【正文】 般為十幾毫秒到幾十毫秒。 PLC的掃描時間取決于 I/O掃描速度和用戶程序的長短，以及程序使用的指令類型。毫秒級的掃描時間對于一般工業(yè)設(shè)備通常是可以接受的， PLC的影響滯后是允許的，但是對某些 I/O快速響應(yīng)的設(shè)備，則采取相應(yīng)的處理措施。如選用高速 CPU，提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊、高速記數(shù)模塊以及不同的中斷 處理等措施減少滯后時間。影響 I/O滯后的主要原因：輸入濾波器的慣性，輸出繼電器接點的慣性，程序執(zhí)行的時間，程序設(shè)計不當(dāng)?shù)母郊佑绊懙取? 我們在此 不必要詳細(xì)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。運算器用于進(jìn)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。 4 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(jìn)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。 開關(guān)量是指 ， 只有開和關(guān)（或 1和 0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指 ， 連續(xù)變化的量。常用的 I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，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（ 420mA,020mA）、電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了上述通用 I/O外，還有特殊 I/O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 到 最大的底板或機架槽數(shù)限制。 5 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 9 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 6 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。 7 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 1） 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(hù)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。 2） 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)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及。 3） 輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如 EPROM、 EEPROM 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)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 RS232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，還未實現(xiàn)互操作性， IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)， PLC各廠家均有采用。 圖 3 總體設(shè)計方案簡圖 全自動切割機控制系統(tǒng) 機械部分 電氣部分 送料機構(gòu) 壓料機構(gòu) 卸料機構(gòu) 小車機構(gòu) PLC 電 機 電 路 工作電路 工作電源 軟件部分 10 對于一個自動化工程 (特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng) )來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的 擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機制的前提下進(jìn)行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 為實現(xiàn)自動化必須根據(jù)板材自動精確切割 加工的工作特點及動作要求進(jìn)行設(shè)計 ,因此本方案采用了可編程控制器來實現(xiàn)對自動切割 機的控制，設(shè)計思想如圖 3所示。 3 自動切割 機的 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)主電路設(shè)計 1 設(shè)計進(jìn)料機構(gòu) E 用交流電機帶動送料皮帶，傳送皮帶送料只向一個方向運動，只要求電 機向一個方向旋轉(zhuǎn)即可，輕負(fù)載小工率 電動機可直接起動，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護(hù)。使待切割秸稈 自動快速穩(wěn)定地輸送到剪切位置。 2 設(shè)計壓料機構(gòu) B 壓塊 B的作用是壓緊秸稈，以利于切割刀切斷秸稈 ，壓塊 B又上升和下降兩種運動，要求帶動壓塊的電動機具有正反轉(zhuǎn)運動，控制電路有聯(lián)鎖保護(hù)、用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護(hù)。 圖 4 電機正反轉(zhuǎn)主電路 所謂聯(lián)鎖控制是指，凡是生產(chǎn)線上某些環(huán)節(jié)或一臺設(shè)備的某些部件之間具有相互制約或 11 相互配合的控制均稱為聯(lián)鎖控制，聯(lián)鎖控制包括：自鎖控制、互鎖控制、正常工作與點動的聯(lián) 鎖控制、實現(xiàn)按順序工作時的控制。電機正反轉(zhuǎn)就需要互鎖控制。 3 切割 刀 剪切刀有兩種運動，下行切斷板料，然后上升復(fù)位，帶動剪切刀機構(gòu)的電動機也應(yīng)具有正反轉(zhuǎn)，用熔斷器和熱繼電器作短路、過載保護(hù)。 根據(jù)電機控制要求，其電機正反轉(zhuǎn)主電路圖如圖 4所示，程序流程框圖如圖 5所示。 1 2 3 4ABCD4321DCBA開始輸出口初始化，關(guān)閉電機按下啟動按鈕了嗎？電機正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)到限了嗎？松開啟動按鈕了嗎？關(guān)閉電機Y關(guān)閉電機，延時 8 秒電機反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)到限了嗎？松開啟動按鈕了嗎？關(guān)閉電機Y關(guān)閉電機，延時 8 秒NNNNYYYN 圖 5 電機正反轉(zhuǎn)程序流程框圖 電機正反轉(zhuǎn)控制 PLC設(shè)計討論： 1）電力拖動是指對電動機的控制，采用繼電器 接觸器控制，都有自己的基本控制電路。采用 PLC控制也應(yīng)該有自己的基本控制環(huán)節(jié)，為此而提出電機正反轉(zhuǎn)控制 PLC設(shè)計討論， 尋找其較好的控制方案。 12 2）繼電器 接觸器電氣控制原理： 繼電器 接觸器電氣控制原理如圖 6所示。上、下兩圖比較，不管是電器元件、觸點數(shù)量、連接導(dǎo)線的數(shù)量都是一樣的，分別是 5只、 9個、 13條。按鈕連線也是 6根，但上圖的按鈕和接觸器連線較集中，從維修的角度看要比下圖優(yōu)越。 3）元件的代號意義 SB0—— 帶磨姑頭急停按鈕。 5SB 5SB2—— 正反轉(zhuǎn)啟 /停按鈕。 5KM1—— 正轉(zhuǎn)接觸器。 5KM2—— 反轉(zhuǎn)接觸器。 其中的 5KM1和 5KM2要求選用帶機械聯(lián)鎖的交流接觸器。 圖 6 繼電器 接觸器電氣控 制原理 4） 電器元件的工作情況 正轉(zhuǎn)啟動 —— 撳 5SB1， 5KM1得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開 5KM2的線圈回路。 反轉(zhuǎn)啟動 —— 撳 5SB2，首先是 5KM1失電，其互鎖觸點恢復(fù)閉合，才是 5KM2得電動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開 5KM1的線圈回路。 再次正轉(zhuǎn)啟動 —— 撳 5SB1，首先是 5KM2 失電，其互鎖觸點恢復(fù)閉合，才是 5KM1 得電 13 動作，其中一個觸點自鎖，另一個觸點則用于互鎖，即斷開 5KM2的線圈回路。 4 設(shè)計小車送料裝置 為實現(xiàn)秸稈 自動輸送到下一工位并返 回 ,可采用交流電通過帶傳動帶動驅(qū)動軸 ,驅(qū)動行走輪來完成小車往返各機構(gòu)的運動動力來自電機 ,根據(jù)控制的特點和經(jīng)濟(jì)性要求 ,用交流電機來實現(xiàn)進(jìn)料、小車送料、托架下料，采用伺服電機控制擋料器精確定長。 伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的 U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。 交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。 而且 永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要 優(yōu)點有： 1） 無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 2） 定子繞組散熱比較方便。 3） 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 4） 適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。 伺服的額定速度比一般異步電機高的多，并且可以控制轉(zhuǎn)速和位移，而一般的變頻器只側(cè)重于轉(zhuǎn)速控制，適用于開環(huán)調(diào)速，而伺服可以做到精確定位，速度環(huán)控制響應(yīng)比變頻器加外圍速度控制更直接，動態(tài)響應(yīng)好。 為了實現(xiàn)對交流電機的控制，采用圖 7所示主電路 ,控制對象為 4臺電機和一個蜂鳴器。KM1~KM7為接觸器， KM1是緊急停止接觸器 ,KM2控制蜂鳴器 ,KM3~KM7分 別控制送料、壓塊、剪切和小車電機。 FR1~FR5都采用熱敏電阻作為測量元件的熱繼電器 ,FR FR3的設(shè)定值取送料和剪切電機上限溫度的 95%,當(dāng)?shù)竭_(dá)此溫度時進(jìn)行閃光報警。 該控制系統(tǒng)需要完成對工作機構(gòu)的控制情況如下： 1）進(jìn)料控制 ,執(zhí)行器件為進(jìn)料電機 ,通過對進(jìn)料電機的起?？刂?,實現(xiàn)進(jìn)給機構(gòu)輸送秸稈，停止輸送秸稈 的控制。 2）刀具切割 控制 ,執(zhí)行器件為電磁離合器和電磁制動器。通過控制主電機傳動路線中的電磁離合器 ,控制傳動機構(gòu)帶動刀具完成向下剪切秸稈 ,撤回利用彈簧完成。為了防止慣性造成連續(xù)剪切需 要控制制動器 切割 一次制動一次。 3） 小車往返運動及停止控制 ,執(zhí)行器件為小車電機 ,通過控制小車電機的起、停、正反轉(zhuǎn) ,控制送料小車在切割 機與下一工位往返送料。 14 圖 7 控制系統(tǒng)的主電路圖 其中 ,1）執(zhí)行機構(gòu)都可采用光電、開關(guān)量控制。由于可編程控制器是低壓直流輸出 ,所以 ,我們使用中間繼電器作為控制器輸出的第 1 級執(zhí)行機構(gòu) ,通過繼電器的觸電控制大功率接觸器的通斷 ,從而控制交流電機的起、停。執(zhí)行機構(gòu)中的電磁離合器、制動器需要采用專用輸出驅(qū)動控制電路。 系統(tǒng)原來采用繼電器 — 接觸器控制 ,但控制系統(tǒng)較復(fù)雜 ,大量的硬件接線使系 統(tǒng)可靠性降低 , 也間接降低了設(shè)備的工作效率。采用可編程控制器較好地解決 了這一問題 , 它不僅減少了系統(tǒng)的硬件接線 , 提高了工作可靠性 , 而且在切割精度 改變時 , 只需修改程序 , 就可適應(yīng)新的加工要求 , 大大提高了工作效率。 PLC控制器的選擇 在此設(shè)計中，采用日本松下公司生產(chǎn)的 FP1— C24系列 PLC系統(tǒng) 作為主機 。 日本松下電工公司的 FP 系列 PLC是可編程控制器市場上的后起之秀，它具有豐富的指令系統(tǒng)，即使是小型機也有近 200條指令。 CPU處理速度快， 運行速度 。 程序容量高達(dá) 2700步 /500步 ，小型機一般都達(dá)到 3千步左右，最高可達(dá) 5千步，而大型機最大也只有 60 千步。編輯工具的功能強大，無論是手持編程器還是編程工具軟件，其編程可監(jiān)控能力都很強。 強大 、 統(tǒng)一的編程工具 ,是 設(shè)計人員的最佳選擇。 網(wǎng)絡(luò)通信功能強大，此系列 15 的各種機型都提供了通信功能，松下電工提供了多達(dá) 6種的 PLC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，在同一子網(wǎng)中集成了幾種通信方式，我們可根據(jù)需要選擇。 FP1屬于小型機。產(chǎn)品型號以 C字母開頭代表主控單元或稱主機，以 E字母開頭代表擴展單元或稱擴展機，后面跟的數(shù)字代表 I/O點數(shù)。該產(chǎn)品包括 C14～ C72六款 主控單元和 E8～E40四款擴展單元， 主機有 ,還有 點四種擴展單元 。主機上配有 RS232C通訊口及機內(nèi)時鐘 ，形成系列化產(chǎn)品。 圖 8 松下 電工 FP1— C24系列 主機面板圖 圖 9 FP1可編程序控制器輸入 /輸出電路的基本結(jié)構(gòu) FP1的指令系統(tǒng)十分強大，共有 190多條指令，除基本的邏輯 運算，數(shù)據(jù)運算、數(shù)據(jù)處理 數(shù)制轉(zhuǎn)換指令之外，還有中斷、子程序調(diào)用、步進(jìn)控制、電子凸輪控制、速度及位置控制等特殊功能指令。另外， FP1還有功能完備的編程工具，利用這些工具，我們可以方便的進(jìn)行編程和實現(xiàn)監(jiān)控。即使是使用手持編程器 ,也可以實現(xiàn)多種監(jiān)控功能。由于 FP1 具有結(jié) 16 構(gòu)緊湊、硬件配置全、軟件功能強等特點，而且，它的某些功能甚至能與大型機媲美，所以性能價格比高，較適合在中小企業(yè)中推廣使用。 FP1雖屬于小型 PLC，但卻包含了大中型 PLC的許多功能，可以說它是“麻雀雖小五臟具全”他的特殊功能主要 有以下幾方面 ： 1 高速計數(shù)功能 FP1內(nèi)置高速計數(shù)器，最高計數(shù)頻率可達(dá) 1