【正文】 裝料指示燈 ST2 B點(diǎn)限位開關(guān) L2 卸料指示燈 SB3 停止按鈕 綜合以上，本設(shè)計(jì)選擇 S7200PLC 的 CPU224，它的 PLC 結(jié)構(gòu)類型是基本 元 +擴(kuò)展型，基本單元集成的 I/O 數(shù)量 是 24（ 14 個(gè)輸入點(diǎn)、 10 個(gè)輸出點(diǎn)）， AC100230V 電源， DC24V 輸入 ,繼電器輸出， 不需要輸入 \輸出 擴(kuò)展 模塊 ，且滿足一定的余量要求。全部的輸入點(diǎn)均為觸點(diǎn)輸入信號(hào)。 根據(jù)設(shè)計(jì)的控 制要求和確定的硬件設(shè)備的分析得出： 控制系統(tǒng)需要的 外部設(shè)備只有控制 機(jī)械運(yùn)料 小車運(yùn)動(dòng)的三相 異步 電動(dòng)機(jī) ， 電 動(dòng) 機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài) ,分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn) KM1 和反轉(zhuǎn) KM2,電動(dòng)機(jī) M 的正轉(zhuǎn) 啟動(dòng)按鈕 SB1,反轉(zhuǎn)啟動(dòng) 按鈕 SB2，電動(dòng)機(jī)的停止按鈕 SB3，熱繼電器的常閉觸點(diǎn) FR，兩個(gè)限位開關(guān) ST1 和 ST2。 （ 4） 開關(guān)量輸出模塊的選擇 該系統(tǒng)中有用到繼電器，一般開關(guān)輸出模塊的輸出方式常為繼電器輸出。在正常情況下， PLC的 I/O 點(diǎn)可以適當(dāng)?shù)牧粲杏嗔?，同時(shí)也必須考慮生產(chǎn)成本。在 CPU 性能滿足控制要求的前提下， CPU 的價(jià)格也在考慮的范圍之內(nèi)。 （ 6） 接觸器的選擇（ KM） 額定電流為 AKUPINNC 100 0 ???? 采用的 接觸器要與 繼電器 相配合，則 選擇 CJ20 型號(hào)的交流接觸器。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流為其額定電流的 6 倍及啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 5S時(shí)間較長(zhǎng)、拖動(dòng)沖擊性負(fù)載或不允許停車時(shí)，熱元件整定電流調(diào)節(jié)到電動(dòng)機(jī)額定電流的 倍。然后根據(jù)該額定電流來(lái)選擇熱繼電器的型號(hào)。 （ 4） 時(shí)間繼電器（ KT） 本系統(tǒng)中 需 要 延時(shí) 10S，并考慮到價(jià)格費(fèi)用方面，可選用空氣阻尼式時(shí)間繼電器，可選用 JS72A 型號(hào)的空氣阻尼式時(shí)間繼電器，其觸點(diǎn)額定電壓為 380V，觸點(diǎn)額定電流為 5A 均能符合要求。 （ 3） 熔斷器的選擇 在本系統(tǒng)中， 需要 熔斷器保護(hù)一 臺(tái) 三相異步電動(dòng)機(jī)， 啟動(dòng)電流為額定電流四至七倍，為了防止啟動(dòng)時(shí)燒斷熔體，熔體的額定電流一般去電動(dòng)機(jī)額定電流的 至 倍， 則 額 定 電 流 為 ： ，其中：AII NN a x ??? ，所以 熔體的 最大額定電流為 。 （ 2） 開關(guān)的選擇 在該系統(tǒng)的主電路中，采用三級(jí)的組合開關(guān)。 機(jī)械 運(yùn)料 小車的控制示意圖和 動(dòng)作循環(huán)圖如下 ： 圖 31 運(yùn)料小車的控制示意圖 和動(dòng)作循環(huán)圖 控制要求 控制系統(tǒng)各部分的工作過(guò)程如下： （ 1） 機(jī)械運(yùn)料小車在初始位置處，按下啟動(dòng)按鈕 SB1， 電機(jī)正轉(zhuǎn)， 則機(jī)械運(yùn)料小車前行，； （ 2） 機(jī) 械運(yùn)料小車運(yùn)行至 右限位開關(guān) ST1， 電機(jī)停轉(zhuǎn)， 運(yùn)料 小車停止，等待裝料 ， 裝料指示 L1 燈亮； （ 3） 延時(shí) 10s 后， 指示燈滅， 裝料完成 ，電機(jī)反轉(zhuǎn)， 運(yùn)料小車后退 ，直至運(yùn)行至左限位開關(guān) ST2 處， 電機(jī)停轉(zhuǎn)， 運(yùn)料 小車停止， 等待卸料， 15 卸料指示 L2 燈亮； （ 4） 延時(shí) 8s，指示燈滅，卸料完成 ,到此完成一個(gè)工作周期，若不按停止按鈕，此過(guò)程可以循環(huán)。 限位開關(guān)的作用是為保證運(yùn)料小車能夠在準(zhǔn)確的位置停車。 針對(duì) 這兩 個(gè)方案， 做出一些分析 并得出方案 3：在 KM1 的線圈串聯(lián)了 KM2 的輔助常閉觸點(diǎn) ,KM2 的線圈串聯(lián)了 KM1的輔助常閉觸點(diǎn) ,組成了硬件互鎖電路 ，以此 避免由于正反轉(zhuǎn) (運(yùn)料 小車前進(jìn) ,后退 )切換過(guò)程中電感的延時(shí)作用 ,導(dǎo)致原來(lái)接通的接觸器的主觸點(diǎn)還未斷弧時(shí) , 另一個(gè)接觸器的主觸點(diǎn)已經(jīng)合上而造成交流電源瞬間短路的故障 。 13 3 方案設(shè)計(jì) 方案的比較 方案 1： 運(yùn)料 小車在最初位置 時(shí) ，按下啟動(dòng)按鈕， 電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車開始前進(jìn)， 到達(dá) 右限位 開關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止 ；按下電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕，小車后退，到達(dá)左限位開關(guān)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，小車停止，按下停止按鈕，小車完成一個(gè)工作周期。 PLC的工作過(guò)程 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，主要的工作過(guò)程可以分為輸入采樣、執(zhí)行程序、通信處理、 CPU 診斷、輸出刷新五個(gè)基本步驟，并且不斷循環(huán)執(zhí)行。 （ 3） 內(nèi)部控制電路 由 PLC 用戶程序轉(zhuǎn)化而來(lái)，它將 PLC 程 序中的順序控制邏輯轉(zhuǎn)化成 12 普通的繼電器控制線路。 （ 2） 輸出電路 由內(nèi)部輸出接點(diǎn)、 PLC 輸出接線端、輸出執(zhí)行元件三部分組成。外部輸入信號(hào)經(jīng) PLC 的輸入接線端與輸入繼電器接入。其中輸入電路代表了實(shí)際 PLC 的輸入接口電路板、輸入采樣、輸入緩沖等部分；內(nèi)部控制電路代表了實(shí)際 PLC 的控制程序執(zhí)行過(guò)程；輸出電路代表了實(shí)際 PLC 的輸出接口電路、輸出刷新、輸出緩沖等部分。 PLC 內(nèi)部電源的作用主要是提供 PLC 內(nèi)部的 TTL 集成運(yùn)算放大器等組件的工作電源，因此，需要將外部輸入轉(zhuǎn)換為 DC5V、 DC24V 等不同的電壓。 11 （ 6） 內(nèi)部電源 PLC 的外部輸入電源有交流輸入和直流輸入兩種。 （ 5） 通信接口 通信接口的主要作用是實(shí)現(xiàn) PLC 與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。通過(guò)輸出接口電路，可以將 CPU 處理完成的邏輯運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換到外部執(zhí)行元件所需要的控制信號(hào)，將處理完成的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成外部控制、顯示所需要的模擬量等。 輸入接口電路一般由信號(hào)連接器件（如接線端子、插頭等）、輸入電路（ RC 濾波器、限流電路、整流電路、穩(wěn)壓電路等）、信號(hào) 隔離 /電平轉(zhuǎn)換電路（如光電耦合器件、模擬開關(guān)等）、輸入信號(hào)寄存電路等環(huán)節(jié)組成。 （ 3） 輸入接口電路 輸入接口的作用 是完成外部信號(hào)到 PLC 內(nèi)部信號(hào)的轉(zhuǎn)換?！坝脩舫绦虼鎯?chǔ)區(qū)”用于PLC 用戶程序；“參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)”用于存儲(chǔ) PLC 硬件、軟件配置參數(shù)；“保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)”用于存儲(chǔ)需要斷電保持的部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容。在 S7200 中，系統(tǒng)存儲(chǔ)器采用 ROM 單獨(dú)存 10 儲(chǔ)。 （ 1） 中央處理器（ CPU） PLC 的 CPU 在系統(tǒng)程序的控制下工作，主要功能進(jìn)行 PLC 的循環(huán)掃描處理，內(nèi)容包括執(zhí)行輸入采樣、執(zhí)行 PLC 用戶程序、內(nèi)部診斷、通信處理和輸出刷新五個(gè)方面。 PLC 的軟件主要是系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序 。 在軟件上，工業(yè) PC 機(jī)可以使用多種應(yīng)用程序，適應(yīng)算法復(fù)雜，實(shí)時(shí)性強(qiáng)的控制要求； DCS 在模擬量處理與 PID 調(diào)節(jié)運(yùn)算方面有其優(yōu)勢(shì)； PLC采用面向基層應(yīng)用人員的簡(jiǎn)單編程語(yǔ)言與特殊的程序執(zhí)行方式（循環(huán)掃描），工業(yè) PC 與 DCS 在編程方便、直觀以及運(yùn)行可靠性方面不及 PLC。在工業(yè)控制上，除 PLC 之外，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱 PC）與集散控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 DCS）也是其中代表性產(chǎn)品。 （ 3） 通信與網(wǎng)絡(luò)功能， PLC 可以與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并組成 PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與工廠自動(dòng)化系統(tǒng)。它可以對(duì)開關(guān)量進(jìn)行邏輯運(yùn)算與處理，并實(shí)現(xiàn)定時(shí)、計(jì)數(shù)、代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)化比較等功能； （ 2） 特殊控制功能。 （ 7） 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝，調(diào)試工作量少 。 （ 5） 體積小，重量輕，能耗低 。 （ 3） 功能完善，應(yīng)用靈活 。 軟件設(shè)計(jì) 在軟件設(shè)計(jì)上采用了特殊的“循環(huán)掃描”方式 與專用的編程語(yǔ)言，并采用了系統(tǒng)程序與用戶程序相對(duì)獨(dú)立的軟件結(jié)構(gòu)。 PLC 的可靠性與硬件的設(shè)計(jì)制造以及軟件設(shè)計(jì)密切相關(guān) 。 PLC的特點(diǎn)及其功能 PLC的基本 特點(diǎn) （ 1） 可靠性高 PLC 作為一種通用的工業(yè)控制器 ，它必須在各種不同的工業(yè)環(huán)境中正常工作。而被通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線等形式可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)間的通信與連接，以實(shí)現(xiàn)集中、統(tǒng)一控制與管理；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接，可以工廠自動(dòng)化與現(xiàn)代化管理奠定基礎(chǔ)。 在 I/O 性能方面，最主要是體現(xiàn)在可通過(guò) PLC 控制與連接特殊 PLC模塊與系統(tǒng)通信口上，反映了 PLC 的集中控制與網(wǎng)絡(luò)連接能力。隨著微處理器性能的日益提高， PLC 的 CPU 的基本性能得到同步發(fā)展 ，具體體現(xiàn)在運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力、存儲(chǔ)容量等方面。例如， SIEMENS 公司的 S5115 與 S7300PLC 在寬度、高度、厚度 7 都有縮小。 （ 1） 體積的小型化 電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。 本階段， SIEMENS 公司的 PLC 產(chǎn)品仍然以 S7200、 S7300、 S7400為主要產(chǎn)品，只是性能不斷完善和提高，也陸續(xù)有新的 CPU 模塊 型號(hào)推出。 一方面， PLC 在不斷提高速度、位數(shù)的同時(shí)，開發(fā)了適用于過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制的特殊功能與模塊，使得 PLC 的應(yīng)用范圍涉及 工業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。 （ 4） 2020 年至今： PLC 功能開發(fā)與網(wǎng)絡(luò)化階段。 本階段，性能被提高的同時(shí)， PLC 的體積被大幅度縮小，出現(xiàn)各種小型化、微型化 PLC。 （ 3） 19902020 年： PLC 高性能及小型化階段。各 PLC 生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的規(guī)格，并且形成了固定 I/O 點(diǎn)型、基本單元加 擴(kuò)展模塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型的基本結(jié)構(gòu)模式。 （ 2） 19801990 年： PLC 普及及系列化階段。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有 PLC 結(jié)構(gòu)形式取得市場(chǎng)的認(rèn)可，并迅速得到發(fā)展和推廣。 （ 1） 19701980 年 ： PLC 的結(jié)構(gòu)定型階段。同時(shí)，微電子技術(shù)、信息技術(shù)的高速發(fā)展，為 PLC 的發(fā)展提供了技術(shù)保證，從而使得 PLC 的結(jié)構(gòu)、性能 等都與傳統(tǒng)意義上的 PLC 具有較大的區(qū)別。 1980 年，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（ National Electronic Manufacture Assciation,簡(jiǎn)稱 NEMA）將其 可編程控制器進(jìn)行如下定義： 可編程控制器（ Progranmmable Logic Controller,簡(jiǎn)稱 PLC）是一種帶有指令存儲(chǔ)器，數(shù)字或模擬輸入 /輸出接口；以位運(yùn)算為主；能完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能；面向機(jī)器或生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制裝置。 PLC的定義 1969年美國(guó) GOULD公司首先將 PLC技術(shù)進(jìn)行商品化并推向市場(chǎng)； 1971年，在引進(jìn)美國(guó)技術(shù)后，日本研制出了自己的第一臺(tái) PLC； 1973 年德國(guó) 5 SIEMENS 公司研制出歐洲第一臺(tái) PLC； 1974 年，法國(guó)隨之研制出了 PLC。 1968 年，美國(guó)最大的汽車制造商 — 通用汽車公司（ GM 公司）提出了一種新穎控制器的十大技術(shù)要求，并面向社會(huì)進(jìn)行招標(biāo)。 但是，由于“繼電 接觸器控制系統(tǒng)”的控制元件均為 獨(dú)立元件，它決定了系統(tǒng)的“邏輯控制”與“順序控制”功能只 能通過(guò)控制元件間的不同連接實(shí)現(xiàn)，因此，不可避免地存在以下不足：① 通用性、靈活性差；②運(yùn)行費(fèi)用高、噪聲大；③體積大，材料消耗多；④ 功能局限性大； ⑤可靠性低，使用壽命短； ⑥ 不具備現(xiàn)代工業(yè)控制所需要的數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò) 控制功能。它不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，而且還可以滿足大容量、遠(yuǎn)距離、集中控制的要求。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制，定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作的指令，并采用模擬式的輸入和輸出，控制各種的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)是采用 PLC 的編程語(yǔ)言 —— 梯形圖，梯形圖是在可編程控制器中的應(yīng)用最廣的語(yǔ)言，因?yàn)樗诶^電器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能、使用靈活的指令，使得邏輯關(guān)系清晰直觀，編程容易，可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能也大大超過(guò)傳統(tǒng)的繼電器控制電路。利用 PLC 控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的相關(guān)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)料小車在一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)由 4 段組成。將 PLC 運(yùn)用到運(yùn)料小車自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)小車的全自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。由于 運(yùn)料 小車自動(dòng)往返的實(shí)際意義 , 可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車的全自動(dòng)控制，降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。 （ 3） 全自動(dòng)控制： PLC 大多采用 CPU 結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度和 3 大容量方向發(fā)展。 隨著 PLC 的不斷發(fā)展和革新，生產(chǎn)線的運(yùn)輸控制也 得到 了 不斷的改善和生產(chǎn)率的不斷提高， 運(yùn)料 小車自動(dòng)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段 ： （ 1） 手動(dòng)控制：但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)還不夠成熟，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、體積大、成本高等缺陷，幾乎無(wú)數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。 PLC 作為目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主流控制器，在技術(shù)、行業(yè)影響等方面有重要作用。 傳統(tǒng)的運(yùn)料小車大都是 繼電器控制，而繼電器控制有著接線繁多、故障率高且維修不易等缺點(diǎn)。我國(guó)企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和深化，使得生產(chǎn)物的輸送成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，擴(kuò)展了 PLC 的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè) 。由于 PLC 綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)，所以它發(fā)展日新月異，大大超過(guò)其出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平。 PLC 是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來(lái)控制機(jī)器的運(yùn)行或工藝的工序。遠(yuǎn)程通信功能的實(shí)現(xiàn)更使 PLC 如虎添翼。如 PLC 可進(jìn)行模擬量控制、位置控制和PID 控制等，易于實(shí)現(xiàn) 化的需要。它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化 設(shè)備的要求。在機(jī)械設(shè)備的控制中，電氣控制也比其他的控制方法使用的更為普遍。 1 前