【正文】 第 3 章 可編程控制器 PLC 原理及選型 5 第 3 章 可編程控制器 PLC 原理及選型 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。 上世紀 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30~40%。 PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀 自 20 世紀 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 的廣泛應(yīng)用成為可能。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%。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、速度控制和機器啟停控制。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)、線等。 (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。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、標(biāo)準化、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。 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。擴展單元內(nèi)只有 I/O和電源等，沒有 CPU。模塊式 PLC由框架或基板和各種模塊組成。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。 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。 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。 2. 中型 PLC——I/O點數(shù) 256～ 2048點；雙 CPU，用戶存儲器容 量 2～ 8K。 PLC 及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標(biāo)準的，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)。 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。 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，一般用于大中型控制系統(tǒng)。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?？紤]是否需要擴展機架或遠程 I/O機架等 。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，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 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（ 16 位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量 。 STEP7 編程軟件適用于 SIMATICS M C7 和基于 PC 的 WinAC，是供其編程、監(jiān)控和藏書設(shè)置的標(biāo)準工具。 STEP7 的構(gòu)成組件 STEP7 不是一個單一的應(yīng)用程序，而是有一系列應(yīng)用程序 [工具 ]構(gòu)成的軟件包。 SIMATIC Manager 中可以同時打開多個項目，每個項目的視圖由兩部分組成。可以對 PLC機架上的硬件進行配置，設(shè)置各種硬件模塊的參數(shù)，例如 CPU 參數(shù)和分布式 I/O參數(shù)等。使用這個工具生成的符號表式全局有效的，可供其他所有工 具使用。 STEP7 各程序塊的功能 在 S7用戶程序中有下列幾種類型的塊可以使用 : 1. 組織塊〔 OB〕 OB決定用戶程序的結(jié)構(gòu)； 2. 系統(tǒng)功能塊 (SFB)和系統(tǒng)功能 (SFC): SFB和 SFC集成在 S7CPU中可以用來訪問一些重要的系統(tǒng)功能； 3. 功能塊 (FB):FB是帶有“存儲區(qū)域”的塊，可以自己編程這個存儲區(qū)域； 4. 功能 (FC):FC中是經(jīng)常使用的功能的程序； 5. 背景數(shù)據(jù)塊 (背景 DB):當(dāng)一個 FB/SFB被調(diào)用時，背景 DB與該塊相關(guān)聯(lián)，它們可以在編譯過程中自動生成； 6. 數(shù)據(jù)塊 (DB): DB是用于存儲用戶數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域，除了指定一個功能塊的數(shù)據(jù)， 還可以定義可以被任何塊使用的共享數(shù)據(jù)。組織塊決定各個程序部分執(zhí)行的順序。 (2)日期時間中斷 OB10OB17:日期時間中斷允許用戶通過 STEP7編程設(shè)定，可在特定日期，時間執(zhí)行中斷操作，也可按照時間間隔周期 性的重復(fù)執(zhí)行中斷操作， 8個日期時間中斷具有相同的優(yōu)先級， CPU按啟動事件發(fā)生順序進行處理。 (6)啟動中斷 OB100OB102:如果需要安排初始化操作，或者根據(jù)暖啟動，熱啟動，冷啟動的啟動事件，可在 OB100， OB101,OB102中編寫啟動條件，完成 PLC系統(tǒng)的啟動步驟， PLC CPU啟動中斷的觸發(fā)條件為： ①電源上電； ② CPU的開關(guān)狀態(tài)從 STOP撥向 RUN/RUNP； ③從網(wǎng)絡(luò)通信來的啟動請求。由于 FC沒有自己的存儲區(qū)，所以必須為它指定實際參數(shù)，不能為一個FC的局域數(shù)據(jù)分配初始值。當(dāng)功能塊執(zhí)行結(jié)束時， 存在背景塊中的數(shù)據(jù)不會丟失，但存在本地堆棧中的數(shù)據(jù)將丟失。與局域數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)不同，在 DB中的數(shù)據(jù)當(dāng) DB關(guān)閉時，也就是，當(dāng)相應(yīng)的邏輯塊結(jié)束時，不會被刪除。 （ 1）系統(tǒng)功能塊 (SFB) 系統(tǒng)功能塊時集成在 S7CPU 中的功能塊。 （ 2）系統(tǒng)功能 (SFC) 系統(tǒng)功能時集成在 S7CPU中的預(yù)先編號程序并通過測試的功能。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能多樣性。 MM440 變頻器既可用于單機驅(qū)動系統(tǒng)，也可集成到自動化系統(tǒng)中。 MM440 變頻器鏈接到電壓更高的電源上。 MM440 變頻器開關(guān)量輸入功能 MM440 變頻器包含了 6 個數(shù)字開關(guān)量的輸入端子，每個端子都有一個對應(yīng)的參數(shù)用來設(shè)定該端子的功能。 二進制編碼選擇 +ON 命令 使用這種方法最多可以選擇 15 個固定頻率。對輥式破碎機其 齒形優(yōu)化設(shè)計，拉剪力選擇破碎，高效低耗，出粒均勻 ，將其應(yīng)用在大塊物料破碎至小塊物料的場合，是其他破碎機所望塵莫及的 ，形成了高生產(chǎn)率的機理。動力和傳動部分是由電動機主、被動皮帶輪轉(zhuǎn)動，并通過三角皮帶，將動力傳遞給輥軸旋轉(zhuǎn)，達到破碎的目的。 第 6 章 對輥式 破碎機的硬件設(shè)計 19 對輥式破碎機的控制過程 對輥式破碎機的控制模式 本控制系統(tǒng)有兩種控制模式：就地控制跟遠程集中控制。在遠程自動狀態(tài)下，主電機和油泵電機的運行亦是受 PLC 控制的，但是 PLC 是受遠程控制的。 ，停止油泵的運行。當(dāng)主電機反轉(zhuǎn)運行時，指示燈亮。 ，用于指示缺相或轉(zhuǎn)速故障。主電路電動機各配有一塊電流表。在 PLC 箱內(nèi)按下 KA1,中間繼電器 KMF1 得電， KMF1 合上并自保，電動機正轉(zhuǎn)，同時電源指示燈 HL1 和 JHL1 滅，電機正轉(zhuǎn)指示燈 JHF1 亮；當(dāng)在PLC 箱內(nèi)按下 KA2,KMR1 得電并自保，電動機反轉(zhuǎn)，同時，電動機正轉(zhuǎn)指示燈 HF1和 JHF1 滅，電動機反轉(zhuǎn)指示燈 JHR1 亮。在集中就地轉(zhuǎn)換箱內(nèi)，開關(guān)向下 45 度撥下， 5 和 6 兩端連接，此時為遠程PLC 集中控制油泵的運行，在 PLC 箱內(nèi)按下 KA3,中間繼電器 KM1 得電， KM1 合上并自保，電源指示燈 HL JHL2 滅，遠程油泵運 行指示 JHLF2 亮；當(dāng)在集中就地轉(zhuǎn)換箱內(nèi)，開關(guān)向上 45 度撥下， 7 和 8 兩端連接，此時為就地控制油泵的運行，按下 SB，中間繼電器 KM2 得電， KM2 合上并自保，遠程油泵運行指示燈 JHLF2 滅，就地油泵運行指示燈 HF2 亮。 M，電機最大轉(zhuǎn)矩為 它有兩個 互相絕緣的線圈 ， 套在一個閉合的鐵芯柱上 ， 在電路中與被測線路串聯(lián)的線圈叫一次側(cè) ， 與儀表相連的叫二次側(cè) 。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備稱為變送器。 斷路器可以是在 正常情況下接通和斷開高壓電路中的空載及負荷電流 ，也可以 在系統(tǒng)發(fā)生故障時能與保護裝置和自動裝置相配合 ,迅速切斷故障電流 ,防止事故擴大 ,從而保證系統(tǒng)安全運行 。 工業(yè)上最廣泛采用的是用 4～ 20mA 電流來傳輸模擬量。如變比為 400/5 的電流互感器，可以把實際為 400A 的電流轉(zhuǎn)變?yōu)?5A 的電流。 M； 油泵電機選擇 對輥式破碎機油泵電機選用 DC24V /75WVB 直流油泵電機系列 , 電源輸入220V，輸出 24V, 電機電壓 24V /75W，轉(zhuǎn)速可調(diào) ,油泵出口排量 ～ ； 河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 24 電流互感器選擇 電流互感器是一種測量用的特殊的變壓器 ， 工作原理和變壓器相同 。上圖 為對輥式破碎機 MM440 變頻器的控制原理圖，如圖 所示，當(dāng) PLC 輸入正轉(zhuǎn)信號時，正轉(zhuǎn)輸入繼電器得電，正轉(zhuǎn)按鈕閉合，對輥式破碎機正轉(zhuǎn)運行；當(dāng) PLC輸入反轉(zhuǎn)信號時，反轉(zhuǎn)輸入繼電器得電，反轉(zhuǎn)按鈕閉合，對輥式破碎機反轉(zhuǎn)運行；MM440 變頻器默認電機低速，當(dāng) PLC 輸入速度 1 選擇信號時，速度 1 輸入繼電器得電，電機速度 1 按鈕閉合，電機以速度 1 運行，當(dāng) PLC 輸入速度 2 選擇信號時，速度 2 輸入繼電器得電，電機速度 2 按鈕閉合，電機以速度 2 運行。 圖 為對輥式破碎機油泵控制原理圖，圖中 KM KM2 為中間繼電器， KA3河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 22 為隔離繼電器 ，在 PLC 控制箱內(nèi)， HL2 和 JHL2 為電源指示燈，分別指示就地和遠程集中狀態(tài)， HLF2 和 JHF2 為油泵運行指示燈，分別指示就地和遠程集中狀態(tài)。 第 6 章 對輥式 破碎機的硬件設(shè)計 21 合上電源開關(guān) QL1，主電路得電，電源指示燈 HL1 和 JHL1 亮，電源電壓正常。 對輥式破碎機的控制原理圖 圖 為對輥式破碎機主電路運行原理圖，主電路電源選用三相電源，電機M1 和電機 M2 為對輥式破碎機的破碎輥控制電機，電機 M1 和 M2 的轉(zhuǎn)速由 MM440變頻器控制， M3 為對輥式破碎機的油泵電機，其作用是在電機運行時負責(zé)給主河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 20 電路電機 M M2 上油，起潤滑作用。當(dāng)油泵電機運行時指示燈亮。當(dāng)主電機正轉(zhuǎn)運行時，指示燈亮。 PLC 現(xiàn)場控制箱的指示按鈕 在 PLC 遠程控制箱上有如下按鈕指示燈： ：按下時切斷控制電源并停機，一直保持設(shè)備不能啟動。在就地手動狀態(tài)下，可以獨立的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)啟動主電 機，停止按鈕或禁啟按鈕均可以停止主電機的運行；也可以通過油泵啟和油泵停按鈕獨立的啟 /停油泵。 對輥式破碎機的控制要求 對輥式破碎機 采用兩組單獨傳動的輥子，由電動機通過三角皮帶帶動兩輥子相對旋轉(zhuǎn)而形成 “V”型破碎腔 （ 對輥部分是破碎機執(zhí)行破碎的主要部件，它由 45鑄鋼澆鑄而成，鑲在主、附軸上 ），啟動破碎機后，有油泵運行給兩輥上油潤滑， 當(dāng) 兩對輥相向旋轉(zhuǎn)時，物料從料斗定量給入，切向進入對輥中間，由于對輥的調(diào)整系統(tǒng)的強度遠大于物料，物料被破碎，被擠碎的物料隨著對輥的旋轉(zhuǎn)逐漸達到最小粒度后，進入機器的底部出料斗內(nèi)，并隨著有斜度的料槽流出機器，破碎過程完成 。機架由型鋼焊接而成，主要起支撐作用，所有部件均安裝在機架上。 表 54 MM440 的兩種制 動方式 制動方式 功能解釋 相關(guān)參數(shù) 直流制動 變頻器向電機定子注入直流 P1230=1 使能直流制動 P1232=直流制動強度 P1233=直流制動持續(xù)時間 P1234=直流制動的起始頻率 能耗制動 變頻器通過制動單元和制動電阻，將電機回饋的能量以熱能的形式消耗掉 P1237=15,能耗制動的停止周期 P1240=0,禁止直流電壓控制器，從而防止斜坡下降時間的自動延長 河北聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 18 第 6 章 對輥式破碎機的硬件設(shè)計 對輥式破碎機簡介 對 輥式破碎機（對輥式破碎機 /雙輥破碎機）適用于在水泥，化工，電力 ，冶金，建材，耐火材料等工業(yè)部門破碎中等硬度的物料，如石灰石，爐渣 ，焦炭，煤等物料的中碎，細碎作業(yè)。 MM440 變頻器的多段速選擇功能 多段速功能，也稱作固定頻率，就是設(shè)置參數(shù) P1000=3 的條件下，用開關(guān)量端子選擇固定頻率的組合，實現(xiàn)電機多段數(shù)運行，可通過如下 3 種方式運行實現(xiàn)： 直接選擇 在這種操作方式下一個數(shù)字輸入選擇一個固定頻率。 ，在接通電源時必須確信變頻器的前蓋已經(jīng)蓋好。 ，就應(yīng)完成電源線的絕緣測試。 MM440 變頻器具有默認的工廠設(shè)置參數(shù)，它是給數(shù)