【文章內(nèi)容簡介】 14 和日立公司的 SCY． 022 等。該時(shí)期 PLC 產(chǎn)品的主要功能是執(zhí)行原先由繼電器 完成的順序控制、邏輯運(yùn)算、定時(shí)和計(jì)數(shù)等。它的 CPU 由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，在 I／ O 接口電路上做了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場的要求，它的控制功能比較簡單。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式 — 梯形圖。 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器，定時(shí)器，接觸器及觸電按一定的邏輯關(guān)系連接起來，組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電器接觸控制系統(tǒng)，由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣。在工業(yè)領(lǐng)域控制中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接 觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難以實(shí)現(xiàn)交復(fù)雜的的控制，特別是由于它是靠硬件連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng) 接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)開展系統(tǒng)從新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)市場競 7 爭要求， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對(duì)汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是 。 （ 1）編程方便，可現(xiàn)場修改程序 （ 2）維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) （ 3）可靠性高于繼電器控制裝置 （ 4）體積小于繼電器控制盤 （ 5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) （ 6）成本可與繼電器控制盤競爭 （ 7）輸入可以是交流 150V 以上 （ 8）輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等 （ 9）擴(kuò)展時(shí)原裝系統(tǒng)改變最小 （ 10）用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)展到 4KB 十項(xiàng)指針的核心要求是采用軟布線（編程）方程代替繼電器控制的硬接線方式，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的 流程控制。 PLC 控制系統(tǒng)簡介 可編程控制器，英文 Programmable Controller,簡稱 PLC，本課題中用 PLC作為它的簡稱。 PLC 是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它以微處理器為核心，集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，它通過運(yùn)行儲(chǔ)存在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。像 PLC 這樣，集豐富功能于一身，是別的電控制器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法 比擬的。豐富的功能為 PLC 的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化、智能化創(chuàng)造了條件。 現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)控制的要求也各不相同。 PLC 專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)，由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)及原理 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都個(gè)不相同但都一微處理器為核心用 8 微工業(yè)控 制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大至相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似，主要包括中央處理單元 CPU 存儲(chǔ)器 RAM 和 ROM，輸入輸出接口電路、電源、I/O 擴(kuò)展接口、外部識(shí)別接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC 控制系統(tǒng)由輸入量 — PLC— 輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測的各種信號(hào)均作為 PLC 的輸入量，他們經(jīng) PLC 外部輸入端子，作為 PLC 的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。 PLC 的特點(diǎn) PLC 作為一種專用于工業(yè)環(huán)境的、具有特殊結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，有其顯著的特點(diǎn)。具體特點(diǎn)如下 : （ 1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) （ 2）硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) （ 3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 （ 4）安裝方便，擴(kuò)展靈活 （ 5）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 （ 6）體積小，重量輕，能耗低 PLC 的選型原則 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的重要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算 輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性價(jià)比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 1. 輸入輸出 I/O 點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)估算要考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加大約 10％ — 20％的可拓展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 2. 存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是 9 存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于 存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因而程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來代替。 3. 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （ 1） 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ) 器容量。 （ 2） 編程功能 離線編程方式：可降低成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 （ 3）診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷則是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 4. 機(jī)型的選擇 （ 1） PLC 的機(jī)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。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂凑湛刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。 整體型 OLC 的 I/O 點(diǎn)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，因此用戶可以較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 10 （ 2） 經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)考慮性價(jià)比。考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)兼顧應(yīng)用的可拓展性、可操作性、投入產(chǎn)出比 等因素，最終選出比較滿意的產(chǎn)品。 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量相應(yīng)增加。因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì) CPU 選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮。本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性的考慮選擇整體性 PLC。 綜合以上因素，本課題的設(shè)計(jì)采用 智能控制器為穩(wěn)定性良好的日本三菱公司司生產(chǎn)的 FX2N32M 小型 PLC 來實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)的控制。 三菱 FX2N32M 具有如下優(yōu)點(diǎn)：最大范圍地包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程序執(zhí)行快、全面補(bǔ)充了通信功能，為自動(dòng)化 應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。具有突出的寄存器容量和豐富的元件資源。 驅(qū)動(dòng)裝置的選型 自動(dòng)門的驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)門能否良好工作的保障，在本設(shè)計(jì)中是運(yùn)用變頻器的三段速度調(diào)節(jié)來自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)自動(dòng)門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的自動(dòng)門行業(yè)主流控制方式。 本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門要求選用絕緣電阻、絕緣介電強(qiáng)度、接地裝置、過電壓保護(hù)等符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，具有噪音低、過載能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并且轉(zhuǎn)速不高于 500r/min 的電機(jī)，在結(jié)合安全、穩(wěn)定的考慮，本課題所設(shè) 計(jì)的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置選用天津安全電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為 YSM100/11 W、 S的 3 相 380V 交流電機(jī)。 變頻器的選型 根據(jù)自動(dòng)門的需要，變頻器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： 變頻器的額度電流應(yīng)與負(fù)載的額定電壓相符：均為 380V。變頻器的額定電流與應(yīng)與電機(jī)的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。在本課題所使用的三相交流電機(jī)的最大起動(dòng)電流為 Y 形接法為 ，△形接法為 。在變頻器驅(qū)動(dòng)高速電機(jī)時(shí)，由于高速電機(jī)的電抗小，高次諧波增加導(dǎo)致輸出電流值增大，因此用于 高速電機(jī)的變頻器的選型，其容量要稍大于普通的電機(jī)類型。 11 綜合以上