【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部信號(hào)的轉(zhuǎn)換。通常情況下，來(lái)自生產(chǎn)設(shè)備或控制現(xiàn)場(chǎng)的各種輸入信號(hào)，通過(guò)輸入接口電路可以講開(kāi)關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)控制所需要的、 CPU 能夠直接處理的 TTL 電平，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 內(nèi)部所需要的數(shù)字量等。 輸入接口電路一般由信號(hào)連接器件（如接線端子、插頭等）、輸入電路（ RC 濾波器、限流電路、整流電路、穩(wěn)壓電路等）、信號(hào) 隔離 /電平轉(zhuǎn)換電路（如光電耦合器件、模擬開(kāi)關(guān)等）、輸入信號(hào)寄存電路等環(huán)節(jié)組成。 （ 4） 輸出接口電路 輸出接口的主要作用是完成 PLC 內(nèi)部信號(hào)到外部信號(hào)的轉(zhuǎn)換。通過(guò)輸出接口電路，可以將 CPU 處理完成的邏輯運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換到外部執(zhí)行元件所需要的控制信號(hào)，將處理完成的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部控制、顯示所需要的模擬量等。 輸出接口電路一般由信號(hào)連接器件（如接線端子、插頭等）、輸出驅(qū)動(dòng)電路 （如中間繼電器、 大功率晶體管、雙向晶體管等 ） 、信號(hào)隔離 /電平轉(zhuǎn)換電路（如光電耦合器件、模擬開(kāi)關(guān)等）、輸出信號(hào)寄存電路等環(huán)節(jié)組成。 （ 5） 通信接口 通信接口的主要作用是實(shí)現(xiàn) PLC 與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。 最基本的通信接口有 RS23 RS42 RS485 等標(biāo)準(zhǔn)的串行接口。 11 （ 6） 內(nèi)部電源 PLC 的外部輸入電源有交流輸入和直流輸入兩種。由于 PLC 內(nèi)部一般采用開(kāi)關(guān)電源 ，因此大部分 PLC 對(duì)輸入電壓的要求不高，交流輸入時(shí)，一般為單相 AC85260V,50/60HZ；直流輸入時(shí)要求 ,但部分PLC 對(duì)“紋波”有一定的要求。 PLC 內(nèi)部電源的作用主要是提供 PLC 內(nèi)部的 TTL 集成運(yùn)算放大器等組件的工作電源，因此，需要將外部輸入轉(zhuǎn)換為 DC5V、 DC24V 等不同的電壓。 PLC的工作原理 在 PLC 電路中， PLC 可以分為輸入電路、內(nèi)部控制、輸出電路三部分。其中輸入電路代表了實(shí)際 PLC 的輸入接口電路板、輸入采樣、輸入緩沖等部分；內(nèi)部控制電路代表了實(shí)際 PLC 的控制程序執(zhí)行過(guò)程；輸出電路代表了實(shí)際 PLC 的輸出接口電路、輸出刷新、輸出緩沖等部分。 （ 1） 輸入電路 由外部輸入信號(hào)、 PLC 輸入接線端、等 效輸入繼電器三部分。外部輸入信號(hào)經(jīng) PLC 的輸入接線端與輸入繼電器接入。每個(gè)輸入繼電器與輸入信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)外部輸入“ 1” 時(shí)，輸入繼電器“線圈”得電，內(nèi)部控制電路中對(duì)應(yīng)的輸入接點(diǎn)“吸合”。 （ 2） 輸出電路 由內(nèi)部輸出接點(diǎn)、 PLC 輸出接線端、輸出執(zhí)行元件三部分組成。內(nèi)部輸出接點(diǎn)經(jīng) PLC 的輸出接線端與輸出執(zhí)行元件連接，每個(gè)輸出接點(diǎn)與內(nèi)部控制電路中的輸出線圈一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)輸出線圈為“ 1” 時(shí)，輸出接點(diǎn)接通，且每一個(gè)輸出線圈只能有一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行元件的接點(diǎn)。 （ 3） 內(nèi)部控制電路 由 PLC 用戶程序轉(zhuǎn)化而來(lái)，它將 PLC 程 序中的順序控制邏輯轉(zhuǎn)化成 12 普通的繼電器控制線路。 在 內(nèi)部控制電路中， PLC 的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器可以用繼電器控制線路的時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)繼電器進(jìn)行等效。 PLC的工作過(guò)程 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，主要的工作過(guò)程可以分為輸入采樣、執(zhí)行程序、通信處理、 CPU 診斷、輸出刷新五個(gè)基本步驟，并且不斷循環(huán)執(zhí)行。 如果不考慮 PLC 的公共處理過(guò)程， PLC 的正常執(zhí)行用戶程序的工作過(guò)程分為 3 步：① PLC 一次性將全部輸入端的狀態(tài) (輸入信號(hào) )讀入輸入緩沖寄存器，生成“輸入映像”； ② 執(zhí)行 PLC 用戶程序，進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，運(yùn) 算結(jié)果立即寫(xiě)入指 定的標(biāo)志寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、輸出緩沖寄存器中； ③ 用戶程序處理完成， PLC 一次性將全部“輸出映像”輸出到 PLC的輸出端。 13 3 方案設(shè)計(jì) 方案的比較 方案 1： 運(yùn)料 小車在最初位置 時(shí) ，按下啟動(dòng)按鈕， 電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車開(kāi)始前進(jìn)， 到達(dá) 右限位 開(kāi)關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止 ；按下電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，小車后退，到達(dá)左限位開(kāi)關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止，按下停止按鈕，小車完成一個(gè)工作周期。 方案 2： 運(yùn)料小車在最初位置時(shí)，按下正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，如果運(yùn)料小車處于停止?fàn)顟B(tài)，則立即正轉(zhuǎn)運(yùn)行，到達(dá)右限位開(kāi)關(guān)后停止；等待裝料10s 后，電機(jī)自動(dòng)切換到反轉(zhuǎn)，小車開(kāi)始后退，直至到達(dá)左限位開(kāi)關(guān)處停止，等待卸料 5s 后，運(yùn)料小車回到最初位置，按下停止按鈕，運(yùn)料小車完成一個(gè)工作周期。 針對(duì) 這兩 個(gè)方案， 做出一些分析 并得出方案 3：在 KM1 的線圈串聯(lián)了 KM2 的輔助常閉觸點(diǎn) ,KM2 的線圈串聯(lián)了 KM1的輔助常閉觸點(diǎn) ,組成了硬件互鎖電路 ，以此 避免由于正反轉(zhuǎn) (運(yùn)料 小車前進(jìn) ,后退 )切換過(guò)程中電感的延時(shí)作用 ,導(dǎo)致原來(lái)接通的接觸器的主觸點(diǎn)還未斷弧時(shí) , 另一個(gè)接觸器的主觸點(diǎn)已經(jīng)合上而造成交流電源瞬間短路的故障 。在運(yùn)料小車裝料、卸料的過(guò)程中，用指示燈 L1， L2 來(lái)顯 示當(dāng)前的運(yùn)料小車所處的狀態(tài)，也方便工作人員的監(jiān)管。 限位開(kāi)關(guān)的作用是為保證運(yùn)料小車能夠在準(zhǔn)確的位置停車。 14 系統(tǒng)描述 本設(shè)計(jì)的控制對(duì)象 是機(jī)械運(yùn)料小車的 電動(dòng)機(jī) ， 其目的是通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制機(jī)械運(yùn)料小車在 A、 B 兩地 自動(dòng) 往復(fù)運(yùn)動(dòng) ，從而實(shí)現(xiàn)在B 地卸料、在 A 地裝料這一 過(guò)程 。 機(jī)械 運(yùn)料 小車的控制示意圖和 動(dòng)作循環(huán)圖如下 ： 圖 31 運(yùn)料小車的控制示意圖 和動(dòng)作循環(huán)圖 控制要求 控制系統(tǒng)各部分的工作過(guò)程如下： （ 1） 機(jī)械運(yùn)料小車在初始位置處，按下啟動(dòng)按鈕 SB1， 電機(jī)正轉(zhuǎn)， 則機(jī)械運(yùn)料小車前行，； （ 2） 機(jī) 械運(yùn)料小車運(yùn)行至 右限位開(kāi)關(guān) ST1， 電機(jī)停轉(zhuǎn)， 運(yùn)料 小車停止，等待裝料 ， 裝料指示 L1 燈亮； （ 3） 延時(shí) 10s 后， 指示燈滅， 裝料完成 ，電機(jī)反轉(zhuǎn)， 運(yùn)料小車后退 ，直至運(yùn)行至左限位開(kāi)關(guān) ST2 處， 電機(jī)停轉(zhuǎn)， 運(yùn)料 小車停止， 等待卸料， 15 卸料指示 L2 燈亮； （ 4） 延時(shí) 8s，指示燈滅，卸料完成 ,到此完成一個(gè)工作周期，若不按停止按鈕，此過(guò)程可以循環(huán)。 主要 電氣元件的配置 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，選擇設(shè)計(jì)所需要的電氣元件： （ 1） 三 相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 通過(guò)對(duì) 控制要求 的分析，控制系統(tǒng)需要一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī) M,為滿足工藝要求，電動(dòng)機(jī)的 功率選定為 1KW,型號(hào)： J02224, 1410 轉(zhuǎn)/分， 380V， 安 。 （ 2） 開(kāi)關(guān)的選擇 在該系統(tǒng)的主電路中，采用三級(jí)的組合開(kāi)關(guān)。 電動(dòng)機(jī)的最大容量為 1KW，則三級(jí)組合開(kāi)關(guān)的額定電流為 10A，型號(hào)為 HZ1010。 （ 3） 熔斷器的選擇 在本系統(tǒng)中， 需要 熔斷器保護(hù)一 臺(tái) 三相異步電動(dòng)機(jī)， 啟動(dòng)電流為額定電流四至七倍，為了防止啟動(dòng)時(shí)燒斷熔體，熔體的額定電流一般去電動(dòng)機(jī)額定電流的 至 倍， 則 額 定 電 流 為 ： ，其中：AII NN a x ??? ，所以 熔體的 最大額定電流為 。 熔斷器的額定電壓為 AC380V，則可選擇型號(hào)為 RT1420 的熔斷器。 （ 4） 時(shí)間繼電器（ KT） 本系統(tǒng)中 需 要 延時(shí) 10S，并考慮到價(jià)格費(fèi)用方面，可選用空氣阻尼式時(shí)間繼電器，可選用 JS72A 型號(hào)的空氣阻尼式時(shí)間繼電器，其觸點(diǎn)額定電壓為 380V，觸點(diǎn)額定電流為 5A 均能符合要求。 （ 5） 熱繼電器的選擇（ FR） 16 熱繼電器的額定電流應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)額定電流。然后根據(jù)該額定電流來(lái)選擇熱繼電器的型號(hào)。熱繼電器的熱元件的額定電流應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)額定電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的 6 倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 5S時(shí)間較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車時(shí)，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的 倍。 一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定電流為 ， 可以用 整定電流 范圍為 —— ,熱元件整定電流的中間值要等于或稍大于電動(dòng)機(jī)的額定電流值， 則熱繼電器的型號(hào)為 R2016，此額定電流為 16A。 （ 6） 接觸器的選擇（ KM） 額定電流為 AKUPINNC 100 0 ???? 采用的 接觸器要與 繼電器 相配合，則 選擇 CJ20 型號(hào)的交流接觸器。 元件列表如下 ： 表 32 序號(hào) 代號(hào) 名稱 型號(hào) 數(shù)量 1 M 三相異步電動(dòng)機(jī) J02224 1 2 QS 空氣開(kāi)關(guān) DZ473P 3 3 FR 熱繼電器 R2016 1 4 CPU PLC處理器 CPU224 1 5 KM 交流接觸器 CJ20 2 6 SB 按鈕 LAY8 3 7 ST 限位開(kāi)關(guān) LXK2 2 8 FU 熔斷器 RT1420 1 9 L 導(dǎo)線 若干 17 PLC機(jī)型的選擇 （ 1） CPU 性能 PLC 的 CPU 性能 主要涉及處理器的“位數(shù)” 、 運(yùn)算速度、用戶存儲(chǔ)器的容量、編程 能力、軟件開(kāi)發(fā)能力、通信能力等方面 。在 CPU 性能滿足控制要求的前提下， CPU 的價(jià)格也在考慮的范圍之內(nèi)。 （ 2） I/O 點(diǎn)數(shù) PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)是 PLC 的基本參數(shù)之一。在正常情況下， PLC的 I/O 點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔?，同時(shí)也必須考慮生產(chǎn)成本。 （ 3） 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選擇 選擇三相交流輸入電源 AC380V，采用直流匯點(diǎn)輸入接線方式。 （ 4） 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇 該系統(tǒng)中有用到繼電器，一般開(kāi)關(guān)輸出模塊的輸出方式常為繼電器輸出。 （ 6） I/O 地址分配方式 采用 I/O 自動(dòng)分配方式 ，地址連續(xù)、有序。 根據(jù)設(shè)計(jì)的控 制要求和確定的硬件設(shè)備的分析得出： 控制系統(tǒng)需要的 外部設(shè)備只有控制 機(jī)械運(yùn)料 小車運(yùn)動(dòng)的三相 異步 電動(dòng)機(jī) ， 電 動(dòng) 機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài) ,分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn) KM1 和反轉(zhuǎn) KM2,電動(dòng)機(jī) M 的正轉(zhuǎn) 啟動(dòng)按鈕 SB1,反轉(zhuǎn)啟動(dòng) 按鈕 SB2，電動(dòng)機(jī)的停止按鈕 SB3，熱繼電器的常閉觸點(diǎn) FR，兩個(gè)限位開(kāi)關(guān) ST1 和 ST2。裝料指示燈 L1，卸料指示燈 L2，其中輸入為： SB SB SB ST ST2；輸出為： KM KM L L 將以上 PLC 的輸入、輸出匯總，可以統(tǒng)計(jì)如下： PLC 的輸點(diǎn)總計(jì)： 5 個(gè)。全部的輸入點(diǎn)均為觸點(diǎn)輸入信號(hào)。 PLC 輸出點(diǎn)總計(jì)： 4 個(gè)。 18 列出 I/O 地址分配匯總表如下： 表 33 輸入 輸出 地址 符號(hào) 功能 地址 符號(hào) 功能 SB1 前進(jìn)啟動(dòng) KM1 前進(jìn)接觸器 SB2 后退啟動(dòng) KM2 后退接觸器 ST1 A點(diǎn)限位開(kāi)關(guān) L1 裝料指示燈 ST2 B點(diǎn)限位開(kāi)關(guān) L2 卸料指示燈 SB3 停止按鈕 綜合以上，本設(shè)計(jì)選擇 S7200PLC 的 CPU224，它的 PLC 結(jié)構(gòu)類型是基本 元 +擴(kuò)展型，基本單元集成的 I/O 數(shù)量 是 24（ 14 個(gè)輸入點(diǎn)、 10 個(gè)輸出點(diǎn)）， AC100230V 電源， DC24V 輸入 ,繼電器輸出， 不需要輸入 \輸出 擴(kuò)展 模塊 ，且滿足一定的余量要求。 19 4 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4． 1 系統(tǒng)主回路 與控制回路的設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分， PLC具有靈活 、通用的特點(diǎn)，幾乎全部的控制都是通過(guò)軟件來(lái)控制的， 雖然如此硬件 設(shè)計(jì) 也 并不是 PLC與 I/O信號(hào)間簡(jiǎn)單的連線，它直接關(guān)系到控制系統(tǒng)的安全性、可靠性與生產(chǎn) 成本等諸多問(wèn)題，而且硬件設(shè)計(jì)一旦完成， 不可以隨時(shí)隨地進(jìn)行修改，因此，它是決定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵問(wèn)題，在硬件設(shè)計(jì)階段應(yīng)高度重視。 系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì) （ 1） 主回路設(shè)計(jì)的內(nèi)容 在 PLC控制系統(tǒng)中，主回路采用的是電機(jī)主回路，主要由一臺(tái)三相鼠籠式異步電機(jī) M、熱繼電器 FR、 電機(jī)保護(hù)的 熔斷器 FU、 正轉(zhuǎn)控制交流接觸器 KM1與反轉(zhuǎn)交流接觸器 KM2的兩組 主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)接線，還有空氣隔離開(kāi)關(guān) QS將 380V三相電源引入。 （ 2）電源總開(kāi)關(guān) 根據(jù) EN602041標(biāo)注規(guī)定，為了使正的控制系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離，機(jī)械設(shè)備的電氣控制裝置必須安裝電源總開(kāi)關(guān) ，在本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，設(shè)有空氣開(kāi)關(guān)作為電源總開(kāi)關(guān)，可斷開(kāi)回路中的所有用電設(shè)備電源。 （ 3）保護(hù)裝置的設(shè)計(jì) 在主回路的設(shè)計(jì)中，為了對(duì)設(shè)備進(jìn)行可靠、有效的保護(hù)，必須含有具有足夠分?jǐn)嗄芰Φ谋Ｗo(hù)裝置，在回路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠可靠分?jǐn)啾槐? 20 護(hù)的電機(jī)。所以，在主回路中裝設(shè)有 熔斷器，它的主要用做短路保護(hù)和嚴(yán)重過(guò)載保護(hù)；熱繼電器 FR，是一類實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電功能的裝置，主要用做過(guò)電流、漏電、欠壓、過(guò)熱等故障的保護(hù)。 （ 4）接地與抗干擾 從安全 角度 考慮，在控制系統(tǒng)中裝有總接地母線，用于 電位平衡與接地，主回路用的是三相四線制 ，以防止干擾，提高線路的可靠性。 控制主回路見(jiàn)附錄 2 系統(tǒng) 控制 回路設(shè)計(jì) 在機(jī)械運(yùn)料小車 的控制回路 主要由 通電延時(shí) 時(shí)間 繼電器 KT KT2；接觸器 KM KM2；停止按鈕，啟動(dòng)按鈕，限位開(kāi)關(guān)等 構(gòu)成 。 本次控制回路是采用時(shí)間繼電器，可以按時(shí)間繼電器的延時(shí)閉合常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)從正轉(zhuǎn)運(yùn)行到反轉(zhuǎn)運(yùn)行