【文章內(nèi)容簡介】 一般來說 CPU 的位數(shù)越高，檔次越高，運算速度越快，指令功能越強?，F(xiàn)在常用的可編程控制器多為 8 位或 16 位機，一般中型的 PLC 有 2 個CPU，字處理器和位處理器。 存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序，用戶程序及運算數(shù)據(jù)的單元。和一般計算機一樣，可編程控制器的存儲器只有只讀存儲器（ ROM）和隨機讀寫存儲器（ RAM）只讀存儲器是用來保持那些需永久保存，即使機器掉電也后也保存程序即數(shù)據(jù)的存儲器。一般分為掩膜只讀 存儲器和可編程電改寫只讀存儲器。只讀存儲器用來存放系統(tǒng)程序。隨即讀寫存儲器的特點是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲器的數(shù)據(jù)就會丟失，一般用來存放用戶與系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)，為了能使用戶程序及某些運算數(shù)據(jù)在可編程控制器脫離外界電源后也能保持，在實際使用中都為一些重要的隨機讀寫存儲器配備電池或電容等掉電保持裝置。 輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場個類信號連接的部分。 編程器 顯示器 編程接口 CPU 中央處理器 存儲器 RAM ROM 開關(guān)量I/O 模擬量 I/O 通訊等接口 控制 對象 學(xué)士學(xué)位論文 致謝 （ 1）模擬量輸入電路框圖 （ 2）模擬量的輸出原理圖 可編程控制器的電源包括為可編程控制器個工作單元供電的開關(guān)電源即為掉電保護電路供電后備電源。 現(xiàn)場裝置 現(xiàn)場裝置 濾波電平轉(zhuǎn)換 濾波電平轉(zhuǎn)換 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) A/D 鎖存器 光電隔離 總線邏輯 數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)鎖存地址譯碼 總線 光電隔離 D/A 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 采樣保持 采樣保持 U0 I0 UO IO 學(xué)士學(xué)位論文 致謝 2． 2 A/D 轉(zhuǎn)換器、 D/A 轉(zhuǎn)換器的作用與原理 A/D 轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中，輸入的是時間上、幅值上都是連續(xù)的模擬量，而輸出的則是時間上，幅值上均離散的數(shù)字量，因此，要把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字時需經(jīng)采樣、保持、量化、編碼四個步驟 ： A/D 轉(zhuǎn)換原理框圖 D/A 轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。 D/A 轉(zhuǎn)換器實際上是一個由運算放大器構(gòu)成的模擬加法器，基準電壓經(jīng)不同的權(quán)位二進制數(shù)控制的電子開關(guān)和相應(yīng)電阻網(wǎng)絡(luò)后做為各個不同比例的輸入電壓由運放相加，作為模擬量的輸出。 采樣 模擬量 保持 量化 編碼 數(shù)字量 學(xué)士學(xué)位論文 致謝 A/D、 D/A 在工業(yè)控制系統(tǒng)中的作用 變頻器的工作原理及其組成結(jié)構(gòu) 變頻器是指可以用于改變電源頻率，同時也能改變電源電壓的電能轉(zhuǎn)換的裝置。它是由電力電子器件（例如整流模塊、 IGBT）、電子器件（集成電路、開關(guān)電源、電阻、電容器等）和微處理器等組成。變頻器使用時串聯(lián)接在輸 出端（ R、 S、 T）和電動機輸出端（ U、 V、 W）之間，通常變頻器的功率范圍為 （大于此功率值建議選用中壓電動機及中壓變頻器）。交流電動機調(diào)速控制 變頻器的最早形式是用旋轉(zhuǎn)發(fā)電機組作為可變頻率的電源，供給交流發(fā)電機。隨著電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，靜止式的變頻電源以成為了變頻器的主要形式。 控制對象 檢測 對象 A/D轉(zhuǎn)換 數(shù)字 系統(tǒng) D/A轉(zhuǎn)換 執(zhí)行機構(gòu) 學(xué)士學(xué)位論文 致謝 2． 4 觸摸屏的作用與工作原理 觸摸屏人機界面是在操作人員和機器設(shè)備之間雙向溝通的橋梁，用戶可以自由的組合文字，按鈕，圖形，數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理及應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。隨著機械設(shè)備的飛速發(fā)展，以往 的操作界面需要由熟練的操作人員才能操作，而且操作困難，無法提高工作效率。但是使用人機界面能夠明確指示并告知操作員機器設(shè)備目前的狀況，使操作變得簡單生動，并且可以減少操作上的失誤，即使是新手也可以很輕松的操作整個機器設(shè)備。使用人機界面還可以使機器的配線標準化，簡單化，同時也能減少 PLC控制所需的 I/O點數(shù)，降低生產(chǎn)成本同時由面板控制的小型化及高性能，相對提高了整套設(shè)備的附加價值。 為了操作上的方便，人們用觸摸屏來代替鼠標或鍵盤。工作時，我們必須首先用手指或其它物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指 觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成；觸摸檢測部件安裝在顯示器屏幕前面，用于檢測用戶觸摸位置，接受后送觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給 CPU，它同時能接收 CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。 2． 5 PID 的的作用 PID控制器由比例單元（ P）、積分單元（ I）和微分單元（ D）組成。 比例（ P）調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差，系統(tǒng)一旦出現(xiàn)了偏差，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用用以減少 偏差。比例作用大，可以加 快調(diào)節(jié)，減少誤差，但是過大的比例，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的 不穩(wěn)定。 學(xué)士學(xué)位論文 致謝 積分（ I）調(diào)節(jié)作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因為有誤差，積分調(diào)節(jié)就進行，直至無差，積分調(diào)節(jié)停止，積分調(diào)節(jié)輸出一常值。積分作用的強弱取決與積分時間常數(shù) Ti， Ti越小，積分作用就越強。反之 Ti大則積分作用弱，加入積分調(diào)節(jié)可使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，動態(tài)響應(yīng)變慢。積分作用常與另兩種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合，組成 PI調(diào)節(jié)器或 PID調(diào)節(jié)器。 微分（ D）調(diào)節(jié)作用：微分作用反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，因此能產(chǎn)生超 前的控制作用，在偏差還沒有形成之前，已被微分調(diào)節(jié)作用消除。因此，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。在微分時間選擇合適情況下，可以減少超調(diào)，減少調(diào)節(jié)時間。微分作用對噪聲干擾有放大作用，因此過強的加微分調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)抗干擾不利。此外，微分反應(yīng)的是變化率，而當(dāng)輸入沒有變化時，微分作用輸出為零。微分作用不能單獨使用，需要與另外兩種調(diào)節(jié)規(guī)律相結(jié)合，組成 PD或 PID控制器。 學(xué)士學(xué)位論文 致謝 第三章總體組合電路的設(shè)計 3． 1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 本次設(shè)計的工作過程，首先用 將計算機里的一個數(shù)字量傳送到 PLC中， PLC 在傳送到 D/A 轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過 轉(zhuǎn)換， D/A 轉(zhuǎn)換器輸出模擬量到變頻器中（輸出 05V 的電壓），通過變頻器控制電動機工作。工作后，本學(xué)校的實驗室電動機上接有傳感檢測器將速度的模擬量輸送到 A/D 轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字量傳到 PLC 中，在 PLC 中經(jīng) PID 調(diào)節(jié)，使其更準確，構(gòu)成一個閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)。通過觸摸屏對系統(tǒng)進行監(jiān)控。 D/A 轉(zhuǎn)換器 變頻器 A/D轉(zhuǎn)換器 P L C 電動機 計算機 觸 摸屏 學(xué)士學(xué)位論文 致謝 總體設(shè)計流程圖 3． 2 設(shè)計器件的選用 在本次設(shè)計主要以三菱型號的器件為主： PLC我們選用三菱的 FX2N—— 48MR FX2N 系列可編程控制器 : 控制規(guī)模： 16~256 點 內(nèi)置 8K 容量的 EEPROM 存儲器 ,最大可以擴展到 16K CPU 運算處理速度 ~ 在 FX2N 系列右側(cè)可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功 能模塊 基本單元內(nèi)置 2 軸獨立最高 100kHz定位功能 (晶體管 輸出型） 變頻器我們選用 三菱變頻器 S500 系列 簡單易用型 三菱變頻器 S500系列 簡單易用型 功率范圍 :