s7-200plc在纸机传动中的应用_毕业设计(编辑修改稿)

s7-200plc在纸机传动中的应用_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

传动形式有不同的控制方法。 下面主要说明交流传动负荷分配的设计。 交流传动采用变频调速后，交流电机没有像直流调速那样明确的电流环、速度环，又不能直接控制变频器内的电流环，所以做负荷分配较为复杂，现在常用也较为实用的方法有： 负荷分配控制器是专门用来解决变频器、直流调速装置的负荷分配问题。 这种控制方法简单，价格低廉。 PLC 控制负荷分配 陕西科技大学毕业论文 （设计说明书） 8 有些变频器、直流调速装置没有通讯控制功能，负荷分配只能通过端口控制。 我们利用 PLC 作为负荷分配控制器，在 PLC 上扩展 A/D 模块，采 样电机电流，依据负荷分配原理经过 PLC 运算处理，输出数字量的加速、减速信号连接到速度链控制回路，完成负荷分配控制功能。 这种控制方法简单，系统可靠，适用性较好。 通讯控制负荷分配 上述的几种控制方法都属于模拟控制，适用于 5 台电机以下的负荷分配，控制精度比较低。 PLC 通讯控制负荷分配采用全数字化控制， PLC 采样电机电流转矩，依据负荷分配控制算法精确计算，控制变频器达到负荷平衡。 现在的大多数公司所生产的变频器都具有通讯功能。 通过现场总线，变频器可以和工控机、 PLC 之间进行通讯，交换数据。 解决负 荷分配问题所使用的思路是通过 PLC 通讯，读到各传动点的转矩值，将转矩值加以比较，再通过 PLC 通讯调节各变频器的给定频率，加大或减小该电机的转差率，从而调整该电机的转矩。 使用 PLC 解决负荷分配问题，其优点是：调试容易、工作可靠，但不适之处在于过于专业化，对用户技术要求较高。 PLC 控制负荷分配可以达到 20点以上，控制精度很高，负荷分配不平衡度可以控制在 3%以内。 是上述其它控制所不能达到的效果。 现在有些公司的变频器可以采用转矩控制方式，如 ABB 公司的 ACX600 系列，西门子 公司的 6ES70变频器等。 采用这些变频器可以利用转矩控制方式解决负荷分配的问题。 选取一台变频器作为负荷分配主机，这台变频器作为主机处于速度控制模式在速度链结构上，其它从机选用转矩控制模式，将主机的转矩输出作为从机的转矩给定，这样其它从机变频器的给定信号是转矩，而非一般变频器的频率信号。 从机时刻跟随主机转矩的变化，起到负荷分配控制的目的。 但是这样的控制适合于文化纸机的复合压榨部，不适合于网部、施胶机、光压等传动负荷分配。 这是因为当从机负载转矩较大时，电机转速低，当负载转矩较小时，电机转速高，空载时甚至达到最大 频率。 这种特性有些类似于直流调速上的速度调节器饱和的电流控制方法。 所以要求负载在运行时必须一直处于加压状态或类钢性连接。 这种控制方法进度精度高，动态相应快，控制品质高，但适用范围小，对负载有一定的要求。 各公司相继推出多传动的解决方案，通过其变频器附加软件或控制板实现，如 ABB公司的主 从应用宏软件、西门子的工艺板等。 利用这些附件可以很好的解决负荷分配问题。 其控制的原理与负荷分配原理不矛盾，利用它可以获得良好的动态性能和具有速度限幅保护。 提高设备的运行性能和可靠性。 S7200PLC 在纸机传动中的应用 9 第三章 PLC 和变频器技术简介 PLC 概述 可编程程序控制器 (Program label Controller)，因为早期主要应用于开关量的控制，因此也称为 PLC(programmable Logic Controller)，即是可编程逻辑控制器。 现代的可编程控制器是以微处理器为基础，高度集成的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。 PLC 自问世以来，经过 20 年的发展，己经成为最受欢迎的工业控制类产品。 它之所以高速发展，除了工业自动化的客观需求外，还有许多独特的优点。 它较 好的解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。 PLC 的基本组成与各部分的作用 PLC 的基本组成 PLC 是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。 按结构形式的不同， PLC 可分为整体式和组合式两类。 整体式 PLC 是将中央处理单元 (CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。 另外还有独立的 I/0扩展单元与主机配合使用。 主机中， CUP 是 PLC 的核心， I/O 单元是连接 CUP 与现场设备之间的接口电路，通信接口用于 PLC 与编程器和 上位机等外部设备的连接。 组合式 PLC 将 CUP 单元、输入单元 ,输出单元、智能 I/0 单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。 装有 CPU 单元的底板称为 CUP 底板，其它称为扩展底板。 CUP 底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过 10m 无论哪种结构类型的 PLC，都可以根据需要进行配置与组合。 PLC 各部分的作用 （ 1）中央处理单元 (CPU) CPU 在 PLC 中的作用类似于人体的神经中枢，它是 PLC 的运算、控制中心。 它按照系统程序所赋予的功能， 完成以下任务 : ； 、 LPC 内部电路的工作状态和编程的语法错误； ，送入 PLC 的数据寄存器保存起来； 进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作；。 （ 2）存储器 陕西科技大学毕业论文 （设计说明书） 10 根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下 3 种 : :和各种计算机一样， PLC 也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了 PLC 的功能，称为系统程序， 系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。 系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器 RMO 或 EPROM。 :用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。 由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的 RMA。 由于 ARM 掉电会丢失数据，因此使用 RMA 作用户程序存储器的 PLC，都有后备电池保护 ARM，以免电源掉电时，丢失用户程序。 当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入 EPROM。 目前较先进的 PLC 采用快闪存 储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不用后备电池保护。 :工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。 这部分数据存储在 ARM 中，以适应随机存取的要求。 在 PLC 的工作数据存储区，开辟有元件映像寄存器和数据表。 元件映像寄存器用来存储 PLC 的开关量输入 /输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的 ON/OFF 状态。 数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。 它存储用户程序执行时的某些可变参数值。 它还用来存放 A/D 转换得到的数字和数学运算的结果等。 根据需 要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可以保持数据的存储器区域称为数据保持区。 （ 3） I/O 单元 l/0 单元也称为 1/0 模块。 PLC 通过 I/0 单元与工业生产过程现场相联系，输入单元接收操作指令和现场的状态信息，加控制按钮、操作开关和限位开关、光电管、继电器触点、行程开关、接近开关等信号，并通过输入电路的滤波、光电隔离和电平转换等将这些信号转换成 CUP 能够接收和处理的信号。 输出单元将 CUP 送出的弱电控制信号通过输出电路的光电隔离和功率放大等方法转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀、 电磁铁等执行元件。 A/D 和 D/A 转换概念 A/D 和 D/A 原理 模拟 t转换成数字 f的基本原理 :输入信号是现场物理参数 (如温度、压力和流量等 )经传感器检测变成电信号 (弱信号 )，再经过放大、滤波之后成为连续变化的波形。 根据事先确定的频率对波形采样，假定采样四次 (1t、 2t、 3t 和 4t)，如图 31。 将每次的采样值送给 AD/变换器，则对应每次采样的电压值转换成的数字信号 (H 进制数字 )。 将数字信号转换成为模拟量的原理 :首先将数字信号并行输入给 DA/转换器，经转换后输出一个矩形波，经过放大滤波之 后即变成一个连续变化的模拟量输出信号。 S7200PLC 在纸机传动中的应用 11 图 31 采样图 模拟量输入输出系统 模拟量的输入在过程控制中的应用很广泛，如常用的温度、压力、速度、流量、碱度、位移等的工业检测都是对应电压、电流的大小模拟量，再通过一定的运算后控制生产过程达到一定的目的 (如恒温等 )。 模拟量输入的电平大多是从传感器通过变换后得到的，模拟量输入信号按 EIC 标准为 420mA 电流信号，或 15V、 1010V、 010V 的直流电压信号。 输入模块接收这种模拟信号之后，把它转换成 8位或 10位或 12 位的二进制数字信号 (最大值分别 为 25 1023 或 4095)，送给中央处理器进行处理。 因此，模拟量输入模块又叫 D/A 转换输入模块。 模拟量输出模块是将中央处理器的二进制数字信号转换成 420mA 的电流输出信号或 O1V0、 1V5 的直流电压输出信号，以提供给执行机构。 因此，模拟量输出模块又叫 AD/转换输出模块。 输入输出数据的处理 在扫描读入模拟量值时，处理器从模拟量输入模块读入模拟量并转换成数字信号值，再将其送入用户指明的位置。 模拟量输入模块提供不止一个通道的输入，因而只要信号兼容或类型相同，就能连接几个或十几个输入信号。 对于这些信号，不同的 PLC 有不同的处理方式。 一般有两种方式，一是使用指令充分利用多通道一次性将几个或十几个值放入寄存器数据区中，称为块转移输入。 这种指令可以使用户将值放置于任意数据区。 模块的地址反映在块转移指令的配置中，而输入的数据本身在存贮时不受地址的约束。 另一种处理方法则跟离散量数据输人存贮方式相似， PLC 将数据存贮于与输入模块地址相对应的输入 /输出映像区中。 同样，模拟量输出方式的数据处理也存在块传输与输出映像区两种方式。 块传输输陕西科技大学毕业论文 （设计说明书） 12 入方式的好处是可以由模块给出每一模块及各通道的诊断信息，信息刷新速度较快。 块传输输出方式则可灵活地配置输出模块的工作方式。 模块地址通常由机架安插的物理位置所定义，处理器可以根据软件 I/0 配置识别插槽中模块是否为模拟量模块。 PLC 的主要特点 （ 1）可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。 而且 PLC 采用了许多硬件和软件抗干扰措施。 硬件方面 : ，在微处理与工 /O 电路之间采用光电隔离减少外部干扰源对 PLC 的影响。 ，对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，减少高频干扰。 且有些模块还设置了连锁保护、自诊断电路等。 软件方面 :。 ，立即把状态重要信息存入指定存储器，禁止对存储器进行任何不稳定的读写操作，以防止存储器信息被冲掉。 （ 2）编程简单、使用方便，目前大多数 PLC 采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。 （ 3）设计安装容易，维护工作量少。 功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。 SiemensS7200 系列 PLC 特性 西门子 S7200系列可编程控制器是当前小型 PLC领域内技术先进、性能 /价格比高、单元 /模块齐全的主流产品系列之一。 SIMATICS7200 由硬 件系统和工业软件两大部分构成，如下图。 图 32 S7200PLC 系统组成 （ 1） S7200 系列 PLC 的存储系统 S7200PLC 在纸机传动中的应用 13 (a)存储系统 :S7200 系列 PLC 的存储系统由 RAM 和 EEPROM 两种型存储器构成， CPU模块内 部配备一定容量的 RAM 和 EEPROM，同时，模块支持可选的 EEPROM 存储器卡。 (b)存储器及使用 :S7200 的程序从广义上看，由三部分构成 :用户程序、数据块和参数块。 用户程序是必选部分，数据块和参数块是可选部分，参数块主要是指 CPU 的组态数据，数据块主要是用户程序执 行过中所用到和生成的数据。 上装和下装用户程序是用 STEP7MIcro/Win32 编程软件时， PLC 主机和计算机之间的程序、数据和参数的传送。 当系统运行时有时会出现电源掉电的意外情况，可以设置 CPU 参数定义可选的保持的存储区。 可以定义的存储区 :变量存储器 V、通用辅继电器 M、计数器 C 和定时器 T(只有 TONR 有记忆接通延时定时器 )。 可以将用户程序存储在 RAM 中的字节、字或双字数据备份到 EEPROM 存储可以保存变量存储区任意位置的数据。 存储卡是一个便携式的EEPROM 存器，可以将 PLC 中的程序和重要数据进行备份 ，使用方便，可保存 :用程序、CPU 组态参数和存储在 EEPROM 存储器中的变量存储器永久区的数使用简单。 （ 2）扫描周期 S7200 系统的扫描周期包括 :输入处理、执行程序。