【正文】 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計思路 ..................................................................40 PLC 控制系統(tǒng)優(yōu)點 ...........................................................................................................40 PLC 控制步進電機原理介紹 ...........................................................................................42 無模多點成形壓力機 PLC 控制系統(tǒng)原理 .....................................................................44 系統(tǒng)原理簡介 ........................................................................................................44 PLC 程序 ................................................................................................................45結(jié)論 ....................................................................................................................................................49謝辭 ....................................................................................................................................................50參考文獻 ............................................................................................................................................51附 錄一 ................................................................................................................................................51 畢業(yè)設(shè)計—無模壓力成形機電機 PLC 控制5第一章 基 礎(chǔ) 知 識本章介紹無模多點成形壓力機的有關(guān)知識、技術(shù)的特點及發(fā)展概況、多點成形理論、實用技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用前景等基礎(chǔ)理論知識，這是學(xué)習(xí)本書后續(xù)內(nèi)容的必要準(zhǔn)備。易于實現(xiàn)自動化：曲面造型、工藝計算。實現(xiàn)無模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設(shè)計、制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財力，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。吉林工業(yè)大學(xué)教授李明哲博士在日本日立公司從事博士后研究期間系統(tǒng)地研究了多點成形基本理論，深入地分析了成形機理與成形特點，并主持開發(fā)出多點成形實用機（主要技術(shù)參數(shù)見表（1）。今天的 PLC 不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。相同 I/O 點數(shù)的系統(tǒng)，用 PLC 比用 DCS，其成本要低一些（大約能省 40%左右） 。才能構(gòu)成一臺完整的PLC。 畢業(yè)設(shè)計—無模壓力成形機電機 PLC 控制19用戶程序存儲區(qū) ：用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序。 PLC 的工作原理可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行（RUN ）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會隨之而變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入處理階段被讀入。在這兩個階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化 I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會改變。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)。（2）重要檢測點的多點 I/O卡可冗余配置。實現(xiàn)環(huán)形分配的方法有兩種。當(dāng)輸入信號 uU0（約為），V3 管飽和導(dǎo)通，該相繞組通電。同時由于 V3 的導(dǎo)通，大功率晶體管 V5 也導(dǎo)通。，再參考〈矩頻特性〉，就可以選擇出適合自己的步進電機。輸出電流選擇本驅(qū)動器采用雙極恒流方式，最大輸出電流值為 3A/相（峰值），根據(jù)驅(qū)動器側(cè)板開關(guān)（4，5，6）的不同組合可以方便的選擇 8種電流值，從 （詳見電流選擇表），細分選擇本驅(qū)動器有 A、B 兩種類型，每種類型各提供 8種細分運行模式。本驅(qū)動器設(shè)計了錯相保護電路，用戶接錯相時，驅(qū)動器不會損壞，但電機運行不正常，主要表現(xiàn)在出力極小。細分選擇信號：這三個端子實現(xiàn)通過上位控制機輸出信號設(shè)定細分模式和細分模式的在線自動切換功能，端子外加低電平時內(nèi)部的光耦導(dǎo)通，等同于對應(yīng)的細分選擇撥碼開關(guān)置于‘ON’側(cè)。從發(fā)展趨向來講、步進電動機已經(jīng)能與直流電動機、異步電動機，以及同步電動機并列，從而成為電動機的一種基本類型。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。/176。 20 世紀 60 年代后期，在步進電動機本體方面隨著水磁材料的發(fā)展，各種實用性步進電動機應(yīng)運而生，而半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展則推進了步進電動機在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。脫機信號輸入：輸入低電平時電機相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)。用戶可以避開這段時間。所加電源的輸出能力應(yīng)不少于電機的額定相電流，電源電壓越低則對電源電流輸出能力的要求越大。轉(zhuǎn)速指標(biāo)在步進電機的選取時至關(guān)重要，步進電機的特性是隨著電機轉(zhuǎn)速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關(guān)，如:驅(qū)動器的驅(qū)動電壓、電機的相電流、電機的相電感、電機大小等等，一般的規(guī)律是：驅(qū)動電壓越高，力矩下降越慢；電機的相電流越大，力矩下降越慢。21g 斬波限流驅(qū)動電路波形圖 畢業(yè)設(shè)計—無模壓力成形機電機 PLC 控制36圖 21h 所示為一種斬波限流驅(qū)動電路原理圖，其工作原理如下：當(dāng)環(huán)形分配器的脈沖輸入高電平（要求該相繞組通電）加載到光電耦合器 OT 的輸入端時，晶體管 V1 導(dǎo)通，并使 V2 和 V3 也導(dǎo)通。圖 21e 所示為步進電機的一相繞組驅(qū)動電路（每相繞組的電路相同） 。1）環(huán)形分配器步進電機在一個脈沖的作用下，轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角，因此只要控制一定的脈沖數(shù)，即可精確控制步進電機轉(zhuǎn)過的相應(yīng)的角度。（2）在需要時也可選用 PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2 重化或 3重化冗余容錯系統(tǒng)等。 PLC 機型的選擇方法1．PLC 的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按 CPU字長分為 1位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。第(N1)個掃描周期輸出刷新第(N+1)個掃描周期輸入采樣第 N 個掃描周期輸入采樣 輸出刷新用戶程序執(zhí)行 畢業(yè)設(shè)計—無模壓力成形機電機 PLC 控制23圖 21c PLC的掃描運行方式（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它們存入 I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。外接的輸入觸點電路接通時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)的輸入繼電器的常開觸點接通，常閉觸點斷開?？删幊绦蚩刂破魇菑睦^電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在PLC 斷電時，由內(nèi)部的鋰電子供電。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行為止。大型 PLC 使用另外一個 CPU 來完成模擬量的運算。同時，PLC 的功能也不斷完善。Hardt 的研究室對多點模具成形進行了十多年的研究。而且產(chǎn)品一旦換型，模具也必須隨之更換，從而嚴重制約了制造業(yè)的發(fā)展。實現(xiàn)無回彈成形：可采用反復(fù)成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并實現(xiàn)少無回彈成形／保證工件的成形精度。 畢業(yè)設(shè)計—無模壓力成形機電機 PLC 控制6 概述 基本概念無模多點成形壓力機是傳統(tǒng)模具成形生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。壓力機控制、工件測試等整個過程全部采用計算機技術(shù)，實現(xiàn) CAD/CAM/CAT 一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動強度小，極大地改善勞動者作業(yè)環(huán)境。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費用，而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時間：與手工成形方法相比，成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。 表 11 多點成形實用機主要技術(shù)參數(shù) 該系統(tǒng)是世界上第一臺達到實用化程度的無模多點板材成形壓力機，己成功地用于三維曲面工件（如扭曲面、球面、馬鞍面等）的實際生產(chǎn)中，工作效率較傳統(tǒng)的線狀加熱法提高了數(shù)十倍，而且制品精度也得到很大的提高。 畢業(yè)設(shè)計—無模壓力成形機電機 PLC 控制15作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC 在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的 PLC 年增長率保持為 20%～30%。PLC 沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS 要低很多。PLC 的軟件分為兩部分 : 系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。不同類型的 PLC 其存儲容量各不相同，一般來說，隨著 PLC 機型增大其存儲容量也相應(yīng)增大。在運行狀態(tài)，可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能?？删幊绦蚩刂破鞯挠脩舫绦蛴扇舾蓷l指令組成，指令在存儲器中按步序號順序排列。所以輸入如果是脈沖信號，它的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2．輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。3）根據(jù)需要對重要的 I/O信號，可選用 2重化或 3重化的 I/O接口單元。一種是計算機軟件分配，采用查表或計算的方向使計算機的三個輸出引腳依次輸出滿足速度和方向要求的環(huán)形分配脈沖信號。 2）雙電源驅(qū)動電路。于是繞組 W 中有電流流過，步進電機旋轉(zhuǎn)。如果您認為自己選出的電機太大，可以考慮加配減速裝置，這樣可以節(jié)約成本，也可以使您的設(shè)計更靈活。對于 A型，可提供整步、半步（優(yōu)化半步）、4 細分、8 細分、16 細分、32 細分、64 細分模式；對于 B型，可提供整步、半步、4 細分、5 細分、8 細分、10 細分、20及 40細分模式。遇此情況，應(yīng)檢查電機接線是否錯誤。正確使用此功能的詳細介紹請參見上頁‘在線細分選擇’中的說明。 我國步進電動機的研究及制造起始于本世紀 50 年代后期。，因此步進電動機的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不向而復(fù)雜化。如果使用細分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。、五相的為 176。在小步距情況下通常 可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運行、通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動負載。不久又在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統(tǒng)中廣泛使用。當(dāng)不需換向時，方向信號端可懸空。要注意的是該電路需要 5秒左右的初始化過程，因此在剛上電的幾秒內(nèi)，效果可能不理想，幾秒后就會恢復(fù)。采用較低的電源電壓會使電機高速運行力矩下降，但有助于驅(qū)動器降低溫升和增加低速時的運行平穩(wěn)性（請參考適配電機矩頻特性曲線）。 。這種電路功率大，功耗小，效率高，目前應(yīng)用最廣。這種電路采用單一電源供電，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但電流波形差，效率低，輸出力矩小，主要用于對速度要求不高的小型步進電機的驅(qū)動。步進電機控制系統(tǒng)一般采用開環(huán)控制方式。a．控制單元的冗余（1）重要的過程單元：CPU（包括存儲器）及電源均應(yīng) 1B1冗余。要求輸入—輸出信號之間的滯后時間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。如圖 21c所示。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的電源一般由用戶提供。系統(tǒng)軟設(shè)備存儲區(qū)：除了 I/O 映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲區(qū)。并將邏輯或算術(shù)運算等結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，