【文章內(nèi)容簡介】 人士的重視 ,是由于它具有令通用計(jì)算機(jī)望塵莫及的特點(diǎn)。 （ 1） 應(yīng)用簡便 （ 1）應(yīng)用靈活、安裝方便 （ 2）編程簡化 （ 3）操作方便，維修容易 （ 2）可靠性高 （ 1）在硬件設(shè)計(jì)方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再者是合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡化安裝，使它易于抗震動沖擊。 （ 2）在軟件設(shè)計(jì)方面也采用了許多很特殊措施，設(shè)置了警戒時(shí)鐘 WDT。 （ 3）抗電磁干擾性能好，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng) PLC 是按直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的，產(chǎn)品在相當(dāng)寬的環(huán)境溫度（ 0~55℃或0~60℃），濕度（相對＜ 90％），規(guī)定的機(jī)械振 動，沖擊以及額定的電源電壓與頻率變化，電源瞬間中斷，電源電壓降低等因素作用下，均能正常運(yùn)行。 （ 4）功能完善 PLC 的基本功能包括邏輯運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，數(shù)制換算，數(shù)值計(jì)算，步進(jìn)控制等 。其擴(kuò)張功能還有 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換， PID 閉環(huán)回路控制，高速計(jì)數(shù)，通信聯(lián)網(wǎng)，中斷控制及特殊函數(shù)運(yùn)算功能，可以通過上位機(jī)進(jìn)行顯示，報(bào)警，記錄，人機(jī)對話，使控制水平大大提高。 （ 5） 成熟的工控網(wǎng)絡(luò)體系，通信便捷，易于遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò) XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆論文答辯 第 11 頁 共 34 頁 控制層網(wǎng)絡(luò) 信息層網(wǎng)絡(luò) 二、小車運(yùn)動控制系統(tǒng)原理 PLC 選擇及工作原理 本系統(tǒng)采用歐姆 龍公司 CP1H 系列 PLC。 PLC 是機(jī)電一體化設(shè)備中的控制器，機(jī)電一體化設(shè)備中的控制器，機(jī)電一體化理念強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)部分之間的配合與協(xié)調(diào)。其目標(biāo)是整體性能最佳。 CP1H 系列 PLC 正是為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而研制的一款小型一機(jī)體，并可擴(kuò)展 CPM1A 系列 I/O 單元和 CJ1 系列高功能 I/O 單元及 CPU 總線單元。 CP1 系列 PLC 的特點(diǎn)是其內(nèi)置有四軸高速技術(shù)功能，四軸脈沖輸出功能，四路模擬量輸出功能以及串行通信功能。 PLC 專為工業(yè)場合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要是由 CPU，電源，存儲器和專門設(shè)計(jì)的輸入輸出接口電路等組 成。圖 1 為典型的 PLC 結(jié)構(gòu)簡圖。 圖 1 典型的 PLC 結(jié)構(gòu)簡圖 中央處理單元：中央處理單元（ CPU）一般由控制器，運(yùn)算器和寄存器組組成，這些點(diǎn)都集中在一個(gè)芯片上。 CPU 的主要功能包括：【 1】從存儲器中讀取指令；【 2】執(zhí)行指令；【 3】順序指令；【 4】處理中斷。 存儲器包括：只讀存儲器、隨機(jī)存儲器。 輸入輸出單元包括：輸入接口電路、輸出接口電路。 通常 PLC 的輸入類型可以直接是直流，交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可以由 PLC 內(nèi)部提供。圖 2 和圖 3 分別為一種型號 PLC 的直流和交流輸入接 口電路的電路圖，采用的外接電源。 XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆論文答辯 第 12 頁 共 34 頁 圖 2 描述了一個(gè)輸入點(diǎn)的接口電路。其中輸入電路的一次電路和二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時(shí)，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時(shí)光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點(diǎn)對應(yīng)的位由 0 變?yōu)?輸入映象寄存器的對應(yīng)位由 0 變?yōu)?1. 圖 2 直流 輸入 電路圖 圖 3 交 流 輸入 電路圖 工作原理： PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，這個(gè)工作過程一般包括五個(gè)階段：內(nèi)部處理，與編程器等的通信處理，輸入掃描，用戶程序執(zhí)行，輸出處理，其工作過程如圖 4 所示 。途中當(dāng) PLC方式開關(guān)置于 RUN（運(yùn)行）時(shí)，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于 STOP（停止）時(shí)，不執(zhí)行后 3 個(gè)階段，此時(shí)可進(jìn)行通信處理，如對 PLC 聯(lián)機(jī)或離線編程。 可編程控制器的輸入處理，執(zhí)行用戶程序和輸出處理的原理如圖 5。 PLC 的五個(gè)階段，稱為一個(gè)掃描周期， PLC 完成一個(gè)周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始的進(jìn)行。 XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆論文答辯 第 13 頁 共 34 頁 PLC 作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電氣控制”進(jìn)行“硬件軟化”的結(jié)果。但在運(yùn)行方式上， PLC 的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本性的 區(qū)別。 幾點(diǎn)起控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運(yùn)行的方式，即如果一個(gè)繼電器的線圈通，電或者放電，該繼電器的所有觸電（不論是敞開還是常閉，也不論其處于繼電器線路的哪個(gè)位置上）都會立即同時(shí)動作；而 PLC 的軟件邏輯是通過 CPU 逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的，即如果一個(gè)邏輯線圈被接通或者斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會動作。 為了消除兩者之間由于運(yùn)行方式不同而造成的這種差異， plc 在程序運(yùn)行方式，輸入輸出操作，特殊功能模版等方面作了特別的考慮。 循環(huán)掃描： PLC 采用了一種不同于普遍微型 計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 —— 循環(huán)掃描方式，因?yàn)槔^電器控制中各類觸點(diǎn)的動作時(shí)間一般超過 100ms，因此只要 PLC 運(yùn)行整個(gè)用戶程序的時(shí)間“掃描周期”小于 100ms，其運(yùn)行結(jié)果的繼電器控制就沒有什么差別。 建立 I/O 印象區(qū) PLC 在輸入輸出操作上采用定時(shí)采樣，定時(shí)輸出的方式，即在一個(gè)掃描周期的固定時(shí)刻（一般在掃描周期的開始或者結(jié)束）采用所有的輸入點(diǎn)，采樣結(jié)果存入 RAM 中一個(gè)區(qū)（輸入印象區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時(shí)，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入印象區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。同時(shí)控制訊息輸出也不是采取生成一個(gè)就輸出一個(gè)的方法，而 是先將他們存放在 RAM 中一個(gè)區(qū)域（輸出映象區(qū)），掃描周期結(jié)束時(shí)再將輸出映象區(qū)中控制訊息集中輸出。通過建立 I/O 映象區(qū)，使 PLC 成為一個(gè)真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然 PLC 不可能像繼電器控制那樣隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)場輸入實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該完全符合實(shí)際系統(tǒng)的需要。 特殊功能模版 由于 PLC 在掃描周期方面限制了用戶程序的長度，這對于一般的數(shù)字控制應(yīng)該不成問題。但實(shí)際的生產(chǎn)過程對 PLC 提出了更多的要求：仿真量處理，死循環(huán)控制，網(wǎng)絡(luò)通訊，高倍 I/O 等。對于模擬量輸入輸出以及簡單的控制，一般是利用 PLC 的主 CPU 和一定的硬件支持。通過相應(yīng)的軟件來實(shí)現(xiàn)；其他情況由于牽涉到比較的計(jì)算量和 CPU 運(yùn)算時(shí)間，以及 PLC 掃描周期的限制，一般采用自帶 CPU 并行工作，由模版系統(tǒng)軟件完成相應(yīng)的控制任務(wù)。這樣，這些模版與 PLC 主 CPU 并行工作，兩者之間通過總線接口進(jìn)行聯(lián)系，主XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆論文答辯 第 14 頁 共 34 頁 CPU 定期向模版發(fā)送命令，模版也定 期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給主 CPU。 綜合以上所述，在完成系統(tǒng)自身系統(tǒng)初始化以后， PLC 系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的循環(huán)掃描方式可分為三個(gè)階段：輸入掃描，程序掃描，輸出掃描。而計(jì)算機(jī)比較大或者響應(yīng)實(shí)時(shí)性比較高的應(yīng)用則由自帶 CPU 的專用模版和專用軟件來實(shí)現(xiàn)。 圖 4 工作原理圖 圖 5 程序執(zhí)行原理圖 XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020 屆論文答辯 第 15 頁 共 34 頁 直流電機(jī)與接近開關(guān) 直流電機(jī)的基本工作原理 直流勵(lì)磁的磁路在電工設(shè)備中的應(yīng)用，除了直流電磁鐵（直流繼電器，直流接觸器等）外，最重要的就是在應(yīng)用在直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，在發(fā)電廠里，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁器機(jī)，選電池充電 機(jī)等，都是直流發(fā)電機(jī)；鍋爐給粉機(jī)的原動機(jī)是直流電動機(jī)。此外，在許多工業(yè)部門，例如大型軋鋼設(shè)備，大型精密機(jī)床，礦井卷揚(yáng)機(jī)，市內(nèi)電車，電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線速度一致的地方等，通常都采用直流電動機(jī)作為原動機(jī)來拖動工作機(jī)械的。直流發(fā)電機(jī)通常是作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電機(jī)則是作為原動機(jī)帶動各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出機(jī)械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)還有其他的用途，例如測速電機(jī)，伺服電機(jī)等。雖然直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)的用途各不同，但是他們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。 直 流電機(jī)的最大弱點(diǎn)就是有電流的換向問題，消耗有色金屬較多，成本高，運(yùn)行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此，電機(jī)制造業(yè)中正在努力改善交流電動機(jī)的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動機(jī)。不過，近年來在利用可控硅整流裝置代替直流發(fā)電機(jī)方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。包括直流電動機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是：導(dǎo)線切割磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；另一條是：載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用。因?yàn)?，從結(jié)構(gòu)上來看，任何電機(jī)都包括磁場部分和電路部分。從上述原理可見，任何電機(jī)都體現(xiàn)著電和磁的相互作用，是對電， 磁這兩個(gè)矛盾著的對立面的統(tǒng)一。我們在這一章里討論直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機(jī)中的“磁”和“電”如何相互作用，相互制約，以及體現(xiàn)兩者之間相互關(guān)系的物理量和現(xiàn)象（電樞電動勢，電磁轉(zhuǎn)矩，電磁功率，電樞反應(yīng)等）。 （ 1） 直流發(fā)電機(jī)的基本工作原理。 （ 2） 直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)具有相同的結(jié)構(gòu)，只有直流發(fā)電機(jī)（一般是交流電動機(jī)）拖動旋轉(zhuǎn)而發(fā)電?？梢?，它是把機(jī)械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備，直流電動機(jī)則接在直流電源上，拖動各種工作機(jī)械（機(jī)床，泵，電車，電纜設(shè)備等）工作，它是把電能變?yōu)闄C(jī)械能的設(shè)備。 我們首先來觀察直流發(fā)電機(jī)是怎樣 工作的。 如圖 6 所示，電刷 A， B 分別與兩個(gè)半圓環(huán)接觸，這時(shí) A， B 兩電刷之間輸出的是直流電。我們再來看看這時(shí)線圈之間運(yùn)動的情況。從圖 6 可以看出，當(dāng)線圈的 ab 邊在