电气工程专业英语词汇10万(T后面)

1、广东海洋大学寸金学院2013届毕业论文广东海洋大学寸金学院毕业论文（设计）论文题目： 基于组态王监控PLC控制的运料小车 Haul car is controlled by the PLC in the King View Monitor System 系 别： 信息技术系 专 业： 电气工程及其自动化 年、班级： 09级2班 姓 名： 学 号： 200916712225 指导老师： 职 称： 讲师 日 期： 2013年05月07日 目录摘 要IABSTRACTII一、前 言1（一） 课题的研究背景及意义1（二） 设计要求及主要内容1二、运料小车系统的设计与可行性方案分析3（一） 运料小车系统

2、设计31. 小车内部结构设计32. 小车外部结构设计33. 运料小车系统的运动轨迹设计34. 运料小车系统的工艺流程设计4（二） 小车系统可行性方案分析41. 技术性分析42. 经济性分析63. 系统需求性分析6三、硬件系统的分析与设计7（一） PLC的选型71. PLC的基本结构72. PLC的工作原理83. PLC的特点104. PLC的通信105. PLC的选型12（二） 变频器的选型141. 变频器的结构142. 变频器的选型15（三） 电动机的选型161. Y系列（IP23）三相异步电动机的特点162. Y系列（IP44）三相异步电动机的特点173. 电动机的选型17（四） 行程开关

3、、电磁式继电器201. 行程开关202. 电磁式继电器21（五） 硬件系统接线图22四、软件系统的分析与设计24（一） PLC编程软语言概述241. 顺序功能图242. 梯形图24（二） PLC编程软件STEP7-Micro/WIN V4.0 概述251. PLC编程软件STEP7-Micro/WIN 的工作界面252. 通信参数的设置与在线连接263. 编译、下载程序26（三） PLC输入输出分配表27（四） PLC程序设计28（五） 组态王软件的概述28（六） 组态王软件的静态设计291. 新建工程292. 新建设备293. 定义I/O设备304. 新建画面305. 数据词典的设置31 (

4、七) 组态王软件的动态设计331. 定义小车的动画连接332. 小车运动编程与参数设置333. 按钮开关的组态354. 指示灯的组态365. 小车位置值的显示36五、系统的调试与仿真38（一）系统的调试381. PLC程序调试382. 组态的运行与调试38（二） 系统的仿真39结束语44参考文献45致 谢46附录一 PLC程序47摘 要现在的工业生产中，分工越来越细化，流水线生产已经成为企业生产环节中一种重要的模式。但是由于一些生产线的环境恶劣，或者是有些物料本身需要自动化的生产设备进行运送，于是运料小车在这种情况下应运而生。PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，PL

5、C及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计，因而可以说PLC是近乎理想的工业控制计算机。但现在工业上单用PLC制作的运料小车系统在人机交互性能方面较弱，需要一定的人力操作，降低了安全系数，而工控组态软件（如组态王）具有良好的人机界面及控制决策能力。因此，将二者结合起来可有效实现整个生产过程的综合监控、安全地生产。 关键词： 运料小车，PLC，变频器，组态王，监控，仿真ABSTRACTNow in the modern industry, more and more refined division, assembly line produ-ction ha

6、s become an important part of enterprise production of mode. But some produ- ction workshop environment is bad, or some material itself needs automation production equipment to deliver.So the material in small car was devised in this situation. PLC is a kind of digital computing operations of the el

7、ectronic system, which is designed for the industrial environment design and application. PLC and its relevant external equipment, according to easily and industrial control system as a whole, are easy to extend its function of the design principles. Therefore say PLC is almost ideal of industrial c

8、ontrol computer. But using PLC singly in HumanComputer is weak in the modern industry,it need some people to operate so that reduce the safety factor ,and the shortcoming of the labor controls configuration software (such as King view) has a good Human Machine and control decision-making ability. Th

9、erefore, integrating those can realize the whole production process of comprehensive monitoring and safety effectively.Keyword：Haul car，PLC，AFD，King View，Monitor，Simulation一、前 言（一） 课题的研究背景及意义随着我国工业自动化的不断发展，运料小车成为了工业运料的主要设备之一。由于其工作效率高、运行稳定、大大降低了工人的劳动强度、减少了工人的体力劳动，在冶金、有色金属、煤矿、港口、码头、工业自动化生产线等领域得到了广泛的应用

10、。早期运料小车电气控制系统多为“继电器一接触器”组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。而20世纪以来随着人类科技的迅猛发展，各种工业化自动控制产品都在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉等方向发展，使自动控制的实现越来越容易。PLC（可编程逻辑控制器）应运而生。PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，PLC 及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。因而可以说PLC 是近乎理想的工业控制计算机。PLC的输入/ 输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现

11、场的设备相连接。如输入接口可以与各种开关、传感器连接；输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接。同时，PLC 具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC 的运行状态进行监控。随着PLC技术的成熟、性价比的不断提高，其应用范围不断扩大，在工业自动化中发挥着越来越重要的作用。而现代自动化一般单独使用PLC在工业流水线上，但在恶劣的环境下，由于PLC在人机交互性能方面较弱，所以不被允许单独工作。组态软件（如组态王）具有良好的人机界面及控制决策能力，因此，将二者结合起来可有效实现整个生产过程的综合监控.所以，具有监控功能且由PLC控制的运料小车在未来的

12、工业自动化上有着更好的发展空间。（二） 设计要求及主要内容本设计主要实现运料小车在A、B点装料之后在C点卸料,系统的全过程均在上位机操作。由PC机上的组态王来监控带有PLC的运料小车的作业，小车内部结构是由电动机、变频器等元件组成，系统中各组件是由一定的通讯协议进行联机。本设计的主要内容有：1）. 设计运料小车的结构以及运料小车的运行轨迹和工艺流程。2）. 设置PLC、变频器的相关通讯协议以及连接。3）. 对PLC、变频器、电动机、行程开关等进行选型，作出控制系统硬件接线图。4）. 对组态王监控系统进行编程以及PLC控制系统进行编程。 由于小车运行过程中会有拐弯，在拐弯处必须减速运行以保证小车

13、的稳定。直线运行时为了提高小车的效率必须使小车在较高的速度运行。二、系统的整体设计与可行性方案分析（一） 系统的整体设计1. 小车内部结构设计本文主要考虑小车加料与卸料的方便简洁，考虑到装料的方便，本小车位于装料的上部采用敞口式，物料可直接从下料口装入小车，不需要其他环节，装料过程简单且易于监控，当然这样的装料方式对于某些粉尘类物料，需要考虑粉尘的飘扬污染环境。小车的四周做成一定的拔模斜度，便于物料的顺利卸载。小车前部装带有变频器的电动机，小车底部开卸料口，通过电磁阀的得电与失电来控制小车底部卸料底板的开合，控制简单，如图2-1所示：图1-2 小车正面图2-1 小车的结构2. 小车外部结构设计

14、 小车外部由接线端子引出三条控制线（控制继电器以达到高低速以及卸料阀）、三条信号线（显示小车状态）引至PLC的I/Q端口,各个行程开关的信号也联通到PLC的I/Q端口,PLC由PPI电缆通过协议接到PC机进行监控。3. 运料小车系统的运动轨迹设计对小车的运行轨迹进行设计的根据就是小车的工艺流程分析。从上面的流程分析可知，小车的轨迹应该是一种循环往复的形式，而且小车的运行要在一个非直线的环境下运行，这就给小车的轨迹设计带来了难度。因为在每次过弯道的过程中，为了比较小车发生危险，应该对小车的速度进行适当的调节。这里就在每个拐弯的地方用到了行程开关，通过PLC对变频器的控制，达到调节速度的目的，使得

15、小车能够平稳的拐弯，而且还能达到高效的目的。轨迹如图2-2所示：图2-2小车运动轨迹平面图4. 运料小车系统的工艺流程设计运料小车的工艺流程主要分为2次的加料和1次的卸料。每次的加料时间为20S。在加料完毕后，小车沿着既定的运动轨迹到达卸料的地方，进行自动30S卸料作业。如图2-3所示，小车从停车场打开启动按钮SB1经过行程开关SQ1后低速到行程开关SQ2后到放A料区，停止计时20s后高速运行到行程开关SQ3停止到放料B区，停止计时20s后低速运行到行程开关SQ4到卸料区,25s后高速到停车场，要是打开停止按钮SB2，小车停止，即一个工作周期结束。要是不按SB2，小车会将循环工作。（二） 小车

16、系统可行性方案分析1. 技术性分析运料小车的突出特点就是要求能在两个相距不太远的工艺地点上实现自动化的物料传送功能，比较安全可靠。然而，所谓运料小车并不一定就是小车的形状，它可以根据生产的产品的种类，设计成漏斗状的盒子或者小的平台，只要在它的下面安装一个负责控制的PLC单元和一个带动行走部件的电机，即可统称为运料小车，本设计中采用平台式小车。小车的行走距离一般比较短，从几米到几十米不等，这个根据物料的生产工艺确定。整个运料周期可根据产量进行调整，载料小车的运行模式通过组态王、主令控制器和PLC来实现，速度变化通过改变变频器的频率来实现。同时，智能主令控制器还将检测到的料车位置以模拟信号形式送给

17、PLC，PLC再将这些信号送给上位机，通过编程软件在上位机动态画面上显示出料车的位置和状态，从而实现对运料过程的监视和在线控制。根据实际情况的小车运行分析可知，最合理的设计方式就是在小车运行的整个过程中，实现全面的控制和监测。从上一节的方案设计可知该设计涉及的主要硬件包括：1). 可编程控制器PLC的使用：在这一部分当中，最重要的就是根据电磁控制器的数量决定输入输出的接口的多少，然后在保证接口有富余的前提下，对PLC进行选型。2). 变频器的使用：通过PLC的数字量的输出信号有极调节变频器的输出频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保

18、护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。3). 实际环境下，我们需要的是一个能够随时监控的状态，那么就必须要用到可视的上位机安装有组态王的PC机。4). 电动机的使用：电动机的使用和控制非常方便，具有自起动 、加速、制动、反转、掣住等能力，能满足各种运行要求。5). 该设计方案中使用最多的就是各种行程开关和继电器、报警器，在利用PLC进行控制时，最主要的就是把PLC的输入输出口与电磁继电器的接口对应好，而且通过行程开关来控制PLC的输出信息：即进行端口标记与分配，从而能够进行准确的控制过程。 硬件系统的联络图如下图2-3所示，继电器 电动

19、机变频器下位机PLC上位机PC图2-3硬件的系统的联络图 涉及的主要软件技术包括（联络图可参考图2-3）：1) . 具有window系统的上位机：可以下载系统需要的软件系统。2) . PLC编程软件以及仿真软件：对变频器、继电器以及行程开关进行控制。3) . 变频器的设置：进行电动机的变速以及过压、过载保护。4) . 组态王软件：实现全程监控。上述的硬件元件统和软件元件在技术上的设计都是可行的。2. 经济性分析 在经济可行性方面，由于系统所用的硬件以及软件系统比较多，造价相对较高，由信息价和市场价得出的估价为：1) . 基础投资：终端PC机（一台可以控制多个小车系统）=4000元； 运料小车=

20、500元； 西门子S7-200 PLC=300元； 小型电动机=200元； 国产通用变频器=300元； 小车轨道=5000元； 2) . 人力加工费：4500元 ； 3) . 其他费用（维护费、报警器等）2000元；总计：16800比起现代常用的小车系统（无监控功能）多了PC机和组态软件，造价大概多了4500元，但是一个PC机上可以运行多台运料小车或者多个小车系统。虽然造价高了，但最明显的效益是它减少了人力操作，也就减少人力加工费，从长远来看，也是有经济效益的。3. 系统需求性分析 运料小车用途很广：可以是化工厂、石油、焦油厂等工业领域的运输设备，也可以各个工厂的运料设备。 在以人为本的当今社

21、会，减少劳动力的使用将是中国未来社会的趋势，特别在高位危行业，提高机械化操作、提高安全系数也是整个社会继续解决的问题，所以具有监控且人机交互性能方面较强的运料小车系统在未来的自动化工业会有很好的投资环境。三、硬件系统的分析与设计本设计的硬件控制系统主要包括PLC、变频器、电机、行程开关、电磁线圈以及报警灯、电源等。这些都是为了能够更好满足运料小车运行需求，需要对它们进行分析设计，特别是PLC，在本设计中是核心硬件。（一） PLC的选型 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller简称PLC），它采用一类可以编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制

22、、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1. PLC的基本结构PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器组成，见图3-1： 图3-1 PLC结构1）. 电源 PLC使用AC220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同的电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（如接近开关）提供DC 24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。2）. CPU 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电

23、源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。CPU模块的工作电压一般为5V。3）. I/O模块输入模块：现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 输出模块

24、：现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。4）.编程器 编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。不过，现在的发展趋势是用编程软件取代手持式编程器，而本设计主要用S7-200 PLC，所以编程软件也是西门子的编程软件STEP7-Micro/WIN V4.0。2. PLC的工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段， 即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一

25、定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1）. 输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2）. 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路

26、，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行

27、的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 3）. 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。图3-2 PLC的工作原理3. PLC的特点 PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:1) . 功能齐全，适用性极强：PLC产品已经标准化、系列化、模块化。用户能灵活

28、方便地进行系统的配置，组成不同功能、不同规模的系统。2) . 应用灵活： 其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；3). 操作方便，维修容易，稳定可靠：尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。4). 编程方法简单易学：梯形图是使用最多的PLC编程语言，其电路符号和表达方式与继电器、单片机相比，它更形象直观，易学易懂。5). 体积小，能耗低：小型PLC的体积仅相当继电器的1/2-1/10，PLC的配线也少的多，故可以节省大量的配线

29、和附件。4. PLC的通信S7-200支持多种通讯协议。其中有点对点接口（PPI）、多点接口（MPI）和PROFIBUS-DP协议基于7层开放系统互连模型（OSI），通过一个令牌网来实现。它们都是基础字符的异步通讯协议。带有起始位、8位数据、奇偶校验位和停止位。通信帧由起始字符和结束字符、源和目的站地址、帧长度和数据完整性校验和组成。只要波特率相同。3个协议可以在一个RS-485网络中进行，不会互相干扰。PPI、MPI和S7协议没有公开，其他通讯协议时公开的，详细见表3-1：表3-1 S7-200 PLC支持的通讯协议协议类型端口位置接口类型传输介质通信速率（bit/s）备注PPIMPIPRO

30、FIBUS-DP S7EM241模块RJ11模拟电话线33.6kCPU口0/1DB-9针RS-4859.6k,19.2k,187.5k主从站19.2k,187.5k从站EM227DB-9针RS-48519.2k-12M通讯速率自适应作从站9.6k-12MCP243-1/TIRJ45以太网10M或100M通讯速率自适应AS-iCP242-2接线端子As-i网络循环周期5/10ms 主站USSCPU口0DB-9针 RS-485 1200-115.2k 主站、自由端口ModbusRTU1200-115.2k 主从站、自由端口EM241模块RJ11模拟电话线33.6k自由端口CPU口0/1DB-9针R

31、S-4851200-115.2k本系统设计的比较简单，即采用上位机和PLC以及PLC和变频器的连接，所以采用点对点连接（即PPI）通信：一台编程站（主站）通过PPI电缆或编程站的CP通讯卡与S7-200通信，如图3-3所示：图3-3 PPI协议通信5. PLC的选型目前，国内国外的PLC产品有很多种型号，而且功能也日趋完善。常用的有三菱，西门子公司的PLC。每个公司的、每个系列的PLC的结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法及价格等都各不相同，使用场合也各有侧重。因此，选择合适的PLC，可以提高PLC在控制系统中的实质作用。PLC的选型可以从以下几个方面考虑。1）. 机型的选择选择机型主要以

32、满足系统功能要求为宗旨，不要盲目的贪大求全而造成不必要的投资以及设备资源的浪费。机型的选择可以从以下几个方面考虑：在工艺过程比较固定，环境比较好的场合可以选用整体式结构的PLC；给予其他情况则最好选用模块式结构的PLC。因为模块式结构的PLC配置灵活，装配和维修方便，也便于系统的扩展。对于以开关量控制为主的以及带少量模拟量控制的工程项目可以选用带有A/D,D/A转换的低档机；而在应用PID运算、闭环控制、通信联网等控制比较复杂、控制功能要求比较全的工程项目则应该选用高档机。另外，对于大型的控制系统，应该尽量做到机型统一。2）. 硬件选择与配置输入/输出的选择与配置：确定I/O点数，即确定PLC

33、的控制规模。根据控制系统的要求确定所需的I/O点数，应考虑到以后工艺和设备的改动或I/O点的损坏、故障等，一般应预留10%20%的备用量，实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。同时应考虑PLC提供的内部继电器和寄存器的数量，以节省I/O资源。I/O模块有开关量、模拟量，还有特殊功能输入/输出模块，如定位、高速计数器输入，脉冲捕捉等功能。输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特

34、点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。3）. 存储器类选择存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出

35、了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。4）. 电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源

36、时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。如果电源的干扰特别严重，可以选择安装一个变比为1:1的隔离变压器来减少干扰。5）. 处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期应满足：小型

37、PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。6）. 经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出的卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。 综合以上的选型要求和原则，考虑到本系统属于小型的控制系统，不需要高的控制精度，在满足

38、系统要求的功能的情况下，选择小型的S7-200PLC（以下本文所述的PLC均是此系列）。其中CPU226型有24路输入点，16路输出点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点，35路模拟量I/O点。它包括13KB程序和数据存储空间， 6个独立的30kHz计数器，2路独立的20MHz高速计数器，2路RS-485串行通信接口，具有PPI、MPI通讯协议和自由式通讯能力。编程软件为STEP7-Micro/WIN Sp3。（2） 变频器的选型1. 变频器的结构 我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（V/F变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转

39、换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。如图3-4所示：整流器中间环节控制指令指令3直流交流控制器控制指令逆变器电动机图3-4变频器结构简图本设计为了经济性选择通用变频器采用大功率自关断开关器件（： GTO、BJT、IGBT）作为主开关器件的正弦脉宽调制式电压源型SPWM变频器，而一般通用变频器的选择主要包括变频器的容量和类型、箱体结构选择三方面。2. 变频器的选型1）. 变频器的容量 额定输出的容

40、量：为输出线的电流，单位用A表示。负载电动机的选择，无论是拖动单台还是多台电动机，均应连续运行总电流不超过变频器的额定电流为选择变频器的基本原则。可用电动机的功率：以电动机的额定功率表示，单位为KW。额定容量：以变频器的输出的视在功率表示，单位为KVA2）. 变频器类型的选择因为在本设计中下运料小车在某一个阶段要高速行使，而某一个阶段又低速行使，此种负载的特性曲线符合恒功率负载，所以选择U/f控制变频器。对要求高精度、快响应的电动机采用控制高性能通用变频器。3）. 变频器箱体结构的选用 主要考虑变频器的工作环境，如温度、湿度、粉尘、酸碱度等因素。常见的变频器结构有敞开型、封闭型和密闭型三种。敞

41、开型主要可装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上，尤其适于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。封闭型适于一般用途,可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合。密闭型则可适应与环境差的场合。 本设计中所采用的电机较小，控制精度要求不高，所以可采用U/F控制的容量较小的变频器且小车只在两种速度下运行，对变频器变频的要求也不高。故选择一款380V通用变频器。（三） 电动机的选型本设计中主要是对异步电动机选择。要考虑到安装地点和工作环境，选择各种型式的电动机。首先根据工作情况的要求，确定电压的的大小，选择380V还是220V。而电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性也应满足机械特性和生产工艺过

42、程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谐波干扰等），应在容许的范围内；按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内； 根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；综合考虑一次投资以及运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。由于本设计中的运料小车结构比较小，因此在选择电动机的时候，首先要考虑的就是选择结构比较小的电动机，因此在该设计中，选择结构比较小的异步电动机。现在我国常用的电机为Y系列电机（Y系列电机为笼型转子异步电动机），该电动机的防护等级为IP44，冷却方法为IC

43、411，额定电压为380V，额定频率为50Hz，3kW及以下为“Y”接法，4kW以上为“”接法。该电机坚固耐用、安全可靠因此使用范围越来越广。Y系列三相异步电动机根据其外壳的防护等级不同，又可分为IP23（防护式）和IP44（封闭式）两个基本系列。1. Y系列（IP23）三相异步电动机的特点 Y系列（IP23）为三相防护式笼型异步电动机，其防护结构型式不同于Y系列IP44的封闭式结构，但却比一般防滴式结构要优越。它能防止手指触及机壳内带电导体或转动部分；防止直径大于12毫米的小形固体异物进入；并防止沿垂直线成60度角或小于60度角的淋水滴入电动机。因此，Y系列（IP23）三相异步电动机的外壳防

44、护等级较J2老系列有明显的提高，从而使其的运行更安全更可靠。该系列三相异步电动机的额定电压为380伏，额定频率为50赫兹，功率范围则以5.5千瓦132千瓦，共有14个功率等级、6个机座号和45个规格。全系列电动机的功率等级、安装尺寸均符合IEC国际标准，电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分，绕组采用B级绝缘材料，电动机均为A形接法，其冷却方式为IC01。 2. Y系列（IP44）三相异步电动机的特点 Y系列（IP44）三相异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式笼型异步电动机，它适用于拖动无性能要求的各种机械设备，如鼓风机、空气压缩机、水泵和金属切削机床等。其额定电

45、压为380伏，额定频率为50赫兹功率范围为0.55160千瓦，共有22个功率等级。电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分，其冷却方式为IC0141。在Y系列基本系列的基础上，适当变更部分电磁结构设计或加工工艺，即可派生出许多不同类型的派生系列和专用系列。3. 电动机的选型 本设计考虑到环境等因素应选择Y系列IP44型电动机。在确定选择Y系列的IP44型电动机后，还应从负载的额定功率来确定型号的选择：电动机的功率可以由下面的公式求出。P=P1/1 （3-1）式中: P电动机的功率(KW)；P1生产机械功率(KW)； 1生产机械本身效率；电动机效率。另外还应从以下几个

46、方面综合考虑电动机的选型。1）. 电动机额定电压的选择 电动机额定电压选择的原则与供电电网或电源电压一致。 一般工厂企业低压电网为380V，所以，中小型异步电动机都是低压，额定电压为380/220V(Y/)，或220/380V(/Y接法)及380/660(/Y接法)三种。一当电动机功率较大时，额定电压提到3000V、6000V、甚至10000V的高压电动机。一般情况，电动机额定功率PN100kW，选用380V；PN200kW,选用10000V.直流电动机的额定电压一般为110V、220V、440V，大功率可提高到600、800、1000V。2）. 电动机额定转速的选择电动机额定转速选择是否合理

47、，关系到电动机的加个和拖动系统的运行效率。对很少启动、制动或反转的长期工作制的电动机，应从设备的初投资、占地面积和维修费用考虑，就几个不同额定转速进行比较，最后给出电动机的额定转速3）. 电动机外部结构的选择电动机安装形式有卧式和立式，一般选择卧式。电动机的外壳防护式有开启式、防护式、封闭式及防爆式。本设计工作在潮湿、灰尘多环境下应选择封闭式电动机。下图是Y系列IP44型电动机机座号、功率及转速为3000、1500、1000、750对应表如图3-5所示：图3-5 Y系列IP44型电动机型号、功率及转速对应表 在本设计中的生产机械是运料小车，它的功率是由小车一次可以运载的货物重量决定的。在该设计

48、中，假定小车每次可以运送的货物重量每次不超过100公斤，那么小车的功率最大不超过0.5KW。由于摩擦等的存在，电动机等的效率最高不会超过0.8。由上述公式可得出，电动机的功率大约为0.78 KW，因此可以选择功率为1.1 KW的80 1型号的电动机。 （四） 行程开关、电磁式继电器1. 行程开关行程开关是依照生产机械的行程发出的命令以达到控制其运动方向和行程长短的主令电器。行程开关主要用于将机械位移转变为电信号，以实现对生产机械的电气控制。行程开关按其结构科分为直动式、滚轮式和微动式三种。本设计采用微动式行程开关。微动式行程开关原理：当撞块压下推杆时，片状弹簧变形，从而使触电动作；当撞块离开推

49、杆时，片状弹簧恢复，使触电复位，如图3-6所示： 图3-6 微动式行程开关1-推杆 2-片状弹簧 3-复位弹簧 4-常闭触点 5-常开触点微动式行程开关的特点是操作力小，操作行程短。已泛用于机械、纺织、轻工和电子仪器等各种机械设备和家用电器中，作行程、位置和状态的控制、信号转换、限位保护和联锁作用。2. 电磁式继电器如3-7所示：电磁继电器一般由 电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制和自动化控制。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力

50、吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常闭触点”；处于接通状态的静触点称为“常开触点”如图3-8所示： 图3-7 电磁继电器原理示意图图3-8 线圈和触点在该设计中，用到了三个继电器，他们分别用来控制小车的车门关闭，变频器的高低速度控制。其他硬件如信号灯、控制线、报警灯不作详细介绍，在现场当中能合理应用即可。（五）

51、硬件系统接线图 由以上几节各个硬件的分析以及选择，用CAD软件设计出本论文的硬件控制系统的接线图3-9：图3-9硬件控制系统的接线图四、软件系统的分析与设计（一） PLC编程语言概述PLC编程语言有五种：顺序功能图、梯形图、功能块图、指令表、结构文本。它们之间的关系如图4-1：图4-1 PLC的编程语言PLC常用的有顺序功能图、梯形图、指令表（语句表）三种编程语言。语句表在编好梯形图后在S7-200仿真软件主动会生成，所以本设计忽略。1. 顺序功能图这是一种位于其他语言之上图形语言，用来编制顺序控制的程序。顺序功能图提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作顺序功能图的三种主要元件，详细编程

52、在本章第三节会提到。2. 梯形图梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图简单易懂，特别使用数字逻辑控制。梯形图有触点、线圈和功能块组成。 在分析梯形图中的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线(左母线和右母线)之间有一个左正、右负的直流电源电压，母线之间有“能流”，从左向右流动，右母线一般不画出来。通常常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态时软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态，使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。梯形图的编程规则：1）. 触点的使用次数是无

53、限制的。2）. 梯形图编程从左母线开始由左右编程，由触点开始，线圈或指令盒结束。3）. 线圈和指令盒一般不会直接在左边接在母线上，若需要可以先连接继电器SM0.0。4）. 同一程序中，同一编号的线圈应避免使用两次或以上，称谓为双线圈输出（容易引起误动作）。（二） PLC编程软件STEP7-Micro/WIN V4.0 概述1. PLC编程软件STEP7-Micro/WIN 的工作界面1）. 程序块：程序块由可执行的代码和注释组成，可执行代码由主程序、可选的子程序、中断程序组成。2）. 数据块：数据块由数据（变量存储器的初始值）和注释组成。3）. 系统块：系统块是用来设置系统的参数的，例如：断电保持范围、密码、STO模式时的PLC的输出状态、模拟量和数字量输入滤波值。4）. 状态表：状态表用来监视、修改和强制程序执行时指定的变量的状态。5）. 符号表：符号表允许程序员用符号代替存储器的地址以便记忆。6）. 交叉引用表：双击交叉引用表中某一行可以显示该行的操作数和指令对应的程序块的网络。图4-2 PLC编程软件STEP7-Micro/WIN 的工作界面2. 通信参数的设置与在线连接为了实现PLC与计算机的通信、需要在软件中完成以下设置：1）. 双击指令树“通信” 文件夹中“设置PG/PC接口” 图标PC/PPI cable(PPI)PPI选项卡：设置默认地址为