基于PLC的選煤廠生產(chǎn)設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

1、第 1章 緒論隨著我國產(chǎn)品行業(yè)規(guī)模的不斷發(fā)展，產(chǎn)品呈現(xiàn)出種類數(shù)目不斷增多、豐富的局面。尤其是產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量的不斷提高，對產(chǎn)品的傳送技術(shù)提出了更高的要求，特別是對產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)提出了更新更高的要求。在當(dāng)前各種多功能選煤廠生產(chǎn)線控制設(shè)備逐漸進入各企業(yè)的情況下，我們有必要對國產(chǎn)選煤廠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展作進一步探討。在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要對產(chǎn)品進行計數(shù)、傳送。如果用人工完成不但麻煩，而且效率低，勞動強度大。隨著微型計算機控制的普及，特別是PLC的應(yīng)用，給該類系統(tǒng)的設(shè)計帶來了極大的便利，在本次設(shè)計中，將主要介紹單片機控制傳送系統(tǒng)的設(shè)計方法。1.1 選煤廠生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的發(fā)展概述1.

2、1.1 我國傳送機的發(fā)展我國早期的產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線輸送工序主要是采用手工傳送，后來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸采用機械化裝箱。我國最早使用的選煤廠生產(chǎn)線輸送機主要是從國外進口的，20 世紀(jì)70 年代中期，天津力生制藥廠就曾經(jīng)進口過意大利生產(chǎn)的全選煤廠生產(chǎn)線輸送機，但由于當(dāng)時我國傳送材料的質(zhì)量及產(chǎn)品制作工藝等都達不到機器傳送的要求，使得選煤廠生產(chǎn)線輸送機一直無法正常使用。所以，全選煤廠生產(chǎn)線輸送機在我國的應(yīng)用一直無法得到廣泛的推進，以致我國產(chǎn)品生產(chǎn)在很長的一段時間內(nèi)不得不放棄選煤廠生產(chǎn)線輸送機而采用手工操作，使生產(chǎn)效率極端低下。20 世紀(jì)80 年代后，相關(guān)技術(shù)水平獲得了飛速發(fā)展，傳送材料的質(zhì)量及

3、箱子制作工藝等方面的技術(shù)有了明顯的進步，全選煤廠生產(chǎn)線輸送機開始得到了應(yīng)用與推廣。也正是此時，產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線輸送機改變了國外產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面，國產(chǎn)產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線輸送機開始面市并獲得了廣泛的應(yīng)用。20 世紀(jì)90 年代末期，一些生產(chǎn)量大的生產(chǎn)企業(yè)相繼開始采用國產(chǎn)的全選煤廠生產(chǎn)線輸送機來代替手工傳送，同時國內(nèi)一些相關(guān)的企業(yè)也在研制與生產(chǎn)功能更加全面的全自動產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線輸送機。1.1.2 國產(chǎn)選煤廠生產(chǎn)線輸送機所面臨的問題目前，影響我國傳送產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題是,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局不盡合理，中低檔產(chǎn)品和設(shè)備占較大比重；政府和企業(yè)研發(fā)資金投入不足，產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平不高，性能要求高的選煤廠生產(chǎn)線輸送設(shè)

4、備和原輔料主要依賴進口；企業(yè)規(guī)模小，效益差，產(chǎn)業(yè)集中度低，競爭實力不強；法規(guī)不健全，標(biāo)準(zhǔn)水平滯后。這種狀況，難以適應(yīng)現(xiàn)代自動傳送工業(yè)向高技術(shù)、國際化、規(guī)?；?、環(huán)保化發(fā)展的需要，無法滿足我國經(jīng)濟持續(xù)、健康、穩(wěn)定、快速發(fā)展對傳送工業(yè)的需要，不能適應(yīng)我國產(chǎn)品參與國際大循環(huán)的需要。所以我國的選煤廠生產(chǎn)線輸送機應(yīng)在質(zhì)量方面、適應(yīng)性方面、可靠性方面以及工作效率方面來縮小我們與國外的差距，實現(xiàn)傳送自動化。整體的自動化傳送方案的解決，對自動化是一種全新的飛躍，隨著這種趨勢的發(fā)展，各行業(yè)都會加入其中，發(fā)揮它強大的功能。1.2 總體方案說明圖1-1 選煤廠生產(chǎn)線輸送控制原理圖如圖1-1所示，系統(tǒng)有兩個選煤廠生產(chǎn)線

5、，即傳送選煤廠生產(chǎn)線1和產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線2。傳送箱選煤廠生產(chǎn)線1用來傳送產(chǎn)品傳送箱，其功能是把已經(jīng)裝滿的箱子運走，并且用一只空箱子來代替。為使空箱恰好對準(zhǔn)產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線的末端，使傳來的產(chǎn)品剛好落入箱中，在傳送箱選煤廠生產(chǎn)線1的中間安裝一個光電傳感器1，用于檢測傳送箱是否到位。產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線2將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間傳送到傳送箱。當(dāng)某一產(chǎn)品被送帶選煤廠生產(chǎn)線的末端，會自動落入箱內(nèi)，并有檢測器2轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖。1.3 國產(chǎn)選煤廠生產(chǎn)線輸送發(fā)展中所面臨的問題1.3.1 從產(chǎn)品質(zhì)量、性能及應(yīng)用方面看國產(chǎn)選煤廠生產(chǎn)線輸送的差距（1）在質(zhì)量方面，由于自動選煤廠生產(chǎn)線輸送是機械中較為復(fù)雜的機械，它包羅了機、電、

6、氣、光和其它技術(shù)于一體，而目前國內(nèi)選煤廠生產(chǎn)線輸送制造廠無論是產(chǎn)品的最初設(shè)計水平，還是后來的加工與裝配水平，都與國外同行有著十幾年的差距，無法生產(chǎn)出真正有競爭力的產(chǎn)品。（2）在適應(yīng)性方面，國產(chǎn)自動選煤廠生產(chǎn)線輸送的功能比較單一，適應(yīng)面也比較窄，對待裝的形狀與體積等均有較嚴(yán)格的規(guī)定，一般只適用于一二種，而國內(nèi)同一生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的規(guī)格各不相同，產(chǎn)量也不同，這就給相關(guān)工作帶來一定的困難。而國外選煤廠生產(chǎn)線輸送生產(chǎn)廠商特別注重這方面的問題，他們所生產(chǎn)的設(shè)備功能更加靈活多變，適用范圍也更廣。（3）在運行可靠性方面，進口自動選煤廠生產(chǎn)線輸送也要高出國產(chǎn)一截，部分國產(chǎn)選煤廠生產(chǎn)線輸送的故障率較高。因此，許多

7、生產(chǎn)企業(yè)不得不購買多臺國產(chǎn)自動選煤廠生產(chǎn)線輸送，以防因維修機器而影響正常生產(chǎn)。（4）在工作效率方面，由于國產(chǎn)選煤廠生產(chǎn)線輸送的運行速度大多在中低檔水平，且自動化程度一般，其生產(chǎn)效率自然不如以生產(chǎn)高檔產(chǎn)品著稱的國外同類產(chǎn)品，這樣就等于無形中增加了企業(yè)的成本，降低了企業(yè)的利潤，造成了極大的浪費。總之，目前國產(chǎn)自動選煤廠生產(chǎn)線輸送還存在著適應(yīng)傳送物種類單一、紙盒尺寸的變化范圍小、生產(chǎn)速度普遍停留在中低速水平等不完善之處。1.3.2 從整個行業(yè)看國產(chǎn)選煤廠生產(chǎn)線輸送所存在的問題（1）選煤廠生產(chǎn)線輸送的研制是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要有雄厚的技術(shù)力量、精密的生產(chǎn)工藝等多方面的要求，而目前我國在這方面的投入

8、甚少，行業(yè)中的產(chǎn)品生產(chǎn)與基礎(chǔ)研究經(jīng)費的投入比例嚴(yán)重失調(diào)，生產(chǎn)廠家只顧眼前利益，不愿投入資金進行基礎(chǔ)研究。可以說，選煤廠生產(chǎn)線輸送的研發(fā)力量薄弱與經(jīng)費嚴(yán)重不足造成其技術(shù)含量低下，無法與國外同類產(chǎn)品競爭，且只能靠低價維持其市場競爭力，無法長期占領(lǐng)市場的現(xiàn)狀。（2）在行業(yè)中，選煤廠生產(chǎn)線輸送低水平重復(fù)太多，應(yīng)變能力不強，國內(nèi)的大部分生產(chǎn)廠商規(guī)模都很小，且大多生產(chǎn)同種類型的設(shè)備，在市場上進行低價惡性競爭，而一旦遇上市場要求變動，又無法及時轉(zhuǎn)型，從而極易被市場所淘汰。第2章 PLC原理介紹及設(shè)備總體結(jié)構(gòu)介紹2.1 PLC發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏

9、輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。 個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為304

10、0%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。 PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。2.2 PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀自20 世紀(jì)60 年代中期以來PLC 產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用, 尤其近20 年來計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格, 使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過程控制軟件都獲得了長足進步, 也使PLC 的

11、廣泛應(yīng)用成為可能。下面通過兩組數(shù)據(jù)(引自工控網(wǎng)) 說明PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀。PLC 在冶金行業(yè)的市場將持續(xù)增加2003 年中國的工業(yè)出現(xiàn)了快速增長, 工業(yè)產(chǎn)值同比增長在12% 以上, 而且中國的最大鋼鐵出口對象美國在2003 年下半年取消了鋼鐵附加稅, 中國鋼材對其出口也將迅速回升。這些有利因素刺激了中國冶金行業(yè)的投資。據(jù)調(diào)查, 中國冶金行業(yè)對設(shè)備的投資同比增長接近50%。冶金設(shè)備的大量增長帶動了PLC 在該行業(yè)的增長, 2003 年P(guān)LC 在冶金行業(yè)的市場達到216 億元, 2004 年有望達到3 億元。PLC 在紡織行業(yè)的應(yīng)用分析。在中國, PLC 在紡織機械上的運用已經(jīng)有17 年的歷史了,

12、 從最早的進口合成纖維生產(chǎn)設(shè)備到目前的中小型紡機, PLC 無處不在。占各類紡織機械60% 以上的織機平均每臺帶有一個小型的PLC, 主要用于檢測、報警、速度控制和機器啟?？刂啤＜彊C的比例在紡織機械中不到5% , 卻用到更多的PLC, 單臺紡紗機最多用到17 臺PLC, 主要是60 個IO 點以下的微型產(chǎn)品。梳棉機也用微小型PLC 控制。其它各類紡織機械基本上都采用PLC 控制, 只有一些相對簡單的設(shè)備采用單片機或者其它控制方式。紡織機械的輔助設(shè)備也主要由PLC 控制, 如循環(huán)水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、蒸氣系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、傳送線等。實際上PLC 在中國的應(yīng)用已分布到各行各業(yè), 根據(jù)工控網(wǎng)的調(diào)查,

13、2003 年中國控制類產(chǎn)品市場PLC的占有率已超過50% , 而且保持著10% 15% 的發(fā)展速度。2.3 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景現(xiàn)在, 雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的 DCS 和 FCS 控制系統(tǒng), PLC 控制也終將會被先進的 FCS 控制所取代,但是目前以及今后相當(dāng)長的一段時間, PLC 還會與 DCS 和 FCS 共存,這主要基于以下原因:(1) 現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展,但這并不意味著要將現(xiàn)有控制系統(tǒng)推倒重來。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的 PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)成型,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系統(tǒng),需要更大的資金投入,將造成很大的

14、浪費。(2) 基于以上市場需求,許多軟件廠商(例如: 華富惠通軟件公司) 正在考慮如何利用企業(yè)已經(jīng)成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級網(wǎng)絡(luò),開發(fā)控制系統(tǒng)軟件,幫助企業(yè)實現(xiàn)工廠自動化、信息化,為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。(3) 目前, PLC 的功能增強、結(jié)構(gòu)優(yōu)化, IO 模塊趨向分散化、智能化,編程工具和編程語言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級化。(4) PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強, 向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。(5) 現(xiàn)在的 PLC 系統(tǒng)與 DCS 技術(shù)、現(xiàn)場總線IO技術(shù)相結(jié)合,結(jié)構(gòu)開放、擴展方便、技術(shù)先進、價格低廉。由以上分析可以預(yù)見,未來 PLC 將朝著多功能化、集成化、智能化

15、、標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方向發(fā)展,故 PLC 雖然面臨其它自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn),但同時也在吸收它們的優(yōu)點, 互相融合,不斷創(chuàng)新,在今后一段時間內(nèi)將與其它先進控制方式并存,共同發(fā)展。2.4 可編程序控制器PLC的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。（1） 按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。1.整體式 PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O

16、點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。2.模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系

17、統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。（2） 按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。1.低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。2.中檔PLC 除具有低

18、檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。3.高檔PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。（3） 按I/O點數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 1.小型PLCI/O點數(shù)小于256點；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲器容量4K字以

19、下。2. 中型PLCI/O點數(shù)2562048點；雙CPU，用戶存儲器容量28K。 3.大型PLCI/O點數(shù) 2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量816K .2.5 CPU的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。2.5.1 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃

20、描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制

21、。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。2.5.2 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，

22、有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。2.5.3 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110

23、VAC），直流電源（常用的為24VDC）。底板或機架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。2.5.4 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越

24、廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。2.5.5 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。2.6 PLC的選型方法在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制

25、方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準(zhǔn)的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的

26、控制系統(tǒng)。2.6.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。2.6.2 存儲器容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的

27、公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。2.7 機型的選擇2.7.1 PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型

28、控制系統(tǒng)。2.7.2 輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。2.7.3 電源的選擇PLC的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進P

29、LC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離2.7.4 存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器第3章 選煤廠生產(chǎn)線控

30、制系統(tǒng)設(shè)計以及PLC的選取可編程控制器（Programmable Logical Controller）是20世紀(jì)70年代以來以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，由于它具有功能強，可靠性高，配置靈活，使用方便以及體積小，重量輕等優(yōu)點，使其在自動化控制的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來由于微電子技術(shù)的發(fā)展和進步，使具有完全功能的超大規(guī)模集成電路的價格日趨便宜，同樣也促進可編程控制器成本大大降低，對于采用可編程控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器接觸器電氣控制的系統(tǒng)來改造傳統(tǒng)機床，無論從經(jīng)濟上，還是可靠性，維修性，工作壽命上來說，都是十分經(jīng)濟和劃算的，也是

31、可行的優(yōu)選方案。鑒于以上原因，本文設(shè)計了一個基于PLC的自動傳送機。3.1 PLC的選取及介紹由于本文設(shè)計采用的機型是西門子生產(chǎn)的S7-200系列PLC，下面對它進行簡單介紹。德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-30

32、0）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。3.1.1 SIMATIC S7-200 PLCS7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用3.1.2 SIMATIC S7-300 PLCS7-300是模塊化小型PLC系統(tǒng)，能滿足中等性能要求的應(yīng)用。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合構(gòu)成不同要求的系統(tǒng)。與S7-200 PLC比較，S7-300 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，具備高速（0.60.1s）的指令運

33、算速度；用浮點數(shù)運算比較有效地實現(xiàn)了更為復(fù)雜的算術(shù)運算；一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具方便用戶給所有模塊進行參數(shù)賦值；方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC人機界面（HMI）從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送；CPU的智能化的診斷系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能是否正常、記錄錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如：超時，模塊更換，等等）；多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密，防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改；S7-300 PLC設(shè)有操作方式選擇開關(guān)，操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣可以拔出

34、，當(dāng)鑰匙拔出時，就不能改變操作方式，這樣就可防止非法刪除或改寫用戶程序。具備強大的通信功能，S7-300 PLC可通過編程軟件Step 7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，這使得組態(tài)非常容易、簡單。S7-300 PLC具有多種不同的通信接口，并通過多種通信處理器來連接AS-I總線接口和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)；串行通信處理器用來連接點到點的通信系統(tǒng)；多點接口（MPI）集成在CPU中，用于同時連接編程器、PC機、人機界面系統(tǒng)及其他SIMATIC S7/M7/C7等自動化控制系統(tǒng)。3.1.3 SIMATIC S7-400 PLCS7-400 PLC是用于中、高檔性能范圍的可編程序控制器。S7-400 PLC采

35、用模塊化無風(fēng)扇的設(shè)計，可靠耐用，同時可以選用多種級別（功能逐步升級）的CPU，并配有多種通用功能的模板，這使用戶能根據(jù)需要組合成不同的專用系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)規(guī)模擴大或升級時，只要適當(dāng)?shù)卦黾右恍┠０澹隳苁瓜到y(tǒng)升級和充分滿足需要。3.1.4 工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)絡(luò)是自動化系統(tǒng)的支柱，西門子的全集成自動化網(wǎng)絡(luò)平臺提供了從控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊，“SIMATIC NET”是全部網(wǎng)絡(luò)系列產(chǎn)品的總稱，他們能在工廠的不同部門，在不同的自動化站以及通過不同的級交換數(shù)據(jù)，有標(biāo)準(zhǔn)的接口并且相互之間完全兼容。3.1.5 人機界面（HMI）硬件HMI硬件配合PLC使用，為用戶提供數(shù)據(jù)、圖形和事件顯示，主要有文本

36、操作面板TD200（可顯示中文），OP3，OP7，OP17等；圖形/文本操作面板OP27，OP37等，觸摸屏操作面板TP7，TP27/37，TP170A/B等；SIMATIC面板型PC670等。個人計算機（PC）也可以作為HMI硬件使用。HMI硬件需要經(jīng)過軟件（如ProTool）組態(tài)才能配合PLC使用。3.1.6 SIMATIC S7工業(yè)軟件西門子的工業(yè)軟件分為三個不同的種類：（1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護等控制所需的工具。STEP 7標(biāo)準(zhǔn)軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于P

37、C控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護的項目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。（2）基于PC的控制軟件 基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（PLC）運行用戶的程序，運行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機或其它任何商用機。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計算機上作為視窗任務(wù)運行。另一種是插槽PLC（在用戶計算機上安裝一個PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如

38、STEP 7），編制的程序既可運行在WinAC上，也可運行在S7系列處理器上。（3）人機界面軟件 人機界面軟件為用戶自動化項目提供人機界面（HMI）或SCADA系統(tǒng)，支持大范圍的平臺。人機界面軟件有兩種，一種是應(yīng)用于機器級的ProTool，另一種是應(yīng)用于監(jiān)控級的WinCC。ProTool適用于大部分HMI硬件的組態(tài)，從操作員面板到標(biāo)準(zhǔn)PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成組態(tài)。ProTool/lite用于文本顯示的組態(tài)，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)PC和所有西門子HMI產(chǎn)品，ProTool/Pro不只是組態(tài)軟件，其運行版也用于

39、Windows平臺的監(jiān)控系統(tǒng)。WinCC是一個真正開放的，面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）軟件，可在任何標(biāo)準(zhǔn)PC上運行。WinCC操作簡單，系統(tǒng)可靠性高，與STEP 7功能集成，可直接進入PLC的硬件故障系統(tǒng)，節(jié)省項目開發(fā)時間。它的設(shè)計適合于廣泛的應(yīng)用，可以連接到已存在的自動化環(huán)境中，有大量的通信接口和全面的過程信息和數(shù)據(jù)處理能力，其最新的WinCC5.0支持在辦公室通過IE瀏覽器動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)過程。3.2 S7-200系列PLC的硬件配置S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構(gòu)

40、成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。3.2.1 基本單元S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點數(shù)的分配見表3-1：表3-1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元型 號輸入點輸出點可帶擴展模塊數(shù)S7-200CPU22164S7-200CPU222862個擴展模塊78路數(shù)字量I/O點或10路模擬量I/O點S7-200CPU22414107個擴展模塊168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU22624162個擴展模塊248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點S7-200CPU226XM24162

41、個擴展模塊248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點3.2.2 擴展單元S7-200系列PLC主要有6種擴展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴展I/O點數(shù)，S7-200系列PLC擴展單元型號及輸入輸出點數(shù)的分配如表3-2所示。表3-2 S7-200系列PLC擴展單元型號及輸入輸出點數(shù)類 型型 號輸入點輸出點數(shù)字量擴展模塊EM2218無EM222無8EM2234/8/164/8/16模擬量擴展模塊EM2313無EM232無2EM235313.2.3 編程器PLC在正式運行時，不需要編程器。編程器主要用來進行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程

42、中，進行監(jiān)控和故障檢測。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的，簡單實用，價格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計算機進行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。3.2.4 程序存儲卡為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM

43、卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。3.2.5 寫入器寫入器的功能是實現(xiàn)PLC和EEPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或?qū)LC中程序存儲卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。3.2.6 文本顯示器文本顯示器TD200不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并

44、可以隨時修改。TD200面板上的8個可編程序的功能鍵，每個都分配了一個存儲器位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時，可以進行參數(shù)設(shè)置和診斷。3.3 總體方案確定根據(jù)“選煤廠生產(chǎn)線輸送”這一目的要求，做如下設(shè)計安排：第一，設(shè)計一個自動傳送產(chǎn)品的選煤廠生產(chǎn)線，使從生產(chǎn)線過來的產(chǎn)品能自動進入預(yù)定位置；第二，設(shè)計一個自動傳送箱子的選煤廠生產(chǎn)線，使空箱子能夠自動進入，并達到指定位置。裝滿產(chǎn)品后能自動退出。按照前兩項設(shè)計其原理圖如圖1-1所示：圖1-1 選煤廠生產(chǎn)線輸送控制原理圖如圖1-1所示，系統(tǒng)有兩個選煤廠生產(chǎn)線，即傳送選煤廠生產(chǎn)線1和產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線2。傳送箱選煤廠生產(chǎn)線1用來傳送產(chǎn)品傳送箱，其功能是把已

45、經(jīng)裝滿的箱子運走，并且用一只空箱子來代替。為使空箱恰好對準(zhǔn)產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線的末端，使傳來的產(chǎn)品剛好落入箱中，在傳送箱選煤廠生產(chǎn)線1的中間安裝一個光電傳感器1，用于檢測傳送箱是否到位。產(chǎn)品選煤廠生產(chǎn)線2將產(chǎn)品從生產(chǎn)車間傳送到傳送箱。當(dāng)某一產(chǎn)品被送帶選煤廠生產(chǎn)線的末端，會自動落入箱內(nèi)，并有檢測器2轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖。根據(jù)以上傳送過程描述，系統(tǒng)共需要3個輸入點，10個輸出點，分別為光電傳感器輸入，計數(shù)器復(fù)位端口，急停開關(guān)輸入，8421數(shù)碼管輸出，M1，M2轉(zhuǎn)動，停止輸出.輸入設(shè)備輸入點編號輸出設(shè)備輸出點編號光電傳感器1（計數(shù)）I0.0M1轉(zhuǎn)動Q0.0計數(shù)器復(fù)位I0.1M1停止Q0.1急停開關(guān)I0.2M2

46、轉(zhuǎn)動/停止Q0.2光電傳感器2IO.48421數(shù)碼管顯示啟動開關(guān)IO.53.4 傳感器選擇與設(shè)計3.4.1 光電開關(guān)的原理光電開關(guān)是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達到探測的目的。光電開關(guān)具有如下特點:輸出回路和輸人回路是電隔離的(即電絕緣)，體積小、精度高、檢測距離遠，防水、防腐蝕、防震動，抗光、電、磁等干擾。所以它可以在冶金、紡織、煙草、造紙、化工、電力、保安等各種行業(yè)得到應(yīng)用。光電 開 關(guān) (光電傳感器)利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關(guān)將輸人電流在發(fā)射器

47、上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標(biāo)物體進行探測。工作原理如圖3-2， 圖3-2 光電傳感器工作原理光電開關(guān)在一般情況下由三部分構(gòu)成，它們分為發(fā)送器接收器和檢測電路.光電開關(guān)的重要功能是能夠處理光的強度變化:利用光學(xué)元件，在傳播媒介中間使光束發(fā)生變化;利用光束來反射物體;使光束發(fā)射經(jīng)過長距離后瞬間返回。發(fā)射器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管(LED)和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調(diào)制的光束輻射強度在發(fā)射中經(jīng)過多次選擇，朝著目標(biāo)不間斷地運行。接收器由光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光欄等。在其后面

48、的是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。光電開關(guān)的種類也很多，根據(jù)光電開關(guān)在檢測物體時發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的同，可分為漫反射式、鏡反射式、對射式等。3.4.2 光電開關(guān)應(yīng)用設(shè)計這里要采用對射式光電開關(guān)，由一個發(fā)光器和一個收光器組成。若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。它的檢測距離可達幾米至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號。實際應(yīng)用如圖3-3， 圖3-3 材料塊計數(shù)結(jié)構(gòu)圖首先將發(fā)射器和接收器面對面安裝好，注意它們必須保持在一個水平面而且

49、高度一致。發(fā)射端的光電開關(guān)有兩根線，只要供上12-240V直流或24-240V的交流電即可正常工作，正常工作的表現(xiàn)為光電開關(guān)上的紅色指示燈亮。接收端有五根線，其中兩根線的顏色和發(fā)射端的兩根線的顏色一樣為電源供電，另外三根線中有一根為公共端(檢測線上接+5V電源)，一根為常開端，一根為常閉端，視光電開關(guān)的型號而定用常開或常閉將5V的電源提供給計算機。電源工作正常的情況下，把發(fā)射端和接收端對在一條線上后，兩端的光電開關(guān)指示燈全亮，否則可能接收端的指示燈不會亮，正常檢測時兩個光電開關(guān)上的指示燈應(yīng)該全亮。把電源線和信號線接好后，進行調(diào)試。調(diào)節(jié)發(fā)射器和接收器的位置，使中心對正，如果指示燈亮或者用手遮掩能

50、聽到“嗒嗒”的響聲，表明已經(jīng)對正，固定其位置。西門子PLC有增計數(shù)和減計數(shù)兩種模式。這里我們對光電傳感器的輸出脈沖進行增計數(shù)，假設(shè)造粒數(shù)為N，當(dāng)對光電編碼器輸出脈沖數(shù)設(shè)定數(shù)值時，停止M1轉(zhuǎn)動，并啟動M2。梯形圖程序如圖3-4所示：圖3-4 計數(shù)梯形圖3.4.3 數(shù)碼顯示部分設(shè)計在PLC上有很多指示燈，可以觀察PLC的CPU單元，I/O單元，特殊單元及通信單元的工作情況。但PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)PLC本身無法顯示。為此，要用PLC的外設(shè)如簡易編程器，數(shù)據(jù)訪問器，高檔及低檔人機界面等，可以通過PLC的外設(shè)口與PKC相連，用以顯示與修改PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)。但是這些設(shè)施價格較貴，而且使用不方便。此外，還可以使

51、用輸出點驅(qū)動數(shù)碼管做數(shù)據(jù)顯示，而且數(shù)碼管還可以通過數(shù)據(jù)脈沖選通的方法顯示數(shù)據(jù)，以節(jié)省輸出點的使用。數(shù)碼管顯示分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示，為了接生I/O口，我們采用動態(tài)數(shù)碼顯示。接口如圖3-5從圖知，每個數(shù)碼管都有4個8421二進制碼輸入端，每個管的這4個端又分別相連。8421端與PLC的4個半導(dǎo)體的輸出點相接（繼電器觸點速度低，而且不適合經(jīng)常通斷，故不適于顯示數(shù)據(jù)）.圖中每個數(shù)碼管分別有一個選通信號輸入端，圖3-5數(shù)碼管顯示圖StrobeA,StrobeB等。硬件設(shè)計成當(dāng)選通信號有效時，8421端的當(dāng)時數(shù)據(jù)有效；當(dāng)選通信號無效時，8421端的原數(shù)據(jù)保持。有此硬件，用8個PLC的輸出點，4個用于接8

52、421端，4個用與接4個選通端，即可實現(xiàn)一個字的數(shù)據(jù)顯示?？刂铺菪螆D如圖3-6示。瓶子定位檢測傳感器仍然使用光電傳感器，把定位光電傳感器安裝在下造口正下方的偏右半個瓶底直徑的距離，這樣在瓶子擋住發(fā)射器發(fā)出的紅外線時，瓶口中心剛好在下造口正下方。當(dāng)擋住紅外線時，紅外線接收機輸出高電平，即PLC的I0.4口在輸入的上升沿就是M2停止，M1轉(zhuǎn)動的時候圖3-6 數(shù)碼管控制梯形圖第4章 電機控制系統(tǒng)的設(shè)計4.1 直流電機M1控制系統(tǒng)4.1.1 電機的選取直流電動機按勵磁方式不同可分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。下面一常用的他勵和并勵電動機為例介紹其機械特性、起動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速，他勵和并勵電動機只是連接方式

53、上的不同，兩者的特性是一樣的。圖4-1是他勵和并勵直流電動機的接線原理圖，圖4-1 并勵，他勵接線電路圖他勵電動機的勵磁繞組與電樞是分離的，分別由勵磁電源電壓Uf和電樞電源電壓U兩個直流供電；而在并勵電動機中兩者是并聯(lián)的，由同一電壓U供電。并勵電動機的勵磁繞組與電樞并聯(lián)，其電壓與電流間的關(guān)系為：U=E+RaIa 即：Ia= （Ra為 電樞電壓）If= I=Ia+IfIa當(dāng)電源電壓U和勵磁電路的電阻Rf（包括勵磁繞組的電阻和勵磁調(diào)節(jié)電阻）保持不變時，勵磁電流If以及由它所產(chǎn)生的磁通也保持不變，即=常數(shù)。則電動機的轉(zhuǎn)距也就和電樞電流成正比，T= KTIa= KIa這是并勵電動機的特點。當(dāng)電動機的電

54、磁轉(zhuǎn)距T必須與機械負載轉(zhuǎn)距T2及空載損耗轉(zhuǎn)距T0相平衡時，電動機將等速轉(zhuǎn)動；當(dāng)軸上的機械負載發(fā)生變化時，將引起電動機的轉(zhuǎn)速、電流及電磁轉(zhuǎn)距等發(fā)生變化。，稱為：n= = = n0并勵電動機在穩(wěn)定運行時，其電樞電流位：Ia ，因電樞電阻Ra很小，所以電動機在正常運行時，電源電壓U與反電動勢E近似相等.在起動時，n=，所以EkEn。這時電樞電流及起動電流為Iast= ，由于Ra很小，因此起動電流Iast可達額定電流IN的1020倍，這時不允許的。同時并勵電動機的轉(zhuǎn)距正比于電樞電流Ia，這么大的起動電流引起極大的起動轉(zhuǎn)距，會對生產(chǎn)機械的傳動機構(gòu)產(chǎn)生沖擊和破壞。限制起動電流的方法就是在起動時的電樞電路中

55、串接起動電阻Rst，見圖。這時起動電樞中的起動電流的初始值為：Iast=則起動電阻為：Rst= Ra一般：Iast=（1.52.5）IN起動時，可將起動電阻Rst放在最大值處，待起動后，隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升，再把它逐段切除。注意：直流電動機在起動或工作時，勵磁電路一定要保持接通，不能斷開（滿勵磁起動）。否則，由于磁路中只有很小的剩磁，就有可能發(fā)生以下：要改變電動機的轉(zhuǎn)動方向，就必須改變電磁轉(zhuǎn)距T的方向， 可通過改變磁通（勵磁電流）或電樞電流Ia的方向?qū)崿F(xiàn)。4.1.2 并勵電動機的調(diào)速電動機的調(diào)速就是在同一負載下獲得不同的轉(zhuǎn)速，以滿足不同的要求。由轉(zhuǎn)速公式：n= 可知常用的調(diào)速方式有調(diào)磁調(diào)速和調(diào)

56、壓調(diào)速兩種。4.1.3 改變磁通（調(diào)磁調(diào)速 ）當(dāng)保持電源電壓U為額定值不變時，調(diào)節(jié)勵磁電路的電阻，改變勵磁電流If而改變磁通。由式n= 可見，當(dāng)磁通減小時，n0升高了，轉(zhuǎn)速降也增大了；但與2成正比，所以磁通愈小，機械特性曲線也愈陡，但仍有一定的硬度。見圖4-2圖4-2 磁通調(diào)速曲線由于電動機一般是在額定狀態(tài)下運行的，它的磁路已接近于飽和，所以在一定負載下，通常是減小磁通調(diào)速（N），轉(zhuǎn)速上調(diào)（nnN）。調(diào)磁調(diào)速是恒功率調(diào)速，即轉(zhuǎn)速升高后，輸出轉(zhuǎn)距必須減小，否則電樞電流Ia會超過原來的額定電流，使電動機發(fā)熱燒壞。調(diào)磁調(diào)速的優(yōu)點：1. 調(diào)速平滑，可得到無級調(diào)速；2. 調(diào)速經(jīng)濟，控制方便；3. 機械特

57、性較硬，穩(wěn)定性較好。 對專門生產(chǎn)的調(diào)磁調(diào)速的電動機，其調(diào)速幅度可達到34倍4.1.4 改變電壓U（調(diào)壓調(diào)速 ）當(dāng)保持他勵直流電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，使轉(zhuǎn)速n降低。由式n= 可見，在一定負載下，U愈低，轉(zhuǎn)速n愈小，但機械特性的硬度不變，見圖4-3，圖4-3 電壓調(diào)速曲線一般電動機都處在額定狀態(tài)下運行，再進行調(diào)壓調(diào)速時，為保證電動機的絕緣，一般是將電動機的電壓下調(diào)UU N，而轉(zhuǎn)速也下調(diào)nnN。調(diào)壓調(diào)速是在額定電流下調(diào)速，是恒轉(zhuǎn)距調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點：1. 機械特性較硬，電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好。2. 調(diào)速幅度較大，其調(diào)速幅度可達到610倍。3. 可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，得到平滑的無級調(diào)速。這里采用電壓調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)對直流伺服電機