【文章內(nèi)容簡介】 （ 4）解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序。一般是從存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計數(shù)器、定時器、內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲單元的即時值，而輸入繼電器、輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個掃描周期內(nèi)，某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對整個用戶程序是一致的， 不會造成結(jié)果混亂。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 10 （ 5）輸出結(jié)果將本次掃描過程解算得到的最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算 結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯時，每一步所得到的輸出信號被存入輸出映像寄存器而并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動作。 在依次完成上述五個步驟操作后 PLC 又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循 環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、出現(xiàn)故障或載物 。 PLC的工作過程如圖 所示 。 圖 PLC 的工作過程 系統(tǒng)設(shè)計的基本要求 編制一個較好的 PLC控制程序一般需要注意以下幾個方面 ： ①正確性 一個程序必須經(jīng)過實(shí)際檢驗，以證明其運(yùn)行的正確性，這是對 PLC 程序最基本的要求。而正確，規(guī)范地使用各種指令，正確合理地使用各類部件，則是程序正確的重要因素。 ②可靠性 PLC 程序不僅要正確，而且要可靠?？煽啃苑从沉?PLC 在不同工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性，這也是對程序設(shè)計的基本要求。有的用戶程序在正常的工作條件下，或合乎邏自診斷 與外設(shè)通信 輸入現(xiàn)場狀態(tài) 解算用戶邏輯 輸出結(jié)果 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 11 輯要求的操作情況下能正常工作 ，但當(dāng)出現(xiàn)非 正常工作情況，或進(jìn)行非法操作后，程序就不一定能正常工作了。所以 為保證 PLC 的正常工作，使 PLC 能應(yīng)付各種非正常的突發(fā)事件，提高實(shí)際應(yīng)用中的可靠性是非常重要的。 ③合理性 PLC 程序的合理性主要表現(xiàn)在兩個方面：一是應(yīng)盡可能使用戶程序簡短；二是應(yīng)盡可能縮短掃描周期，提高輸入 ／ 輸出響應(yīng)速度。 ④可讀性 系統(tǒng)的可讀性好，是指程序要層次清晰，結(jié)構(gòu)合理，指令使用得當(dāng)，并按模塊化，功能化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計；在輸入 ／ 輸出點(diǎn)及內(nèi)部器件的分配和使用上要有規(guī)律性；還應(yīng)在一些功能段以一些特殊指令后作一些注釋，以方便記憶和理解 。一個可讀性好的程序不僅便于設(shè)計者加深對程序的理解，便于修改和調(diào)試，而且還便于使用者讀懂程序，便于調(diào)整功能和日常維護(hù)。 ⑤可塑性 程序的可塑性是指當(dāng)控制方案稍作改動時，只需對已設(shè)計好的程序略作修改即可，程序容易修改或控制方案容易改變是 PLC 的一大特點(diǎn)。因此， PLC 可廣泛應(yīng)用于各種控制場合，特別適合在靈活多變的控制系統(tǒng)中應(yīng)用。 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 可編程控制器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如圖 所示。 （ 1）深入了解和分析被控對象的工藝條件和控制要求 ①被控對象就是受控的機(jī)械、電氣設(shè)備、生產(chǎn)線或生產(chǎn) 過程 ； ②控制要求主要指控制的基本方式、應(yīng)完成的動作、自動工作循環(huán)的組成、必要的保護(hù)和聯(lián)鎖等。對較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，還可將控制任務(wù)分成幾個獨(dú)立部分，這種可化繁為簡，有利于編程和調(diào)試。 （ 2）確定 I/O 設(shè)備 根據(jù)被控對象對 PLC 控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、傳感器等，常用的輸出設(shè)備有繼電器、接觸器、指示燈、電磁閥等。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 （ 3）選擇合適的 PLC類型 根據(jù)已確定的用戶 I/O 設(shè)備，統(tǒng)計所需的輸入信號和輸出信號的點(diǎn)數(shù)，選擇合適的 PLC類型，包括機(jī)型的 選擇、容量的選擇、 I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。 （ 4）分配 I/O 點(diǎn) 分配 PLC 的輸入輸出點(diǎn)，編制出輸入 ／ 輸出分配表或者畫出輸入 ／ 輸出端子的接線圖。接著就可以進(jìn)行 PLC 程序設(shè)計，同時可進(jìn)行控制柜或操作臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。 （ 5）設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)梯形圖程序 根據(jù)工作功能圖表或狀態(tài)流程圖等設(shè)計出梯形圖即編程。這一步是整個應(yīng)用系 統(tǒng)設(shè)計的最核心工作，也是比較困難的一步，要設(shè)計好梯形圖，首先要十分熟悉控制要求，同時還要有一定的電氣設(shè)計的實(shí)踐經(jīng)驗。 （ 6）將程序輸入 PLC 當(dāng)使用簡易編程器將程序輸入 PLC 時，需要 先將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令助記符，以便輸入。當(dāng)使用可編程序控制器的輔助編程軟件在計算機(jī)上編程時，可通過上下位機(jī)的連接電纜將程序下載到 PLC中去。 （ 7）進(jìn)行軟件測試 程序輸入 PLC 后，應(yīng)先進(jìn)行測試工作。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方。因此在將 PLC 連接到現(xiàn)場設(shè)備上去之前，必需進(jìn)行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期。 （ 8）應(yīng)用系統(tǒng)整體調(diào)試 在 PLC 軟硬件設(shè)計和控制柜及現(xiàn)場施工完成后，就可以進(jìn)行整個系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試，如果控制系統(tǒng)是由幾個部分組成，則應(yīng)先作局部調(diào)試，然后 再進(jìn)行整體調(diào)試；如果控制程序的步序較多，則可先進(jìn)行分段調(diào)試，然后再連接起來總調(diào)。調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題，要逐一排除，直至調(diào)試成功。 （ 9）編制技術(shù)文件 系統(tǒng)技術(shù)文件包括說明書、電氣原理圖、電器布置圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 梯形圖。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 圖 系統(tǒng)構(gòu)成 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖如下： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 L1 L2 B3 B1 B2 Z B4 Y 車船 L1 L2 Z B1 B2 B3 B4 堆場 圖 皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)示意圖 L L2 —— 氣動料倉料斗 B B2 —— 膠帶運(yùn)輸機(jī) B B4 —— 制板運(yùn)輸機(jī) Z —— 氣動閘門 Y —— 壓力傳感器 氣動料倉料 L L2 進(jìn)料之后，把料卸在皮帶機(jī) B1 上，通過 B1 把料傳到皮帶機(jī) B2 上，然后再由 B2 傳到 B3 上， B3 上安裝了氣動閘門 Z，當(dāng) Z 全關(guān)的時候，所有的料都經(jīng)過 B3 傳到了車船；當(dāng) Z 全開的時候，所有的料都經(jīng)過閘門 Z 傳到 B4 上，然后再由 B4傳到堆場；當(dāng) Z半開時，料一部分經(jīng)過 B3傳到了車船。 另一 部分經(jīng)過閘門 Z傳到 B4 上，再傳到堆場。當(dāng)車船料裝滿之后，通過車船壓力傳感器 Y 傳輸一個料滿信號給 PLC，然后由 PLC 控制料斗和輸送機(jī)停止給料。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 工藝要求 首先確定工藝過程 該系統(tǒng)的工藝過程主要是通過 皮帶運(yùn)輸機(jī) B B B B4 將倉料斗里的原料分別運(yùn)往堆場和車船或同時運(yùn)往堆場和車船。 具體工藝過程如下： 工藝一： B1→ B2→ B3→ B4→堆場 工藝二： B1→ B2→ B3→裝車船 工藝三： B1→ B2→ B3→ B4→堆場（氣動閥門 Z 半開） ↓→裝車船 第一臺 輸送機(jī)起動及輸送機(jī)部分起動之前，應(yīng)沿輸送機(jī)線全長發(fā)出一個清楚的，可聽得見的，時間不少于 5 秒鐘的自動警告信號，并應(yīng)隨著整個起動結(jié)束自動停止信號。 起動時先起動最末一條輸送機(jī)（ B4 或 B3），經(jīng)過 5 秒鐘延時，再依次起動 5s 5s 5s B3 → B2 → B1 或 B2 → B1，然后再打開閥門 L1 或（和） L2 。 輸送機(jī)線正常停車應(yīng)由操縱臺進(jìn)行，先停止 L1 或（和） L2，經(jīng) 4 秒鐘延時，再依次停 4s 4s 4s 止 B1 → B2 → B3 → B4 。 當(dāng)某條輸送機(jī)發(fā)生故障時，該輸送機(jī)及其前面的輸送機(jī)應(yīng)立即停止。如 B2 有故障， L1 或 L2 及 B B2 立即停止。在緊急切斷任何一臺輸送機(jī)時，應(yīng)給操縱臺一個自動音響信號。 在 B2 輸送機(jī)上裝有速度傳感器（打滑 H，過速 G），拉線開關(guān)（ L），跑偏開關(guān)（ P），撕帶開關(guān)（ S）。 電動機(jī)應(yīng)有一定的過熱、過流保護(hù)。 在保護(hù)裝置損壞而人們尚未把它恢復(fù)到正常狀態(tài)之前，不能遠(yuǎn)距離再次接通有故障的輸送機(jī)。 系統(tǒng)能從自動控制轉(zhuǎn)變成就地控制。 操縱臺上裝有系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換開關(guān) 、操作開關(guān)、電流表、電壓表（包括電動機(jī)和控制回路）、氣壓表、各種信號燈（各種事故停車原因的燈光信號應(yīng)不同）。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 在 B2 輸送機(jī)上配一只控制箱（就地控制）。 當(dāng)車船裝滿時，壓力傳感器 Y 動作使輸送機(jī)及料斗停止給料。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 PLC的基本原理，本設(shè)計的主要要求，以及針對要求的大概設(shè)計思路，給出了本設(shè)計運(yùn)輸機(jī)的示意圖。第二部分主要介紹了工藝要求以及工藝過程，為后邊的設(shè)計及編程做出要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 第 3 章 系統(tǒng)設(shè)備的選型 可編程控制器的特點(diǎn) (1)可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個 PC 生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使 PC 的平均無故障時間達(dá)到 30 萬小時以上，使用壽命長。 (2)控制功能強(qiáng)。 PC 具有邏輯判斷、計數(shù)、定時、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和工程控制等等。 (3)編程方便，易于使用。 PC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡 迎，容易推廣應(yīng)用。 (4)適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。具有各種接口，與外部設(shè)備連接非常方便。 采用積木式結(jié)構(gòu)或模塊結(jié)構(gòu)，具有較大的靈活性和可擴(kuò)性，擴(kuò)展靈活方便。 維修方便。 PC 上有 I/O 指示燈（ LED），那個 I/O 元件有故障，一目了然。 可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運(yùn)行情況，隨時對程序進(jìn)行在線修改，不用更改硬接線，靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)。 本設(shè)計采用的 PLC 根據(jù)實(shí)際情況， 輸入輸出點(diǎn)數(shù)決定選用三菱公司生產(chǎn)的 FX2n系列微型可編程控制器中的 FX2n48MR型。 電動機(jī) 電動機(jī)是 電力拖動系統(tǒng)中的原動機(jī)，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，去拖動各種類型生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝的要求，如驅(qū)動軋鋼機(jī)的軋輥、龍門刨床的工作臺、起重機(jī)的提升機(jī)及行走機(jī)構(gòu)、風(fēng)機(jī)的葉輪等等。 隨著社會化大生產(chǎn)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)制造技術(shù)越來越復(fù)雜，對生產(chǎn)工藝的要求也黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 進(jìn)一步提高，例如要求很高的加工精度和很高的效率等。這就要求生產(chǎn)機(jī)械能夠在工作速度、定位精度、快速啟動和制動、反轉(zhuǎn)等方面達(dá)到一定的水平，而作為系統(tǒng)原動 機(jī)的電動機(jī)則是實(shí)現(xiàn)這些要求的主體，因此提高電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)對于整個電力拖動系統(tǒng)的性能具有十 分重要的意義。 電動機(jī)又分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。由于此次設(shè)計主要采用的是交流電動機(jī)所以，下面我們主要介紹交流電動機(jī)以及它的調(diào)速方法。 交流電動機(jī)分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。如果三相交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與定子電流的頻率 滿足方程式 的關(guān)系，這種電機(jī)就稱之為同步電機(jī)。同步電機(jī)的負(fù)載改變時，只要電源頻率不變，轉(zhuǎn)速就不變。反之，如果不滿足上述關(guān)系的電機(jī)，就稱為異步電動機(jī)。 異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，去拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。例如，在工業(yè)方面，用于拖動中小型 軋鋼設(shè)備、各種金屬切削機(jī)