毕业设计卷毡机PLC电气控制系统设计.doc

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1、摘 要随着自动化控制技术的发展，可编程控制器在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的可靠性直接影响企业的安全生产和经济运行。本设计将西门子可编程控制器应用于卷毡机电器控制中，给出了PLC的硬件连接以及编程。并且给出了卷毡机电气控制系统的总体设计方案、设计过程和系统组成。在硬件电路设计中，完成PLC选型和外部低压电器的选用，提供硬件接线图以及提出接线要求，使PLC具有控制和保护作用。在软件设计中，给出系统流程图，并设计出梯形图程序。将硬件和软件有机结合达到预期的设计目的。本设计还完成了触摸屏的选型和画面设计以及对卷毡机工作状态显示、故障报警作介绍，在触摸屏上可实现卷毡机的全过程操作，使用说

2、明书查阅等 。关键词：卷毡机；可编程控制器；触摸屏AbstractWith the development of automatic control technology, PLC control in the industry used more and more widely. PLC control systems directly affect the reliability of the safety and economic operation. Programmable Logic Controller PLC is winder core electrical control,

3、 the paper describes Siemens PLC in electrical control winder application, given the hardware connection and PLC programming. And gives the winder the overall electrical control system design, design process and system. In hardware design, selection and completion of the external low-voltage electri

4、cal PLC selection, design hardware wiring diagram, wiring requirements put forward, so that PLC has the control and protection. In software design, program flow diagram is given, and design of the graphics program. Combination of hardware and software design to achieve the desired purpose. This arti

5、cle also touch screen design and the selection and screen work on winder status display, fault alarm for an introduction to, the volume of the whole process of carpet machine operation manual by the touch screen as input.Key words: Winder；Programmable ；Controller Touch 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1课题

6、背景11.2国内可编程控制器技术现状11.3课题主要研究内容2第2章 电气控制系统总体方案设计及控制器选型32.1系统总体方案32.2可编程控制器42.2.1可编程控制器的基本结构42.2.2可编程逻辑器的基本工作原理和主要技术指标52.2.3可编程控制器型号选择62.3触摸屏选型72.4常用低压电器简介及选型10第3章 电气控制系统图的设计123.1电气原理图123.2电器布置图123.3安装接线图133.4电气控制系统图13第4章 控制系统软件设计164.1触摸屏与可编程控制器通信164.2触摸屏显示画面设计174.3 PLC程序编写19结论27附录29致谢错误！未定义书签。32齐齐哈尔大

7、学毕业设计（论文）第1章 绪 论1.1 课题背景国内卷毡机一般采用手工操作，这种方式加工效率低，且加工精度难以保证，已不能很好地满足现代市场对产品加工效率和质量的要求，因而必须对卷毡机进行简易的数控化改造，以适应市场对卷毡机加工效率和精度的要求。随着工业自动化的发展，基于PLC、单片机和PC的自动化系统和自动化设备越来越普及，几乎遍布所用的自动化领域，与之相应的人机界面也应运而生，并得到了同步发展。卷毡机是典型机电一体化实例，本次设计是在了解机械结构的基础上，对用户要求进行详细的需求功能分析，采取相应的控制方案，使其满足用户要求1。本次设计采用了PLC+触摸屏的控制方案，其实就是控制系统的上位

8、机和下位机，是综合了计算机技术、自动化控制技术和通信技术的一种新型、实用的自动控制装置，被广泛地用于工业控制领域，具有可靠性好稳定性高、实时处理能力强、使用灵活方便、编程容易等特点。PLC目前的应用面较广、功能强大、使用起来也方便，已经广泛应用在各种机设备和生产过程的自动控制系统中。卷毡机的控制采用PLC作控制器，既节省了劳动力又提高了生产效率、节约了成本，降低了故障发生率。采用PLC控制卷毡机可自动、准确实现卷毡、切断、打包、推毡等过程的控制，并能实现各阶段工作状态的显示以及故障报警等，为用户提供了方便。PLC电器控制也将在今后相当长的时间内具有较强的生命力。国内已有多家防水卷材厂家使用自动

9、卷毡机或半自动卷毡机，一般选用三菱、欧姆龙等PLC实现自动控制。其机械结构不尽相同，从而控制方式也不尽相同。有电机传动和气动配合，也有电机传动和液压配合2。采用最新型可编程控制器与触摸屏相配合，为卷毡机提供更加现代化智能化的电器控制，仍属行业领先地位。我国的可编程控制器引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始进行的。最初是引进的设备中大量使用了可编程控制器。接下来是在各种企业的生产设备以及产品中不断扩大PLC的应用。1.2 国内可编程控制器技术现状国内可编程控制器的引进、应用、研制、生产是在改革开放以后开始的。最初是在引进的机械设备中大量使用了可编程控制器（PLC）。接下来在各种企业的生产设

10、备以及产品中不断扩大了PLC在工业设备上的应用。目前，国内已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、苏州电子计算机有限公司生产的YZ系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连机床研究所生产的S系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了很好应用。除此之外，无锡华光公司、上海乡岛公司等许多中外合资企业也是国内比较著名的PLC生产厂家3。可以看到，随着我国现代化进程的深入，PLC在国内将会有更加广阔的应用天地。（1）从产品的配套性上看，产品的品种会更加丰富、规格更齐全，有更完美的人机界面、完备的通信设备，能够更好地适应各种工业控制场合的需求。（2）从市场上看，各

11、国独立生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而被打破，可能会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，伴随着会出现国际通用的编程语言。（3）从技术上看，计算机技术的新成果会越来越多的地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有存储容量更大、运算速度更快、智能更强的新品种出现。（4）从网络发展情况来看，PLC和其它工业控制计算机组合构成大型的控制系统是未来可编程控制器技术的发展方向4 。（5）从产品规模上来看，PLC会进一步向超小型和超大型两个方向发展。目前的计算机集散控制系统（Distributed Control System）中已经有大量可编程控制器的应用。伴随着计算机网络的进一步发展，可编程控制

12、器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将会在工业以及工业以外的众多领域发挥出越来越大的作用3。1.3 课题主要研究内容本设计主要对卷毡机的卷毡、打包、切断、推毡4个阶段控制，并设置自动和手动两种工作方式。手动实现卷毡、打包、切断、推毡4阶段的切换启动、停止和急停。自动方式先续头后自动完成以上4个阶段。显示要求：采用数字方式实时显示当前卷毡长度。自动运行和手动运行以及4个阶段均设指示灯。触摸屏显示当前卷毡机的工作状态时否正常，故障报警提示，操作说明查阅，可执行基本的控制操作。第2章 电气控制系统总体方案设计及控制器选型2.1 系统总体方案在当今现代化控制系统中，都少不了可编程逻辑控制

13、器和触摸屏，在控制系统中，人机界面可以实现操作人员和机械设备之间的人机对话，可编程逻辑控制器可实现对机器部件的直接操作和状态监控等。由于这种控制结构具有开发周期较短、设计方便、可靠性强、速度快、安全系数高，同时这种系统还可以在系统中改变参数、易于控制、扩展性好、成本十分低廉等诸多优点5。可见，采用这种控制系统的设计方式非常适合卷毡机的控制。人机界面，主要用于用户的登录、卷毡机各阶段控制信号输入、故障报警、状态显示。可编程逻辑控制器，通过梯形图程序直接控制被控对象，如：卷毡、切断、打包、推毡，同时也可把卷毡机工作状态结果传给人机界面予以显示和处理。卷毡机总体控制系统框图如图2-1所示。状态指示灯

14、可编程逻辑控制器（PLC）上位机可触摸液晶显示屏上位机触摸屏开关量输入开关量输出按钮及限位开关计长装置电磁阀中间继电器计长、切断、打包、推毡交流接触器电机图2-1 卷毡机总体控制系统图2.2 可编程控制器可编程控制器(PLC)是计算机家族中很重要的一员，它主要用来代替继电器来实现电气元件的逻辑控制，现在PLC的功能强大，品牌很多，特点各异，质量优良。其中有西门子、三菱、欧姆龙等PLC是一种专门应用在工业环境下而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器（），用来在其内部存储执行顺序运算、计时、计数、逻辑运算和算术运算等操作的指令，并能通过模拟式或者数字式的输入和输出来控制各种类型

15、的机械和生产过程6。可编程序控制器(Programmable Logic controller)是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种新型通用工业自动控制装置。它具有功能强、体积小、可靠性高、编程方便、对恶劣环境适应能力强等优点，已经被广泛应用于工业自动化生产的诸多领域，成为工业系统控制的主要手段和重要的基础设备之一，与CAD/CAM技术、机器人技术并列称为工业生产自动化的三大支柱7。国际电工委员会(IEC)对可编程控制器是这样定义的:PLC是专门针对于在工业环境下应用而设计的一种能进行数字运算操作的电子装置，它是带有存储器、可以编制程序的控制器，能够存储和执行指令

16、，进行顺序控制、定时、计数、逻辑运算和算术运算等操作，并通过模拟式和数字式的输入输出，控制各种类型的机械和生产过程。PLC与其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统组合，易于扩展其功能的原则设计。2.2.1 可编程控制器的基本结构广义上讲，PLC也是一种计算机控制系统，不过它比一般的计算机带有更强的与工业过程相连接的输入输出接口功能，具有更适应工业环境的抗干扰性能，具有更适用于控制的编程语言。PLC的结构与计算机控制系统十分相像，一般由中央处理器(CPU)、输入/输出(I/O)接口、电源、存储器等几部分组成。由于PLC的中央处理器都是由微处理器和单片机组成，存储器和I/0部件也各式各样，按照

17、其结构形式的差异，PLC还可以分为组合式结构和整体式结构。区别在于组合式的结构是将PLC的各个部分分别做成相应的电路板或模块，模块之间通过底板上的总线相互连接。整体式的结构将CPU、RAM、ROM、I/O单元等组装成一个主体，构成主机，其结构示意图如图2-2所示。无论是哪种结构类型的PLC，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测信号均可以作为PLC的输入变量，它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，再经过PLC内部逻辑运算或其他各种运算、处理后送到输出端子，作为PLC的输出变量8。PLC打印机编辑器上位机存 储 器图2-2 整体式PLC组成图I/O扩展口 用户程序存储器系统程序存储器外设

18、接口C P U用户输入设备块输入单元用户输出设备输出单元I/O扩展单元特殊功能单元电 源 PLC的用户程序和系统程序都存放在系统存储器中，从现场送来的输入信号经过I/O单元传送至CPU，再由CPU按照用户程序存储器里的指令，算术运算或执行逻辑，并发出相应的控制指令，控制指令通过I/O单元传送至现场，驱动相应的执行机构动作，从而完成相应的控制任务。2.2.2 可编程逻辑器的基本工作原理和主要技术指标PLC的程序工作方式和计算机的中断处理方式相比，有很大不同。计算机一般采用等待处理的工作方式，而PLC是采用循环扫描的工作方式。在PLC中，用户程序按写入先后顺序存放，CPU从用户存储的第一条指令开始

19、执行程序，直至遇到结束符后再返回第一条，这样周而复始循环。PLC的扫描过程如图2-3 所示。这样的过程分为数据输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段。完成整个过程所需要的时间被称为为一个扫描周期。数据输入采样阶段中，PLC是以扫描方式读入所有输入端的通/断状态并存入输入映像存储区，接着转入用户程序执行阶段。在非输入采样阶段，无论输入状态怎样变化，输入映像存储区的保存内容都不变，直至进入下一个扫描周期的输入采样阶段，PLC才会把输入端的状态读取到输入映像存储区中。在程序执行中，根据梯形图程序先左后右、先上后下的扫描原则，顺序执行用户写入的程序指令。程序执行结果并不是直接输出，而是先将它们写入输出映

20、像存储区。输出映像中存储单元的每一位会随着程序执行的进程而发生变化。在输出数据及处理阶段，户程序执行完成后，集中把输出映像存储区中的继电器通/断状态传送至输出状态锁存器，再由输出驱动电路，进行隔离和功放去驱动外部负载9。输入端子输入滤波及光耦隔离输出映像寄存器输入映像寄存器梯形图用户执行程序输出状态锁存器输出驱动电路输出端子输入缓冲器扫 描 周 期输入采样阶段程序执行输出刷新阶段图2-3 PLC 扫描工作过程 根据PLC的扫描工作过程可以看到，扫描周期是PLC很重要的指标，小型PLC的扫描周期一般在十几毫秒到几十毫秒之间。从PLC外部输入一个信号到输出端对该信号做出反应，需要一段时间间隔，这段

21、时间就称为PLC的时间滞后或响应时间。影响I/O时间滞后的主要原因有: 输出继电器的机械滞后，输入滤波的时间常数，程序设计不当的附加影响和程序执行的时间等。毫秒级的扫描时间对于大多数工业设备来说是可以接受的，它们对于PLC的响应滞后是允许的。但是对某些要求I/O快速响应的设备，则应采取相应的处理措施，如选用采用快速响应模块、高速CPU、高速计数模块、提高扫描速度以及不同的中断处理等措施减少时间滞后10。对用户来说，选择了一个PLC，合理的编制程序是缩短时间响应的关键所在。2.2.3 可编程控制器型号选择PLC的选择一般从基本性能、通信联网和特殊功能三方面考虑。选择的基本原则是在满足用户控制要求

22、的前提下力争最高的性能价格比，并且提供良好的售后服务和带有一定的先进性。对于水平下调的控制系统来说，环境条件一般、工艺卷毡过程固定、维修量比较小，选用整体式结构的PLC比较合适。PLC选型时应当具体考虑如下几个方面要求:（1）性能和任务的相适应:该系统多数是开关量进行控制的，而且对控制的速度要求不是很高，主要是多模式的自动控制和顺序控制。选用小型的PLC(如西门子公司S7-200型机)就能够满足工艺要求。（2）I/0点的估算:根据被控对象的输入和输出信号的点数之和，并切考虑到以后可能出现的调整和扩充，一般应加上10%15%的备用量。考虑因素包括开关量输入/输出、模拟量、通讯接口、定时器/计数器

23、数量等。本系统的主要从开关量、通信接口、定时计数三方面估算的I/O总点数。（3）用户的存储容量的估算:PLC的用户程序存储器的大小以步为单位，每一步只可存储一条指令。对于仅有开关量控制功能的小型PLC来说，可把PLC的总点数乘以10，来作为估算用户存储容量的依据。（5）系统对PLC的响应速度要求:从PLC语句的扫描周期和处理时间两方面来考虑。对于模拟量控制的系统，而且有环控制要根据手册计算，而开关量的系统响应速度一般可满足。（6）是否有特殊控制要求，如：是否需要采集模拟量、是否需要对高速脉冲进行计数11。表2-1 S7-200主要参数参数型号外形尺寸/mm程序存储（字）执行速度 I/O点数高速

24、计数器CPU221CPU222CPU224CPU224XPCPU22690*80*6290*80*62120.5*80*62140*80*62196*80*624096 12.8ms/指令409612.8ms/指令81920.37us/指令122880.22us/指令162500.22us/指令6入/4出8入/4出14入/10出14入/10出24入/16出4（30kHz）4（30KHz）6(30KHz)4（30KHz）6（30KHz）综合考虑以上问题，本设计需要采用西门子S7-200系列(CPU226、24DI/16DO)PL就能满足要求。还可方便地用数字量和模拟量扩展模块进行扩展。可使用仿真

25、器（选件）对本机输入信号进行仿真，用于调试用户程序。具体参数见表2-1。2.3 触摸屏选型本设计选用台达触摸屏。台达触摸屏简介：随着工业自动化的不断发展，基于单片机、PLC的自动化设备、自动化控制系统越来越普及，几乎遍及所有自动化领域。与之相应的人机对话（HMI）系统也相应出现，并得到了同步发展。工业触摸屏液晶显示是人机交互系统中一颗耀眼的明星。寿命长、可靠性高、高性能使触摸屏越来越受到自动化设备制造商、自动化系统集成商们的青睐。台达触摸屏是工业触摸屏领域的优秀代表，它能够生动、理想地显示PLC、单片机上的数据信息，并切能够直接支持市面上大多数的PLC产品,功能强大，使用方便。台达人机界面产品

26、支持 Delta、Omron、Siemens、Mitsubishi 等超过二十种不同厂牌的PLC(控制器)通讯协议。同时也会随时在网站上更新最新的PLC(控制器)通讯协议（本手冊內所提到的各厂商的品名等商标為各厂商所有）。书面编辑器支持使用Windows系统的字型來编辑页面。利用宏功能可以帮助 PLC(控制器)处理复杂的运算功能，有效分担PLC(控制器)的工作量。用户也可配合通讯宏指令自行撰写通讯协议，并通过串行口对特定系统或控制器连接。台达触摸屏应用系统如图2-412.PCHMIS7-200漏电测量仪电池巡电池巡检仪漏电测量仪检仪COM1 RS232COM3 RS485COM2 RS458图

27、2-4 台达DOP触摸屏应用系统台达人机界面除可利用传统 RS-232 上/下载人机书面程序外，也可利用USB 界面上下载人机书面程序，将大大缩短传输数据的时间。部分机器也支持网络下载。提供方便好用的配方编辑器，类似 Excel 的编辑界面让使用者可以轻松的编辑配方；并且可以同時输入多组的配方。可同时支持多个通讯口连接多台不同或是相同的控制器。DOP-B 系列机器最多可同时连接支持3 种不同通讯协议的设计。台达触摸屏500系列特点：支持256色真彩显示与敏捷的反应速度，具有功能强大的32位RISC 133MHz CPU；工业级人机界面，防护等级IP65；可与大多数的PLC兼容； 其独特的多视窗

28、操作功能，还大大增加可显示信息量；功能强大的中文编辑软件，能够轻松实现复杂的人机界面设计；创新的在线模拟显示功能，大大节省工程时间；具有RTC和配方功能,支持多触摸屏系统联接；具有实现三级用户口令保护的功能，具有手写留言板功能；双通讯口和本地监控以及此系统通讯的枢纽。从整个系统的架构上来看，设计充分运用了台达AE系列触摸屏3个通讯口可以兼容3种不同协议的能力，实现了整个控制层设备的组合联网。强大的宏指令也保证了系统功能的实现13。 从图2.4台达DOP触摸屏应用系统中可以看到，触摸屏的COM1口使用RS232方式连接上位机，上位机的软件通讯协议为CDT，一些特殊协议可以使用台达触摸屏丰富的宏指

29、令实现。COM2口使用RS485方式连接多台监测设备，这些设备均支持MODBUS RTU格式，在使用宏指令编写通讯程序时根据MODBUS格式很容易建立通讯程式。COM还具有独立的打印接口（打印接口仅MT510S,MT508S,MT509L支持），可为用户开发专门的通讯协议。本设计选用的台达触摸屏的规格型号如表2-2所示。表2-2 台达触摸屏参数型号DOP-B05S100DOP-B07S200DOP-B07S201DOP-B07S211DOP-B07E205DOP-B07E215显示器面板种类5.6” TFT LCD（65536 色）7” 宽屏 TFT LCD（65536 色）分辨率320 x

30、234pixels480 x 234 pixels背光灯LED Back Light（常温25oC下半衰期2 万小時）(Note 1)CCFL Back Ligh（常温25oC下半衰期5 小时）(Note 1)LED Back Light（常温25oC下半衰期2 万小時）(Note 1)显示范围5.6（113.28 x84.70mm）7（154.08 x 86.58mm）操作系统Delta Real Time OS中央处理器32-bit RISC Micro-controller存储器ROMNOR Flash ROM 4Mbytes（System：1MBUser：3MB）内部存储器8Mbyte

31、s16Mbytes 断电保持內部 存储器(Bytes)128K256K音效输出蜂鸣器Multi-Tone Frequency（2K 4K Hz）85dBAUXN/AN/AN/AN/AStereo outputStereo output存储卡N/AN/AN/AN/ASD卡SD卡USB1 USB Host (Note 2) Ver 1.1 / 1 USB Client Ver 1.1冷却方式自然冷却2.4常用低压电器简介及选型低压电器是指工作在直流1200V、交流1500V及以下的电路中，以实现对电路或非电对象的控制、检测、保护、变换、调节等作用的电器。采用电磁原理构成的低压电器，称为电磁式低压电

32、器；利用集成电路或电子元件构成的低压电器，称为电子式低压电器；利用现代控制原理构成的低压电器，称为自动化电器、智能化电器或可通信电器等。本控制系统常用的低压电器元件：（1）断路器低压断路器又称自动空气开关，是一种既有手动开关作用又能自动进行欠电压、失电压、过载和短路保护的开关电器。（2）熔断器熔断器是一种当电流超过规定值一定时间后，以它本身产生的热量使熔体融化而分断电路器件。主要用于对单相交流电路的保护，一般不用在三相电路中作为保护，因为当三相电路发生短路时，很可能只有一相的熔断器熔断，造成单相运行。而低压断路器，只要造成短路都会使开关跳闸，将三相电源全部切断。（3）交流接触器交流接触器是一种

33、用于中远距离频繁地接通与断开交直流主电路及大容量控制电路的一种自动开关电器。主要用于自动控制交、直流电动机，电热设备，电容器组等设备。接触器具有大的执行机构，大容量的主触点及迅速熄灭电弧的能力。当电路发生故障时，能迅速、可靠地切断电源，与保护电器配合可用于电动机的控制及保护，应用十分广泛。（4）热继电器热继电器是利用电流流过发热元件产生热量来使检测元件受热弯曲，进而推动机构动作的一种保护电器。由于发热元件具有热惯性，在电路中不能用于瞬时过载保护，主要用作电动机的长期过载保护。（5）控制按钮控制按钮是一种简单应用的主令电器。主要用于远距离操作具有电磁线圈的电器，如接触器、继电器等 也用在控制电路

34、中发布指令和执行电气互锁。低压电器选型的一般原则：低压电器的额定电压不应小于回路的工作电压，即Ue Ug。低压电器的额定电流应不小于回路的计算工作电流，即IeIg。设备的遮断电流应不小于短路电流，即IzhIch。按回路起动情况选择低压电器。如，熔断器就需按起动情况进行选择。（6）行程开关依据生产机器的行程发出命令，以控制其运动方向和行程长短的主令电器称为行程开关。本控制系统的行程开关主要起到限位的作用，将行程开关安装于生产机器行程的终点处，它可分为有触点和无触点两种。由于无触点行程开关（接近开关）在实际工作中易于损坏，故选用机械式行程开关。其选用原则：根据应用场合及控制对象选择，根据安装使用环

35、境使用防护型式，根据控制电路的电压和电流选择行程开关系列，根据运动机械与行程开关的传力和位移关系选择行程开关的头部型式14。第3章 电气控制系统图的设计电气控制系统是由电气控制元件按一定要求联接而成。为了清晰地表达生产机械电器控制系统的工作原理，便于系统的安装、调整、使用和维修，将电气控制系统中的各电气元器件用一定的图形符号和文字符号来表示，再将其联接情况用一定的图形表达出来，这种图形就是电气控制系统图。常用的电气控制系统图有电气原理图、电器布置图与安装接线图。3.1电气原理图电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的图。该图应根据简单、清晰的原则，采用电气元器件展开

36、形式来绘制，它不按电气元器件的实际位置来画，也不反映电气元器件的大小、安装位置，只用电气元件的导电部件及其接线端按国家标准规定的图形符号来表示电气元器件，用导线将这些导电部件连接起来以反映其连接关系。所以电气原理图结构简单、层次分明、关系明确，适用于分析研究电路的工作原理15。3.2电器布置图电器元件布置图是用来表明电气原理图中各元器件的实际安装位置，可视电气控制系统复杂程度采取集中绘制和单独绘制。常画的有电气控制箱中的电器元件布置图、控制面毡图等。电器元件布置图是控制设备生产及维护的技术文件，电器元件的布置应注意以下几方面：（1）发热器件应安装在电气安装毡的上方，而体积大和较重的电器件应该安

37、装在电器安装毡的下方。（2）需要经常检修、调整、维护的电器件安装位置不宜过低。（3）强电、弱电应分开，弱电应该设置屏蔽，防止来自外界的干扰。（4）电器元件的布置应考虑美观、对称、整齐。结构类型和外形尺寸相同的电器安装在一起，以便于安装和配线。（5）电器件布置不宜过密，应有一定的预留量。如过安装设备上有走线槽应加大各排电器间距，便于布线和以后维修16。3.3安装接线图安装接线图组要用于电器的安装接线、线路检查、线路维修和故障处理，通常接线图与电气原理图和元器件布置图一起使用。接线图表示出项目的相对位置、项目代号、端子、导线号、导线型号、导线截面等内容。接线图中的各个项目（如元件、器件、部件、组件

38、、成套设备等）采用简化外形（如正方形、矩形、圆形）表示，简化外形旁应标注项目代号，并与电气原理图的标志一致17。本控制系统的电气原理图采用Protel99Se绘制完成的。其电气原理图见附件。由PLC接口图、继电器控制图、主电路图三部分。在电动机启动过程中，由于等值阻抗随转子电流减小而自动下降（自动变阻），从而只需一级变阻器，就能使电动机完成平稳起动，它主要用于启动转矩大的场合。其中DC24V电源在本系统中使用较多，主要供中间继电器、按钮、指示灯等元件使用。为了便于现场施工时操作方便以及保证CPU工作的可靠性，在机柜中加入了AC220V电源和隔离变压器，由于电磁阀为感性负载，故加入滤波器来提高系

39、统电压稳定性。图3-1为卷毡机及PLC工作电源。PLC工作电源需要交流220V，PLC输入和输出接口电源均为直流24V，继电器电源也为220V。为了防止节电器或者PLC工作发生故障，所以继电器和PLC的工作电源分开选用。3.4 电气控制系统图图3-1为卷毡机及PLC工作电源。PLC工作电源需要交流220V，PLC输入和输出接口电源均为直流24V，继电器电源也为220V。为了防止节电器或者PLC工作发生故障，所以继电器和PLC的工作电源分开选用。图3-1 卷毡机及PLC工作电源设计卷毡机用到两部电机，M1只要用于卷毡机的初启动和减速，当卷毡机进入高速工作状态时转为M2工作。卷毡机从启动到卷毡长度

40、为8M都是用M1 工作，8M-10M卷毡,I断电M2 得电，卷毡加速；10M-12M卷毡，M2断电M1开始工作，卷毡减速为切断做准备。M1、M2电机的参数如表3-1所示。图3-2 卷毡机电机原理图表3-1 M1电机与M2电机参数比较18电机M1M2额定电压频率额定电流功率转速380V50Hz20A2.2KW960r/min380V50Hz20A4KW1440r/min电气控制系统必须在安全可靠地前提下满足生产工艺要求，为此在电气控制系统的设计中，必须考虑系统发生各种故障和不正常工作的可能性，在控制系统中设置各种保护装置以实现各种保护。所以保护环节是所有电气控制系统不可缺少的组成部分。常用的保护

41、环节有过载、短路、过电压、失电压、断相等保护。电路中所用的断路器（QF1、QF2）除了能起到短路、欠电压、失电压保护，还能起到手动开关的作用；熔断器有在小容量控制电路上实现短路保护；选用的热继电器除了具有过载保护还具有断相保护功能。第4章 控制系统软件设计4.1 触摸屏与可编程控制器通信（1）建立一个新文件。启动Screen Editor软件，建立一个新文件，【设定模组参数】的设置如图4-1所示。PLC的用户程序和系统程序都存放在系统存储器中，来自现场的输入信号经过I/O接口单元传送至CPU，然后CPU按照用户程序存储器里的指令，执行算术或逻辑运算，并发出相应的控制指令，该指令再通过I/O输出

42、口将信号传送至工业现场，驱动相应的执行设备动作，进而完成相应的控制任务。图4.1 建立一个新文件图4-1 触摸屏与PLC建立通信（2）模组参数的通讯设置。在通讯设置里要选对通讯口，通讯格式（本例为8，E，1，19200bps）,PLC站号。 通讯格式，站号要与所要连接的控制器一致。这样与S7-200的通讯就建立好了，参见图4-2。 图4-2 选择可编程控制器型号4.2 触摸屏显示画面设计首先设计的是触摸屏的主画面，必须有故障报警，卷毡机工作状态显示，使用说明查阅等功能。图4.3 触摸屏主画面按自动操作按钮SB9（单刀双掷）扳向自动方，直接将数字信号发送给PLC接口地地址，PLC收到信号后Q1.

43、1输出，KA6得电，卷毡机低速电动机工作，然后通过PLC编程顺序实现卷毡机的卷毡、切断、打包、推毡4阶段自动完成。图4-4为卷毡机状态显示画面，绿色代表卷毡机所处于的状态，图中所示为自动操作卷毡阶段。图4-4 卷毡机工作状态显示按手动操作按钮SB9扳向手动方，KM4 得电，手动指示灯HL2亮，进入手动操作状态。操作画面如图4.5所示，当按下卷毡、打包、切断、推毡按钮中的一个时，卷毡机进入相应工作状态，触摸屏上显示为绿色按下状态，如图4-5所示，卷毡按钮按下。图4-5 手动卷毡状态按下故障报警按钮，触摸屏由主画面跳转到报警显示画面，如图7。卷毡机的故障报警信号先送入PLC，再由PLC分析是何种故

44、障最后送入触摸屏报警显示。图4-6为断电显示，卷毡机缺少电源。断电指示灯亮，为红色，并报警。图4-6 故障报警显示按下启动按钮SB8接通，KA6得电，默认启动卷毡机低速电机，这是实现卷毡机所有工作的前提。再按一次启动按钮时，SB8断开，KA6失电，电动机停止工作卷毡机停止工作。卷毡机高速电机工作方式与低速工作方式是一样的，就不重复说明了。4.3 PLC程序编写卷毡机PLC电气控制分为自动和手动操作两种工作方式。手动方式分：卷毡阶段（分别按8m、10m、12m计长）、切断阶段、打包阶段、推毡阶段；自动方式先续头后自动完成上述4个阶段。手动操作还设有：自动启动、停止、急停等。卷毡阶段梯形图程序入下

45、。 按下启动按钮SB1或者存储库行程开关SQ1被压合，低速卷毡电机M1就会启动，卷毡机进入卷毡阶段，延时托板落下，当计长8m时，进入高速卷毡工作状态（M2电机启动）。计长10m时，M2高速电机停止低速电机M1启动，卷毡速度下调为切断做准备。当计长12m时，抱闸加紧，进入切断阶段。卷毡阶段使用地址表见表4-1.表4-1 卷毡阶段PLC使用地址表地址功能地址功能I1.4I0.3Q1.1I1.5Q2.3I1.1低速电机启动低速电机停止低速电机启动行程开关SQ1托板落下卷毡8m计长Q0.4Q1.0I0.4I1.2Q1.7Q2.0低速电机停止高速电机启动高速电机停止10m计长高速电机停止抱闸加紧刀槽抬起，压合行程开关SQ2，切刀切断电磁阀YV2 得电，切断时SQ3被压合。进入打包阶段。切断阶段使用地址表见表4-2.表4-2 切断阶段PLC使用地址表地址功能地址功能I1.3Q2.5卷毡12m计长刀槽抬起I1.5Q2.1行程开关SQ1切刀切断 卷毡机抱闸松开，送毡气缸打开，接