【正文】 展SoftPLC 是把標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制計算機(jī)轉(zhuǎn)變成為一全功能類似PLC的過程控制器的軟件技術(shù)。作為一個多任務(wù)控制內(nèi)核，它提供一個強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，快速、準(zhǔn)確的掃描時間，一個可與許多I/O系統(tǒng)、其他裝置和網(wǎng)絡(luò)相連的的開放式結(jié)構(gòu)。SoftPLC通常作為內(nèi)置式系統(tǒng)在硬件上運(yùn)行，它允許用戶為滿足特殊需要而去擴(kuò)展指令表，采取梯形邏輯執(zhí)行功能，由于維護(hù)人員已經(jīng)熟悉基于控制系統(tǒng)梯形邏輯的故障診斷和編程，這使得“硬”PLC到SoftPLC的轉(zhuǎn)變很容易。另外，軟PLC提供了可用于編程和檢測的工具——TOPDOC，該軟件提供了離線和在線編程、監(jiān)控、文檔和實驗軟件包?？删幊炭刂破鲝漠a(chǎn)生到現(xiàn)在，由于其編程簡單、可靠性高、使用方便、維護(hù)容易、價格適中等優(yōu)點，使其得到迅猛的發(fā)展，在冶金、機(jī)械、石油、化工、紡織、輕工、建筑、運(yùn)輸、電力等部門得到了廣泛的應(yīng)用。從單機(jī)自動化到生產(chǎn)線的自動化、柔性制造系統(tǒng)，乃至整個工廠的生產(chǎn)自動化。 本課題研究目的與實現(xiàn)意義 以前，有很多舞臺幕布、吊桿、燈光等都是完全用手動來完成的，使舞臺工作人員面臨著很大的工作壓力，使用低壓電器控制，系統(tǒng)控制精度不高，也存在著很大的安全隱患。本系統(tǒng)將PLC與傳統(tǒng)低壓電器一起應(yīng)用到舞臺吊桿控制系統(tǒng)中，結(jié)合兩者優(yōu)點，使系統(tǒng)具有手動、自動和半自動功能，滿足不同演出需要，也大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性和靈活性，為迅猛發(fā)展的文化演出事業(yè)保駕護(hù)航。第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計及器件的選型系統(tǒng)共需控制20臺電機(jī)，其中用兩臺變頻器控制六臺電機(jī)，六臺電機(jī)可以用PLC實現(xiàn)自動控制，也可手動操作，但手動與自動控制互不干涉，不同時運(yùn)行，相互制約。吊桿的位置有位置傳感器把吊桿的位置送給PLC，PLC將根據(jù)設(shè)定值而去控制電機(jī)的運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行到設(shè)定的位置時，PLC將切斷電源，電機(jī)停止。根據(jù)實際的工作需要, 其系統(tǒng)功能主要包括以下幾個方面:(1) 六道吊桿的上升或下降、速度通過變頻器控制。(3) 吊桿運(yùn)行的累計誤差用上限位開關(guān)消除。控制時的運(yùn)行數(shù)據(jù)均被記錄、保留。(5) 任意吊桿在自動運(yùn)行到達(dá)預(yù)置位置時, 均必須無抖動地、平滑地停止。(7) 吊桿的升降高度可任意設(shè)定, 不論是單吊桿運(yùn)行還是多吊桿運(yùn)行都能到達(dá)預(yù)定高度, 其吊桿的控制精度在177。(8) 舞臺吊桿主要用于懸掛幕布、場景等舞臺用具, 大量參與演出, 在演出過程中頻繁置換表演背景, 借助燈光的變幻, 與舞臺表演相應(yīng)成輝, 強(qiáng)化了舞臺藝術(shù)效果, 增添了舞臺藝術(shù)魅力。 控制系統(tǒng)具有場次管理功能、在惡劣環(huán)境中長時間不間斷運(yùn)行的能力、可靠性能高、穩(wěn)定性好及抗干擾能力強(qiáng)。 (10) 為便于操作和管理,系統(tǒng)應(yīng)具有良好的人機(jī)對話窗口,完全實現(xiàn)菜單化管理?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)具有上位管理機(jī), 上位機(jī)應(yīng)適用于工業(yè)現(xiàn)場, 下位機(jī)則應(yīng)具有與上位機(jī)高效通訊的接口。 主要器件的選型 編碼器選擇本控制系統(tǒng)中共有20道吊桿，需要20個電機(jī)，同時也需要20個編碼器對吊桿的位置或電機(jī)的運(yùn)行速度等進(jìn)行檢測，本設(shè)計中使用絕對旋轉(zhuǎn)編碼器E6CPAG5C來完成位置檢測。1176。 輸出回路圖下面對E6CPAG5C是否滿足系統(tǒng)精度要求進(jìn)行計算。又知滾筒的直徑為270mm，那么其周長為848mm，則編碼器旋轉(zhuǎn)一周吊桿移動距離=848mm/10=，因為編碼器的分辨率是256，系統(tǒng)控制精度要求177。 PLC的選型由于PLC的I/O輸入是絕對編碼器，有編碼器E6CPAG5C可知，一個編碼器有八個輸入，共20個編碼器，需要160個輸入I/O接口?？刂谱冾l器頻率需要PLC有兩個D/A輸出。（1）CPU選擇根據(jù)輸入輸出等工作量來看，CPU應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)實用的CJ1M—CPU13。DM區(qū)，有32K字：D00000～D32767作為通用數(shù)據(jù)區(qū)，以字為單元(16位)讀/寫數(shù)據(jù)。內(nèi)部特殊I/O單元DM區(qū)：I/O點從D20000～D29599 (100字 96單元)用于設(shè)定特殊I/O單元的參數(shù)。本設(shè)計中選擇輸入點為64點的DC輸入單元CJIWID261，共需3個CJ1WID261輸入單元。 輸出回路 內(nèi)部結(jié)構(gòu)回路 內(nèi)部結(jié)構(gòu)回路 （3）輸出單元有20個電機(jī)和2個變頻器，共需44個I/O輸出。（4）模擬量輸出單元控制變頻器頻率，這里用PLC的D/A輸出來控制，兩臺變頻器共需二個D/A輸出，這里選用模擬量輸出單元CJ1WDA041，有四通到D/A輸出。要求在梯形圖中將數(shù)據(jù)放到分配字中。需要兩臺變頻器對六臺電機(jī)進(jìn)行控制，由于在選用電機(jī)時留有很大的裕量。變頻器控制回路端說明，STF為正轉(zhuǎn)啟動接入端——STF信號處于ON便正轉(zhuǎn)處于OFF便停止；STR為反轉(zhuǎn)啟動接入端——STR信號ON為逆轉(zhuǎn)OFF為停止；SD為公共輸入端子，頻率設(shè)定端10，進(jìn)行頻率設(shè)定，頻率設(shè)定端2，也是用于頻率設(shè)定——輸入為電壓，頻率設(shè)定端4，用于設(shè)定頻率——輸入為電流，頻率設(shè)定端5，是頻率設(shè)定公共端等。 調(diào)速控制單元的設(shè)計 調(diào)速系統(tǒng)原理用兩臺變頻器控制六臺電機(jī)，變頻器的輸出經(jīng)PLC直接控制，而變頻器本身也經(jīng)PLC控制，同時也可用手動對電機(jī)進(jìn)行直接控制。LLL3為交流三相電源，變頻器的輸出為U、V、W。 .2 主控制系統(tǒng)設(shè)計 1吊桿控制電路，SB10為停止按鈕， SB11是電機(jī)的上升按鈕，是手動控制電機(jī)M1正轉(zhuǎn)的啟動按鈕，KM12與KM13是PLC控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的繼電接觸器，KM10是手動控制M1的正轉(zhuǎn)繼電接觸器，KM11是手動控制M1的反轉(zhuǎn)繼電接觸器，SB12是手動控制反轉(zhuǎn)的啟動按鈕，SB11和KM10構(gòu)成自鎖電路，SB12和KM11也構(gòu)成了自鎖電路，KM10與KM11構(gòu)成互鎖控制，即KM10工作則KM11則停止，兩者不同時進(jìn)行動作。1A0、1—BO、為PLC的繼電器輸出，COM為PLC輸出接線端的公共接線端。 KM1KM1KM2KM2KM3KM3KM4KM4KM5KM5KM6KM63是變頻器輸出控制電機(jī)工作的集電接觸器，這十二個繼電器構(gòu)成了聯(lián)鎖控制，當(dāng)接在變頻器1上的KM2KM3KM4KM5 KM62以及接在變頻器2上面的KM12斷開時，同時系統(tǒng)處于自動的狀態(tài)下，即KM10與 KM11是斷開的，沒有動作， PLC的輸出接口1A0有輸出時，則接在電機(jī)M1上的KM12打開，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動；當(dāng)接在變頻器的KM2KM3KM4KM5 KM63以及接在變頻器1上面的KM12斷開時，同時系統(tǒng)處于自動的狀態(tài)下，PLC的輸出接口1B0有輸出時，則接在電機(jī)M1上的KM13打開，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動； 其他集電接觸器在控制其它五臺電機(jī)時，其控制原理以及控制方法跟KMKM1 KM1KM13控制M1一樣。這14個吊桿共需要56個集電接觸器，14個吊桿的每個控制系統(tǒng)是相互獨立的，不使用聯(lián)鎖控制。M8……M20的控制系統(tǒng)圖與M7一樣，在此不一一畫出。ST70、ST741是吊桿上下限位開關(guān)，當(dāng)?shù)鯒U上升到適當(dāng)位置時，電機(jī)還沒有斷開，則限位開關(guān)會把電機(jī)給斷開，SB70為M7的停止控制開關(guān)，手動操作時，可以在任意時刻使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。ST70與ST70是吊桿的限位開關(guān)，跟手動時的限位開關(guān)是同一個。處于自動狀態(tài)下，當(dāng)1A6有輸出是，同時 1B6沒輸出的時候，則KM72的常開觸點閉合，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)。其他十三臺電機(jī)的控制系統(tǒng)圖和方法原理都與M7一樣。3. 4 PLC與其他器件的連接 ，編碼器的輸入是格雷碼，輸入之后要轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制。 編碼器1與PLC的連接示意圖 PLC與變頻器的連接變頻器1的模擬輸入端與PLC的模擬輸出端直接連接：PLC端A1接變頻器端2 ，變頻器的5端為公共端與PLC的公共端相連。下面變頻器的正反轉(zhuǎn)控制接線圖，其中KM01與KM03控制變頻器的STF（正轉(zhuǎn)啟動），KM02與KM04控制變頻器的STR（反轉(zhuǎn)啟動）。 PLC控制變頻器的控制系統(tǒng)圖 PLC與觸摸屏的連接PLC與觸摸屏直接進(jìn)行連接，但要把PLC通信設(shè)置為串行通信，采用RS232C電纜進(jìn)行串行通信。本設(shè)計中，有三個I/O輸入模塊，共192個I/O輸入，需要12個輸入通道，有4個I/O輸出通道，有64個I/O輸出，共需4個通道，還有一個D/A輸出。詳細(xì)的分配在附件1的分配表中。表5 格雷碼與二進(jìn)制、十進(jìn)制關(guān)系十進(jìn)制 二進(jìn)制 格雷碼十進(jìn)制 二進(jìn)制 格雷碼0 0000 00005 0101 01111 0001 00016 0110 01012 0010 00117 0111 01003 0011 00108 1000 11004 0100 0110 9 1001 1000在一組數(shù)的編碼中，若任意兩個相鄰數(shù)的代碼只有一位二進(jìn)制數(shù)不同，則稱這種編碼為格雷碼。由于這種編碼相鄰的2 個碼組之間只有一位不同, 因而在用于模2數(shù)轉(zhuǎn)換中, 當(dāng)模擬量發(fā)生微小變化而可能引起數(shù)字量發(fā)生變化時, 格雷碼僅改變1位。即可減少出錯的可能性, 這就允許代碼電路能以較少的錯誤在較高的速度下工作。例如，6 和7的格雷碼分別為0101 和01000， 二者只是最低位不同。例如，當(dāng)十進(jìn)制數(shù)由7變?yōu)? 時，若采用的是BCD碼， 則其編碼將由0111變?yōu)?000。若無其他措施禁止這些中間錯誤結(jié)果輸出，則將使設(shè)備產(chǎn)生較大的誤差。因為當(dāng)十進(jìn)制數(shù)由7變?yōu)?時，其對應(yīng)的格雷碼將從1011 變?yōu)?001，只有一位二進(jìn)制數(shù)發(fā)生改變，也就無中間錯誤結(jié)果出現(xiàn)。格雷碼是一種無權(quán)碼，因而很難從單個代碼中識別它所代表的數(shù)值。圖 41 編碼器1的轉(zhuǎn)換程序，此時3800通道里為此刻編碼器的輸入的經(jīng)過轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制。 根據(jù)設(shè)計要求：兩臺變頻器控制六臺電機(jī)，由變頻器控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，而變頻器的正反轉(zhuǎn)控制開關(guān)是有PLC控制的，變頻器的頻率由PLC的D/A模塊來控制。2 正反轉(zhuǎn)判斷，若正轉(zhuǎn)，按上升，按下降則停止，若反轉(zhuǎn)，按下降，按上升則停止。4無論是上升還是下降都必須滿足一定的條件，同可逆計數(shù)器開始計數(shù)并把結(jié)果給保存起來。接下來是是PLC的算法，把編碼器的值送給PLC，PLC根據(jù)算法及邏輯判斷而控制其輸出，保證PLC安全有效的工作。，正轉(zhuǎn)啟動，以保證輸出的可靠性。當(dāng)選擇了變頻器的輸出后，就可以對變頻器1或變頻器2的頻率進(jìn)行設(shè)置了，設(shè)置數(shù)據(jù)放在2000或2001的通道里，直接傳給變頻器，同時PLC也把這次設(shè)置的頻率給保存下來了，即保存在保存寄存器的H0或H1通道里，為下一次做參考使用。(b)所示，由于編碼器轉(zhuǎn)一圈是85毫米，把85除以256就可以得到編碼器改變以下所轉(zhuǎn)的長度，并把結(jié)果放在D4里面，然后把D4乘以D3就得到了此時吊桿上升或下降的相對位置，把它放在D5里面，D5就是吊桿的實際位置。（c）所示，這同時也為正轉(zhuǎn)計數(shù)提供了條件。（d）所示，把上升設(shè)定值放在D9里面，把上升設(shè)定值與0相比較，若不等于零則把輸出保存在D6里面，若輸出值等于零，則把上次保存的值用于輸出，當(dāng)上升設(shè)定值大于實際值，電機(jī)正轉(zhuǎn)。（e）所示，、為了保護(hù)變頻器，他們一次只能有一個電機(jī)正轉(zhuǎn)，設(shè)定值大于實際值，同時變頻器有正轉(zhuǎn)輸出，并啟動電機(jī)1，使其正轉(zhuǎn)。若D7小于實際值，PLC沒有輸出，吊桿不動。、。 其它五臺電機(jī)的程序設(shè)計思路與吊桿1的一樣。其控制基本思想是：1 啟動系統(tǒng)，并進(jìn)入吊桿控制鍵面 。3無論是上升還是下降都必須把數(shù)據(jù)給保存起來，正轉(zhuǎn)是若給定小于實際值，PLC沒有輸出；同樣，反轉(zhuǎn)PLC大于實際值，PLC也沒有輸出。：系統(tǒng)啟動按下降?按上升?給定=0?給定=0?將給定保存起來將原來的數(shù)給給定將給定保存起來給定小于實際值?給定大于實際值?⊿x0and⊿x100 or⊿x240正轉(zhuǎn)并記數(shù)計算結(jié)果反轉(zhuǎn)并記數(shù)停止將原來的數(shù)給給定返回 電動吊桿的控制系統(tǒng)流程圖程序原理主要是通過把編碼器的值通過算法程序計算出來并根據(jù)一定的條件進(jìn)行邏輯判斷，從而控制PLC的輸出，從而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。（a）（b）（c）（a）所示，讀入編碼器1的3806通道里面的數(shù)據(jù)，與上次編碼器的輸入數(shù)據(jù)相減后，放在D61里面，然后把可逆計數(shù)器的值乘以256后放在D62里面，最后把D61和D62相加，把結(jié)果放在D63里面。把240取反，放在D68里面，正轉(zhuǎn)計數(shù)必須滿足一定的條件才行，這里滿足的條件是差值大于0且小于100，若小于240也可以。則可逆計數(shù)器正轉(zhuǎn)計數(shù)，當(dāng)電機(jī)停止，則把數(shù)據(jù)保存在H62里面。PLC則沒有輸出，電機(jī)不動。(c)所示，選D70為下降設(shè)定值，若D70不等于0，則把D70保存在D67里面，若設(shè)定下降值等于0，則把上次保存的值作為輸出，當(dāng)輸出值D67大于實際值，才有輸出，吊桿才下降。的停止觸點。第五章 總結(jié)與展望本文闡敘了PLC的相關(guān)知識及舞臺的發(fā)展概況，主要講解了舞臺控制系統(tǒng)的設(shè)計及PLC的選型，并設(shè)計了一個舞臺吊桿控制系統(tǒng)，涉及到PLC選型、控制系統(tǒng)設(shè)計、PLC編程。在此次畢業(yè)設(shè)計中，我更好地熟悉了PLC的選型、PLC的內(nèi)存分配及在工程設(shè)計中應(yīng)該注意的問題，深化了對PLC的認(rèn)識及PLC的軟件設(shè)計。 展望此設(shè)計完全滿足實際需要，但在實際操作中，還有很多的事情要做：電動吊桿控制系統(tǒng)設(shè)計只完成了一個，由于設(shè)計原理及方法都一樣，還有十三個吊桿控制系統(tǒng)沒有設(shè)計；觸摸屏的鍵面也沒有設(shè)計；還有程序與很多參數(shù)沒有具體調(diào)試；等等。 此舞臺控制系統(tǒng)安全可靠性很好，控制系統(tǒng)實現(xiàn)了半自動化與自動化，減少了很多麻煩，很容易操作，能實現(xiàn)多功能的舞臺演出；控制精度比較高，但是它使用的是PLC內(nèi)