6ES7241-1AA22-0XA0产品特点

温度是工业生产对象中主要的被控参数之一，本文以温度监测与控制系统为例，来说明PLC在模拟量信号监测与控制中的应用。该系统具有广泛的应用范围：如大型家禽孵坊、电器生产行业和机械加工的某些工艺流程中……

一、控制要求

    将被控系统的温度控制在某一范围之间，当温度低于下限或高于上限时，应能自动进行调整，如果调整一定时间后仍不能脱离不正常状态，则采用声光报警，来提醒操作人员注意，排除故障。
    系统设置一个启动按钮来启动控制程序，设置绿、红、黄三台指示灯来指示温度状态。当被控系统的温度在要求范围内，则绿灯亮，表示系统运行正常；当被控系统的温度超过上限或低于下限时，经调整且在设定时间内仍不能回到正常范围，则红灯或黄灯亮，并伴有声音报警，表示温度超过上限或低于下限。
    该系统充分利用电气智能平台现有设备，引入PLC和变频器于系统中，将硬件模拟和软件仿真有机结合，有效的运用了平台资源。本文通过对该系统的阐述，详细介绍了PLC和变频器在模拟量信号监控中的运用。

二、控制系统原理及框图

    该系统共涉及四大部分，包括温度传感器、变送器、PLC温度监控系统和外部温度调节设备。选取监控对象，在其内部（比如孵坊）选取四个采样点，利用四个温度传感器分别采集这四点温度后；通过变送器将采集到的四点温度的采样值转换为模拟量电压信号，从而得到四个采样点所对应的电压值，输入到PLC的四个模拟量输入端口；PLC温度监控系统将这四点温度读入后，取其平均值，作为被控系统的实际温度值，将其与预先设定的正常温度范围上下限相比较，得出系统所处状态，并向外部温度调节设备输出模拟量控制信号；外部温度调节设备根据输出的模拟量的大小来调节温度的上升与下降或保持恒温状态。
    本文以0～10V来对应温度0～100℃，设置40～60℃为系统的正常温度范围，对应的模拟量电压为4～6V，也即40℃（4V）为下限，60℃（6V）为上限，调节时间设定为20S。其中，50℃（5V）为我们的温度（电压）基准值。这样，我们就将PLC温度控制系统对温度的监测与控制转变成了PLC对模拟量电压的输入与输出的控制。当被控系统的实际温度低于设定的下限（40℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5-10V的电压，输出的电压会根据被控系统实际温度值的降低而升高，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。同理，当被控系统的实际温度高于设定的上限（60℃）时，PLC温度监控系统经过比较运算后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出0~5V的电压，输出的电压会根据被控系统实际温度值的升高而降低，从而改变外部温度调节设备，调节温度的幅度。而当被控系统的实际温度处于设定的温度正常范围（40—60℃）时，PLC温度监控系统经过比较后，通过其模拟量输出端口向外部温度调节设备输出5V恒定的电压，即输出电压的调节基准量，使温度调节设备保持恒温状态。

三、控制算法的原理及流程图

    PLC温度控制系统规定模拟量输入端取值范围为0～10V，本文设定其对应于温度0～100℃。要求被控系统的温度控制在40～60°C之间，也就是对应模拟量输入端口的电压范围是4～6V。根据控制的需要，设定50℃（对应模拟量输入端口的电压为5V）作为被控系统温度的基准值，对应设定一个输出的电压调节基准量5V。
    PLC顺序扫描梯形图程序，扫描的结果有以下几种情形。假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后大于上限60℃（比如70℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（20℃），也即对应2V，用输出的电压调节基准量5V与之相减，从而得到3V作为控制信号来控制外部的温度调节（降温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，红灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后小于下限40℃（比如20℃），将其与被控系统温度的基准值（50℃）比较，得出两者之间的差值（30℃），也即对应3V，用输出的电压调节基准量5V与之相加，从而得到8V作为控制信号来控制外部的温度调节（升温），接着进入下一个扫描周期，直至被控系统的温度达到正常范围（40-60℃），如果在设定的调节时间（20S）后，未能恢复到正常范围内，则采用声光报警，黄灯亮；假如读取到的四个采样点的温度，经过取平均后处于设定的正常范围40-60℃（比如45℃），则输出调节电压的基准量5V，使被控系统保持恒温状态，绿灯亮，进入下一个扫描周期。

四、I/O分配表

输入

输出

五、程序（PLC梯形图）

六、硬件接线图

七、组态王仿真画面

    本系统不仅可以通过硬件操作来了解系统的工作原理，也可以通过仿真软件的监控画面来生动、直观的了解系统的工作过程。

八、变频器部分

    本系统中的变频器是用来代替外部实际的温度调节设备，目的一是介绍变频器的使用；目的二是可以直观的看到，PLC温控系统根据输入温度值的改变也在改变输出的模拟量控制信号。系统中对变频器的应用过程，实际上是应用变频器根据外控电压的变化来改变输出频率的特性。
    为了让其可以根据外控电压来改变频率，其参数设置如下：
    I—O  菜单中TCC设为“2C”
    I—O  菜单中AO设为“rFr”
    drc   菜单中OPL设为“NO”
    SUP   设为“rFr”

    应用PLC的模拟量检测与控制能力，实现对被控过程的温度监测和控制具有广泛的应用场合。本文以工业生产中常见的温度监测、报警与控制功能的实现为例，介绍PLC模拟量控制系统的构成、温度控制流程及程序的设计方法。

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引言

在汽车制造行业中，车身覆盖件在加工成形过程中，都需要事先对其进行上下翻转，以保证后续工序的顺利进行。以往要完成这一工序，主要依靠工人的手工操作，既费时又费力；如果采用自动翻板机，不但可以减轻劳动强度，还大大的tigao了工作效率。目前此类设备多数依赖进口，引进设备投资大，且维修费用高。鉴于这些方面的原因，如何能够自主的开发自动翻板机就具有非常重要的现实意义。

本文介绍了作者在为国内某大型汽车生产制造厂家研制的自动翻版机中，如何利用plc来实现翻板机的自动控制。


1 设备构成及动作实现

1.1  翻板机的整体结构（如图1）：

图1  翻板机结构图

1．驱动电机   2．送料小车   3．活动台板    4．侧挡    5．上横梁    6．夹紧梁


1.2  工作流程：

自动翻板机整体上分为侧工作台部分和翻转圆盘部分。侧工作台部分主要包括驱动电机和送料小车，用来完成送料或取料任务；翻转圆盘部分主要包括夹紧梁、侧挡和翻转圆盘，分别由液压马达和液压油缸来驱动，用来完成夹紧和翻料任务。

自动翻板机的工作流程是：物料由侧工作台送入翻转圆盘，夹紧梁向下夹紧物料后进行翻转，达到合适位置时，停止翻转，撤销夹紧，仍由侧工作台将物料取出、运走。

对系统的功能要求是：能够根据物料吨位的不同适当的调整夹紧力的大小，确保物料能够被可靠地夹紧、翻转；能够方便地进行参数设置、手动调试；具有实时监控功能。


2 控制系统的组成及程序设计

2.1  控制系统组成 

图2  控制系统组成

触摸屏和控制面板做为人机交互界面，其中触摸屏通过rs422数据接口与plc进行通讯，为操作人员提供方便的在线监控、参数输入以及手动调试功能；模拟量输入、输出模块（a/d、d/a）通过其侧面的数据线与plc相连接，在自动翻板机工作时，时刻检测液压系统的压力和温度，用来控制液压元件在一定的温度环境下，按照设定的压力值完成预期的动作；plc是整个控制系统的核心部分，主要负责开关量信号的输入、输出控制，模拟量数据的计算处理以及触摸屏信号的响应；plc还通过数据线与扩展模块相连接，扩充了控制系统的输出点数。

    软件方面采用mitsubishi公司的gx developer编程软件进行plc程序设计；用mitsubishi公司的fxdu编程软件进行触摸屏程序设计。

2.2  系统的程序设计

自动翻板机设计为手动和自动两种工作模式，可以在控制面板上进行两种模式的自由切换

图3 

   手动工作模式主要用来调试设备，检测翻板机各机械部分的运动协调状况；在触摸屏上为分别每个运动机构设置了启动按钮，直接操作这些按钮就可以实现对应部分的点动动作。自动模式是自动翻板机的正常工作模式，也是程序设计的关键所在。在设计这一工作模式时，我们将系统的整个自动工作过程划分成若干阶段，每个阶段都独立完成一部分的工作，再由plc将各个阶段按照一定的顺序有机的结合起来，构成完整的自动程序。这样做的目的：一是有利于程序的编制，增加程序的可读性，尤其是为将来设备调试和维修提供方便；二是确保翻板机的各个工作环节更加安全、更加可靠。实践证明，这个办法确实行之有效。自动工作流程如图所示。

下面就以夹紧阶段为例来说明自动翻板机系统的程序设计。夹紧是确保整个自动工作顺利进行的关键所在，故将这一工作单独划分为一个阶段来玩成。进行夹紧之前，在触摸屏上设定相应大小的压力值，由plc对设定的数值进行处理；d/a模块把处理的结果转化为电压信号，输出给比例阀或比例泵，完成液压系统的压力或liuliang设定。在夹紧过程中，plc控制a/d模块对液压系统的实际工作压力进行实时检测，并与设定的压力值进行比较，当达到预设的压力值时，夹紧动作就自动停止，向下一阶段发出夹紧完成信号。其他阶段的设计思路与夹紧阶段类似，这里不再赘述。

由于液压系统的长时间工作或者周围空气环境的变化，必然会导致液压油的温度发生变化，自动翻板机还需要具有温度检测与自动调节功能，以保证液压元件正常工作。这部分工作由a/d模块来完成，当检测到油温超出设定的温度范围后，自动启动相应的温度调节装置，使液压系统温度控制在一定范围之内。 


3 结束语

目前，此自动翻板机已经在一汽轿车股份有限公司调试运行，各个环节都已达到预期的设计要求。综合起来，在自动翻板机中使用plc进行控制，具有安全性高，稳定性好，易于控制和调试等诸多优点；用plc对触摸屏进行控制，不仅实现了对设备运转的实时监控，更重要的是提供了人机交互界面，使后台的程序控制转化为直观的按钮操作，极大的方便了操作人员的使用。