【正文】 Logic Controller（PLC）the emergence of significant changes in industrial control systems.This paper using studying tells programmable controller various design knowledge and methods cooperate frequency converter and stepping motor equipment realized line work of he stage of the positive operation, reverse operation and more paragraphs speed operation. This control system realization and application of PLC system, fully embodies in the industrial field, and the application according to the design and different needs change data and status, still can make its application scope more extensive. This paper firstly PLC and its working principle, then clearly based on FX2N PLC software the production line control system design scheme.Keywords: PLC，frequency converter，reform，production line control system 前 言在生廠過程、科學(xué)研究和其它產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，電氣控制技術(shù)的應(yīng)用都是十分廣泛的。本文利用學(xué)習(xí)中講述的PLC的設(shè)計(jì)知識(shí)和方法、配合變頻器、步進(jìn)電機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線上工作臺(tái)的正向運(yùn)行、反向運(yùn)行以及多段速運(yùn)行。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。當(dāng)時(shí)人們把它稱為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱PLC，只是用它來取代繼電器控制，僅具備邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件可根據(jù)需要選用配置，其軟件則需要根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。三菱的FXOS14點(diǎn)(8個(gè)24VDC輸入，6個(gè)繼電器輸出)，其尺寸僅為58mm89mm，僅大于信用卡幾個(gè)毫米，而功能卻有所增強(qiáng)，使PLC的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到遠(yuǎn)離工業(yè)控制的其它行業(yè)，如快餐廳、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等，甚至引入家庭住宅、娛樂場(chǎng)所和商業(yè)部門。從西門子公司的SIMATIC S7400的性能可對(duì)PLC窺見一斑：SIMATIC S7400是匣式封裝模塊，可卡在導(dǎo)軌上安裝，由I/O總線和通信總線建立電氣連接，模塊可在工作或加電時(shí)替換或插、拔，可快速安裝維護(hù)，修改方便，其主要性能為：1）CPU存儲(chǔ)器容量64K字節(jié)，；2）位和字處理速度80ns至200ns；3）最高系統(tǒng)計(jì)算能力可以有4個(gè)CPU同時(shí)計(jì)算； 4）一個(gè)中央框(CR)可擴(kuò)展直到21個(gè)擴(kuò)展框；5）每個(gè)CPU上多點(diǎn)接口(MPI)能力，如可同時(shí)連接文字顯示或操作員以及編程器件；6）CPU上的SINECL2DP附加有分散I/O的集成性能；7)提供與計(jì)算機(jī)和其它Siemens產(chǎn)品或系統(tǒng)的連接接口；　8）高可靠性,完善的自診斷和清除故障功能。但是，按照預(yù)測(cè)，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇，估計(jì)全球PLC市場(chǎng)在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2005年全國(guó)PLC需求量將達(dá)到25萬套左右，約35（45億元人民幣。 PLC的組成和基本工作原理 PLC的組成PLC基本組成包括中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口(縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設(shè)備接口、擴(kuò)展接口等)、外部設(shè)備編程器及電源模塊組成，見圖1。系統(tǒng)管理程序主要控制PLC的運(yùn)行，使PLC按正確的次序工作；用戶指令解釋程序?qū)LC的用戶指令轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言指令，傳輸?shù)紺PU內(nèi)執(zhí)行；功能程序與系統(tǒng)程序調(diào)用則負(fù)責(zé)調(diào)用不同的功能子程序及其管理程序?！。?） 接口　輸入輸出接口是PLC與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制或檢測(cè)元件和執(zhí)行元件連接的接口電路。微電腦輸入接口電路一般由寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路組成，這些電路集成在一個(gè)芯片上。　微電腦輸出接口電路一般由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求邏輯電路集成在芯片上，CPU通過數(shù)據(jù)總線將輸出信號(hào)送到輸出數(shù)據(jù)寄存器中，功率放大電路是為了適應(yīng)工業(yè)控制要求，將微電腦的輸出信號(hào)放大。（5）電源PLC的電源將外部供給的交流電轉(zhuǎn)換成供CPU、存儲(chǔ)器等所需的直流電，是整個(gè)PLC的能源供給中心。自診斷內(nèi)容包括I/O部分、存儲(chǔ)器、CPU等，并通過CPU設(shè)置定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時(shí)間，如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機(jī)并顯示出錯(cuò)。從輸入狀態(tài)映像區(qū)讀出輸入信號(hào)的狀態(tài)，經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算處理等，將結(jié)果寫入輸出狀態(tài)映像區(qū)。PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖式的、短期的，由于系統(tǒng)響應(yīng)慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，多次掃描因瞬時(shí)干擾而引起的誤動(dòng)作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。PLC中通常以字為單位。它主要用于存放變量的狀態(tài)、中間結(jié)果和數(shù)據(jù)等，還提供大量的輔助寄存器如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、移位寄存器和狀態(tài)寄存器等，以便用戶編程使用。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。整體式PLC由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。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。（3）高檔PLC德國(guó)西門子公司GEⅣ從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。FX系列PLC擁有無以匹及的速度，高級(jí)的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)； FX2N是從16路到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。 表示單元類型（M—基本單元、E—輸入輸出混合擴(kuò)展單元與擴(kuò)展模塊、EX—輸入專用擴(kuò)展模塊、EY—輸出專用擴(kuò)展模塊）；③ 4輸出用裝卸式端子一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時(shí)器，C代表計(jì)數(shù)器，S代表狀態(tài)繼電器，D代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV代表傳輸?shù)?。二、輸出繼電器（Y）PLC的輸出端子是向外部負(fù)載輸出信號(hào)的窗口。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。其設(shè)定值在K1～K32767范圍內(nèi)有效。數(shù)據(jù)寄存器是計(jì)算機(jī)必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。但是，由RUN→STOP時(shí)， 全部數(shù)據(jù)均清零。D200～D511，共312點(diǎn)，或D200～D999，共800點(diǎn)（由機(jī)器的具體型號(hào)定）。RAM文件寄存器5）特殊用寄存器輸入輸出指令（LD/LDI/OUT）下面把LD/LDI/OUT三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以表明: 常開觸點(diǎn)與母線相連線圈驅(qū)動(dòng)輸出指令用于并行輸出，能連續(xù)使用多次。ANB（塊與） 電路塊串聯(lián)連接如需要將多個(gè)電路塊并聯(lián)連接，應(yīng)在每個(gè)并聯(lián)電路塊之后使用一個(gè)ORB指令，用這種方法編程時(shí)并聯(lián)電路塊的個(gè)數(shù)沒有限制；也可將所有要并聯(lián)的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出ORB的指令，但這時(shí)ORB指令最多使用7次。 操作元件若不寫END指令，PLC將以用戶存貯器的第一步執(zhí)行到最后一步，因此，使用END指令可縮短掃描周期。 控制方式：即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。 臺(tái)達(dá)變頻器的故障分析常見故障分析： 1) 過流故障：過流故障可分為加速、減速、恒速過電流。如前者則必須更換大功率的電機(jī)和變頻器；如后者則要對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行檢修。順序功能圖也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，相當(dāng)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電氣制圖的功能表圖。狀態(tài)步必須滿足對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移條件才能處于動(dòng)作狀態(tài)（狀態(tài)繼電器S得電）。 SFC圖的分支與跳轉(zhuǎn)1）從多個(gè)分支流程中選擇某一個(gè)單支流程，稱之為選擇性分支。 設(shè)計(jì)內(nèi)容按下SB1，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，工作臺(tái)開始運(yùn)行；按下SB2，電動(dòng)機(jī)停止，工作臺(tái)停止運(yùn)行；；按下SB3，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行；按下SB4，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行；按下SB5，電動(dòng)機(jī)以一檔轉(zhuǎn)速600r/min運(yùn)行；按下SB6,電動(dòng)機(jī)以二檔轉(zhuǎn)速900r/min運(yùn)行；按下SB7，電動(dòng)機(jī)以三檔轉(zhuǎn)速2100r/min運(yùn)行；按下SB8，電動(dòng)機(jī)以四檔轉(zhuǎn)速2700r/min運(yùn)行；按下SB9,電動(dòng)機(jī)以五檔轉(zhuǎn)速1500r/min運(yùn)行；按下SB8，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行；按下SB9，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行；按下SB10，電動(dòng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行；按下SB11,電動(dòng)機(jī)以一檔轉(zhuǎn)速600r/min運(yùn)行；按下SB12,電動(dòng)機(jī)以任一級(jí)速度恒速運(yùn)行。4 小結(jié)經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。后期主要是將編制的程序輸入PLC機(jī)內(nèi)，設(shè)置變頻器參數(shù)，按技術(shù)要求調(diào)試運(yùn)行系統(tǒng)，排除中間出現(xiàn)的故障。在設(shè)計(jì)過程中，我收獲了很多，當(dāng)然也遇到了一些挫折，有時(shí)自己的想法沒法用設(shè)計(jì)表示出來，當(dāng)然還有像自己做出來的東西不能滿足設(shè)計(jì)的要求等，在此要感謝我的指導(dǎo)老師劉媛媛老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我發(fā)現(xiàn)自己原來知識(shí)還比較欠缺。2. 時(shí)間繼電器延時(shí)時(shí)間到，Y00Y004得電，電動(dòng)機(jī)以二檔轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)運(yùn)行，同時(shí)時(shí)間繼電器啟動(dòng)，仿真圖如下圖所示。圖 并行性分支與匯合狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和步進(jìn)梯形圖3）跳轉(zhuǎn)和重復(fù)的處理 SFC圖的跳轉(zhuǎn)用可編程序控制器(PLC)和變頻器控制交流電動(dòng)機(jī)工作，由交流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)流水線工作臺(tái)運(yùn)行，交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速變化情況如圖所示，且能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。也常用M8002（初始化脈沖）的接點(diǎn)作為轉(zhuǎn)移條件。1）步進(jìn)梯形圖指令步進(jìn)梯形圖指令STL使用的軟元件為狀態(tài)繼電器S，元件編號(hào)范圍為S0S899共900點(diǎn)。 變頻器的多段速控制變頻器的多段速是通過功能端子控制的，這些功能端子按照二進(jìn)制的規(guī)律組合接通時(shí)，變頻器輸出各段速。這時(shí)一般可通過延長(zhǎng)加減速時(shí)間、減少負(fù)荷的突變、外加能耗制動(dòng)元件、進(jìn)行負(fù)荷分配設(shè)計(jì)、對(duì)線路進(jìn)行檢查?！?最低運(yùn)行頻率：即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很差，電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。在調(diào)試程序時(shí)，可以將END指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動(dòng)作，確認(rèn)無誤后，再依次刪去插入的END指令。END（結(jié)束） 常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接Y，M，T，C，S,FX，Y，M，T，C,S OUT（輸出） 通道分配 D8000～D8255，共256點(diǎn)。通道分配 D6000～D7999，共2000點(diǎn)。文件寄存器是在用戶程序存儲(chǔ)器（RAM、EEPROM、EPROM）內(nèi)的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，以500點(diǎn)為一個(gè)單位，最多可在參數(shù)設(shè)置時(shí)到2000點(diǎn)。除非改寫，否則原有數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不論電源接通與否，PLC運(yùn)行與否，其內(nèi)容也不變化。 2） 1）通用數(shù)據(jù)寄存器D通用計(jì)數(shù)器的通道號(hào)：C0 ～C99，共100點(diǎn)。計(jì)數(shù)器（C）定時(shí)器可以用用戶程序存儲(chǔ)器內(nèi)的常數(shù)K作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內(nèi)容作為設(shè)定值。但是，這些觸點(diǎn)不能直接驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)必須通過輸出繼電器來實(shí)現(xiàn)。輸出繼電器的電子常開/常閉觸點(diǎn)使用次數(shù)不限。 7電源、輔助電源、輸入信號(hào)用裝卸式端子 號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)繼電器輸出晶閘管輸出晶體管輸出FX2N16MRFX2N16MSFX2N16MT8