毕 业 设 计（论 文）
XA6132卧式铣床的数控化改造
姓 名 系 部 系 专 业 机 班 级 0班 学 号 26 指导老师
20 12 年 5 月
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摘要
随着现代化生产工艺及流程的提高，对于生产机械的电气拖动及电气控制的要求越来越高，也越来越复杂了，普通的控制设备已经不适应现代化大规模，高科技含量生产工艺的控制要求。由于此现代化的生产工艺及生产过程频繁翻新。就要求控制设备可随生产工艺及流程的变化而改变其控制功能进而适应于生产设备的电气拖动及电气控制要求。也就是说现代化的电气控制设备要对生产机械实现一种柔性控制。
为了适应上述控制要求，人们在电气自动控制系统中引入了PLC可编程序控制器对生产机械实现柔性控制，而达到对于现代化生产工艺及电气拖动的自动控制要求。
现在社会经济飞速的发展，人们的生活水平也日益提高，各种住宅小区、商用建筑、写字楼像雨后春笋般拔地而起。建筑业的繁荣昌盛，带动了砌块生产业的飞速发展与技术革新。传统的砌块上在全自然的环境中生产出来的，加工周期长，成功率不高。现在各个建材生产厂商专门研制出了一种砌块养护窑自动控制系统，用来加快砌块的出厂周期，以便提高生产效率与经济效益。2
砌块养护自动控制系统是通过可编程序控制器来完成的，可以采用多种不同的控制技术来进行设计。砌块在生产过程中最后一道工序是养护。目前养护的方法有两种。一种是传统的自然养护；自然养护只需要一个可供养护的露天场地，靠阳光加温。另一种养护方法就是在养护窑中进行养护，用户可以根据砌块的工艺要求指定养护规则，由手动或自动方法控制养护程序的进行。
砌块养护自动控制系统的控制核心是采用S7-200型PLC，外加输入输出模块构成自动控制系统。通过本次设计，可以更加了解砌块的生产过程，更好的掌握可编程序控制器的设计和在实际工作中的使用。该控制系统是以PLC为控制核心，以PID控制技术和脉冲调制控制技术为依据的智能炉窑控制系统。通过采用这两种不同的控制技术，使得砌块养护在实际的生产过程中，有效的提高了产品的质量和产品的生产周期。PLC作为新的控制思想，新的控制实现方法，新的编程技巧将层出不穷，我们相信，在自动控制领域PLC的应用前景将是十分广阔的。
关键词 养护窑 S7-200PLC 脉宽调制 PID调制
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目 录
摘要……………………………………………………………………………1 第一章 可编程序控制器概述 .............................................................................................. 3
1.1 可编程序控制器介绍 ......................................................................................................... 3 1.2 可编程序控制器的特点 ..................................................................................................... 3 1.3 可编程序控制器的分类 ..................................................................................................... 5 1.4 可编程序控制器的基本组成 ............................................................................................ 6 1.5 PLC与工业控制计算机的比较 ........................................................................................ 8 1.6 可编程序控制器的应用 ..................................................................................................... 8
第二章 西门子S7-200型可编程序控制器 ................................................................. 9
2.1 西门子S7-200系列PLC .................................................................................................... 9
2.1.1 西门子S7-200系列PLC介绍 ..................................................................................... 9 2.1.2 西门子S7-200系列PLC结构 ................................................................................... 10
2.2 西门子S7-200系列PLC的性能 ................................................................................... 10
2.2.1 S7-200系列PLC的中央处理单元 ............................................................................ 10 2.2.2 S7-200系列PLC中央处理单元的特点 .................................................................... 12
2.3 西门子S7-200系列PLC的扩展模块 .......................................................................... 13
2.3.1 数字量扩展模块 ......................................................................................................... 13 2.3.2 模拟量扩展模块 ......................................................................................................... 14
2.4 西门子S7-200系列PLC的通讯 ................................................................................... 15
第三章 S7-200型PLC用于模拟量控制系统 ........................................................... 16
3.1 模拟量控制系统................................................................................................................. 16
3.1.1 关于模拟量控制系统 ................................................................................................. 16 3.1.2 关于砌块养护自动控制系统 ..................................................................................... 17
3.2 比例微积分控制技术应用 .............................................................................................. 17
3.2.1 PID控制技术的特点 .................................................................................................. 17 3.2.2 窑温的PID控制系统 ................................................................................................. 18 3.2.3 程序设计 ..................................................................................................................... 20
致谢…………………………………………………………………………..27 参考文献……………………………………………………………………..28
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第一章 可编程序控制器概述
1.1 可编程序控制器介绍
可编程序控制器的起源可以追溯到20世纪60年代。20世纪60年代末，由于市场的需要，工业生产开始从大批量、少品种的生产方式转变为小批量、多品种的生产方式。
1969年美国DEC公司研制出第一台PDP-14可编程序控制器，用在GM公司生产线上获得成功，立即引起了开发热潮。其后日本、德国等相继加入，1971年，日本从美国引进了这项新的技术，很快研制成了日本第一台DCS-8可编程序控制器。 1973年，德国也研制出他们的第一台可编程序控制器。我国从1974年开始研制，1977年开始工业应用。可编程序控制器迅速发展起来。但这一时期主要用于顺序控制，虽然也采用了计算机的设计思路，但实际只能进行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制器，简称 PLC(Programmable Logic Controller)。
进入20世纪80年代，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程序控制器才有了突飞猛进的发展。其功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为可编程序控制器，简称 PC(Programmable Controller)。但由于PC容易和个人计算机(Personal Computer)混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
可编程序控制器是一种数字运算、数字操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计的。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备都是按易于与工业 控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计的。
总之，可编程序控制器是一台计算机，是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的I/0接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程序控制器产品并不是针对某一具体工业应用设计的，在实际应用时，其硬件需要根据实际需要选用配置，其软件则需要根据控制要求进行设计。可编程序控制器问世以来，经过30年的不断发展，现已发展到第四代产品。
1.2 可编程序控制器的特点
PLC之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点，它能较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便和经济等问题，其主要特点如下：
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1. 可靠性高、抗干扰能力强 PLC是专为工业控制而设计的，可靠性好、抗干扰能力强是其最重要的特点之一。PLC的平均故障问隔时间可达几十万小时。
一般由程序控制的数字电子设备所产生的故障有两种：一种是软故障，由于外界恶劣环境，如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压等引起的未损坏系统硬件的暂时性故障；另一种是由多种因素而导致元器件损坏引起的故障，称为硬故障。
PLC的循环扫描工作方式能在很大程度上减少软故障的发生。一些高档PLC 可采用双CPU模块并行工作，即使有一个CPU模块出现故障，系统也能正常工作，同时可修复或更换故障CPU模块。除此之外，PLC采用了如下一系列的硬件和软件的抗干扰措施： (1) 硬件方面的抗干扰措施
隔离是抗干扰的主要手段之一。在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，可有效地抑制外部干扰源对PLC的影响，同时还可以防止外部高电压进入CPU模块。滤波是抗干扰的又一主要措施。对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，可消除或抑制高频干扰。用良好的导电、导磁材料屏蔽CPU等主要部件可减弱空间电磁干扰。此外，对有些模块还设置了联锁保护、自诊断电路等。 (2) 软件方面的抗干扰措施
设置故障检测与诊断程序。PLC在每一次循环扫描过程的内部处理期间，检测系统硬件是否正常，锂电池电压是否过低，外部环境是否正常，如断电、欠电压等。
当软故障条件出现时，立即把现状态重要信息存入指定存储器，软硬件配合封锁存储器，禁止对存储器进行任何不稳定的读写操作，以防存储信息被冲掉。这样，一旦外界环境恢复正常，便可回到故障发生前的状态，继续原来的程序工作。
由于采取了以上抗干扰措施，PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高，可以承受幅值为1000v、上升时间为1ns、脉冲宽度为1的干扰脉冲。
2. 编程简单、使用方便 这是PLC的又一重要特点。考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的读图习惯和应用微机的实际水平，目前大多数的PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，这是一种面向生产、面向用户的编程方式，与常用的微机语言相比更容易被操作人员所接受并掌握。通过阅读PLC的使用手册或短期培训，电气技术人员可以很快地熟悉梯形图语言，并用来编制一般的用户程序。配套的简易编程器的操作和使用也很简单，这也是旧近年来获得迅速普及和推广的原因之一。
3. 设计、安装容易，维护工作量少 由于PLC已实现了产品的系列化、标准化和通用化，用PLC组成控制系统，在设计、安装、调试和维修等方面，表现出了明显的优越性。 设计部门能在规格繁多、品种齐全的PLC系列产品中，选出高性能价格比的产品。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大部分可以在实验室进行模拟调试，用模拟试验开关代替输入信号，其输出状态可通过PLC上的发光二极管指示得知，模拟调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场，进行联机调
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