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系统硬件选型与软件设计

1. PLC选择

1.1 S7-1200 PLC

1.1.1 产品特点

• S7-1200是SIMATIC系列中的一个紧凑型、模块化PLC，适用于小型自动化应用。
• 支持逻辑控制、人机界面(HMI)及网络通信等任务。
• 设计简单、易于实施，支持小型运动控制系统和过程控制系统。

1.1.2 模块扩展性

• CPU模块可进行扩展，以满足系统需求。
• 信号板和信号模块可扩展板载式I/O。
• 支持多达3个串行通信模块和8个信号模块的连接。

1.2 CPU型号选择

1.2.1 CPU 1214C

• 具备100 KB的工作存储器；120/240 VAC电源。
• 板载14路24 VDC数字输入和10路继电器数字输出。
• 内置6个高速计数器和4路脉冲输出。
• 支持信号板扩展板载式I/O，最多可连接3个串行通信模块和8个信号模块。
• 0.04ms每1000条指令的处理速度及PROFINET接口支持编程、HMI和PLC间的通信。

2. 主电路

2.1 电路组成

2.1.1 电源配置

• 380V的交流电接L1、L2、L3、N，为控制系统提供380V交流工作电源。
• QS、QF是电源断路器，通断设备电源。

2.1.2 电机驱动

• M1是油泵驱动电机，驱动油泵提供液压动力。
• QF1是油泵电机断路器，通断油泵电机电源。
• KM1是油泵电机驱动接触器，FR1是油泵电机热过载保护继电器。

3. 控制电路图

3.1 电路组成

3.1.1 控制电源

• 220V交流电，经过L1，N为控制电路提供220V控制电源。
• QF2是控制电路熔断器，起短路过流保护作用。

3.1.2 直流开关电源

• G1是直流开关电源，将220V交流电，转化成24V直流电。
• 为PLC输入和输出，给模拟量输入模块提供直流电源，给传感器加变送器提供直流电源。

4. PLC的输入和输出分配

4.1 数字量输入分配

4.1.1 输入分配表

• 包括安全门开关、手动按键、自动按键、起动按键、停止按键等。
• 详细地址分配，便于编程和阅读。

4.1.2 输入接线图

• 24V直流电连接至PLC数字量输入端，为PLC输入提供24V直流电源。

4.2 数字量输出分配

4.2.1 输出分配表

• 包括左开模电磁阀、左合模电磁阀、左上移模电磁阀等。
• 详细地址分配，便于编程和阅读。

4.2.2 输出接线图

• 220V交流电接PLC数字输出的公共端，为PLC输出提供220V交流电。

5. PLC输入和输出接线图

5.1 接线图组成

5.1.1 PLC输入接线

• 24V直流电连接至PLC数字量输入端，为PLC输入提供24V直流电源。

5.1.2 PLC输出接线

• 220V交流电接PLC数字输出的公共端，为PLC输出提供220V交流电。

5.1.3 扩展模块接线

• 24V直流电接PLC数字量输入和输出扩展模块输入的公共端，为扩展模块的输入提供24V直流电源。
• 220V交流电接PLC数字量输入和输出扩展模块输出的公共端，为扩展模块输出提供220V交流电。

6. 器件选型

6.1 电机选择

6.1.1 ABB低压电机

• 油泵电机和挤出电机选择ABB低压电机，380V，0.75kW。
• 转速1438rpm，功率因数0.75，电流1.91A，转矩4.97Nm。

6.1.2 电机型号

• 选择电机型号为M2BAX 80 MB，共2个。

6.2 电流计算

6.2.1 总功率计算

• 总功率为1.5kW+0.5kW=1.55kW。
• 根据三相有功功率公式计算总电流。

6.2.2 电机电流计算

• 油泵电机和加热器电机电流计算。

6.3 二极管选择

6.3.1 浪涌保护原理

• 二极管的浪涌保护原理主要通过其单向导电性实现。
• 在正向电压下导通，反向电压下截止。

6.3.2 S1m二极管

• 通过施加正向偏置，利用半导体中PN接合的整流性质实现单向特性。

6.4 热电偶选择

6.4.1 热电偶工作原理

• 热电偶是直接接触测量对象的传感器，由两种金属材质组成。
• 测量时被测端的实际温度高于自由端的温度，两端的温度出现温度差，形成电势差。

6.4.2 热电偶型号

• 本次设计选用 WRN-130 型热电偶。

6.5 触摸屏选择

6.5.1 Siemens KTP1200 Basic

• 提供良好的性能和功能，同时保持较低的成本。
• 配备12.1英寸的显示屏，支持多种通信协议和接口。
• 支持使用Siemens的WinCC (TIA Portal)进行配置和编程。

6.6 变频器选择

6.6.1 MM440变频器

• 支持V/f控制、矢量控制等多种模式，满足不同电机控制需求。
• 安装和调试过程简便，用户界面友好。
• 支持PROFIBUS、Modbus等多种通信协议，易于与其他自动化设备集成。

6.7 温度控制器选择

6.7.1 REXC400温度控制器

• 使用模糊 PID 控制，具有热电偶、热电阻、模拟量等多种输入信号直接输入。
• 温度控制范围为 0 摄氏度~3000℃，符合对料筒温度的控制范围。
• 接线端见图3-4，包括电源、加热器、报警器等。

7. 软件设计

7.1 PLC内部使用地址

7.1.1 地址定义

• 定义了部分PLC内部使用地址，如停止、自动、手动、左工位功能等。

7.1.2 地址分配

• 详细地址分配，便于编程和阅读。

7.2 编程与控制

7.2.1 程序结构

• PLC程序结构包括输入处理、逻辑控制、输出控制等。

7.2.2 控制策略

• 根据输入信号进行逻辑控制，实现对设备的控制。

7.2.3 程序调试

• 对程序进行调试，确保其正确性和稳定性。 """