基于PLC的油站潤(rùn)滑控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).docx

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1、 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的油站潤(rùn)滑控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué) 生：明松學(xué) 號(hào)：20083325指導(dǎo)教師：簡(jiǎn)毅專 業(yè)：機(jī)械電子工程重慶大學(xué)機(jī)械學(xué)院二O一二年六月Graduation Design (Thesis) of Chongqing UniversityThe lubrication control system design for oil station based on PLC Undergraduate: Ming SongSupervisor: Prof. Jian YiMajor: MechatronicsMechinery CollegeChongqing Unive

2、rsityJune 2012重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要摘 要油站的功能是為主機(jī)提供一定溫度的潤(rùn)滑油和液壓動(dòng)力油，降低摩擦、減小磨損、散熱防銹、降低震蕩沖擊及噪聲、排除污物以及為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。因此要求潤(rùn)滑油的溫度嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)，有的油站由于采用噴射潤(rùn)滑，因此還要求潤(rùn)滑油壓力在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。因此對(duì)于油溫及油壓的控制程度好壞將直接決定油站的功能優(yōu)劣。由于PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、靈活性和通用性高、使用以及安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)油站的潤(rùn)滑油的溫度及壓力實(shí)行有效的、可靠的、精確的、實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。在這里采用了德國(guó)西門子公司的S7-300系列PLC，人機(jī)界面設(shè)備采用

3、西門子的觸摸屏TP 270 10型號(hào)，分別采用了Step7 V5.5和Wincc flexible 2008軟件進(jìn)行組態(tài)。這里著重論述了油站信號(hào)的各種信號(hào)的處理方法，控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)以及如何實(shí)現(xiàn)HMI、PLC和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通訊。關(guān)鍵詞：油站，S7-300 PLC，Wincc flexible 2008，組態(tài) 重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTABSTRACTOil station is a facility that is matched to provide lubricating oils and hydraulic oils whose temperature and

4、pressure is certain for host machine so as to reducing friction and attrition, releasing heat, protecting the spindles and bearings from rusting, relieving shock and collision, clearing oil, and providing motive power for executive parts. So the temperature is a key factor needing to be controlled t

5、o within a reasonable data. In the meantime, some oil station need to provide fogged lubrication oil, so the pressure must be in control too. Therefore the advantages of the oil station are due to the control achievements of temperature and pressure.As we know, PLC is more reliable, easy to stall, i

6、n highly general use, and could prevent facility from being interrupted well, so it meets our requirements. Here, we choose the S7-300 series PLC and the touch panel TP270 10 coming from Siemens. Meanwhile, we take use of Step7 V5.5 and Wincc flexible 2008 to configure them. In the article, we talke

7、d more about how to deal with the digital signal and analog signal coming from the field facilities, how to design the supervisory and control system and how to realize the communication among the PLC, HMI, and Field facilities. Key words： Oil station, S7-300 PLC, Wincc flexible 2008, Configuration

8、重慶大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒 論11.1 課題概述11.1.1 課題來(lái)源11.1.2 課題背景及意義11.1.3 PLC 的特點(diǎn)介紹。11.1.4 PLC的選型31.2 西門子S7-300 PLC的組成31.2.1 S7-300簡(jiǎn)介31.2.2 硬件組成31.2.3 S7-300模塊簡(jiǎn)介42. 油站的概述72.1.油站的基本結(jié)構(gòu)組成72.2 油站的基本工作原理及流程72.2.1 低高壓泵系統(tǒng)72.2.2 過(guò)濾器控制82.2.3 加熱器控制82.2.4液位控制82.2.5 冷卻風(fēng)機(jī)控制83. PLC的模擬量控制93.1 PLC模擬控制系統(tǒng)概述93

9、.1.1 PLC模擬量控制系統(tǒng)組成93.1.2 PLC模擬量控制系統(tǒng)特點(diǎn)93.1.3 PLC模擬量輸入/輸出方式103.2 A/D 與D/A轉(zhuǎn)換113.2.1 A/D轉(zhuǎn)換113.2.2 D/A轉(zhuǎn)換113.3 西門子PLC中模擬量的處理模式123.3.1 模擬值的精度133.3.2 不同測(cè)量范圍下模擬量表達(dá)方式144.傳感器的選型154.1 溫度傳感器154.2 壓力傳感器164.3 物位傳感器164.4流量傳感器174.5 電流傳感器175 .PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)205.1 控制系統(tǒng)的輸入輸出變量的分析205.1.1模擬量輸入與輸出205.1.2開關(guān)量的輸入輸出205.2 PLC的I/O模塊的選

10、型205.2.1數(shù)字量輸入模塊的選型205.2.2 數(shù)字量輸出模塊選型225.2.3 模擬量輸入模塊選型245.3 CPU的選型265.4 電源的選擇265.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)265.5.1 程序設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備265.5.2 程序設(shè)計(jì)295.6 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)356.總結(jié)38參考文獻(xiàn)39致 謝40 重慶大學(xué)本科學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1緒論 1 緒 論1.1 課題概述1.1.1 課題來(lái)源該論文課題來(lái)源于與重慶鍵英液壓機(jī)電有限公司的項(xiàng)目合作。原本沒(méi)有要求一定要用PLC做系統(tǒng)，曾經(jīng)用單片機(jī)做過(guò)一個(gè)系統(tǒng)。雖然單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)價(jià)格更廉價(jià)些，但是由于其運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性、控制精度、以及運(yùn)行速度都不是很理想。

11、由于PLC可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，能夠用于惡劣的控制環(huán)境且運(yùn)行靈活性和通用性很高，功能強(qiáng)大，維護(hù)也方便，所以決定用PLC來(lái)做油站潤(rùn)滑系統(tǒng)。1.1.2 課題背景及意義 目前國(guó)內(nèi)隨主機(jī)配套的油站的配套電控產(chǎn)品大多還停留在過(guò)去的傳統(tǒng)控制方式上，與當(dāng)前的生產(chǎn)管理方式和控制水平不相適應(yīng)。由于傳統(tǒng)方式控制柜均采用繼電器硬連線實(shí)現(xiàn)電控與聯(lián)鎖保護(hù)，存在著諸如可靠性低、聯(lián)鎖保護(hù)功能少及故障幾率高等許多問(wèn)題，計(jì)算機(jī)全線監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)聯(lián)鎖少甚至沒(méi)有，影響了現(xiàn)場(chǎng)巡檢、中控現(xiàn)場(chǎng)集中管理且在實(shí)際應(yīng)用中，由于現(xiàn)場(chǎng)情況的變化，使得傳統(tǒng)方式下的控制柜的安裝與調(diào)試難度加大，進(jìn)而影響了產(chǎn)品的加工質(zhì)量等。尤其對(duì)于需要在惡劣外界條件下

12、工作的主機(jī)而言，其油站一般都放在主機(jī)旁供油，由于粉塵、振動(dòng)等原因經(jīng)常使油站的控制和保護(hù)功能失靈。由于油站的控制失靈這就容易導(dǎo)致主機(jī)的主軸和軸承長(zhǎng)期工作在非良好潤(rùn)滑狀態(tài)下，最后主軸因?yàn)殚L(zhǎng)期處于摩擦、磨損以及高溫環(huán)境條件下而壽命縮短甚至直接燒壞電機(jī)等。針對(duì)這些情況，重慶鍵英液壓機(jī)電有限公司決定采取自主設(shè)計(jì)的油站自動(dòng)控制系統(tǒng)。這里我們選用基于PLC的油站潤(rùn)滑控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.1.3 PLC 的特點(diǎn)介紹。（一）可靠性極高、抗干擾能力很強(qiáng)可靠性是PLC最突出的特點(diǎn)之一。PLC本身平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。一年有8765小時(shí)，這意味著PLC連續(xù)使用幾十年不會(huì)出問(wèn)題，通常高于35年以上，可稱得上無(wú)故障設(shè)

13、備。1.PLC主要通過(guò)以下措施來(lái)提高可靠性：1）從硬件設(shè)計(jì)、元器件的選擇到工藝制作都極為嚴(yán)格。2）采取了一系列的抗干擾措施，例如PLC的I/O模塊都采用了光電隔離技術(shù)。3）采用了冗余技術(shù)（可以根據(jù)需要采用多CPU）。4）采用了故障診斷和自動(dòng)恢復(fù)技術(shù)。2.抗干擾措施：1）對(duì)所有的I/O接口電路都采用光電隔離。2）對(duì)所有的輸入端均采用RC濾波，對(duì)于高速輸入端還采用了軟件數(shù)字濾波。3）內(nèi)部采用電磁屏蔽措施，防止輻射干擾。4）采用優(yōu)良的的開關(guān)電源，防止由電源回路串入的干擾信號(hào)。5）完善的接地。6）采用諸如數(shù)字濾波、指令復(fù)執(zhí)、程序回卷、差錯(cuò)校驗(yàn)等一系列軟件抗干擾措施。7）PLC采用了周期循環(huán)掃描工作方式

14、。其本身就有利于屏蔽干擾。因?yàn)檫@種方式對(duì)輸入輸出操作是集中進(jìn)行的。在一個(gè)循環(huán)周期中，僅有一小段時(shí)間進(jìn)行I/O處理。因?yàn)楦蓴_就是在輸入采樣時(shí)間內(nèi)進(jìn)入PLC內(nèi)部的，因此PLC在運(yùn)行時(shí)，大部分干擾都被阻擋在PLC之外。（二）編程簡(jiǎn)單，使用方便PLC的梯形圖語(yǔ)言與繼電器控制電路很相似，編程直觀、容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)，只要具有一定電工知識(shí)的人很快能學(xué)會(huì)。（三）功能齊全、通用性強(qiáng)、靈活性好除了PLC的常規(guī)功能外，大量的特殊功能模塊使PLC功能大大增強(qiáng)。當(dāng)控制系統(tǒng)要求變動(dòng)或者改變控制功能時(shí)，大部分只需要修改程序即可滿足要求，故靈活性好。 圖1.1 PLC簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)（四）設(shè)計(jì)、安裝容易、維護(hù)工作量小

15、如上圖所示我們只需要編程設(shè)置內(nèi)部的I/O關(guān)系就夠了，而不需要過(guò)多的改動(dòng)虛線框外面的接線設(shè)備。 （五）體積小、功耗低、便于機(jī)電一體化 由于體積小，PLC很容易嵌入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想設(shè)備。 （六）聯(lián)網(wǎng)方便，便于系統(tǒng)集成，性價(jià)比高 PLC配置了各種通訊接口例如RS485，以及通訊模塊，這便于實(shí)現(xiàn)“管、控一體化”。1.1.4 PLC的選型生產(chǎn)PLC的廠家有很多，比較知名的有西門子、斯耐德、ABB、三菱，歐姆龍等，國(guó)內(nèi)也有很多生產(chǎn)廠家，例如和利時(shí)、浙大中控、智達(dá)等。考慮到該系統(tǒng)用戶方的要求穩(wěn)定性能較高，且運(yùn)用環(huán)境惡劣，因此決定選擇性能較好的國(guó)外PLC，由于第一次做工控，通過(guò)各種渠道了解

16、了下國(guó)外一些PLC的相關(guān)情況，基本上各有優(yōu)劣，通過(guò)了解之前一些工程師對(duì)西門子PLC的應(yīng)用經(jīng)歷得知西門子系列產(chǎn)品的性能不錯(cuò)，且價(jià)格比較合理，售后等服務(wù)也較好，各種學(xué)習(xí)資料也齊全，這也為以后各種技術(shù)難題提供了幫助，多方考慮決定采用西門子PLC?？紤]到日后維護(hù)方便、系統(tǒng)的規(guī)模這里選擇了西門子模塊化的S7-300系列PLC。1.2 西門子S7-300 PLC的組成 1.2.1 S7-300簡(jiǎn)介 S7-300是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求，具有品種繁多的CPU模塊、信號(hào)模塊和功能模塊，用戶可以根據(jù)具體的情況選擇合適的模塊而且維修更換也方便。S7300的每個(gè)CPU都有個(gè)編程用的RS-48

17、5接口，使用西門子的MPI通訊協(xié)議。有的CPU 還帶有集成的現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUSDP接口或者PtP串行通信接口。S7-300有很高的電磁兼容性和抗振動(dòng)抗沖擊能力和很強(qiáng)的耐污染性。通過(guò)系統(tǒng)功能和系統(tǒng)功能塊的調(diào)用，用戶可以使用集成在操作系統(tǒng)內(nèi)的程序，從而顯著減少所需要的用戶存儲(chǔ)器容量，它們可以用于中斷處理、出錯(cuò)處理、復(fù)制和處理數(shù)據(jù)等。S7-300使用STEP7作為編程軟件，功能非常強(qiáng)大，可以使用多種編程語(yǔ)言，有的編程語(yǔ)言還可以互相轉(zhuǎn)換。利用STEP7來(lái)為所有的模塊和網(wǎng)絡(luò)設(shè)置參數(shù)。S7-300已經(jīng)將HMI服務(wù)集成到操作系統(tǒng)內(nèi)，大大減少人機(jī)對(duì)話的編程要求。S7-300按照指定的刷新速度自動(dòng)地將數(shù)據(jù)

18、傳送給SIMATIC人機(jī)界面。1.2.2 硬件組成 S7-300采用緊湊的、無(wú)槽位限制的模塊結(jié)構(gòu)。一臺(tái)S7-300 PLC可由以下部分組成：導(dǎo)軌、電源模塊（PS）、CPU模塊、信號(hào)模塊（SM）、功能模塊（FM）、接口模塊（IM）、通信處理器（CP）。其中電源模塊、CPU模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通訊模塊都安裝在導(dǎo)軌上。 電源模塊總是安裝在機(jī)架的最左邊，CPU模塊緊靠電源模塊，如果有接口模塊，可以放在CPU模塊的右側(cè)。余下的位置可以任意安裝信號(hào)模塊、功能模塊和通信模塊。PLC還有一些輔助模塊，例如占位模塊、仿真模塊等。S7-300用背板總線將除電源模塊之外的各個(gè)模塊連接起來(lái)。背板總線集

19、成在各個(gè)模塊上，各個(gè)模塊通過(guò)U型總線連接器相連，每個(gè)模塊都有一個(gè)總線連接器，總線連接器插在模塊的背后。安裝時(shí)，先將總線連接器插在CPU模塊的背后并固定在導(dǎo)軌上，然后依次裝入各個(gè)模塊。S7-300的電源模塊通過(guò)電源連接器或者導(dǎo)線與CPU模塊相連，為CPU模塊提供DC 24V電源，也可為信號(hào)模塊提供DC 24V電源。 圖1.2 S7-300 PLC硬件結(jié)構(gòu)1.2.3 S7-300模塊簡(jiǎn)介 1.電源模塊（PS）S7-300有多種電源模塊供選擇，其中PS307普通型電源模塊，輸入電壓為交流120V、230V,輸出電壓為直流24V，適合應(yīng)用于大多數(shù)場(chǎng)合。 根據(jù)輸出電流的不同，PS307有三種電源模塊：2

20、A、5A、10A，它們的工作原理和接線端子完全一樣。一個(gè)實(shí)際的PLC系統(tǒng)，在確定所有的模塊后，要選擇合適的電源模塊。所選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊及所有I/O模塊、各種智能模塊等消耗功率之和，并且要留有30%左右的裕量。2. CPU模塊S7-300 PLC的CPU型號(hào)有CPU312 IFM、CPU 314、CPU314 IFM、CPU315、CPU315-2DP、CPU 314C-2DP、CPU 314C-PtP等多種型號(hào)，其中IFM代表該CPU模塊上集成有數(shù)字量I/O接口、模擬量I/0接口和特殊功能，-2DP表示該CPU模塊都有第二通信接口，C代表緊湊型CPU，緊湊型CPU和標(biāo)

21、準(zhǔn)CPU主要區(qū)別是CPU模塊本身帶有數(shù)量不等的數(shù)字I/O點(diǎn)和模擬I/O通道，集成高速計(jì)數(shù)輸入、高速脈沖輸出等功能。如上圖所示CPU上有各種功能開關(guān)以及指示燈，還有MPI，DP網(wǎng)絡(luò)接口等。 圖1.3 S7-300 CPU面板圖 3接口模塊（IM）接口模塊用于S7-300 PLC的中央機(jī)架到擴(kuò)展機(jī)架的連接，S7-300有三種規(guī)格的接口模塊，即IM360、IM361、IM365。其中IM365模塊專用于S7-300 PLC的雙機(jī)架系統(tǒng)擴(kuò)展，在使用時(shí)成對(duì)使用，一個(gè)為發(fā)送模塊，另外一個(gè)作接收模塊。對(duì)于IM360和IM361模塊必須配合使用，其中IM360用于發(fā)送數(shù)據(jù)，IM361用于接收數(shù)據(jù)。4.信號(hào)模塊

22、（SM）S7-300的信號(hào)模塊有數(shù)字輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊以及用于危險(xiǎn)場(chǎng)合的輸入輸出模塊。1）數(shù)字量輸入模塊SM321 數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成PLC內(nèi)部信號(hào)電平，經(jīng)過(guò)光隔離和濾波后，送到輸入緩沖區(qū)等待CPU采樣，采樣后信號(hào)狀態(tài)經(jīng)過(guò)背板總線進(jìn)入輸入映像區(qū)。根據(jù)輸入信號(hào)的極性及端子數(shù)，SM321共有14種數(shù)字量輸入模塊，后面在選用的時(shí)候再作介紹。2）數(shù)字量輸出模塊SM322 數(shù)字量輸出模塊將S7-300內(nèi)部信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)外部信號(hào)電平，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥線圈、接觸器線圈、微型電動(dòng)機(jī)、指示燈等。根據(jù)負(fù)載回路使用電源的要求，數(shù)字量輸出模塊分為直流輸出模塊（晶體管輸出方式）、

23、交流輸出模塊（晶閘管輸出方式）和交直流兩用輸出模塊（繼電器輸出方式）等。3）數(shù)字量輸入/輸出模塊 SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊在一塊模塊上同時(shí)具有數(shù)字量輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)。SM323有2種模塊，一種帶有8個(gè)共地輸入端和8個(gè)共地輸出端；另外一種帶有16個(gè)共地輸入端和16個(gè)共地輸出端，兩種模塊的輸入輸出特性相同。4）模擬量輸入模塊SM331可將控制過(guò)程中的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部處理用的數(shù)字信號(hào)，目前有8種規(guī)格，常用模塊規(guī)格有AI816位、AI812位、AI8RTD位、AI8TC位、AI1212位等。其中帶有RTD的模塊只能連接電阻或熱電阻輸入，帶有TC的模塊是只能連接熱電偶輸入。所有模塊均內(nèi)部設(shè)有

24、光電隔離電路。5）模擬量輸出模塊SM332SM332用于將S7-300 PLC的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的模擬量信號(hào)，控制模擬量調(diào)節(jié)器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前有4種規(guī)格的模塊，AO812bit、AO416bit、AO412bit、AO212bit。均采用了光電隔離技術(shù)。6）模擬量輸入/輸出模塊該模塊具有SM334和SM335兩個(gè)子系列。SM334為通用模擬量輸入/輸出模塊，SM335為高速模擬量輸入/輸出模塊，并具有一些特殊功能。5.功能模塊（FM）S7-300 PLC有大量的功能模塊。功能模塊自身帶有CPU，并能實(shí)現(xiàn)特定的功能，可為PLC的CPU分擔(dān)大量的任務(wù)。用戶也可以大量減少編程工作量。例如閉

25、環(huán)控制模塊、計(jì)數(shù)器模塊、稱重模塊等，這里就不具體介紹了。462. 油站的概述2.1.油站的基本結(jié)構(gòu)組成前面緒論中我們已經(jīng)說(shuō)明了油站的基本功能，在這里介紹下該油站的主體結(jié)構(gòu)。組成該油站的部件主要有：油箱、截止閥、球式電磁換向閥、加熱器、鉑熱電阻測(cè)溫器、球閥、粗過(guò)濾器、齒輪泵、電機(jī)、雙筒壓力管式過(guò)濾器、低壓溢流閥、耐震壓力表、蓄能器、單向閥、冷卻器等。其具體構(gòu)成圖如下所示： 圖2.1 潤(rùn)滑油站系統(tǒng)圖2.2 油站的基本工作原理及流程 2.2.1 低高壓泵系統(tǒng)由圖2.1潤(rùn)滑油站系統(tǒng)圖中我們知道該油站由高低壓泵站，其工作原理為在主機(jī)啟動(dòng)前先啟動(dòng)低壓泵，當(dāng)?shù)蛪罕眠\(yùn)行穩(wěn)定后再啟動(dòng)高壓泵。當(dāng)高壓泵提供的壓力油

26、達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，即足以浮動(dòng)主軸，此時(shí)就可以開動(dòng)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行平穩(wěn)后自動(dòng)停止高壓泵，改由低壓泵提供潤(rùn)滑油，高壓系統(tǒng)還用于主機(jī)停機(jī)前即先將高壓泵開啟，壓力達(dá)到一定的穩(wěn)定值時(shí)，方可停主機(jī)。待主機(jī)完全停穩(wěn)后，手動(dòng)停止高壓泵。對(duì)于低壓泵系統(tǒng)，我們可以看到，設(shè)有兩臺(tái)齒輪泵，正常情況下，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，遇有意外，低壓系統(tǒng)壓力降到低于第一壓力設(shè)定值時(shí)，備用油泵投入工作，保證向軸承繼續(xù)提供潤(rùn)滑油，壓力達(dá)到正常時(shí)，備用泵自動(dòng)停止。此時(shí)如果系統(tǒng)壓力繼續(xù)下降到第二壓力調(diào)定的最低壓力時(shí)，報(bào)警器將發(fā)出壓力過(guò)低事故訊號(hào)。以下是與油站壓力控制設(shè)定的一些相關(guān)參數(shù)：1）工作壓力。 這是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，公司油站的壓力設(shè)定在0.

27、150.25MP之間。2) 壓力下限。即備用泵投入運(yùn)行時(shí)的壓力值，這里設(shè)定為工作壓力（5070）%。3）壓力下極限值。即系統(tǒng)因?yàn)槟承┰蚴箟毫ο陆档奖仨毾蜻\(yùn)行系統(tǒng)發(fā)送緊急停機(jī)信號(hào)時(shí)的壓力值。這里設(shè)定為0.05MP。2.2.2 過(guò)濾器控制濾油器采用雙筒網(wǎng)式磁性過(guò)濾器，一筒工作，另一筒備用，當(dāng)過(guò)濾器壓差達(dá)到0.1MPa時(shí)，則啟用備用過(guò)濾器，取出堵塞過(guò)濾器進(jìn)行清洗。2.2.3 加熱器控制油箱中設(shè)有電加熱器。當(dāng)油箱中的溫度低于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，則自動(dòng)啟動(dòng)加熱器進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度高于某個(gè)設(shè)定值時(shí)則停止加熱。油箱中裝有Pt100鉑熱電阻溫度傳感器用于檢測(cè)油箱溫度，由于潤(rùn)滑油的溫度低于20時(shí)容易造成潤(rùn)滑油凝結(jié)，形

28、成不易清除的結(jié)塊；另外如果進(jìn)入主軸的油溫高于50時(shí)，則由于溫度過(guò)高，導(dǎo)致潤(rùn)滑油的黏度下降，不易形成油膜。因此，這里設(shè)定當(dāng)油箱溫度低于20時(shí)，啟動(dòng)加熱器，當(dāng)溫度到達(dá)了40時(shí)則停止加熱。當(dāng)溫度高于50時(shí)則啟動(dòng)報(bào)警。2.2.4液位控制油箱中裝有干簧式浮球液位傳感器，當(dāng)液位低于設(shè)定的警戒線時(shí)，就會(huì)發(fā)出訊號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警，提示油箱液位過(guò)低，需要向油箱中加油。 2.2.5 冷卻風(fēng)機(jī)控制冷卻器用于當(dāng)出油口檢測(cè)到油溫過(guò)高時(shí)，啟動(dòng)來(lái)冷卻油液。這里我們安裝的冷卻風(fēng)機(jī)為2個(gè)，都具有雙速調(diào)節(jié)功能。大概分幾個(gè)階段，設(shè)定一定的溫度值界限來(lái)判斷冷卻風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，這里設(shè)定為四種：即冷卻風(fēng)機(jī)1高速、冷卻風(fēng)機(jī)2高速，冷卻風(fēng)機(jī)1高速

29、、冷卻風(fēng)機(jī)2低速，冷卻風(fēng)機(jī)1低速、冷卻風(fēng)機(jī)2低速，冷卻風(fēng)機(jī)2低速。 3. PLC的模擬量控制3.1 PLC模擬控制系統(tǒng)概述 3.1.1 PLC模擬量控制系統(tǒng)組成 PLC是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的數(shù)字控制型產(chǎn)品。它本身只能處理開關(guān)量信號(hào)，可方便可靠地進(jìn)行邏輯關(guān)系的開關(guān)量控制，不能直接處理模擬量。但其內(nèi)部的存儲(chǔ)單元是一個(gè)多位開關(guān)量的組合，可以表示為一個(gè)多位的二進(jìn)制數(shù)，稱為數(shù)字量。我們知道可以經(jīng)過(guò)采樣離散化把模擬量轉(zhuǎn)化成在時(shí)間上是離散的，但取值上卻可以表示模擬量變化的一連串的數(shù)字量，那么PLC就可以通過(guò)對(duì)這些數(shù)字量的處理來(lái)進(jìn)行模擬量控制。同樣PLC處理的數(shù)字量不能直接送到執(zhí)行器，必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變成模

30、擬量后才能控制執(zhí)行器。這種把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電路叫做“模/數(shù)轉(zhuǎn)換器”簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器；把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電路叫做“數(shù)/模轉(zhuǎn)換器”簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器。如圖3.1所示，其實(shí)PLC充當(dāng)?shù)墓δ芟喈?dāng)于閉環(huán)控制框圖中的比較器和控制器的組合。干擾PLCD/A執(zhí)行器被控對(duì)象A/D傳感器設(shè)定值X被控制值Y 圖3.1 PLC模擬量控制系統(tǒng)組成框圖3.1.2 PLC模擬量控制系統(tǒng)特點(diǎn)我們知道一個(gè)在時(shí)間和取值上連續(xù)的模擬量可以用一個(gè)在時(shí)間和取值上都是離散的數(shù)字量來(lái)代替，這個(gè)數(shù)字量?jī)H僅是在某些時(shí)間點(diǎn)上等于模擬量的值。前面也說(shuō)了，在PLC模擬量控制系統(tǒng)中是通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)完成轉(zhuǎn)換功能的。這個(gè)過(guò)程由兩部分組成：一是

31、在指定時(shí)間點(diǎn)上向模擬量取值，這個(gè)過(guò)程叫采樣；二是取出模擬量后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量，這個(gè)過(guò)程叫量化。采樣和量化是所有數(shù)字控制設(shè)備處理模擬量所需的過(guò)程。采樣和量化使PLC處理模擬量具有以下特點(diǎn)。（1） 經(jīng)過(guò)量化后的數(shù)字量與采樣的模擬量的原值一定存在誤差，而且這個(gè)誤差可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行控制。也就是說(shuō)，A/D轉(zhuǎn)換模塊的的位數(shù)決定了轉(zhuǎn)換的精度，位數(shù)越多，分辨率越高，精度也越高，與模擬量原值的誤差就越小。可以說(shuō)，PLC的量化誤差可以控制是PLC模擬量控制的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它可以通過(guò)增加A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)來(lái)控制精度。而模擬電路的誤差卻難以控制。（2） 采樣是一個(gè)時(shí)間上不連續(xù)的控

32、制動(dòng)作。它受到PLC工作原理的束縛，僅當(dāng)PLC對(duì)I/O點(diǎn)進(jìn)行刷新時(shí)才把采樣值數(shù)字量讀入PLC，把上次采樣值運(yùn)算處理結(jié)果通過(guò)D/A模塊作為控制信號(hào)傳送給系統(tǒng)。PLC模擬量控制的這個(gè)特點(diǎn)所帶來(lái)的問(wèn)題是如何才能保證所采樣的不連續(xù)的取值能夠較少失真地恢復(fù)原來(lái)模擬量信號(hào)。只有失真較少才能保證控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。（3）PLC模擬量控制中，無(wú)論是采樣、量化、信息處理，還是控制輸出，都需要一定的時(shí)間。一個(gè)采樣后的量不能像模擬電路那樣馬上通過(guò)電路作用將輸出送到系統(tǒng)，而是要延遲一定時(shí)間才能將輸出送至系統(tǒng)。這種延時(shí)作用的特點(diǎn)是PLC模擬量控制的不足之處。在響應(yīng)速度要求非常好的系統(tǒng)中，PLC控制不能夠擔(dān)當(dāng)重任。PL

33、C的響應(yīng)速度與程序掃描時(shí)間關(guān)系很大。因此，確定控制算法、設(shè)計(jì)控制程序和選擇合適的控制參數(shù)就顯得非常重要。（4）PLC的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，控制的可靠性也得到極大提高，這對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是極其重要的。綜上所述，PLC模擬量控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性基本上是可以保證的，能夠滿足大部分模擬量控制系統(tǒng)的要求。但它的控制響應(yīng)滯后性也是明顯的，可以說(shuō)，PLC控制的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性是用其響應(yīng)滯后得到的。3.1.3 PLC模擬量輸入/輸出方式（1）PLC控制模擬量輸入方式目前大部分PLC是采用模擬量輸入進(jìn)行模擬量輸入。用模擬量輸入模塊進(jìn)行模擬量輸入一般都要先把模擬量通

34、過(guò)相應(yīng)的傳感器和變送器變換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓（010V，-1010V等）和電流（020mA,420mA）才能接入模塊通道。模擬量輸入轉(zhuǎn)換模塊不僅能完成對(duì)模擬量的轉(zhuǎn)換，還可以做多種數(shù)字量的處理，如濾波、求平均值、標(biāo)定的變換等。PLC也可以用采集脈沖方式輸入模擬量信號(hào)，但必須先通過(guò)壓頻變送器把電壓轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的脈沖序列送入PLC。這時(shí)，輸入脈沖序列的頻率表示所輸入模擬量信號(hào)的大小。（2）PLC控制模擬量輸出方式在PLC控制模擬量輸出方面，用得最多的仍然是通過(guò)模擬量輸出模塊輸出，一般D/A模塊都具有兩路以上通道，可以通過(guò)輸出兩個(gè)以上模擬量控制兩個(gè)以 重慶大學(xué)本科學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4傳感器的選型上的

35、執(zhí)行器。而且，模擬量輸出的模擬量信號(hào)能連續(xù)地、無(wú)波動(dòng)地變化，其精度也可以通過(guò)轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)的多少來(lái)控制。同理，模擬量輸出還可以采用占空比可調(diào)的脈沖序列信號(hào)輸出。3.2 A/D 與D/A轉(zhuǎn)換 3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換包含三部分：采樣、量化、和編碼。在PLC中，量化和編碼都是同時(shí)完成的。采樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過(guò)程，量化是將模擬量信號(hào)在幅值上離散化的過(guò)程，編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼表示。A/D轉(zhuǎn)換的原理可分為逐次逼近式、雙積分式、并行式等多種。下面以逐次逼近式轉(zhuǎn)換為例，說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理與性能指標(biāo)。逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器與計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換類似，只是數(shù)字量

36、由“逐次逼近寄存器SAR”產(chǎn)生。SAR使用“對(duì)分搜索法”產(chǎn)生數(shù)字量，以8位數(shù)字量為例，SAR首先產(chǎn)生8位數(shù)字量的一半，即10000000B,試探模擬量Vi的大小，若VoVi，清除最高位，若VoVi,保留最高位。在最高位確定后，SAR又以對(duì)分搜索法確定次高位，即以低7位的一半y1000000B(y為已確定位) 試探模擬量Vi的大小。在bit6確定后，SAR以對(duì)分搜索法確定bit5位，即以低6位的一半yy100000B(y為已確定位) 試探模擬量的大小。重復(fù)這一過(guò)程，直到最低位bit0被確定，轉(zhuǎn)換結(jié)束。 圖3.2 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換示意圖3.2.2 D/A轉(zhuǎn)換模擬量經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量在PL

37、C中經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后輸出，要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器則需要進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換的基本原理是用電阻網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字量按每位數(shù)碼的權(quán)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)，然后用運(yùn)算放大器求和電路將這些模擬量相加就完成了D/A轉(zhuǎn)換。這里以T型網(wǎng)絡(luò)為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明數(shù)模轉(zhuǎn)換的工作原理。 圖3.3 T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖 圖3.3所示為一個(gè)4位T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理圖。電路由R-2R電阻解碼電路、模擬電子開關(guān)D0D3和求和運(yùn)算放大器組成。4位數(shù)字開關(guān)由數(shù)字控制器的數(shù)字量控制。 利用疊加原理可以很快求出電流Ir的值。即當(dāng)D0=1，D1=D2=D3=0時(shí)，可以求得 Ir1=Vref3R12121212=Vref3RD024當(dāng)D

38、3=1,D0=D1=D2時(shí)，同理可以求得其電流分量Ir4為Ir4=Vref3RD32當(dāng)D1=1,D0=D2=D3=0時(shí)，Ir2=Vref3RD123當(dāng)D2=1，D0=D1=D3=0時(shí)，Ir3=Vref3RD222將以上結(jié)果進(jìn)行疊加，有Ir=Vref3R(D024+D123+D222+D32)若取Rf=3R,運(yùn)算放大器的輸出電壓V0=Vref(D024+D123+D222+D32)式中，D0D3為4位數(shù)字開關(guān)，其取值只能是1或者0。3.3 西門子PLC中模擬量的處理模式 在西門子PLC中，模擬量首先通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成電流或者電壓信號(hào)，由于S7-300 PLC的模擬量輸入模塊只能處理標(biāo)準(zhǔn)的例如040

39、mA的電流、010V的電壓和電阻值。因此還需要通過(guò)變送器將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的PLC模擬量模塊能夠處理的電流或者電壓信號(hào)。經(jīng)過(guò)MR濾波器濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換器，將所得的數(shù)字量結(jié)果送入PLC的外設(shè)PI存儲(chǔ)區(qū)中，供PLC運(yùn)算處理。進(jìn)過(guò)PLC處理后的結(jié)果再輸出到外設(shè)PQ存儲(chǔ)區(qū)中，經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換成模擬量后送到執(zhí)行器控制外部設(shè)備運(yùn)行，其流程圖如圖5.6所示。圖3.4 Siemens PLC模擬量處理流程 3.3.1 模擬值的精度 CPU以二進(jìn)制格式來(lái)處理模擬值。數(shù)字化模擬值適用于相同標(biāo)稱范圍的輸入和輸出值。模擬值均為二進(jìn)制補(bǔ)碼形式的實(shí)數(shù)，符號(hào)始終設(shè)在Bit15。模擬值可能的精度如表3.1所示。表中以符

40、號(hào)位對(duì)齊，未用的地位則用“0”來(lái)填補(bǔ)，表中用“*”來(lái)表示未用的位。表3.1 模擬值可能精度3.3.2 不同測(cè)量范圍下模擬量表達(dá)方式 表3.2如表3.2所示，在額定范圍內(nèi)，傳感器送到PLC中的模擬信號(hào)在PLC中經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量值如果是單極性的話則在027648范圍內(nèi)，如果是雙極性的話則在-2764827648。另外我們可以看出對(duì)于Pt100鉑熱電阻其轉(zhuǎn)換后的值即為工程量的10倍。對(duì)于其它的模擬量則可以通過(guò)這個(gè)線性比例和工程量值進(jìn)行換算。 4.傳感器的選型4.1 溫度傳感器 通過(guò)前面油站的分析可知，我們所測(cè)量的幾個(gè)溫度的范圍為不超過(guò)100，其它的性能方面對(duì)傳感器沒(méi)有特殊的要求，因此這里我們

41、選擇的是最常用的Pt100鉑熱電阻，100表示在溫度為0時(shí)，其歐姆值為100。RTD具有較高的精度，其溫度工作范圍為可從-200+850，它們還有較好的穩(wěn)定性，利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理設(shè)備就可以傳輸、顯示和并記錄其溫度輸出。這些特性符合我們的設(shè)計(jì)要求。熱敏電阻的阻值和溫度成正比的關(guān)系，設(shè)計(jì)人員只需將已知電流流過(guò)該電阻，就可以得到對(duì)應(yīng)的電壓值，從而可以利用歐姆定律得出此時(shí)的電阻值R，再根據(jù)Pt100的溫度阻值分度表就可以得出所測(cè)溫度。Pt100的部分溫度分度表如下所示：溫度 0123456789電阻值（）-40-30-20-10084.2788.2292.1696.09100.0083.8787.83

42、91.7795.6999.6183.4887.4391.3795.3099.2283.0887.0490.9894.9198.8382.6986.6490.5994.5298.4482.2986.2590.1994.1298.0481.8985.8589.8093.7397.6581.5085.4689.4093.3497.2681.1085.0689.0192.9596.8780.7084.6788.6292.5596.48010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.

43、57112.45116.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17

44、124.01127.84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13100110120130140138.51142.29146.07149.83153.58138.88142.67146.44150

45、.21153.96139.26143.05146.82150.58154.33139.64143.43147.20150.96154.71140.02143.80147.57151.33155.08140.40144.18147.95151.71155.46140.78144.56148.33152.08155.83141.16144.94148.70152.46156.20141.54145.31149.08152.83156.58141.91145.69149.46153.21156.95 表 4.1 Pt100 分度表這里為什么不選擇熱電偶作溫度傳感器，是因?yàn)闊犭娕加糜?00以上較高溫度

46、的情況，當(dāng)溫度低于500時(shí)，熱電偶測(cè)溫就不很準(zhǔn)確。這是因?yàn)榈蜏貢r(shí)熱電偶輸出熱電勢(shì)很小，極易受到干擾，而且在低溫時(shí)，參比端溫度不易得到完全補(bǔ)償，相對(duì)誤差就很突出。4.2 壓力傳感器由于測(cè)量的是潤(rùn)滑油的壓力，該介質(zhì)是易燃物質(zhì)，而且供油管道比較狹窄，要求傳感器體積小。通過(guò)調(diào)查知光導(dǎo)纖維壓力傳感器與傳統(tǒng)壓力傳感器相比其絕緣好，耐腐蝕，無(wú)電火花，可以在高壓、易燃易爆的環(huán)境中檢測(cè)壓力、液位流量等信號(hào)；而且靈敏度高，體積小，可撓性好，可以插入狹窄的空間中進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)其以上特性可以判斷其滿足我們的測(cè)量要求 ，因此選擇光導(dǎo)纖維壓力傳感器作為系統(tǒng)的壓力傳感器。壓力傳感器是壓力檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)被測(cè)壓力作

47、用于膜片杯時(shí)，膜片發(fā)生位移，從而改變光導(dǎo)纖維于膜片間的距離，使光導(dǎo)纖維接收到反射光量變化。光量由光電元件接收器接收，并轉(zhuǎn)換成電量，經(jīng)過(guò)放大器放大后，送到PLC的模擬量輸入模塊，供PLC 分析處理用。根據(jù)具體控制情況，該處壓力傳感器量程選用01MPa，其信號(hào)輸出為420mA的電流，其標(biāo)準(zhǔn)供電電源為DC 24V。4.3 物位傳感器 在該項(xiàng)目中要檢測(cè)油箱的最低液位，即油箱的液位低于設(shè)定值時(shí)需報(bào)警提示，發(fā)出液壓信號(hào)供PLC處理。即只需要進(jìn)行液面控制，毋須對(duì)液位的變化進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)?；谶@種檢測(cè)要求，我們選擇了干簧管式浮球液位傳感器。干簧管是干式舌簧管的簡(jiǎn)稱，又叫磁簧管。它是一種有觸點(diǎn)的無(wú)源電子開關(guān)元件，

48、具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小便于控制等優(yōu)點(diǎn)。其外殼一般是一根密封的玻璃管，管中裝有兩個(gè)鐵質(zhì)的彈性簧片電板，還灌有一種惰性氣體。平時(shí)，玻璃管中的兩個(gè)有特殊材料制成的簧片是分開的。當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時(shí)，在磁場(chǎng)磁力線的作用下，管內(nèi)的兩個(gè)簧片被磁化而相互吸引接觸，簧片就會(huì)吸和在一起，使節(jié)點(diǎn)所接的電路接通。外磁力消失后，簧片在自身的彈力作用下分開，進(jìn)而斷開電路。因此，作為一種利用磁場(chǎng)信號(hào)來(lái)控制的線路開關(guān)器件，干簧管可以作為傳感器用于計(jì)數(shù)、限位等。對(duì)于浮球液位開關(guān)，是在密封的非磁性金屬或塑膠管內(nèi)根據(jù)需要設(shè)置一點(diǎn)或多點(diǎn)干簧開關(guān)，再將中空而內(nèi)部有環(huán)形永久磁鐵的浮球固定在桿徑內(nèi)干簧管開關(guān)相關(guān)位置上，使浮球在一定范圍

49、內(nèi)上下浮動(dòng)，利用浮球內(nèi)的磁鐵去吸引干簧開關(guān)的閉合，產(chǎn)生開關(guān)動(dòng)作，從而達(dá)到液位控制的目的。4.4流量傳感器控制系統(tǒng)要求測(cè)量出油口管道的油液流量，流量測(cè)量過(guò)程中并沒(méi)有特殊的要求，只要能置于油液中進(jìn)行測(cè)量，體積大小符合要求，反應(yīng)靈敏就行。因此在這里我們選擇了常用的一種流量傳感器即渦輪流量計(jì)。渦輪流量計(jì)類似于葉輪式水表，在管道中安裝一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，流體流經(jīng)葉輪，使葉輪旋轉(zhuǎn)，流量越大，流速越高，則動(dòng)力越大，葉輪轉(zhuǎn)速越高。渦輪流量計(jì)具有安裝方便、精度高、反應(yīng)快、刻度線性和量程寬等特點(diǎn)，信號(hào)易遠(yuǎn)傳，且便于數(shù)字顯示，可直接與計(jì)算機(jī)配合進(jìn)行流量計(jì)算和控制。由于葉輪的葉片具有一定的角度，流體的沖力使葉片具

50、有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，克服摩擦力據(jù)和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定條件下，轉(zhuǎn)速和流速成正比。由于葉片具有導(dǎo)磁性，它處于信號(hào)檢測(cè)器的磁場(chǎng)中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁場(chǎng)線，周期性地改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的放大整形，形成具有一定幅值的、連續(xù)的矩形脈沖波。 此處我們選擇的渦輪流量計(jì)的量程比為1：10，其輸出為420mA的脈沖信號(hào)。外部供電電源為24V DC。4.5 電流傳感器此處需要的測(cè)量電流為主機(jī)電機(jī)的互感電流，電流傳感器種類比較多，這里我們選用的是霍爾電流傳感器，接下來(lái)就介紹下開環(huán)和閉環(huán)霍爾傳感器的工作原理。以下以西安新敏電子科技公司的產(chǎn)品進(jìn)行舉例說(shuō)

51、明。1）直放式（開環(huán)）霍爾電流傳感器 圖4.1 開環(huán)霍爾電流傳感器電路原理如圖4.1所示，當(dāng)原邊電流IP流過(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測(cè)量并放大輸出，其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。 2）磁平衡電流（閉環(huán)）傳感器磁平衡式電流傳感器也稱補(bǔ)償式傳感器，即原邊電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)次級(jí)線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償電流Is精確的反映原邊電流Ip，從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。 具體工作過(guò)程為：當(dāng)主回路有一電流通過(guò)時(shí)，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場(chǎng)被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上，

52、所產(chǎn)生的信號(hào)輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過(guò)多匝繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好相反，因而補(bǔ)償了原來(lái)的磁場(chǎng)，使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，Is不再增加，這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用，此時(shí)可以通過(guò)Is來(lái)測(cè)試Ip。當(dāng)Ip變化時(shí)，平衡受到破壞，霍爾器件有信號(hào)輸出，即重復(fù)上述過(guò)程重新達(dá)到平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出。經(jīng)功率放大后，立即就有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí)繞組以對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場(chǎng)失衡到再次平衡，所需的時(shí)間理論上不到1s，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。因此，從

53、宏觀上看，次級(jí)的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級(jí)被測(cè)電流的安匝數(shù)相等。 圖4.2 磁平衡式霍爾電流傳感器電路原理由于閉環(huán)式霍爾電流傳感器采用了磁平衡原理其響應(yīng)速度相對(duì)來(lái)說(shuō)比較快且精度較高。且從其參數(shù)表可以看出一般閉環(huán)霍爾傳感器用于測(cè)量較小的電流而開環(huán)式則用于測(cè)量大電流。根據(jù)來(lái)自公司的指標(biāo)，主電機(jī)電流經(jīng)過(guò)電流互感器得來(lái)的互感電流不超過(guò)10A，因此綜合考慮這里選擇了閉環(huán)式的霍爾電流傳感器。如下圖所示是該公司一些產(chǎn)品的參數(shù)表。 圖4.3 磁平衡式霍爾電流傳感器電參數(shù)這里我們根據(jù)實(shí)際情況要求選擇了CSM010SY型號(hào)的磁平衡霍爾電流傳感器。 5 .PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 控制系統(tǒng)的輸入輸出變量的分析

54、5.1.1模擬量輸入與輸出由產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求可知該控制系統(tǒng)沒(méi)有模擬量輸出，需要控制的模擬量為油箱的溫度、油站出油口溫度、油站回油口溫度、供油壓力、供油流量以及主機(jī)的互感電流。由于要實(shí)現(xiàn)對(duì)以上模擬量的控制首先得通過(guò)傳感器和變送器將其實(shí)時(shí)值送入PLC中進(jìn)行處理，由此可知模擬量輸入即為以上所列總共6路。由之前傳感器的介紹章節(jié)我們知道，除了溫度傳感器Pt100以外，渦輪流量計(jì)、光纖壓力傳感器的輸出均為420mA的電流，電流傳感器的輸出為45%V的電壓。5.1.2開關(guān)量的輸入輸出1）開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入有：液壓計(jì)信號(hào)、堵塞壓力發(fā)訊器信號(hào)、油泵電機(jī)1的熱繼電器信號(hào)、油泵電機(jī)2的熱繼電器信號(hào)、冷卻電機(jī)1的熱繼電

55、器信號(hào)、冷卻電機(jī)2的熱繼電器信號(hào)、調(diào)整泵電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)、電磁閥通斷信號(hào)、油泵電機(jī)1啟動(dòng)信號(hào)、油泵電機(jī)2啟動(dòng)信號(hào)、主機(jī)啟動(dòng)信號(hào)、主機(jī)關(guān)閉信號(hào)、星三角啟動(dòng)信號(hào)、油泵電機(jī)1停、油泵電機(jī)2停、電源開關(guān)。 2）開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出量即控制執(zhí)行器的開關(guān)量有：加熱器運(yùn)行、油泵1運(yùn)行、泵2運(yùn)行、冷卻電機(jī)1高速、冷卻電機(jī)1低速、冷卻電機(jī)2高速、冷卻電機(jī)2低速、主機(jī)運(yùn)行、主機(jī)啟動(dòng)中、主軸上升、主軸下降、報(bào)警器、油箱溫度傳感器失效、出油口溫度傳感器失效、回油口溫度傳感器失效、壓力傳感器失效、流量傳感器失效、互感電流傳感器失效、流量低指示燈、過(guò)濾器堵塞指示燈、時(shí)序錯(cuò)誤指示、液位低指示、電源指示、主機(jī)運(yùn)行指示。5.2 P

56、LC的I/O模塊的選型由上面的分析可知我們需要的I/O模塊類型有數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊。5.2.1數(shù)字量輸入模塊的選型我們已知數(shù)字量輸入總共有15路，再留20%30%的裕量的話則需要接近20路數(shù)字量輸入接點(diǎn)。由于西門子S7-300系列PLC沒(méi)有20路輸入接點(diǎn)的模塊，因此這里選擇32路數(shù)字量輸入接點(diǎn)的模塊。如圖5.1和5.2所示，表中列舉了各個(gè)類型數(shù)字量輸入模塊的屬性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求以及經(jīng)濟(jì)的角度我們選擇數(shù)字量輸入模塊為SM 321 DI32DC24 V 型號(hào)，其訂貨號(hào)為6ES7-321-1BL00-0AA0。它的接線外觀圖如圖5.3所示。具體的地址分配如下：I0.0 電

57、源開關(guān)、I0.1 堵塞壓力發(fā)訊器信號(hào)、I0.2 泵1熱繼電器信號(hào)、I0.3 泵2熱繼電器信號(hào)、I0.4 冷卻電機(jī)1熱繼電器信號(hào)、I0.5 冷卻電機(jī)2熱繼電器信號(hào)、I0.6 調(diào)整泵電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)、I0.7 泵1啟動(dòng)、I1.0 泵1停止、I1.1 油泵電機(jī)2啟動(dòng)、I1.2 油泵電機(jī)2停止、I1.3 主軸電機(jī)啟動(dòng)、I1.4 主軸電機(jī)停止、I1.5 電磁閥啟動(dòng)、I1.6 星三角時(shí)序錯(cuò)誤、I1.7 液壓計(jì)信號(hào)。 圖5.1 數(shù)字量輸入模塊圖5.2 數(shù)字量輸入模塊（續(xù)） 圖5.3 SM321 DI32DC24V （-1BL00-）接線圖 5.2.2 數(shù)字量輸出模塊選型我們已經(jīng)知道了數(shù)字量輸出總共有24路，再考

58、慮到留有的裕量，所以選擇具有32路通道的數(shù)字量輸出模塊。由于驅(qū)動(dòng)的是直接接觸器和電磁閥和指示燈，因此近一步確定了選用晶體管輸出。選用晶體管輸出還可以增加系統(tǒng)的反映時(shí)間。故數(shù)字量輸出模塊型號(hào)選定為：SM322 DO3224V DC0.5A，訂貨號(hào)為6ES7 322-1BL00-0AA0。其內(nèi)部的接線圖見圖5.4。數(shù)字量輸出模塊的地址分配如下：Q0.0 加熱器運(yùn)行、Q0.1 泵1線圈、Q0.2 泵2線圈、Q0.3 冷卻電機(jī)1低速、Q0.4 冷卻電機(jī)1高速、Q0.5 冷卻電機(jī)2低速、Q0.6 冷卻電機(jī)2高速、Q0.7 主機(jī)運(yùn)行、Q1.0 主機(jī)啟動(dòng)中、Q1.1 主軸上升、Q1.2 主軸下降、Q1.3 報(bào)警、Q1.4 壓力傳感器失效、Q1.5 油箱溫度傳感器失效、Q1.6 流量傳感器失效、Q1.7 液位指示燈、Q2.0 電源指示燈、Q2.1 主機(jī)運(yùn)行指示燈、Q2.2 回油口溫度傳感器失效、Q2.3 流量低指示、Q2.4 出油口溫度傳感器失效、Q 2.5 電流傳感器失效、Q2.6 時(shí)序錯(cuò)誤指示燈、Q2.7 過(guò)濾器堵塞指示。圖5.4 DO3224V DC/0.5A 接線框圖 圖5.5 DO32