【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。由公式 33 可知：P=T?ω （23）加液炮臂升降時(shí)所需功率 P1=。根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求分析，未進(jìn)行輸液時(shí)，加液炮臂對(duì)固定架支點(diǎn)的最大扭矩約為458N?M，最大靜力矩為 793N?m,無(wú)刷直流電機(jī)通過(guò)行星齒輪減速器減速輸出，并且在輸出軸上安裝一個(gè)半徑為 15mm 的直齒輪 A，A 與加液炮臂上固定架上的大直齒輪B（半徑 150mm）連接，減速器輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩最小為：?m，加液過(guò)程中所需的靜力矩為：?m，根據(jù)轉(zhuǎn)矩要求，選擇減速器型號(hào)為：北京和利時(shí) WPNF120 型減速器，該減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速為 3000rmp，額定輸出轉(zhuǎn)矩為 230NM，最大輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的兩倍，無(wú)刷電機(jī)的選擇型號(hào)為：北京和利時(shí) 57BL0730N1LSB，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為 3000rmp，額定功率為 70W，由于加液炮臂要求緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，本設(shè)計(jì)減速器的減速比為 320，所以輸出轉(zhuǎn)速為 ，經(jīng)過(guò)大小齒輪再一次減速，加液炮臂的的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為 ，滿足緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的要求，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)速率，估算出加液炮臂轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率為約 53W，滿足加液炮臂的正常工作要求。驅(qū)動(dòng)加液炮臂水平轉(zhuǎn)盤(pán)電機(jī)同為上述型號(hào)，經(jīng)測(cè)算符合驅(qū)動(dòng)要求。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器為和利時(shí)公司為電機(jī)適配的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)為：BL040812*****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可編程序控制器 PLC 的介紹 可編程序控制器（programmable controller） ，現(xiàn)在一般簡(jiǎn)稱為PLC（programmable logic controller） ，它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通 信網(wǎng)絡(luò)技發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱之一。在可編程序控制器問(wèn)世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的繼電器控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于掌握、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用甚廣。但是控制裝置體積大、動(dòng)作速度較慢、耗電較多、功能少，特別是由于它靠硬件連線構(gòu)成系統(tǒng)，接線繁雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或控制對(duì)象改變時(shí)，原有的接線刻控制盤(pán)（柜）就必須隨之改變或更換，通用性和靈活性較差。 可編程序的控制類型1）用于邏輯控制 這是 PLC 最基本，也是最廣泛的應(yīng)用方面。用 PLC 取代繼電器控制和順序控制器控制。例如機(jī)床的電氣控制、包裝機(jī)械的控制、自動(dòng)電梯控制等。2）用于模擬量控制 PLC 通過(guò)模擬量 I/O 模塊，可實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量控制。3）用于機(jī)械加工中的數(shù)字控制 現(xiàn)代 PLC 具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理功能，它可以與機(jī)械加工中的數(shù)字控制（NC）及計(jì)算機(jī)控制（CNC）緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。4）用于工業(yè)機(jī)器人控制5） 用于多層分布式控制系統(tǒng) 高功能的 PLC 具有較強(qiáng)的通信聯(lián)通能力，可實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC 之間、PLC 與遠(yuǎn)程I/O 之間、PLC 與上位機(jī)之間的通信。從而形成多層分布式控制系統(tǒng)或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。 PLC 的特點(diǎn)1）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) PLC 能在惡劣的環(huán)境如電磁干擾、電源電壓波動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、溫度變化等中可靠地工作，PLC 的平均無(wú)故障間隔時(shí)間高，日本三菱公司的 F1 系列 PLC 平均無(wú)故障時(shí)間間13移動(dòng)加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)隔長(zhǎng)達(dá) 30 萬(wàn) h，這是一般微機(jī)所不能比擬的。2） 控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng) 由于 PLC 是采用軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，對(duì)同一控制對(duì)象，當(dāng)控制要求改變需改變控制系統(tǒng)的功能時(shí)，不必改變 PLC 的硬件設(shè)備，只需相應(yīng)改變軟件程序。3）編程簡(jiǎn)單、使用、維護(hù)方便4）組合方便、功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣 PLC 既可用于開(kāi)關(guān)量的控制又可用于模擬量的控制；既可用單片機(jī)控制，又可用于組成多級(jí)控制系統(tǒng)；既可控制簡(jiǎn)單系統(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。因此，PLC 應(yīng)用范圍很廣。5） 體積小、重量輕、功耗低 PLC 采用了半導(dǎo)體集成電路，外形尺寸很小，重量輕，同時(shí)功耗也很低，空載功耗約 。 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(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到 STOP 工作狀態(tài)。 除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為 5 個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。 在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查 CPU 模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。 在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破鹛幱冢≧UN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外 3 個(gè)階段的操作。 在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。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(kāi)（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。 外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)14*****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。 可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU 從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的 0/1 狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工作。 若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為 OFF。 掃描周期可編程序控制器在 RUN 工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和 CPU 執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。圖 31 掃描過(guò)程（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)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)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(huì)改變。所以15移動(dòng)加液車液體加注系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 的 CPU 總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。 （3）輸出刷新階段 在輸出刷新階段，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是 PLC 真正的輸出。 (4)輸入/輸出滯后時(shí)間 輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的 CPU 濾波電路用來(lái)濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為 10ms 左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在 10ms 左右；雙向可空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為 10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期。可編程序控制器總的響應(yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十 ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無(wú)關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)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。 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)分析選擇用“CPU226 AC/DC/繼電器 24 輸入/16 繼電器輸出”型 PLC，同時(shí)，考慮到 I/O 端的分組情況以及隔離與接地要求，增加 10%20%的裕量。另配一個(gè)EM223 24 VDC 數(shù)字組合 8 輸入/8 輸出的擴(kuò)展模塊和一個(gè) EM221 位控模塊。 PLC 的 I/O 口分配本控制系統(tǒng)的 PLC 的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定是根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)量加以確定。 1）PLC 的輸入端口包括自動(dòng)循環(huán)工作按鈕、點(diǎn)動(dòng)按鈕、總停按鈕等，還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，外接電路電磁閥的輸入點(diǎn)，伺服驅(qū)動(dòng)器的輸入等。16*****大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2）PLC 的輸出端口包括運(yùn)行指示燈、繼電器、外部接口、伺服電機(jī)接口、EM223。EM221 輸入等。 輸入端子 I 輸出端子 Q地址 名稱 注釋 地址 名稱 注釋 XA 旋轉(zhuǎn)編碼器 A BG1 首尾指示燈及旋轉(zhuǎn)警示燈 XB 旋轉(zhuǎn)編碼器 B BG2 示寬燈 XZ 旋轉(zhuǎn)編碼器 Z BG3 觸摸屏照明燈 BG4 操作間防爆燈 BG5 操作間備用防爆燈 BG6 前設(shè)備箱照明燈 BG7 后設(shè)備箱照明燈 BG8 越程報(bào)警燈 SF1 啟動(dòng) KF1 上升完成 SB1 報(bào)警消除 KF2 下降完成 SB2 上升 KF3 左旋完成 SB3 下降 KF4 右旋完成 SB4 左旋轉(zhuǎn) IN1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入 1 SB5 右旋轉(zhuǎn) IN2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入 2 BG1 上升極限 IN3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入 3 BG2 下降極限 IN4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入 4 BG3 左旋極限 KF7 加液泵 1 BG4 右旋極限 KF8 加液泵 2 SB6 復(fù)位按鈕 KF9 進(jìn)液泵 1 SF2 警示燈開(kāi)關(guān) KF10 進(jìn)液泵 2 SF3 示寬燈開(kāi)關(guān) KF11 進(jìn)液泵 3 SF4 觸摸屏照明燈開(kāi)關(guān) P1 報(bào)警器 SF5 操作間防爆燈開(kāi)關(guān) SF6 備用防爆燈開(kāi)關(guān) SF7 前設(shè)備箱照明燈 SF8 后設(shè)備箱照明燈