【正文】 它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。為提高抗干擾能力，一般的輸入 /輸出模塊都有光電隔離裝置。為防止在外部電源發(fā)生故障的情況下， PLC內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)等重要信息的丟失， PLC 還帶有鋰電池作為后備電源。這對于事故分析和系統(tǒng)改進(jìn)是非常有價 值的。在整個運行期間，可編程邏輯控制 器的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 (2)輸出映像寄存器區(qū)中的數(shù)據(jù)由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定。 PLC 的 I/O 分配 ，如 表 所示 表 I/O分配 PLC 輸入端子 PLC 輸出端子 X0 編碼器 A相 Y0 正轉(zhuǎn) X1 編碼器 B 相 Y1 反轉(zhuǎn) X2 編碼器 Z 相 Y2 高速 X3 編碼器 A 相 Y3 低速 X4 編碼器 B 相 Y4 停止指示燈 X5 編碼器 Z 相 Y5 運行指示燈 X6 啟動按鈕 Y6 蜂鳴器 X7 停止按鈕 Y7 接觸器 X10 復(fù)位按鈕 X11 急停按鈕 X12 正轉(zhuǎn) X13 反轉(zhuǎn) X14 高速 X15 低速 X16 變頻器故障 X17 行程開關(guān) 1 X20 行程開關(guān) 2 X21 行程開關(guān) 3 X22 行程開關(guān) 4 小結(jié) 本章是介紹了可編程控制器的工作原理，可編程控制器各個模塊的用途、 性能 及其電路接線方法 。三相電源經(jīng)過 VD1~VD6 后產(chǎn)生脈動的直流，通過 CF1和 CF2 可以把脈動的直流轉(zhuǎn)變成平緩的直流電源。 電壓、電流檢測電路與主回路 電位隔離檢測電壓、電流等。不變是很容易做到的。由于這類負(fù)載很多，約占交流電動機(jī)總?cè)萘康?20％ 39。變頻器保護(hù)功能很強(qiáng)，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別 (如電網(wǎng)瞬時電壓降低，電網(wǎng)缺相，直流過電壓，功率模塊過熱，電機(jī)短路等 )，并立即封鎖輸出電壓．這種“自 我保護(hù)”的功能，不僅保護(hù)了變頻器，還保護(hù)了電機(jī)不易損壞。起重機(jī)械目前市場份額也較小，僅占 4%5%。這些傳感器主要應(yīng)用在下列方面：機(jī)床、材料加工、電動機(jī) 反饋系統(tǒng) 以及測量和控制設(shè)備。 隨著機(jī)械設(shè)備自動化程度的提高，編碼器產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，客戶已不再滿足于編碼器僅能將物理的旋轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)換為電信號，還要求編碼器集成度更高，產(chǎn)品更加耐用，并且希望能在絕對值編碼器中出現(xiàn)更豐富的接口方式，使更多的設(shè)備實現(xiàn)智能化。 市場 情況 編碼器在 OEM 市場的應(yīng)用比例較高，主要應(yīng)用于機(jī)床、電梯、伺服電機(jī)配套、紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、起重機(jī)械等行業(yè)。變頻器技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它建立在控制技 術(shù)、電子電力技術(shù)、微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上。 2．基頻以上調(diào)速 基頻以上調(diào)速 ，頻率可以從無往上增高，但電壓 U磁通與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。 在電動機(jī)調(diào)速時，一個重要的因素是希望保持每極磁通量 。如圖 所示， 控制電路由以下電路組成：頻率、電壓的運算電路、豐電路的電壓、電流檢測電路，電動機(jī)的速度檢測電路，將運算電路的控制信號進(jìn)行放大的驅(qū)動電路，以及逆變器和電動機(jī)的保護(hù)電路。 如圖 所示： 圖 變頻器主電路圖 交一直變換部分 （ 1） 、 VDl39。 輸入端 X17~X22,做為行程開關(guān)的輸入端，行程開關(guān)起到保護(hù)檢橋機(jī)的作用，當(dāng)檢橋機(jī)走到斜拉橋的盡頭時，我們用肉眼是 無法確定的，考慮到工作控制需要還有人員安全的保護(hù)，在檢橋機(jī)的前后分別抖安裝行程開關(guān)，前后分別兩個，前后的兩個行程開關(guān)一左一右，起到雙重保護(hù)作用。 PLC的掃描過程可用圖“ 來表示。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式；在執(zhí)行過程中，如果一個繼 電器的線圈通電，那么該繼電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作：其常開觸點閉合，常閉觸點打開。 6．其他外部設(shè)備 (1)外部存儲器 外部存儲器是指磁帶或磁盤，工作時可將用戶程序或數(shù)據(jù)存儲在盒式錄音機(jī)的磁帶上或磁盤驅(qū)動器的磁盤中，作為程序備份。 PLC 的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此對外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一般允許外部電源電壓的額定值在 +lO％～一 15％的范圍內(nèi)波動。 3．輸入腧出 (I/O)部件 輸入部件和輸出部件也稱為輸入 /輸出單元或輸入 /輸出模塊。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。 FX 系列 PLC 基本單元自帶 DC24V 電源 ,FX 系列的輸入信號一般采用 DC24V,給可編程控制器的輸出端子上的指示燈、蜂鳴器還有交流接觸器提供電源，雖然可編程控制器有電源可以提供，但是考慮到功耗問題，需要提供 DC24V 電源 。 方案一具有簡單等優(yōu)勢，在對其電機(jī)進(jìn)行控制的時候，只需要通過信號輸入PLC， PLC 處理后對變頻器 發(fā)出起停、調(diào)速等信號，便可實現(xiàn)對電機(jī)的控制，實現(xiàn)運動狀態(tài)，但是方案一只有一個電機(jī)在拖動機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)兩邊所受到的力及其運動狀態(tài)將會不同，機(jī)構(gòu)兩邊不能同步前進(jìn)，會出現(xiàn)檢橋機(jī)構(gòu)一邊前一邊后的現(xiàn)象。 檢橋機(jī)構(gòu)電氣的設(shè)計，核心是對電機(jī)進(jìn)行控制。 根據(jù)輪壓選擇小車車輪直徑 250mm，共 4 個。 20 世紀(jì) 80 年代末，我國在總結(jié)加拿大安那西斯橋的經(jīng)驗基礎(chǔ)上， 1991 年建成了上海南浦大橋（主跨為 423 米的結(jié)合梁斜拉橋），開創(chuàng)了我國修建 400 米以上大跨度斜拉橋的先河。機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 （論文）任務(wù)書 2021 年 12 月 24 日發(fā)出，應(yīng)于 2021 年 5 月 20日前完成， 然后提交畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會進(jìn)行答辯。目前為止建成或正在施工的斜拉橋共有 30 余座，僅次于德國、 日本 ，而居世界第三位 ， 而大跨徑 混凝土斜拉橋 的數(shù)量已居世界第一。 （ 3） 其它，如爬梯、檢修平臺等 1t。 檢橋機(jī) 工作分析 本論文主要負(fù)責(zé)檢橋機(jī)構(gòu)的電氣設(shè)計，該運行機(jī)構(gòu)分為 2檔速度運行，一檔用于行走，速度的大小是 15m/min ，另一擋用于對橋梁的檢修，速度的大小是5m/min。主動輪通過電機(jī)進(jìn)行拖動，從而帶動整個機(jī)構(gòu) 的運行，達(dá)到實現(xiàn)啟動，停止，急停，復(fù)位，速度一檔，速度二檔，前進(jìn)和后退等功能。 如圖 所示 ： 圖 主電路圖 斷 路器， QF,作為主電路的總開關(guān)， 能夠關(guān)合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件（包括短路條件 ）下的電流的開關(guān)裝置。因為早期的可編程序控制器在功能上只能進(jìn)行邏輯控制，因此也稱為PLC(programmable Logic controller)，即是可編程邏輯控制器。 EPROM、 EEPROM 都是只讀存儲器，常用來存放系統(tǒng)程序和需要長久保存的用戶程序。 I／ O 模塊 的類型、品種與規(guī)格越多， PLC 系統(tǒng)的靈活性越好； I／ O 模塊的 I／ O 容量越大， PLC 系統(tǒng)的適應(yīng)性越強(qiáng) 。圖形編程器還可與打印機(jī)、繪圖儀等設(shè)備連接，但價格相對較高。掃描從第 0號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結(jié)束，即完成一個掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，并周而復(fù)始地重復(fù)。如果程序中兩個操作相互用不到對方的操作結(jié)果，那么這兩個操作的程序在整個用戶程序中的相對位置是無關(guān)緊要的。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集。變頻器 靠內(nèi)部 IGBT 的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機(jī)的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的， 變頻器的主電路給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為 主 電路。 直一交變換部分 逆變器 V1~ 若 V1 V2 V6 和 V3,V4,V2 和 V5 V4 V6 以某個頻率讓其導(dǎo)通，則在電機(jī)內(nèi)部繞組產(chǎn)生一個交流電源，促使電機(jī)工作。異步電動機(jī)定了磁場的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動機(jī)的磁極個數(shù)和電源頻率所決定： n=60f／ p n同步頻率 f電源頻率 p磁極對數(shù) 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速總是小于其同步轉(zhuǎn)速，異步電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速可由下式給出： N=n(1一 s)=60f(1s)／ p N一電動機(jī)實際轉(zhuǎn)速 s一異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率 改變參數(shù) f， s 中的任意一個就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，即對異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。低頻時， U 和 Eg 都較小，定予阻抗壓降所占的份量都比較顯著，不能在忽略。除此之外，變頻器還具有直流制動功能，需要制動時，變頻器給電動機(jī)加上一個直流電壓，進(jìn)行制動，則無需另加制動控制電路。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理編碼器可分為 增量式和絕對式兩類。目前絕對值編碼器的價格大約是增量型編碼器的 4倍以上，國內(nèi)市場上 70%的應(yīng)用是價格相對經(jīng)濟(jì)的增量型編碼器，主要應(yīng)用在如包裝、紡織、電梯等行業(yè)中僅要求測量轉(zhuǎn)速及對絕對位置測量要求不高的機(jī)器設(shè)備上。此系統(tǒng)全部用一個紅外 光源 垂直照射，這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層 光柵 ，稱為準(zhǔn)直儀，它具有和 光盤 相同的窗口。 2021 年風(fēng)電行業(yè)自動化產(chǎn)品需求增長達(dá)到 了 50%以上，而電梯、伺服電機(jī)、紡織機(jī)械以及機(jī)床等編碼器的主要應(yīng)用領(lǐng)域增長也比較明顯，是拉動增長的主要來源。 變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。除此之外，原有調(diào)速方式耗 能較大者 (如繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)等 )，原有調(diào)速方式比較龐雜，效率較低者 (如龍門刨床等 )，采用了變頻調(diào)速后，節(jié)能效果也很明顯。 Eg—— 氣隙磁通在定了每相中感應(yīng)電 動勢有效值，單位為 V； F1—— 定子頻率，單位為 Hz：； N1—— 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； Kn1—— 基波繞組系數(shù)； ① m—— 每極氣隙磁通量 ； 由公式可知，只要控制好 E 和 F，便可以控制磁通①。 I／ 0 輸入輸出電路 為了變頻器更好人機(jī)交互，變頻器具有多種輸入信號的輸入 (比如運行、多段速度運行等 )信號，還有各種內(nèi)部參數(shù)的輸出 (比如電流、頻率、保護(hù)動作驅(qū)動等 )信號。因為 CF1 和 CF2 在電源關(guān)斷后會繼續(xù)放電，從安全上考慮，一定必須等指示燈滅掉之后，方能去觸碰導(dǎo)線端子，防止觸電。 可編程控制器的選型，考慮到性價比，最終確定選用三菱 PLC，其型號是FX2n48mr，明確了 PLC 的 I/O的分布，設(shè)計出 PLC 端口的接線圖。在輸入采樣和程序執(zhí)行階段，輸出鎖存電路的數(shù)據(jù)不會發(fā)生 改變。在輸入采樣階段結(jié)束后，即使輸入信號狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會發(fā)生 改變。 7． I/O擴(kuò)展單元 I/O 擴(kuò)展單元用來擴(kuò)展輸入、輸出點數(shù)。它通過接口與 CPU 聯(lián)系，完成 人機(jī)對話。這些信號有的是數(shù)字量，有的是模擬量；有的是直流信號，有的是交流信號。 為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。根據(jù)機(jī)構(gòu)的電氣設(shè)計要求，對檢橋機(jī)進(jìn)行工作分析，明確機(jī)構(gòu)的 設(shè)計的核心，確定機(jī)構(gòu)的研究方向，擬定方案進(jìn)行選擇，最終設(shè)計出電氣的原理圖，再更加元器件表格，設(shè)計出電氣安裝圖。 （ 3） 遙控器的通信方式的選擇 方案一，采用紅外通信，紅外通信是利用 950nm 近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的媒體，即通信信道。 變頻器的選擇，通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。目前為止建成或正在施工的斜拉橋共有 30余座，僅次于德國、 日本 ，而居世界第三位 ， 而大跨徑 混凝土斜拉橋 的數(shù)量已居世界第一。 圖 高空車 檢橋機(jī)設(shè)計概況 檢橋機(jī)主要技術(shù)要求 軌距： 38m 跨度： 40m 高度： 6m 集中載荷： 1t 運行速度： 15m/min 檢橋機(jī) 結(jié)構(gòu) 檢橋機(jī)主要為主梁、 2 個門腿、欄桿、爬梯等組成。 高空車是現(xiàn)有檢測橋梁的重要工具。而大跨徑 混凝土斜拉橋 的數(shù)量已居世界第一。對于梁橋，高空車是一種有效的檢測工具之一， 如圖 ， 但是由于高空車的價格比較昂貴，再加上斜拉橋有斜拉索對于高空車作業(yè)有阻攔，工作起來 極其 不方便，在這個情況下，我們設(shè)計新的檢橋機(jī)構(gòu)，用于斜拉橋日常的檢測和維修。 斜拉橋是我國大跨徑橋梁最流行的橋型之一。 檢橋機(jī) 電氣設(shè)計內(nèi)容 電機(jī)的選擇， 運行機(jī)構(gòu)根 據(jù)運行速度 15m/min，考慮摩擦阻力、坡度和風(fēng)載荷等初步估計驅(qū)動靜功率為 2kW，初步選擇電機(jī) 2臺各 1 kW、 1500rpm。 兩個方案都能達(dá)到目標(biāo)，但是方案二比方案一更節(jié)約成本，但是在選擇變頻器 時，應(yīng)該注意變頻器的功率要比兩個電機(jī)的功率和還要大，最好是一個電機(jī)功率的 倍。 元件表與電器柜布置 檢橋機(jī)電氣設(shè)計元件表，如表 所示 表 元件表