用
PLC应用领域，最初，PLC重要用于开关量逻辑控制。随着PLC技术进步，它应用领域不断扩大。

   如今，PLC不但用于开关量控制，还用于模仿量及数字量控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范畴、跨地区控制与治理。PLC已日益成为产业控制装置家族中一种重要角色。但归纳起来，PLC重要应用有如下五个方面。

1.开关逻辑量控制——开关逻辑量控制是PLC最基本应用，即用PLC取代老式继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。如机床电气控制、电动机控制、注塑机控制、电镀流水线、电梯控制等等。总之，PLC既可以用于单机控制，也可以用于多机群和生产线控制。

2.模仿量过程控制——除了数字量之外，PLC还能控制持续变化模仿量，如温度、压力、速度、流量、液位、电压和电流等均为模仿量。通过各种传感器将相应模仿量转换为电信号，然后通过A/D模块将她们转换为数字量送到PLC内部CPU解决，解决后数字量在通过D/A模块转换为模仿量进行输出控制。若使用专用智能PID模块，可以实现对模仿量闭环控制。

3.机械件位置控制——位置控制是指PLC使用专用位置控制模块来控制步进电机或伺服电机，从而实现对各种机械构件运动控制，如控制构件速度、位移、运动方向等。PLC位置控制典型应用有机器人运动控制、机械手位置控制、电梯运动控制等，PLC还可以和计算机数控装置构成数控机床，以数字控制方式控制零件加工、金属切削等，实现高精度加工。

4.现场数据采集解决——当前PLC都具备数据解决指令、数据传送指令、算术和逻辑运算指令和循环移位与移位指令，因此由PLC构成监控系统，可以以便对生产现场数据进行采集、分析和加工解决。数据解决通惯用于诸如柔性制造系统、机器人和机械手控制系统等大中型控制系统中。

5.通信联网、多级控制
PLC与PLC之间、PLC与上位计算机之间通信，要采用其专用通信模块，并运用RS-232或RS-422A接口，用双绞线过同轴电缆或光缆将它们连接成网络。并由一台计算机与多台PLC构成分布式控制系统，进行“集中管理，分散控制”，建立工厂自动化网络。PLC还可以连接CRT显示屏或打印机，实现显示和打印。

2.6 PLC发展

虽然PLC问世时间不长，但是随着微解决器浮现，大规模，超大规模集成电路技术迅速发展和数据通讯技术不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大体可分三个阶段：
1、初期PLC（60年代末—70年代中期）
初期PLC普通称为可编程逻辑控制器。这时PLC多少有点继电器控制装置代替物含义，其重要功能只是执行原先由继电器完毕顺序控制，定期等。它在硬件上以准计算机形式浮现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场规定。装置中器件重要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。此外还采用了某些办法，以提高其抗干扰能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉继电器控制线路方式—梯形图。因而，初期PLC性能要优于继电器控制装置，其长处涉及简朴易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有编程语言—梯形图始终沿用至今。
2、中期PLC（70年代中期—80年代中，后期）
在70年代，微解决器浮现使PLC发生了巨大变化。美国，日本，德国等某些厂家先后开始采用微解决器作为PLC中央解决单元(CPU)。
这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增长了算术运算、数据解决和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有开关模块以外，还增长了模仿量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器容量，使各种逻辑线圈数量增长，还提供了一定数量数据寄存器，使PLC得应用范畴得以扩大。
3、近期PLC（80年代中、后期至今）
进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术迅速发展，微解决器市场价格大幅度下跌，使得各种类型PLC所采用微解决器档次普遍提高。并且，为了进一步提高PLC处 理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑解决芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。
2.7 PLC系统其她设备
PLC系统其她设备，基本功能是对信息和数据解决。通用有编程器、可编程终端、打印机、条码读入机等等。

编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运营、检查维护不可缺少器件，用于编程、对系统作某些设定、监控PLC及PLC所控制系统工作状况，但它不直接参加现场控制运营。小编程器PLC普通有手持型编程器，当前普通由计算机（运营编程软件）充当编程器。也就是咱们系统上位机。

人机界面：最简朴人机界面是批示灯和按钮，当前液晶屏（或触摸屏）式一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运营组态软件）充当人机界面非常普及。

2.8 PLC编程语言及设计原则

不同厂家PLC有不同编程语言，但就某个厂家来说，PLC编程语言也就那么几种。下面以西门子PLC编程语言为例，阐明一下各种编程语言异同。

1．梯形图（LAD）

这是使用最多PLC编程语言。因与继电器电路很相似，具备直观易懂特点，很容易被熟悉继电器控制人员所掌握，特别适合于数字逻辑量控制。

梯形图由触点、线圈和用方框表达指令构成。触点代表逻辑输入条件，线圈代表逻辑运算成果，惯用来控制批示灯、开关盒内部标志位等，指令框用来表达定期器、计数器或数学运算等附加指令。在程序中，最左边是主信号流，信号流总是从左流向右。

2. 顺序功能图（SFC）
这是一种位于其她编程语言之上图形语言，用来编制顺序控制程序。编写时，工艺过程被划为若干个顺序浮现步，每步中涉及控制输出动作，从一步到另一转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。

3. 功能块图（FBD）

功能块图使用类似于布尔代数图形逻辑符号来表达控制逻辑，某些复杂功能用指令框表达，适合于有数字电路基本编程人员使用。功能块图用类似于与门、或门框图来表达逻辑运算关系，方框左侧为逻辑运算输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端小圈圈表达非运算，方框用“导线”连在一起，信号自左向右。

4. 语句表（STL）

这是一种类似于微机汇编语言一种文本编程语言，由多条语句构成一种程序段。语句表适合于经验丰富程序员使用，可以实现某些梯形图不能实现功能。

5. 构造化文本（ST）
构造化文本时为IEC61131-3原则创立一种专用高档语言。与梯形图相比，它可实现复杂数学运算，编写程序非常简洁和紧凑。

STEP 7S7 SCL构造化控制语言、编程语言和C语言、Pascal语言相似，特别适合于习惯使用高档语言编程人员使用。

在设计PLC时总会有某些原则上规定，也就是设计基本原则，PLC控制系统与其她工业控制系统类似，其目是为了实现被控对象工艺规定，从而提高生产效率品质质量。在设计PLC控制控制系统是应按照如下基本原则进行，
1. 熟悉控制对象，拟定控制范畴

设计前要实地考察，全面且详细地理解被控对象特点和生产工艺过程。同步要收集各种资料，归纳出工作状态流程图，并与关于机械设计人员和实际操作人员进行互相交流和讨论，明确控制人物和设计规定。要理解工艺工程和机械运动与电气执行元件之间关系和对控制系统控制规定，共同拟定出电气控制方案，最后归纳出电气执行元件运动节拍表。这也是PLC要正的确现主线任务。

2.优化控制系统，拟定PLC型号

在拟定了控制对象和控制范畴之后，需要制定制定相应控制方案。在满足控制规定前提下，力求使设计出来控制系统简朴、可靠、经济以及使用和维修以便。

控制方案制定可以依照生产工艺和机械运动控制规定，拟定电气控制系统工作方式。是单机控制就可以满足规定，还是需要多机联网通信方式。最后，综合考虑所有规定，拟定所要选用PLC型号，以及其她各种硬件设备。

3. 可升级性

随着生产工艺不断发展，原有控制系统也要不断地升级和改进，才干适应新控制环境和规定。这就规定在设计PLC控制系统时候，应考虑到日后生产发展和工艺改进，而恰当留有某些余量，以便背面升级。

4. 提高可靠性和安全性

在考虑完所有控制细节和应用规定之后，还必要要特别注意控制系统安全性和可靠性。大多数工业控制现场，布满了各种各样干扰和潜在突发状态。因而，在设计最初阶段就要考虑到这方面各种因素，到现场去观测和收集数据。没有了安全性和可靠性控制系统，其她一切都无从谈起。

2.9 PLC通信联网

只要两个系统之间存在着信息互换，那么这种互换就叫通信。通过对通信技术应用，可以实当前各种系统之间进行数据传送、交和解决。PLC与计算机、PLC与外围设备、PLC与PLC之间通信统称为PLC通信。

一种通信系统，从硬件来看，是由发送设备、接受设备、控制设备和通信介质等构成，从软件来看，还必要有通信合同和通信软件配合。

1. 通信方式

按照数据传播方式进行分类，可以将通信方式分为两种：并行通信和串行通信。

并行通信特点是将各种数据位同步进行传播，传播数据有多少位，就相应有多少根传播线，因而并行通信传播速度快。但是随着传播位数增多，电路复杂限度也就相应增长，成本也随着增长，因而，并行传播比较适合于短距离数据通信。

串行通信特点是只用一根数据线进行传播，多位数据必要在同一根数据线上按顺序传播，因而，串行通信传送速度要比并行通信慢，但是由于只要一根数据线进行传播，因此电路比较简朴，适合于多数位、长距离通信传播。

串行通信按照信息在设备间传播方向，还可以分为单工、半双工、全双工三种方式，

PLC通信普通采用异步串行通信方式。

2. 传播介质

传播介质是网络中连接受发双方物理通道，也是通信中实际传送信息载体。传播介质大体可分为有线介质和无线介质。通惯用有线介质有双绞线、同轴光缆和光纤等。无线介质是指在空间传播电磁波，红外线，微波等。在PLC网络应用中，普遍使用是有线介质。
1. 同轴光缆——由导体铜质芯线、内绝缘层、屏蔽层、外绝缘层和塑料保护层5某些构成，与双绞线相比，同轴缆线抗干扰能力强，可以应用于频率更高、数据传播速度更快场合。
2. 双绞线——是一种使用广泛且价格便宜传播介质，分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线两种，它由两根彼此绝缘导线按照一定规则以螺旋状绞合在一起构成，双绞线既可以传播模仿信号又可以传播数字信号，普通在传播模仿信号时，每隔5-6Km加一种放大器，传播数字信号时，每隔2-3Km加一种中继器。
3. 光纤——是一种传播光信号传媒介质，其从中心道外层分别为光纤芯、包层、保护层。

第三章 系统硬件设计

3.1 PLC选取
当前，国内外众多生产厂家提供了各种功能各异PLC产品，应用中应当全面权衡利弊、合理地选取机型才干达到经济实用目、普通选取机型要满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免导致投资和设备资源挥霍。机型选取可以从如下方面来考虑。
1.对输入/输出点选取
盲目选取点数多机型会导致一定挥霍。因此要线弄清晰控制系统I/O总点数，再按实际所需总点数15%~20%留出备用量后拟定所需PLC点数。
2.对存储容量选取
在存储容量上，只能大概进行估算，普通估算按容量50%~100%留有余量，对于缺少经验设计者。选取容量是应当留有更多余量。
3. 依照输出负载特点选型
不同负载对PLC输出方式有不同规定。例如，频繁通断感性负载，应选取晶体管或晶闸管输出型，而不应选取继电器输出型。

4. 对I/O口响应速度选取
PLCI/O响应时间涉及输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起时间延迟（普通在2～3个扫描周期）等。对开关量控制系统，PLC和I/O响应时间普通都能满足实际工程规定，可不必考虑I/O响应问题。但对模仿量控制系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。
5. 机型构造选取
在相似功能和相似I/O点数据状况下，整体式比模块式价格低。但模块式具备功能扩展灵活，维修以便（换模块），容易判断故障等长处，要按实际需要选取PLC构造形式。
6. 控制功能选取
涉及运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和解决速度等特性选取。

本设计采用SIEMENS S7224XPPLC。本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模仿量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展值至168路数字量I/O点或38路模仿量I/O点。20K字节程序和数据存储空间，6个独立高速计数器（100KHz），2个100KHz高速脉冲输出，2个RS485通讯/编程口，具备PPI通讯合同、MPI通讯合同和自由方式通讯能力。本机还新增各种功能，如内置模仿量I/O,位控特性，自整定PID功能，线性斜坡脉冲指令，诊断LED，数据记录及配方功能等。是具备模仿量I/O和强大控制能力新型CPU。

图3.1 西门子s7—224XP

3.2 自动加料机选取

当前市场上应用自动加料机型号比较多，玻璃电熔炉自动加料机型号重要有三种：一是翻转进给型，二是XY型，三是振动型。从经济方面以及工作环境考虑，综合本人所设计自动加料控制系统考虑，选用振动进给型自动加料机最为适当。

图3.2 自动加料机

3.3 变频器选取

变频器是以电子技术、微电子技术和当代控制理论在交流调速系统中应用为基本上发展起来智能型调速设备。变频器调速时当代电力传动技术重要发展方向，随着近几十年电力电子技术不断完善及计算机技术发展，变频器各项性能日趋完美，已被不同窗科、不同行业工程人员广泛应用，为公司带来了可观经济效应，推动了工艺生产自动化进程，是极富吸引力调速节能设备之一。当代变频交流调速在诸多场合已经逐渐取代了过去内反馈串级调速、变极调速等调速系统，甚至取代了液力耦合、滑差、直流调速。可以说，有交流电动机调速地方就有变频器应用。变频器作为一种新型调速节能设备，是当前最简朴、最以便一种调速节选取制动单元和制动电阻。
当前，变频器在国内应用范畴以进一步到石油、电力、冶炼、军工、化工等各种工业生产及民用行业中。当前市场上变频器种类诸多，有国产品牌，如西普、佳灵、普传、KV1000、康沃、惠丰、森兰、安邦信、富凌、时代、海利等；有欧美国家品牌，如西门子、ABB、Vacon、KEB（科比）、Lenze（伦茨>、Schneider（施耐德）、DANFOSS（丹佛斯）等；有日本品牌，如富士、三菱、三肯、东芝、日立、安川、明电、松下、东洋等；有韩国品牌，如LG、三星、当代等；有国内港澳台地区品牌，如普传、台达、阳岗、台安、正频、东亢、宁茂、爱德利等。
不同类型、不同品牌变频器有不同原则规格和技术数据，价格相差也很大，选用时应注意如下问题。
1. 变频器功率 按所带负载功率选用。多大功率电机就选多大功率变频器。大一规格也可以。
2. 变频器型号 不同用途选不同变频器。 例如 有通用变频器，有风机水泵专用变频器， 有机床主轴专用变频器等等。
3. 负载惯性大，要同步选取制动单元和制动电阻。
4.查电动机铭牌额定电流，(没有铭牌时测出额定电流).变频器额定电流比电动机最大运营电流大就可以了.
　　按照生产机械类型、调速范畴、静态速度精度、起动转矩及性价比规定本例中选用西门子MM440变频器。西门子MM440变频器全称是MicroMaster440它是全新一代可以广泛应用多功能原则变频器它采用高性能矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好动态特性，同步具备超强过载能力，以满足广泛应用场合。创新BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟灵活性。
　　重要特性：

200V-240V ±10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW； 380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW；
　　矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；
　　高过载能力，内置制动单元；

　三组参数切换功能。控制功能： 线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；

　　原则参数构造，原则调试软件；
　　数字量输入6个，模仿量输入2个，模仿量输出2个，继电器输出3个；
　　独立I/O端子板，以便维护；
　　采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；
　　内置PID控制器，参数自整定；
　　集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；
　　具备15个固定频率，4个跳转频率，可编程；
　　可实现主/从控制及力矩控制方式；
　　在电源消失或故障时具备"自动再起动"功能；
　　灵活斜坡函数发生器，带有起始段和结束段平滑特性；
　　迅速电流限制（FCL），防止运营中不应有跳闸；
　　有直流制动和复合制动方式提高制动性能。
　　保护功能：
　　过载能力为200%额定负载电流，持续时间3秒和150%额定负载电流，持续时间60秒；
　　过电压、欠电压保护；
　　变频器、电机过热保护；
　　接地故障保护，短路保护；
　　闭锁电机保护，防止失速保护；
采用PIN编号实现参数连锁

图3.3 西门子MM440变频器

3.4 触摸屏选取

随着微型计算机技术及网络技术发展，触摸屏在生产生活中应用越来越多，从广义上讲，触摸屏就是一种简朴易学就计算机输入设备，或是说人人都会使用与计算机沟通设备，应用方面越来越多，特别是应用在自动控制方面系统中，使之更趋于人性化等等。综合考虑到成本环境等因素，本设计中用是
威纶触摸屏MT6070iH
威纶触摸屏MT6070iH详细信息：

1、原则USB 2.0接口，可接USB鼠标、USB键盘、USB打印机等，即插即用。
2、支持U盘，通过U盘迅速上传、下载Project。
3、支持U盘扩展寄存器（EM0~EM9）， 轻松实现断电保持。最大可扩展到2G(WORD)。
4、通过USB口，实现扩展寄存器与PLC数据交互存储。
5、U盘支持“热插拔”,运用U盘随时备份与更新生产数据
6、可将历史资料与配方资料（RW或者RW_A寄存器数据）通过U盘下载到HMI，数据更新更加以便。
7、可将HMI配方资料（RW或者RW_A寄存器数据）、历史故障记录、采样资料等保存到