某XX機的控制系統設計

1、有一個某Xx機，主機由7.5kW的電動機帶動，根據原材料料不同，要求速度在一定的范圍內無極可調，且要求原材料太多或者卡死設備時系統能及時保護；機器上配有冷卻水，冷卻水溫度不能超過50℃，而且冷卻水管不能堵塞，也不能缺水，堵塞和缺水將造成嚴重后果，冷卻水的動力不在本設備上，水溫和壓力要可以顯示。

（1）硬件系統集成

①分析問題。根據已知的工藝要求，分析結論如下。

a.主電動機的速度要求可調，所以應選擇變頻器。

b.系統要求有卡死設備時，系統能及時保護。當載荷超過一定數值時（特別是電動機卡死時），電流急劇上升，當電流達到一定數值時即可判定電動機是卡死的，而電動機的電流是可以測量的。因為使用了變頻器，變頻器可以測量電動機的瞬時電流，這個瞬時電流值可以用通信的方式獲得。

c.很顯然這個系統需要一個控制器，PLC、單片機系統都是可選的，但單片機系統的開發周期長，單件開發并不合算，因此選用PLC控制，由于本系統并不復雜，所以小型PLC即可滿足要求。

d.冷卻水的堵塞和缺水可以用壓力判斷，當水壓力超過一定數值時，視為冷卻水堵塞，當壓力低于一定的壓力時，視為缺水，壓力一般要用壓力傳感器測量，溫度由溫度傳感器測量。因此，PLC系統要配置模擬量模塊。

e.要求水溫和壓力可以顯示，所以需要觸摸屏或者其他設備顯示。

②硬件系統集成。a.硬件選型。?小型PLC都可作為備選，由于西門子S7-200 SMART系列PLC通信功能較強，而且性價比較高，所以初步確定選擇S7-200 SMART系列PLC，因為PLC要和變頻器通信占用一個通信口，和觸摸屏通信也要占用一個通信口，CPU SR20 有一個編程口（PN），用于下載程序和與觸摸屏通信，另一個串口則可以作為USS通信用。由于壓力變送器和溫度變送器的信號都是電流信號，所以要考慮使用專用的AD模塊，兩路信號使用EMAI4是適當的選擇。由于CPU SR20的I/O點數合適，所以選擇CPU SR20。?MM440是一款功能比較強大的變頻器，價格適中，可以與S7-200 SMART很方便地進行USS通信，所以選擇MM440變頻器。觸摸屏選擇西門子的Smart 700 IE。

b.系統的軟硬件配置。

?1臺CPU SR20。?

1臺EM AE04。

?1臺Smart 700IE觸摸屏。

?1臺MM440變頻器。

?1臺壓力傳感器（含變送器）。

?1臺溫度傳感器（含變送器）。

?1套STEP7-MicroWin SMART V1.0。

?1套WINCC FLEXIBLE 2008 SP4。

c.原理圖。系統的原理圖如圖4-1所示。

d.變頻器參數設定。變頻器的參數設定見表4-2。

（2）編寫PLC程序①I/O分配。PLC的I/O分配見表4-3。

②編寫程序。溫度傳感器最大測量量程是100℃，其對應的數字量是27648，所以AIW16采集的數字量除27648再乘100（即 ）就是溫度值；壓力傳感器的最大量程是10000Pa，其對應的數字量是27648，所以AIW18采集的數字量除27648再乘10000（即 ）就是壓力值；程序中的VD0是額定頻率的百分比，由于電動機的額定轉速是1400r/min，假設電動機轉速是700r/min，那么VD0＝50.0，所以VD0=VD50÷1400×100。程序如圖4-5所示。

（3）設計觸摸屏項目本例選用西門子Smart 700IE觸摸屏，這個型號的觸摸屏性價比很高，使用方法與西門子其他系列的觸摸屏類似，以下介紹其工程的創建過程。

①首先創建一個新工程，接著建立一個新連接，如圖4-47所示。選擇“SIMATIC S7 Smart”通信驅動程序，觸摸屏與PLC的通信接口為“以太網”，設定PLC的IP地址為“192.168.0.1”，設定觸摸屏的IP地址為“192.168.0.2”，這一步很關鍵。

②新建變量。變量是觸摸屏與PLC交換數據的媒介。創建如圖4-6所示的變量

③組態報警。雙擊“項目樹”中的“模擬量報警”，顯示如圖4-7所示的組態報警界面。

④制作畫面。本例共有三個畫面，如圖4-50～圖4-52所示。

⑤動畫連接。在各個畫面中，將組態的變量和畫面連接在一起。

⑥保存、下載和運行工程，運行效果如圖4-50～圖4-52所示。