【文章內(nèi)容簡介】 于它具有令通用計算機望塵莫及的特點。 （ 1） 應(yīng)用簡便 （ 1）應(yīng)用靈活、安裝方便 （ 2）編程簡化 （ 3）操作方便，維修容易 （ 2）可靠性高 （ 1）在硬件設(shè)計方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再者是合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，簡化安裝，使它易于抗震動沖擊。 （ 2）在軟件設(shè)計方面也采用了許多很特殊措施，設(shè)置了警戒時鐘 WDT。 （ 3）抗電磁干擾性能好，環(huán)境適應(yīng)性強 PLC 是按直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境設(shè)計的，產(chǎn)品在相當(dāng)寬的環(huán)境溫度（ 0~55℃或0~60℃），濕度（相對＜ 90％），規(guī)定的機械振動，沖擊以 及額定的電源電壓與頻率變化，電源瞬間中斷，電源電壓降低等因素作用下，均能正常運行。 （ 4）功能完善 PLC 的基本功能包括邏輯運算，定時，計數(shù)，數(shù)制換算，數(shù)值計算，步進(jìn)控制等 。其擴張功能還有 A/D， D/A 轉(zhuǎn)換， PID 閉環(huán)回路控制，高速計數(shù)，通信聯(lián)網(wǎng)，中斷控制及特殊函數(shù)運算功能，可以通過上位機進(jìn)行顯示，報警，記錄，人機對話，使控制水平大大提高。 （ 5） 成熟的工控網(wǎng)絡(luò)體系，通信便捷，易于遠(yuǎn)程實時監(jiān)控 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò) XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆論文答辯 第 11 頁 共 34 頁 控制層網(wǎng)絡(luò) 信息層網(wǎng)絡(luò) 二、小車運動控制系統(tǒng)原理 PLC 選擇及工作原理 本系統(tǒng)采用歐姆龍公司 CP1H 系列 PLC。 PLC 是機電一體化設(shè)備中的控制器，機電一體化設(shè)備中的控制器，機電一體化理念強調(diào)系統(tǒng)中各個部分之間的配合與協(xié)調(diào)。其目標(biāo)是整體性能最佳。 CP1H 系列 PLC 正是為了實現(xiàn)這一目標(biāo)而研制的一款小型一機體，并可擴展 CPM1A 系列 I/O 單元和 CJ1 系列高功能 I/O 單元及 CPU 總線單元。 CP1 系列 PLC 的特點是其內(nèi)置有四軸高速技術(shù)功能，四軸脈沖輸出功能，四路模擬量輸出功能以及串行通信功能。 PLC 專為工業(yè)場合設(shè)計，采用了典型的計算機結(jié)構(gòu)，主要是由 CPU，電源，存儲器和專門設(shè)計的輸入輸出接口電路等組成。圖 1 為 典型的 PLC 結(jié)構(gòu)簡圖。 圖 1 典型的 PLC 結(jié)構(gòu)簡圖 中央處理單元：中央處理單元（ CPU）一般由控制器，運算器和寄存器組組成，這些點都集中在一個芯片上。 CPU 的主要功能包括：【 1】從存儲器中讀取指令；【 2】執(zhí)行指令；【 3】順序指令；【 4】處理中斷。 存儲器包括：只讀存儲器、隨機存儲器。 輸入輸出單元包括：輸入接口電路、輸出接口電路。 通常 PLC 的輸入類型可以直接是直流，交流和交直流。輸入電路的電源可由外部供給，有的也可以由 PLC 內(nèi)部提供。圖 2 和圖 3 分別為一種型號 PLC 的直流和交流輸入接口電路的電 路圖，采用的外接電源。 XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆論文答辯 第 12 頁 共 34 頁 圖 2 描述了一個輸入點的接口電路。其中輸入電路的一次電路和二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時，輸入電路和一次電路接通，上面的發(fā)光管用于對外顯示，同時光耦合器中的發(fā)光管使三極管導(dǎo)通，信號進(jìn)入內(nèi)部電路，此輸入點對應(yīng)的位由 0 變?yōu)?輸入映象寄存器的對應(yīng)位由 0 變?yōu)?1. 圖 2 直流 輸入 電路圖 圖 3 交 流 輸入 電路圖 工作原理： PLC 采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內(nèi)部處理，與編程器等的通信處理，輸入掃描，用戶程序執(zhí)行，輸出處理，其工作過程如圖 4 所示。途中當(dāng) PLC方式開關(guān)置于 RUN（運行）時，執(zhí)行所有階段；當(dāng)方式開關(guān)置于 STOP（停止）時，不執(zhí)行后 3 個階段，此時可進(jìn)行通信處理，如對 PLC 聯(lián)機或離線編程。 可編程控制器的輸入處理，執(zhí)行用戶程序和輸出處理的原理如圖 5。 PLC 的五個階段，稱為一個掃描周期， PLC 完成一個周期后，又重新執(zhí)行上述過程，掃描周而復(fù)始的進(jìn)行。 XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆論文答辯 第 13 頁 共 34 頁 PLC 作為一種特殊形式的計算機控制系統(tǒng)，是利用計算機技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電氣控制”進(jìn)行“硬件軟化”的結(jié)果。但在運行方式上， PLC 的軟件邏輯也與繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯存在根本性的區(qū)別。 幾點起控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運行的方式，即如果一個繼電器的線圈通，電或者放電，該繼電器的所有觸電（不論是敞開還是常閉，也不論其處于繼電器線路的哪個位置上）都會立即同時動作；而 PLC 的軟件邏輯是通過 CPU 逐行掃描執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的，即如果一個邏輯線圈被接通或者斷開，該線圈的所有觸點并不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 為了消除兩者之間由于運行方式不同而造成的這種差異， plc 在程序運行方式，輸入輸出操作，特殊功能模版等方面作了特別的考慮。 循環(huán)掃描： PLC 采用了一種不同于普遍微型計算機的運 行方式 —— 循環(huán)掃描方式，因為繼電器控制中各類觸點的動作時間一般超過 100ms，因此只要 PLC 運行整個用戶程序的時間“掃描周期”小于 100ms，其運行結(jié)果的繼電器控制就沒有什么差別。 建立 I/O 印象區(qū) PLC 在輸入輸出操作上采用定時采樣，定時輸出的方式，即在一個掃描周期的固定時刻（一般在掃描周期的開始或者結(jié)束）采用所有的輸入點，采樣結(jié)果存入 RAM 中一個區(qū)（輸入印象區(qū)）。這樣在執(zhí)行程序時，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入印象區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。同時控制訊息輸出也不是采取生成一個就輸出一個的方法，而是先將他們 存放在 RAM 中一個區(qū)域（輸出映象區(qū)），掃描周期結(jié)束時再將輸出映象區(qū)中控制訊息集中輸出。通過建立 I/O 映象區(qū)，使 PLC 成為一個真正的數(shù)字采樣控制系統(tǒng)；雖然 PLC 不可能像繼電器控制那樣隨時根據(jù)現(xiàn)場輸入實時控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該完全符合實際系統(tǒng)的需要。 特殊功能模版 由于 PLC 在掃描周期方面限制了用戶程序的長度，這對于一般的數(shù)字控制應(yīng)該不成問題。但實際的生產(chǎn)過程對 PLC 提出了更多的要求：仿真量處理，死循環(huán)控制，網(wǎng)絡(luò)通訊，高倍 I/O 等。對于模擬量輸入輸出以及簡單的控制，一般是利用 PLC 的主 CPU 和一定的硬件支持。通過相應(yīng)的軟件來實現(xiàn)；其他情況由于牽涉到比較的計算量和 CPU 運算時間，以及 PLC 掃描周期的限制，一般采用自帶 CPU 并行工作，由模版系統(tǒng)軟件完成相應(yīng)的控制任務(wù)。這樣，這些模版與 PLC 主 CPU 并行工作，兩者之間通過總線接口進(jìn)行聯(lián)系，主XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆論文答辯 第 14 頁 共 34 頁 CPU 定期向模版發(fā)送命令，模版也定 期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給主 CPU。 綜合以上所述，在完成系統(tǒng)自身系統(tǒng)初始化以后， PLC 系統(tǒng)執(zhí)行用戶程序的循環(huán)掃描方式可分為三個階段：輸入掃描，程序掃描，輸出掃描。而計算機比較大或者響應(yīng)實時性比較高的應(yīng)用則由自帶 CPU 的專用模版和專用軟件來實現(xiàn)。 圖 4 工作原理圖 圖 5 程序執(zhí)行原理圖 XXX 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2021 屆論文答辯 第 15 頁 共 34 頁 直流電機與接近開關(guān) 直流電機的基本工作原理 直流勵磁的磁路在電工設(shè)備中的應(yīng)用，除了直流電磁鐵（直流繼電器，直流接觸器等）外，最重要的就是在應(yīng)用在直流旋轉(zhuǎn)電機中，在發(fā)電廠里，同步發(fā)電機的勵磁器機，選電池充電 機等，都是直流發(fā)電機；鍋爐給粉機的原動機是直流電動機。此外，在許多工業(yè)部門，例如大型軋鋼設(shè)備，大型精密機床，礦井卷揚機，市內(nèi)電車，電纜設(shè)備要求嚴(yán)格線速度一致的地方等，通常都采用直流電動機作為原動機來拖動工作機械的。直流發(fā)電機通常是作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電機則是作為原動機帶動各種生產(chǎn)機械工作，向負(fù)載輸出機械能。在控制系統(tǒng)中，直流電機還有其他的用途，例如測速電機，伺服電機等。雖然直流發(fā)電機和直流電動機的用途各不同，但是他們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來實現(xiàn)機械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。 直 流電機的最大弱點就是有電流的換向問題，消耗有色金屬較多，成本高，運行中的維護(hù)檢修也比較麻煩。因此，電機制造業(yè)中正在努力改善交流電動機的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動機。不過，近年來在利用可控硅整流裝置代替直流發(fā)電機方面，已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。包括直流電動機在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機，實際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。一條是：導(dǎo)線切割磁通產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；另一條是：載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用。因為，從結(jié)構(gòu)上來看，任何電機都包括磁場部分和電路部分。從上述原理可見，任何電機都體現(xiàn)著電和磁的相互作用，是對電， 磁這兩個矛盾著的對立面的統(tǒng)一。我們在這一章里討論直流電機的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機中的“磁”和“電”如何相互作用，相互制約，以及體現(xiàn)兩者之間相互關(guān)系的物理量和現(xiàn)象（電樞電動勢，電磁轉(zhuǎn)矩，電磁功率，電樞反應(yīng)等）。 （ 1） 直流發(fā)電機的基本工作原理。 （ 2） 直流發(fā)電機和直流電動機具有相同的結(jié)構(gòu)，只有直流發(fā)電機（一般是交流電動機）拖動旋轉(zhuǎn)而發(fā)電?？梢?，它是把機械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備，直流電動機則接在直流電源上，拖動各種工作機械（機床，泵，電車，電纜設(shè)備等）工作，它是把電能變?yōu)闄C械能的設(shè)備。 我們首先來觀察直流發(fā)電機是怎樣 工作的。 如圖 6 所示，電刷 A， B 分別與兩個半圓環(huán)接觸，這時 A， B 兩電刷之間輸出的是直流電。我們再來看看這時線圈之間運動的情況。從圖 6 可以看出，當(dāng)線圈的 ab 邊在 N 極