交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、華 東 交 通 大 學plc課程設(shè)計成績課 題：交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計 學 號： 20101310010319 姓 名： 學 院： 軌道交通學院 專 業(yè)： 車輛工程 班 級： 車輛工程2010級3班 指導教師： 設(shè)計日期： 2013年12月10日 任務書 （一）課題皮帶運輸機傳輸系統(tǒng)模擬控制（二）設(shè)計內(nèi)容1）設(shè)計皮帶運輸機傳輸系統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)的硬件電路（主電路硬件接線設(shè)計和plc外部連線圖）和軟件程序；2）plc程序編制與調(diào)試；3）皮帶運輸機傳輸系統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)plc控制系統(tǒng)的綜合調(diào)試，皮帶運輸機傳輸模型 如右圖所示；4） 撰寫課程設(shè)計報告；5)完成課程設(shè)計答辯。（三） 基本要求1、起動時m4

2、 m3 m2 m1 （分別間隔5s） 停止時m1 m2 m3 m4 （分別間隔5s） 2、當某條皮帶機發(fā)生故障時，該皮帶機及其前面的皮帶機立即停止，而其后的皮帶機則待料運完后才停止。例如：m2出故障，m2和m1立即停止，經(jīng)5s延時后，m3停，再經(jīng)過5s，m4停。 3. 設(shè)置故障調(diào)試模擬開關(guān)。 4. 設(shè)置急停按鈕sb3，按下急停按鈕sb3 所有電機立即停止。（四）課程設(shè)計報告寫作要求1）課程設(shè)計報告由封面，設(shè)計任務書，目錄，摘要，正文，參考文獻，附錄等部分組成。2）封面可自行設(shè)計，應包括課程設(shè)計名稱及設(shè)計題目，專業(yè)，班級，姓名，指導老師，設(shè)計日期等內(nèi)容。3）正文是設(shè)計報告的核心部分。應包括以下的

3、內(nèi)容：a.概述所作課題的意義，本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；b硬件電路設(shè)計及描述；c軟件設(shè)計流程圖及描述；d.源程序代碼（要有注釋）；e.體會及建議等。摘 要 plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則針對中小型皮帶運輸機的控制系統(tǒng)采用繼電器控制存在可靠性差、勞動力強度大、生產(chǎn)效率低的問題，開發(fā)一種基于plc的皮帶運輸機控

4、制裝置。本控制系統(tǒng)選用cpm2a系列plc作為控制器。在硬件電路設(shè)計中，完成plc選型及外部低壓電器的選用，設(shè)計了硬件接線圖，提出了接線要求，使之具有控制和保護作用。在軟件設(shè)計中，給出了程序流程圖，并設(shè)計出梯形圖程序。將硬件和軟件有機結(jié)合，使控制系統(tǒng)運行可靠，打到預期的設(shè)計目的。 關(guān)鍵詞：皮帶運輸機 plc 集中控制 目錄1 前言11.1設(shè)計的目的和意義11.2 皮帶運輸機的現(xiàn)狀11.3交流調(diào)速的發(fā)展概況21.4 方案的確定21.5主要任務32 皮帶運輸機的plc控制系統(tǒng)的組成42.1基本原理42.2概述42.2.1 三相異步電動機的選擇52.2.2 變頻器62.2.3 plc控制器92.2.

5、4 其余部件113 皮帶運輸機的plc控制系統(tǒng)軟件設(shè)計133.1 控制系統(tǒng)軟件的功能133.2 控制系統(tǒng)的主要指標133.3 plc程序設(shè)計133.3.1 plc編程器133.3.2 melsec-f/ fx系統(tǒng)編程軟件153.3.3 安裝fxgp-win-c編程軟件153.3.4 fxgp-win-c編程軟件的應用163.3.5設(shè)置編輯文件的路徑173.3.6編輯文件的正確進入及存取173.3.7文件程序編輯183.3.8 設(shè)置通訊口參數(shù)193.3.9 fxgp與plc之間的程序傳送203.3.10 程序的運行與調(diào)試213.3.11退出系統(tǒng)223.4 i/o地址分配如下表3-1224 結(jié)論3

6、25 致謝336參考文獻34附錄35梯形圖351 前言1.1設(shè)計的目的和意義 冶金、煤礦、化工、機械、鋼鐵、建材、食品等工業(yè)生產(chǎn)中，需要廣泛使用皮帶運輸機，它為企業(yè)的生產(chǎn)承擔了絕大多數(shù)散料運輸任務?？删幊炭刂破?plc)是以微處理器技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合計算機技術(shù)和自動化技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制器，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。由于plc采用的控制系統(tǒng)或設(shè)備具有可靠性高,控制易于實現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計靈括， 能在實驗室進行現(xiàn)場模擬調(diào)試，編程簡單，安裝方便，較好的抗干擾能力,被譽為當代工業(yè)生產(chǎn)自動化的支柱之一，正在得到越來越廣泛的應用。利用plc可以使皮帶運輸機的傳動系統(tǒng)逐漸實現(xiàn)了全自動控制狀態(tài)，并且使

7、皮帶運輸機具有完善的控制特性及簡易的操作、基本免維護的工作量，達到一種經(jīng)濟、安全、可靠且運行效率高的狀況, 其獨特的易于使用性、可靠性和靈活性越來越受到廣大工程技術(shù)人員的青睞。對于港口、廠區(qū)廣泛使用的皮帶運輸機，應用plc控制，可以使皮帶機生產(chǎn)線的控制更加靈活、可靠。通過plc進行控制提高了企業(yè)生產(chǎn)的效率，為工業(yè)生產(chǎn)的進行節(jié)省了大量的人力、物力、財力。1.2 皮帶運輸機的現(xiàn)狀電氣傳動技術(shù)以運動機械的驅(qū)動裝置-電動機為控制對象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論的指導下完成電氣傳動自動控制系統(tǒng)，控制電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，將電能轉(zhuǎn)換成機械能，實現(xiàn)工作機械的旋轉(zhuǎn)運動或

8、反復運動。因電機的種類的不同，我們可以將分為直流電動機傳動和交流電動機傳動。自19世紀80年代起至19世紀末，工業(yè)上傳動用的電動機一直被直流電機壟斷，到了19世紀末，出現(xiàn)了三相電源和結(jié)構(gòu)簡單且堅固耐用的交流鼠籠型電機以后，交流電機才在不調(diào)速的領(lǐng)域代替了直流電動機傳動裝置。對生產(chǎn)過程的監(jiān)視和控制，在初級階段是由人工進行的。工作人員憑自己的感官或借助于儀表等來監(jiān)視生產(chǎn)過程，用頭腦做出判斷決策，并視情況進行必要的控制。在高級階段，這種監(jiān)視、判斷決策和控制由機器承擔，按照人們的意志自動完成，這是閉環(huán)自動控制。1.3交流調(diào)速的發(fā)展概況交流變頻調(diào)速的優(yōu)越性早在20年代就已被人們所認識，但受到器件的限制，未

9、能推廣。50年代初，中小型感應電動機多采用晶閘管調(diào)壓調(diào)速;大中型繞線式感應電動機采用晶閘管靜止型電氣串級調(diào)速系統(tǒng)。70年代發(fā)展起來的變頻調(diào)速，比上述兩種調(diào)速方式效率更高，性能更好。交流調(diào)速系統(tǒng)大致經(jīng)歷過三個階段:（1）異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)； （2）串級調(diào)速系統(tǒng)；（3）變頻調(diào)速系統(tǒng)。 80年代中期隨著第三代電力半導體器件如:門極可關(guān)斷晶閘管gto、絕緣柵雙極晶體管igbt的相繼出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展。日、美、德、英等在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機傳動技術(shù)的基礎(chǔ)上，推出了一系列的變頻器，且不斷進行更新?lián)Q代.這些高精度、多功能、智能化的變頻器將調(diào)速效率提高到了前所未有

10、的水平。1.4 方案的確定隨著工業(yè)水平的發(fā)展，人們對皮帶運輸機自動控制程度要求越來越高，一般的自動控制方案有繼電器控制、單片機控制、plc控制等。但是用復雜的繼電器控制的，存在可靠性差、可塑性差、接線復雜、自動化程度低等一系列缺點，并且為了在日益激烈的競爭中提高市場競爭力，采用plc的改造勢在必行；有的也采用單片機作為控制單元，但是單片機開發(fā)周期較長，抗干擾性差，可靠性低、靈活性差，選用plc作為控制單元是較為合適的方案。本文提出了利用變頻器和plc控制單元的伺服系統(tǒng)構(gòu)成控制系統(tǒng)的見解與方法，給出了控制系統(tǒng)軟、硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。我認為本系統(tǒng)采用plc軟件控制它具有以下優(yōu)點：(1) 抗干擾能力

11、強、可靠性高；(2) 模塊化組合結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)構(gòu)成十分靈活；(3) 編程語言簡單易學，便于掌握能進行在線修改；(4) 柔性好體積小，維護方便。1.5主要任務皮帶運輸機的plc控制系統(tǒng)，主要分變頻器、plc、主令控制器、三相異步電動機等四部分構(gòu)成。在本文中，主要對其各個組成部分進行的介紹，并作出plc運行控制程序，使其符合該系統(tǒng)的控制要求。2 皮帶運輸機的plc控制系統(tǒng)的組成2.1基本原理采用礦用防爆本質(zhì)安全型交流變頻器進行啟動和調(diào)速控制，在皮帶機運行過程中，通過安裝在傳送帶上的轉(zhuǎn)速傳感器測定皮帶運輸機的轉(zhuǎn)速，再反饋到plc，經(jīng)過程序運行處理后，再提供指令通斷信號給變頻器，調(diào)節(jié)電機工作的電源電壓和

12、頻率。當出現(xiàn)擾動時，轉(zhuǎn)速傳感器將信號傳送到plc，再進行程序運行對其進行調(diào)節(jié)，從而達到穩(wěn)定運行。2.2概述從圖2.1可看出，當利用變頻器構(gòu)成自動控制系統(tǒng)進行控制時，采用的是和plc配合使用。變頻器利用內(nèi)部繼電器接點或具有繼電器接點開關(guān)特性的元器件(如晶體管)與plc連接。plc作為整個系統(tǒng)的“大腦”，負責接收外部信號(主令控制器、變頻器、轉(zhuǎn)速傳感器、限位等)，經(jīng)過程序運行處理后，再提供指令通斷信號(正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔數(shù)等)給變頻器和其它動作單元，由變頻器控制電機的轉(zhuǎn)向、速度(頻率)。整個系統(tǒng)接線見圖2.3。 圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.2.1 三相異步電動機的選擇為生產(chǎn)機械的電力拖動系統(tǒng)選用電動機，

13、主要內(nèi)容包括確定電動機的種類、電動機的型號、電動機的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率等。選擇電動機的基本原則如下：（1）電動機在工作過程中，其額定功率應得到充分利用。要求溫升接近但不超過規(guī)定的允許數(shù)值。（2）電動機應滿足生產(chǎn)機械需要的有關(guān)機械特性的要求。保證一定負載下的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，有一定的轉(zhuǎn)速范圍及具有良好的啟動和制動性能。（3）電動機的結(jié)構(gòu)型式應滿足設(shè)計提出的安裝要求和適應周圍的工作環(huán)境。例如防止灰塵進入電動機內(nèi)部，或者防止繞組絕緣受氣體腐蝕等。電力拖動系統(tǒng)應用電動機來拖動生產(chǎn)機械工作的，由于生產(chǎn)機械種類繁多，工藝要求不一，作為驅(qū)動電機的電動機分類也很多。按電流種類分，有直流電動機和交流電動機，交

14、流電動機又有異步電動機和同步電動機兩種。為了合理選用電動機的種類，應同時考慮兩個方面的問題：一是電動機的性能，例如機械特性、啟動性能和調(diào)速性能等；二是要知道生產(chǎn)工藝的特點，要使所選電動機的性能滿足生產(chǎn)機械的工藝要求，具體從以下幾個方面考慮：（1）電動機的機械特性；（2）電動機的啟動性能；（3）電動機的調(diào)速性能；（4）電動機的電源；（5）電動機的經(jīng)濟性；最后著重強調(diào)的是綜合的觀點：一方面是以上的內(nèi)容在選擇電動機時必須都考慮到都能得到滿足；另一方面能滿足以上條件的電動機可能不是一種類型，還應綜合其他情況，例如節(jié)能、貨源、技術(shù)情況等。綜上所述，經(jīng)過綜合考慮本系統(tǒng)采用ybss-220型電機，是隔爆型三

15、相異步電動機。表1 ybss-220隔爆型三相異步電動機主要技術(shù)數(shù)據(jù)：功 率kw額定電 壓v滿載轉(zhuǎn)速r/min滿載電 流a滿載效 率%功率因 數(shù)cos額定電 流額定轉(zhuǎn) 矩額定轉(zhuǎn) 矩絕緣等級22066011401480154.2267.293.50.886.02.32.2f、h2.2.2 變頻器1.構(gòu)成包括主控制電路、信號檢測電路、門極驅(qū)動電路、外部接口電路以及保護電路等幾個部分，是變頻器的核心部分?？刂齐娐返膬?yōu)劣決定了變頻器性能的優(yōu)劣?？刂齐娐返闹饕饔檬峭瓿蓪δ孀兤鏖_關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能。ac整流器逆變器控制電路dc控制電路運行指令ac圖2.2變頻器的結(jié)構(gòu)圖2.變頻

16、器容量的選用變頻器容量的選用由很多因素決定，例如電動機的容量、電動機的額定電流、電動機加速時間等，其中，最主要的是電動機的額定電流。驅(qū)動一臺電動機時。對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足下列三項計算公式，即滿足負載輸出（kva） 滿足電動機容量（kva） 滿足電動機電流（a） 式中 變頻器容量，單位為kva； 負載要求的電動機軸輸出功率，單位為kw； 電動機額定電壓，單位為v； 電動機額定電流，單位為a； 電動機效率（通常為0.85）； 電動機的功率因數(shù)（通常為0.75）； k電流波形補償系數(shù)。k是電流波形補償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而是含有高次諧波的成分，其中電流應有所增加

17、。對于pwm控制方式的變頻器，k約為1.051.1。本系統(tǒng)采用安川cimrg5a4011型變頻器。 安川cimrg5a4011型變頻器，控制和保護功能相當豐富，配有參數(shù)設(shè)置面板，可讀寫各種參數(shù)，顯示屏可監(jiān)視變頻器的運行狀況，并能實現(xiàn)pid控制、dwell控制、節(jié)能控制、轉(zhuǎn)矩限定、轉(zhuǎn)差補償控制、高速滑差制動、防止失速、瞬停電故障處理后平衡恢復、錯誤診斷等一系列功能。變頻器的控制模式有無pg vf控制、帶pg vf控制、無pg矢量控制1、帶pg矢量控制、無pg矢量控制2共5種控制模式。變頻器運行指令共有數(shù)字操作器、控制回路端子、memobus通信、選擇卡4種模式。此變頻器調(diào)速范圍寬，精度高，無級變

18、速，高效率，高可靠性，保護功能完善，故障率低，特別適用于起重機械的電機控制。g5系列的變頻器，運用16段的頻率指令和一個點動頻率指令，可以切換最多17段速的速度。根據(jù)皮帶運輸機的運行需要，在變頻器輸入端功能中，運用多段速指令13及點動頻率選擇四個功能，實現(xiàn)6段速(零位+ 四檔+點動)運行。端子多功能接點(指令)輸入和組合如表2所示。其外部端子見圖2.3（變頻器部分）。 注：虛線為未接端子圖2.3系統(tǒng)接線圖表2 端子多功能接點輸入2.2.3 plc控制器1.plc概述可編程程序控制器(programable controller )因為早期主要應用于開關(guān)量的控制，因此也稱為plc(program

19、able logic controller )即是可編程邏輯控制器?，F(xiàn)代的可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，高度集成的新型工業(yè)控制裝置，是計算機技術(shù)與工業(yè)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。plc自問世以來，經(jīng)過20年的發(fā)展，己經(jīng)成為最受歡迎的工業(yè)控制類產(chǎn)品。它之所以高速發(fā)展，除了工業(yè)自動化的客觀需求外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好的解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟等問題。2. 典型的plc控制功能有以下幾點:（1）順序控制；（2）過程控制；（3）數(shù)據(jù)處理；（4）通信聯(lián)網(wǎng)和顯示打印。3. plc的基本組成與各部分的作用plc的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小

20、異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。plc的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.4所示： 圖2.4 硬件結(jié)構(gòu)圖（1）.主機主機部分包括中央處理器（cpu）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。cpu是plc的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內(nèi)部判斷等。plc的內(nèi)部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另

21、一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。（2）輸入/輸出（i/o）接口i/o接口是plc與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關(guān)等）的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。i/o接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。i/o點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是plc的一項主要技術(shù)指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。（3）電源 圖中電源是指為cpu、存儲器、i/o接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入

22、設(shè)備提供直流電源。（4）編程器 編程器是plc的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)視plc的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將plc與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監(jiān)控。（5）輸入/輸出擴展單元i/o擴展接口用于連接擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（即主機）。（6）外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設(shè)備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。本系統(tǒng)采用三菱fx2n一128mr一001型plc。三菱fx2n一128mr一001型plc將一體式plc和模塊式plc的優(yōu)點巧妙而完美的結(jié)合在一起，不僅方便了

23、系統(tǒng)的擴展，而且與用戶的實際需求也更為貼近，豐富的指令集，較好的調(diào)試和故障診斷功能，便捷的通訊，嚴格的口令保護，靈活的中斷處理，高速計數(shù)等多項功能的組合，更使其無論在獨立運行中或是連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復雜控制功能，以滿足用戶的多種需求。外部端子接線見圖2.3(可編程控制器部分)2.2.4 其余部件1. a/d和d/a轉(zhuǎn)換部件a/d和d/a轉(zhuǎn)換原理：（1）模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字的基本原理:輸入信號是現(xiàn)場物理參數(shù)(如溫度、壓力和流量等)經(jīng)傳感器檢測變成電信號(弱信號)，再經(jīng)過放大、濾波之后成為連續(xù)變化的波形。根據(jù)事先確定的頻率對波形采樣。 將每次的采樣值(如模擬電壓值)送給a/d變換器，則對應每次采樣的電壓

24、值轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(h進制數(shù)字)。（2）將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬量的原理:首先將數(shù)字信號并行輸入給d/a轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出一個矩形波，經(jīng)過放大濾波之后即變成一個連續(xù)變化的模擬量輸出信號。2. 轉(zhuǎn)度傳感器它是一種將皮帶的運行速度檢測出來，變成電脈沖信號輸送給保護裝置，使裝置能夠根據(jù)速度大小來確定運行狀態(tài)，可同時解決膠帶低速運轉(zhuǎn)、打滑和斷帶等問題的智能傳感器。將兩個磁缸分別裝在皮帶運輸機滾筒和皮帶托輥上，利用兩個霍爾傳感器將滾筒和托輥的轉(zhuǎn)速分別傳送給plc系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)判斷，輸出、打滑、低速運行、斷帶等數(shù)字信號，經(jīng)控制器進一步處理，達到保護設(shè)備的目的。3.急停開關(guān)它是通過拉線來使設(shè)備立即停止的一種保

25、護裝置。急停開關(guān)為雙向拉線式。當皮帶機正常工作時，急停開關(guān)處于正常位置；當出現(xiàn)事故，任意拉動拉線上的拉環(huán)，使裝在兩端的微動開關(guān)動作，發(fā)出動作信號并切斷控制回路，保護系統(tǒng)安全。3 皮帶運輸機的plc控制系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 控制系統(tǒng)軟件的功能控制系統(tǒng)軟件的功能和任務如下：（1）實現(xiàn)對電機的軟啟動；（2）能自動或者手動的對電機進行調(diào)速，控制系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)速度，平滑的無級調(diào)速特性；（3）能自動檢測到系統(tǒng)是否過載，并自動停止；（4）實現(xiàn)快速的起制動及正反轉(zhuǎn)運行；（5）并要求在不同轉(zhuǎn)速下工作時，速度穩(wěn)定；系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行時，能克服負載的擾動、電源電壓波動等因素對系統(tǒng)的影響

26、。3.2 控制系統(tǒng)的主要指標控制系統(tǒng)的主要指標如下：（1）初始狀態(tài)：初始階段，電機定義為正轉(zhuǎn)，并設(shè)定電機的轉(zhuǎn)速設(shè)定為一檔；（2）停止：當需要停止的時候，適當?shù)倪M行延時之后再停止；（3）故障停止：緊急情況下無條件下通過急停開關(guān)把電機停止。3.3 plc程序設(shè)計3.3.1 plc編程器1.概述 編程器是plc的最重要外圍設(shè)備，它一方面對plc進行編程，另一方面又能對plc的工作狀態(tài)進行監(jiān)控。fx系列plc的編程設(shè)備可分為fx-20p-e簡易編程器，gp-80fx-e圖形編輯器，還可以用編輯軟件melsec-medoc在個人計算機上進行編程。fx-20p-e簡易編程器可以用于fx系列fx2、fx0、

27、fxon、fx2c型plc，也可以通過fx-20p-e-fkit轉(zhuǎn)換器用于f1和f2系列plc。fx-20p-e和一般編程器一樣，有在線編程器和離線編程器兩種方式。在線編程也叫聯(lián)機編程。編程器和fx系列型plc直接相聯(lián)。簡易編程器對plc用戶程序存儲器直接操作。在寫入程序時，若未在plc內(nèi)裝上eeprom卡盒時，程序就會寫入plc內(nèi)部的ram；若plc裝有eeprom卡盒時，則程序就寫入該存儲器卡盒。離線編程方式，編制的程序先寫入編程器內(nèi)部的ram中，在成批的傳送到plc的存儲器，也可以在編程器和rom寫入器之間進行程序傳送。2.簡易編程器fx系列的簡易編程器也有很多種，功能也有差異，這里以有

28、代表性的fx-20p-e簡易編程器為例，介紹其結(jié)構(gòu)、組成和編程操作。（1）fx-20p-e的結(jié)構(gòu)fx-20p-e簡易編程器由液晶顯示屏、rom寫入器接口、存儲器卡盒的接口及由功能鍵、指令鍵、元件符號鍵、數(shù)字鍵等鍵盤組成。簡易編程器配有專用電纜與plc主機連接。主機的系列不同，電纜型號也不同。還有系統(tǒng)存儲器卡盒，用于存放系統(tǒng)軟件。其他如rom寫入器模塊和plc存儲器卡盒等為選用件。（2）fx-20p-e的操作面板先把鍵盤上各鍵的作用說明下：功能鍵三個。rd/wr：讀出/寫入鍵；ins/del：插入/刪除鍵；mnt/test：監(jiān)視/測試鍵。三個功能鍵都是復用鍵，交替起作用，按第一次時選擇鍵左上方表

29、示的功能，按第二次時則選擇右下方表示的功能。執(zhí)行鍵go：此鍵用于指令的確認、執(zhí)行、顯示畫面和檢索。清除鍵clear：如在按執(zhí)行鍵前按此鍵，則清除鍵入的數(shù)據(jù)。該鍵也可以用于清除顯示屏上的錯誤信息或恢復原來的畫面。其它鍵other：在任何狀態(tài)下按此鍵，將顯示項目方式單菜單。安裝rom寫入模塊時，在脫機方式項目單上進行項目選擇。輔助鍵help：顯示應用命令一覽表。監(jiān)視時，進行十進制和十六進制數(shù)的轉(zhuǎn)換?？崭矜Isp：在輸入時，用此鍵指定元件號和常數(shù)。步序鍵step：設(shè)定步序號時按此鍵。兩個光標鍵、：用該鍵移動光標和提示符，指定已指定元件前一個或后一個地址號的元件，做行滾動。指令鍵、元件符號鍵、數(shù)字鍵：這

30、些都是復用鍵。每個鍵的上面為指令符號，下面為元件符號或者數(shù)字。上、下的功能是根據(jù)當前所執(zhí)行的操作自動進行切換，其中下面的元件符號z/v、k/h、p/i又是交替起作用，反復按鍵時，互相切換。指令鍵共有26個，操作起來方便、直觀。3.3.2 melsec-f/ fx系統(tǒng)編程軟件三菱fx2n、fx0n可編程序控制器的功能比較強大，可分為基本指令、步進梯形指令、應用指令。該可編程序控制器是由電源+cpu輸入輸出+程序存儲器（ram）的單元型可編程序控制器。其主機稱為基本單元，為主機備有可擴展其輸入輸出點的“擴展單元（電源+i/o）”和“擴展模塊（i/o）”，此外，還可連接擴展設(shè)備,用于特殊控制。3.3

31、.3 安裝fxgp-win-c編程軟件將存有melsec-f/ fx系統(tǒng)編程軟件的軟盤插入軟驅(qū)，在windows條件下起動安裝進入melsec-f/ fx系統(tǒng)，選擇fxgp-win-c文件雙擊鼠標左鍵，出現(xiàn)如下界面方可進入編程，如圖3-1所示。圖 3-1 3.3.4 fxgp-win-c編程軟件的應用fxgp-win-c編程軟件的界面介紹見圖3-2。圖 3-2界面包含：a.當前編程文件名,例如標題欄中的文件名untit101b.菜單: 文件（f）、 編輯（e）、 工具（t）、 plc、 遙控（r）、監(jiān)控/測試（m）等等。 c.快捷功能鍵:保存、 打印、剪切、 轉(zhuǎn)換、元件名查、 指令查、觸點/線

32、圈查、 刷新等等。 d.當前編程工作區(qū):編輯用指令（梯形圖）形式表示的程序。e.當前編程方式:梯形圖。f.狀態(tài)欄: 梯形圖。g.快捷指令: f5常開、f6常閉、f7輸入元件、 f8輸入指令等等。h.功能圖: 常開、常閉、輸入元件、輸入指令等等。菜單操作：fxgp-win-c（以下統(tǒng)一用簡稱fxgp）的各種操作主要靠菜單來選擇，當文件處于編輯狀態(tài)時，用鼠標點擊想要選擇的菜單項，如果該菜單項還有子菜單，鼠標下移，根據(jù)要求選擇子菜單項，如果該菜單項沒有下級子菜單，則該菜單項就是一個操作命令，單擊即執(zhí)行命令。3.3.5設(shè)置編輯文件的路徑首先應該設(shè)置文件路徑，所有用戶文件都在該路徑下存取。假設(shè)d：plc

33、*設(shè)置為文件存取路徑。操作步驟：首先打開windows界面進入“我的電腦”，選中d盤，新建一個文件夾，取名為plc1確認，然后進入fxgp編程軟件。3.3.6編輯文件的正確進入及存取正確路徑確定后，可以開始進入編程存取狀態(tài)。1、 假設(shè)首次程序設(shè)計：首先打開fxgp編程軟件，點擊文件子菜單新文件或點擊常用工具欄 彈出plc類型設(shè)置對話框，供選擇機型。本實驗指導書提供的為fxon、fx2n二種機型，實驗使用時，根據(jù)實際確定機型，若fx2n即選中fx2n，然后確認，就可馬上進入編輯程序狀態(tài)。注意這時編程軟件會自動生成一個swopc-fxgp/win-c-untit*文件名，在這個文件名下可編輯程序。

34、2、 文件完成編輯后進行保存:點擊文件子菜單另存為，彈出file save as對話框，在“文件名” 中能見到自動生成的swopc-fxgp/win-c-untit* 文件名，這是編輯文件用的通用名，在保存文件時可以使用，但我們建議一般不使用此類文件名，以避免出錯。而在“文件名”框中輸入一個帶有（保存文件類型）特征的文件名。保存文件類型特征有三個：（1）win files(*.pmw)；（2）dos files(*.pmc)；（3）all files(*.*)。一般類型選第一種，例：先擦去自動生成的“文件名”，然后在“文件名”框中輸入（abc.pmw）、（555.pmw）、（新潮.pmw）等等

35、。有了文件名，單擊“確定”鍵，彈出“另存為”對話框，在“文件題頭名”框中輸入一個自己認可的名字，單擊“確定”鍵，完成文件保存。注：如果點擊工具欄中“保存”按鍵只是在同名下保存文件。3、 打開已經(jīng)存在的文件:首先點擊編程軟件fxgp-win-c，在主菜單文件下選中打開彈出file open對話框，選擇正確的驅(qū)動器、文件類型和文件名，單擊“確定”鍵即可進入以前編輯的程序。3.3.7文件程序編輯當正確進入fxgp編程系統(tǒng)后，文件程序的編輯可用二種編輯狀態(tài)形式：1.指令表編輯“指令表”編輯狀態(tài)，可以用指令表形式編輯一般程序?！爸噶畋怼背绦蚓庉嫿Y(jié)束后，應該進行程序檢查，fxgp能提供自檢，單擊選項下拉子

36、菜單，選中程序檢查彈出程序檢查對話框，根據(jù)提示，可以檢查是否有語法錯誤，電路錯誤以及雙線圈檢驗。檢查無誤可以進行下一步的操作傳送、運行。2.梯形圖編輯梯形圖編輯狀態(tài)，可以用梯形圖形式編輯程序。 “梯形圖”程序編輯結(jié)束后，應該進行程序檢查， fxgp能提供自檢，單擊選項下拉子菜單，選中程序檢查彈出程序檢查對話框，根據(jù)提示可以檢查是否有語法錯誤，電路錯誤以及雙線圈檢驗。進行下一步、。注意：“梯形圖”編輯程序必須經(jīng)過“轉(zhuǎn)換”成指令表格式才能被plc認可運行。但有時輸入的梯形圖無法將其轉(zhuǎn)換為指令格式。梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表格式的操作用鼠標點擊快捷功能鍵:轉(zhuǎn)換或者點擊工具欄的下拉菜單轉(zhuǎn)換，梯形圖和指令表編程

37、比較：梯形圖編程比較簡單、明了，接近電路圖，所以一般plc程序都用梯形圖來編輯，然后，轉(zhuǎn)換成指令表，下載運行。3.3.8 設(shè)置通訊口參數(shù)在fxgp中將程序編輯完成后和plc通訊前，應設(shè)置通訊口的參數(shù)。如果只是編輯程序，不和plc通訊，可以不做此步。設(shè)置通訊口參數(shù)，分二個步驟：1、plc串行口設(shè)置點擊菜單“plc”的子菜單“串行口設(shè)置（d8120）e”，彈出圖3-3對話框： 圖3-3檢查是否一致，如果不對，馬上修正完確認返回菜單做下一步。（注：串行口設(shè)置一般已由廠方設(shè)置完成）。2、plc的端口設(shè)置點擊菜單“plc”的子菜單“端口設(shè)置e”彈出圖3-4對話框： 圖3-4根據(jù)plc與pc連接的端口號，

38、選擇com1com4中的一個，完成確認返回菜單。注：plc的端口設(shè)置也可以在編程前進行。3.3.9 fxgp與plc之間的程序傳送在fxgp中把程序編輯好之后，要把程序下傳到plc中去。程序只有在plc中才能運行；也可以把plc中的程序上傳到fxgp中來，在fxgp和plc之間進行程序傳送之前，應該先用電纜連接好pc-fxgp和plc。1、把fxgp中的程序下傳到plc中去若fxgp中的程序用 指令表 編輯即可直接傳送，如果用 梯形圖 編輯的則要求轉(zhuǎn)換成指令表才能傳送，因為plc只識別指令。點擊菜單“plc”的二級子菜單“傳送”“寫出”：彈出對話框，有二個選擇所有范圍、范圍設(shè)置。選擇：（1）所

39、有范圍 即狀態(tài)欄中顯示的“程序步”（fx2n-8000、fx0n-2000）會全部寫入plc，時間比較長。（此功能可以用來刷新plc的內(nèi)存）； （2）范圍設(shè)置先確定“程序步”的“起始步”和“終止步”的步長，然后把確定的步長指令寫入plc，時間相對比較短，程序步的長短都在狀態(tài)欄中明確顯示。(見圖3-5界面下方)。在“狀態(tài)欄”會出現(xiàn)“程序步”（或“已用步”）寫入（或插入）fx2n等字符。選擇完確認，如果這時plc處于“run”狀態(tài)，通訊不能進行，屏幕會出現(xiàn)“plc正在運行，無法寫入”的文字說明提示，這時應該先將plc的“run 、stop”的開關(guān)撥到“stop”或點擊菜單“plc”的遙控運行/停止

40、0 （遙控只能用于fx2n型plc），然后才能進行通訊。進入plc程序?qū)懭脒^程，這時屏幕會出現(xiàn)閃爍著的“寫入please wait a moment”等提示符?！皩懭虢Y(jié)束” 后自動“核對”，核對正確才能運行。注意這時的“核對”只是核對程序是否寫入了plc，對電路的正確與否由plc判定，與通訊無關(guān)。若“通訊錯誤” 提示符出現(xiàn)，可能有兩個問題要檢查。（1）在狀態(tài)檢查中看“plc類型”是否正確，例：運行機型是fx2n，但設(shè)置的是fxon，就要更改成fx2n。（2）plc的“端口設(shè)置”是否正確即com口。排除了二個問題后，重新“寫入”直到“核對”完成表示程序已輸送到plc中。2、把plc中的程序上傳到

41、fxgp中若要把plc中的程序讀回fxgp，首先要設(shè)置好通訊端口，點擊“plc”子菜單“讀入”彈出plc類型設(shè)置對話框，選擇plc類型,確認讀入開始。結(jié)束后狀態(tài)欄中顯示程序步數(shù)。這時在fxgp中可以閱讀plc中的運行程序。注意：fxgp和plc之間的程序傳送，有可能原程序會被當前程序覆蓋，假如不想覆蓋原有程序，應該注意文件名的設(shè)置。3.3.10 程序的運行與調(diào)試1、程序運行當程序?qū)懭雙lc后就可以在plc中運行了。先將plc處于run狀態(tài)（可用手撥plc的“run/stop” 開關(guān)到“run”檔,fxon 、fx2n都適合，也可用遙控使plc 處于 “run” 狀態(tài)，這只適合fx2n型），再通

42、過實驗系統(tǒng)的輸入開關(guān)給plc輸入給定信號，觀察plc輸出指示燈，驗證是否符合編輯程序的電路邏輯關(guān)系，如果有問題還可以通過fxgp提供的調(diào)試工具來確定問題，解決問題。2、程序調(diào)試當程序?qū)懭雙lc后，按照設(shè)計要求可用fxgp來調(diào)試plc程序。如果有問題，可以通過fxgp提供的調(diào)試工具來確定問題所在。調(diào)試工具：監(jiān)控/測試。 3.3.11退出系統(tǒng)完成程序調(diào)試后退出系統(tǒng)前應該先核定程序文件名后將其存盤，然后關(guān)閉fxgp所有應用子菜單顯示圖，退出系統(tǒng)。3.4 i/o地址分配如下表3-1表3-1 i/o分配表輸入設(shè)備輸入點編號輸出設(shè)備輸出點編號啟動按鈕x000啟動輸出y000停止按鈕x001停止輸出y001

43、急 停x002急停輸出y002檔位1按鈕x003檔位1輸出y003檔位2按鈕x004檔位2輸出y004檔位3按鈕x005檔位3輸出y005頻率確定按鈕x006頻率確定輸出y006轉(zhuǎn)速校正按鈕x007轉(zhuǎn)速校正輸出y007電壓檢測按鈕x010電壓檢測輸出y010電流檢測按鈕x011電流檢測輸出y011檔位選定按鈕x012檔位選定輸出y012正轉(zhuǎn)按鈕x013正轉(zhuǎn)輸出y013反轉(zhuǎn)按鈕x014反轉(zhuǎn)輸出y014復位按鈕x015復位輸出y015賦值按鈕1x016啟動輔助繼電器m0賦值按鈕2x017正轉(zhuǎn)輔助繼電器m1賦值按鈕3x020反轉(zhuǎn)輔助繼電器m2轉(zhuǎn)速校正輔助繼電器1m3電流檢測輔助繼電器1m9轉(zhuǎn)速校正輔

44、助繼電器2m4電流檢測輔助繼電器2m10轉(zhuǎn)速校正輔助繼電器3m5電流檢測輔助繼電器3m11檔位設(shè)定輔助繼電器1m6電壓檢測輔助繼電器1m12檔位設(shè)定輔助繼電器2m7電壓檢測輔助繼電器2m13檔位設(shè)定輔助繼電器3m8電壓檢測輔助繼電器3m143.5程序流程3.5.1.啟動啟動時候采用降壓啟動，降壓啟動的目的是限制啟動電流，通過啟動設(shè)備使定子繞組所承受的電壓小于額定電壓，待電機轉(zhuǎn)速達到某一數(shù)值時，再使定子繞組承受全壓，從而使電動機在額定電壓下穩(wěn)定工作。3.5.2 初始化在此階段，需要設(shè)定一部分參數(shù)和狀態(tài)，例如電流限制參數(shù)和轉(zhuǎn)向狀態(tài)，以及初始狀態(tài)檔位的設(shè)置。3.5.3工作階段啟動和初始化后，通過負載

45、量的測量來確定電動機的輸出轉(zhuǎn)矩t，再由電動機的機械特性確定出轉(zhuǎn)速，之后通過公式確定頻率的大小?，F(xiàn)場電流的測量，則反饋到plc控制器中用來和初始化時候設(shè)定的電流限制參數(shù)進行比較，來確定是否需要緊急停止。3.5.4 檔位的選擇在此系統(tǒng)中，設(shè)置有三個檔位，通過手動和自動兩中方法都可以進行設(shè)置。3.6程序分段設(shè)計3.6.1.初始化系統(tǒng)開始時候默認檔位是一檔，并將轉(zhuǎn)速參考量設(shè)置為額定轉(zhuǎn)速1480轉(zhuǎn)/分，還要設(shè)置電流限制參數(shù)和電壓限制參數(shù)，設(shè)定為正轉(zhuǎn)，還要設(shè)定檔位參考量1000kg、2000kg。ld x000or y000ani m0out y000and m1out y013（d）mov k1000

46、d10（d）mov k2000 d123.6.2.檔位的選擇其中d20中的數(shù)據(jù)是貨物的質(zhì)量m，與參考量1000、2000進行比較。當時，通過驅(qū)動m6選擇檔位3；當時，通過驅(qū)動m8選擇檔位1；否則通過驅(qū)動m7選擇檔位2。ld x030zcp d10 d12 d20 m6and m6 out y005and m7 out y004and m8 out y003 3.6.3.檔位選擇后的賦值當選擇檔位1時，進行額定轉(zhuǎn)速1480轉(zhuǎn)/分輸出，其電流限定值為154a、267a，電壓設(shè)定值為660v、1140v。ld x003（d）mov k1480 d0（d）mov k154 d2（d）mov k267

47、d4（d）mov k660 d6（d）mov k1140 d8out y006當選擇檔位2時，進行轉(zhuǎn)速740轉(zhuǎn)/分輸出，其電流限定值為208a、350a，電壓設(shè)定值為330v、570v；當選擇檔位3時，進行轉(zhuǎn)速430轉(zhuǎn)/分輸出，其電流限定值為257a、520a，電壓設(shè)定值為220v、350v。其中d0-d8是公共存儲器，當選擇哪個檔位，那個檔位的各項參數(shù)就放入該區(qū)域。3.6.4.頻率設(shè)定檔位一旦選定，即可通過變頻器的設(shè)定對電動機進行控制，由公式可以得出，其中f是變頻器的輸出頻率，n為電動機的轉(zhuǎn)速，s=0.85是電動機的轉(zhuǎn)差率，p=2是電動機的極對數(shù)。ld x021（d）mov k0.85 d2

48、0（d）mov k2 d22ld x022（d）sub k1 d20 d20（d）mul d0 d22 d22ld x023（d）mul k60 d20 d20ld x024（d）div d22 d20 d22ld x025（d）mov d22 y013out y0073.6.5.轉(zhuǎn)速檢測及校正通過轉(zhuǎn)速傳感器把現(xiàn)場轉(zhuǎn)速檢測并傳輸?shù)絧lc中，與現(xiàn)場檔位設(shè)定的轉(zhuǎn)速進行比較，并進行調(diào)整。當現(xiàn)場轉(zhuǎn)速小于設(shè)定轉(zhuǎn)速時，頻率f進行自加1；當現(xiàn)場轉(zhuǎn)速等于設(shè)定轉(zhuǎn)速時，程序跳出，進行安全檢測環(huán)節(jié)；當現(xiàn)場轉(zhuǎn)速大于設(shè)定轉(zhuǎn)速，頻率f進行自減1。ld x026cmp d0 d18 m3and m3 inc（p） d22a

49、nd m4cj 安全檢測環(huán)節(jié)and m5dec（p） d22ld x027（d）mov d22 y010out y0083.6.6.安全檢測環(huán)節(jié)在這個子程序里，主要進行電壓和電流安全檢測。首先進行電流安全檢測，程序如下；當電流測定值大于較大的設(shè)定值或者小于較小的設(shè)定值，調(diào)用閃爍電路；當處于安全范圍內(nèi)時，跳到電壓安全檢測子程序。ld m8002zcp d2 d4 d14 m9and m9cj p90and m10cj p80and m11cj p90其次進行電壓安全檢測，程序如下；當電壓測定值大于較大的設(shè)定值或者小于較小的設(shè)定值，調(diào)用閃爍電路；當處于安全范圍內(nèi)時，跳到檔位選擇環(huán)節(jié)。ld m800

50、2zcp d6 d8 d16 and m12cj p90and m13cj p60and m14cj p903.6.7.閃爍電路當電壓或者電流超出安全范圍時，閃爍電路開始工作，閃爍后自動停止。ld x18ani t1out t0 kt1ld t0out y19out t1 kt2ld x19out m03.6.8.急停它有手動和自動兩種情況。（1）手動時候：它是通過拉線來使設(shè)備立即停止的一種保護裝置。急停開關(guān)為雙向拉線式；當皮帶機正常工作時，急停開關(guān)處于正常位置；當出現(xiàn)事故，任意拉動拉線上的拉環(huán)，使裝在兩端的微動開關(guān)動作，發(fā)出動作信號并切斷控制回路，保護系統(tǒng)安全。（2）自動控制，通過軟件控制，程序如下ld x002out m03.6.9.正常停止在正常停止情況時候，需要延遲一段時間，以便能把貨物順利卸載。程序如下：ld x001out t2 kt2ld t2out m03.6.10.其余環(huán)節(jié)（1）正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)程序初始化時候，默認為正轉(zhuǎn)；如果需要轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)狀態(tài)時候，選擇反轉(zhuǎn)按鈕，此時，正轉(zhuǎn)狀態(tài)結(jié)束，反轉(zhuǎn)開始。反轉(zhuǎn)設(shè)定：ld x002anim1and m2out y002cj 檔位設(shè)定當需要返回正轉(zhuǎn)狀態(tài)時，需要重新設(shè)定：ld x001ani m2and m1out y