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1、安徽建筑工業(yè)學(xué)院 畢業(yè)(設(shè)計(jì))論文江蘇科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）學(xué) 院：電子信息學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化課 題： 基于PLC烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 江 華 指導(dǎo)教師 ： 許運(yùn)飛 職 稱(chēng)： 年 月 日江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 基于PLC烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要烘絲機(jī)是卷煙廠制絲車(chē)間生產(chǎn)線中的重要設(shè)備,其主要功能是確保烘絲機(jī)出口煙絲達(dá)到符合卷煙工藝要求的含水率,提高煙絲的成絲率和填充值,改變煙絲的物理性能,使煙香味變得醇和。為了保證煙絲出口水分達(dá)到設(shè)定值的允差波動(dòng)范圍內(nèi),運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù),采用新型高性能的西門(mén)子S7-200系列PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng),使烘絲機(jī)
2、的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到工藝要求。關(guān)鍵詞：烘絲機(jī)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；西門(mén)子PLCBased on PLC drying machine control system designAbstractDrying machine is a cigarette factory production line silk shop in the important equipment, its main function is to ensure that the export of tobacco drying silk machine to meet our technical requirements of
3、 the moisture content of cigarettes to enhance the rate of tobacco-forming wire and fill values, to change the physical properties of tobacco, to become alcohol and tobacco flavor. In order to ensure water reaches the set value of tobacco exports within the fluctuation range of the tolerance, these
4、of computer technology, using new high-performance Siemens S7-200 series PLC automatic control system, so that the drying wire machine performance to process requirements.Key words: Tobacco Machine; Automation Control System; Siemens PLC目錄I引言1II 緒論22.1論文研究的目的與意義22.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能2III 系統(tǒng)分析4IV 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)54.1
5、烘絲機(jī)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程54.2 烘絲機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)64.3 PLC主機(jī)的選用及概述84.4 模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊的選用及概述94.5 模擬量D/A擴(kuò)展模塊的選用及概述94.6其他各部分功能概述10V 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)145.1烘絲機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)145.2主程序流程圖155.3程序設(shè)計(jì)19VI 結(jié)論26參考文獻(xiàn)27致謝28I引言PLC技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展，由最初的一位機(jī)發(fā)展到8位機(jī)。隨著微處理器CPU和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在PLC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLC。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)
6、化PLC得到了驚人的發(fā)展，使PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比以及應(yīng)用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗、體積減小，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及人機(jī)界面也有了長(zhǎng)足的發(fā)展?，F(xiàn)在PLC不僅能得心應(yīng)手地應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化，而且還可以應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程控制系統(tǒng)，和中小型單機(jī)電氣控制系統(tǒng)，在運(yùn)動(dòng)控制中也有運(yùn)用。所有這些已經(jīng)使之成為自動(dòng)化控制系統(tǒng)中不可缺少的控制器。本文主要從硬件和軟件兩個(gè)方面介紹以S7_200PLC CPU226為核心的烘絲機(jī)系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)思路，本設(shè)計(jì)就以卷煙廠的烘絲機(jī)為例。在這個(gè)烘絲機(jī)系統(tǒng)里，用的是S7_CPU226
7、主機(jī)、模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊、模擬量D/A擴(kuò)展模塊、傳送帶煙絲輸入/輸出、啟動(dòng)按鈕、速度傳感器、鉑電阻、蒸汽壓力、篩網(wǎng)吹風(fēng)電磁閥、汽箱除塵電機(jī)、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)執(zhí)行電機(jī)、變頻器、烘筒執(zhí)行電機(jī)、電動(dòng)角執(zhí)行器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，以此來(lái)完成烘絲機(jī)自動(dòng)控制功能。文中將分別給出硬件接線圖和給出主程序和流程框圖。II 緒論在卷煙生產(chǎn)中，煙草占了很重要的地位，煙草的質(zhì)量直接關(guān)系到煙的質(zhì)量。而在對(duì)煙草的處理過(guò)程中，有一道非常重要的工序就是對(duì)煙絲的烘干。烘絲的質(zhì)量不僅僅關(guān)系到煙絲填充率的高低，還直接影響到卷煙的吸味及生產(chǎn)效益。在以前的烘絲機(jī)電控系統(tǒng)中，采用的是傳統(tǒng)的繼電器加上一些分立的電氣元件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，設(shè)備運(yùn)
8、行不穩(wěn)定，人機(jī)交互界面差。經(jīng)這樣烘絲機(jī)加工出來(lái)的煙絲含水率波動(dòng)性大，極易造成煙絲松散或霉變。為此，本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子的S7-200系列PLC對(duì)烘絲機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，使之成為一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率。2.1論文研究的目的與意義目的：對(duì)基于PLC烘絲機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，可消除傳統(tǒng)烘絲機(jī)系統(tǒng)加工出來(lái)的煙絲含水率波動(dòng)性大，造成的煙絲松散或霉變，確保烘絲機(jī)出口煙絲達(dá)到符合卷煙工藝要求的含水率,提高煙絲的成絲率和填充值,改變煙絲的物理性能,使煙香味變得醇和，提高生產(chǎn)效率；實(shí)現(xiàn)基于PLC烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的軟、硬設(shè)計(jì)。意義：一方面，通過(guò)對(duì)烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)學(xué)習(xí)并掌握有關(guān)PLC的知識(shí)和速度傳感器、
9、鉑電阻、蒸汽壓力、篩網(wǎng)吹風(fēng)電磁閥、汽箱除塵電機(jī)、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)執(zhí)行電機(jī)、變頻器、烘筒執(zhí)行電機(jī)、電動(dòng)角執(zhí)行器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的原理，達(dá)到進(jìn)一步鞏固平時(shí)所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。另一方面，將所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合，為以后在此基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計(jì)產(chǎn)品和改進(jìn)產(chǎn)品性能具有很好的實(shí)踐意義。 2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能 （1）檢測(cè)功能 檢測(cè)送入烘絲機(jī)的煙絲。 檢測(cè)蒸汽的壓力。 檢測(cè)熱風(fēng)的溫度。 （2）控制功能 控制汽箱除塵的執(zhí)行電機(jī)。 控制烘筒的轉(zhuǎn)速。 控制電動(dòng)角執(zhí)行器，進(jìn)行熱風(fēng)溫度的控制與調(diào)節(jié)。 控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行蒸汽壓力的控制與調(diào)節(jié)。 控制熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的執(zhí)行電機(jī)。 控制篩網(wǎng)吹風(fēng)電磁閥。III 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析包括需求分析以及可
10、行性分析。首先，對(duì)系統(tǒng)做需求分析。在烘絲機(jī)系統(tǒng)中，用來(lái)烘干煙絲的熱能主要來(lái)自兩個(gè)方面：一方面是由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制的進(jìn)入烘筒內(nèi)異型薄板熱交換器的高溫蒸汽，通常是通過(guò)改變調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)控制熱交換的蒸汽壓力，而在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，這部分是由繼電器控制的，控制效率與控制準(zhǔn)確度都不高。另一方面是由電動(dòng)角執(zhí)行器控制的熱空氣，此熱空氣在電動(dòng)角執(zhí)行器的控制下，沿?zé)熃z流動(dòng)的方向或者逆煙絲流動(dòng)的方向吹入烘筒，使得煙絲懸浮翻滾受熱均勻后帶走水蒸氣。同樣地，在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中，電動(dòng)角執(zhí)行器是由繼電器控制的，其效率比較低?；赑LC烘絲機(jī)控制系統(tǒng)，控制電磁閥開(kāi)度的依據(jù)是入口煙絲的流量、入口煙絲的水分、出口煙
11、絲的水分及烘絲機(jī)的工作狀態(tài)。同時(shí)電動(dòng)角執(zhí)行器也是由PLC控制的。這樣使得烘絲機(jī)效率高、可靠性高、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?；谏鲜鰧?duì)系統(tǒng)的需求分析，展開(kāi)對(duì)系統(tǒng)的可行性分析。隨著PLC技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，基于PLC的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)也得到發(fā)展。本設(shè)計(jì)主要用S7_200 226PLC控制系統(tǒng)。這個(gè)器件在PLC仿真軟件里是有的，雖然目前S7_200的仿真軟件不能運(yùn)行一些特殊的運(yùn)行指令，但本設(shè)計(jì)仍然滿足可行。最后，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性。由于在本次設(shè)計(jì)中采用226PLC以及若干器件。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，隨著大規(guī)模集成電路的普及，元件的價(jià)格也大幅度下降，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)相對(duì)來(lái)說(shuō)較
12、低，能夠滿足企業(yè)批量生產(chǎn)，可以向市場(chǎng)推廣。IV 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4.1 烘絲機(jī)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程（1）開(kāi)始。是指烘絲機(jī)系統(tǒng)上電開(kāi)始工作。（2）預(yù)熱狀態(tài)。是指在烘絲機(jī)系統(tǒng)上電后，緊接著系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入2030min的預(yù)熱狀態(tài)。（3) 入口有煙絲送入。是指在烘絲機(jī)的入口上系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)到有需要烘干的煙絲送入烘絲機(jī)，需要對(duì)其進(jìn)行烘干。（4) 正常啟動(dòng)。是指一旦有煙絲送入，系統(tǒng)將正常啟動(dòng)烘筒以及相關(guān)的熱能輸送設(shè)備開(kāi)始工作。（5） 出口有煙絲送出。是指在烘絲機(jī)的出口上有已經(jīng)被烘干合格的煙絲送出。（6） 系統(tǒng)正常工作。是指在完成了一個(gè)烘干過(guò)程后，并且保證煙絲送入口的持續(xù)送入煙絲的情況下，烘絲機(jī)系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入
13、持續(xù)的正常工作狀態(tài)，直到生產(chǎn)結(jié)束。（7） 入口無(wú)煙絲輸入。是指在煙絲入口處沒(méi)有需要烘干的煙絲送入。（8） 異常處理。是指在系統(tǒng)檢測(cè)大入口處沒(méi)有煙絲進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入短期中斷狀態(tài)，一旦檢測(cè)到入口處無(wú)煙絲進(jìn)入時(shí)間超過(guò)一定的限度，系統(tǒng)將快速將烘筒內(nèi)的烘干了的煙絲倒出，最后停在系統(tǒng)工作。圖1 烘絲機(jī)本體及其關(guān)聯(lián)設(shè)備組成圖圖中：YT8P:控制型電子皮帶秤，提供煙絲流量和最小稱(chēng)重信號(hào)；SFY:紅外水分儀，檢測(cè)烘絲機(jī)入（出）口煙絲水分；M1、M2、M3:分別為烘絲機(jī)本體中滾筒、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)、汽箱除塵電機(jī)；YV1:篩網(wǎng)吹風(fēng)電磁閥；RT1:鉑電阻，檢測(cè)熱風(fēng)溫度；YM1:電動(dòng)角執(zhí)行器，調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度；YM2:電動(dòng)調(diào)
14、節(jié)閥，調(diào)節(jié)蒸汽壓力；BP1:壓力變送器，檢測(cè)蒸汽壓力。圖2 烘絲機(jī)簡(jiǎn)單工作過(guò)程4.2 烘絲機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)烘絲機(jī)本體部分主要涉及烘絲機(jī)本身的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)問(wèn)題，并不涉及有關(guān)控制方面的內(nèi)容，將不做詳細(xì)介紹，本節(jié)將主要介紹烘絲機(jī)的電控部分內(nèi)容。根據(jù)對(duì)烘絲機(jī)的功能分析，設(shè)計(jì)烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的硬件框圖如圖3、4所示，硬件接線圖如圖5所示。 圖3 烘絲機(jī)控制系統(tǒng)功能框圖圖4 烘絲機(jī)電控部分硬件框圖圖5 烘絲機(jī)控制系統(tǒng)PLC部分的硬件接線圖4.3 PLC主機(jī)的選用及概述選擇西門(mén)子S7-200系列PLC作為此烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的控制主機(jī)。在西門(mén)子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、C
15、PU224、CPU226、CPU226XM等。此烘絲機(jī)控制系統(tǒng)總共有12個(gè)數(shù)字量輸入，11個(gè)數(shù)字量輸出，共需23個(gè)數(shù)字量I/O，還有兩路模擬量的輸入以及兩路模擬量輸出，需要另外擴(kuò)展一個(gè)模擬量輸入模塊與一個(gè)模擬量輸出模塊。根據(jù)I/O個(gè)數(shù)及程序容量，選擇了CPU226作為其主機(jī)。 表1 CPU226主要功能特性24個(gè)數(shù)字量輸入，16個(gè)數(shù)字量輸出有6個(gè)32位高速計(jì)數(shù)器，6個(gè)30KHZ的雙向計(jì)數(shù)器兩路脈沖輸出，每路20KHZ兩個(gè)8位分辨率的模擬量調(diào)節(jié)電位器兩個(gè)分辨率為1ms的定時(shí)中斷4個(gè)上升沿外部硬件中斷輸入，4個(gè)下降沿外部硬件中斷輸入可選輸入濾波時(shí)間有7個(gè)范圍，從0.212.8ms4096個(gè)字的程序
16、容量（永久存儲(chǔ)），2560個(gè)字的數(shù)據(jù)塊大小（永久存儲(chǔ)）7個(gè)可以擴(kuò)展的I/O模塊256位的內(nèi)部標(biāo)志位（M寄存器）256個(gè)定時(shí)器，有64個(gè)定時(shí)器可以通過(guò)超級(jí)電容或電池后備256個(gè)計(jì)數(shù)器，全部可以通過(guò)超級(jí)電容或電池后備布爾指令執(zhí)行速度為每條指令0.73s移字指令執(zhí)行速度為每條指令34s定時(shí)器/計(jì)數(shù)器執(zhí)行速度為每條指令5064s單精度運(yùn)算執(zhí)行速度為每條指令46s實(shí)時(shí)運(yùn)算執(zhí)行速度為每條指令100400s超級(jí)電容保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間的典型值為190h有2個(gè)RS-485的通信端口4.4 模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊的選用及概述在烘絲機(jī)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)模擬量的輸入，分別是鉑電阻和蒸汽壓力，又需要3個(gè)模擬量的輸出。因此，
17、需要采用模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊。在西門(mén)子S7-200系列PLC中有專(zhuān)門(mén)的模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊EM235，因此，選用EM235模塊進(jìn)行模擬量輸入/輸出擴(kuò)展模塊。 表2 EM235擴(kuò)展模塊的特性4路模擬量差分輸入，1路模擬量輸出數(shù)據(jù)范圍，單極性電壓為010V,05V；雙極性電壓為5V；電流為020mA輸入分辨率，單極性電壓為010V,05V；雙極性電壓為5V輸入阻抗不小于10M12位A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)字格式，單極性為-32000+32000，雙極性為0+32000最大輸入電壓為30V DC最大輸入電流為32mA輸出穩(wěn)定時(shí)間，電壓為100s,電流為2ms輸出驅(qū)動(dòng)能力，電壓輸出最小為5000輸出分
18、辨率，電壓為12位；電流為11位功耗為2W4.5 模擬量D/A擴(kuò)展模塊的選用及概述在烘絲機(jī)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)模擬量的輸出，分別是電動(dòng)角執(zhí)行器和電動(dòng)調(diào)節(jié)器。其中，電動(dòng)角執(zhí)行器用來(lái)調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用來(lái)調(diào)節(jié)蒸汽壓力。因此，需要采用模擬量輸出D/A擴(kuò)展模塊來(lái)輸出此兩個(gè)模擬量。在西門(mén)子S7-200系列PLC中有專(zhuān)門(mén)的模擬量D/A擴(kuò)展模塊EM232,因此，選用EM232模塊進(jìn)行模擬量輸出的擴(kuò)展。 表3 EM232擴(kuò)展模塊的特性2路模擬量輸出輸出范圍，電壓為10v，電流為020mA分辨率，電壓為12位，電流為11位數(shù)據(jù)字格式，電壓為32000+32000，電流為0+32000輸出穩(wěn)定時(shí)間，電壓為10
19、0s，電流為2ms驅(qū)動(dòng)能力，電壓輸出最小為5000，電流為500功耗為2W4.6其他各部分功能概述（1）啟動(dòng)按鈕：?jiǎn)?dòng)按鈕用來(lái)手動(dòng)啟動(dòng)整個(gè)烘絲機(jī)系統(tǒng)，一旦按一下啟動(dòng)按鈕，烘絲機(jī)上電開(kāi)始按照事先設(shè)置好的參數(shù)與模式自動(dòng)運(yùn)行。啟動(dòng)按鈕主要用于在設(shè)備整個(gè)停機(jī)后，重新上電運(yùn)行時(shí)，人工對(duì)機(jī)器進(jìn)行操作。（2）停止按鈕：停止按鈕用來(lái)停止整個(gè)烘絲機(jī)系統(tǒng)，使之不再運(yùn)行。一旦按下停止按鈕，烘絲機(jī)將去掉全部電源停止運(yùn)行。停止按鈕用于緊急情況下的暫停和設(shè)備的完全停止。（3）速度傳感器：烘絲機(jī)中需要對(duì)烘筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，而速度傳感器正是用來(lái)檢測(cè)烘筒的速度，使得PLC對(duì)烘筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，這樣
20、，PLC對(duì)烘筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制變得精確而可靠。在選擇上的傳感器時(shí)，直接選擇數(shù)字量輸出的速度傳感器。在該烘絲機(jī)系統(tǒng)中，選用了8位分辨率的速度傳感器，它對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行采集，直接轉(zhuǎn)化成8位數(shù)字量，這樣就可以直接用PLC的8個(gè)數(shù)字量輸入端口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)烘筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度信息的采集。（4）鉑電阻：鉑電阻用來(lái)檢測(cè)熱風(fēng)的溫度，在烘絲機(jī)系統(tǒng)中，需要對(duì)熱風(fēng)的溫度進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，而鉑電阻對(duì)熱風(fēng)溫度檢測(cè)后，送入PLC。這樣，也使得PLC對(duì)熱風(fēng)溫度的控制形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，使得控制變得更加精確。鉑電阻輸出一個(gè)模擬量，因此，需要PLC系統(tǒng)中的模擬量輸入A/D擴(kuò)展模塊，來(lái)采集鉑電阻的信息，從而得到穩(wěn)定信息。（5）蒸氣壓力：在烘絲機(jī)系
21、統(tǒng)中，需要對(duì)蒸氣壓力進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)蒸氣壓力通過(guò)壓力變送器得到與壓力相關(guān)的模擬量輸入到PLC。這樣，也使得PLC對(duì)蒸氣壓力的控制形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，使得控制變得更加精確。因此，需要PLC系統(tǒng)中的模擬量輸入A/D擴(kuò)展模塊，來(lái)采集壓力變送器的信息，從而得到蒸氣壓力信息，PLC再對(duì)蒸氣壓力實(shí)現(xiàn)控制與調(diào)節(jié)。（6）篩網(wǎng)吹風(fēng)電磁閥：篩網(wǎng)吹風(fēng)電磁閥用來(lái)控制篩網(wǎng)吹風(fēng)的執(zhí)行電機(jī) 。電磁閥的控制可以直接通過(guò)PLC主機(jī)的數(shù)字量輸出來(lái)控制，并且PLC不需要對(duì)篩網(wǎng)吹風(fēng)執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，因此，就直接用PLC主機(jī)的數(shù)字量輸出控制電磁閥，從而控制篩網(wǎng)吹風(fēng)執(zhí)行電機(jī)，PLC控制篩網(wǎng)吹風(fēng)執(zhí)行電機(jī)的框圖如圖6所示 圖6 PLC控
22、制篩網(wǎng)吹風(fēng)執(zhí)行電機(jī)框圖（7）汽箱除塵電機(jī)：汽箱除塵電機(jī)用來(lái)除去煙絲帶入烘絲機(jī)的灰塵與渣子，同樣地，可以通過(guò)PLC來(lái)控制電磁閥，再用電磁閥來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。此除塵電機(jī)不需要PLC對(duì)其速度進(jìn)行控制，因此，也可以直接用PLC的數(shù)字量輸出來(lái)控制電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)除塵電機(jī)的控制。在必要的時(shí)候開(kāi)啟對(duì)灰塵與渣子進(jìn)行去除，PLC控制汽箱除塵電機(jī)框圖如圖7所示。圖7 PLC控制汽箱除塵電機(jī)框圖（8）熱風(fēng)風(fēng)機(jī)執(zhí)行電機(jī)：熱風(fēng)風(fēng)機(jī)執(zhí)行電機(jī)作為熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要負(fù)責(zé)熱風(fēng)風(fēng)機(jī)工作的動(dòng)力。在系統(tǒng)中，不需要對(duì)執(zhí)行電機(jī)進(jìn)行速度等物理量的控制，只需要通過(guò)PLC來(lái)控制其工作與否，因此，可以采用電磁閥作為其驅(qū)動(dòng)部件，這樣就可以直接用
23、PLC主機(jī)的數(shù)字量輸出端口來(lái)控制。PLC通過(guò)控制電磁閥，最終來(lái)控制執(zhí)行電機(jī)，PLC控制熱風(fēng)風(fēng)機(jī)執(zhí)行電機(jī)框圖如圖8所示。圖8 PLC控制熱風(fēng)風(fēng)機(jī)執(zhí)行電機(jī)框圖（9）變頻器：在烘絲機(jī)系統(tǒng)中，需要對(duì)烘筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行有效地控制，而烘筒的動(dòng)力裝置是一三相異步電動(dòng)機(jī)，這樣既需要變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的有效控制。PLC通過(guò)變頻器來(lái)控制三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，變頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖9所示。其中直流供電電源輸入，一般為24V的直流；模擬量的輸入一般是用PLC的擴(kuò)展模擬量輸出端口來(lái)控制；三相電輸入為常規(guī)的50Hz三相交流電；制動(dòng)電阻用來(lái)制動(dòng)電動(dòng)機(jī)；三相變頻輸出是指經(jīng)過(guò)變頻后，用于給被控制的電動(dòng)機(jī)提供的三
24、相電，其頻率是根據(jù)速度信息得到的頻率，在這里不是50Hz。圖9 變頻器的一般結(jié)構(gòu)框圖（10）電動(dòng)角執(zhí)行器：電動(dòng)角執(zhí)行器用來(lái)調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度，其根據(jù)是當(dāng)時(shí)烘絲機(jī)的工作情況，以及鉑電阻檢測(cè)到的當(dāng)前溫度信息。由于需要連續(xù)的調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度，因此需要PLC開(kāi)展模塊模擬量輸出來(lái)控制電動(dòng)角執(zhí)行器，在系統(tǒng)中，采用S7-200系列PLC專(zhuān)門(mén)的模擬量D/A輸出擴(kuò)展模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)角執(zhí)行器的連續(xù)輸出控制，以達(dá)到對(duì)溫度的連續(xù)調(diào)節(jié)的效果。（11）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用來(lái)調(diào)節(jié)蒸氣壓力，其根據(jù)是當(dāng)時(shí)烘絲機(jī)的工作情況，以及蒸氣壓力變送器檢測(cè)到的當(dāng)前蒸氣壓力信息。由于需要連續(xù)地調(diào)節(jié)蒸汽壓力，因此需要PLC擴(kuò)展模擬量輸出來(lái)控制電動(dòng)
25、調(diào)節(jié)閥，在系統(tǒng)中采用的是西門(mén)子S7-200系列PLC專(zhuān)門(mén)的模擬量D/A輸出擴(kuò)展模塊，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的連續(xù)輸出控制，以達(dá)到對(duì)蒸汽壓力的連續(xù)調(diào)節(jié)效果。在上述詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)西門(mén)子S7-200系列PLC226系統(tǒng)資源分配如表3-4所示。 表4 烘絲機(jī)電控部分S7-200系列PLC226系統(tǒng)資源分配名稱(chēng)地址編號(hào)說(shuō)明輸入信號(hào)（數(shù)字量）傳送帶煙絲輸入紅外儀I0.2檢測(cè)煙絲的輸入傳輸帶煙絲輸出紅外儀I0.3檢測(cè)煙絲的輸出啟動(dòng)按鈕I0.0啟動(dòng)系統(tǒng)停止按鈕I0.1停止系統(tǒng)速度傳感器（數(shù)字式）I0.4I1.3檢測(cè)烘筒速度輸入信號(hào)（模擬量）鉑電阻AIW0檢測(cè)熱風(fēng)溫度蒸汽壓力AIW2檢測(cè)蒸汽壓力輸出信號(hào)（數(shù)字
26、量）篩網(wǎng)吹風(fēng)電磁閥Q0.1控制篩網(wǎng)吹風(fēng)汽箱吹風(fēng)電機(jī)接觸器Q0.2控制汽箱除塵吹風(fēng)熱風(fēng)風(fēng)機(jī)電機(jī)接觸器Q0.3控制熱風(fēng)風(fēng)機(jī)輸出信號(hào)（模擬量）烘筒電機(jī)變頻器AQW0控制烘筒轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)角執(zhí)行器AQW2調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度電動(dòng)調(diào)節(jié)閥AQW4調(diào)節(jié)蒸氣壓力V 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)5.1烘絲機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下：（1）按下啟動(dòng)按鈕，烘絲機(jī)系統(tǒng)上電，準(zhǔn)備開(kāi)始工作。（2）紅外檢測(cè)儀檢測(cè)到煙絲入口有需要烘干的煙絲送入，正常啟動(dòng)烘絲機(jī)系統(tǒng)。（3）啟動(dòng)烘筒電機(jī)、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)，開(kāi)始烘干，并且啟動(dòng)篩網(wǎng)吹風(fēng)電機(jī)、汽箱吹風(fēng)電機(jī)。（4）檢測(cè)蒸汽壓力，根據(jù)檢測(cè)到的蒸汽壓力來(lái)控制和調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。若蒸汽壓力與設(shè)定的
27、蒸汽壓力在差允許范圍內(nèi)相等，則保持電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)的開(kāi)度；若蒸汽壓力大于設(shè)定的溫度，則減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)的開(kāi)度；若蒸汽壓力小于設(shè)定的溫度，則增大電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)的開(kāi)度。（5）檢測(cè)熱風(fēng)溫度，根據(jù)檢測(cè)到的熱風(fēng)溫度來(lái)控制與調(diào)節(jié)電動(dòng)角執(zhí)行器，若熱風(fēng)溫度與設(shè)定的溫度在誤差允許范圍內(nèi)相等，則不調(diào)節(jié)電動(dòng)角執(zhí)行器，保持溫度；若熱風(fēng)溫度大于設(shè)定的溫度，則調(diào)節(jié)電動(dòng)角執(zhí)行器，提高熱風(fēng)溫度；若熱風(fēng)溫度小于設(shè)定的溫度，則調(diào)節(jié)電動(dòng)角執(zhí)行器，降低熱風(fēng)溫度。（6）檢測(cè)烘筒轉(zhuǎn)速，根據(jù)烘絲機(jī)的工作情況，來(lái)調(diào)節(jié)烘筒的轉(zhuǎn)速。在系統(tǒng)中事先根據(jù)工作情況自動(dòng)生成設(shè)定轉(zhuǎn)速值，若在誤差允許的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速等于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則控制變頻器保持烘筒轉(zhuǎn)速；若轉(zhuǎn)速
28、高于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則控制變頻器減慢烘筒轉(zhuǎn)速；若轉(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速，則控制變頻器加快烘筒轉(zhuǎn)速。（7）檢測(cè)到出口有烘干額煙絲輸出，則繼續(xù)工作。（8）若檢測(cè)到入口沒(méi)有煙絲輸入，再檢測(cè)出口煙絲的輸出，一直持續(xù)1min，若沒(méi)有煙絲輸出，則系統(tǒng)停止，若有煙絲輸出，則一直檢測(cè)并且持續(xù)1min，直到檢測(cè)不到有煙絲輸出，停止系統(tǒng)。（9）若按下停止按鈕，則系統(tǒng)停止。5.2主程序流程圖圖10 烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的主程序流程圖主要功能時(shí)檢測(cè)是否按下啟動(dòng)或停止按鈕，控制烘絲機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。其中正常工作過(guò)程又由入口煙絲檢測(cè)與控制、蒸汽壓力檢測(cè)與控制、熱風(fēng)溫度檢測(cè)與控制、烘筒轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制、出口煙絲檢測(cè)與控制等5個(gè)子過(guò)程組成。正
29、常工作過(guò)程的流程圖如圖10所示。圖11 烘絲機(jī)正常工作過(guò)程的流程圖主要功能是正常工作時(shí)檢測(cè)入口煙絲，檢測(cè)控制蒸汽壓力，檢測(cè)控制熱風(fēng)溫度，檢測(cè)控制烘筒轉(zhuǎn)速和對(duì)出口煙絲的檢測(cè)和控制。其中，煙絲檢測(cè)與控制流程如圖11所示，蒸汽壓力檢測(cè)與控制流程圖如圖12所示，熱風(fēng)溫度檢測(cè)與控制流程圖如圖13所示，烘筒轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制流程圖如圖14所示，出口煙絲檢測(cè)與控制流程圖如圖15所示。圖12 煙絲檢測(cè)與控制流程圖其主要功能是檢測(cè)是否有煙絲送入，如果有則啟動(dòng)熱風(fēng)風(fēng)機(jī)，在啟動(dòng)篩網(wǎng)吹風(fēng)和汽箱吹風(fēng)；如果沒(méi)有煙絲送入則繼續(xù)檢測(cè)。圖13蒸汽壓力檢測(cè)與控制流程圖其主要功能是檢測(cè)蒸汽壓力的大小是否在設(shè)定的范圍內(nèi)，如果在設(shè)定允許范
30、圍內(nèi)則保持蒸汽壓力；如果蒸汽壓力小于設(shè)定值，則增大電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)，提高蒸汽壓力；如果蒸汽壓力大于設(shè)定值，則減小電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥門(mén)，降低蒸汽壓力。圖14 熱風(fēng)溫度檢測(cè)與控制流程圖其主要功能是檢測(cè)熱風(fēng)溫度是否在設(shè)定范圍內(nèi)，如果熱風(fēng)溫度在設(shè)定允許范圍內(nèi)，則保持熱風(fēng)溫度；如果熱風(fēng)溫度小于設(shè)定值，則調(diào)節(jié)電動(dòng)角執(zhí)行器，提高熱風(fēng)溫度；如果熱風(fēng)溫度大于設(shè)定值，則調(diào)節(jié)電動(dòng)角執(zhí)行器，降低熱風(fēng)溫度。圖15 烘筒轉(zhuǎn)速檢測(cè)與控制流程圖其主要功能是檢測(cè)烘筒轉(zhuǎn)速是否在設(shè)定范圍內(nèi)，如果烘筒轉(zhuǎn)速在設(shè)定允許范圍內(nèi)，則保持烘筒轉(zhuǎn)速；如果烘筒轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值，則控制變頻器，提高烘筒轉(zhuǎn)速；如果烘筒轉(zhuǎn)速大于設(shè)定值，則控制變頻器，降低烘筒轉(zhuǎn)速。
31、圖16 出口煙絲檢測(cè)與控制流程圖其主要功能是檢測(cè)烘絲機(jī)的出口是否無(wú)煙絲輸出，如果沒(méi)有煙絲輸出，則持續(xù)一分鐘繼續(xù)檢測(cè)，直到檢測(cè)不到煙絲輸出停止系統(tǒng)；如果還有煙絲輸出，則繼續(xù)檢測(cè)出口煙絲。5.3程序設(shè)計(jì)烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的梯形圖程序烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的梯形圖程序（續(xù)圖）烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的梯形圖程序（續(xù)圖）烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的梯形圖程序（續(xù)圖）烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的梯形圖程序（續(xù)圖）烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的梯形圖程序（續(xù)圖）烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的梯形圖程序（續(xù)圖）VI 結(jié)論本文是采用西門(mén)子S7-200PLC CPU226為主控制器控制整個(gè)系統(tǒng)，采用變頻器、電磁閥、電機(jī)速度傳感器、鉑電阻和電動(dòng)角執(zhí)行器等器件設(shè)計(jì)烘絲機(jī)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)
32、計(jì)中，主要通過(guò)不斷檢測(cè)各個(gè)部件的數(shù)據(jù)，來(lái)判斷是否有煙絲送入，當(dāng)有煙絲送入時(shí)，正常啟動(dòng)烘絲機(jī)系統(tǒng)。然后啟動(dòng)烘筒電機(jī)、熱風(fēng)風(fēng)機(jī)，開(kāi)始烘干，并且啟動(dòng)篩網(wǎng)吹風(fēng)電機(jī)、汽箱吹風(fēng)電機(jī)等器件來(lái)完成對(duì)煙絲的烘干。對(duì)于這次設(shè)計(jì)中，沒(méi)有設(shè)計(jì)仿真環(huán)節(jié)，只有烘絲機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備組成圖，主要是由于所設(shè)計(jì)的烘絲機(jī)系統(tǒng)涉及多個(gè)器件，這些器件大部分不能在軟件里實(shí)現(xiàn)仿真，這是這次設(shè)計(jì)中的一個(gè)遺憾。對(duì)于這次所設(shè)計(jì)的PLC的烘絲機(jī)控制系統(tǒng)里，還可以進(jìn)行改善，可以增加人機(jī)交互功能，這樣可以實(shí)現(xiàn)全程漢字人機(jī)對(duì)話式觸摸操作。還可以增加診斷功能，這樣便于設(shè)備操作人員及維護(hù)人員實(shí)時(shí)了解其運(yùn)行狀況，出現(xiàn)故障能迅速處理。所以，這個(gè)系統(tǒng)還需要改進(jìn)發(fā)展。
33、對(duì)于一名自動(dòng)化的學(xué)生來(lái)說(shuō)，PLC十分重要，是自動(dòng)化發(fā)展的一個(gè)重要方向?，F(xiàn)在PLC的發(fā)展更是迅速，所以我覺(jué)得學(xué)好PLC至關(guān)重要。本次烘絲機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)任務(wù)比較重，時(shí)間比較短的情況下做的，對(duì)于我在課本知識(shí)的基礎(chǔ)之上更加深了對(duì)PLC的理解，使我學(xué)到了很多東西，當(dāng)然也反映了我的許多的不足。首先的是動(dòng)手能力太差，課本很容易看明白，但是到剛開(kāi)始編程的時(shí)候卻感到無(wú)從下手，理不清頭緒。當(dāng)然在同學(xué)們的幫助下，問(wèn)題還是得到了一定的解決，而且在編程的過(guò)程中大家互相協(xié)作，發(fā)揚(yáng)了團(tuán)結(jié)的合作精神，即鍛煉了自己又提高了能力，知難而上，加強(qiáng)了實(shí)踐操作能力和水平，為我們今后的學(xué)習(xí)，工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì),多虧了
34、老師和同學(xué)的幫助,我才得以順利完成任務(wù).在此應(yīng)該感謝老師和同學(xué)的關(guān)系和幫助.這次設(shè)計(jì)的我也看到了自己的不足,希望在以后的時(shí)間內(nèi)好好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí),為即將走向社會(huì)增加自己的砝碼。參考文獻(xiàn)1 重肇新, 彭侃.可編程控制器原理及應(yīng)用M.華南理工大學(xué)出版社,20012 李仁. 工廠電器控制設(shè)備M.機(jī)械工業(yè)出版社,20033. 溫照方著 SIMATIC S7_200可編程控制器教程，北京理工大學(xué)出版社， 2002 4. 朱一綸著 電氣技術(shù)專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)，中國(guó)電力出版社， 2009 5. SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual
35、, 2004 6. SIEMENS AG. SIMATIC Micro Computing User Manual, 2000 7.廖常初 PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2003 8.張?jiān)粕?、趙超 可編程序控制器實(shí)用技術(shù)，中國(guó)鐵道出版社，1997 9. 邱公偉 可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，200010. 鄒益仁 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，國(guó)防工業(yè)出版社，200311.廖常初主 可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用，重慶大學(xué)出版社，200114 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)M.機(jī)械工業(yè)出版社,200215 隋立明，王祖溫，包鋼.氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)仿人臂的設(shè)計(jì)J.液壓與氣動(dòng),20041
36、6 袁任光.可編程序控制器（PC）應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例M.廣州：華南理工大學(xué)出版社， 200517 田瑞庭.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001 . 致謝感謝江蘇科技大學(xué)給我提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件，我在論文設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了許運(yùn)飛老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，他嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，一絲不茍、精益求精的工作作風(fēng)，不僅授我以文，而且教我做人，深深地感染和激勵(lì)著我。從論文開(kāi)題到最終完成，許老師始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，許老師多次詢問(wèn)我的進(jìn)度，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。讓我按時(shí)完成了畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在幾年的大學(xué)生活中，經(jīng)過(guò)各位老師的悉心教導(dǎo)，學(xué)到了豐富的知識(shí)和做人的道理，為我走向社會(huì)、迎接挑戰(zhàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此時(shí)此刻我才真正體會(huì)到老師們的苦心和所學(xué)知識(shí)的重要性。最后，我要再次向給予我?guī)椭乃欣蠋熀屯瑢W(xué)表示深深的謝意，感謝大家在學(xué)習(xí)、生活中對(duì)我的幫助，謝謝大家！31
2017畢業(yè)論文-基于PLC烘絲機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc
