情境3：涂裝生產(chǎn)線溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試課件

學(xué)習(xí)情境三

涂裝生產(chǎn)線溫度

控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試涂裝生產(chǎn)線溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述一1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)1電氣結(jié)構(gòu)與安裝位置2工作指示燈直線單元溫度顯示烘干裝置Text加熱裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整體組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述—1.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

S1—托盤檢測S2—止動氣缸至位S3—止動氣缸復(fù)位RTD—Pt100鉑熱電阻

C—止動氣缸M—傳送電機HL1—紅色指示燈HL2—綠色指示燈FAN—烘干風(fēng)扇

YV1—噴漆電磁閥YV2—止動氣缸電磁閥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述—2.電氣結(jié)構(gòu)與安裝位置電氣信號布置圖類別序號編號名稱功能安裝位置檢測元件1S1電感式接近開關(guān)檢測托盤的位置直線單元上2S2磁性接近開關(guān)確定氣缸伸出位置氣缸3S3磁性接近開關(guān)確定氣缸初始位置氣缸4RTD鉑熱電阻Pt100采集加熱溫度模擬單元后板上執(zhí)行機構(gòu)1FAN烘干風(fēng)扇烘干模擬單元側(cè)板上2C止動氣缸控制托盤位置直線單元上3M直流電機驅(qū)動直線單元傳送帶直線單元上4HLHL1紅色指示燈顯示工作狀態(tài)直線單元側(cè)HL2綠色指示燈顯示工作狀態(tài)5HA1蜂鳴器事故報警控制板6HA2蜂鳴器事故報警控制板控制元件1YV1電磁閥噴漆控制模擬頂板端型材上2YV2電磁閥止動氣缸伸縮控制模擬頂板端型材上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡述—2.電氣結(jié)構(gòu)與安裝位置電氣元件清單工藝設(shè)計1托盤帶工件下行至此站，由電感式傳感器檢測托盤，發(fā)出檢測信號；綠色指示燈亮，紅色指示燈滅。2２秒后啟動噴氣閥，進(jìn)行模擬噴漆。3500ms后關(guān)閉噴氣閥，此時對系統(tǒng)進(jìn)行加熱，控制規(guī)律為PID調(diào)節(jié)。涂裝線溫控系統(tǒng)工藝分析設(shè)計二工藝分析—動作分解托盤檢測（Ｉ０.０）直線電機（Ｑ０.３）紅色指示燈（Ｑ０.５）紅色指示燈滅（Ｑ０.５）綠色指示燈亮（Ｑ０.４）開啟噴氣閥（Ｑ０.１）到達(dá)設(shè)定溫度（ＡＩＷ０）停止加熱，啟動排風(fēng)扇，進(jìn)行烘干（Ｑ０.２）。溫度適宜，停止排風(fēng)輸出止動氣缸（Ｑ０.０）紅色指示燈亮（Ｑ０.５）綠色指示燈滅（Ｑ０.４）開始加熱（ＡＱＷＯ）熟悉工藝流程圖控制工藝分析—流程圖涂裝線溫控系統(tǒng)電氣設(shè)計三典型電器元件及接線31電源系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)1PLC硬件配置及控制接線圖2參考“機電一體化柔性裝配系統(tǒng)—模擬單元”的電源系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)設(shè)計涂裝生產(chǎn)線溫度控制系統(tǒng)的電源和氣動系統(tǒng)，完成電源系統(tǒng)圖和氣動原理圖的繪制。參考學(xué)習(xí)電氣設(shè)計—1.電源系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)電氣設(shè)計—1.電源系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)氣動原理圖PLC機型的選擇PLC機型的選擇應(yīng)是在滿足控制要求的前提下，保證可靠、維護(hù)使用方便以及最佳的性能價格比。具體應(yīng)考慮以下幾方面：

1．性能與任務(wù)相適應(yīng)

2．結(jié)構(gòu)上合理、安裝要方便、機型上應(yīng)統(tǒng)一

3．編程設(shè)備的選擇

4．是否滿足響應(yīng)時間的要求

5．對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求

6．其他特殊要求電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖PLC容量估算I/O點數(shù)的確定：PLC的I/O點數(shù)的確定以系統(tǒng)實際的輸入輸出點數(shù)為基礎(chǔ)確定。在I/O點數(shù)的確定時，應(yīng)留有適當(dāng)余量。通常I/O點數(shù)可按實際需要的10～15%考慮余量；當(dāng)I/O模塊較多時，一般按上述比例留出備用模塊。存儲器容量的確定：用戶程序占用多少存儲容量與許多因素有關(guān)，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序編制前只能粗略的估算。電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖1）數(shù)字量I/O模塊選擇選擇數(shù)字輸入模塊應(yīng)注意以下幾個方面：（1）電壓的選擇（2）漏型和源型的選擇（3）同時接通的點數(shù)選擇數(shù)字輸出模塊應(yīng)注意以下幾個方面：（1）輸出方式（2）驅(qū)動能力（3）同時接通的點數(shù)電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖2）模擬量I/O模塊選擇（1）典型模擬量模塊的量程為：10V～+10V0～+10V4～20mA（2）分辨率（3）轉(zhuǎn)換精度（4）一些PLC制造廠家還提供特殊模擬量輸入模塊，可用來直接接收低電平信號（如熱電阻RTD、熱電偶等信號）。電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖電源模塊的選擇電源模塊的選擇比較簡單，只需考慮輸出電流。電源模塊的額定輸出電流必須大于CPU模塊、I/O模塊、專用模塊等消耗電流的總和。電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖PLC模擬量擴展模塊—EM231/EM232技術(shù)數(shù)據(jù)電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖PLC模擬量擴展模塊—EM231/EM232端子圖電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖EM231熱電偶和熱電阻連接端子圖電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖EM231熱電阻模塊接線根據(jù)涂裝生產(chǎn)線溫控系統(tǒng)的工藝過程合理分配I/O地址1托盤檢測I0.02止動氣缸至位I0.13止動氣缸復(fù)位I0.2PLC止動氣缸復(fù)位檢測托盤檢測止動氣缸至位檢測電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖I/O地址分配參考—I地址1止動氣缸Q0.02噴氣閥Q0.13烘干風(fēng)扇Q0.24傳送電機Q0.35綠色指示燈Q0.46紅色指示燈Q0.5綠色指示燈PLC紅色指示燈傳送電機止動氣缸電磁閥烘干風(fēng)扇噴漆閥I/O地址分配參考—O地址電氣設(shè)計—2.PLC硬件配置及控制接線圖1.烘干風(fēng)扇2.電磁閥與氣缸3.直流電機1.電感式接近開關(guān)2.電容式接近開關(guān)3.磁性開關(guān)4.鉑熱電阻Pt100檢測執(zhí)行電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線典型電器元件的使用參考控制PLC1.電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān)是以無磨損和非接觸方式檢測金屬物體。通過高頻交流電磁場非接觸檢測物體，對普通傳感器而言，磁場由繞在鐵氧體芯線圈構(gòu)成的LC振蕩電路形成。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線2.電容式接近開關(guān)電容式接近開關(guān)用作非接觸和無損耗地檢測金屬和非金屬；其感受面由兩個同軸金屬電極構(gòu)成，很象“打開的”電容器的電極（圖1）電極A和B連接在高頻振子的反饋回路中。該高頻振子無測試目標(biāo)時不感應(yīng)。當(dāng)測試目標(biāo)接近傳感器表面時，它就進(jìn)入了由這兩個電極構(gòu)成的電場。引起A、B之間的耦合電容增加，電路開始震蕩。每一振蕩的振幅均由一數(shù)據(jù)分析電路測得，并形成開關(guān)信號（圖2）。圖1感應(yīng)面圖前視圖檢測物振蕩器檢波器輸出A、B：主電極C：輔助電極圖2電容式接近開關(guān)—工作原理電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線3.磁性開關(guān)磁性開關(guān)是接近傳感器，它響應(yīng)于一個永久的磁場；當(dāng)一個目標(biāo)（永久磁鐵或外部磁場）接近時，線圈鐵芯的導(dǎo)磁性（線圈的電感量L是由它決定的）變小，線圈的電感量也減小，Q值增加。激勵振蕩器振蕩，并使振蕩電流增加；傳感器可以安裝在金屬中；傳感器并排安裝時沒有任何要求；傳感器頂部（傳感面）可以由金屬制成；傳感器可以穿過金屬檢測。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線4.接近及光電開關(guān)的幾種輸出形式電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線5.外部輸入元件與PLC的連接①無源干接點（按鈕開關(guān)、行程開關(guān)、舌簧磁性開關(guān)、繼電器觸點等）與PLC的接線比較簡單，不存在電源的極性，壓降等因素。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線5.外部輸入元件與PLC的連接②有源兩線制傳感器（接近開關(guān)、有源舌簧磁性開關(guān)）分直流和交流。直流兩線制接近開關(guān)分二極管極性保護(hù)與橋整流極性保護(hù)，前者在接PLC時需要注意極性，后者就不需要注意極性。有源舌簧磁性開關(guān)主要用在汽缸上做位置檢測，由于需要信號指示，內(nèi)部有雙向二極管回路，因此也不需要注意極性；交流兩線制接近開關(guān)就不需要注意極性。

電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線5.外部輸入元件與PLC的連接②有源兩線制傳感器（接近開關(guān)、有源舌簧磁性開關(guān)）與PLC單端共點SINK輸入接線（sinkCurrent拉電流輸入方式，內(nèi)部共點端子COM→24V+，外部共線→24V-）。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線5.外部輸入元件與PLC的連接②有源兩線制傳感器（接近開關(guān)、有源舌簧磁性開關(guān)）與PLC單端共點SRCE輸入接線（sourceCurrent灌電流輸入方式，內(nèi)部共點端子COM→24V-，外部共線→24V+）。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線5.外部輸入元件與PLC的連接③有源三線傳感器（電感接近開關(guān)、電容接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、光電開關(guān)等）---直流有源三制線接近開關(guān)與光電開關(guān)輸出管使用三極管輸出，因此傳感器分NPN和PNP輸出，有的產(chǎn)品是四線制，有雙NPN或雙PNP，只是狀態(tài)剛好相反，也有NPN和PNP結(jié)合的四線輸出。簡單說當(dāng)三極管VT導(dǎo)通,相當(dāng)于一個接點導(dǎo)通，如圖。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線5.外部輸入元件與PLC的連接③有源三線傳感器（電感接近開關(guān)、電容接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、光電開關(guān)等）與PLC單端共點SINK輸入接線（sinkCurrent拉電流輸入方式，內(nèi)部共點端子COM→24V+，外部共線→24V-）。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線5.外部輸入元件與PLC的連接③有源三線傳感器（電感接近開關(guān)、電容接近開關(guān)、霍爾接近開關(guān)、光電開關(guān)等）與PLC單端共點SRCE輸入接線（sourceCurrent灌電流輸入方式，內(nèi)部共點端子COM→24V-，外部共線→24V+）。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線6.鉑熱電阻（Pt100）及技術(shù)應(yīng)用鉑熱電阻是利用鉑絲的電阻值隨著溫度的變化而變化這一基本原理設(shè)計和制作的，按0℃時的電阻值R(℃)的大小分為10歐姆（分度號為Pt10）和100歐姆（分度號為Pt100）等，測溫范圍均為-200~850℃。電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線10歐姆鉑熱電阻的感溫原件是用較粗的鉑絲繞制而成，耐溫性能明顯優(yōu)于100歐姆的鉑熱電阻，主要用于650℃以上的溫區(qū)；100歐姆鉑熱電阻主要用于650℃以下的溫區(qū)，雖也可用于650℃以上溫區(qū)，但在650℃以上溫區(qū)不允許有A級誤差。100歐姆鉑熱電阻的的分辨率比10歐姆鉑熱電阻的分辨率大10倍，對二次儀表的要求相應(yīng)低一個數(shù)量級，因此在650℃以下溫區(qū)測溫應(yīng)盡量選用100歐姆鉑熱電阻。6.鉑熱電阻（Pt100）及技術(shù)應(yīng)用電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線測量范圍：-200℃～+850℃；允許偏差值△℃：A級±（0.15＋0.002│t│），B級±（0.30＋0.005│t│）；熱響應(yīng)時間<30s；最小置入深度：熱電阻的最小置入深度≥200mm；允通電流≤5mA6.鉑熱電阻（Pt100）主要技術(shù)參數(shù)電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線

Pt100溫度傳感器具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點；為了提高溫度測量的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用1V電橋電源、A/D轉(zhuǎn)換器的5V參考電源要穩(wěn)定在1mV級；在價格允許的情況下，Pt100傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和運放的線性度要高。同時，利用軟件矯正其誤差，可以使測得溫度的精度在±0.2℃。6.鉑熱電阻（Pt100）應(yīng)用特點電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線7.氣缸結(jié)構(gòu)及應(yīng)用1、直線型氣缸按結(jié)構(gòu)可分為兩種基本的型式：帶一個進(jìn)氣口的單作用氣缸，在一個方向上產(chǎn)生動作的行程帶二個進(jìn)氣口雙作用氣缸，產(chǎn)生伸出和回縮動作的行程專用氣缸的選擇：雙活塞桿氣缸、串聯(lián)氣缸、多位置氣缸、帶鎖（定位）氣缸電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線2、擺缸與氣動馬達(dá)

擺缸是指通過控制元件的充排氣控制，使得執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，而且輸出一定的扭矩的一種氣動執(zhí)行元件，可分為：葉片式擺缸、活塞連桿式擺缸、齒輪齒條式擺缸、絲桿式擺缸、氣動馬達(dá)7.氣缸結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線3、氣動手指

氣動手指是指用氣壓控制的手指來夾持工件。一般是通過一定的機械機構(gòu)將活塞的直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)化成機械手指的夾持動作，按機械手指所處的狀態(tài)，大體可分為：收攏式、張開式、平行式4、特殊氣缸無桿氣缸與傳統(tǒng)氣缸比較，同樣的行程無桿氣缸總長大大縮短，節(jié)省安裝空間。有：磁石式無桿氣缸、機械密封帶式無桿氣缸7.氣缸結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線8.電磁閥結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電磁閥是用來開關(guān)流體通路或?qū)α黧w進(jìn)行換向的基礎(chǔ)元件；其內(nèi)部部件經(jīng)過精密的機加工，并選擇不同的閥體閥芯材料滿足不同介質(zhì)的流通。電磁閥的對流體通路的開關(guān)功能是通過其內(nèi)部的電磁動鐵芯的提升或落下來實現(xiàn)的，而動鐵芯的動作是由電磁線圈的通電或斷電來完成電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線8.電磁閥結(jié)構(gòu)及應(yīng)用三通電磁閥常閉型：電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線電磁閥基本型就是單電控的,單線圈的電磁閥動作是靠線圈得電動作,線圈失電后彈簧力推動回位來完成的,原理圖如右圖;兩位五通雙電控電磁閥動作原理：給正動作線圈通電，則正動作氣路接通，即使給正動作線圈斷電后正動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給反動作線圈通電為止。給反動作線圈通電，則反動作氣路接通，即使給反動作線圈斷電后反動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給正動作線圈通電為止。8.電磁閥結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電氣設(shè)計—3.典型電器元件及接線PID控制程序設(shè)計四1.PID控制的結(jié)構(gòu)及參數(shù)調(diào)整PID控制2.PLC控制PID功能的實現(xiàn)控制程序設(shè)計—1.PID結(jié)構(gòu)及參數(shù)調(diào)整PLC控制程序設(shè)計的步驟1.熟悉被控制對象、制定設(shè)備運行方案2.熟悉編程語言和編程器3.定義參數(shù)表4.編寫程序5.測試程序6.編寫程序說明書控制程序設(shè)計—1.PID結(jié)構(gòu)及參數(shù)調(diào)整PID控制包含比例、積分、微分三部分，實際中也有PI和PD控制器。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例積分微分計算出控制量，圖1.1中給出了一個PID控制的結(jié)構(gòu)圖：PID控制的結(jié)構(gòu)圖在PID參數(shù)進(jìn)行整定時如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當(dāng)然是最理想的方法，但是在實際的應(yīng)用中，更多的是通過湊試法來確定PID的參數(shù)。增大比例系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時間I有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時間變長。增大微分時間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。在湊試時，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調(diào)整實行先比例、后積分，再微分的整定步驟。PID控制的參數(shù)調(diào)整控制程序設(shè)計—1.PID結(jié)構(gòu)及參數(shù)調(diào)整PID調(diào)整口訣

PID控制器參數(shù)的工程整定，各種調(diào)節(jié)系統(tǒng)中P.I.D參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)以下可參照：溫度T：P=20~60%，I=180~600s，D=3~180s壓力P：P=30~70%，I=24~180s液位L：P=20~80%，I=60~300s流量L：P=40~100%，I=6~60sPID控制的參數(shù)調(diào)整控制程序設(shè)計—1.PID結(jié)構(gòu)及參數(shù)調(diào)整PID調(diào)整口訣參數(shù)整定找最佳，從小到大順序查先是比例后積分，最后再把微分加曲線振蕩很頻繁，比例度盤要放大曲線漂浮繞大灣，比例度盤往小扳曲線偏離回復(fù)慢，積分時間往下降曲線波動周期長，積分時間再加長曲線振蕩頻率快，先把微分降下來差動大來波動慢，微分時間應(yīng)加長理想曲線兩個波，前高后低4比1一看二調(diào)多分析，調(diào)節(jié)質(zhì)量不會低控制程序設(shè)計—1.PID結(jié)構(gòu)及參數(shù)調(diào)整編制程序S7-200PLC實現(xiàn)PID控制功能—PID回路指令PID回路（PID）指令根據(jù)表格(TBL)中的輸入和配置信息對引用LOOP執(zhí)行PID回路計算。提供PID回路指令（成比例、整數(shù)、導(dǎo)出回路）進(jìn)行PID計算。邏輯堆棧（TOS）頂值必須是“打開”（使能位）狀態(tài)，才能啟用PID計算。本指令有兩個操作數(shù)：表示回路表起始地址的TBL地址和0至7常數(shù)的“回路”號碼LOOP?；芈繁泶鎯τ糜诳刂坪捅O(jiān)控回路運算的參數(shù)，包括程序變量、設(shè)置點、輸出、增益、樣本時間、整數(shù)時間（重設(shè)）、導(dǎo)出時間（速率）以及整數(shù)和（偏差）的當(dāng)前值及先前值?？刂瞥绦蛟O(shè)計—2.PLC控制PID功能的實現(xiàn)編制程序?qū)崿F(xiàn)PID控制功能—使用STEP7-Micro/WIN32中的PID向?qū)?/p>

S7-200PLC選擇菜單命令