基于plc的压砖机控制系统设计.docx
《基于plc的压砖机控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于plc的压砖机控制系统设计.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于plc的压砖机控制系统设计
***职业技术学院
毕业论文
题 目：
基于PLC的压砖机控制系统设计
作 者：
学 号:
院 、系:
机电工程学院
专业班级：
电气
指导教师：
2017年5月20日
基于PLC的压砖机控制系统设计
摘要
在建筑物和其他结构的建筑中,砖是必不可少的原料,具有举足轻重的作用.高质量的砖不仅在硬度上较强，而且在整个制造过程中产生的污染物很少，对环境的影响较低。
PLC可靠性高,控制能力强，系统程序能够随着功能参数变化灵活变化，利用PLC以上特点能够使砖制造行业地准确度和生产效率都大大提高,基于PLC的全自动压砖机具有生产质量高、生产规模大、生产效率高、系统稳定等诸多优点,另外，PLC控制系统的有着较强的抗干扰能力，工作性能稳定，波动很小.压砖机经过改变振动频率的大小来控制砖产生的密度，通过变频器对振动频率进行控制。
本课题选用三菱系列FXPLC作为核心控制器，采用西门子MM440变频器，一套完整的全自动压机系统设计.
关键词：
压砖机控制系统PLC变频器
DesignofpresscontrolsystembasedonPLC
Inbuildingsandotherstructuresofthebuilding，thebrickisessentialrawmaterials,withapivotalrole。
High—qualitybrickisnotonlystronginhardness,butalsointheentiremanufacturingprocessgeneratedlittlepollutants,theimpactontheenvironmentislow。
PLCreliability，controlability,thesystemprogramcanchangewiththeflexiblechangesinfunctionalparameters,theuseofPLCfeaturescanmakethebrickmanufacturingindustrytoimprovetheaccuracyandproductionefficiencyaregreatlyimproved，basedonPLCautomaticbrickmachinewithproductionqualityHighefficiency，highproductionefficiency,systemstabilityandmanyotheradvantages,inaddition，PLCcontrolsystemhasastronganti-interferenceability，stableperformance,fluctuationsaresmall.Theboringmachinecontrolsthedensityofthebrickbychangingthevibrationfrequencytocontrolthevibrationfrequencythroughthefrequencyconverter。
ThistopicchoosestheMitsubishiseriesFXPLCasthecorecontroller，usestheSiemensMM440frequencychanger,acompleteautomaticpresssystemdesign。
Key words：
Press，controlsystem，PLC,frequencyconverter;
第一章绪论
在建筑物和其他结构的建筑中，砖是必不可少的原料，具有举足轻重的作用。
随着现阶段城镇化趋势的显著增高，对城镇住房建设的需求也越来越大,高质量的砖不仅在硬度上较强，而且在整个制造过程中产生的污染物很少，对环境的影响较低。
PLC可靠性高，控制能力强，系统程序能够随着功能参数变化灵活变化，利用PLC以上特点能够使砖制造行业地准确度和生产效率都大大提高，基于PLC的全自动压砖机具有生产质量高、生产规模大、生产效率高、系统稳定等诸多优点，另外，PLC控制系统的有着较强的抗干扰能力，工作性能稳定,波动很小。
压砖机经过改变振动频率的大小来控制砖产生的密度,通过变频器对振动频率进行控制.本课题选用三菱系列FXPLC作为核心控制器，采用西门子MM440变频器，一套完整的全自动压机系统设计.
1.1选题的目的和意义
随着社会的不断进步，生产力的提高,人们生活质量也在不断提升，由于城镇化的步伐加快,人们对城镇住房建设的需求也越来越大，对住房建设用砖的数量和质量都有更高的要求.在以前由于技术的低下，自动化水平不高，大多采用人工半自动化运作机器制砖，这种制造方法不仅效率低下，产品质量不高外,由于工作条件的艰苦致使很多人不愿意从事此工作，造成了工人流失严重的现象，所以提升压砖机的自动化水平和技术水平成为了该领域迫切的需要，也具有重大的意义。
PLC可靠性高，控制能力强,系统程序能够随着功能参数变化灵活比变化.利用PLC以上特点能够使砖制造行业地准确度和生产效率都大大提高，并且解放了很多人力，降低了生产成本,改善了行业现状。
本篇文章所研究的方向是利用PLC设计开发了一套实用性强的压砖机控制系统,该系统采用采用先进的FXPLC作为核心控制器,在多种软硬件的相互协作下最终要完成该系统的硬件设计、软件设计、控制流程设计,完成PLC功能表图、梯形图及指令表的设计，确定出该系统的工作方式,对系统做出仿真和调试等工作
1.2国内外制砖机的生产发展趋势
压砖机作为当今建筑墙体制瓷生产领域的自动化产品，是行业生产中最重要的生产装置。
型品加工工厂，压机一旦不能工作,会导致全生产线的停产，由此可知压砖机在生产中的重要性,是不可或缺的生产设备。
压砖机能够控制各个生产工部的工作顺序，还能对工部的温度、压力和时间进行设定和显示。
老式压砖机一般利用继电器控制运作，这种方式不仅内部结构繁琐、占用空间大、设备可靠性不高、准确度不高，而且制砖的效率和产品质量也较为低下，故障维修难度大等缺点.由于PLC可靠性高，控制能力强，系统程序能够随着功能参数变化灵活比变化,利用PLC以上特点能够使砖制造行业地准确度和生产效率都大大提高，所以在现阶段的设备设计中，无论是国外制造的压砖机还是国内使用的设备都是利用PLC作为控制系统。
PLC的广泛使用致使几乎所有的电器生产厂商都在生产PLC,在多年的研发和生产中,PLC的性能也在不断提高，产品综合水平也越来越完善.
国内从上个世纪末开始在制砖行业采取装备化的生产模式，经过摸索研究和国内技术的进步，我国开始自主研发自动压砖机，自主研发加参照国外先进技术，我国在压砖机制造领域得到了巨大的进步。
1989年，山东陶机厂和华南理工大学合作开发的600型压砖机通过测试，短短几年之后，就开始了大规模机械化生产。
力泰公司在600型压机的基础上开展了系列化的制造，压机吨位也得到很大提高，直至现在，很多产品仍在市场上占据主要地位。
国内压机虽然取得了很大的进步，已经实现了计算机化设计，然而压机的吨位不大，个别大吨位设备的生产仍然不足。
和国外压砖机制造相比仍然落后很多,在结构、技术、系统、控制等诸多方面差距很大。
国内压砖机在线上能够安全可靠地生产运行,能够代替国外的相同等级的压砖机生产使用,现阶段国内压砖机已经具有设计、制造、生产任何结构任何吨位的能力和技术。
当代我国在压砖机的使用量上居世界首位,压砖机使用的规格型号也是最多的国家，是生产压和使用砖机地大国，同时我国也预期五年之内达到压砖机的生产强国行列.
压砖机的未来发展趋势是小的，大容量，智能化和高速度，因为PLC的各种性能上的优势，将成为设计界关注的焦点。
1.3本章小结
通过以上的分析，大致了解了压砖机地发展现状和未来的发展趋势，了解了PLC在制砖领域的重要作用和地位，把握了国内压砖机的应用现状和发展趋势，并且明确了在全自动化条件下压砖机所具有的优势。
第二章基于PLC控制的制砖机设计简介
PLC控制系统通过一个限位开关，压力传感器,PLC控制器，变频器等部分组成，由PLC组件执行控制，通过组态软件监控。
2.1基于PLC控制的制砖机的组成
该控制系统包括：
10个光电开关作为每个动作的开关是自导检测限，2转换器分别调节冲击频率与泵电机的速度，1压力传感器检测压模压力调整模具压力的大小，西门子协调各装置控制操作.如图2.1所示。
图2.1制砖机的组成
2。
2基于PLC控制的制砖机的运行过程
（1）基于PLC的制砖机控制系统的简易原理图
自动控制的制砖机系统是利用PLC把传感器采集的模拟量转换成数字信号，然后将数字信号与给定的值进行对比,通过程序中参数集中处理，输出对应的控制信号进行控制.制砖机中的PLC通过里面压力传感器来计算压膜值并且与给定值进行比较，若果压膜的压力比设定的值大，那么降低变频器的频率,这样就减轻了压槽的压力大小，由砖式冲击模振动的不同密度产生砖，变频器控制震动模振动频率的速度，如果模具压力值小于设定压力，PLC通过变频器提高油泵转速来达到增加压头压力的目的.制砖机系统的简易工作原理如图所示.
图2.2自动控制制砖机系统简易工作图
2。
3基于PLC控制的制砖机中传感器的选型
传感技术在现代信息技术中的发挥着越来越重要的作用，它包括信息的收集、传输和处理技术。
在整个制砖机的控制系统中传感器［2］发挥着至关重要的作用。
本设计中采用进口的高精度、高稳定性的BYP300型压力传感器。
（1）BYP300压力传感器工作原理
BYP300型压力传感器采用先进的扩散硅传感器，扩散硅传感器灵敏度非常高，有着高精度和载能力强的特点。
由于传感器和集成度高，体积小，安装方便，结构简单的放大器电路,所以应用广泛。
BYP300压力传感器使用特殊的压力敏感元件技术的扩散，将惠斯登电桥的组成，对压力的变化非常敏感,通过形成片的精密加工技术。
当压力作用于传感器，传感器感光片发生变形，改变和压力表电阻成正比关系,电阻的变化对应的电压和电流的变化.直流电送入桥会产生4~20mA直流信号。
BYP300压力传感器的参数如表2。
1所示：
表2。
1BYP300压力传感器的性能参数
测量范围
0—100Mpa
精度等级
0。
1
输出信号
4-20mA
防暴等级
T5
防护等级
IP65
电源电压
24V
最大过载
2—3倍
（2）模拟量的输入设置
在本设计中，通过压力传感器把采集到的模拟量输入到PLC中,在PLC中通过比较做出相应动作,从而使变频器处于工作状态。
0—32000为工作的全过程,在全方位配置0—50mpa，在正常压砖机系统运行时间为45MPa，当压力超过45MPa,泵电机转速下降，组态中能实时监控压力的大小.在编程时,AIW0的值为in2×45=28800，in2的值为32000/50=640。
模拟量输入如图2.2所示的程序：
图2。
2程序中模拟量的输入
2.4基于PLC控制的制砖机中变频器
在之前的很长一段时间，工业中应用最为广泛的是直流电动机。
由于技术的不成熟，在相当长的时间里，交流电动机一直应用不广泛,变频器的出现解决了这一问题.
2.4。
1变频器的发展
在19世纪期间，直流电动机和交流电动机已经在工业中得到应用，已经成为动力机械的主要驱动装置。
但由于当时技术部成熟，在很长的一段时间里,工业上对各种机械设备所使用的调速系统仍然是直流调速系统。
由于变频器的直流电机的存在，使维修费用十分有吸引力，和电机的最大速度和单位能力无法提高。
因此,人们对交流电机的速度控制系统取代直流电机。
之后,人们开始大量研究交流调速系统，交流调速系统得到了很快的发展。
20世纪初期,调节转速的交流电动机在特种工业中得到迅速发展。
多功能,变频器的小型化,网络化和无污染的发展，变频器在交流调速系统性能优越，已广泛应用于各行业。
变频器的缺点主要有变频器在输出电流和电压时产生的谐波对电机及电网产生了一定的影响.在变频器使用中,变频器电能损耗也要考虑在内。
2.4.2MM440变频器
在此制砖机控制系统中使用的变频器的型号为MM440，MM440变频器是用来控制三相交流电动机调速的变频器。
MM440变频器的主要特点：
（1）易于安装,调试
（2）牢固的EMC设计
（3）简便的电缆连接
（4）响应速度
（5）参数及其数值设置方便
（6）具有矢量控制功能
（7）变频加速/减速的斜坡特性能够调节，也能调节起开始和结束段的平滑圆弧。
2.4.3变频器的选型和设置
本设计选用恒定转矩控制方式，MM440变频器的技术参数范围为：
可切换高电平/低电平有效，数字量输入和模拟量输入分别为6个和2个,可编程。
功率因数为0.98的固定频率和跳转频率分别为15个和8个。
变频器要实现三段固定频率控制，需要3个数字输入端口。
三段固定频率控制接线图如图2。
3所示。
图2.3三段固定频率控制接线图
（1）可以由p0703数字输入端口“7”控制，当电机启动和停止控制.
（2）实现3段固定频率功能要用到数字输入端口5和6，端口5和端口6由S1和S2开关组合成二进制控制码控制。
变频器中开始使用前要恢复变频器工厂默认值。
设置参数P0010=30；P0970=1后，按下P键，屏幕上显示“busy"字样，此时变频器开始复位，需要30s，恢复变频器的参数返回到工厂默认值。
固定的三段频率控制状态表如2.2所示,固定的三段频率控制参数表如表2。
3所示。
表2.2固定的三段频率控制状态表
固定频率
6端口（S2）
5端口（S1）
参数号
频率/Hz
转速
1
0
1
P1001
10
280
2
1
0
P1002
25
700
3
1
1
P1003
50
1400
OFF
0
0
/
0
0
表2。
3固定的三段频率控制参数表
参数号
出厂值
设置值
说明
P0003
1
2
设用户访问级为拓展级
P0004
0
7
命令和数字I/O
P0700
2
2
命令源选择
P0701
1
15
选择固定频率
P0702
1
15
选择固定频率
P0703
1
1
ON接通正传，OFF停止
P0004
0
10
设定值通道
P1000
2
3
选择固定频率设定值
P1001
0
10
设置固定频率1（Hz）
P1002
5
25
设置固定频率2（Hz）
P1003
10
50
设置固定频率3（Hz）
P1120
10
3
斜坡上升时间（S）
P1121
10
3
斜坡下降时间（S）
2。
5本章小结
本章介绍了传感器在选择砖机的变频器控制系统的设计步骤，可以清楚地了解，设计控制的要求和方法，主要困难是压力传感器和传感器之间的连接。
要区别电压型和电流型传感器的优缺点，在这里，要使变频器的输出功率与制砖机系统的需求相适应，要设置好变频器和传感器的各种参数，满足制砖机的。
各个器件参数的大小，传感器型号的选取对制砖机设计的难度和制砖机自动控制系统的可靠性有很大的关系.
第三章基于PLC控制的制砖机可编程控制系统的实现
在PLC问世之前，工业上普遍采用的是继电器—接触器控制。
继电器接触器控制系统虽然结构简单且易检修,但也有明显的缺点：
体积大，通用性和灵活性差，短的可靠性，使用寿命短，运行速度不高，没有数据通信与网络控制系统的功能，特别是对变化的适应性较差，生产过程中，功能的局限性。
若生产工艺发生了变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，这不仅影响了产品更新换代的周期，而且对于比较复杂的控制系统来说，不但设计制造困难，而且其可靠性不高。
随着科学技术的不断发展，生产工艺的不断发生改进，特别是计算机技术的应用，新型控制策略的出现，不断改变着电气控制技术的面貌。
在控制方法上，从手动控制发展到由PLC控制；在控制功能上，从简单控制发展到智能化控制；在控制原理上，从单一的有触头硬接线继电器逻辑控制系统发展到以微处理器或微型计算机为中心的网络化自动控制系统。
3.1西门子系列PLC
S7-200是西门子PLC的主流产品，其功能强大，性价比高，应用范围广泛，深受国内外用户的欢迎,在国内外具有较高的市场占有率。
3。
1.1PLC的发展历程
在20世纪60年代,在工业上的生产系统中大部分采用的是继电器控制的系统，。
当生产每一样产品更换时都需要重新对参数进行设置.但是随着生产技术的发展，产品的更新越来越快，这样更换继电器的频率就很高，花费巨大，成本过高，并且阻碍了产品的生产周期。
为了改变这种状况，人们开始对工业控制设备的新类型的研究和发展，可编程控制器[3］.可编程逻辑控制器早期简称PC,后来改名为PLC.
3。
1.2FXPLC系统的基本组成及其优点
FX系列PLC，是三菱F各系统的替代产品，由于它具备的各种功能模块和人机界面可供选择多,因此很容易组成PLC网络.FX系列PLC硬件系统的组成采用整体式加积木式，即主机中包括I/O设备端口,各种的功能扩展模块。
FXPLC由基本单元，存储器，通信口，电池，LED指示灯,I/O端子组成。
（1）基本单元
基本单元为FX系列CPUXP模块,这是PLC的主机。
（a）中央处理器单元
可编程控制器实质上就是一台专用的工业控制计算机，通常每一个主机模块上都安装有一个或多个中央处理器（CPU）.如果有一个以上的CPU，那么你必须有一个主CPU，其他作为辅助CPU,他们一起工作，可以提高计算速度和整个控制系统的功能,缩短程序的执行时间。
（b）存储器
PLC的内存模块主要用于存储用户程序,也可以作为一种辅助记忆系统，在存储器模块的结构连接到CPU模块。
存储器的种类很多,按存储类型可以划分为四种，分别为：
ROM，EPROM，EEPROM，RAM。
各种安装,IC卡，直接进入集成块,内存板等。
（c）通信口
PLC通常配有通信端口。
主机模块具有至少一个或两个通信端口.PLC有两个通信端口,然后可以用编程器连接，一个用于上位机连接。
（d）电池
在主机模块的锂电池，主要用于防止用户程序和数据在断电情况下的损失。
（e）LED指示灯
安装在PLC主机模块上的LED指示灯是为了显示PLC的工作状态。
（f）I/O端子
PLC有很多I/O模块，其中输入端子是PLC与外部输入信号连接。
输出端子是PLC与负载连接。
而扩展接口是为了增加PLC的输入输出模块。
（2）个人计算机
在个人计算机可以通过安装上了GXWork2编程软件来为用户提供编写和调试功能,在调试完成后能够为使用者提供监视和控制等功能.
（3）GXWork2编程软件
此软件是基于Windows系统编程的应用软件，功能和应用十分广泛，可以和组态王软件一起使用.GXWork2编程软件开发环境如图3。
1所示：
图3.1PLC编程界面
（4）通信电缆
个人计算机通信与PLC通信是可用PC/PPI电缆，使用处理器（CP），可以使用多点接口电缆，当有多点接口MPI卡时,可以使用多点接口卡作为一种特殊的通信电缆。
（5）人机界面
人机界面，简称HMI，有时又可称作用户界面.是用来作为人与计算机之间传递和交换信息的媒介，人们可以很容易操控计算机达到人们所需要的目的，而计算机能够更形象生动地将处理结果传递出来。
简化操作，减少以前枯燥的界面.
3。
1。
3FXPLC的接口模块
数字量输入输出模块
FXPLC添加输出扩展模块。
制砖机控制系统需要18个输出端，而目前只有10个输出端口，以解决输出端口是不够的，选择32mt—ds输入和输出扩展模块.32MT-DS扩展模块上有16个输入端口，16个输出端口,满足制砖机自动控制的要求。
32MT—DS扩展模块性能参数如表3。
1所示。
32MT-DS混合输入/输出模块连接器端子图如图3。
2所示。
表3.132MT-DS扩展模块性能
物理特性
功耗
6W
输入特性
输入点数
16输入
输入类型
漏型/源型（IEC类型1）
输入电压
最大连续电压
30VDC
额定电流
24V直流,4mA,（通常）
输入同时接通点数
输入同时接通点数
40℃
16
55℃
16
输出特性
该机集成输出点
16输出
输出类型
固态－MOSFET
输出电压
允许范围
20。
4－28.8VDC
图3。
232MT—DS数字量混合输入/输出模块端子图
3.1.4PLC的特点
如今PLC控制的出现，电气控制基本都被遭到淘汰。
PLC与传统的电气控制系统相比较，PLC的控制系统有以下优点：
（1）控制方法
传统的电气控制用继电器触电的并联和串联来组成控制电路,主要逻辑采用硬件接线,它连线多、体积大、功耗大、复杂，在系统构成后，想改变或者增加功能都较为的困难。
继电器的触点数量是有限的,所以电气控制系统的可扩展性和灵活性是很有限的.PLC控制逻辑采用程式的方式,并与计算机之间通讯,并存放在存储器中，要改变其控制逻辑的话只需改变其程式即可，十分方便[6］。
（2）工作方式
继电器控制系统的电路，在电源接通时,继电器电路是由国家,限制，不将继电器由某种条件不能拉,继电器的吸引力是吸引状态，这种工作方式称为并行工作模式。
但是PLC通过程序执行一定的循环，因此各种继电器触电都应处在相应的循环之中，这种工作方式称之为串行通讯的工作方式。
（3）控制速度
PLC通过程序指令去控制半导体电路来实现控制，其速度快，程序指令执行时间在微秒级，不会出现触点抖动问题。
但是继电器控制系统无法做到这点.
（4）定时和计数控制
电气控制系统的定时和技术特点是采用时间继电器的延时动作实现时间控制，其定时精度低。
而PLC的定时和技术特点是采用半导体集成电路做的定时器，定时范围宽,精度极高，用户可以按照需要在程序中设定所需要的时值，不受环境的影响，修改方便。
但是电气控制则不具备如此的计数功能.
（5）可靠性和可维护性
PLC凭借其强大的功能,通用性强,并且体积小,可靠性大等特点在各种工业上得到了广泛的应用。
在工厂自动化系统中,PLC作为核心的控制期间而存在,它既可组成功能齐全的自控系统控制整个工厂的运行，亦可单独使用作单机自动控制。
它还是继电器控制柜的理想替代物。
PLC占有举足轻重的地位。
特别是在数控机床及大量的机床改造和老设备改造中,PC应用极广。
3。
1.5可编程控制器的控制过程
可编程控制器执行程序的过程有三个阶段。
（1）输入采样阶段
PLC通过扫描把输入端口的输入状态按顺序保存在输入映像寄存器中，然后控制器对采集的信息进行处理，因为输入信号存在输入映像寄存器中，即使程序在执行过程中输入状态发生了变化,对程序的执行和处理也无任何影响。
当一次扫描结束，映像寄存器被刷新，输入端信号才再次被采集进入输入映像寄存器中，进行程序执行。
再次扫面刷新，再次执行处理。
（2）程序执行阶段
PLC梯形图程序扫描遵循从左到右,从上到下的步骤顺序执行.所谓用户程序的执行，并非是系统将CPU的工作交由用户程序管理,CPU仍执行系统程序中的指令.输入端每次采集
升级会员 