【正文】 PLC 的梯形圖設(shè)計(jì) 圖 30 圖 31 圖 圖 格雷碼轉(zhuǎn)二進(jìn)制子程序 Gray code to binary system 32 （ 1） I/O 點(diǎn)的分配 ： 圖 I/O點(diǎn)的分配 Distribution of I/O point （ 2） 梯形圖程序 ： 圖 。 Network13～Netwok16 為閘門上升子程序 ， Network17～ Netwok20 為閘門 下降 子程序 ，其過程已在上面講 29 明，不再贅述 其中 MW MW4 為閘門預(yù)設(shè)開度 。糾偏結(jié)束后， 要進(jìn)行現(xiàn)地控制（手動(dòng)控制）與自動(dòng)控制的識(shí)別， 即梯形圖中的Network8， 因此在中心控制室有一個(gè)手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 。 下面對(duì)圖 中的 梯形圖程序予以簡單的解釋 ： 首先，把 閘門的左右 開度 IB IB2 送入中間變量 MW MW2 中 ，這樣就可以實(shí)現(xiàn)閘門左右開度的比較 。 6．總體控制程序 總體控制程序如圖 所 示， I/O 點(diǎn)的分配如圖 所示 ，其中圖 是由圖 ～ 組成的 。 梯形圖程序見 圖 所示。 由于西門子的 PLC 中沒有相應(yīng)的把格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)模塊，因此需要用 step7 軟件編寫一個(gè)八位格雷碼與二進(jìn)制數(shù)相轉(zhuǎn)換的程序。其子程序流程圖如下圖所示 。整個(gè)過程的流程圖如 圖 所示。 在第三章中的液壓啟閉原理中我們已經(jīng)得知 閘門上升的基本原理以及如何去控制閘門的上升，下面就來具體說明用 PLC 的梯形圖來控制閘門上升的流程。 27 PLC 控制系統(tǒng)的要求 閘門控制系統(tǒng)分為手動(dòng)控制與自動(dòng)控制兩大部分， 自動(dòng)控制就是 上位機(jī)通過組態(tài)軟件獲取閘門的 開度、閘門 的 水位等信息后，發(fā)出控制信號(hào)給 PLC， 再通過 PLC 的程序?qū)崿F(xiàn)閘門的升 、 降 、 ?？刂啤? 圖 西門子 S7300型 PLC Siemens S7300 PLC PLC 的軟件設(shè)計(jì) 輸入量、輸出量的介紹 在本液壓啟閉控制系統(tǒng)中，輸入量包括按鈕、常開觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)等開關(guān)量， 8 位格雷碼數(shù)字量以及液位變送器等模擬量。 九號(hào)槽 位為 通信處理器，用于 PLC 與上位機(jī)和其它智能設(shè)備之間的通信。 四至七號(hào)槽位分別為 數(shù)字量輸入、輸出模塊，模擬量輸入、輸出模塊。 二號(hào)槽位 為 CPU 模塊 ，CPU 的功能不再贅述， 本系統(tǒng)將選擇戶外型 CPU 模塊作為整個(gè) PLC 系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 如 圖 所示 ，其中從左至右依次為 1 號(hào)槽位到 9 號(hào)槽位 ，在這里，槽位號(hào)只是 相對(duì)的，實(shí)際上不存在物理槽位，每個(gè)模塊用背部總線 相 連接。 S7300 的 PLC 采用緊湊的、無槽位限制的模塊化組合結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，可 選用不同型號(hào)和不同數(shù)量 的模塊 ，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架 上。 S7300 按 I/O 點(diǎn)數(shù)及內(nèi)存分類屬于中型PLC，存儲(chǔ)器為 2KB， 每一個(gè)數(shù)字量模塊中有 32 個(gè)點(diǎn)，支持 PROFIBUS、工業(yè)以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)。 P L C 內(nèi) 部 電 源2 4 V數(shù) 字 量 輸 入 模 塊閘門開度儀+ 圖 閘門開度儀與 PLC的連接 connecting of photoelectric encoder and PLC PLC 的選型 基于以上對(duì)控制系統(tǒng)的原理以及硬 件分析， 本控制系統(tǒng) 可 選用西門子公司的 S7300 型號(hào) 26 的 PLC，其結(jié)構(gòu)如圖 所示。 具體程序見 軟件設(shè)計(jì)部分。 當(dāng)把格雷碼送入 PLC 以后 ，不 能直接進(jìn)行比較大小和算術(shù)運(yùn)算，也不能直接轉(zhuǎn)換成其 它信號(hào)， 要經(jīng)過一次碼變換，變成自然二進(jìn)制碼， 把格雷碼轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀欢M(jìn)制 碼。 例如 自然 二進(jìn)制數(shù) 7 和 8 為 0111 和 1000， 每一位都不同， 用格雷碼表示為 0100 和 1100，這樣就只差了一個(gè)數(shù)。 采用并行輸出， 可 以直接進(jìn)入 PLC 的 I/O 接口， 輸出 及時(shí) ，連接方便。 選擇 及測量方法 本系統(tǒng)采用 并行輸出方式傳輸數(shù)據(jù)，光電碼盤選用 多圈 格雷碼盤 。絕對(duì)編碼器 的每個(gè) 位置 是 唯一 的 ，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。 絕對(duì)編碼器光碼盤上有許多道 光通道 刻線，每道刻線依次以 2 線、 4 線、 8 線、 16 線編排，這樣，在編碼器的每 一個(gè)位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從 2 的零次方到 2 的 n1 次方的唯一的 2 進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為 n 位絕對(duì)編碼器。 該傳感器通過聯(lián)軸器等聯(lián)結(jié)件將編碼器軸與啟閉機(jī)卷筒軸或小齒輪軸聯(lián)結(jié)，使編碼器與被測軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，將被測軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為編碼器軸的旋轉(zhuǎn)，通過專用測試儀采集編碼器值 ，從而準(zhǔn)確的測量出被測件的位移量 ， 并達(dá)到了對(duì)被測 物 位移的實(shí)時(shí)測量與控制的目的 。其與 PLC 的連接如 圖 所示。 安裝時(shí) 把變送器直接投入水池或其它液位中，電纜線引出水面到顯示儀 表、二次儀表或控制室。其量程為 0～ 200M，采用二線制標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，輸出為 4～ 20MA的電流值。其主要有：閘門的升降控制、閘門的同步糾偏控制、閘門的下滑報(bào)警控制。這是閘門最基本的控制要求。然后直接編入梯形圖中，與預(yù)設(shè)的閘門開度相比較，來進(jìn)行閘門的糾偏、全啟閉的控制以及自動(dòng)防下滑的報(bào)警控制。 24 （ 2） 在閘門的兩側(cè)裝上閘門開度儀，來測量閘門的開度。 （ 1） 要在上下游水位裝兩個(gè)液位變送器，把液位變送器與 PLC 的模擬量模塊相連接，再通過 PLC 把測量值送入上位機(jī)中。 PLC 的硬件設(shè)計(jì) 總體控制要求的分析 本控制系統(tǒng)的核心要求 是 控制水閘閘門的啟閉。輸出單元主要有繼電器、指示燈、電磁閥等， PLC 通過控制輸出單元的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)控制目的。 I/O 單元是 PLC 與工業(yè)現(xiàn)場連接的接口。 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用來存放由 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固定在 ROM 內(nèi)，用戶不得直接更改。 23 第五 章 PLC 的軟、硬件設(shè)計(jì) PLC 的 基本結(jié)構(gòu) 繼 電 器電 磁 閥C P U系 統(tǒng) 程 序 存 儲(chǔ) 器用 戶 程 序 存 儲(chǔ) 器按 鈕接 觸 開 關(guān)行 程 開 關(guān)指 示 燈電 源輸入單元編 程 器輸出單元 圖 PLC的基本結(jié)構(gòu) Basic structure of PLC 如圖 所示，為 PLC 的基本結(jié)構(gòu)圖， PLC 實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)計(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)的組成十分相似，主要是由中央處理單元（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入輸出單元（ I/O 單元）、電源等組成。然后 根據(jù) 實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出了電機(jī)軟啟動(dòng)的電氣 原理 圖。電機(jī)軟啟動(dòng)流程圖 如圖 所 示 。當(dāng)接 收 到 油泵電機(jī)啟動(dòng)信號(hào)后， 首先檢查 控制直接啟動(dòng)的接觸器 KM2 是否閉合 ， 只有當(dāng) 22 未閉合時(shí)， 才可使用 軟啟動(dòng) 器 啟動(dòng)油泵電機(jī)。 當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)（本回路圖沒有畫出），上位機(jī)發(fā)出控制程序給 PLC，然后讓相應(yīng)的中間繼電器得電，以此來接通 KM1，從而使電機(jī)進(jìn)入軟啟動(dòng)階段。 當(dāng)進(jìn)行手動(dòng)控制時(shí)，按下按鈕 SB1， KM1 得電并自鎖，電機(jī)進(jìn)入了軟啟動(dòng)階段。手動(dòng)控制即利用控制柜上的按鈕來直接對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)過程進(jìn)行控制，自動(dòng)控制即當(dāng)上位機(jī)發(fā)出控制信號(hào)時(shí)，通過執(zhí)行 PLC 中預(yù)先編寫的梯形圖指令來控制 KM1 的通斷，從而達(dá)到自動(dòng)控制的目的。 當(dāng)油泵電機(jī)軟停止時(shí)， KM2 首先斷開，同時(shí)接通 KM1，電機(jī)進(jìn)入了軟停止 階段，經(jīng)過一定的時(shí)間以后，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，軟停止過程結(jié)束。 當(dāng)油泵電機(jī)軟啟動(dòng)時(shí)，首先接通隔離開關(guān) QS QS2，再接通斷路器 QF QF2，當(dāng)發(fā)出控制信號(hào)以后，接觸器 KM1 得電閉合，電機(jī)進(jìn)入到軟啟動(dòng)階段。 KM2 為非軟啟動(dòng)接觸器，即如果 KM1 在沒有閉合的情況下，單獨(dú)接通 KM2，會(huì)直接啟動(dòng)油泵電機(jī)。圖中 QF KM1 分別在軟啟動(dòng)器的左端， QF1 對(duì)整個(gè)電氣回路起到了過載、欠壓、短路保護(hù) 作用 。這樣可以保證維修人員的人身安全。 SB SB2 為開關(guān)。在電氣回路中，通過控制接觸器的通斷來進(jìn)行油泵電機(jī)啟動(dòng)、停止的控制。 QF為斷路器，它不僅能通斷正常負(fù)荷電流，而且能接通和承受一定時(shí)間的短路電流，并能在保護(hù)裝置作用下自動(dòng)跳閘，切除短路故障。 FU 為熔斷器，它 是 在電路電流超過規(guī)定值并經(jīng)過一定時(shí)間后，使其熔體融化而分?jǐn)嚯娏鞑?斷開電路的一種保護(hù)電器。分別如圖 和t0II 1Ie 20 圖 所示，其中圖 是電機(jī)軟啟 動(dòng)的主回路圖，圖 是電機(jī)軟啟動(dòng)的控制回路圖。 最后 電機(jī)啟動(dòng)除正常使用軟啟動(dòng)器外，必須保留可切換至直接啟動(dòng)方式的功能，以確保在軟啟動(dòng)器或 PLC 不能工作時(shí)，油泵電機(jī)應(yīng)急啟動(dòng)運(yùn)行。其次 在運(yùn)行過程中， 當(dāng) 油泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用油泵能及時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行。另外，由于軟啟動(dòng)器 還要與 PLC 相連接，因而在軟啟動(dòng)器的選 型過程中， 要選擇與 PLC 頻率一致的軟啟動(dòng)器。對(duì)于 像油泵電機(jī)等 啟動(dòng)負(fù)載較輕的設(shè)備，可選擇功能簡單、價(jià)格較低、操作方便的軟啟動(dòng)器。 軟啟動(dòng)器應(yīng)用分析 一般情況下， 要 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載情況 (重載或輕載 )、啟動(dòng)的頻繁程度來選擇軟啟動(dòng)器，根據(jù)實(shí)際啟動(dòng)狀況來選擇、優(yōu)化啟動(dòng)參數(shù)。電流斜坡啟動(dòng)模式具有較強(qiáng)的加速能力，適用于兩極電動(dòng)機(jī)，也可在一定范圍內(nèi)縮短啟動(dòng)時(shí)間。如圖 、 所示， 在啟動(dòng)時(shí)，先對(duì)電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)較高的固定 電壓并持續(xù)有限的一段時(shí)間，以克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后按限制電流或電壓斜坡的方式啟動(dòng)。 這種控制方式適用于電源容量小，必須限制啟動(dòng)電流的場合。 18 電流限幅啟動(dòng) 模 式 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)設(shè)定的啟動(dòng)電流將對(duì)應(yīng)的電壓施加于電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)力 矩足以克服負(fù)載阻力時(shí)，電動(dòng)機(jī)獲得力矩開始升速，至電動(dòng)機(jī)接近額定轉(zhuǎn)速時(shí) ，輸出電流下降至額定電流以下。它的電壓按一個(gè)預(yù)先設(shè)定好的曲線變化，其斜坡由斜坡上升時(shí)間 t 決定； 另外，當(dāng)起始電壓 U0 低于一定值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)并不能運(yùn)轉(zhuǎn)，反而使電機(jī)發(fā)熱。 軟啟動(dòng)器 啟 停控制模式的研究 電壓斜坡啟動(dòng) 模 式 電壓斜坡啟動(dòng)方式是 軟啟動(dòng)器最基本的啟動(dòng)方式，圖 所示為電壓斜坡 啟 動(dòng)方式輸出電壓曲線。 圖 直接啟動(dòng) 圖 Y△ 啟動(dòng) Direct starting Y△ starting 三相異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)一般都要采用降壓啟動(dòng)的手段。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值時(shí)，使 KM3 斷電，并使 KM2 17 得電，則異步電機(jī)運(yùn)行于三角形連接。 Y△啟動(dòng) Y△ 啟 動(dòng)是一種降壓啟動(dòng)方 法， 啟 動(dòng)時(shí)將異步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組接成星型，等啟動(dòng)完成以后，再接成三角形，如圖 所示。 軟啟動(dòng)與傳統(tǒng)啟動(dòng) 的比較 直接啟動(dòng) 啟動(dòng)時(shí)通過一些直接啟動(dòng)設(shè)備，將全部電源電壓直接加到異步電機(jī)的定子繞組 上 ，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下啟動(dòng) ，如圖 所示 。又因?yàn)榫чl管的導(dǎo)通角 θ 與觸發(fā)角 α 有關(guān)，因此只需在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中控制晶閘管觸發(fā)角 α 的大小，就可 以使異步電機(jī)的定子端電壓和啟動(dòng)電流根據(jù)控制要求來進(jìn)行變化。 軟啟動(dòng)器的基本原理 軟 啟 動(dòng)器采用晶閘管三相交流調(diào)壓電路，利用晶閘管進(jìn)行調(diào)壓，其輸出電壓值的大小由晶閘管導(dǎo)通角 θ 決定，導(dǎo)通角 θ 由單片機(jī)控制，通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來改變加到定子繞組的三相電壓。 16 第四章 電機(jī)的軟啟動(dòng)控制 軟啟動(dòng)器簡介 軟啟動(dòng)器的基本概念 軟啟動(dòng)器是一種控制三相異步電機(jī)啟動(dòng)與停止過程的新設(shè)備，主要由串接于電源與異步電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管組成， 通過 對(duì) 內(nèi)部的單片機(jī)調(diào)整 來 改變觸發(fā)脈沖的觸發(fā)時(shí)間 ，繼而 改變晶閘管的導(dǎo)通角 。 然后介紹了液 壓控制系統(tǒng)所具備的一些功能 ，解釋了如何用 PLC去實(shí)現(xiàn)這些功能 。糾偏控制流程圖如圖 所示。 圖 閘門開度儀與 PLC的連接 Connecting of the photoelectric encoder and PLC 根據(jù)上文對(duì)糾偏控制原理的 敘述， 可知 首先要讓 閘門左右開度相比較 ，得到 閘門開度的差值 ， 如果比較結(jié)果為零 ，則直接跳出糾偏程序進(jìn)入其它控制流程 ；當(dāng)閘門 左邊開度大于右邊開 度時(shí)， PLC 進(jìn)行左超糾偏，讓 4DT 得電；當(dāng)閘門右邊開度大于左邊開度時(shí)， PLC 進(jìn)行右超糾偏 ，讓 5DT 得電 。左超表示在閘門啟閉運(yùn)行過程中 ，閘門左端 開度高于閘門右端 開度 ；右超表示在閘門啟閉運(yùn)行過程中 ，閘門右端開度高于閘門左端 開度 。 閘門開度儀再把檢測出來的閘門開度送入到 PLC 中 ，經(jīng)過比較后，通過用戶編制的 PLC