西门子模块6ES7331-7KB02-0AB0参数方式

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PLC控制系统设计步骤一个需要以下七个:

1. 系统设计与设备选型

a. 分析你所控制的设备或系统.PLC主要的目的是控制外部系统.这个系统可能是单个机器,机群或一个生产过程.

b. 判断一下你所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求.（选型要求）

c. 判断一下你所要控制的设备或系统的复杂程度,分析内存容量是否够.

2. I/O赋值（分配输入输出）

a. 将你所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值,与PLC的输入编号相对应.（列表）

b. 将你所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值,与PLC的输出编号相对应.（列表）

3. 设计控制原理图

a. 设计出较完整的控制草图.

b. 编写你的控制程序.

c. 在达到你的控制目的的前提下尽量简化程序.

4. 程序写入PLC

将你的程序写入可编程控制器.

5. 编辑调试修改你的程序

a.程序查错(逻辑及语法检查）

b.在局部插入END,分段调试程序.

c.整体运行调试

6. 监视运行情况

在监视方式下,监视一下你的控制程序的每个动作是否正确.如不正确返回步骤5,如果正确则作七步.

7. 运行程序（千万别忘记备份你的程序）

煤矿地面生产系统中的应用

一. 系统设计与选型

1.系统分析:

唐山荆各庄煤矿的输煤系统全长大约300米左右,生产过程是这样的.地下开采的煤通过提升机提到地面并翻斗到前煤仓.此时提升上来的煤是各种物体的混合体,其中包括煤,煤矸石,煤末,木棍等等.煤矿地面生产系统的主要目的是将提升上来的混合物变成我们需要的煤末和煤块.煤末通过皮带1和皮带2传送到后仓由刮板刮到舱下的火车车厢内.块煤和其它混合物通过手选1和手选2皮带传送,由站在两边的工作人员煤矸石木棒等杂物,真正的煤块被传送到堆煤场.下面给出地面生产系统生产过程的框图. 

在没有实现PLC控制以前,整个生产过程是手动的.工作人员按照下面生产流程启动生产线.

1.起动刮板

2.起动皮带1和皮带2

3.起动手选1和手选2

4.起动电动筛1和电动筛2

5.起动供煤1和供煤2

工作人员按照下面生产流程停止生产线.

1.停止供煤1和供煤2

2.停止电动筛1和电动筛2

3.停止手选1和手选2

4.停止皮带1和皮带2

5.停止刮板

每起动和停止一个设备都有一定的延时.停产时延时时间根据输煤线没有煤为标准. 

整个起动过程都是步行,工作人员的劳动强度是不是很大. 

根据以上的生产过程分析这个系统是一个不大的生产过程,输入点数少于输出点数,考虑到留有一些备用点,选择了F1-40MR 24入/16出的PLC,而1K的编程容量可满足系统要求,进而设计了下面的PLC控制的煤矿地面生产系统. 

伺服电机又称执行电机,它是控制电机的一种.它是一种用电脉冲信号进行控制的,并将脉冲信号转变成相应的角位移或直线位移和角速度的执行元件.根据控制对象的不同,由伺服电机组成的伺服系统一般有三种基本控制方式,即位置控制、速度控制、力矩控制.本系统我们采用位置控制.

PLC在自动化控制领域中,应用十分广泛.尤其是近几年PLC在处理速度,指令及容量、单轴控制方面得到飞速的发展,使得PLC在控制伺服电机方面也变得简单易行.

1控制系统中元件的选型

1.1PLC的选型

因为伺服电机的位移量与输入脉冲个数成正比,伺服电机的转速与脉冲频率成正比,所以我们需要对电机的脉冲个数和脉冲频率进行控制.且由于伺服电机具有无累计误差、跟踪性能好的优点,伺服电机的控制主要采用开环数字控制系统,通常在使用时要搭配伺服驱动器进行控制,而伺服电机驱动器采用了大规模集成电路,具有高抗干扰性及快速的响应性.在使用伺服驱动器时,往往需要较高频率的脉冲,所以就要求所使用的PLC能产生高频率脉冲.三菱公司的FX3U晶体管输出的PLC可以进行6点同时100 kHz高速计数及3轴立100 kHz的定位功能,并且可以通过基本指令0.065 μs、PCMIX值实现了以4.5倍的高速度,满足了我们控制伺服电机的要求,所以我们选用FX3U-48MT-ES-A型PLC.

1.2伺服电机的选型

在选择伺服电机和驱动器时,只需要知道电机驱动负载的转距要求及安装方式即可,我们选择额定转距为2.4 N·m,额定转速为3 000 r/min,每转为131 072 p/rev分辨率的三菱公司HF-KE73W1-S100伺服电机,与之配套使用的驱动器我们选用MR-E-70A-KH003伺服驱动器.三菱的此款伺服系统具有500 Hz的高响应性,定位,高水平的自动调节,能轻易实现增益设置,且采用自适应振动抑止控制,有位置、速度和转距三种控制功能,满足要求.

同时我们采用三菱GT1155-QFBD-C型触摸屏,对伺服电机进行自动操作控制.

2 PLC控制系统设计

我们需要伺服电机实现正点、反点、原点回归和自动调节等动作,另外为确系统的性我们增加编码器对伺服电机进行闭环控制.PLC控制系统I/O接线图如图1.

图1 I/O接线图

上图中的公共端的电源不能直接接在输入端的24 V电源上.根据控制要求设计了PLC控制系统梯形图如图2. 

图2 梯形图 

M806控制伺服急停,M801控制伺服电机原点回归,M802控制伺服正点,M803控制伺服反点,M804为自动调节,M805为压力校正即编码器的补偿输入.在电机运行前需要进行原点回归,以确保系统的准确性和稳定性,当M50和M53同时接通时,伺服电机以2 kHz的速度从Y0输出脉冲,开始做原点回归动作,当碰到近点信号M30＝ON时,变成寸动速度1 kHz,从Y0输出脉冲直到M30=OFF后停止.M30是在自动调节时,电机转动的角度与零点相等时为ON.

电机在进行正反点时,我们采用FX3U具有的表格定位指令DTBL S1 S2;在使用表格定位之前,我们要在梯形图左边的PLC bbbbbeter（PLC参数）中进行定位设定.正反点控制我们采用指令DRVA S1 S2 D1 D2定位指令.在自动运行时,我们利用PLC内强大的浮点运算指令,根据系统的多方面参数进行计算;在操作时,我们只需要在触摸屏上设定参数,伺服电机便根据程序里的运算公式转化成为脉冲信号输出到驱动器,驱动器给电机信号运转.在伺服电机运行的过程中为确保电机能达到我们需要的精度,我们采用增量式编码器与伺服电机形成闭环控制,我们把计算到的角度与编码器实际测量角度进行比较,根据结果调整伺服电机的脉冲输出,从而实现定位.整个程序我们采用步进指令控制（也可以采用一般指令控制）,简单方便.

3 伺服系统设置

3.1伺服驱动器的接线

伺服系统的接线很简单,我们只需要按照规定接入相对应的插头即可.将三相电源线L1,L2,L3插头接入CPN1,将伺服电机插头接入CN2,将编码器插头接入CNP2,控制线插头接入CN1.我们在调试程序时需要用伺服电机的软件,通过RS422接口接到伺服系统的CN3上即可.

对于CN1控制线接法如表1.

表1控制线接法

3.2伺服驱动器的参数设定

系统采用定位控制.三菱MR-E系列的伺服驱动器,主要有两组参数,一组为基本参数,另一组为扩展参数,根据本系统要求,我们主要设定基本参数,主要有NO.0,,NO.2,NO.3,NO.4,NO.5,NO.7,8,9,扩展参数要根据具体情况进行设定.

同时我们也可以通过伺服设置软件SETUP221E进行参数设置.我们在伺服电机进行调试过程中建议先设为速度模式,进行伺服电机的点动测试.

正在进行的改变硬件已经开始同质化今天，PLC已经不应该去比较谁的CPU执行速度快？谁的存储大？谁能带的I/O点多？能够用什么编程语言？PLC作为工业控制的产品，已经产生了很多变化，这一切要归根于IT技术带来的。存储越来越而且越来越大，使得你在PLC上可以存储大量的实时数据，而CPU则越来越快，以前那些解决不了的问题正在被轻松解决，而显示屏也越来越多样和丰富，硬件的需求越来越高速，但是，标准化和通用化是未来的趋势，因此，竞争已经不在硬件本身，性能决定一切的时代即将过去。 PLC要加开放的融合各种技术功能时代已经到来，这就包括了运动控制、、液压，机器人、CNC、实时通信、FDT、无线以太网、GPRS等都在广泛的渗透到控制中，PLC要变得加开放才能在未来的竞争中生存。

技术正在走向融合-集成解决方案PC技术的广泛应用使得控制器的能量无限扩大，而丰富的软件应用也让CPU快，强，IT技术提供了这一切，Inbbb架构的嵌入式CPU已经被广泛应用于工业控制，而PAC、PCC、PLC、PC、DCS、SA这些概念正在相互融合，并且逐渐的与GIS、SQLServer等技术相互接口融合，控制技术正在构成一个集成的整体，单个的PLC或者PC已经在整个控制应用的需求中变得扁平，界限也开始模糊，控制器，通用控制器的概念也开始模糊，世界正在走向融合。

如果单纯的讲PLC的性能、功能进行列项比较，是无法反映PLC的全貌的，只能在局部看PLC，而结合产业需求、PLC厂商的产品设计架构与理念等来综合考量。

在数控机床出现以前，顺序控制技术在工业生产中已经得到广泛应用。许多机械设备的工作过程都需要遵循一定的步骤或顺序。顺序控制即是以机械设备的运行状态和时间为依据，使其按预先规定好的动作次序顺序地进行工作的一种控制方式。

数控机床所用的顺序控制装置（或系统）主要有两种，一种是传统的“继电器逻辑电路”，简称RLC（Relay Logic Circuit）。另一种是“可编程序控制器”，即PLC。

RLC是将继电器、接触器、按钮、开关等机电式控制器件用导线连接而成的以实现规定的顺序控制功能的电路。在实际应用中，RLC存在一些难以克服的缺点。如：只能解决开关量的简单逻辑运算，以及定时、计数等有限几种功能控制，难以实现复杂的逻辑运算、算术运算、数据处理，以及数控机床所需要的许多特殊控制功能，修改控制逻辑需要增减控制元器件和重新布线，安装和调整周期长，工作量大；继电器、接触器等器件体积较大，每个器件工作触点有限。当机床受控对象较多，或控制动作顺序较复杂时，需要采用大量的器件，因而整个RLC体积庞大，功耗高，性差等。由于RLC存在上述缺点，因此只能用于一般的工业设备和数控车床、数控钻床、数控镗床等控制逻辑较为简单的数控机床。

与RLC比较，PLC是一种工作原理不同的顺序控制装置。PLC具有如下基本功能：

1）PLC是由计算机简化而来的。为适应顺序控制的要求，PLC省去了计算机的一些数字运算功能，而强化了逻辑运算控制功能，是一种功能介于继电器控制和计算机控制之间的自动控制装置。

PLC具有与计算机类似的一些功能器件和单元，它们包括：CPU、用于存储系统控制程序和用户程序的存储器、与外部设备进行数据通信的接口及工作电源等。为与外部机器和过程实现信号传送，PLC还具有输入、输出信号接口。PLC有了这些功能器件和单元，即可用于完成各种的控制任务。PLC系统的基本功能结构框图如图1所示。

图1  PLC系统的基本功能结构

    2）具有面向用户的指令和于存储用户程序的存储器。用户控制逻辑用软件实现。适用于控制对象动作复杂，控制逻辑需要灵活变的场合。

    3）用户程序多采用图形符号和逻辑顺序关系与继电器电路十分近似的“梯形图”编辑。梯形图形象直观，工作原理易于理解和掌握。

    4）PLC可与编程机、编程器、个人计算机等设备联接，可以很方便地实现程序的显示、编辑、诊断、存储和传送等操作。

    5）PLC没有继电器那种接触不良、触点熔焊、磨损和线圈烧断等故障。运行中无振动、无噪音，且具有较强的抗干扰能力，可以在环境较差（如：粉尘、高温、潮湿等）的条件下稳定、地工作。

    6）PLC结构紧凑、体积小、容易装入机床内部或电气箱内，便于实现数控机床的机电一体化。

    PLC的开发利用，为数控机床提供了一种新型的顺序控制装置，并很快在实际应用中显示了强大的生命力。现在PLC已成为数控机床的一种基本的控制装置。与RLC比较，采用PLC的数控机床结构紧凑，功能丰富，工作。对于车削、加工、FMC、FMS等机械运动复杂，自动化程度高的加工设备和生产制造系统，PLC则是不可缺少的控制装置

系统组成

基础自动化系统采用ABB公司的RMC200轧钢控制系统，它是一个开放型集散控制系统，由一套MP200／1过程站和一套AS520操作员站组成。过程站由一个CPU机架带一个I／O机架组成，CPU机架上安装了CPU模板DSPC172、内存模板*B176、16通道的DSAI130、8通道的DSAO120以及32通道的DI／DO模板，通过通讯模板DSCS140连接到MasterBus300总线上，与其它过程站进行通讯，I／O机架由总线扩展模块DSBC172实现总线扩展。

操作员站采用HP-UNIX工作站，并通过实时板连接到MasterBus300的冗余接口，通过它操作人员可直接对现场水冷设备进行监控，主要功能有：（1）成组系统的自动/手动的启停

（2）事件与报警清单的显示与打印等。成组系统的主要画面有启动画面、设定画面、维护画面、事件画面和报警画面。PLC在真空干燥箱等干燥设备中广泛使用。

（3）棒材支数设定和实时监控

3、软件实现

包括系统软件和应用软件。

（1）应用软件

在CPU内还有一个实时数据库，它的作用是存储数据和在程序间传递数据。数据库内的元素称为DB元素，这些元素包括过程站所使用的的I／O模板和信号及程序中产生的其它数据信息。

应用软件存储在带后备电池的RWM（读/写存储器）中，用ABB Master Piece语言（AMPL）编制，实现了结构化程序设计。工业控制程序往往功能繁多该语言根据工业控制要求，将编程元素设计成一个个图形功能块，称为PC元素。PC元素内有三种结构类元素PCPGM、CONTRM和FUNCM，PCPGM是程序结构的层，旨在完成一个完整的控制功能，一个PCPGM下允许一个或几个CONTRM，而一个CONTRM下又可包含一个或几个FUNCM，从而使整个程序结构呈阶梯状，实现了结构化设计。

    （2）系统软件

ABB Master Piece200单元是一32位微处理器。系统软件存储在EPROM模块中，系统软件包括一个实时操作系统和一个ABB Master Piece语言（AMPL）执行器。

印刷机是一个精度较高的机械，印刷品的好坏一方面取决于机械加工以及安装精度，另一方面取决于水路，墨路的平衡以及合压的准确性。为使印刷出来的产品性能稳定，采用了以PLC为主控器的控制方案。

二、系统结构

由于双色印刷机的输入，输出点较多，因此采用了双机通讯。上位机采用产品M40DR+E16D+E4DA2，主要负责主传动的控制，各机组离合压的控制，以及气泵，气阀的控制等。下位机采用产品M40DR+E8AD2，主要负责水辊电机的控制，主传动的调速输出，调版电机数据采集等。同时选用了一台eView触摸屏，主要负责水辊电机速度显示，调版显示，以及整机故障显示等。PLC系统控制是真空干燥箱的控制系统。

PLC是通用型高性价比的小型可编程控制器，采用32位CPU芯片和高速逻辑解析ASIC芯片, 程序扫描速度快，用户存储空间大，性能稳定。

印刷机控制系统结构图

其中，上位机与下位机采用了RS485通讯，通讯协议采用Modbus协议。在设计中，每个机组既要考虑到控制，包括本位机组的急停，按钮；还要考虑方便操作，包括每个机组均应有正点，反点按钮。这样就造成一方面输入点增加很多；另一方面，走线也很不方便。因此，采用双机通讯，可以很好地解决此问题。

对多色机来说，调版是一个比较繁琐的过程，各组版对正的精度会对印品产生很大的影响。如果套印不准，印刷品就会出现字面重叠或影像不清。一般来说，印版轴向调节范围为-2mm～+2mm，周向调节范围为-1mm～+1mm。如果使用手动调版，会浪费很多时间，而且精度不高。为了实现自动打版，在版辊上安装了电位器，通过电位器将模拟量传送给V80-E8AD2，经过PLC处理，可将版辊的转动精度很好地控制在打版范围内。

通过触摸屏,用户可以自由地组合文字，按钮，图形，数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息，能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动。使用触摸屏，还可以使机器配线标准化，简单化，同时也能减少PLC控制所需的I/O点数，降低生产成本，也相对提高整套设备的附加。

双色机的每一色组，都有水路和墨路装置。为了便于水辊速度的调节，每根水辊都用一个变频器控制，同时，主电机速度也需要变频器调节。因此，为了实现多路速度调节，采用了V80－E4DA2模拟量输出模块，它将PLC方给出的数字量，根据相应的算法，转换成0～10V直流电压输出，很好地实现了多路速度调节要求。

三、系统设计

1、给纸设计

按照上述流程编制的程序，在速度增高至7000r/h 后，会出现歪张锁不住现象，主要是因为光头反应时间和磁铁动作时间滞后造成。为了让电磁铁输出提前，采用中断编程指令的输入输出刷新指令，使电磁铁输出立即执行，提前了电磁铁动作时间，即使在12000r/h 的速度下，也能很好的锁住有故障的纸张。

印刷机整体的电气设计对时间的要求严格，在机器的很多地方装有接近开关，用来检测不同的时间点。在印刷过程中，走纸的好坏是影响机器质量的一个重要环节。所谓纸走的好坏，指的是无歪张，双张等现象，如果有歪张，双张现象，在高速情况下，就会将走坏的纸，卷入机器内，从而破坏胶皮，给用户带来很大损失。

2、离合压设计

离合压的准确性，对印品质量的好坏有着直接的影响。合压过早，会弄脏压印辊筒，给操作带来很多不便；离压过早，会使后一张纸印不上完整的图案，造成纸张浪费。

印刷时，版辊筒与胶皮辊筒先合压，胶皮辊筒与压印辊筒后合压。由于印刷速度是多段速，在3000～12000r/h之间，根据用户需要可选择不同的速度。但是，由于合压采用了气动装置，每个气缸都有一个动作时间，齿轮转过角度是一定的，因此，机器速度不同时，合压时间也不同。为了解决此问题，根据理论计算值，找出对于不同机器速度时，机器的延时时间。采用比较指令，当机器段速与理论值相等时，延时相应的时间，使压印辊筒与胶皮辊筒准确合压。

四、结束语

采用PLC的控制方案，系统运行，维护方便，操作简便直观，大大提高了胶印机的档次，受到用户。