人造大理石生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1、人造大理石生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本研究的是一種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的人造大理石生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)沿線電機(jī)、振蕩器、真空泵、感應(yīng)加熱電源等的控制，添加了閉鎖控制，采集系統(tǒng)運(yùn)行中包括壓力和溫度等參數(shù)并進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)等。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和通信能力，主站采用57-300系列PLC作為控制器?？紤]到經(jīng)濟(jì)因素和對(duì)控制對(duì)象實(shí)現(xiàn)精確控制等情況，最終選擇S7-200系列PLC作為系統(tǒng)分站控制器。四個(gè)分站通過通信電1FTPC1FTPC纜與主站實(shí)現(xiàn)通信，構(gòu)成人造大理石生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的設(shè)備連接示意圖如圖1所示。24VGKP蒂川CAKH觸損4PLCJOfl4$駅;血KPLC2WJFXFLC2W圖1設(shè)備連接

2、示意圖由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備通過6芯橡套軟電纜與主站和分站PLC連接。24V,GND為沿線現(xiàn)場(chǎng)層設(shè)備提供工作電壓；閉鎖線提供沿線閉鎖信號(hào)，在閉鎖狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速停機(jī)；CANH,CANL是負(fù)責(zé)傳遞通過CAN總線的數(shù)據(jù)，它們建立了監(jiān)控層與現(xiàn)場(chǎng)層之間的聯(lián)系。1、系統(tǒng)主站的硬件結(jié)構(gòu)與組成PLC作為控制器是整個(gè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)的運(yùn)行中起著“大腦”的作用，它的穩(wěn)定性以及通信、運(yùn)算速度直接關(guān)系到操作系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)的工作性能。通過總線通信方式，主站和分站建立起直接的數(shù)據(jù)交流，這就要求主站的通信能力和數(shù)據(jù)處理能力要強(qiáng);帶動(dòng)分站對(duì)異步電機(jī)、振蕩器、真空泵、超音頻感應(yīng)加熱電源、變頻器等

3、設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行命令的發(fā)送與數(shù)據(jù)接收等相關(guān)的操作;同時(shí)將采集到的壓力和溫度等模擬量顯示在上位機(jī)上;現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境較復(fù)雜，這對(duì)主控站的抗干擾能力提出了較高的要求。綜合上述技術(shù)要求，選擇西門子公司研發(fā)生產(chǎn)的57-300系列PLC。系統(tǒng)的CPU選用314C-2DP,它集成了數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出端口，能夠符合本系統(tǒng)技術(shù)要求的點(diǎn)數(shù)和擴(kuò)展需求。該CPU具體的參數(shù)如下:它配置了一個(gè)9針的MPI接線端口和一個(gè)9針DP接線端口。其中通過MPI端口，CPU可以將自身的總線數(shù)據(jù)，例如波特率、奇偶校驗(yàn)等，自動(dòng)進(jìn)行傳遞。然后，編程器通過自動(dòng)查找，檢測(cè)到相應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)而與MPI網(wǎng)絡(luò)建立連接，其缺省傳輸速率為把主站的硬件

4、安裝在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，通過軟件StepV5.4,對(duì)硬件進(jìn)行組態(tài)。首先，利用StepV5.4對(duì)模塊的組態(tài)和軟件的編制。在軟件中建立新項(xiàng)目，并插入新對(duì)象一SIMATIC300站點(diǎn)。雙擊SIMATIC300對(duì)象，就會(huì)自動(dòng)彈出它的配置窗口。選擇RACK-300，配置系統(tǒng)模塊-Wt-Gq.IMif-:閉：卜!亠甘1門Hlr；歸卩-2JMLC磁2運(yùn)直心.-H$“電和|昌粘打血BiD范矽.喇0)T31J1慎1訂Fl1.J齊1r詔3D?弘tj?1tbCFTfii1嘴IrcDr11SS-TFFn7XFJIFJl3Z?f，s加iU-as?極F4Fviilri1咋FrsFJ?弓*LJ-AU.Ww.|AIjtr190-1

5、9411/415LLEarIVii圖2配置機(jī)架界面其次，對(duì)控制器進(jìn)行配置，然后保存，如圖2所示圖3CPU參數(shù)設(shè)置再次，設(shè)置CPU參數(shù)，如圖3所示。要保證MPI與后面PG/PC接口設(shè)置的波特率一致，時(shí)鐘存儲(chǔ)器設(shè)定為0。在載入程序之前，要對(duì)PG/PC接口進(jìn)行設(shè)置。在SIMATIC主界面選擇選項(xiàng)一設(shè)置PG/PC接口，彈出設(shè)置窗口如圖4所示通過USB-MPI適配器進(jìn)行下載操作。進(jìn)入PCAdapter(MPI)的屬性窗口，如圖5所示。PC默認(rèn)地址為0,本地連接選擇USB圖5本地連接端口設(shè)置經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的模擬實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)既定的技術(shù)要求，運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到溫度超出設(shè)定范圍時(shí)，能夠自動(dòng)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)；當(dāng)

6、出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)停機(jī)2配料分站的硬件設(shè)計(jì)2.1控制對(duì)象和I/O分配配料分站控制器采用西門子CPU226模塊，擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量混合模塊EM223和模擬量混合模塊EM235各一個(gè)?？刂茖?duì)象是帶動(dòng)配料車、上料斗、攪拌機(jī)、皮帶等設(shè)備運(yùn)行的三相異步電機(jī)。PLC通過檢測(cè)限位開關(guān)和內(nèi)部定時(shí)程序控制電機(jī)的起停和正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精確的過程控制。同時(shí)實(shí)時(shí)采集配料車和皮帶下方的壓力傳感器的信號(hào)，并在觸摸屏上顯示重量。CPU對(duì)采集的信號(hào)通過程序設(shè)定完成邏輯運(yùn)算和模擬數(shù)學(xué)計(jì)算后，可以發(fā)送運(yùn)行后的輸出指令，實(shí)現(xiàn)分站系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制。配料分站硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示。顯示屛m電機(jī)!皮帶壓力:傳饌器S7-200PLC電尹稱壓

7、限位開關(guān))力傳感器圖6配料分站硬件結(jié)構(gòu)配料分站的I/O分配如表1所示。表1配料分站I/O配置表&.0配料車左行10.1配料乍和行L&.L配料車F料啟動(dòng)10.3料斗1下料陶位10.*料斗2下料限也1&.5料斗3卜料隔位.6配斛年下料完成Q.7配料車下料限位11.0配料車卜左限位11.1料11下料.2料斗1回位.3料12卜料11.4料斗2回位11.5料斗3下料】.$料13冋俺11.7料斗I上彳&.0配料車左行10.1配料乍和行L&.L配料車F料啟動(dòng)10.3料斗1下料陶位10.*料斗2下料限也1&.5料斗3卜料隔位.6配斛年下料完成Q.7配料車下料限位11.0配料車卜左限位11.1料11下料.2料斗

8、1回位.3料12卜料11.4料斗2回位11.5料斗3下料】.$料13冋俺11.7料斗I上彳行行行Ir行下上F上下訃斗.斗牛訃dr-ir.事車車*f14.5料外1上限睨位4.6料斗21一限限拘14.7料斗3上跟附位仮0下制口1開梟5.1下料口1關(guān)閉15.2下料口2開啟15.3下料口2關(guān)閉甩4下料口3開啟15.5卜料口3關(guān)閉15.6急悖開關(guān)丨憶7接收主站命令16.016.1配料車壓力檯測(cè)g0配料車在行電機(jī)g1配料車石荷電機(jī)ya.2配料車卜料00.6配料車下料回位QQ.7料11上行yi.a料斗2n01.1料13fr12.5攪拌電機(jī)丨啟動(dòng)12.6攪拌電機(jī)1停止12.7攪拌電機(jī)2啟動(dòng)13.0攪拌電機(jī)2停

9、止LJ.L攪拌電機(jī)3啟動(dòng)13.2攪拌電機(jī)3停止I：13皮帶1M13.4蟲曲】停止13.5乎勸/門動(dòng)旳換3.6配料車左行限位13.7配料車右疔隈應(yīng)14.G分站1啟動(dòng)1分站1停止14.2料斗1卜限限檢14.3料斗2卜限吐位H,4料牛3下限限位yi.3料斗2TtfQ1.4料斗工下行yi.n料斗1下料yi.c料41回伯m.7料1J下料Q2.0料斗2回位Q2.1料13下料Q2.2料13回位02.3蹄機(jī)1JM世一4攪拌機(jī)2啟動(dòng)臨5攪拌機(jī)：%啟動(dòng)02.6皮帶1啟動(dòng)7覽送命令金分站2U：i.0卜料U1開啟QB.1下料口2開罔3.2下料口3開啟41.2料：|】下行2.2壓力信號(hào)采集與處理配料分站涉及到的壓力信號(hào)

10、來自于配料車和皮帶下方安裝的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。壓阻式應(yīng)變傳感器的主要結(jié)構(gòu)部件是電阻應(yīng)變片,它是檢測(cè)被測(cè)體上的應(yīng)變變化，并將其轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)的敏感器件。當(dāng)載體承受外力發(fā)生應(yīng)力型變時(shí)，電阻應(yīng)變片隨之發(fā)生形變，進(jìn)而改變其阻值，加在電阻兩端的電壓也呈現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)。由于此類器件在受力時(shí)其阻值改變比較小，所以大多采用組成應(yīng)變電橋的方式，并通過后續(xù)的放大器進(jìn)行放大后傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或者通過A/D轉(zhuǎn)換和CPU處理后顯示。配料車和皮帶下方的傳感器量程為20kg，外加SV工作電壓，滿量程輸出為5mV。由于PLC接收的電壓模擬量輸入的范圍是0-5V，而壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)太小，不能達(dá)到AD的采樣精度，所

11、以還要對(duì)其做放大處理。壓力信號(hào)處理電路如圖7所示。傳感器輸出的正負(fù)差模信號(hào)分別接入R2和R1端，由V21端輸出PLC能夠接收的0-5V模擬量OEM235CN模塊是模擬量輸入/輸出混合模塊，最大輸入電壓:30VDC。單極性的全量程范圍：-32000-+32000;雙極性的全量程范圍0-32000。該模塊的量程有多個(gè)檔位，可通過DIP開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。開關(guān)1到6可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍和格式。其中，開關(guān)SW6可改變模擬量輸入的極性，當(dāng)SW6為ON時(shí)，代表單極性；反之，代表雙極性。開關(guān)SW4和SWS代表模擬量的增益選擇。開關(guān)SW1,SW2,SW3可確定模擬量范圍

12、。DIP開關(guān)狀態(tài)與模擬量極性和量程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。本系統(tǒng)選擇單極性，0-5V模擬量輸入，對(duì)照上表可知，開關(guān)SW1的狀態(tài)為On;SW2的狀態(tài)為OFF;SW3的狀態(tài)為OFF;SW4的狀態(tài)為OFF;SWS的狀態(tài)為OFF;SW6的狀態(tài)為ON。表2DIP開關(guān)狀態(tài)與模擬量極性和量程的對(duì)應(yīng)關(guān)系swlswfi禰量理輸入U(xiǎn)N0FI;OFFONOFFON單機(jī)性0到SOnV12.5OITONOHUNDl-FOK0到IOOdiV25UVUN0卜下OFFOFF0%ON單極性0到&OOnV125uAOFFOdOFFOFFOh單極性a到iv250LiUSOFFOFFOFFOFFOb單極性U剖5Y1.25aVOSO

13、EE;OF卜OFFOF卜ON單極件0到20nA5pAOFFONOHFOFF0FI-)h0到I0V2.5uVOH；OFFiNOFFOFF土師Y12.5liVHFFOXOFFOFF土50nVOFF)、OXIFFOFF1OOmV5QpV般IFF()H;OFT0、川訃士250胡125nVOITONUETokr)SOFFt5O0hiV250uVOhF)ll;OSOPI)S出茁1V500UVUKOIT0ET0l-|-oi-r2.5V1.25nVOITONOHOFFOFF収概性5V2.SnVOITOFFONOFFUFFOITIll)3攪拌分站的硬件設(shè)計(jì)攪拌分站控制器采用西門子CPU226模塊，擴(kuò)展模塊是一個(gè)

14、模擬量混合模塊EM2350控制對(duì)象是帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)托盤、攪拌爪、刮板機(jī)、中心活塞、對(duì)輥機(jī)、皮帶等設(shè)備運(yùn)行的三相異步電機(jī)。PLC通過檢測(cè)限位開關(guān)和內(nèi)部定時(shí)程序控制電機(jī)的起停和正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精確的過程控制。同時(shí)實(shí)時(shí)采集配料車和皮帶下方的壓力傳感器的信號(hào)，并在觸摸屏上顯示重量。CPU對(duì)采集的信號(hào)通過程序設(shè)定完成邏輯運(yùn)算和模擬數(shù)學(xué)計(jì)算后，可以發(fā)送運(yùn)行后的輸出指令，實(shí)現(xiàn)分站系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控S7-200PLC制。配料分站硬件結(jié)構(gòu)如圖皮帶壓力傳感器電產(chǎn)稱壓力傳感誥圖8攪拌分站硬件結(jié)構(gòu)攪拌分站的I/O分配如表8所示表3攪拌分站I/O配置表I/O分配控制量I/O分配控制尿10.0手動(dòng)/自動(dòng)切換11.7托盤應(yīng)轉(zhuǎn)啟動(dòng)JOJ中

15、心孔開啟口.0托盤旋轉(zhuǎn)停止10,2中心孔關(guān)閉12接收分站1命令103攪拌爪上升12.2急停開關(guān)J04攪卄爪卜降H.U托盤床丿J檢測(cè)10.5攪幷電機(jī)啟動(dòng)IM皮帶壓力檢測(cè)10.6攪拌電機(jī)停止Q0.0托盤旋轉(zhuǎn)卅動(dòng)J0J皮帶2啟動(dòng)Q0.1中心孔幵啟11.0皮帶2停止Q0.2攪拌爪上升11對(duì)規(guī)機(jī)啟動(dòng)Q0.3攪拌爪卜降JL2對(duì)眾機(jī)序止Q0.4攪拌電機(jī)啟動(dòng)113攪并爪卜限限位Q0.5皮帶2啟動(dòng)11.4攪丼爪匕限隈位Q0.6JL5刮板機(jī)啟動(dòng)Q0.7剖板拾動(dòng)11.6刮板機(jī)停止Q1.0役送命令至分站:？攪拌分站涉及到的壓力信號(hào)來自于旋轉(zhuǎn)托盤和皮帶下方安裝的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。傳感器量程為SOkg，外加SV工作電

16、壓，滿量程輸出為5mV。其壓力信號(hào)處理電路和配料分站相同。4定型分站的硬件設(shè)計(jì)4.1控制對(duì)象和I/O分配定型分站控制器采用西門子CPU226模塊，擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量混合模塊EM223和模擬量混合模塊EM235各一個(gè)?？刂茖?duì)象包括帶動(dòng)皮帶、切紙機(jī)、布料車等設(shè)備運(yùn)行的三相異步電機(jī)和真空泵、振蕩器等設(shè)備。PLC通過檢測(cè)限位開關(guān)和內(nèi)部定時(shí)程序控制電機(jī)的起停和正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精確的過程控制。同時(shí)通過單相旋轉(zhuǎn)編碼器實(shí)時(shí)采集切CPU對(duì)采CPU對(duì)采紙機(jī)的電機(jī)的信號(hào)，并在觸摸屏上顯示振蕩器的工作時(shí)間集的高速脈沖信號(hào)進(jìn)行邏輯和數(shù)學(xué)計(jì)算后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，調(diào)整切紙機(jī)的速度鏈，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。實(shí)現(xiàn)了對(duì)分站系統(tǒng)中

17、的所有設(shè)備進(jìn)行合理的聯(lián)鎖和順序控制。配料分站硬件結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。定型分站在整套生產(chǎn)工藝起到重要作用。為了滿足加壓成型的技術(shù)要求，選擇型號(hào)為VRD-30的30升60Hz工業(yè)真空泵兩臺(tái)，抽速為10L/S，采用三相380V供電，功率為1.1KW。轉(zhuǎn)速為1720rpm,可達(dá)到10噸。定型分站的基本滿足生產(chǎn)需要。振蕩裝置為廠家定制的10振蕩器加壓裝置，最大壓I/O分配如表4所示。表4定型分站I/O配置表廈MUIIJ.J.2tLUIt1.0分配控制最1/0分配控制量10.0手動(dòng)/口動(dòng)切換13.)切紙機(jī)2上陽(yáng)限位10.1切紙機(jī)1上移13.2城紙機(jī)2卜-限限位10.2切紙機(jī)1卜移J3.3血禽器上限限位10

18、.3布料車左存J3.4振繭器F限限位10.4布料車右行13.5急停開關(guān)10.5模具上升J3.6接收分站2命令10.6KU卜降13.7紅外位査檢測(cè)J07切紙機(jī)2上移14.0攪持電機(jī)川動(dòng)IL0切紙機(jī)2卜移14.1攪拌電機(jī)停止I1.LQ0.0切紙機(jī)丨1:升112真空泵停止Q0J切紙機(jī)丨襲擊113振蒲器啟動(dòng)Q02切紙機(jī)2匕升11.4掘霜器停止Q0.6切紙機(jī)2卜降11.5署外殼上升Q0.7布料車左行11.6血蒲器外禿卜-降Q1.0布料車存行11.7振蒔器內(nèi)殼上升Q1.1模上升12.0振蒲器內(nèi)克FffQ12?？诓方?2皮帶3動(dòng)Q.3真空泵動(dòng)12.2皮帶3停止Q】.4振蕩眸川功12.3模具F限儀位Q1.5振

19、蒲器內(nèi)殼上升12.4模具匕限限位Q1.6振蕩器內(nèi)殼卜降12.5布料乍左限位QL7搬蕩器外殼匕升12.6布料乍右閑位Q2J)搖蕩器外克卜陶127切紙機(jī)1上駅附位Q2.1皮帶3啟動(dòng)3.0切紙機(jī)1卜限眼位Q22發(fā)送命令至分站4電機(jī)AkC1報(bào)蕩器S7-200PLC限位開關(guān)jlhr真空泵-r二B-BR七土聲切紙機(jī)單相變頻器編碼器圖9定型分站硬件結(jié)構(gòu)4.2切紙機(jī)的硬件設(shè)計(jì)切紙機(jī)是人造大理石生產(chǎn)過程必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，在石板從布料到成型工藝中起到隔離、保護(hù)皮帶以及平整布料表面、平均受力的作用。在真空振蕩器落下罩住物料之前，必須要經(jīng)過紅外位置檢測(cè)。如果物料頂層和底層的紙張與物料模具差值超出允許的范圍，就會(huì)造成

20、紅外位置檢測(cè)的不準(zhǔn)確以及真空罩密封的不嚴(yán)密，最終導(dǎo)致板材不成型或者成型后強(qiáng)度不能達(dá)到質(zhì)量要求，甚至引發(fā)生產(chǎn)事故，危及操作人員人身安全。因此，設(shè)計(jì)一套完整的精密的切紙?jiān)O(shè)備是工藝流程中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是提高生產(chǎn)效率和保證人身安全的保障。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需要，本文采用雙刀輥式切紙機(jī)的結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)控制方案。切紙機(jī)按如下工作原理對(duì)速度鏈進(jìn)行控制:在其分布式的傳動(dòng)過程中，各個(gè)相鄰的傳動(dòng)點(diǎn)間的速度要按照一定的比例進(jìn)行，只能本級(jí)和本級(jí)以后的各傳動(dòng)點(diǎn)才會(huì)在車速調(diào)整過程中受到相互之間的影響，前面各傳動(dòng)的速度將不會(huì)受到干擾，這樣便形成了速度鏈。即:后一級(jí)的傳動(dòng)點(diǎn)通過對(duì)上一級(jí)速度信號(hào)進(jìn)行調(diào)整后并接收，再傳給下一級(jí)，

21、以此類推，形成一個(gè)鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)狀。設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)速度鏈控制采取PLC全數(shù)字化控制思想，系統(tǒng)中的8個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)的控制，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的操作臺(tái)的控制方式來實(shí)現(xiàn)，PLC接收到操作處理信號(hào)，之后發(fā)送給相對(duì)應(yīng)的變頻器，變頻器接收到傳動(dòng)點(diǎn)的執(zhí)行信號(hào)，開始執(zhí)行調(diào)節(jié)工作，從而實(shí)現(xiàn)變頻器系統(tǒng)的控制功能。具體的控制功能如下：1）起動(dòng)/停止:即控制本部分變頻器的起停；2）緊急停車:緊急停車功能。即存在人身安全等危險(xiǎn)時(shí)方可使用；3）單動(dòng)/聯(lián)動(dòng):按照要求的負(fù)荷對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)的單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)控制進(jìn)行分配。4）切長(zhǎng)設(shè)定:設(shè)置切紙長(zhǎng)度。5）切長(zhǎng)校準(zhǔn):當(dāng)切紙的長(zhǎng)度與其原始設(shè)置存在誤差時(shí)，通過送切紙輥和紙輥的速比的調(diào)節(jié)，使紙的長(zhǎng)度符合生產(chǎn)要求。圖1

22、0為普通雙刀切紙機(jī)的基本工作流程，首先原紙卷經(jīng)過弧形輥，再被送入到縱切機(jī)構(gòu)，按照紙頁(yè)要求的產(chǎn)品規(guī)格實(shí)行縱向的切割，紙頁(yè)被處理后在由1號(hào)送紙輥，之后，需要下行的部分進(jìn)入1號(hào)切刀切紙，剩余的送到2號(hào)送紙輥，進(jìn)行2號(hào)切刀切紙。1#傳送帶2#背送帶圖10切紙機(jī)結(jié)構(gòu)圖PLC主要對(duì)變頻器的速度設(shè)定和調(diào)節(jié)采取控制，即模擬、邏輯運(yùn)算在其內(nèi)部完成后，各傳動(dòng)點(diǎn)控制器便接收到信號(hào)，同時(shí)變頻器的工作狀態(tài)和報(bào)警等信號(hào)也發(fā)送到PLC。系統(tǒng)采用RS485,CAN總線，進(jìn)行變頻器和PLC之間的信息收發(fā)。本系統(tǒng)還設(shè)有人工的手動(dòng)智能調(diào)節(jié)，即通過操作臺(tái)的觸摸屏，進(jìn)行系統(tǒng)的控制。借助9針的通訊線可以實(shí)現(xiàn)它與PLC間的通訊連接。圖11

23、為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖卩LICAN.Stfi觸換屏kEA耳弧形弭縱切旦傳送刼傳送I#送藐1#切眾刀苗帶鍛刀沖UJ抵刀II電豹送紙圖11切紙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖切紙機(jī)的傳動(dòng)部分包括弧形輥、縱切刀、傳送帶、送紙輥和切刀（橫切），紙張的舒展，打皺的預(yù)防工作由弧形輥完成，弧形輥的速動(dòng)等同或稍快于紙頁(yè)的速度；通?？v切刀的速度約為紙頁(yè)速度的1.2倍。系統(tǒng)對(duì)以上三個(gè)部分的控制要求相對(duì)較低，其控制方式以變頻傳動(dòng)控制便可實(shí)現(xiàn)，以速度鏈?zhǔn)降姆绞脚c主傳動(dòng)形成速度差值控制，即可達(dá)到控制規(guī)定。切刀和送紙輥間采用精度較高的速比控制，即保證切長(zhǎng)在誤差范圍內(nèi)。變頻傳動(dòng)為本設(shè)計(jì)中送紙輥、切紙刀的控制方式。（1）主控配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)點(diǎn)共8

24、個(gè)。即弧形輥、縱切刀、1#傳送帶和2#傳送帶、1#切刀和2#切刀、1#送紙輥和2#送紙輥，它們均以變頻傳動(dòng)PID控制的方式;以達(dá)到這些數(shù)據(jù)通訊的要求對(duì)系統(tǒng)的PLC選擇配置。PLC主要以控制的方式對(duì)其速度的進(jìn)行設(shè)定與校準(zhǔn)，將在其內(nèi)完成不同運(yùn)算后的信號(hào)分送給不同的傳動(dòng)點(diǎn)控制器，同時(shí)，控制器的工作狀態(tài)也會(huì)回饋給PLC。以RS-485方式進(jìn)行變頻器和PLC間聯(lián)系，這就完成了以操作終端以觸摸屏的方式、數(shù)字化的、高速的、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（2）系統(tǒng)操作與控制以PLC全數(shù)字速度鏈控制為控制方式，用PLC對(duì)在觸摸屏上設(shè)置的操作按鈕，即對(duì)應(yīng)傳動(dòng)點(diǎn)的切長(zhǎng)設(shè)定、校準(zhǔn)，速度增加、減少，爬行/運(yùn)行等操作信號(hào)分析處理，由變頻

25、器執(zhí)行對(duì)應(yīng)傳動(dòng)點(diǎn)的信息，成功完成對(duì)全部傳動(dòng)點(diǎn)的控制。具體控制功能如下:1）起動(dòng)/停止功能:即控制本部分變頻器的起停;2）緊急停車功能:緊急停車功能。即存在人身安全等危險(xiǎn)時(shí)方可使用。3）單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)功能:按照要求的負(fù)荷對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)的單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)控制進(jìn)行分配;4）切長(zhǎng)的設(shè)定:設(shè)置切紙長(zhǎng)度。5）切長(zhǎng)的校準(zhǔn):當(dāng)切紙的長(zhǎng)度與其原始設(shè)置存在誤差時(shí)，通過送切紙輥和紙輥的速比的調(diào)節(jié)，使紙的長(zhǎng)度符合生產(chǎn)要求。(3)故障顯示等進(jìn)線電流由變頻器的進(jìn)線配電流互感器指示，變頻器的輸出電流由操作臺(tái)上安裝的直流電壓表來指示。這兩者是不同的，不能互換。這樣就使現(xiàn)場(chǎng)布線和調(diào)試大大簡(jiǎn)化，可靠性也因此提高。系統(tǒng)的觸摸屏上設(shè)有運(yùn)行、故障指

26、示，各傳動(dòng)點(diǎn)的車速、工作電流都能夠?qū)崟r(shí)的顯示。切紙機(jī)的切刀和送紙輥間的控制實(shí)際上是在切紙機(jī)控制中精度極高的速比控制方式，電機(jī)速度的控制用給定信號(hào)的頻率的控制便能輕松地實(shí)現(xiàn)。ABBCS8性能相對(duì)較好，符合本設(shè)計(jì)對(duì)變頻器的要求。速度鏈的分析如下:在其分布式的傳動(dòng)過程中，各個(gè)相鄰的傳動(dòng)點(diǎn)間的速度要按照一定的比例，只能本級(jí)和本級(jí)以后的各傳動(dòng)點(diǎn)才會(huì)在車速調(diào)整過程中受到相互的影響，前面各傳動(dòng)的速度不會(huì)受到干擾，這樣便形成了速度鏈，即:后一級(jí)的傳動(dòng)點(diǎn)通過對(duì)上一級(jí)速度信號(hào)進(jìn)行調(diào)整后接收再傳給下一級(jí)，以此類推，形成一個(gè)鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)狀。在控制過程中，RS-485總線實(shí)現(xiàn)了PLC通過變頻器對(duì)切紙機(jī)速度鏈的控制。PLC

27、為傳動(dòng)控制的總指揮，利用PLC的軟件部分實(shí)現(xiàn)對(duì)速度鏈的調(diào)節(jié)功能。速度鏈功能采用調(diào)節(jié)變比的控制方法來實(shí)現(xiàn)。通過構(gòu)成任意分支的方式來控制速度鏈控制系統(tǒng)。如圖12，主節(jié)點(diǎn)為圖中的第一分部點(diǎn)，整個(gè)紙機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)工作車速以這個(gè)速度為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)中的整個(gè)紙機(jī)車速調(diào)節(jié)，便可以通個(gè)此速度的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。圖12速度鏈控制系統(tǒng)原理圖在系統(tǒng)的PLC內(nèi)，車速單元值的改變通過檢測(cè)到的車速調(diào)節(jié)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)第一臺(tái)控制器的運(yùn)行速度的設(shè)定值就是1點(diǎn)處的速度值,就將信息送給第一臺(tái)控制器去執(zhí)行任務(wù)，同時(shí)第二臺(tái)計(jì)算也接收此信息。第二臺(tái)控制器的運(yùn)行值即為第一分部的速度值乘以第二分部的變比，即bl/a。如若第二分部速度不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，表明第二分部的

28、變比值不符合要求，就需要利用減速、加速按鈕完成對(duì)第二分部速度的改變，通過此過程就使bl得到了改變，變比也隨之做了調(diào)整，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的實(shí)際規(guī)格要求。上述調(diào)節(jié)過程類似于通過精度極高的齒輪變速箱對(duì)任意無級(jí)調(diào)速的實(shí)現(xiàn)。利用第二臺(tái)變頻器去執(zhí)行接收到的圖中含括的調(diào)速操作指令的速度值，并送到下一級(jí)，進(jìn)行計(jì)算。按此方式類推，便組成了速度鏈控制系統(tǒng)通過參數(shù)的設(shè)定，因?yàn)镻LC內(nèi)部的傳動(dòng)變比精確度十分高，就可以使控制精度更高。此傳動(dòng)系統(tǒng)的核心控制器為PLC、PLC通過接收操作臺(tái)的啟/停機(jī)，加/減速，切長(zhǎng)設(shè)定及校準(zhǔn)等指令，并進(jìn)行分析和處理從現(xiàn)場(chǎng)采集到的變頻器的數(shù)據(jù)，之后變頻器接收對(duì)各個(gè)對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)點(diǎn)的命令和給定。PLC在切

29、紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中完成的主要功能為:(1)切長(zhǎng)設(shè)定:設(shè)置切紙長(zhǎng)度，即速度鏈被PLC控制進(jìn)行過速比的調(diào)整，這里的速比為送紙輥和紙輥速度的比值，實(shí)現(xiàn)切紙長(zhǎng)度的改變。(2)速度鏈的實(shí)現(xiàn)。在其分布式的傳動(dòng)過程中，各個(gè)相鄰的傳動(dòng)點(diǎn)間的速度要按照一定的比例，只能本級(jí)和本級(jí)以后的各傳動(dòng)點(diǎn)才會(huì)在車速調(diào)整過程中受到相互的影響，前面各傳動(dòng)的速度不會(huì)受到干擾，這樣便形成了速度鏈，簡(jiǎn)單輕松地完成各傳動(dòng)點(diǎn)的速度一致性。(3)單動(dòng)/聯(lián)動(dòng):按照要求的負(fù)荷對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)的單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)控制進(jìn)行分配。(4)加/減速。當(dāng)有此類信號(hào)時(shí)，速比在控制下進(jìn)行自動(dòng)地改變，利用速度鏈的工作特性，將速度傳遞給下一級(jí)。(5)報(bào)警。系統(tǒng)的變頻器運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)

30、自動(dòng)發(fā)出信號(hào)向上級(jí)控制中心即PLC報(bào)警，信號(hào)被接收后，PLC進(jìn)行報(bào)警并停止程序的工作。PLC主要對(duì)變頻器的速度設(shè)定和調(diào)節(jié)采取控制，即模擬、邏輯運(yùn)算在其內(nèi)部完成后，各傳動(dòng)點(diǎn)控制器便接收到信號(hào)，同時(shí)變頻器的工作狀態(tài)和報(bào)警等信號(hào)也發(fā)送到PLC。系統(tǒng)采用RS485,CAN總線，進(jìn)行變頻器和PLC之間的信息收發(fā)。本系統(tǒng)還設(shè)有人工的手動(dòng)智能調(diào)節(jié)，即通過操作臺(tái)的觸摸屏，進(jìn)行系統(tǒng)的控制。借助9針的通訊線可以實(shí)現(xiàn)它與PLC間的通訊連接。三相供電回路A,B,C，接地保護(hù)線即PE,N為零線。PLC的輸出端子與變頻器的DI1相接。各傳動(dòng)點(diǎn)速度的調(diào)節(jié)，即通過DI1，變頻器接收到PLC的速度命令，之后PLC的輸出信號(hào)的改

31、變實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)總線與每個(gè)PLC相連接。變頻器進(jìn)行起/停、切長(zhǎng)校準(zhǔn)、設(shè)定，速度減/增等控制，變頻器工作狀態(tài)的及時(shí)顯示等功能都是操作臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能。PLC通訊控制方式為從系統(tǒng)的主控方式。即以觸摸屏操作控制的方法。設(shè)計(jì)采用的方式為數(shù)字設(shè)定頻率，通過其顯示面板上的頻率減少和頻率增加按鍵對(duì)變頻器的運(yùn)行頻率按要求進(jìn)行改變。電機(jī)的運(yùn)行方向控制，電機(jī)的起動(dòng)/停止控制等是此變頻器需要實(shí)現(xiàn)的主要控制命令。4.3電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集與處理對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集通常采用旋轉(zhuǎn)編碼器來實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)編碼器是將角位移變換為數(shù)字信號(hào)的光電感應(yīng)旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置。它輸出的高速脈沖信號(hào)，可以直接被PLC接收，每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。西

32、門子226PLC自帶的高速計(jì)數(shù)器能夠識(shí)別旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)。旋轉(zhuǎn)編碼器按照輸出脈沖方式不同可以分為三種:三相輸出（A,B,Z、兩項(xiàng)輸出（A,）和單相輸出（只有A，本設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)單相輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器作為電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量裝置。它與西門子226PLC的連接圖如圖13所示辰轉(zhuǎn)編碼器*.PLCbb二DC24VA計(jì)數(shù)器COM-+電源圖13旋轉(zhuǎn)編碼器與PLC連接編碼器上引出的高速脈沖輸出信號(hào)線直接與PLC的高速計(jì)數(shù)器相連。它引出的COM端線接到PLC的COM輸入口和電壓“一”端口它可以直接采用外部的DC24V電源，也可以與PLC上+24V端口相連接。針對(duì)有屏蔽線的旋轉(zhuǎn)編碼器要把它接地處理5固化

33、分站的硬件設(shè)計(jì)5.1控制對(duì)象和I/O分配固化分站控制器采用西門子CPU226模塊，擴(kuò)展模塊包括數(shù)字量混合模塊EM223和模擬量混合模塊EM235各一個(gè)。控制對(duì)象是帶動(dòng)推板機(jī)、固化爐、抽風(fēng)機(jī)、滾棒機(jī)、立板機(jī)、皮帶等設(shè)備運(yùn)行的三相異步電機(jī)和超音頻感應(yīng)加熱電源。PLC通過檢測(cè)限位開關(guān)和內(nèi)部定時(shí)程序控制電機(jī)的起停和正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)精確的過程控制。同時(shí)實(shí)時(shí)采集固化爐頂層、底層、四層、八層的紅外溫度傳感器的信號(hào)，并在觸摸屏上顯示溫度。CPU對(duì)采集的信號(hào)通過程序設(shè)定完成邏輯運(yùn)算和模擬數(shù)學(xué)計(jì)算后，可以發(fā)送運(yùn)行后的輸出指令，實(shí)現(xiàn)分站系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制。固化分站硬件結(jié)構(gòu)如圖14所示。顯示屏電機(jī)L一J固化爐溫N度傳感器S

34、7-200PLC11ah.感應(yīng)加熱限位開關(guān)P_彳電源圖3.14固化分站硬件結(jié)構(gòu)固化分站的I/O分配如表5所示。表5固化分站I/O配置表I/O井配控制量I/O分配控制駅10.0手動(dòng)自動(dòng)切換12.6固化爐凰付，川推板前推12.7固化爐盟位610.2推板返回13.0固化爐限位710.3推板川動(dòng)限位13.1固化爐限位客10.4132固化爐限位910.5推板加端限位13.3固化爐限位1010.6固化爐上升13.4固化爐限位1110.7尚化爐卜降13.5周化爐隕位】211.0滾棒機(jī)川動(dòng)14.0固化爐頂層溫度檢測(cè)11.1滾棒枇停止144固化爐底層溫度檢測(cè)1L2宜板電機(jī)正轉(zhuǎn)14.2尚化爐四層濫度檢測(cè)113立板

35、電機(jī)反轉(zhuǎn)I4J固化爐八層溫度檢測(cè)11.4風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Q0.0內(nèi)化爐上升11.5鳳機(jī)停止QU1尚化爐卜降11.6急停開關(guān)Q0.2誰棒機(jī)啟動(dòng)11.7犠收分站3侖令Q0.3立板電機(jī)正轉(zhuǎn)n.o加熱電源啟動(dòng)QU.4總槪電機(jī)反轉(zhuǎn)17.1加熱電源停止Q0.5就機(jī)fl動(dòng)12.2固化爐限位1Q0.6抓熱電源用動(dòng)J2.3固化爐限位2QU.7推板機(jī)訓(xùn)推12.4固化爐限位3QI0推板機(jī)返冋12.5固化爐限位4Q2.0溫度反鍛調(diào)節(jié)5.2溫度信號(hào)米集與處理固化分站涉及到的溫度信號(hào)來自于安裝在固化爐頂層、底層、四層和八層微型模擬量輸出溫度傳感器。此溫度傳感器型號(hào)為PtIOO體化溫度傳感器，具備很好的抗震能力。PtIOO是鉑熱電

36、阻，它的阻值會(huì)隨著溫度的變化而改變。它的阻值會(huì)跟著外界接觸面的溫度變化而變化，外界溫度上升其阻值增長(zhǎng)可視為一條直線。它本身帶有4-20mA的模擬量輸出，通過后續(xù)的放大器進(jìn)行放大后傳輸給CPU處理后運(yùn)算、顯示。固化爐上安裝的溫度傳感器量程為-50-250C，滿足生產(chǎn)技術(shù)要求。外加SV工作電壓，滿量程輸出為20mA。由于PLC接收的電壓模擬量輸入的范圍是0-5V，而壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)太小，不能達(dá)到AD的采樣精度，所以還要對(duì)其做放大處理。壓力信號(hào)處理電路如圖15所示。傳感器輸出的正負(fù)差模信號(hào)分別接入左側(cè)電阻8148端，由右側(cè)PD4端輸出PLC能夠接收的0-5V模擬量。圖15溫度信號(hào)處理電路5.

37、3溫加熱電源設(shè)計(jì)經(jīng)過真空加壓振蕩成型后的板材，需要在恒溫90C的固化爐中恒溫定型，這就需要系統(tǒng)中加入加熱源來為固化爐中的油提供恒定溫度。這個(gè)加熱源需要具備穩(wěn)定、安全、可控的特點(diǎn)。一、幾種加熱方式的分析比較電熱絲加熱的方式有非常大的缺陷，存在“漏電”的安全隱患它的熱阻大，電熱絲非常容易因氧化反應(yīng)而斷裂，使用壽命不長(zhǎng)。功率密度低，小于5瓦/平方厘米，大功率加熱困難，維護(hù)成本高。保持控溫加熱比較困難。無法實(shí)現(xiàn)超大功率加熱，電熱管數(shù)量多，故障率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，熱能使用效率低。(1) 電汽加熱雖然成本低，但是安全性是最大隱患，如果氣壓表口久失靈，會(huì)產(chǎn)生爆炸，造成人員傷害而且占用人力資源，必須要人盯著。熱量

38、分布不均，靠加熱管近的的地方溫度就高，最多可差10幾度，易損件及耗材較多，相對(duì)來說故障率偏高。(2) 電磁感應(yīng)加熱方式提供熱源，可控性高，不存在導(dǎo)熱絕緣安全問題，功率密度不受限制，加熱線圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，不存在老化壽命問題。能夠?qū)崿F(xiàn)恒溫加熱，采用這種加熱方式效率非常高。采用電磁感應(yīng)加熱取代傳統(tǒng)加熱方式，一般節(jié)能率可達(dá)30%并大大節(jié)約維護(hù)成本。感應(yīng)加熱電源是一種非接觸式的新型內(nèi)部熱源加熱方式。它的加熱。速度快、成本低，是一種清潔的能源。較高的可控性使其在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)中占據(jù)重要的位置。感應(yīng)加熱電源的功率密度高，滿足系統(tǒng)的恒溫加熱技術(shù)需求。因此，選擇感應(yīng)加熱電源作為固化爐的加熱源。二、感應(yīng)加熱電

39、源工作原理感應(yīng)加熱原理是由產(chǎn)生的高頻交變電流通過一段線圈，線圈內(nèi)就形成了交變的高頻磁場(chǎng)，將一段管道插入其中就會(huì)在管道的內(nèi)壁產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就是渦流，由于這種交變的電流形成于管道內(nèi)壁表面，產(chǎn)生肌膚效應(yīng)，使管道局部瞬間溫度升高，當(dāng)有液體流過管道時(shí)，溫度就傳到到液體中起到迅速給液體加熱的效果。有交變電流通過感應(yīng)圈時(shí)，會(huì)引起線圈內(nèi)交變磁通中量的變化。進(jìn)而產(chǎn)生了一個(gè)電動(dòng)勢(shì)e設(shè)其等效匝數(shù)為Nz。則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：仃效值為:感應(yīng)電勢(shì)E在工件中產(chǎn)生感應(yīng)電流H便匚件內(nèi)部開始加熱，其焦耳熱為：=0.24/?/其中*丘代表產(chǎn)生的感應(yīng)電流的有效值（安八R為工件電祖（歐八t為時(shí)河三、超音頻感應(yīng)加熱電源主電路設(shè)計(jì)感應(yīng)加熱電源

40、主電路分為三部分，即整流電路，濾波電路，逆變電路。整流部分采用不空整流模塊，選用集成的整流模塊輸出線性度好，控制簡(jiǎn)單方便，根據(jù)功率要求計(jì)算參數(shù)選型。濾波電路為提高供電質(zhì)量和防止電網(wǎng)波動(dòng)干擾沖擊，保護(hù)逆變部分不受沖擊影響燒毀器件，選用電容器和電感器組合的方式進(jìn)行濾波。逆變電路根據(jù)實(shí)際負(fù)載要求，為方便控制和可靠工作選用串聯(lián)諧振式逆變系統(tǒng)，逆變器采用雙半橋連接方式，用以降低單只開關(guān)管流通電流，增加承載能力。如圖16所示為電源的主電路圖O圖16感應(yīng)加熱電源的主電路圖電源的主電路整流器采用不可控三相全橋式整流電路。三相進(jìn)線輸入都有20A的保險(xiǎn)絲，可防止短路電流沖擊電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)上的其他設(shè)備起到保護(hù)作用。并

41、且每相都并聯(lián)著一個(gè)壓敏電阻，三個(gè)壓敏電阻采用星型連接，以防止電網(wǎng)瞬時(shí)過壓對(duì)設(shè)備后面電路的損壞，起到保護(hù)設(shè)備的作用。濾波部分采用LC濾波器。逆變器采用雙IGBT并聯(lián)單相半橋逆變電路，兩個(gè)高頻諧振電容C1,C2串入逆變電路作為槽路電容與IGBT構(gòu)成逆變回路。通過串聯(lián)諧振電路，原本恒定的直流電壓被整合。新生成的方波電壓直接輸出給負(fù)載，頻率為18kHz。感應(yīng)加熱電源的額定電壓頻率為三相交流380V/SOHz，感應(yīng)加熱電源輸出功率:5-8kW（可調(diào)），電源工作頻率范圍：16-23KHz，輸出電流值:8-10A。本次設(shè)計(jì)的感應(yīng)加熱電源控制精度要求不高，并且采集量和控制功能并不復(fù)雜，考慮到設(shè)計(jì)成本等因素，選用三星S3F9454單片機(jī)來作為系統(tǒng)的控制核心，用來控制備的本地/遠(yuǎn)端啟停，實(shí)時(shí)將采集溫度、頻率、電壓、電流等模擬量信號(hào)并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)化。PLC通過紅外溫度傳感器采集固化爐的溫度值，并進(jìn)行計(jì)算，輸出0-5V的電壓模擬量給感應(yīng)加熱電源的控制系統(tǒng)的核心S3F9454單片機(jī)。通過單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換模塊將此模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并通過程序處理調(diào)節(jié)輸出功率。6控制系統(tǒng)通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)CAS總線由于具有多主工作方式，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)解決了當(dāng)前PLC通信網(wǎng)絡(luò)通訊困難的難題，利用此類技術(shù)，依據(jù)優(yōu)先權(quán)各站可進(jìn)行總線訪問的機(jī)