【文章內(nèi)容簡介】 短路、過載、連鎖保護。 PLC型號選擇 PLC 的組 成結(jié)構(gòu) PLC 的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示，由圖可見主要有 6個部分組成，包括 CPU（中央處理器）、輸入 /輸出接口電路、電源、外設接口、 I/O擴展接口。 如圖 41所示 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 三節(jié)皮帶順序起?？刂圃O計 第 6 頁 共 24 頁 圖 41 PLC的組成結(jié)構(gòu)圖 其核心主要有 CPU,I/O模塊 ,電源模塊以及它的存儲模塊，它們各自的特點如下： （ 1） CPU PLC中的 CPU是 PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺 PLC至少有一個 CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源 和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路，與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC不可缺少的組成單元。 CPU的控制器控制 CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制； CPU的運算器用于進行數(shù)字或 邏輯運算，在控制器指揮下工作； CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 （ 2） I/O模塊 PLC的對外功能，主要是通過各種 I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 I/O模塊集成了 PLC的 I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。 （ 3） 電源模塊 有些 PLC 中的電源，是與 CPU 模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為 PLC各模塊的集 成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供 24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流 220VAC或 110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為 24V。 (4) 存儲模塊 PLC的存儲器包括系統(tǒng)儲存器和用戶儲存器兩種。系統(tǒng)儲存器用于存儲系統(tǒng)程序，用戶存儲器用于存放 PLC的用戶程序?，F(xiàn)在的 PLC一般均采用可電擦除的 E2PROM 存儲器來作為系統(tǒng)儲存器和用戶儲存器。 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 三節(jié)皮帶順序起?？刂圃O計 第 7 頁 共 24 頁 PLC 的工作原理 (1) PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式 【 1】 每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣 。集中對輸出信號進行刷新。 【 2】 輸入刷新過程。當輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)， 新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。 【 3】 一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。 【 4】 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。 【 5】 掃描周期的長短由三條決定。 {1} CPU執(zhí)行指令的速度 {2} 指令本身占有的時間 {3} 指令條數(shù) 【 6】 由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入 /輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入 / 輸出響應延遲。 （ 2） PLC與繼電器控制系統(tǒng)、微機區(qū)別 【 1】 PLC與繼電器控制系統(tǒng)區(qū)別 前者工作方式是“串行”，后者工作方式是“并行”，前者用“軟件”，后者用“硬件”。 【 2】 PLC與微機區(qū)別 前者工作方式是“循環(huán)掃描”。后者工作方式是“待命或中斷” PLC最突出的優(yōu)點采用“軟繼電器”代替“硬繼電器”。用“軟件編程邏輯”代替“硬件布線邏輯”。 PLC編程語言有梯形圖、布爾助記符語言，等等。尤其前兩者為常用。 【 3】 由于 PLC是集中采樣，在程序處理階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不會變化，要到下一周期 的輸入采樣階段才會改變。 【 4】 由于 PLC是串行工作，所以 PLC的運行結(jié)果與梯形圖程序的順序有關(guān)，這與繼電器控制系統(tǒng)“并行”工作有質(zhì)的區(qū)別。避免了觸點的臨界競爭，減少繁瑣的聯(lián)鎖電路。 FX2N 的性能及選型 三菱公司的 PLC 是最早進入中國市場的產(chǎn)品，小型機 FX2N 是近幾年推出的高功能整體式小型機。 FX系列 PLC具有龐大的家族?；締卧?(主機 )有 FX0、 FX0S、 FXON、 FX FX FX2C、FX1S、 FX2N、 FX2NC9個系列。每個系列又有 1 1 3 4 6 80、 128點等 不同輸入輸出點數(shù)的機型，每個系列還有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種輸出形式。 FX2N 系列 PLC是三菱公司高性能小型機的代表作，系統(tǒng)最大 I/O 點數(shù)為 128 點，配置擴展單元后可達 256點。 FX2系列基本執(zhí)行指令的速度為 s/步，用戶程序存儲器的容量可擴展至 8K步。 FX2N系列 PLC在我國應用比較廣泛。 通過對 PLC 的工作原理及性能的了解，并結(jié)合設計要求，設計中選擇了 FX2N 系列的小型 PLC。 分析要求，可以確定需要 12個輸入點，手動工作時，分別為 M1,M2,M3啟動按鈕，停止按鈕，通常用于系 統(tǒng)的檢測維護；一個急停按鈕；自動工作時，傳感器開與關(guān)時的兩個不同信號輸入以及停止按鈕。因為有三臺皮帶機，故需要三個輸出點。又為了便于日后的功能增加等因素，選擇了 48點的基本輸入輸出單元，因為輸出的是 220V的交流電，為了增加它的耐用性，采用了可控硅輸出。 綜上所述，設計中最終選擇了 FX2N48MS的 PLC，這種 PLC技術(shù)成熟，性能好，故障少，價格低廉，對于本項目又留有一定的余量，可以為以后改進留下余地。 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 三節(jié)皮帶順序起?？刂圃O計 第 8 頁 共 24 頁 PLC 的端子分配及外部接線 如表 41所示 表 41 PLC的 I/O元件地址分配 表 功能描述 動作器件 I/O地址 急停 SB1 X0 工作方式 手動 選擇開關(guān) SA X1 自動 X2 手動 M1啟動 SB2 X10 M1停止 SB3 X11 M2啟動 SB4 X12 M2停止 SB5 X13 M3啟動 SB6 X14 M3停止 SB7 X15 自動 壓力傳感器 傳感器 ST開 X20 傳感器 ST關(guān) X21 停止 SB8 X22 皮帶機 1開 KM1 Y0 皮帶機 2開 KM2 Y1 皮帶機 3開 KM3 Y2 PLC的 I/O外部接線圖如 圖 42所示 圖 42 PLC的 I/O外部接線圖 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 三節(jié)皮帶順序起?？刂圃O計 第 9 頁 共 24 頁 傳感器的選擇 傳感器簡介 （ 1） 傳感器的定義： 國家標準 GB766587對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 （ 2） 傳感器的性能 【 1】 傳感器靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 【 2】 傳感器動態(tài)特性 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應 來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。 【 3】 傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。 【 4】 傳感器的靈敏度 靈敏度是指傳 感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△ y對輸入量變化△ x的比值，它是輸出 /輸入特性曲線的斜率，如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度 S 是一個常數(shù)，否則，它將隨輸入量的變化而變化。 靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化 1mm時，輸出電壓變化為 200mV，則其靈敏度應表示為 200mV/mm，當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。 提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 【 5】 傳感器的分辨力 分辨力是指傳感器可能感 受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。 通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。 （ 3） 傳感器的分類 【 1】 電阻式傳感器 永城職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文） 基于 PLC 三節(jié)皮帶順序起停控制設計 第 10 頁 共 24 頁 電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這 些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。 【 2】 電阻應變式傳感器 傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產(chǎn)生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。 【 3】 壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是根據(jù)半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經(jīng)擴散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳 感元件，擴散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應的不平衡輸出。 用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感 材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應用最為普遍。 【 4】 熱電阻傳感器 熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度