【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 工業(yè)控制系統(tǒng)，他的控制對(duì)象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程他的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。他與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的聯(lián)系是通過(guò)I/O接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)控制器又通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)電平各種各樣，各種機(jī)構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口模塊還需實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離。為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，PLC相應(yīng)有許多種I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇使用。標(biāo)準(zhǔn)的I/O模塊用于同傳感器和開(kāi)關(guān)（如按鈕、限位開(kāi)關(guān)等）及控制（開(kāi)/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報(bào)警器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號(hào)為24～240V（AC），直流I/O信號(hào)為0～10V（DC）。I/O點(diǎn)數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便的對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)一個(gè)控制對(duì)象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O所用的點(diǎn)數(shù)就可能有所不同，現(xiàn)具體分析如下：（1）開(kāi)關(guān)量輸入模塊輸入電壓的選擇 輸入模塊的輸入電壓一般為DC24V 和 AC220V。直流輸入電路的延遲時(shí)間較短，可以直接與接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點(diǎn)接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。（2）開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇 繼電器型輸出模塊的觸點(diǎn)工作電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，但是動(dòng)作速度較慢，壽命有一定的限制。如果系統(tǒng)的輸出信號(hào)變化不是很頻繁，選用繼電器型。 選擇時(shí)應(yīng)考慮負(fù)載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對(duì)延遲時(shí)間的要求、負(fù)載狀態(tài)變化是否頻繁等，還應(yīng)注意同一輸出模塊對(duì)電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載和白熾燈的驅(qū)動(dòng)能力的差異。輸出模塊的輸出電流額定值應(yīng)大于負(fù)載電流的最大值。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際選用的是AC220V開(kāi)關(guān)量輸入模塊和繼電器型輸出模塊。以此為依據(jù)，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用三菱公司的FX2N系列（）可編程序控制器。FX2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型可編程序控制器，完全符合此設(shè)計(jì)的要求。 FX2N 系列基本單元型 號(hào)輸 入點(diǎn) 數(shù)輸 出點(diǎn) 數(shù)擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)繼電器輸出可控硅輸出晶體管輸出FX2N16MR001FX2N16MSFX2N16MT8824～32FX2N32MR001FX2N32MSFX2N32MT161624～32FX2N48MR001FX2N48MSFX2N48MT242448～64FX2N64MR001FX2N64MSFX2N64MT323248～64FX2N80MR001FX2N80MSFX2N80MT404048～64 確定I/O點(diǎn)及選擇PLC輸入設(shè)備——用以產(chǎn)生輸入控制信號(hào)（如按鈕、指令開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器等）。本系統(tǒng)中包括雙向選擇開(kāi)關(guān)4個(gè)，按鈕開(kāi)關(guān)5個(gè)，光柵開(kāi)關(guān)2個(gè)和接近開(kāi)關(guān)5個(gè)。輸出設(shè)備——由PLC的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件，如繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等。該系統(tǒng)中有中間繼電器5個(gè)，接觸器2個(gè)，電磁閥5個(gè)，指示燈1個(gè)。本系統(tǒng)中實(shí)際需要輸入點(diǎn)17點(diǎn)，輸出點(diǎn)8點(diǎn)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)，以及考慮到今后對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)充使用，要保留一定的裕量，因此我們選用的PLC型號(hào)為三菱公司的FX2N系列，其選擇如下：基本單元：FX2N48MR（輸入點(diǎn)24點(diǎn)，輸出點(diǎn)24點(diǎn)）功能模塊：FX2N－4ADTC模塊1個(gè)、FX2N－4DA模塊1個(gè)、FX2N422BD通信口1個(gè)在確定了控制對(duì)象的控制任務(wù)和選擇好PLC的機(jī)型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對(duì)輸入、輸出進(jìn)行地址編號(hào)。分配I/O地址時(shí)要注意以下問(wèn)題：（1） 設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；（2） 相鄰設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；（3） 輸入/輸出I/O地址分開(kāi)；（4） 每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴(kuò)展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會(huì)增加系統(tǒng)成本；（5） 充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號(hào)聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減少它們之間的內(nèi)部連線。 PLC的I/O分配表 PLC的I/O分配表序號(hào)名稱元件符號(hào)備注輸入X0電機(jī)啟動(dòng)SB1啟動(dòng)按紐X1電機(jī)停止SB2停止按紐X2復(fù)位開(kāi)關(guān)SB3X3手動(dòng)模式選擇SA1手動(dòng)/自動(dòng)雙向選擇開(kāi)關(guān)X4自動(dòng)模式選擇X5手動(dòng)開(kāi)/合模SA2開(kāi)模/合模雙向選擇開(kāi)關(guān)X6手動(dòng)射臺(tái)進(jìn)/退SA3射進(jìn)/射退選擇開(kāi)關(guān)X7手動(dòng)注射SB4X10手動(dòng)預(yù)塑SB5X11手動(dòng)頂出SA4X12模間安全光柵SQ1光柵X13合模到接近開(kāi)關(guān)SQ2接近開(kāi)關(guān)X14射臺(tái)進(jìn)接近開(kāi)關(guān)SQ3X15射臺(tái)退接近開(kāi)關(guān)SQ4X16預(yù)塑完接近開(kāi)關(guān)SQ5X17開(kāi)模到接近開(kāi)關(guān)SQ6X20產(chǎn)品計(jì)件光柵SQ7光柵輸出Y0電機(jī)開(kāi)KM1接觸器Y1電機(jī)停KM2接觸器Y2開(kāi)/合模KA1中間繼電器Y3射臺(tái)進(jìn)/退KA2中間繼電器Y4注射KA3中間繼電器Y5預(yù)塑KA4中間繼電器Y6頂出KA5中間繼電器 器件選型（1）調(diào)功器選型調(diào)功器的選擇主要是根據(jù)負(fù)載的大小決定的，當(dāng)負(fù)載功率較小時(shí)可以選用單相方案,但當(dāng)負(fù)載的功率較大時(shí)，選用單相將會(huì)給電網(wǎng)造成嚴(yán)重的不平衡，所以大功率的負(fù)載一般選用三相調(diào)功器。一般幾個(gè)千瓦以下的電加熱系統(tǒng)可以考慮使用單相電力調(diào)整器，大于的應(yīng)選用三相電力調(diào)功器。綜上所述,我們將在本課題中采用三相電力調(diào)整器。 在單相電加熱回路中,負(fù)載電流計(jì)算如下: I(負(fù)載電流)=P(負(fù)載的額定功率)/3U(電源電壓) 考慮到功率余量, 讓負(fù)載電流乘以一定的系數(shù) .: I(電力調(diào)整期電流)=I(負(fù)載電流)* 注塑機(jī)的加熱負(fù)載選用三相星形負(fù)載,額定功率為10KW，選型如下: I(實(shí)際電流)=10000W/3*220V= I(電力調(diào)整器電流) =*=25A 由上所述，本課題將選用斯通ST35P電力調(diào)整器。ST35P電力調(diào)整器是運(yùn)用數(shù)字電路觸發(fā)可控硅實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)功。調(diào)壓采用移相控制方式，調(diào)功有定周期調(diào)功和變周期調(diào)功兩種方式。電力調(diào)整器帶有同步電路、自動(dòng)判別相位、缺相保護(hù)、上電緩起動(dòng)、緩關(guān)斷、散熱器超溫檢測(cè)、恒流輸出、電流限制、過(guò)流保護(hù)、串行工作狀態(tài)指示等功能。ST35P電力調(diào)整器的特點(diǎn)：十位A/D，輸出線性化程度高，輸出起控點(diǎn)低。ST35P電力調(diào)整器可與帶0~5V、0~10V或4~20mA等的智能PID調(diào)節(jié)器或PLC配套使用，也可獨(dú)立使用手動(dòng)功能。ST35P電力調(diào)整器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)電爐的加熱控制、冶金、化工、紡織機(jī)械等領(lǐng)域。（2）調(diào)功器的接線斯通ST35P電力調(diào)整器的整機(jī)接線圖（見(jiàn)附錄A）。下面介紹斯通ST35P電力調(diào)整器常用的五種接線方式（見(jiàn)圖31）：①最簡(jiǎn)自動(dòng)控制接線圖說(shuō)明：，若不帶限幅功能RR2必須短路。 ~5V、0~10V及4~20mA均接CC2；但只能接其中一種。圖31a：②帶限幅功能的自動(dòng)控制接線圖說(shuō)明：，圖中限幅功能可限制輸出的電流，詳細(xì)使用方法參考恒流調(diào)試過(guò)程。，圖中限幅電位器能限制輸出的電壓。圖31b：③手動(dòng)及自動(dòng)組合接線圖說(shuō)明：用手動(dòng)電位器控制時(shí)，僅需要把圖中單刀 雙擲開(kāi)關(guān)撥向手動(dòng)電位器中心抽頭即可，此時(shí)電力調(diào)整器的輸出只受手動(dòng)電位器控制，而與控制信號(hào)無(wú)關(guān)。圖31c：④手動(dòng)與帶限幅功能的自動(dòng)控制接線圖說(shuō)明：該圖是圖3組合接線方式。圖31d：⑤限流功能接線圖說(shuō)明：。，若負(fù)載調(diào)節(jié)需要更平滑須使用多圈電位器。圖31e：（3）調(diào)功器的使用說(shuō)明① 圖中的控制信號(hào)請(qǐng)注意正、負(fù)極性，若接反可能會(huì)導(dǎo)致小信號(hào)時(shí)滿輸出。② 圖中電源為380V 50Hz交流，可接三相中任意兩相。③ CN18外接開(kāi)關(guān)作為起停開(kāi)關(guān)。開(kāi)路時(shí)為運(yùn)行，短路時(shí)為待機(jī)狀態(tài)（無(wú)輸出）。強(qiáng)烈建議感性負(fù)載調(diào)壓過(guò)程的起動(dòng)和停止應(yīng)先將起停開(kāi)關(guān)置于待機(jī)位置，當(dāng)電源供電接通后起停開(kāi)關(guān)置于運(yùn)行位置。結(jié)束時(shí)，應(yīng)先將起停開(kāi)關(guān)置于待機(jī)位置，使調(diào)壓器緩關(guān)斷后再斷電。 溫度是一個(gè)基本的物理量，自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，相繼開(kāi)發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。熱電偶屬于接觸式溫度測(cè)量?jī)x表是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的溫度檢測(cè)儀表之一。其特點(diǎn)為測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響，測(cè)量范圍廣，構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。熱電偶是一種感溫元件, 它能將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電勢(shì)信號(hào), 通過(guò)與電氣測(cè)量?jī)x表的配合, 就能測(cè)量出被測(cè)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是熱電效應(yīng)。 標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。熱電偶的分度號(hào)有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉價(jià)金屬熱電偶。 S分度號(hào)的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長(zhǎng)期使用溫度1400℃，短期1600℃。在所有熱電偶中，S分度號(hào)的精確度等級(jí)最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；R分度號(hào)與S分度號(hào)相比除熱電動(dòng)勢(shì)大15%左右，其它性能幾乎完全相同； B分度號(hào)在室溫下熱電動(dòng)勢(shì)極小，故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。它的長(zhǎng)期使用溫度為1600℃，短期1800℃?？稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺褂?，也可在真空條件下短期使用。 N分度號(hào)的特點(diǎn)是1300℃下高溫抗氧化能力強(qiáng)，熱電動(dòng)勢(shì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替S分度號(hào)熱電偶； K分度號(hào)的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長(zhǎng)期使用溫度1000℃，短期1200℃。在所有熱電偶中使用最廣泛； E分度號(hào)的特點(diǎn)是在常用熱電偶中，其熱電動(dòng)勢(shì)最大，即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度0800℃； J分度號(hào)的特點(diǎn)是既可用于氧化性氣氛(使用溫度上限750℃)，也可用于還原性氣氛(使用溫度上限950℃)，并且耐H2及CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工； T分度號(hào)的特點(diǎn)是在所有廉價(jià)金屬熱電偶中精確度等級(jí)最高，通常用來(lái)測(cè)量300℃以下的溫度。由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。 在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)