【正文】 了計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和顯示技術(shù)，采用多層分級的結(jié)構(gòu)形式 ,按總體分散、管理集中的原則，完成對工業(yè)過程的操作、監(jiān)視、控制。 第二階段是發(fā)展階段，以現(xiàn)代控制理論為主要基礎(chǔ)，以微型計算機和高檔儀表為工具，對較復(fù)雜的工業(yè)過程進行控制。 從過程控制采用的理論與技術(shù)手段來看，可以粗略地把它劃為三個階段：開始到 70 年代為第一階段， 70 年代至 90 年代初為第二階段， 90 年代初為第三階段開始。 2 第 1 章 緒 論 過程控制技術(shù)的發(fā)展概述 在現(xiàn)代工業(yè)控制中 , 過程控制技術(shù)是一歷史較為久遠的分支。在本世紀30 年代就已有應(yīng)用。其中 70 年代既是古典控制應(yīng)用發(fā)展的鼎盛時期，又是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的初期， 90 年代初既是現(xiàn)代控制應(yīng)用發(fā)展的繁榮時期，又是高級控制發(fā)展的初期。這階段的建模理論、在線辨識和實時控制已突破前期的形式，繼而涌現(xiàn)了大量的先進控制系統(tǒng)和高級控制策略，如克服對 象特性時變和環(huán)境干擾等不確定影響的自適應(yīng)控制，消除因模型失配而產(chǎn)生不良影響的預(yù)測控制等。由于采用了分散的結(jié)構(gòu)和冗余等技術(shù)，使系統(tǒng)的可靠性極高，再加上硬件方面的開放式框架和軟件方 面的模塊化形式，3 使得它組態(tài)、擴展極為方便，還有眾多的控制算法 (幾十至上百種 ) 、較好的人 — 機界面和故障檢測報告功能。特別是設(shè)備主體的工作性能還十分穩(wěn)定和可靠，只是在新技術(shù)的應(yīng)用上跟不上時代的發(fā) 展，運行中的消耗偏高，效率較低，控制性能不夠優(yōu)越。同時因工作環(huán)境惡劣，轉(zhuǎn)子回路串接的電阻因灰塵、設(shè)備震動等原因經(jīng)常燒壞、斷裂。由于由于副鉤、大車、小車凸輪控制器之間沒有固定的聯(lián)系，在起重機工作時操作人員勞動強度比較大，容易疲勞，易產(chǎn)生誤操作。起重機采用 PLC 控制，還能解決傳統(tǒng)控制方式下在操作方面的許多麻煩，包括開閉電機和起升電機在抓斗剛裝料閉合起升時難以同步等問題。起重設(shè)備有多種形式，有橋式、塔式、門式、旋轉(zhuǎn)式和纜索式等。 不形式的起重機分別用在不同的場合。橋式起重機主要由大車和小車組成橋架機構(gòu)，主鉤和副鉤組成提升機構(gòu)。小車由起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)組成，小車運行機圖 橋式起重機示意圖 1駕駛室 2輔助滑線架 3交流磁力控制屏 4電阻箱 5起重小車 6大車拖動電動機 7端粱 8主滑線 9主粱 6 構(gòu)采用集中驅(qū)動方式。軟電纜可隨大、小車的移動而伸展和疊卷。 橋式起重機的主要技術(shù)參數(shù) 橋式起重機的主要技術(shù)參數(shù)有起重量、跨度、起升高度、起升速度、運行速度和工作級別等。起重機械最大起重量在國家標準 GB78387 中已有規(guī)定。起升速度指吊物 (或其它取物裝置 )在穩(wěn)定運動狀態(tài)下，額定載荷時的垂直位移速度。 工作級別 起重機的工作級別是根據(jù)起重機利用等級和載荷狀態(tài)劃分的，它反映了起重機的特性。因此，拖動電動機經(jīng)常處于起動、制動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)；同時，負載很 不規(guī)律，經(jīng)常承受大的過載和機械沖擊；另外，起重機要求有一定的調(diào)速范圍。在斷續(xù)工作狀態(tài)下用負載持續(xù)率 FC%表示。 4)制成封閉型，具有較強的機械結(jié)構(gòu)，有較大的氣隙，以適應(yīng)多塵土和較大機械沖擊的工作環(huán)境；具有較高的耐熱絕緣等級，允許溫升較高。為此，在 30%額定速度內(nèi)應(yīng)分成幾檔，以便靈活操作。 5)負載放下時，依據(jù)負載大小，拖動電動機可以是電機狀態(tài)、倒拉反接制動狀態(tài)與再生發(fā)電制動狀 態(tài)。為實現(xiàn)準確停車，應(yīng)采取制動停車。特性如圖 所示特性，此時電動機處于正向電動狀態(tài)。電動機運行在 na 下，以 na速度下放重物。 下放重載時的倒拉反接制動狀態(tài) 在下放重型載荷時，為獲得低速下降，確保起重機工作安全平穩(wěn)，常采用倒拉反接制動。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場都要產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。如果加大電動機轉(zhuǎn)子外加電阻， 使其正向與反向特性變軟，則合成特性為一條通過坐標原點在二、四象限的直線，如圖 所示，此時電動機處于制動狀態(tài)。 起重機控制原理分析 起重機的保護箱 起重機電氣控制一般具有下列保護與聯(lián)鎖環(huán)節(jié)：電動機過載保護；短路電流保護；失壓保護；控制器的零位保護；行程限位保 護；艙蓋、欄桿安全開關(guān)及緊急斷電保護等。起重機上用的標準保護盤為 XQB1 系列。 起升機構(gòu)控制原理分析（主鉤和副鉤） 橋式起重機 的起升機構(gòu)一般采用 凸輪控制器或主令控制器操作 ，由于主令控制器與磁力控制屏組成的 控制電路較復(fù)雜，使用元件多，成本高，故一般在以下情況下采用 主令控制器控制： 1)拖動電動機容量大，凸輪控制器容量不夠。 本設(shè)計中 ， 20/5t 交流橋式起重機 的起升機構(gòu)主鉤采用的是 POS1 型主令控制電路，如圖 所示，它是由主令控制器發(fā)出動作指令，使磁力控制屏中各相應(yīng)接觸器動作，來換接電路，控制起升機構(gòu)電動機按與之相應(yīng)的運行狀態(tài)來完成 各種起重吊運工作。 主令控制器主要用于要求按一定順序頻繁操縱的控制線路中，如繞線電動機按順序切除轉(zhuǎn)子附加電阻，也可實現(xiàn)與其它控制線路聯(lián)鎖、轉(zhuǎn)換的目的。設(shè)計中應(yīng)用的 i/o 端子數(shù)分別是：輸入點數(shù)為 56 個，輸出點數(shù)為 39 個 ； 13 IIL1 L2 L3Q1K M 1K M 3K M 2KM8PEMK M 4K M 5K M 6K M 7R1R2R3R4R5L1 L2FUK O C 1K O C 2K O C 1 K O C 2KHVS A 4S A 1S A 3KHVS A 5S A 6S A 7S A 8S A 9S A 1 0S A 1 1K M 2K T 2K T 1K M 3 K M 1K T 1K M 1 K M 3 K M 2K M 3K M 1 K M 2K T 1K M 2K M 3 K M 4K M 4K T 3K M 5K M 6K M 7K M 8K T 4K T 5K M 1K T 2K M 8 K M 1K M 2K M 3K T 2K M 1K M 5K M 6V D 1K T 3K T 4K T 5V D 2S Q 1S Q 21231 2 3上升下降接制動器Q2 圖 POS1型主令控制電路原理圖 7)停車時，電路保證制動器驅(qū)動元件先于電動機 停電，防止溜鉤； 8)采用時間繼電器 KT1 延遲 電動機可逆運行轉(zhuǎn)換時間，防止接觸器KM1KM KM3KM2 可逆轉(zhuǎn)換時可能造成的相間短路。 14 3~接制動器下降 上升32132 1S Q 2S Q 1V D 2K T 5K T 4K T 3V D 1KM 6KM 5KM 1K T 2KM 3KM 2KM 1K T 5K T 4KM 7KM 6KM 5K T 3KM 4KM 4KM 3KM 2K T 1KM 2KM 1KM 3KM 2KM 3KM 1K T 1 KM 1KM 3K T 1K T 2KM 2S A 1 0S A 9S A 8S A 7S A 6S A 5KHVS A 3S A 1S A 4KHVKOC2KOC1KOC2KOC1FUQ2L2L1R5R4R3R2R1K M 7K M 6K M 5K M 4MPEKM8K M 2K M 3K M 1Q1L3L2L1圖 POS1型副鉤主令控制電路原理圖 電路工作情況分析 合上電源開關(guān) Q Q2，主令控制器 SA 置于“ 0”位，零電壓繼電器 KHV1通電吸合并自鎖，直流電磁式時間繼電器 KT KT KT5 通電吸合，其常閉斷電延時閉合觸點 斷開，為斷電延時做準備。短接一段轉(zhuǎn)子電阻 R1，電動機運行在圖 “上 1”特性曲線上。 3)控制器手柄由提升“ 2”位扳至提升“ 3”位時，接觸器 KM6 通電吸合，再短接一段轉(zhuǎn)子電阻 R3， 進入圖 “上 3’”特性上，但這并不是電動機穩(wěn)定運行狀態(tài)。 (2)下降重物的控制 1)當控制器手柄由“ 0”位扳到下降“ 1”位時， 接觸器 KM KM8 仍處于斷電釋放狀態(tài)。在串 入 較大轉(zhuǎn)子電阻情況下，制動器松開，電動機定子接 入 單相交流電源，處于單相制動狀態(tài)運轉(zhuǎn)，可實現(xiàn)輕型載荷的低速下降。電動機定子按下降相序接線，轉(zhuǎn)子短接電阻 R R2 兩段電阻， 制動器松開，電動機運行在圖 “ 下 3’” 特性上。 4)當控制器手柄由下降“ 3”位扳到下降“ 2”位時，電動機處于單相制動狀態(tài)，獲得低速下降。 17 6)當控制器手柄由提升或下降各檔位扳回到 “ 0”位時， 制動器制動，但觸點 KT2（ SA4 支路） 需經(jīng) 延時才斷開，在延時期間 KM1 仍保持通電吸合，電動機仍產(chǎn)生提升的電磁轉(zhuǎn)矩，在該轉(zhuǎn)矩與制動器共同作用下防止溜鉤 現(xiàn)象。 圖 中 ab 與 cd 環(huán)節(jié) 中的 SF為腳踏開關(guān)， KM 為接觸器。 當控制器手柄由下降“ 1”位扳回“ 0”位時， KMKM KT2 斷電釋放，電磁抱閘進行制動， KM1 經(jīng) KT2 延時 斷開觸點斷開后才斷電釋放，以防止溜鉤。 運行機構(gòu)控制原理 大車與小車運行機構(gòu)在工作中要求有一定的調(diào)速范圍，能獲得幾檔運行速度。其中 4 對主觸點接于電動機定子電路進行倒檔控制，實現(xiàn)電動機正、反轉(zhuǎn)；另 5 對主觸點接于電動機轉(zhuǎn)子電路，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子電阻的接入和切除。 圖 PQY 系列主令控制電路 下面以 PQY 系列主令控制電路為例進行分析。 4)制動器驅(qū)動元件沒有專門接觸器控制，而是由電動機正、反轉(zhuǎn)接觸器KM KM11 主觸點控制，它與電動機同時通電與斷電。 21 第 3 章 起重機 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計 可編程序控制器的功能和特點 PLC 是電子技術(shù)、計算機技術(shù)與繼電邏輯自動控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。所有定時器的定時值可由用戶在編程時設(shè)定，即使在運行中定時值也可被讀出或修改，使用靈活，操作方便。 (4)步進控制 步進順序控制是 PLC 的最基本的控制方式，但是許多 PLC為方便用戶編制較復(fù)雜的步進控制程序，設(shè)置了專門的步進控制指令。多臺 PLC 之間可進行同位鏈接 (PLC Link)，還可用計算機進行上位鏈接 (Host Link)，接受計算機的命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計算機。 可編程序控制器被認為是 真正的工業(yè)控制計算機，在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位，其主要特點有： 梯形圖是使用最多的 PLC 的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 、安裝、調(diào)試工作量少 PLC 的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計法萊設(shè)計。 可以在實驗室模擬調(diào)試 PLC 的用戶程序，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過 PLC 上的發(fā)光二極管觀察輸出信號的狀態(tài)。因此，在設(shè)計 PLC 控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則： 23 1)最大限度地滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮 PLC 的功能，最大限度地滿足被控對象的控制要求，是設(shè)計 PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計中 最重要的一條原則。這就要求設(shè)計者在系統(tǒng)設(shè)計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保控制系統(tǒng)安全可靠。這就要求設(shè)計者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便、成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。因此， PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括： (1)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的工藝要求，以及所提出的各項控制指標與經(jīng)濟預(yù)算等內(nèi)容，首先進行系統(tǒng)的總體設(shè)計。 (4)選擇用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接 觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等），這些設(shè)備屬于一般的電器元件。必要時還可將控制任務(wù)分成幾個獨立部分，這樣可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。 PLC 硬件的選擇 硬件選購目前市場上的 PLC產(chǎn)品眾多，除國產(chǎn)品牌外，國外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、 FUJJ、德國 的 SIEMENS，韓國的 LG等。如果能夠考慮到未來的發(fā)展將會用最小的代價對系統(tǒng)進行革新和增加新功能。 選擇 PLC 機型注意要點 (1)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度； (2)對 I/O 點數(shù)和 I/O 點的類型 (數(shù)字量、模擬量等 )統(tǒng)計； (3)適當進行內(nèi)存容量估計的基礎(chǔ)上，確定留有適當?shù)挠嗔慷焕速M資源的機型 (小、中、大形機器 )； (4)結(jié)合市場情況，考察 PLC 生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價格性能比較好的 PLC 機型。 (2)用戶存儲器容量的估算 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素（如I/O 點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等）有關(guān)，存儲器容量的選擇一般有兩種方法： ①根據(jù)