【文章內(nèi)容簡介】 I610 為每10ms 執(zhí)行一次定時器中斷 M8056 I7XX M8057 I8XX M8058 表 22 輸入中斷標(biāo)號指針表 輸入編號 指針編號 中斷禁止特殊輔助繼電器 上升中斷 下降中斷 X0 I001 I000 M8050 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 X1 I101 I100 M8051 X2 I201 I200 M8052 X3 I301 I300 M8053 X4 I401 I400 M8054 X5 I501 I500 M8055 注： M8050~M8058=“ 0”表允許； M8050~M8058=“ 1”表禁止。 FX2N4AD 特殊功能模塊 FX2N4AD為模擬量輸入模塊 ,有四個模擬量輸入通道（分別為 CHCH CH3和 CH4），每個通道都可進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 信號，其分辨率為 12位。其模擬量輸出性能如表 23所示。 表 23 模擬量輸出性能表 項(xiàng) 目 電壓輸入 電流輸入 電壓或電流輸入的選擇基于對輸入端子的選擇，一次可使用 4個輸入點(diǎn) 模擬量輸入范圍 DC ： 10～ +10V（輸入電阻 200KΩ ） （注意：若輸入電壓超過177。 15V，單元會被損壞） DC ： 20～ +20mA（輸入電阻 250Ω ） （注意：若輸入電流超過177。 32mA，單元會被損壞） 數(shù)字輸出 12位的轉(zhuǎn)換結(jié)果以 16位二進(jìn)制補(bǔ)碼方式存儲（ 2048~+2047） 分辨率 5mV 20μ A 總 體精度 177。 1%（對于 10～ +10V范圍） 177。 1%（對于 20～ +20mA范圍） 轉(zhuǎn)換速度 15ms/通道（常速） 6ms/通道（高速） 所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和參數(shù)設(shè)置的調(diào)整可通過 FROM/TO指令完成。同時在編程過程中重點(diǎn)用到了 BFM數(shù)據(jù)緩沖存儲器，具體分布情況如表 24所示。 表 24 BFM 數(shù)據(jù)緩沖存儲器分布表 BFM編號 內(nèi)容 0 通道初始化，缺省值 =H0000 1 通道 1 存放采樣值（ 1～ 4096），用于得到平均結(jié)果。缺省值南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 2 通道 2 設(shè)為 8（正常速度），高速操作可選擇 1 3 通道 3 4 通道 4 5 通道 1 緩沖器 5～ 8獨(dú)立存儲通道 CH1～ CH4平均輸入采樣值 6 通道 2 7 通道 3 8 通道 4 9 通道 1 這些緩沖區(qū)用于存放每個輸入通道讀入的當(dāng)前值 10 通道 2 11 通道 3 12 通道 4 13~14 保留 15 選擇 A/D轉(zhuǎn)換速度 設(shè) 0，則選擇正常速度， 15ms/通道（缺?。? 設(shè) 1，則選擇高度， 6ms/通道 BFM B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 16~19 保留 20 復(fù)位到缺省 值和預(yù)設(shè)，缺省值 =0 21 禁止調(diào)整偏差、增益值，缺省值 =（ 0， 1）允許 22 偏移，增益調(diào)整 G4 O4 G3 O3 G2 O2 G1 O1 23 偏移值，缺省值 =0 24 增益值，缺省值 =5000 25~28 保留 29 錯誤狀態(tài) 30 識別碼 31 不能使用 通道選擇：在 BFM0中寫入十六進(jìn)制 4位數(shù)字 HXXXX進(jìn)行 A/D模塊的初始化，最低位數(shù)字控制 CH1，最高位數(shù)字控制 CH4，各位數(shù)字的含義如下： X=0時設(shè)定輸入范圍為 10V～ +10V； X=1時，設(shè)定輸 入范圍為 +4mA～ +20mA；X=2時，設(shè)定輸入范圍為 20mA～ +20mA； X=3時，關(guān)斷通道。 另外， BFM29 的狀態(tài)信息設(shè)置如表 25 所示。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 表 25 BFM29 的狀態(tài)信息設(shè)置 29 緩沖器位 ON OFF B0：錯誤 當(dāng) b1~b4 為 ON 時，b0=ON 若 b2~b4 任意一位 為ON， A/D 轉(zhuǎn)換器的所有通道停止 無錯誤 B1：偏移量與增益值錯誤 偏移量與增益值修正錯誤 偏移量與增益值正常 B2：電源不正常 24VDC 錯誤 電源正常 B3：硬件錯誤 A/D 或其他硬件錯誤 硬件正常 B10：數(shù)字范圍錯誤 數(shù) 字輸出值 小于 2048或大于 +2047 數(shù)字輸出正常 B11：平均值錯誤 數(shù) 字 平 均 采 樣值 大 于4096 或小于 0（使用 8位缺省值） 平均值正常（ 1~4096） B12：偏移量與增益值修正禁止 21 緩 沖 器 的 禁 止 位（ b1,b0）設(shè)置為（ 1， 0） 21 緩沖器的（ b1,b0）設(shè)置為（ 0， 1） 硬件電路設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)總體方案，設(shè)計系統(tǒng)的 I/O 地址分配如表 26 所示。 表 26 輸入、輸出信號 I/O 地址表 輸入地址 功能說明 輸出地址 功能說明 X0 電源周波信號輸入端 Y0 VT1 觸發(fā)脈沖（電源正半波） Y1 VT2 觸發(fā)脈沖（電源負(fù)半波） X1 溫度給定允許 Y4 恒溫完成指示信號 X2 啟動 /關(guān)閉 Y5 斷偶報警 X10~X21 SB2~SB11 Y6 溫度給定超出范圍報警 Y10~Y23 12 位 8421（三組） BCD 碼輸出 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 溫度值給定電路 按設(shè)計要求，共設(shè)計了十個開關(guān)按鍵，作為溫度給定值的輸入端口，接收十進(jìn)制數(shù)。給定值范圍為 280~700℃ ，若輸入值超過給定值范圍，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號（亮紅燈）。設(shè)計電路如圖 21 所示： SB1 為溫度值輸入允許 ， SB2~SB11 分別表示十進(jìn)制數(shù) 0~9。先按下溫度值給定允許開關(guān) SB1，然后再輸入給定溫度值，先按下的數(shù)字為高位上的數(shù)值，后按下的數(shù)字為低位上的數(shù)值。比如，先后按下開關(guān) SB SB2 和 SB2，則表示給定溫度值為 300℃，并送 PLC 數(shù)據(jù)寄存器保存 。 圖 21 溫度值給定電路 溫度檢測電路 溫度檢測是溫度控制系統(tǒng)的一個很重要的環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到系統(tǒng)性能。在 PLC 溫度控制系統(tǒng)中，溫度的檢測不僅要完成溫度到模擬電壓量的轉(zhuǎn)換還要將電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送 PLC。其一般結(jié) 構(gòu)如圖 22 所示 。 圖 22 溫度檢測基本結(jié)構(gòu) 溫度傳感器將測溫點(diǎn)的溫度變換為模擬電壓，其值一般為 mA 級，需要放大為滿足 A/D 轉(zhuǎn)換要求的電壓值。然后送 PLC 的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，得到表示溫度的電壓數(shù)字量，再用軟件進(jìn)行標(biāo)度變換與誤差補(bǔ)償，得到測溫點(diǎn)的實(shí)際溫度值。 本系統(tǒng)利用熱電偶完成爐溫檢測（熱端檢測爐溫，冷端置于 0℃溫度南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 中）、 FX2N4AD 模塊一個通道實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。爐溫檢測與放大電路由熱電偶、低通濾波、信號放大和零點(diǎn)遷移電路四部分組成。其電路如 圖 23所示。熱電偶和放大器原理及參數(shù)詳見附 錄二。 圖 23 爐溫檢測與放大電路 圖中， R C1 完成低通濾波， R RP、 2CW51 組成零點(diǎn)遷移電路，爐溫檢測元件采用鎳鉻 — 鎳鋁熱電偶，分度號為 EU2，查分度表可得，當(dāng)溫度為 0~700℃時，輸出電勢 iu 為 0~。檢測信號經(jīng)二級放大后送FX2N4AD 模塊，第一級放大倍數(shù)為 50，第二級放大倍數(shù)為 ，第二級放大還完成 零點(diǎn)遷移，其輸出電壓 0u 為 )()(556 21210 uuuuKKu ???? 式 中， 2u 為零點(diǎn)遷移值。根據(jù)設(shè)計要求，恒溫值為 400~600℃，本系統(tǒng)選取測溫范圍為 280~700℃，將 280℃作為測溫起點(diǎn)（零點(diǎn)）。調(diào)整多圈電位器 RP，使 2u =50*=569mV，當(dāng)爐溫為 280℃時， iu =， 1u =569mV，于是 0u =0。經(jīng)零點(diǎn)遷移后，爐溫為 280~700℃時 ， iu =~，0u =0~， A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為 0~2047。 過零檢測電路 按設(shè)計要求，要求過零檢測電路在每個電源周期開始時產(chǎn)生一個脈沖，作為觸發(fā)器的同步信號，其設(shè)計電路如 圖 24（ a） 所示。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 24（ a） 過零檢測電路 圖中， GND 為 +5V電源地， LM339 為過零比較器 .LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個獨(dú)立的電壓比較器，共模范圍很大； 差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓。 二極管用作 LM339 輸入保護(hù)。電路的工作波形如 圖 24（ b）所示。 圖 24（ b） 過零檢測電路的工作波形圖 晶閘管電功率控制電路 晶閘管是晶體閘流管的簡稱，也叫可控硅。它是一種半控型器件，是一種可以利用控制信號控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷的電力電子器件。它的關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。也即說，若要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，只能利用外加反向電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近零的某一數(shù)值以下 。 晶閘管控制電熱元件消耗的電能有兩種方法，一是采用移相觸發(fā)控制輸入電壓的大小，二是采用過零觸發(fā)控制輸入電壓加到電熱元件上的周波數(shù)。由于移相觸發(fā)控制會產(chǎn)生較大的諧波干擾信號“污染”電網(wǎng)，因此采用過零觸發(fā)控制。又由于本電路所控制的電阻爐只有一根電阻絲，功率也不大，因此，本系統(tǒng)采用單相電源供電，電源的通斷由二個晶閘管反并控制，如 圖 25 所示。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 25 電功率控制電路 這種控制方法的原理是：各晶閘管的觸發(fā)角α恒為 0186。，使得一個周期內(nèi)電源均加在電熱元件上，通過控制一個控制 周期內(nèi)晶閘管導(dǎo)通周波數(shù)，就可控制電熱元件消耗的電能。根據(jù)電熱爐的數(shù)字模型可知，溫度的增量與它消耗的電能成正比，而電熱爐消耗的電能與晶閘管導(dǎo)通周波數(shù)成正比，因此，晶閘管導(dǎo)通周波數(shù) n 與控制輸出控制量 u（ k）的關(guān)系為 n=K*u(k) 式中， K= maxn / maxtu 為比例系數(shù)（約為 1）， ma xn 為一個控制周期內(nèi)的電源周波數(shù)，溫度偏差不同，則 u（ k）、 n 不同，電熱爐消耗的電能亦不同，達(dá)到了根據(jù)溫度偏差調(diào) 節(jié)輸入電能，保證爐溫按要求變化的目的。 晶閘管由正向?qū)ǖ疥P(guān)斷時，由于空穴積蓄效應(yīng)，晶閘管反向阻斷能力的恢復(fù)需要一段時間。在這段時間里，晶閘管元件流過反向電流，接近終止時， ti dd 很大，它與線路電感共同作用產(chǎn)生的電壓 L* ti dd 可能損壞晶閘管，必須采取保護(hù)措施，在晶閘管兩端并聯(lián)阻容吸收裝置。 設(shè)計電路中的元器件的選擇如下： （ 1） R 和 C 的選擇 阻容吸收裝置的參數(shù)按晶閘管 ITN 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選取為： R=80Ω C= F 電容 C 的交流耐壓為： VUU mCN ???? 電阻 R 的功率應(yīng)滿足： WXR RUP CR )(80 80220xx*10 262 222 2 ???? ????? ? 實(shí)選電容 F/630V 一只，電阻 80Ω / 一只。 （ 2）快速熔斷器 FU 的選擇 快速熔斷器是專門用來保護(hù)晶閘管的，其熔體電流 FUI 按下式選?。? 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 TNFU II ?? 式中， 5/6 為修正參數(shù)，為保證可靠與選用方便，一般取 TNFU II ? 。實(shí)選熔體額定電流 為 20A 的 RLS50 螺旋式快速熔斷器二只，分別與二只晶閘管串聯(lián)，其額定電壓為 500V。 （ 3）晶閘管的選擇 電阻爐的額定功率為 4KW，電源電壓為 220V，故負(fù)載電流 IL=。由于每個晶閘管只導(dǎo)通半個電源周波且本系統(tǒng)采用過零觸發(fā)（α =0176。），流過每個晶閘管的平均電流為 。關(guān)斷時，承受正反向峰值電壓為V2220 ，考慮到晶閘管的過載能力小及環(huán)境溫度的變化等因素，晶閘管的額定電流 TNI 應(yīng)為： AII LTN ~)2~( ?? 額定電壓 TNU 應(yīng)為： VU TN 9 3 3~6 2 222 2 0)3~2( ?? 根據(jù)以上計算，主回路的二只晶閘管選擇為 KP2010(參數(shù)為： 20A，1KV， ， 3V) 脈沖輸出通道 由于 PLC 有很強(qiáng)的抗干擾性和可靠性，且 FX2N48MR001為繼電器輸出 —— 2A/1 點(diǎn)（ KP2010 晶閘管的觸發(fā)電流和電壓分別為 和 3V），因而 FX2N48MR001的輸出點(diǎn)能可靠地觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，而無須設(shè)計光電隔離和功率放大。脈沖輸出通道電路如 圖 26 所示。 圖 26 脈沖輸出通道 圖中，初始時， Y0 和 Y1都為低電平，當(dāng)系統(tǒng)檢測到從 X0輸入的同步信號為高（低）電平時， Y0（ Y1）由低電平變高電平，輸出電流值為 2A 的觸發(fā)電流，去觸發(fā)晶閘管 VT1（ VT2）導(dǎo)通；當(dāng) X0 從高電平變低電平（從低電平變高電平）時， Y0（ Y1）脈沖結(jié)束，電路恢復(fù)為初態(tài)。 南京工程學(xué)院自動化學(xué)院本科