【正文】 的。 在洗衣機(jī)的脫水（甩干）過程 中轉(zhuǎn)速很高，如果此時(shí)有人由于疏忽打開洗衣機(jī)的門或蓋后，再把手伸進(jìn)去，很容易對人造成傷害，為了避免這種事故的發(fā)生，在洗衣機(jī)的門或蓋上裝了個(gè)電接點(diǎn)，一旦有人開啟洗衣機(jī)的門或蓋時(shí)，就自動(dòng)把電機(jī)斷電，甚至還要靠機(jī)械辦法聯(lián)動(dòng)，使門或蓋一打開就立刻 “ 剎車 ” ，強(qiáng)迫轉(zhuǎn)動(dòng)著的部件停下來，免得傷害人身。那這么簡單的開關(guān) 22 能起什么作用呢？它主要是起連鎖保護(hù)的作用。這個(gè)開關(guān)就是行程開關(guān)。 何為行程開關(guān)呢？就是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)，在日常生活中我們最易碰到的例子就是冰箱了。 ： 本模型的兩個(gè)行程開關(guān)是模型的硬件保護(hù)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動(dòng)。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（ H 橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo) 通使電源短路）入手。 21 1）輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動(dòng)多大功率的電機(jī)。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可；但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn) PWM（脈沖寬度調(diào)制）調(diào)速。 ： 本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是有兩個(gè)繼電器的吸合與斷開來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的。給 PLC 一個(gè)輸入信號。這樣，雖然兩個(gè)光接受電 路都是非線性的，但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的，這樣，就可以通過反饋通路的非線性來抵消直通通路的非線性，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。 模擬信號隔離的一個(gè)比較好的選擇是使用線形光耦。一些廠家提供隔離放大器作為模擬信號隔離的解決方案，如 ADI 的 AD202，能夠提供從直流到幾 K 的頻率內(nèi)提供 %的線性度，但這種隔離器件內(nèi)部先進(jìn)行電壓 頻率轉(zhuǎn)換，對產(chǎn)生的交流信號進(jìn)行變壓器隔離，然后進(jìn)行頻率 電壓轉(zhuǎn)換得到隔離效果。對于模擬信號，光耦因?yàn)檩斎胼敵龅木€形較差，并且隨溫度變化較大，限制了其在模擬信號隔離的應(yīng)用。常用光耦器件及其外圍電路組成。 PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路， PLC 信號輸入有效。 19 第四章 小車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件電路的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)器材 所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備： Ⅰ型實(shí)物教學(xué)模型 一臺(tái) （用戶自備） 一臺(tái) 若干 (帶編程電纜 )（用戶自備） 一套 工作原理 1．傳感器： (1)接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的 負(fù)極、黑色為輸出信號，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。 節(jié)省硬件數(shù)量與投資。工作在現(xiàn)場設(shè)備前端，作為工廠網(wǎng)絡(luò)底層的現(xiàn)場 18 總線，是專為在現(xiàn)場環(huán)境工作而設(shè)計(jì)的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，能采用兩線制實(shí)現(xiàn)送電與通信，并可滿足本質(zhì) 安全防爆要求等。從根本上改變了現(xiàn)有 DCS 集中與分散相結(jié)合的集散控制系統(tǒng)體系，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。 現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性。 互可操作性與互用性，這里的互可操作性，是指實(shí)現(xiàn)互連設(shè)備間、系統(tǒng)間的信息傳送與溝通，可實(shí)行點(diǎn)對點(diǎn)，一點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)字通信。一個(gè)具有總線功能的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須是開放的，開放系統(tǒng)把系統(tǒng)集成的權(quán)利交給了用戶。這里的開放是指對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致、公開性，強(qiáng)調(diào)對標(biāo)準(zhǔn)的共識與 遵從。 一、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn) [10] 系統(tǒng)的開放性。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢。 現(xiàn)場總線技術(shù)在歷經(jīng)了群雄并起，分散割據(jù)的初始階段后，盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS 作為新一代控制系統(tǒng)， 一方面，突破了 DCS 系統(tǒng)采用通信專用網(wǎng)絡(luò)的局限，采用了基于公開化、標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，克服了封閉系統(tǒng)所造成的缺陷；另一方 17 面把 DCS 的集中與分散相結(jié)合的集散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變成了新型全分布式結(jié)構(gòu)，把控制功能徹底下放到現(xiàn)場。 一般把現(xiàn)場總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作 FCS—— 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。現(xiàn)場總線設(shè)備的工作環(huán)境處于過程設(shè)備的底層，作為工廠設(shè)備級基礎(chǔ)通訊網(wǎng)絡(luò)，要求具有協(xié)議簡單、容錯(cuò)能力強(qiáng)、安全性好、成 本低的特點(diǎn) :具有一定的時(shí)間確定性和較高的實(shí)時(shí)性要求 ,還具有網(wǎng)絡(luò)負(fù)載穩(wěn)定，多數(shù)為短幀傳送、信息交換頻繁等特點(diǎn)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)受到世界范圍的關(guān)注，成為自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，并將導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備的深刻變革。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。每種機(jī)械傳動(dòng)都各有特點(diǎn)，分別適用于不同的條件。 2） 靠主動(dòng)件與從動(dòng)件嚙合或借助中間件嚙合傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)的嚙合傳動(dòng)，包括齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等?？捎糜谖⒄{(diào)機(jī)構(gòu)和自鎖機(jī)構(gòu)，滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)效率高。缺點(diǎn)就是瞬時(shí)傳動(dòng)比不準(zhǔn)確。缺點(diǎn)就是制造要求高，中心距不能過大。缺點(diǎn)就是軸向受力大傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保證。缺點(diǎn)就是傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保證。 常用機(jī)械傳動(dòng)的特點(diǎn) [8]： 帶傳動(dòng)：中心距離變化范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，可起安全和減震作用，缺點(diǎn)是外廓尺寸大，軸向受力大，壽命短傳動(dòng)比不能嚴(yán)格保證。機(jī)械傳動(dòng)在機(jī)械工程中應(yīng)用非常廣泛 ,有多種形式 ,主要可分為兩類： 1） 靠機(jī)件間的摩擦力傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的摩擦傳動(dòng)，包括帶傳動(dòng)、繩傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)等。振蕩與停振這二種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)放大器轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制開關(guān)信號。 (3)電容式接近傳感器原理 電容式接近傳感器由高頻振蕩器和放大器等組成，由傳感器檢測面與大間構(gòu)成一個(gè)電容器，參與振蕩回路工作，起始處于振蕩狀態(tài)。當(dāng)鋁或銅之類有色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻率增高；當(dāng)鐵一類黑色金屬目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，振蕩頻率降低。 3）有色金屬型傳感器工作原理 有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。目標(biāo)物接近傳感器時(shí)，目標(biāo) 物金屬種類如何，振蕩頻率都會(huì)提高。 15 2）所有金屬型傳感器工作原理 所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。振蕩器振蕩及停振這兩 種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號整形放大轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制開關(guān)信號，經(jīng)功率放大后輸出。 (3)高頻振蕩型接近傳感器工作原理 [3] 電感式接近傳感器由高頻振蕩、檢波、放大、觸發(fā)及輸出電路等組成。 ●所有金屬型：相同檢測距離內(nèi)檢測任何金屬。 5） 小型感測頭，安裝靈活。 3） 有水或油噴濺苛刻環(huán)境中也能穩(wěn)定檢測。 特性： 1） 非接觸檢測，避免了對傳感器自身和目標(biāo)物損壞。 接近開關(guān)的工作原理： (1)概述 接近傳感器可以不與目標(biāo)物實(shí)際接觸情況下檢測靠近傳感器金屬目標(biāo)物。 比較直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以看出，它們的輸入和輸出的能 14 量形式不同的。 當(dāng)然，在實(shí)際的直流電動(dòng)機(jī)中，也不只有一個(gè)線圈，而是有許多 個(gè)線圈牢固地嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當(dāng)導(dǎo)體中通過電流、在磁場中因受力而轉(zhuǎn)動(dòng)，就帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在直流發(fā)電機(jī)中，換向器和電刷的任務(wù)是把線圈中的交流電變?yōu)橹绷麟娤蛲廨敵?；而在直流電?dòng)機(jī)中，則用換向器和電刷把輸入的直流電變?yōu)榫€圈中的交流電。 從以上的分析可以看到，要使線圈按照一定的方向旋轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問題是當(dāng)導(dǎo)體從一個(gè)磁極范圍內(nèi)轉(zhuǎn)到另一個(gè)異性磁極范圍內(nèi)時(shí)（也就是導(dǎo)體經(jīng)過中性面后），導(dǎo)體中電流的方向也要同時(shí)改變。因此，電磁力 Fdc 的方向仍然不變，線圈仍然受力按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到磁極的中性面上時(shí)，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。由于磁場是均勻的，導(dǎo)體中流過的又是相同的電流，所以， ab 邊和 cd 邊所受電磁力的大小相等。前面已經(jīng)說過，載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用，因此， ab 和 cd 兩導(dǎo)體都要受到電磁力 Fde 的作用。 13 （ 2） 直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 上面已經(jīng)討論了直流發(fā)電機(jī)的工作原理，現(xiàn)在再來討論直流電動(dòng)機(jī)是怎樣工作的。于是，線圈中的交流電經(jīng)過銅片和電刷整流后，便成為外電路中的直流電了。因此，有兩電 刷引出的是具有恒定方向的電動(dòng)勢，負(fù)載上得到的是恒定方向的電壓和電流。不過，要注意到這時(shí)線圈內(nèi)的電流已經(jīng)反向了。而與線圈 a 端連接的銅片 1 則和電刷 B 接觸，它的電位仍然是負(fù)。 圖 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 當(dāng)線圈的 ab 邊轉(zhuǎn)到 S 極范圍內(nèi)時(shí)， cd 邊就轉(zhuǎn)到 N 極范圍內(nèi)，用右手定則 判斷可以知道，這時(shí)線圈 cd 邊中產(chǎn)生的電動(dòng)勢方向是從 c 到 d，而 ab 邊轉(zhuǎn)到了 S極范圍內(nèi)，其中電動(dòng)勢的方向則是有 a 到 b。因此，和線圈 a端連接的銅片 1 和電刷 A 是處于正電位；而和線圈的 d 端連接的銅片 2 和電刷 B是處于負(fù)電位。這時(shí)線圈的 cd 邊則是在 S 極范圍內(nèi)按逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，依據(jù)發(fā)電機(jī)右手定則可以判斷， cd 邊中的感應(yīng)電動(dòng)勢方向是從 d 指向 c。我們再來看看這時(shí)線圈在磁極之間運(yùn)動(dòng)的情況。 我們首先來觀察直流發(fā)電機(jī)是怎樣工作的。可見，它是把機(jī)械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備。我們在這一章里討論直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，就是討論直流電機(jī)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(dòng)勢、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁功率、電樞反應(yīng)等）。因此，從結(jié)構(gòu)上來看，任何電機(jī)都包括磁場部分和電路部分。包括直流電機(jī)在內(nèi)的一切旋轉(zhuǎn)電機(jī)，實(shí)際上都是依據(jù)我們所知道的兩條基本原則制造的。因此，電機(jī)制造業(yè)中正在努力改善交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，并且大量代替直流電動(dòng)機(jī)。雖然直流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)的用途各不同，但是它們的結(jié)構(gòu)基本上一樣，都是利用電和磁的相互作用來實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。直流發(fā)電機(jī)通常是 作為直流電源，向負(fù)載輸出電能；直流電動(dòng)機(jī)則是作為原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械工作，向負(fù)載輸出機(jī)械能。在發(fā)電廠里，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁機(jī)、蓄電池的充電機(jī)等，都是直流發(fā)電機(jī)；鍋爐給粉機(jī)的原動(dòng)機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)。而計(jì)算量比較大或者響應(yīng)實(shí)時(shí)性比較高的應(yīng)用則由自帶 CPU 的專用模板和專用軟件來實(shí)現(xiàn)。這樣，這些模板與 PLC主 CPU 并行工作，兩者之間通過總線接口進(jìn)行聯(lián)系，主 CPU 定期向模板發(fā)送命令，模板也定期將自身的狀態(tài)訊息發(fā)送給主 CPU。但實(shí)際的生產(chǎn)過程對 PLC 提出了更多得要求：仿真量處理、死循環(huán)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊、高速 I/O 等。通過建立 I/O 映像區(qū)，使 PLC成為一個(gè)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(shí)根據(jù)現(xiàn)場輸入實(shí)時(shí)控制現(xiàn)場輸出狀態(tài)，但只要采樣周期足夠短，即采樣頻率足夠高，這樣的采樣系統(tǒng)應(yīng)該完全符合實(shí)際系統(tǒng)的需要。這樣在執(zhí)行程序時(shí)，所需的現(xiàn)場訊息全部從輸入映像區(qū)中取用，不直接從現(xiàn)場取樣。 建立 I/O 映像區(qū)： PLC 在輸入輸出操作上采用定時(shí)采樣、定時(shí)輸出的方式。 循環(huán)掃描： PLC 采用了一種不同于普通微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 循環(huán)掃描方式。 繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯采用的是并行運(yùn)行的方式，即如果一個(gè)繼電器的線圈通電或者放電，該繼電器的所有觸點(diǎn)（不論是常開還是常閉、也不論其 處于繼電器線路的哪個(gè)位置上）都會(huì)立即同時(shí)動(dòng)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(shí)現(xiàn)的，即如果一個(gè)邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)并不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。 PLC 作為一種特殊形式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)的硬件邏輯控制系統(tǒng)“繼電器控制”進(jìn)行 硬件軟化 的結(jié)果。 可編程序控制器的輸入處理、執(zhí)行用戶程序和輸出處理過程的原理如圖 所示。 圖 直流輸入電路圖 內(nèi)部電路CO M輸入 1輸入 n 8 圖 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(gè)工作過程一般包括五個(gè)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 所示。其輸入電路的一次電路與二次電路用光耦合器相連，當(dāng)行程開關(guān)閉合時(shí)，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(shí)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(diǎn)對應(yīng)的位由 0 變?yōu)?1。圖 和圖 分別為一種型號 PLC 的直流和交流輸入接口電路的電路圖，采用的是外接電源。 糠 ?輸入單元輸出單元編程器或其他設(shè)備按鈕 接觸器電磁閥指示燈行程開關(guān)繼電器觸點(diǎn) 7 只讀存儲(chǔ)器 ROM 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 3）輸入輸出單元 輸入接口電路 輸出接口電路 通常 PLC 的輸入類型可以是直流、交流和交直流。 圖 PLC 的結(jié)構(gòu)簡圖 1）中央處理單元 中央處理單元（ CPU）一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路都集