【文章內容簡介】 )的選型 PLC 概述 可編程控制器，英文稱 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，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經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，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的控制。 PLC 基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的 。而 PLC 則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于 啟 動 手動 /自動 取 出 送 進 取 消 急 停 1號 倉 庫 鍵 12號倉 庫 鍵 檢 驗 0號 倉 庫 檢 驗 12號倉 庫 前進限制 后退限制 后退超過 向上限制 向下限制 向下超過 前時限制 取出限制 取出超過 前 進 后 退 向 上 向 下 送 進 取 出 顯 示 取 出 顯 示 送 進 顯 示 操 作 錯 誤 顯 示 1號倉 庫 顯 示 12 號倉 庫 P L C 第 11 頁 共 41 頁 維修及抗干擾等問題 ,入出信息變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說是 PLC 實現(xiàn)控制的兩個基本要點。 PLC 可以通過它的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強的多。 PLC 有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能： ○ 1 邏輯處理功能； ○ 2 數(shù)據(jù)運算功能； ○ 3 準確定時功能； ○ 4 高速計數(shù)功能； ○ 5 中斷處理（可以實現(xiàn)各種內外中斷）功能； ○ 6 程序與數(shù)據(jù)存儲功能； ○ 7 聯(lián)網通信功能； ○ 8 自檢測、自診斷功能。 可以說，凡普通小型計算機能實現(xiàn)的功能， PLC 幾乎也都可以做到。 像 PLC 這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為 PLC 的廣泛應用提供了可能，同 時，也為自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件。 PLC 的選型 在 PLC 系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據(jù)。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統(tǒng) 。 1． 輸入輸出（ I/O）點數(shù)的估算 I/O 點數(shù)估算時應考慮適當?shù)?余量，通常根據(jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%～ 20%的可擴展 。 余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點數(shù)為輸入 40 點，輸出 21 點。 2． 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一 定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內存的總字數(shù)（ 16位為一個字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 因此本課題的 PLC 內存容量選擇應能存儲第 12 頁 共 41 頁 5000 條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 3． 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、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)本課題所設計的自動門控制的需要，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)省存儲器容量。 （ 2） 編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務，不對現(xiàn)場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現(xiàn)場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負責 現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五種標準化編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結構文本（ ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（ IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如 C， Basic 等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 （ 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，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內部的性能和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。 4． 機型的選擇 (1)PLC 的類型 FX2 系列可編程控制器主機分為 1 2 3 6 80、 128 點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加 I/O 點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經濟投入 。 本課題設計的立體 倉庫控制系統(tǒng)有輸入信號 40 個，輸出信號 21 個。其中，外部輸入元件包括： 檢測 元件 、按鈕、取、送、急停、限位開關、超限位保護等等 ； 輸出有三個步進電機的正反向、動作指示、錯誤顯示等等。按照上述配置，所選 I/O 點不得低于 61 點，結合實際情況，所選 I/O 點為 80 點。因此我所選型號為 FX2N80MR。 （ 2） 經濟性的考慮 選擇 PLC 時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產品。 第 13 頁 共 41 頁 輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。當點數(shù)增加 到某一數(shù)值后，相應的存儲器容量相應增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。 本課題所設計的立體倉庫屬于小型控制系統(tǒng)，結合經濟性的考慮因此選擇 整體型 PLC。 根據(jù)我組設計的立體倉庫其輸入點數(shù)為 40 點、輸出電數(shù)為 21 點，所以選擇三菱FX2N80MR。 步進電機的選擇 步進電機的原理 步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行電動機，當系統(tǒng)將一個電脈沖信號加到步進電機定子繞組時，轉子就轉一步，當電脈沖按某一相序加到電動機時，轉子沿某一方向轉動的步數(shù)等于電脈沖個數(shù)。因此，改變輸入脈沖的數(shù)目就能控制步進電動機轉子機械位移的大??；改變輸入脈沖的通電相序，就能控制步進電動機轉子機械位移的方向，實現(xiàn)位置的控制。當電脈沖按某一相序連續(xù)加到步進電動機時，轉子以正比于電脈沖頻率的轉速沿某一方向旋轉。因此，改變電脈沖的頻率大小和通電相序，就能控制步進電動機的轉速和轉向，實現(xiàn)寬廣范圍內速度的無級平滑控制。步進電動機的這 種控制功能，是其它電動機無法替代的。步進電動機可分為磁阻式、永磁式和混合式，步進電動機的相數(shù)可分為：單相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多種。增加相數(shù)能提高步進電動機的性能，但電動機的結構和驅動電源就會復雜，成本就會增加，應按需要合理選用。 步進電機的選擇 （ 1）、步進電動機的特點 ① 、步進電動機是一種作為控制用的特種電機，它的旋轉是以固定的角度 (稱為 “步距角 ”)一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差 (精度為 100％ )，所以廣泛應用于各種開環(huán)控制。 ② 、步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比 ③ 、步距值不容易因為電氣、負載、環(huán)境條件的變化而改變 ,使用開環(huán)控制 (或半閉環(huán)控制 )就能進行良好的定位控制。 ④ 、起制動、正反轉、變速等控制方便。 ⑤ 、價格便宜 ,可靠性高。 ⑥ 、步進電動機的主要缺點是效率較低 ,并且需要配上適當?shù)尿寗与娫础? ⑦ 、步進電動機帶負載慣性的能力不強 ,在使用時既要注意負載轉矩的大小 ,又要注意負載轉動慣量的大小 ,只有當兩者選取在合適的范圍時 ,電機才能獲的滿意的運行性能。 ⑧ 、由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速的方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復雜多變。 第 14 頁 共 41 頁 （ 2）、步進電機驅動系統(tǒng)的基本組成 與交直流電動機不同，僅僅接上供電電源，步進電機不會運行的。為了驅動步進電動機，必須由一個決定電動機速度和旋轉角度的脈沖發(fā)生器（在該立體倉庫控制系統(tǒng)中采用 PLC作脈沖發(fā)生器進行位置控制）、一個使電動機繞組電流按規(guī)定次序通斷的脈沖分配器、一個保證電動機正常運行的功率放大器，以及一個直流功率電源等組成一個驅動系統(tǒng)，如圖 32所示。 圖 32 步進電機驅動系統(tǒng)的組成 （ 3）、步進電動機的選擇計算 在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次才是具體的品種選擇，在該立體倉庫控制系統(tǒng)中要求步進電動機電 壓低、電流小、有定位轉矩和使用螺栓機構的定位裝置，確定步進電動機采用 2 相 8 拍混合式步進電機；在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比 i、軸向力 F、負載轉矩 lT 、額定轉矩 NT 和運行頻率 yf ，以確定步進電機的具體規(guī)格和控制裝置。 由于我們使用螺栓機構的定位裝置，已知條件和要求條件為： 移動部分總重 M=25kg 外力 Fa=4kg.? cm 磨擦系數(shù) ? = 螺栓機構的效率 ? =O. 9 螺栓軸徑 BD = 螺栓長 BL =42cm 螺距 P=3mm 分辨率 L= 移動距離 ? =速度 V=2m／ min 計算： 設擬選用 2 相、 176。步距角的 HB 型電動機 速比 (設使用直接驅動方式 ) i=mb? /(360L)=2／ (360)=1 軸向力 第 15 頁 共 41 頁 F=Fa+? M=4+25=5kg. ? cm 負載轉矩 lT =FP／ (2 ? ? )+( 0? 0F P )/2 ? =5／ (2 )+ ( )/(2 ) =. ? ? cm 螺栓的慣量 BJ =（ ? ? BL 4BD ） /32 =（ 310? 42 ） /32 =. ? ? 2c