【文章內(nèi)容簡介】 制器，英文名稱programmable controler，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)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內(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，進而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負載的的控制。 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(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電器控制裝置多得多，強得多。 PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能： 邏輯處理功能； 數(shù)據(jù)運算功能； 準確定時功能； 高速計數(shù)功能； 中斷處理（可以實現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能； 程序與數(shù)據(jù)存儲功能； 聯(lián)網(wǎng)通信功能； 自檢測、自診斷功能?？梢哉f，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)的繼電器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，也為倉庫自動門行業(yè)的遠程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件[8]。 可編程控制器（PLC）的選型 在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)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(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應的控制系統(tǒng)。 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)挠嗔?，通常根?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(chǎn)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13點，輸出12點。 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(shè)計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)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(nèi)存容量的估算沒有固定公式，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(nèi)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(nèi)存容量選擇應能存儲2000條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 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(shè)計的倉庫自動門控系統(tǒng)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(shè)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(shè)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(diào)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(nèi)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(diào)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(jié)構(gòu)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(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)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(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 機型的選擇 （1）PLC的類型 PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應用環(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。從應用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。 整體型PLC的I/O點數(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，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 （2）經(jīng)濟性的考慮 選擇PLC時，應考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應同時考慮應用的可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。 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(shè)計的倉庫自動門屬于小型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考慮因此選擇整體型PLC。綜合以上因素，本課題的設(shè)計采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N32M小型PLC來實現(xiàn)整個自動系統(tǒng)的控制。：FX2N 系列 可編程序控制器 FX2N 可編程控制器（PLC） 三菱FX2N32M具有如下優(yōu)點：最大范圍地包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊。它可以為自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。三菱FX2N32M具有突出的寄存器容量：三菱FX2N32M包括8K步內(nèi)置RAM寄存器，用一個寄存器盒可擴充到16K步RAM或EEPROM。豐富的元件資源：3072點輔助繼電器、256點計時器、235點計數(shù)器和8000點數(shù)據(jù)寄存器、實時時鐘、使用標準型號實時時鐘滿足時間靈敏度應用要求。 驅(qū)動裝置的選型倉庫自動門的驅(qū)動器是倉庫自動門能否良好工作的保障，在本設(shè)計中是運用變頻器的三段速度調(diào)節(jié)來自調(diào)節(jié)電機的速度，以達到驅(qū)動倉庫自動門的目的。這種方法具有穩(wěn)定性能好，維修方便，連接簡單，成本較低，是在目前的倉庫自動門行業(yè)主流控制方式。根據(jù)本課題所設(shè)計的倉庫自動門的要求應選用絕緣電阻、絕緣介電強度、接地裝置、過電壓保護等符合國際安全標準規(guī)定的，具有噪聲低、過載能力強的特點的并且轉(zhuǎn)速不高于500r/min的電機，在結(jié)合了安全、穩(wěn)定的考慮本課題所設(shè)計的自動控制系統(tǒng)的驅(qū)動裝置選用天津安全電機有限公司生產(chǎn)的型號為YSM100/11W、S的三相380V交流電機。： YSM100/11W、S交流電機 變頻器的選型 變頻器的原理變頻器是利用電力半導器性的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源。然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器、逆變部分為IGBT三相橋式逆變器。且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功半。變頻器是輸出頻率可改變的交流電力拖動設(shè)備。變頻器調(diào)速的主要工作原理是將供給電機定子的三相交流工頻電經(jīng)大功率整流元件整流，變成直流，再將直流電用正弦波脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)逆變?yōu)轭l率可調(diào)、幅度也隨之改變的三相交流電，以此為電源再供給電機使用[8]。 變頻器的選型 根據(jù)倉庫自動門的需要，變頻器選型時要確定以下幾點： 變頻器與負載的匹配問題 （1） 電壓匹配：變頻器的額定電壓與負載的額定電壓相符。本課題所用的電機的額定電壓為380V，故在選擇變頻器時要符合電機的額定電壓。 （2）電流匹配：變頻器的額定電流與電機的額定電流相符，以最大電流確定變頻器電流和過載能力。，△，本設(shè)計中采用Y形接法，所用的變頻器的最大電流應大于電機的Y形接法的最大起動電流。 （3）轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。在選型中要考慮。 在使用變頻器驅(qū)動高速電機時，由于高速電機的電抗小，高次諧波增加導致輸出電流值增大。因此用于高速電機的變頻器的選型，其容量要稍大于普通電機的選型。 綜合以上因素，本課題變頻器采用日本三菱公司生產(chǎn)的FR500系列中的FR540變頻器（）作為控制電機轉(zhuǎn)速的控制器。 三菱FR540變頻器