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高速脉冲输出 6个（每个30kHZ） 模拟量调节电位器 2个8位分辨率 输入额定电压 24V DC 输出额定电压 24V DC或230V AC 输出每点最大额定电流 10A
为了满足不同的控制要求，节约投资费用，还可以选用不同的I/O点数的数字量扩展模块。除CPU221外，其他CPU模块均可配多个扩展模块，连接CPU模块放在最左侧。扩展模块用扁平电缆与左侧模块相连。
本设计中，铸坯火焰自动切割系统有输入信号31个，输出信号18个。其中，外部输入元件包括：检测元件、按钮、输入、输出，急停、限位开关，热继电器等；输出有三个三相异步电机，一个三相异步电机的正反转，故障报警器和指示灯等。按照上述配置，故所选I/O点不得低于49点。由于均为数字量输入，故所选型号应为：SIMATIC S7-200 CPU226 CN AC/DC/继电器和一个数字量扩展模块EM223 24V DC输入。其中CPU226的数字量I/O为24入/16出，EM223为8输入8输出点的数字量输入模块[16]。
本设计根据I/O的信号数量，类型及控制要求，同时考虑到维护和保养，改造和经济等诸多因素，可编程控制器拟选用SIMATIC S7-200 CPU226和一个数字量扩展模块EM223 24V DC 8输入/8继电器输出。数字量扩展模块的型号如表4.2所示：
表4.2 数字量扩展模块
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4.2 红外定尺技术简介
为解决本次的火焰自动切割系统的定尺精度问题中我采用的是红外摄像定尺技术。所谓的红外摄像定尺测控系统是利用红外摄像机作为传感器，采用了计算机控制和图像扫描措施，通过这个设计理论不仅能够提高连铸坯的定尺精度的测量，而且还较好的控制了切割操作，从而为钢铁企业在连铸生产向更加节省钢材、提高收益的发展法相提供了一种比较行之有效的技术方法。
在这个系统中，包括有软件和硬件两个部分。其中硬件部分包括：工业控制机，专用机柜，红外摄像机，稳压电源以及屏蔽控制线等设备。而软件部分包括：红外摄像连铸坯定尺测控系统软件，数据库查询和动态存储软件，WinCC（与PLC或上位机联网时需要），XP或Vista操作系统，网络处理和通讯传输软件。
红外摄像机定尺测量的工作原理：红外摄像定尺系统是通过摄像机作为传感器，以图像处理技术为主要依据进行测量，完成切割控制操作。它的结构图如图4.1所示：
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图4.1 红外摄像定尺系统结框图
红外摄像机是安装在现场的特定地方，需在现场先标定扫描初始位置，然后根据相关的工艺要求标定切割长度的最终地方，此切割的长度是由摄像机扫描进入计算机的，通过在红外摄像定尺测控系统的软件中标定出来。当铸坯到达摄像视场内时，红外摄像测控系统由于使用了高分辨率的摄像机以及特定图像扫描模块，依据铸坯的光谱特性，整个系统使用了基于大脑神经网络识别算法，在扫描的图像中搜集铸坯的加工信息，随着坯头一起运动。当达到铸坯运动到切割长度位置时，红外摄像定尺系统会发出相应信号通过I/O控制卡命令切割机来控制切割系统动作。当切割完毕后，自动切割系统的火焰切割机会重新自动回到初始位置，等待下一次的切割信号的发出。红外摄像机具有固定的视场范围，它以20帧左右每秒的速度采集视场范围内的图像信息，将扫描到的图像传输到计算机中进行相应的处理：首先将扫描到的图像信息化为768 × 576的点阵图像，每点相当于一个像素，每一个像素就相当于现场的一块小空间，具体数值可通过比例来调节。铸坯头就是下图视场中的P点时，在这里，铸坯有一个设定的切割长度L。所以只要通过准确识别铸坯的头和尾，并提取出位置信息像素点和与之相对应的实际位置)，就可以实现铸坯定尺精度的控制与切割[17]。图像采集工作原理如图4.2所示：
图4.2 图像采集与数字化
4.3 铸坯火焰自动切割系统PLC的I/O接线图设计（见附录A） 4.4 铸坯火焰自动切割系统电气原理图设计
铸坯火焰自动切割系统电气元件包括4台电动机，5个接触器，5个熔断器，4
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个热继电器，4个自动空气断路器。该电气系统特点：（1）采用熔断器，实现了短路保护，防止电动机突然流过短路电流而引起电动机绕组及机械上的严重损害；（2）采用自动空气断路器，不仅能实现短路保护，还可以实现长期过载保护、失压保护；（3）采用热继电器，对电机进行长期过载保护。
电气图中共用了5个接触器，控制四台电动机的转动与停止。其中要求割炬电机能实现正反转，辊道电机可以正转。图中由接触器KM1控制割炬电机的正转与停转，接触器KM5控制割炬电机的反转与停转；接触器KM2、KM3、KM4分别控制1、2、3道电机的正转与停转。本设计的电气原理图如图4.3所示：
图4.3 电气原理图
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5 铸坯火焰自动切割系统软件设计
5.1 铸坯火焰自动切割系统控制要求
5.1.1 系统自动控制要求
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按下启动按钮，启动指示灯亮，转换开关打到“自动”位，自动指示灯亮，定尺系统发出定尺信号，夹紧缸电磁阀得电，夹紧钢坯，切割车与钢坯同步向前；延时2S后，预热乙炔电磁阀得电，开启预热乙炔；延时2S后，预热氧电磁阀得电，开启预热氧；延时4S后，切割氧电磁阀得电，切割炬电机正转，切割炬车开启，开始切割；到达割炬切割完毕限位后，接下来动作其一是：1、2、3辊道电机开始正转，30秒后，1、2辊道电机停止正转，再过4S后，3辊道电机停止转动。其二：切割氧电磁阀失电，关闭切割氧；延时2S，预热氧电磁阀失电，预热氧关闭；延时2S，预热乙炔电磁阀失电，预热乙炔关闭；延时4S后，夹紧缸电磁阀失电，松开钢坯；最后分两步进行：回程缸电磁阀得电，切割车返回，未到达小车原位限位，重复上一步，到达小车原位限位，回程缸电磁阀失电，切割小车停止；切割炬电动机反转，切割炬返回，未到达切割炬原位限位，重复上一步，到达割炬原位限位，切割炬电动机停转，切割炬停止，整个循环工作结束。 5.1.2 系统手动控制要求
按下启动按钮，启动指示灯亮，转换开关打到“手动”位，手动指示灯亮；按下夹紧缸电磁阀得电按钮，夹紧缸夹紧，钢坯与切割小车同步向前；按下预热乙炔电磁阀得电按钮，预热乙炔开启；按下预热氧电磁阀得电按钮，预热氧开启；按下切割氧电磁阀得电按钮，切割氧开启；按下切割炬电动机正转按钮，切割炬向前开启；切割完毕后，接下来操作其一是按下1、2、3启动按钮，1、2、3辊道电机开始正转，再按下1、2、3辊道停止按钮，各个辊道电机能够停止转动。其二：按下停切割炬按钮，切割炬停止；按下切割氧电磁阀失电按钮，切割氧关闭；按下预热氧电磁阀失电按钮，预热氧关闭；按下预热乙炔电磁阀失电按钮，预热乙炔关闭；按下夹紧缸电磁阀失电按钮，夹紧缸松开；按下返回切割炬按钮，切割炬返回，到起始位后，按下停切割炬按钮；按下回程缸电磁阀得电按钮，使切割车返回；按下回程缸电磁阀失电按钮，使切割车停止。
5.2 所用指令介绍