某XX機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、有一個(gè)某Xx機(jī)，主機(jī)由7.5kW的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，根據(jù)原材料料不同，要求速度在一定的范圍內(nèi)無(wú)極可調(diào)，且要求原材料太多或者卡死設(shè)備時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)保護(hù)；機(jī)器上配有冷卻水，冷卻水溫度不能超過(guò)50℃，而且冷卻水管不能堵塞，也不能缺水，堵塞和缺水將造成嚴(yán)重后果，冷卻水的動(dòng)力不在本設(shè)備上，水溫和壓力要可以顯示。

（1）硬件系統(tǒng)集成

①分析問(wèn)題。根據(jù)已知的工藝要求，分析結(jié)論如下。

a.主電動(dòng)機(jī)的速度要求可調(diào)，所以應(yīng)選擇變頻器。

b.系統(tǒng)要求有卡死設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)能及時(shí)保護(hù)。當(dāng)載荷超過(guò)一定數(shù)值時(shí)（特別是電動(dòng)機(jī)卡死時(shí)），電流急劇上升，當(dāng)電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)即可判定電動(dòng)機(jī)是卡死的，而電動(dòng)機(jī)的電流是可以測(cè)量的。因?yàn)槭褂昧俗冾l器，變頻器可以測(cè)量電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)電流，這個(gè)瞬時(shí)電流值可以用通信的方式獲得。

c.很顯然這個(gè)系統(tǒng)需要一個(gè)控制器，PLC、單片機(jī)系統(tǒng)都是可選的，但單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)周期長(zhǎng)，單件開發(fā)并不合算，因此選用PLC控制，由于本系統(tǒng)并不復(fù)雜，所以小型PLC即可滿足要求。

d.冷卻水的堵塞和缺水可以用壓力判斷，當(dāng)水壓力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，視為冷卻水堵塞，當(dāng)壓力低于一定的壓力時(shí)，視為缺水，壓力一般要用壓力傳感器測(cè)量，溫度由溫度傳感器測(cè)量。因此，PLC系統(tǒng)要配置模擬量模塊。

e.要求水溫和壓力可以顯示，所以需要觸摸屏或者其他設(shè)備顯示。

②硬件系統(tǒng)集成。a.硬件選型。?小型PLC都可作為備選，由于西門子S7-200 SMART系列PLC通信功能較強(qiáng)，而且性價(jià)比較高，所以初步確定選擇S7-200 SMART系列PLC，因?yàn)镻LC要和變頻器通信占用一個(gè)通信口，和觸摸屏通信也要占用一個(gè)通信口，CPU SR20 有一個(gè)編程口（PN），用于下載程序和與觸摸屏通信，另一個(gè)串口則可以作為USS通信用。由于壓力變送器和溫度變送器的信號(hào)都是電流信號(hào)，所以要考慮使用專用的AD模塊，兩路信號(hào)使用EMAI4是適當(dāng)?shù)倪x擇。由于CPU SR20的I/O點(diǎn)數(shù)合適，所以選擇CPU SR20。?MM440是一款功能比較強(qiáng)大的變頻器，價(jià)格適中，可以與S7-200 SMART很方便地進(jìn)行USS通信，所以選擇MM440變頻器。觸摸屏選擇西門子的Smart 700 IE。

b.系統(tǒng)的軟硬件配置。

?1臺(tái)CPU SR20。?

1臺(tái)EM AE04。

?1臺(tái)Smart 700IE觸摸屏。

?1臺(tái)MM440變頻器。

?1臺(tái)壓力傳感器（含變送器）。

?1臺(tái)溫度傳感器（含變送器）。

?1套STEP7-MicroWin SMART V1.0。

?1套WINCC FLEXIBLE 2008 SP4。

c.原理圖。系統(tǒng)的原理圖如圖4-1所示。

d.變頻器參數(shù)設(shè)定。變頻器的參數(shù)設(shè)定見表4-2。

（2）編寫PLC程序①I/O分配。PLC的I/O分配見表4-3。

②編寫程序。溫度傳感器最大測(cè)量量程是100℃，其對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是27648，所以AIW16采集的數(shù)字量除27648再乘100（即 ）就是溫度值；壓力傳感器的最大量程是10000Pa，其對(duì)應(yīng)的數(shù)字量是27648，所以AIW18采集的數(shù)字量除27648再乘10000（即 ）就是壓力值；程序中的VD0是額定頻率的百分比，由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是1400r/min，假設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是700r/min，那么VD0＝50.0，所以VD0=VD50÷1400×100。程序如圖4-5所示。

（3）設(shè)計(jì)觸摸屏項(xiàng)目本例選用西門子Smart 700IE觸摸屏，這個(gè)型號(hào)的觸摸屏性價(jià)比很高，使用方法與西門子其他系列的觸摸屏類似，以下介紹其工程的創(chuàng)建過(guò)程。

①首先創(chuàng)建一個(gè)新工程，接著建立一個(gè)新連接，如圖4-47所示。選擇“SIMATIC S7 Smart”通信驅(qū)動(dòng)程序，觸摸屏與PLC的通信接口為“以太網(wǎng)”，設(shè)定PLC的IP地址為“192.168.0.1”，設(shè)定觸摸屏的IP地址為“192.168.0.2”，這一步很關(guān)鍵。

②新建變量。變量是觸摸屏與PLC交換數(shù)據(jù)的媒介。創(chuàng)建如圖4-6所示的變量

③組態(tài)報(bào)警。雙擊“項(xiàng)目樹”中的“模擬量報(bào)警”，顯示如圖4-7所示的組態(tài)報(bào)警界面。

④制作畫面。本例共有三個(gè)畫面，如圖4-50～圖4-52所示。

⑤動(dòng)畫連接。在各個(gè)畫面中，將組態(tài)的變量和畫面連接在一起。

⑥保存、下載和運(yùn)行工程，運(yùn)行效果如圖4-50～圖4-52所示。