基于PLC的轮胎磨边机控制系统设计

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1、 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 摘 要轮胎磨边机用于研磨轮胎的胎侧，使硫化在胎侧中的白色橡胶显露，形成胎侧上的白色花纹及文字。系统控制设计主要采用基于PLC控制，根据工艺要求，系统硬件设计以FX2N-64MR型PLC基本模块为处理中心。输入部分的器件有：传感器（变送器），行程开关，触摸屏，FX2N-4AD转换模块。其相应的功能为：传感器采集温度、压力，经过FX2N-4AD特殊模块转换后送入处理中心，行程开关在工艺过程中承担定位及反馈等功能，触摸屏上设置按钮等来控制系统。输出部分的器件有：FX2N-4DA模块，变频器，电动机，电磁阀，继电器，接触器等。其相应功能为：D/A模块对基本模

2、块送出的数据进行处理后送到变频器；处理中心通过接触器、变频器来控制电机，通过继电器控制电磁阀，然后控制气缸的动作；在触摸屏上显示相关参数（如压力、温度等）及运行状态。软件设计以梯形图为设计基础，设计了自动及手动程序，包括对研磨期间的温度、压力的转化，研磨轮胎计数，运行时间的计算等。系统经过仿真调试，实现的功能有：温度显示，压力显示，生产计数显示，频率设定，手动运行，自动运行等。关键词：PLC ；A/D转换；D/A转换；变频调速；触摸屏；AbstractTire grinding machine is used for grinding the tire sidewall, then sulfi

3、de in the white sidewall rubber is exposed, so that the sidewall on the white pattern and the text are formed. That is just the automatic control system.Its designed mainly based on PLC. According to the technical requirements, a modules named FX2N-64MR ,which is the PLC basic modules, is used as pr

4、ocessing center in the system. And there are the devices which regarded as input: Sensors(Transmitter), Trip switch, Touch screen and FX2N-4AD modules.The corresponding functions are as follows: The sensors collect si gnals of temperature and pressure, then the signals are transformed and sent into

5、the processing center by the FX2N-4AD special module. Trip swichs are use to position and feedback in the process of commitment. The settings which used for controlling the system are completed by the touch screen. The devices of the output sections are: FX2N-4DA module, inverter, motor, solenoid va

6、lves, relays, contactors, etc. The corresponding functions are: the datas from the basic module are processed by the D/A module and then are sent to the inverter, the motors are controled by the inverter and contactors which are controled by the processing center, the actions of cylinders are accord

7、ing to the states of solenoid valves, which are contoled by the relays. Then the systems related parameters(such as pressue,temperature,etc.) and the states of running are displayed on the screen. The software design is based on the ladder diagram design, including automatic and manual processes. In

8、 the processes, the datas regarded as the temperature and pressure are convered during the grinding, and there are functions of counting the grinded tire and running time and so on. It has been finished by diplaying the temperature and presseure,counting, frequency setting, manual operation,automati

9、c operation and so on in the system.They have been proved after the simulation .Key words：PLC; A / D conversion; D / A conversion; frequency conversion; touch screen 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 目 录引言11 工艺分析及要求21.1 设备用途和适用范围21.2 工艺过程31.3 主要技术参数42 控制系统整体设计52.1 基于单片机的控制系统设计52.2 微机控制系统设计52.3 PLC控制系统设计53 系统硬件部分

10、83.1 PLC内容及其选择83.1.1PLC基本模块选择83.1.2PLC特殊模块选择83.2 变频器内容93.2.1变频器93.2.2变频器参数设定103.3 触摸屏选择103.4 低压电器选择113.5 电源配置及各种连接口线153.6 电动机选择153.7 系统电气原理图164 系统软件部分174.1 程序设计说明174.2 系统软元件分配194.2.1 PLC的I/O口分配194.2.2触摸屏的相关设定204.3 程序流程图234.4 梯形图244.5 指令表245 系统仿真调试256 总结29谢 辞30主要参考文献31附 录32附录1：梯形图32附录2：指令表38 桂林电子科技大学

11、毕业设计（论文）报告用纸 第2页 共35页 引言可编程序控制器是20世纪60年代以来发展极为迅速、应用面极为广泛的工业控制装置，是现代工业自动化控制的首选产品，与机器人、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。如果说初期发展起来的PLC主要是以它的高可靠性、灵活性和小型化来代替传统的继电-接触控制，那么当今的PLC则吸取了微电子技术和计算机技术的最新成果，得到了更新的发展。从单机自动化到整条生产线的自动化，乃至整个工厂的生产自动化，从柔性制造系统、工业机器人到大型分散控制系统，PLC为承担主要角色。目前，可编程序控制器的产品很多，不同厂家生产的PLC以及同一厂家生产的不同型号的PLC，其

12、结构各不相同，但就其基本组成和基本工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程序控制器就是一种新型的工业控制计算机。自从美国数字设备公司于1969年研制出第一台PLC，PLC已经经过了将近40年的发展，现在已发展到第五代，随着微电子技术的寻觅发展，以单片机或其他16位、32位的微处理器昨晚PLC的主控芯片将更多应用于PLC，今后，PLC主要朝以下几个方面发展:高速化、模块种类丰富多彩、可靠性进一步提高、标准化、小型化，低成本、编程语言的高级化。在实际工业控制过程中，仅仅有PLC控制器是不够的，因为除了有核心处理器，还

13、需要一些辅助设备，比如控制电机的速度等。在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，调速范围大，静态稳定性好，运行效率高。采用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制，由于使用方便、可靠性高，并且经济效益显著，得到了大量的推广。随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术的发展，变频器的控制方式今后将向数字控制变频器的实现、多种控制方式的结合、远处控制的实现、绿色变频器等方向发展。图形操作终端又称人机界面（GOT），目前在PLC的控制系统中已普遍采用。在工业自动化生产线上或单机控制中，人机截面的应用，更加体现了控制系统可视化程度和先进性，更加方便了使用者的操作和监控等。随着使用电

14、脑作为信息来源的与日俱增，触摸屏以其易于使用、坚固耐用、反应速度快、节省空间等优点，使得系统设计师们越来越多的感到使用触摸屏的确具有相当大的优越性。触摸屏出现在中国市场上至今只有短短的几年时间，这个新的多媒体设备还没有为许多人接触和了解，包括一些正打算使用触摸屏的系统设计师，还都把触摸屏当作可有可无的设备，从发达国家触摸屏的普及历程和我国多媒体信息业正处在的阶段来看，这种观念还具有一定的普遍性。事实上，触摸屏是一个使多媒体信息或控制改头换面的设备，它赋予多媒体系统以崭新的面貌，是极富吸引力的全新多媒体交互设备。发达国家的系统设计师们和我国率先使用触摸屏的系统设计师们已经清楚的知道，触摸屏对于各

15、种应用领域的电脑已经不再是可有可无的东西，而是必不可少的设备。它极大的简化了计算机的使用，即使是对计算机一无所知的人，也照样能够信手拈来，使计算机展现出更大的魅力。解决了公共信息市场上计算机所无法解决的问题。采用PLC控制、变频器调速、图示操作终端（触摸屏）操作的先进技术，对于实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，提高了生产效率和产品质量，也方便维护及实时监控生产等。1 工艺分析及要求1.1 设备用途和适用范围本设备用于研磨轮胎的胎侧，使硫化在胎侧中的白色橡胶显露，行程在胎侧上的白色花纹及文字。本设备适用与以下的规格轮胎胎侧的研磨：胎圈着合直径（胎圈直径）（14”）、15”、16”两胎

16、踵间的着合宽度（轮胎子口宽度）7.5”9”外直径775mm257mm、255mm318mm最大重量30kg胎侧研磨部位的宽度30mm胎侧研磨部位的高度2.54mm1.2 工艺过程设备装置主要由存胎辊道，轮胎运输机，挡胎装置，底板，卸胎器，轮胎定中心装置，粗磨装置，细磨装置，中心装置，出胎辊道，气动系统等部分组成。系统大致运行流程为：由挡胎装置光电开关检测轮胎，若挡胎装置辊道上有轮胎，则轮胎运输机不动作，若没有轮胎，则轮胎运输机动作，送轮胎到挡胎装置辊道；接着定中心装置辊道上的光电开关检测定中心是否有轮胎在研磨或未送出，若是则挡胎装置上的挡臂通过气缸动作收缩，若检测到没有轮胎在定中心且已送出定中

17、心装置，则挡臂打开，启动挡胎装置辊道传动系统传动电机，将轮胎送入定中心装置，之后其传动电机停止工作且挡臂复位（收缩），此时定中心装置辊道上的光电开关检测到有轮胎，定中心装置传动电机启动，定时一段时间后，定中心装置的定中心辊动作，将轮胎定位，定中心装置辊道传动电机停止工作，定中心辊复位，然后上卡盘下降（下卡盘上升），到达预定位置后，上卡盘的钩爪钩住下卡盘的闭锁套，然后带着轮胎一起上升，达到指定位置，轮胎开始充气，此时进行压力检测，到达指定压力后，停止充气，开始轮胎回转，定时且启动粗磨磨轮传动电机，同时启动除尘，冷却等的器件，粗磨磨轮气缸摆动，同时靠近轮胎，到指定时间后停止粗磨电机极其气缸的动作，

18、磨轮退回原位；回转电机停止然后反向转动，开始细磨定时，传动电机启动，细磨磨轮靠近轮胎且摆动，定时研磨完成后，停止及复位电机，气缸等，启动刷胎器电机，控制刷胎器的气缸的升降来刷轮胎，然后停止电机，上下卡盘分开，之后卸胎器动作，若检测开关检测到没有轮胎落下时，回转传动电机再启动一次，回转2周，卸胎器再动作一次，定中心装置辊道传动电机再次启动，送出轮胎，然后等下一个轮胎进行研磨。以下图1-1为简单工艺结构图：图1-1 轮胎磨边机简单结构工艺图1.3 主要技术参数（1） 轮胎 1 回转速度1025rpm（连续可调） 2 最大充气压力0.3Mpa 3 旋转方向 顺时针（2） 磨轮 1 磨轮外直径205m

19、m（8”） 2 磨轮宽度40mm 3 磨料粒度 粗#100 细#160 4 磨轮转速4000rpm 5 磨轮调整范围垂直平面内角度-15水平距离（距轮胎中心线）175280mm高度调整范围250mm（3） 电机功率 1 磨轮传动电机功率7.5kw 2台 2 挡胎装置辊道传动电机功率0.55kw 1台 3 轮胎定中心装置辊道传动电机功率0.55kw 1台 4 轮胎回转传动电机功率0.75kw 1台 6 刷胎器电机功率 0.25kw 1台 4 外形尺寸（长*宽*高）整机 5 设备重量 约4吨2 控制系统整体设计2.1 基于单片机的控制系统设计 利用单片机系统设计来控制轮胎磨边过程，选择AT89C5

20、1来作为处理信息控制指令的核心部分，利用键盘来实现输入功能，A/D转换器及传感器对研磨过程中需要测定的温度及压力检测及传输转换，提供给处理核心进行判断及作出相应动作，利用D/A转换器、转换电路变频器等，促使电机工作与停机，电磁阀的开关等完成相应的动作。 系统设置检测故障，复位等来服务整个系统的运行安全及方便。显示功能部分也可以在本控制系统中实现，比如指示灯，数码管等。 以下为简单控制系统框图：图2-1 单片机控制系统框图2.2 微机控制系统设计微机除了用于控制领域外，主要用于科学计算，数据处理，计算机通信等方面，PLC主要用于工业控制。微机系统的I/O设备与主机之间采用微电联系，一般不需电气隔

21、离，但外部控制信号需经A/D，D/A转换后方可与微机相连。微机具有丰富的程序设计语言，要求使用者具有一定的计算机硬件和软件知识，PLC有面向工程技术人员的梯形语言和语句表，一些高级PLC具有高级编程语言，微机系统一般配有较强的系统软件，并有丰富的应用软件，微机对环境要求较高，一般要在干扰小，具有一定温度和湿度要求的机房内使用，PLC适用于工程现场环境。2.3 PLC控制系统设计PLC一般可控制强电设备，无需再做转换，且由于PLC内部有光电耦合电路进行电气隔离，输出采用继电器、可控硅或放大功率晶体管进行功率放大，因而可直径驱动执行机构。PLC的软件相对简单,微机运算速度快，一般为微妙级，为适应大

22、的系统软件和丰富的应用软件，其存储器量很大。PLC因接口的响应速度慢而影响数据处理速度，PLC的软件少，编程也短，内存容量小。而单片机控制系统虽然功能比较强大，但其需要的理论知识更为丰富，比如编程语言要比PLC较为复杂，需要有良好的基础才能编好，其电路调试需要更坚实的基础，仿真模拟也需要一定的条件，鉴于本系统的特点，采用单片机控制系统似乎显得较为勉强，而且本人的单片机系统方面的知识也不够全面，而PLC控制系统足以完成本系统的要求的功能。综上所述，基于实际方便及经济考虑，选择用PLC控制系统设计。任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制

23、系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。（2）在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单，经济，实用，维修方便。（3）保证控制系统的安全可靠。（4）考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。根据生产工艺要求，分析被控对象的复杂程度，进行I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等）统计，列出清单。适当进行内存容量的估计，确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型（小、中、大型机器）。根据PLC输出端所带

24、的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备，PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。确定PLC编程工具：（1） 一般的手持编程器编程。（2） 图形编程器编程。（3） 计算机加PLC软件包编程 。这种方式是效率最高的一种方式，但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵，并且该方式不易于现场调试，主要用于中高档PLC系统的硬件组态和软件编程

25、。PLC控制系统的抗干扰设计：随着工业自动化技术的日新月异的发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:隔离:由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。屏蔽:一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。布线:强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。按照工艺要求，系统控制设计用

26、FX系列PLC基本模块作为处理中心，通过对电磁阀的控制来控制气缸动作，以实现工艺要求的一系列动作；通过对继电器的控制来实现对传动系统等的电动机的控制，通过D/A转换及变频器来控制交流电机的调速，控制过程中的压力检测、温度检测等，用压力传感器、温度传感器经过FX系列的特殊模块来实现送入PLC基本模块中心进行检测，并在触摸屏上显示。PC机通过专用电缆与PLC模块和触摸屏模块进行通信连接，编制调试程序完毕可以直接下载到触摸屏和PLC各自程序存储器。PLC模块与触摸屏之间由专用电缆连接，触摸屏按键指令可以由通信电缆加载到控制程序以执行相应的操作。另外，外部开关指令直接加载在PLC输入端以实现相应的指令

27、操作。PLC与DA模块由扩展电缆连接，由触摸屏上按键来设定数字量，送入PLC后再经过D/A模块，将PLC输出数字量转换成对应的两路电压信号加载到变频器输入端子以实现连续自动调速控制，还可以不接D/A模块，直接利用变频器的程序运行模式来改变变频器的运行输出频率，只是这要事先设定好其某段时间的频率状况。当然，用手动控制变频器调速也可有电位器来改变变频器的频率。简单系统电气控制连接图：图2-2 PLC简单电气控制连接图3 系统硬件部分3.1 PLC内容及其选择 三菱公司FX系列PLC吸收了整体式和模块式可编程控制器的优点，它的基本单元、扩展单元和扩展模块的高度和宽度相同，它们的相互连接不用基板，仅用

28、扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很适于在机电一体化产品中使用。3.1.1PLC基本模块选择FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，它内置有8k步的RAM，使用存储卡盒后，最大容量可达16k步，编程指令达327条，处理速度达到0.08us/步。它不仅能完成逻辑控制，顺序控制，模拟量控制，位置控制，高速计数等功能，还能数据检索，数据排列，三角函数运算，PID运算等更为复杂的数据处理。所以FX2N系列具有容量大，运行速度快，指令功能完善等特点。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;

29、如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。当PLC扫描频率为10次min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。FX系列PLC继电器输出型在AC250V以下电路电压时可驱动负载为：纯电阻负载2A/1点（8A/4点共用，8A/8点共用），感性负载为80V*A以下，灯负载100W

30、以下；输入电流为DC24V7mA，而输入信号引起动作的最小电流为2.53mA，但为了确实启动，必须取4.5mA以上（X010以后5mA/DC24V），为了确实切断，必须取1.5mA以下(X010以后1.5mA/DC24V)。选择FX2N-64MR-001基本模块为本控制系统的基本核心部件，64个基本I/O点数已满足系统控制要求，且留有一定余量，因为系统输出控制变频器，继电器，电磁阀等，采用继电器输出方式，外部电源用交流电源（AC 250V）。3.1.2PLC特殊模块选择系统控制过程需要检测轮胎的充气压力，检测轮胎研磨过程中的温度状况，所以需要模拟量输入模块，来实现把压力、温度这些经转化的信息送

31、入PLC中心处理模块进行处理反馈显示。FX2N-4AD是模拟量输入模块，有四个输入通道，每一个通道都可以进行A/D转换，分辨率为12位。输入的模拟电压范围从直流-10V10V，分辨率为5mV。若为电流，范围为420mA或0mA20mA，分辨率为20mA。其内部共有32个缓冲寄存器，用来与主机FX2N主单元PLC进行数据交换，每个缓冲寄存器的位数为16位。FX2N占用FX2N扩展总线的8个点，这8个点可以是输入也可以是输出点。控制过程中压力温度的检测数值可由此模块来执行转换传输，压力、温度输入的模拟范围都选择电流输入模式，范围为420mA（电流传输过程中损耗比较低，且传输距离比较长），此功能实现

32、过程主要由编程来体现执行。其延迟时间为10mS。当然，传送温度还可以由专门的特殊温度模块FX2N-4AD-PT来完成。系统需要控制变频器输出的频率在一定范围进行连续可调且自动调节，可采用一个D/A模块来实现，故选择FX2N-4DA特殊模块。根据接线方法，模拟输出可在电压输出或电流输出中选择，通道可输出的范围为-1010VDC，05VDC，或420mA，分辨率为2.5mV和4uA，数字到模拟可进行调整；模块占用8个I/O点。电源来自于主电源的内部电源供应，通道输出范围选择为420mA。以上模块均以FROM/TO指令与PLC进行数据传输。3.2 变频器内容3.2.1变频器变频器发展十分迅速，应用日

33、渐广泛，利用变频器传动异步电动机所构成的调速控制系统，越来越发挥出巨大的作用。由于市场上变频器种类繁多，如何选择变频器就需要考虑了。一般从用途、电压、容量3方面就如何用最少的钱来选择最适用的变频器。根据本系统控制要求，变频器只是用来控制电机的频率而已，选择简易型的变频器即可；从整体上来讲，变频器分为低压变频器和高压变频器，低压变频器分单相220V，三相380V，三相660V等，高压变频器分为3KV，6KV和10KV三种，本系统只需选用低压变频器即可；变频器的容量应该与其驱动的电动机容量相匹配，还要根据负载特性、操作方法等来决定，其额定电流要不小于电动机的额定电流。本系统选用三菱变频器FR-A5

34、00-0.75K-CH（此设备已是老产品，但其功能还对本系统来说足矣），其输出频率范围为0.2400Hz。而频率设定分辨率模拟输入为0.015Hz/60Hz(端子2输入：12位/0至10V，11位/0至5V；端子l输入：12位/-10至十10V，11位/-5至I+5V)数字输入分辨率为0.01Hz。它适用于电机容量为0.75KW。其额定电流2.6A，大于PLC要求的2A，即可直接连接PLC基本模块输出点，模拟量输入时最大输出频率的0.2以内（2510），数字量输入时设定输入频率的0.01以内。这样就满足了系统中要求的频率输出范围。而使用变频器应注意以下问题：电子过电流保护不能完全确保对电机的过

35、热保护。不要频繁使用变频器输入侧的电磁接触器启/停变频器。用噪声滤波器减少电磁干扰的影响。否则有可能影响变频器附近使用的电子设备。采取相应的措施抑制谐波。否则由于变频器产生的电源谐波,使电力电容和发电设备过热及损坏。当变频器驱动 400V系列电机时,必须增强电机绝缘或抑制浪涌电压。由于布线常数引起的浪涌电压发当进行参数清除或参数全部清除时,各参数返回到出厂设定值,在运行前请再次设定必要的参数。变频器可以容易地进行高速运行的设定,更改设定前,检查电机和机械性能有充分的能力。请增加变频器的保持功能,安装保持设备以确保安全。变频器长时间保存后再使用,使用前必须进行检查和试运行。其端子记号端子名称说明

36、R, S, T 交流电源输入连接工频电源。当使用高功率因数转换器时， 确保这些端子不连接(FR-HC)。U, V, W 变频器输出接三相鼠笼电机。R1, S1 控制回路电源与交流电源端子R,S连接。在保持异常显示和异常输出时或当使用高功率因数转换器时(FR-HC)时，请拆下RR1和S-S1之间的短路片，并提供外部电源到此端子。P, PR 连接制动电阻器拆开端子PR-PX之间的短路片，在P-PR之间连接选件制动电阻器(FR-ABR)。P, N 连接制动单元连接选件FR-BU型制动单元或电源再生单元(FR-RC)或高功率因数转换器(FR-HC)。P, P1 连接改善功率因数DC电抗器拆开端子P-P

37、1间的短路片，连接选件改善功率因数用电抗器(FR-BEL)。PR, PX 连接内部制动回路用短路片将PX-PR间短路时(出厂设定)内部制动回路便生效(7.5K以下装有)。接地变频器外壳接地用，必须接大地。3.2.2变频器参数设定利用操作面板进行参数设定（FR-DU04）。Pr.79=4（操作模式为外部操作模式），Pr.73=1，Pr.71和Pr.80可设定适用电机及电机容量，Pr.0=25Hz（上限），端子接线为端子4和5（电流输入模式）。这样的设置可能在实际运行上有点难度，其它为默认设置。3.3 触摸屏选择触控屏（Touch panel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显

38、示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。触摸屏主要有电阻式触摸屏，电容式触摸屏，红外线式触摸屏，表面声波式触摸屏等类型，各自都有其优缺点，就本系统而言，选用三菱A956WGOT系列产品A956WGOT-TBD*2，256色显示，实现了多色清晰显示改善可维护性，并降低运行成本，有网路监控功能系统监视功能。电源电压 24VDC显示设备 TFT彩色显示器，显示颜色 256色，亮度(cd/m2) 300(8档亮度调整)，显示角度(反差度) 右和左：65度；上：40度；下：65度，解

39、析度(点) 480234，可设置的触摸开关数目 450(15行30列)，用户记忆体容量 1MB(最大可到9MB)，外部尺寸(mm) 215W133H70.8D，面板宽度(mm) 65.8，与FX2N-64MR 程序连接器连接，可以一边观看画面中对PLC的各软件的监视及数据变化，一边进行显示。3.4 低压电器选择作为系统若要求按钮的信号，PLC控制可由按钮来控制，触点分为常开触点（动合触点）和常闭触点（动断触点）两种。可采用ZB2-BE101C系列通用型按钮。由于本系统有触摸屏来控制，故可省略掉按钮，当然，现场设置相应的按钮可在现场控制。行程开关：系统操作过程中要实现自动转换状态或者提醒动作完成

40、等需要用到行程开关（Series limited switch），行程开关主要用于检测工作机械的位置，发出命令以控制其运动方向或行程。本系统选择XCE系列行程开关，其主要技术参数为：额定工作电压 直流220、110、24V，交流380、220V，额定发热电流6A，额定工作电流直流0.046A（220V时），交流0.79A（380V时），这样的工作电流大于PLC输入端回路的电流，这样就不至于开关被烧坏或者损坏，额定操作频率1200次/h。 光电开关：系统中检测需要用到光电开关（Photoelectric switch），采用施耐德XUK系列产品，其电源是1030VDC或200240VAC。适合最

41、大检测距离为20m,优化型产品适合于漫反射，激化反射，反射，对射等多种检测模式，其最大检测距离为20m.通用型。本系统设计时认为是对射型。温度变送器：WJ100R（西安新敏电子科技有限公司产品）温度变送器采用高精度线性放大电路，并选用高精度的元器件，使产品具有灵敏度高，稳定性好，准确度高和使用寿命长等优点。 应用场合： WJ100R广泛应用在工业温度测量、暖通空调、档案室、生产车间、仓库、机房、通风管道、楼宇自控、工地等测量的场合。传感器直流电压或电流输出， WJ100R温度变送器采用防水变送外壳，可以工作在露天或湿度较大的场所（如山洞、冷库等）其技术参数主要有： 工作电源： 1、24VDC

42、2、12VDC （05V电压输出时） 3、24VAC 4、12VAC （05V电压输出时）温度测量范围： -200600 (最大有效测量范围)湿度参数：测量准确度： 0.1% F.S 0.25% F.S 0.5%F.S工作温度： -4080（军工级性能，仅限WJ100R）有效测量范围： 590%RH(无凝露)测量稳定性：通常状态下，漂移不大于 1%RH输入信号： Pt100 输入线阻：50负载电阻： 500（电流输出），3K（电压输出）环境温度： -2080变送器外壳：乳白色 防水型ABS 835933mm其可型号选择方式为WJ100R（1）S（2）P（3），（1）中选择从17选择温度范围，（

43、2）中选择13来确定信号输出类型，（3）填准确度。根据具体情况选择其型号，本系统中选用WJ100R6S1P1（测量温度范围为0300，420mA的输出类型），与A/D模块的420mA的输入对应。压力变送器：选择型号时要注意以下内容：确定变送器要测量什么样的压力：一般而言，需要选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器，瞬间的峰值可能破坏压力传感器。确定是什么样的压力介质：我们要考虑的是压力变送器所测量的介质,黏性液体、泥浆会堵上压力接口，溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送吕中与这些介质直接接触的材料。变送器需要多大的精度：决定精度的有，非线性，迟滞性，非重复性，温度、零点偏置刻度

44、，温度的影响，每一种电子式的测量计都会有精度误差的。确定变送器的温度范围：通常一个变送器会标定两个温度范围，即正常操作的温度范围和温度可补偿的范围。正常操作温度范围是指变送器在工作状态下不被破坏的时候的温度范围，在超出温度补范围时，可能会达不到其应用的性能指标。温度补偿范围是一个比操作温度范围小的典型范围。在这个范围内工作，变送器肯定会达到其应有的性能指标。温度变从两方面影响着其输出，一是零点漂移；二是影响满量程输出。需要得到怎样的输出信号： mV 、V、 mA及频率输出数字输出，选择怎样的输出取决于多种因素，包括变送器与系统控制器或显示器间的距离，是否存在“噪声”或其他电子干扰信号。对于许多

45、变送器和控制器间距离较短的OEM设备，采用mA输出的变送器最为经济而有效的解决方法。对于远距离传输出或存在较强的电子干扰信号，最好采用mA级输出或频率输出。本系统选用HD180系列扩散硅压力变送器（香港永先品牌公司），其相关技术参数为：（工业过程控制被测介质与316L相容的各种介质）量程（表压、绝压）： 010kPa，016kPa，025kPa，040kPa， 00.06MPa，00.1MPa，00.16MPa， 00.25MPa，00.4MPa，00.6MPa， 01MPa，01.6MPa，02.5MPa， 04MPa，06MPa，010MPa， 016MPa，025MPa，040MPa，

46、060MPa，0100MPa，0160MPa 过载 ：对于量程10MPa，2倍；对于量程10MPa，1.5倍精度(包括线性、迟滞、重复性) 0.25%，0.5%工作温度范围 被测介质：60150； 环境温度：4085 补偿温度范围 4085环境温度变化的影响 1，对于量程0.06MPa：对于0.25级：0.01%/；对于0.5级：0.02%/； 2，对于量程0.06MPa：对于0.25级：0.02%/；对于0.5级：0.04%/稳定性 0.2FS / 年输出 420mADC两线制，供电电源 936VDC（要考虑负载）；* 对于本安系统需配相应的安全栅电气接口 M201.5或ZG1/2 过程接头

47、 M201.5或1/2 NPT，或按用户要求 功耗 1W外壳防护等级 IP65重量 1.5kg。本系统要求的充气压力是00.3Mpa，根据实际要求选择量程为00.6Mpa。继电器：在PLC控制器与电机气缸之间采用继电器来动作，继电器是一种根据电气量（电压、电流等）或非电气量（温度、压力、转速、时间等）的变化接通或断开控制电路的自动切换电器。加继电器，因为负载工作时会有冲击电流，并且干扰大，容易烧坏PLC端子或程序误动作。中间继电器实质是一种电压继电器，触点对数多，容量较大（额定电流510A）。满足PLC输出的电流要求，采用施耐德RXM 系列小型继电器，继电器的基本功能可概括为以下几个方面：输入

48、/输出电压和电流的适配和转换通过触点数量的选择来扩充信号扩大可编程控制设备上的输出电流信号做为PLC的辅助，进行一些自动化系统中的信号处理2,3&4个C/O触点 12-10-6A 触点数量可选择 适配所有的标准电压(12110VDC/24240AC) 测试按钮(瞬时+锁定) LED状态指示(可选) 继电器状态机械指示 本体带有空白标签位 根据实际需要可选择RXM4AB2P7。电磁阀：电磁阀是用来控制流体方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。电磁阀选型首先应该依次遵循安全性，可靠性，适用性，经济性四大原则，其次是根据六个方

49、面的现场工况(即管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动作方式、特殊要求进行选择)。选型依据： 一、根据管道参数选择电磁阀的：通径规格(即DN)、接口方式 1、按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径(DN)尺寸。 2、接口方式，一般DN50要选择法兰接口，DN50则可根据用户需要自由选择。 二、根据流体参数选择电磁阀的：材质、温度组 1、腐蚀性流体：宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；食用超净流体：宜选用食品级不锈钢材质电磁阀。 2、高温流体：要选择采用耐高温的电工材料和密封材料制造的电磁阀，而且要选择活塞式结构类型的。 3、流体状态：大至有气态，液态或混合状态，特别是口径大于DN25订货时一定

50、要区分开来。 4、流体粘度：通常在50cSt以下可任意选择，若超过此值，则要选用高粘度电磁阀。 三、根据压力参数选择电磁阀的：原理和结构品种 1、公称压力：这个参数与其它通用阀门的含义是一样的，根据管道公称压力来定。 2、工作压力：如果工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04Mpa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。 四、电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。五、根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电1、当电磁阀需要长时间开启，并且持续的时间多余关闭的时间应选用常开型。2、要是开启的时间短或开和关的时间不多时，则选常闭型。

51、3、但是有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，则不能选常开的，应选可长期通电型。 六、根据环境要求选择辅助功能：防爆、止回、手动、防水雾、水淋、潜水1、爆炸性环境：必须选用相应防爆等级的电磁阀2、当管内流体有倒流现象时可选带止回功能电磁阀。 3、当需要对电磁阀进行现场人工操作时，可选择带手动功能电磁阀。 4、露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种(防护等级在IP54以上)。本系统采用ZCQ电磁阀，AC220V电源（永嘉县英络克泵阀制造有限公司）接触器：接触器是一种典型的电磁式控制电器，其电磁机构同复位弹簧等部件配合，使触点系统接通或断开所控电路。利用接触器可以实现远程自动控制，其通断能力

52、大，瞬时过载能力强，且有欠（零）电压自动保护作用。根据系统工艺要求的电机参数，0.25KW的电机应该配CJX2（LC1）-K系列交流接触器（施耐德产品），其额定工作电压有380V，额定工作电流0.95A，控制容量360VA，配用熔断器型号为RT16-10，触点吸合为30VA，保持为4.5VA。0.55KW电机配CJ20-10交流接触器，其辅助触点额定电流为5A，额定电压为380V，可控电机最大功率为4KW。7.5KW电动机选用CJ20-16交流接触器，其辅助触点额定电流为5A，额定电压为380V，额定电流16A，可控电动机最大功率为7.5KW。表3-1 器件列表种类型号数量行程开关XCE系列6

53、光电开关XUK系列2温度变送器WJ100R5S1P11压力变送器HD180系列1继电器RXM系列14接触器CJ系列6电磁阀ZCQ系列143.5 电源配置及各种连接口线PLC供电电源一般为AC85240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件（如电源滤波器、1:1隔离变压器等）;隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的

54、运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。电源模块选择明伟公司产品。其隔离变送器有这些特点：广泛应用于压力、流量、温度、液位等各类仪表输出端口，可有效解决现场干扰及仪表端口保护，仪表外部无需安装隔离类产品。内部采用电磁隔离技术，输入、输出和电源间相互隔离；具有很好的温漂特性和很好的线性度。高精度：0.1% 高线性度：0.1% 低温漂：35PPM/； 高隔离：2500VDC 工业级：-2571工作温度。可选有源或无源多种系列产品。当然也可选用其他公司产品，只要符合基本模块等的要求即可。具体各部分硬件电源配置如下：表3-2 硬件配置电源FX2N-

55、64MR220V ACA956WGOT触摸屏24V DCFX2N-4AD/FX2N-4DA24V DCFR-A500变频器380V AC行程开关24V DC温度变送器24V DC压力变送器24V DC继电器220V AC接触器380V AC电磁阀220V AC电动机380V AC3.6 电动机选择Y2系列电动机是Y系列电机的更新换代产品，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。Y2系列电机的安装尺寸和功率等级符合IEC标准，与德国DIN42673标准一致，也与Y系列电机一样，其外壳防护等级为IP54，冷却方法为IC41l，连续工作制（S1）。采用F级绝缘，温升按B级考核(除315L2-

56、2、4，355全部规格按F级考核外)，并要求考核负载噪声指标。Y2系列电动机额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kw以下为Y接法，电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。选择均为2极的电机，其相关参数如下表所示：表3-3 电动机参数1额定功率 （KW）0.250.55额定电流 （A）0.71.4转速 （r/min）28202820效率 （%）68.073.0功率因数 （cos）0.810.82最大转矩/额定转矩 倍2.22.3最小转矩/额定转矩 倍1.61

57、.6堵转转矩/额定转矩 倍2.22.2堵转电流/额定电流 倍5.56.1 磨轮电机采用三相380V通用型永磁同步交流伺服电机，其型号为PMSMF18075D302BOA，其额定输出为7.5KW，额定转矩为23.88 Nm，瞬间最大转矩为71.64 Nm，额定电流为19.80A，瞬间最大电流为59.41A，转矩常数为1.206 Nm/A，转子转动惯量为107.91 kgcm2。减速电机采用上海锐进传动K系列0.75KW螺旋锥齿轮减速机，符合本系统相应参数表如下：（输入转速=输出转速*传动比）表3-4 电动机参数2输出转速r/min输出转矩Nm传动比使用系数机型号 极数计算得的输入转速0.1160

58、151131160.78K 187R97KA187R9741442.760.341861540591.621380.060.411540533591.951377.193.7 系统电气原理图详见附录4 系统软件部分4.1 程序设计说明程序设计有自动控制程序及手动控制程序，根据工艺要求控制顺序来设计。由于实验室没有FX2N-4AD-PT温度输入模块，就改由FX2N-4AD模块来执行,而编程时只需改变模块识别号即可。程序中设计初始化脉冲就开始检测FX2N-4AD、FX2N-4DA的存在及其相对应的位置是否正确，然后根据判断位置的正确与否来判断是否开始执行传输数据及转换显示。4AD模块用两个输入通道

59、，其中通道1用来传输温度值，送入PLC基本模块的数据寄存器D200，压力值通过通道3（由于要将其整数转换成浮点型，要占32位，即要2个数据存储器，而且一般在双字中应从偶数开始，比较不容易出错）来输入PLC基本模块处理中心，存储在数据寄存器D201中，两个通道的输入类型选择利用PLC程序指令来设置；4DA模块接收到的信号经过DA转换后由其对应通道输出，程序中利用通道1输出，选择的420mA输出模式，这些都有指令来设置，详见程序内容。由于系统只要求回转电机的转速连续可调，即无极调速，并没有具体的某个时间段要怎样的速度，所以采用由写入PLC的数据来决定其转速。利用D100（由MOV指令来送入）来存储

60、PLC内相对应的频率数字量，用它来输送给变频器，当然为了方便我们判断及设定，需要把D100内数字量相对应的频率直观的表现出来，就要利用一些指令来转换，因为频率值与数字量之间的转换有一定的线性关系，在PLC程序内只要经过相应的计算，就可以得到我想要的结果，还有，因为PLC指令中一般的运算指令都是对于整数而言，而系统中频率并不是以整数来改变的，要求的是无极调速，所以需要用浮点数来计算，FX2N系列的PLC中浮点数计算指令只要在指令功能号前加DE这样的字符就可以，比如指令DIV D2 K3 D0,要执行浮点数运算，就应该变成DEDIV D2 K3 D0，这样得到的D0内的数据是浮点数。当然，本系统中

61、是要将我们直观的输入的频率（设计让其存入D10中）转换为D100内的数字量，方法就刚所描述的，具体见程序内容。压力及温度的转换由程序中的FROM和TO指令来执行，在PLC里边存储的是其相对应的数字量，若要转换为我们平常比较直观的温度压力值，就要利用刚刚前面所举的方法，只是频率的处理方法是把我们给定的值转化为相对应的数字量，而温度压力值是把所测得的存在PLC内部的数字量转换为直观的相对应的温度及压力值，只需要把对应关系的表达式的相当于已知量和未知量改变位置关系即可，相应的编程指令见程序。（对应的关系式下面会说明）程序中采用自动检测压力，比较压力与最大压力允许值来充当判断充气的条件，实现自动充气给轮胎，此比较一直都在执行，不管手动还是自动，以上这些内容都是自动手动程序之外的。本系统采用的编程软件有GX-Developer,GT-Designer2.设计采用先梯形图设计，因为梯形图比较直观方便，本系统很多机械手式的动作，有一定的动作连接性，所以，比较符合直观的梯形图设计方式。设计用M10为自动启动按钮，因为由触摸屏来控制，所以用软元件辅助继电器就可以，省了硬件开关，当M10=1时，让运行指示M250线圈得电，立即锁住M10，这样M1