【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 56 I7XX M8057 I8XX M8058 表 22 輸入中斷標(biāo)號(hào)指針表 輸入編號(hào) 指針編號(hào) 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(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)模擬量輸入通道（分別為 CHCH CH3和 CH4），每個(gè)通道都可進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào) ，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(duì)輸入端子的選擇，一次可使用 4個(gè)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(guò)177。 15V，單元會(huì)被損壞） DC ： 20～ +20mA（輸入電阻 250Ω ） （注意：若輸入電流超過(guò)177。 32mA，單元會(huì)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(chǔ)（ 2048~+2047） 分辨率 5mV 20μ A 總體精 度 177。 1%（對(duì)于 10～ +10V范圍） 177。 1%（對(duì)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(guò) FROM/TO指令完成。同時(shí)在編程過(guò)程中重點(diǎn)用到了 BFM數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器，具體分布情況如表 24所示。 表 24 BFM 數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)器分布表 BFM編號(hào) 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(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(chǔ)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(gè)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(cuò)誤狀態(tài) 30 識(shí)別碼 31 不能使用 通道選擇：在 BFM0中寫(xiě)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(shí)設(shè)定輸入范圍為 10V～ +10V； X=1時(shí)，設(shè)定輸入范 圍為 +4mA～ +20mA；X=2時(shí)，設(shè)定輸入范圍為 20mA～ +20mA； X=3時(shí)，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(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 表 25 BFM29 的狀態(tài)信息設(shè)置 29 緩沖器位 ON OFF B0：錯(cuò)誤 當(dāng) b1~b4 為 ON 時(shí)，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(wú)錯(cuò)誤 B1：偏移量與增益值錯(cuò)誤 偏移量與增益值修正錯(cuò)誤 偏移量與增益值正常 B2：電源不正常 24VDC 錯(cuò)誤 電源正常 B3：硬件錯(cuò)誤 A/D 或其他硬件錯(cuò)誤 硬件正常 B10：數(shù)字范圍錯(cuò)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(cuò)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(jì) 根據(jù)系統(tǒng)總體方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 I/O 地址分配如表 26 所示。 表 26 輸入、輸出信號(hào) I/O 地址表 輸入地址 功能說(shuō)明 輸出地址 功能說(shuō)明 X0 電源周波信號(hào)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(hào) X2 啟動(dòng) /關(guān)閉 Y5 斷偶報(bào)警 X10~X21 SB2~SB11 Y6 溫度給定超出范圍報(bào)警 Y10~Y23 12 位 8421（三組） BCD 碼輸出 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 溫度值給定電路 按設(shè)計(jì)要求，共設(shè)計(jì)了十個(gè)開(kāi)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(guò)給定值范圍，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)（亮紅燈）。設(shè)計(jì)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(kāi)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(kāi)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(cè)電路 溫度檢測(cè)是溫度控制系統(tǒng)的一個(gè)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(cè)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(cè)基本結(jié)構(gòu) 溫度傳感器將測(cè)溫點(diǎn)的溫度變換為模擬電壓，其值一般為 mA 級(jí)，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(cè)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(cè)（熱端檢測(cè)爐溫，冷端置于 0℃溫度南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 中）、 FX2N4AD 模塊一個(gè)通道實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換。爐溫檢測(cè)與放大電路由熱電偶、低通濾波、信號(hào)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(jiàn)附錄二 。 圖 23 爐溫檢測(cè)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(cè)元件采用鎳鉻 — 鎳鋁熱電偶，分度號(hào)為 EU2，查分度表可得，當(dāng)溫度為 0~700℃時(shí)，輸出電勢(shì) iu 為 0~。檢測(cè)信號(hào)經(jīng)二級(jí)放大后送FX2N4AD 模塊，第一級(jí)放大倍數(shù)為 50，第二級(jí)放大倍數(shù)為 ，第二級(jí)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(jì)要求，恒溫值為 400~600℃，本系統(tǒng)選取測(cè)溫范圍為 280~700℃，將 280℃作為測(cè)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(shí)， iu =， 1u =569mV，于是 0u =0。經(jīng)零點(diǎn)遷移后，爐溫為 280~700℃時(shí)， iu =~，0u =0~， A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為 0~2047。 過(guò)零檢測(cè)電路 按設(shè)計(jì)要求，要求過(guò)零檢測(cè)電路在每個(gè)電源周期開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，作為觸發(fā)器的同步信號(hào)，其設(shè)計(jì)電路如 圖 24（ a） 所示。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 24（ a） 過(guò)零檢測(cè)電路 圖中， GND 為 +5V電源地， LM339 為過(guò)零比較器 .LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，共模范圍很大；差動(dòng) 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(guò)零檢測(cè)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(jiǎn)稱(chēng)，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(hào)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(shuō)，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(guò)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(guò)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(huì)產(chǎn)生較大的諧波干擾信號(hào)“污染”電網(wǎng)，因此采用過(guò)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(gè)晶閘管反并控制，如 圖 25 所示。 南京工程學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)周期內(nèi)電源均加在電熱元件上，通過(guò)控制一個(gè)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(gè)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(shí)，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(shí)間。在這段時(shí)間里，晶閘管元件流過(guò)反向電流，接近終止時(shí)， 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(jì)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(zhuān)門(mén)用來(lái)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(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)晶閘管只導(dǎo)通半個(gè)電源周波且本系統(tǒng)采用過(guò)零觸發(fā)（α =0176。），流過(guò)每個(gè)晶閘管的平均電流為 。關(guān)斷時(shí)，承受正反向峰值電壓為V2220 ，考慮到晶閘管的過(guò)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(jì)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(wú)須設(shè)計(jì)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(shí)， Y0 和 Y1都為低電平，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到從 X0輸入的同步信號(hào)為高（低）電平時(shí)， 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(shí)， 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(dòng)化學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 報(bào)警指示與顯示電路 按設(shè)計(jì)要