【文章內(nèi)容簡介】 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。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在 I/O映象區(qū)或系統(tǒng) RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (三 ) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是 PLC 的真正輸出。 電氣控制技術(shù)簡介 電氣控制技術(shù)是以各類電動機為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的控制技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)手段。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展、生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)，特別是計算機技術(shù)的應(yīng)用，新型控制策略的出現(xiàn)，不斷改變著電氣控制技術(shù)的面貌。在控制方法上，從手動控制發(fā)展到自動控制；在控制功能上，從簡單控制發(fā)展到智能化控制；在操作上，從笨重發(fā)展到信息化處理；在控制原理上，從單一的有觸頭硬接線繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展到以微處理器或微計算機為中心的網(wǎng)絡(luò)化自動控制系統(tǒng)。現(xiàn)代電氣控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)、自動控制技術(shù)、智能技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果。 在工農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)等部門，廣泛使用著各式各樣 的生產(chǎn)機械，他們大都是以電動機為動力進(jìn)行拖動。電動機是通過某種控制方式進(jìn)行控制的，常見的是繼電器 接觸器控制的方式，又稱電氣控制。 電器控制電路是指將各種有觸點的按鈕、繼電器、接觸器等低壓電器 ，用導(dǎo)線按一定的要求和方法連接起來，并能實現(xiàn)某種功能的電路。它的作用是：實現(xiàn)對電力拖動系統(tǒng)的啟動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)、和制動等運行性能的控制；實現(xiàn)對拖動系統(tǒng)的保護(hù)；滿足生產(chǎn)工藝的要求；實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。其優(yōu)點是電路圖較直觀形象，裝置結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，抗干擾能力強，運行可靠，可以方便的實現(xiàn)簡單和復(fù)雜、集中和遠(yuǎn)距離生產(chǎn)過程的自 動化控制。其缺點是：采用固定接線方式時，通用性和靈活性較差；采用有觸點的開關(guān)時，觸點易發(fā)生故障。盡管如此電氣控制仍然是各類機械設(shè)備最基本的控制形式之一。 作為生產(chǎn)機械動力的電機拖動，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程。 20 世紀(jì)初，電動機直接取代蒸汽機。開始是成組拖動，用一臺電動機通過中間機構(gòu)（天軸）實現(xiàn)能量分配與傳遞，拖動多臺生產(chǎn)機械。這種拖動方式電氣控制線路簡單，但機構(gòu)復(fù)雜，能量損耗大，生產(chǎn)靈活性也差，不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。 20 世紀(jì) 20年代，出現(xiàn)了單電機拖動，即由一臺電動機拖動一臺生產(chǎn)機械。單電機拖動相對成組拖動，機 械設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率提高，靈活性增大，這種拖動方式在一些機床中至今仍在使用。隨著生產(chǎn)發(fā)展及自動化程度的提高，又出現(xiàn)了多臺電動機分別拖動各運動機構(gòu)的多電機拖動方式，進(jìn)一步簡化了機械結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率，而且使機械的各運動部分能夠選擇最合理的運動速度，縮短了工時，也便于分別控制。 繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)至今仍是許多生產(chǎn)機械設(shè)備廣泛采用的基本電氣控制形式，也是學(xué)習(xí)更先進(jìn)電氣控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，由于其控制方式是斷續(xù)的，故稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。它具有控制簡單、方便實用、價格低 廉、易于維護(hù)、抗干擾能力強等優(yōu)點。但由于其接線方式固定，靈活性差，難以適應(yīng)復(fù)雜和程序可變的控制對象的需要，且工作頻率低，觸點易損壞，可靠性差。 以軟件手段實現(xiàn)各種控制功能、以微處理器為核心的可編程控制器，是 20世紀(jì) 60 年代誕生并開始發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有通用性強、可靠性高、能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，指令系統(tǒng)簡單、編程簡便易學(xué)、易于掌握，體積小、維修工作少、現(xiàn)場連接安裝方便等一系列優(yōu)點，正逐步取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于冶金、采礦、建材、機械制造、石油、化工、汽車、電力、造紙、紡織、裝卸、 環(huán)保等各個行業(yè)的控制中。 在自動化領(lǐng)域，可編程控制器與 CAD/CAM、工業(yè)機器人并稱為加工業(yè)自動化的三大支柱，其應(yīng)用日益廣泛?？删幊炭刂破骷夹g(shù)是以硬接線的繼電器 — 接觸器控制為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展為既有邏輯控制、計時、計數(shù)，又有運算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的控制裝置。它可通過數(shù)字量或者模擬量的輸入、輸出滿足各種類型機械控制的需要?？删幊炭刂破骷坝嘘P(guān)外部設(shè)備，均按既易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，又易于擴充其功能的原則設(shè)計。可編程控制器已成為生產(chǎn)機械設(shè)備中開關(guān)量控制的主要電氣控制裝置。 元器件的選 擇 PLC 的選用 目前 PLC 使用性能較好的有 SIEMENS 公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的AB 公司。根據(jù)性價比的選擇，根據(jù)被控對象的 I/0 點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，我們采用 SIEMENS 公司的 S7200 系列 PLC。 SIMATIC S7200 系列是西門子公司小型可編程序控制器，可以單機運行，由于它具有多種功能模塊和人機界面 (HMI)可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè) 計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)，同時具有可靠性高，運行速度快的特點，繼承了和發(fā)揮了它在大、中型 PLC 領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，有豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，其性能價格比高，所以在規(guī)模不太大的領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)備。 在選擇 plc 時的注意要點 (1) 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，分析被控對象的復(fù)雜程度； (2) 對 i/o 點數(shù)和 i/o 點的類型 (數(shù)字量、模擬量等 )統(tǒng)計； (3) 適當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存容量估計的基礎(chǔ)上，確定留有適當(dāng)?shù)挠嗔慷焕速M資源的機型 (小、中、大形機器 )； (4) 結(jié)合市場情況，考察 plc 生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù)、技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況，選定價格性能比較好的 plc 機型。在 plc實際應(yīng)用中，是以其為控制核心組成電氣控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對生產(chǎn)、工業(yè)過程的控制。 型時的注意事項 (1)在 plc 選型時主要是根據(jù)所需功能和容量進(jìn)行選擇，并考慮維護(hù)的方便性，備件的通用性，是否易于擴展，有無特殊功能要求等。 (2) plc 輸入 /輸出點確定： i/o 點數(shù)選擇時要留出 10%～ 15%的余量。 (3) plc 儲存容量：系統(tǒng)有模擬量信號存在或進(jìn)行大量數(shù)據(jù) 處理時容量選擇大一些。 (4) 儲存時間、維持時間：一般儲存期保持 1～ 3 年 (與使用次數(shù)有關(guān) )。若要長期或斷電保持應(yīng)選用 eeprom 儲存 (不需備用電源 )，也可選外用儲存卡盒。 (5) plc 的擴展：可通過增加擴展模塊，擴展單元與主單元連接的方式。擴展模塊有輸入單元、輸出單元，輸入 /輸出一體單元。擴展部分超出主單元驅(qū)動能力時應(yīng)選用帶電源的擴展模塊或另外加電源模塊給予支持。 (6) plc 的聯(lián)網(wǎng)： plc的聯(lián)網(wǎng)方式分為 plc 與計算機聯(lián)網(wǎng)和 plc 之間互聯(lián)網(wǎng)兩種。與計算機聯(lián)網(wǎng)可通過 rs232c 接口直接連 接， rs422+rs232c。一臺計算機與多臺 plc 聯(lián)網(wǎng)，可通過采用通訊處理器，網(wǎng)絡(luò)適配器等方式進(jìn)行連接，連接介質(zhì)為雙絞線或光纜； plc 之間互聯(lián)時可通過專用通訊電纜直接連接，通訊板卡或模塊 +數(shù)據(jù)線連接等方式。 (7) 不要將交流電源線接到輸入端子上，以免燒壞 plc。 (8) 充分合理利用軟、硬件資源。 (9) 不參與控制循環(huán)前已經(jīng)投入的指令可不接入 plc。 (10) 多重指令空閑等待一個任務(wù)時，可在 plc 外部將它們并聯(lián)后再接入一個輸入點。 (11) 盡量利用 plc 內(nèi)部功能軟件，充分調(diào)用 中間狀態(tài)，使程序具有完整連貫性，易于開發(fā)。同時也能減少硬件投入，降低成本。 (12) 條件允許的情況下最好獨立每一路輸出，便于控制和檢查，也保護(hù)其它輸出回路；當(dāng)一個輸出點出現(xiàn)故障時只會導(dǎo)致相應(yīng)輸出回路失控。 (13) 輸出若為正 /反向控制的負(fù)載，不僅要從 plc 內(nèi)部程序上聯(lián)鎖，并要在plc 外部采取措施，防止負(fù)載在兩方向動作。 (14) plc 緊急停止應(yīng)使用外部開關(guān)切斷，以確保安全。 plc 型號的確定 本設(shè)計應(yīng)用了德國西門子公司 simatic s7300系列的 plc 進(jìn)行控制。由于它有極強的通信功能，在大型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也能充分發(fā)揮其作用。設(shè)計中應(yīng)用的 i/o 端子數(shù)分別是：輸入點數(shù)為 56個，輸出點數(shù)為 39個；根據(jù)要求選用的模塊如表 2所示。 力拖動方案及電機的選擇 橋式起重機由交流電網(wǎng)供電。由于必須經(jīng)常移動，小型的（ 10t以下）常采用軟電纜供電，打車在導(dǎo)軌上移動以及小車在大車的導(dǎo)軌上移動時，供電電纜隨之伸展和疊卷；中大型起重機（ 20t以上）采用滑線和電刷供電，車間電源連接在 3 根主滑線上，通過電刷降電源引進(jìn)起重機電氣設(shè)備?；€通常用圓鋼、角 鋼、V 形鋼或鋼軌制成。本次課設(shè)起重機的噸位為 5t 歸為小型，所以選用軟電纜供電。 起重機的工作條件十分惡劣，常工作于有粉塵、高溫、高濕度的環(huán)境下，負(fù)載型屬于重復(fù)短時工作制，經(jīng)常處于頻繁帶載啟動、制動、翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，要承受較大的過載和機械沖擊。為提高起重機的生產(chǎn)效率和可能性，對電力拖動提出如下的要求： （ 1） 由于頻繁啟動，電動機啟動電流要小，通常采用繞線式異步電動機拖動，轉(zhuǎn)自回路串電阻啟動。 （ 2）要具有一定的調(diào)速范圍，起重機屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，普通起重機的調(diào)速范圍為 3，要求較高時可達(dá) 5 到 10. （ 3）由于起重機為重復(fù)短時工作制，允許電動機短時過載運行。 （ 4）采用電氣和電磁機器雙重制動。 （ 5）應(yīng)具有必要的零位、短路、過載和終端保護(hù)。 一、電機效率 國外以 4 極電機作變頻電機首選極數(shù)，因此時電機有最好的功率因數(shù)和最高的工作效率，使能耗降為最低。目前，國內(nèi)用于起重機械的 4極電機有強迫通風(fēng)冷卻的 YZFXXX4型電機等。 二 、電機起動轉(zhuǎn)矩及電機運行的功率因數(shù) 起重機運行機構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量較大，為了加速電機需有較大的起動轉(zhuǎn)矩，故電機容量需由負(fù)載功率 P 廠及加速功率 Pa兩部分組成。一般情況下 ,電機容量 Pja PP?為 (21) 式中 ms? 一電機平均起動起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 起重機起升機構(gòu)的負(fù)荷特點是起動時間短 (13s)，只占等速運動時間的較少比例 。轉(zhuǎn)動慣量較少，占額定起升轉(zhuǎn)矩的 10%20%。其電機容量 P為 (kw) (22) 式中 一起重機額定提升負(fù)載， kg 一額定起升速度， m/s 一重力加速度， g=9. 81m/s 一機構(gòu)總效率 為使電機提升 倍試驗載荷，能承受電壓波動的影響，其最大轉(zhuǎn)矩值必須大于 2,否則必須讓電機放容，從而降低電機在額定運行時的工作效率。 用輔件的選擇 斷路器 為避開變頻器投入時直流回路電容器的充電電流峰值，為此變頻器配置的斷路器容量應(yīng)為電機額定電流的 ～