基于西门子s7200高炉小车上料系统设计本科论文(编辑修改稿)

基于西门子s7200高炉小车上料系统设计本科论文(编辑修改稿)内容摘要：

操作方式，手动操作用于生产，机旁操作用于机构调整，不能实现自动化生产。 随着电子技术的发展及普及应用，采用 PLC 作为主控制器实现高炉上料系统的自动控制成为技术进步的必然。 它有效解决了传统继电控制的缺陷，提高高炉上料系统的稳定性，安全性，可靠性和自动化。 为高炉的稳定，高产创造了技术和设备条件。 已在国内冶金行业逐步推广。 ***学院毕业论文 1 1 高炉小车上料系统软硬件介绍 介绍 西门子 S7200 介绍 可编程控制器的英文为 Programmable Controller，在二十世纪 七十至八十年代一直简称为 PC。 由于到九十年代 ,个人计算机发展起来也称 PC，加之可编程序的概念所涵盖的范围太大，所以美国 AB 公司首次将可编程控制器定名为可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller）。 国际电工委员会 IEC 在 1985 年的 PLC 标准草案第 3 稿中，对 PLC 作了如下定义：“可编程序控制器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。 它采用可编程序的控制器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和 输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 ” 它以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术而发展起来的一种通用的工业自动控制装置。 具有体积小、功能强、程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点。 西门子 S7 系列可编程控制器分为 S7400、 S7300、 S7200 三个系列，分别为 S7 系列的大、中、小型可编程控制器系统。 S7200 系列可编程控制器有 CPU21X 系列， CPU22X 系列，其中 CPU22X 型可编程控制器提供了4 个不同的基本型号，常见的有 CPU221， CPU222， CPU224 和 CPU226 四种基本型号。 小型 PLC 中， CPU221 价格低廉能满足多种集成功能的需要。 CPU 222是 S7200 家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。 CPU 224 具有更多的输入输出点及更大的存储器。 CPU 226 和 226XM 是功***学院毕业论文 2 能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。 四种型号的PLC 具有下列特点： （ 1）集成的 24V 电源 可直接连接到传感器和变送器执行器， CPU 221和 CPU222具有 180mA 输 出。 CPU224 输出 280mA， CPU 22 CPU 226XM 输出 400mA 可用作负载电源。 （ 2）高速脉冲输出 具有 2 路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达 20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。 （ 3）通信口 CPU22 CPU222 和 CPU224 具有 1 个 RS485 通信口。 CPU22CPU226XM 具有 2 个 RS485 通信口。 支持 PPI、 MPI 通信协议，有自由口通信能力。 （ 4）模拟电位器 CPU221/222 有 1 个模拟电位器， CPU224/226/226XM 有 2 个模拟电位器。 模 拟电位器用来改变特殊寄存器（ SMB28， SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。 如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。 （ 5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿做出响应。 （ 6） EEPROM 存储器模块（选件） 可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。 （ 7）电池模块 用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约 5 天。 选用电池模块能延长存储时间到 200 天（ 10 年寿命）。 电池模块插在存储器模块的卡槽中。 （ 8）不同的设备类型 CPU 221~226 各有 2 种类型 CPU，具有不同的电源电压和控制电压。 （ 9）数字量输入 /输出点 CPU 221 具有 6 个输入点和 4 个输出点； CPU 222 具有 8 个输入点和6 个输出点； CPU 224 具有 14 个输入点和 10 个输出点； CPU226/226XM***学院毕业论文 3 具有 24 个输入点和 16 个输出点。 CPU22X 主机的输入点为 24V 直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（ MOS 型）两种类型。 （ 10）高速计数器 CPU221/222有 4个 30KHz 高速计数器， CPU224/226/226XM 有 6个 30KHz的高速计数器 ，用于捕捉比 CPU 扫描频率更快的脉冲信号 西门子 S7200 系列 PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。 S7200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。 因此 S7200 系列具有极高的性能 /价格比 ，系统组成如下图。 图 S7200PLC 系统组成 如图 所示： S7200PLC 由主机、输入 /输出接口、电源、模块扩展接口和外部设备接口、计算机编程软件等几个主要部分组成。 在本设计中由于工程不大以及实际需求功能上考虑， S7200 系列性价比高，所以 选择 S7200PLC。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度， I/O 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 考虑输入输出点的数量， CPU226 具有 24 个输入点和 16 个输出点，能够满足设计的需求，又因为实验室中有现成的 CPU226 可以直接使用，不必再挑选器件，浪费时间。 所以最终选择 S7200CPU226 型号的 PLC。 ***学院毕业论文 4 PLC 编程介绍 用户的 PLC 程序可以用梯形图语言或指令表语言编写。 梯形图程序主要由触点、线圈等软元件组成，触点代表逻辑的“输入条件”，线圈代表逻辑的“输出条件”，程序的逻辑运算按从左到右、从上到下的方向执行。 触点和线圈等组成的独立电路称为网络，允许以网络为单位，给梯形图加注释，通常程序按网络编号的顺序执行。 程序梯形图与继电器系统电气原理图类似。 梯形图程序仿真电路中电流的流动，通过一系列的逻辑输入条件，决定是否有逻辑输出。 一个梯形图程序包括左侧提供“电流”的母线，闭合的触点允许电流通过它们流到下一个元件，而打开的触点阻止电 流的流动。 指令表语言类似计算机的汇编语言，用户既可以输入梯形图，也可以输入指令表，两者可由编程软件 STEP 7 Micro WIN SP4 自动转换。 传感器介绍 磁性开关 高炉小车系统所使用的液压缸都是带磁性开关的液压缸。 这些液压缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。 在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映液压缸活塞位置的磁场。 而安装在液压缸外侧的磁性开关则是用来检液压缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。 有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场 检测元件。 顶出到位检测（ ）、缩回到位检测（ ）均是这种传感器。 舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。 图 是带磁性开关液压缸缸的工作原理图。 当液压缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。 触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC 的自动控制中，可以利用该信号判断顶出及缩回缸的运动状态或所处的位置，以确定活塞杆是否被顶出或返回。 在磁性开关上设置的 LED 显示用于显示其信号状态，供调试时 使用。 ***学院毕业论文 5 磁性开关动作时，输出信号 “1” ， LED 亮；磁性开关不动作时，输出信号 “0” ， LED 不亮。 磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着 液压 缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。 磁性开关有蓝色和棕色 2 根引出线，使用时蓝色引出线应连接到 PLC输入公共端，棕色引出线应连接到 PLC 输入端。 磁性开关的内部电路如图 中虚线框内所示。 图 带磁性开关液压缸的工作原理图 图 磁性开关的内部电路 电感式接近开关 原点 检测 开关 （ ） 是一个无触点的电感式接 近传感器，用来提供直线运动的起始点信号。 ***学院毕业论文 6 电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。 电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。 如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。 利用这一原理，以高频振荡器（ LC 振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路） 将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。 电感式接近传感器工作原理框图如图 所示。 图。