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基于西门子PLCS7_200与变频器在保温辊床中的应用_图文

PLC 变频器

计算机

基于西门子 PLC S7- 200 与变频器在保温辊床中的应用

机床电器 2011 1

基于西门子 PLC S7- 200 与变频器在保温辊床中的应用
姜 义 ( 威海市技术学院, 264200)
摘要 : 本文主要介绍了用 PLC 和变频器的控制 , 减少故障率并实现电动机的软启动 , 替代设备原来用继 电器控制 电机正反转的过程。 关键词 : 可编程序控制器 ; 变频器 ; 保温辊 床 中图分类号 : TM 571 . 6 + 1; T S243 文献标识码 : B 文章编号 : 1004- 0420( 2011) 01- 0033- 02

0 引言
PLC 在集散自动化系统中, 为充分发挥其强大功 能, 使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复 杂的自动化控制。在利用变频器构成自动控制系统进 行控制时, 很多情况下是采用 PLC 和变频器相互配合 使用。

1 设备状况及工作过程分析
1 . 1 设备状况分析
保温辊床主要用于糖料搓滚成锥形体送入拉条 机, 是糖果机械化成形前的必备配套设备。某糖果厂 有两台已使用多年的保温辊床 , 电气部分老化, 但机械 部分状况仍能保持正常使用。电气由恒温加热系统和 动力控制系统两部分组成。恒温加热系统用于对糖料 的加热保温。动力控制系统用于控制一台三相异步电 动机正反转并通过变速传动机构带动一对锥形辊对糖 料进行反复搓滚。恒温加热系统与电动机控制系统相 互独立, 故障主要发生在电动机控制系统。现象为生 产过程中开启恒温加热时生产的糖果外层花纹大多发 生扭曲, 产品报废。不开恒温加热则基本没有此现象。 究其原因, 主要是开启加热时糖料外层受热变得太软, 由于对糖料正反搓滚时糖料惯性的作用, 外层与内层 运动不一致, 使糖果花纹发生扭曲。降低加热温度以 减少搓滚糖料的时间对提高工作效率效果又不太明 显, 所以一直不常使用。辊床对电机的控制是用 4 个 JS20 系列的晶体管时间继电器实现自动定时正反转, 控制线较多, 出现故障不易查找。

图 1 继电控制线路图

其工作过程为正转 - 停止 - 反转 - 停止 - 正转 , 不断循环搓滚糖料, 要求循环过程中正转和反转的时 间相同, 停止的时间也相同。 KT 1、 KT3 用来调整电动 机的正转和反转停止时间 , KT 2、 KT 4 用来调整电动机 的正转和反转时间。一般电动机转动时间调整范围为 30 s~ 60 s, 停止时间 5 s 。

2 改造方法及原理
综合考虑辊床的生产状况要求和设备情况, 将电 动机的控制电路改为用 PLC 加变频器控制。 PLC 选用 西门子的 S7- 200 系列 CPU 222 6ES7 212- 1BB230XB8, 变频器选用森兰 BT40 系列 BT40S KWT 5 . 5 。 用 PLC 的定时器来代替 KT 1、 KT 3、 KT 2、 KT 4 这 4 个晶体管时间继电器。对于开启加热造成产品质量无 法保证的问题, 用变频器的软启动功能以减小电机启 动时对糖料的惯性冲击来加以改善。变频器的启动加 速时间设为 10 s , 停机设为自由停止就基本能满足生 产需要。

1 . 2 辊床电动机工作过程分析
继电器控制线路图如图 1 所示。

2 . 1 控制线路硬件连接
PLC 的 I/O 分配如表 1 。

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机床电器 2011 1 表1
I SB 1 SB 2 30A ~ 30C SB 3 SB 4 SB 5 SB 6 I0 . 1 I0 . 0 I0 . 7 I0 . 4 I0 . 5 I0 . 6 切断变频器 接通变频器 电机停止 电机运行 30 s 电机运行 45 s 电机运行 60 s Q0 . 0 KM

PLC 变频器 PLC 的 I/O 分配表
O 接触器线圈 变频器反转端 Q0 . 1 F W D 变频器正转端 Q0 . 2 REV

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基于西门子 PLC S7- 200 与变频器在保温辊床的应用

PLC 控制接线线路图如图 2所示。 PLC 的输入侧: 按钮 SB1、 SB2 用于控制变频器的 切断与接通电源, SB3 用于控制辊床的电机停止工作 , SB4、 SB5、 SB6 用于启动辊床电机工作分别为 30 s挡、 45 s挡、 60 s挡。 I0 . 2 用于接收变频器的跳闸信号。 PLC 的输出侧 : Q0 . 0 与 KM 的线圈相接 , Q 0 . 1与 变频器的正转端 F W D 相接, Q 0 . 2 与变频器的反转端 REV 相接, 其动作受 SB1、 SB2 控制。

I0 . 2 变频器故障信号

图 2 PLC 控制接线路 图

2 . 2 工作程序分析
PLC 控制程序梯形图如图 3所示。

动机在 30 s 、 45 s 、 60 s任何一个挡位运行时都能使 SB1 无效, 防止变频器在电动机运行的情况下切断电源。 发生故障时 30A、 30C 触点闭合 , I0 . 2置 1 , 使 Q0 . 0复 位, Q 0 . 0输出为 0 , 接触器 KM 的主触点断开, 切断变 频器电源。 按下 SB4, I0 . 4置 1 , 通过 M 0 . 1 、 M0 . 2 的常闭点、 Q0 . 0 的常开点接通 M 0 . 0 , 使 M0 . 0 的输出为 1 并保 持, 并使 M 0 . 1 、 M0 . 2 不能动作。M 0 . 1 、 M0 . 2 的常闭 点的作用是当电机工作在 45 s挡或 60 s 挡时都能使 SB4 无效, M 0 . 0 不能动作。 Q 0 . 0 的常开点的作用是 只有当 Q 0 . 0的输出为 1 , 变频器接通时按下 SB4, M 0 . 0的输出为 1 。防止先接通电动机再接通变频器, 避免 变频器的损坏。 M 0 . 0 输出 为 1 则接通定时器 T 37 , T37 开始计时。到达设定值 5 s 时 T37 的输出为 1 , Q0 . 1 的输出为 1 , 变频器的正转端 FWD 接通, 电动机 启动正转, 同时接通 T38 开始计时。当 T38 的当前值 大于 30 s时, 使 Q 0 . 1 复位, Q0 . 1 输出为 0 , 正转端断 开, 电动机停止; 同时接通 T 39开始计时。到达设定值

图 3 PLC 控制程序梯形图

5 s时 T39的位变为 1 , Q0 . 2 的输出为 1 , 变频器的反 转端 REV 接通, 电动机启动反转; 同时接通 T 40 开始 计时。当 T40 的当前值大于 30 s 时, Q 0 . 2 复位, Q 0 . 2 当前位变为 0 ; T37 复位, T37 当前位变为 0 。 Q0 . 2复 位使变频器反转端断开, 电动机反转停止。 T 37 复位 使 T 38 、 T39 、 T40都复位, 当前位变为 0 , (下转第 36 页 )

其工作过程 : 按下 SB2, I0 . 0置 1 , Q0 . 0 输出为 1 , 接触器 KM 的主触点闭 合, 接 通变频器 电源。按下 SB1, I0 . 1置 1 , 通过 M 0 . 0 、 M0 . 1 、 M0 . 2 常闭点使 Q 0 . 0 复位 , Q 0 . 0输出为 0 , 接触器 KM 的主触点断开, 切断 变频器电源。 M 0 . 0 、 M0 . 1 、 M0 . 2 常闭点的作用是当电

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PLC 变频器

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基于西门子 S7- 200系列 PLC 的除湿机控制系统设计

3 软件策略
软件采用模块化编程, 主程序中调用各子程序, 上 电执行一次初始化子程序, 然后扫描开关量输入, 进行 功能切换, 分别调 用 ! 除 湿 ?、! 通风 ?、! 化 霜 ?、 !停 机 ?、 ! 故障判断 ?、 ! 文本显示 ?、 ! 通信 ?等子程序。 软件控制流程图如图 3所示。

更加方便灵活, 扩展 EM 277 模块增加了通信功能, 可 以方便地进行多台除湿机的远程监控。比之通常单片 机控制, 系统的可靠性、 抗干扰性、 通信功能、 HM I等有 了很大提高, 具有一定的应用价值。经现场使用, 各项 功能均符合控制要求, 集成到 PROFIBU S 现场总线控 制系统中运行正常。
参考文献 : [ 1] [ 2] [ 3] 杨后川 , 等 . 西门 子 S7 - 200 PLC 应用 100 例 [ M ]. 北 京 : 电子工业出版社 , 2009 . 王 芹 , 等 . 可编程控制器技术及应用 ( 西 门子 S7 - 200 系列 ) [M ]. 天津 : 天津大学出版社 , 2008. 罗麦丰 , 陈小 祝 , 等 . 西门子 S7 - 200 系列 PLC 在配 料 生产线上的应 用 [ J]. 微计 算机信 息 , 2007, 23( 1 - 1): 106- 108. [ 4] [ 5] 胡佳丽 , 闫宝瑞 , 等 . S7- 200 PLC 在伺服 电机位置控 制 中的应用 [ J]. 自 动化仪表 , 2009, ( 12): 38- 41 . 赵鹏飞 , 张保成 . S7- 200 PLC 人机界 面的设 计与实 现 [ J]. 机械工程与 自动化 , 2009, ( 04): 135- 136. 收稿日期 : 2010- 10- 28 作者简介 : 罗锋华 ( 1979- ), 男 , 讲师 , 主 要从 事电子 类课 程 教学与智能控制技术研究。

图 3 软件控制 流程图

在数据采集中, 将三个传感器 /变送器频率信号分 别输 入到 PLC 的三 个高 速脉 冲 输入 H SC0 、 H SC3 、 H SC4进行计数, 采用 T32 定时 30 s中断 (中断事件号 21 , 时基 1 m s , 最大定时时间 32 . 767 s), 中断服务子程 序中将三个计数值读出并清除计数、 重新开始计数。 由于本系统采集信号实时性要求不高 , 且湿度传感器 采用电容式, 灵敏度高但测量噪声较大, 采用每 30 s 计数信号频率的方法, 可以一定程度上减小测量噪声, 减小测量量化误差, 避免压缩机频繁起动。 各功能程序根据控制要求不难编写。人机界面采 用 TD400C 文本显示器进行除湿机本地设定、 显示等, 可以用于单机调试及故障查找 , 分为 3个功能: 状态显 示、 参数设定和报警。通信子程序可以根据整个监控 系统要求的通信数据量、 通信速率等配合通信伙伴程 序而编写。

( 上接第 34 页 ) 并且由于 M 0 . 0 的位一直为 1 , T 37马 上又接通开始计时, 开始下一个循环周期。按下 SB3,
I0 . 7 的位变为 0 , M0 . 0 复位, M 0 . 0 当前位变为 0 ,使 T37 、 T38 、 T 39 、 T40 、 Q0 . 1 、 Q0 . 2 都复位, 当前位变为 0 , 循环停止, 电动机停止运转。 45 s、 60 s挡与 30 s挡的 工作过程相同, 不再多述。

3 结束语
用 PLC 和变频器结合控制实现了辊床原继电控 制的同样功能。而且对辊床性能有所改进, 在生产中 故障少, 能更好的适应生产需要, 生产效率和产品质量 都能得到保障。还消除了继电控制时接触器频繁启动 的噪音, 优化了工作环境。
参考文献 : [ 1] [ 2] 廖常初 . PLC 编 程及应 用 ( 第 3 版 ) [ M ]. 北 京 : 机械 工 业出版社 , 2008. 张燕宾 . SP WM 变频调速应 用技术 [M ]. 北京 : 机械工 业 出版社 , 2005. 收稿日期 : 2010- 10- 27

4 结束语
本系统采用 PLC 对除湿机进行控制, 具有运行可 靠、 编程灵活、 线路简单等优点。除了通常的单机控制 外, 文本显示器 TD400C 的应用, 使得本地控制与显示

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