【正文】 器控制。 PLC 可應(yīng)用于單片機控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制。 （ 2）運動控制： PLC 使用專用運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度運行控制，可實現(xiàn)單軸、雙軸、三軸和多軸控制。 （ 3）過程控制：通過模擬量 I/O 模塊， PLC 能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。使 PLC 廣泛地應(yīng)用于塑料 成型、加熱爐、熱處理設(shè)備、鍋爐及輕化工、冶金、電力等行業(yè)。運算數(shù)據(jù)可以與參考值比較用于控制，也可以通過通信傳送給其他智能裝置，或?qū)?shù)據(jù)打印制表。 專科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 7 （ 5）通信聯(lián)網(wǎng)：可編程控制器通信包括主機與遠程 I/O 之間的通信、多臺可編程控制器之間的通信、可編程控制器與其他智能控制設(shè)備，如計算機、變頻器、數(shù)控裝置之間的通信，這些設(shè)備由于網(wǎng)絡(luò)組成集 中管理分散控制的分布式控制系統(tǒng)，極大地提高了控制的可靠性。整體式 PLC 結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，小型機常采用這種結(jié)構(gòu)，其組成示意圖見圖 1－ 1 所示。組合結(jié)構(gòu) PLC的特點是配置靈活，輸入接點、輸出結(jié)點的數(shù)量可靈活選擇，各種功能模塊可以依需要配置，中、大型常用組合式結(jié)構(gòu)。主要用途如下： 1)接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲器存儲； 2)用掃描 方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)（輸入映像寄存器 )； 3)監(jiān)測和診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和用戶編程過程中的語法錯誤等； 4)執(zhí)行用戶程序。 （ 2）存儲器 PLC 使用的物理存儲器有隨機存儲器（ RAM），只讀存儲器（ ROM）及可電擦除可編程的只讀存儲器（ EEPROM 或 EPROM）等。用戶存儲器包括用戶程序存儲器（程序區(qū)）和功能存儲器（數(shù)據(jù)區(qū)）兩部分。開關(guān)量輸入接口用來連接鈕、選擇開頭、行程開關(guān)等開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入接口用來連接電位器、傳感器等模擬輸入信號。 常用開關(guān)量輸入單元有直流輸入單元與交流輸入單元。 1)晶體管輸出單元：輸出器件為晶體管，只能用于直流負載，它最大的優(yōu)點是適應(yīng)于高頻運作，響應(yīng)時間短，一般為 左右，但它只能帶 DC530V 的負載。 3)繼電器輸出單元：輸出器件為繼電器，優(yōu)點是不同公共點之間可帶不同的交 、直流負載，且電壓也可不同，帶負載電流可達 2A/點，其不適用于高頻動作的負載，這是其壽命決定的，響應(yīng)時間為 10ms 其壽命一般在幾十萬至幾百萬次之間。 （ 4）電源 PLC 使用 220V 或 24V 直流電源。 12V、24V直流電源。 小型 PLC一般都為輸入輸出電路和外部電子傳感器提供 24V 直流電源，驅(qū)動輸出口的交直流電源一般由用戶另行解決。當傳感器的電流較大時，可以考慮使用外部 24V電源，另外還要注意電源線的接法，外部電源不應(yīng)和內(nèi)部電源線并聯(lián)連接，以避免影響它們各自的輸出。應(yīng)用程序是控制的核心，它是輸入輸出單元聯(lián)系紐帶。 上電處理輸入映像寄存器第一條指令第二條指令? ?最后一條指令輸出映像寄存器輸出端輸入端P L C 執(zhí) 行自 診 斷C P U 運行 方 式R U NS T O PC P U 正 常 或 有 非 致 命 錯 命 便 存 放 自 診 斷 結(jié) 果有 致 命 錯 命 時 C P U 強 制 為 S T O P 方 式 輸 入 采 樣 階 段 程 序 執(zhí) 行 階 段 輸 出 刷 新 階 段 掃 描 周 期 出 錯 處 理圖 3－ 2 PLC 運行框圖 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 10 上電處理是 PLC 上電后對系統(tǒng)進行的一次初始化工作，包括硬件初始化， I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定等。 程序執(zhí)行階段：根據(jù)指令一條一條掃描執(zhí)行，當指令中涉及輸入、輸出狀態(tài)時， PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的輸入狀態(tài)，從相關(guān)元件映像寄存器“讀入”這些元件的狀態(tài)，然后進行相應(yīng)的計算，結(jié)果再存入相應(yīng)的元件寄存器中。 輸出刷新階段：在所有指令執(zhí)行完畢后，將元件映像寄存器中所有輸出元件的狀態(tài)轉(zhuǎn)到輸出鎖存器中，并通過輸出接口單元輸出。合理選擇 I/O 點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求，又可使系統(tǒng)總投資最低?？紤]到今后的調(diào)整和擴充，一般應(yīng)在估計的總點數(shù)上再加上 20%— 30%的備用量。它是一種整體式結(jié)構(gòu)的小型 PLC，有 14 個數(shù)字輸入接口， 10個輸出接口， CPU226 雖然在數(shù)字量輸入輸出（ 24 入 /16 出）上，不用擴展就能滿足需求，但它比 CPU224 要貴得多 ，所以考慮到成本方面 PLC 選用 CPU224 型，同時擴展一個數(shù)字輸入輸出接口模塊?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 12 EM223(4 入 /4出 )；對于變送器送過來的標準傳感器 4~20mA 模擬信號， 我們選用EM231 模擬量擴展模塊（ 4路模擬量輸入口）。 PLC 的輸入接口有開關(guān)量接口及模擬量接口兩類，而常用開關(guān)量接口又有直流輸入單元與交流輸入單元之分， 由于此次設(shè)計的都是 24V 的直流開關(guān)信號，所以采用直流輸入單元。 對于 SIEMENS S7200 系列 PLC，用該公司專用的編程器 STEP 7Micro/WIN 編寫相應(yīng)的程序。通用變頻器是將固定頻率輸入的交流電源變換為可變頻率交流電輸出的電力電子設(shè)備。 交流電動機轉(zhuǎn)速控制 從發(fā)電廠送出的交流電的頻率是恒定不變的，在我國是 50Hz。異步電動機轉(zhuǎn)速： ? ? ? ?11 60(1 ) (1 )fN N S Sp （ 22） 式中： S 為異步電動機轉(zhuǎn)差率， ?? 11()NNS N，一般小于 3％。 異步電動機對供電裝置的要求 三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為： ?1 1 1 rME k f N Ф （ 23） 式中： E1為氣隙磁通在定子每相繞組中感應(yīng)電動勢的有效值， V； f1為定子頻率， Hz； N1 為定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； kr1 為與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； Φ M 為每極氣隙磁通量， Wb。 （ 2） 如果 f1小于電動機的額定頻率 f1N，那么氣隙磁通就會大于額定氣隙磁通量 Φ MN，會導(dǎo)致電動機的鐵芯產(chǎn)生過飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電動機。 （ 2） 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從 f1N往上增高，但電壓V1 卻不能超過額定電壓 V1N，最多只能保持 ?11NVV。 綜上可知，異步電動機可以有基頻以上調(diào)速及基頻以下兩種調(diào)速方式?；l以下則需電壓與頻率同步變化 ，磁通不變，為恒轉(zhuǎn)矩負載特性。 變頻器的控制方式及分類 如何實現(xiàn)變壓變頻，輸出平滑規(guī)則的正弦波形，實現(xiàn)良好的驅(qū)動性能，是變頻器的根本任務(wù)，變頻器控制中出現(xiàn)了多種控制方式，現(xiàn)在此做一簡單介紹： （ 1） ?U Cf 控制 即電壓與頻率成比例變化控制。 （ 2） 轉(zhuǎn)差頻率控制 從電動機轉(zhuǎn)速角度看，這是一種以電動機的實際運行速度加上該速度下電動機的轉(zhuǎn)差率確定變頻器輸出頻率的控制方式。 （ 4） 直接轉(zhuǎn)矩控制（ DTC） 轉(zhuǎn)矩控制把轉(zhuǎn)矩作為直接被控量，而不是通過控 制電流及磁鏈間接控制轉(zhuǎn)矩。對于這一點可選用與西門子 PLC 相配套的變頻器 MM440，它是一種矢量型通用變頻器，具有良好的低速高轉(zhuǎn)矩輸出及良好的動態(tài)性能。 （ 2） 外輸入端子數(shù)字量頻率選擇操作方式 ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 15 變頻器通常設(shè)有多段固定頻率選擇操作功能。由于這種方式所能實現(xiàn)的頻率個數(shù)有限，所以不采用這種方式。這類方式可由PLC 擴展一個模擬量輸出模塊，輸了模擬量來控制變頻器，這種方法缺點是要擴展一個模塊，從而增加了成本?？偩€上可以連接一個主站和最多 31 個從站。在主站沒有要求它進行通訊時，從站本身不能首先發(fā)送數(shù)據(jù)，各個從站之間也不能直接進行信息的傳輸。所以比較四種方式，選用通信數(shù)字量操作方式最好。而變頻器 MM440 有相應(yīng)的 RS— 485 通信端口，所以只需用相應(yīng)電纜將 CPU224 與MM440 的端子 1 與 3 與 2 8 與 30 相連就能實現(xiàn)硬件上的通信。 表 3－ 1 變頻器參數(shù)設(shè)定 參數(shù)號 設(shè)定值 功能說明 P0003 3 專家模式，使能讀 /寫所有參數(shù) P0004 20 通迅 P0100 0 輸入交流電率（ 50Hz） P0300 1 電動機類型（異步 電動機） ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 16 P0304 380 電動機額定電壓設(shè)定 P0305 電動機額定電流設(shè)定 P0307 電動機額定功率設(shè)定 P0308 電動機額定功率因素設(shè)定 P0309 87% 電動機效率設(shè)定 P0310 50 電動機額定頻率設(shè)定 P0311 1440 電動機額定轉(zhuǎn)速設(shè)定 P0700 5 USS 對變頻器進行控制 P1000 5 USS 通迅發(fā)送頻率設(shè)定值 P1300 0 線性 v/f 控制方式 P2020 6 變頻器 USS 波特率設(shè)為 9600 P2020 0 變頻器從站 USS 節(jié)點地址（ 0~30） ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 17 第四章 設(shè)計正文 硬件設(shè)計 為了實現(xiàn)各種控制功能，在此對 PLC、變頻器等器件進行選型和電路連接，在硬件上實現(xiàn)控制功能要求。 輸入元件 由控制要求我們可以選擇 4 個按鈕 (SB)作為程序選擇和暫停，選用三個位置開關(guān)（ SQ）作為高、中、低水位的輸入，選用二個 3 輸入的選擇開關(guān) (SA)用于選擇所洗衣物的類 型、洗滌強度。按鈕釋放后，在復(fù)位彈簧作用下使觸點復(fù)位。基于按鈕的這種不按常開觸點不通，按下導(dǎo)通后一旦放手又還原為不導(dǎo)通，這種優(yōu)點正適合用來做選擇全自動、單排水、單脫水、停止這四種功能的輸入主令電器。水位控制器由動靜觸點、橡膠氣模片和氣室等組成，它安裝在洗衣機的上部，通過一根密封的導(dǎo)管與洗衣機的外桶（盛水桶）底部的貯氣室相連，形成氣路。由于有三種水位（高、中、低），所以要采用三個水位控制器。 （ 3） 選擇開關(guān)（ SA） 開關(guān)是一種有別于按鈕的主令電器，開關(guān)有很多種，?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 18 最簡單開關(guān)只表示兩種狀態(tài) —— 開與關(guān)，按下后常開觸點閉合，電路接通，放手后，開關(guān)不會像按鈕那樣自動復(fù)位，仍保持開的狀態(tài)。 對于電路中，希望選擇性的導(dǎo)通其中一路，那么可以使用選擇開關(guān)。 輸出元件 （ 1） 繼電器（ KM）。它主要由線圈、鐵 芯、銜鐵、動靜觸點、彈簧等組成。 （ 2）電磁閥（ YV） 電磁閥的工作原理與繼電器差不多，只是它可能使相應(yīng)的閥門打開和關(guān)閉。在這里主要作用：用于進水控制、用于控制是否沖入預(yù)洗液、用于控制是否沖入主洗液、用于控制是否沖入漂 白液的控制。選用 4 個指示燈分別用作電源指示（表示洗衣機電源已接通，等待選擇以全自動、單排水、單脫水三者中的那種工作方式運行）、全自動運行指示、單排水指示、單脫水指示。 （ 4） 揚聲器（ Y） 用于發(fā)出聲音，提示洗完。 電動機的選擇 這里設(shè)計的工業(yè)洗衣機容量為 300 公斤，對此選用 Y132M4 型異步電動機（圖 41），相關(guān)參數(shù)為：額定功率為 、額定電壓為 380V、額定電流為 、額定轉(zhuǎn)速為 1440rpm（ r/min）功率因素為 、效率為 87%。 m； F為力， N； r 為圓心到力的有效距離， m；， D為?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 19 圓柱的直徑，設(shè)為兩米，由于圓柱類物體其重力在數(shù)學(xué)微積分算得在其半徑的一半處，所以 ?14rD， ? /g N kg，為重力加速度。 異步電動機轉(zhuǎn)速與變頻器頻率關(guān)系計算： 同步轉(zhuǎn)速： ?? ? ?11 6 0 6 0 5 0 15002fN r / m inP 轉(zhuǎn)差率： ? ? ?? ? ? ?111115 00 14 00 0 041500NN N N 轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系： ? ? ? ? ? ? ?11 1 16 0 6 01 1 0 9 9 9 6 2 9 9 8 82fN N ( S ) ( S ) . f . fp 所以，轉(zhuǎn)速 N與頻率 f1；對應(yīng)關(guān)系請見表 3－ 1 所示： 表 3－ 1 轉(zhuǎn)速 N與頻率 f1對應(yīng)表 異步電動機的轉(zhuǎn)速（ r/min） 40 70 600 800 1200 異步電動機的轉(zhuǎn)速（ r/min） ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文） 20 圖 41 硬件電路連接圖 三相異步電動機由變頻器提拱可變頻率的交流電，以實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速，而變頻器由電網(wǎng)三相交流電供電。由 220V交流電供電。 M M 4 4 0M3 ~F U地UVWL 1L 2L 3加 熱 電 阻 絲L 1K M 13 8 0 V ( A C ) ?？飘厴I(yè)設(shè)計說明書（論文）