【正文】 量及數(shù)字量的控制，可采集與存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控；還可聯(lián)網(wǎng)、通訊，實現(xiàn)大范圍、跨 地域的控制與管理。 3 第 1章 概 述 控制系統(tǒng)的組成 本文設計中的自動送料裝車系統(tǒng)由送料小車、軌道、料斗等設備裝置組成，來完成對物料的運料、傳輸、裝料的過程。當綠燈 L1亮時，表示 表示允許汽車進來裝料。當汽車到來時，車輛檢測開關 S2接通，紅燈 L2亮，綠燈 L1滅，電動機 M3運行 ，電動機 M2在 M3接通 2秒后運 行，電動機 M1在M2啟動 2秒 后運行，依次順序起動整個送料系統(tǒng)。系統(tǒng)示意圖如圖 11所示。 PLC是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。 PLC采用了典型的計算機結構 ,主要由 CPU、存儲器、采用掃描方式工作的 I/O接口電路和電源等組 成 ， PLC硬件系統(tǒng)如圖 12。I/O映像區(qū)分別存放執(zhí)行程序之前的各輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程中各結果的狀態(tài)。 5 輸 出 刷 新通 信 處 理程 序 執(zhí) 行內(nèi) 部 處 理 自 診 斷輸 入 采 樣方 式 開 關 ?開 始R U NS T O P 圖 13 PLC 循環(huán)掃描的工作過程 當 PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。在整個運行期間， PLC的 CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法 。 3. 運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。 4. 數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學運算 （ 含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 5. 通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含 PLC間的通信及 PLC與其它智能設備間的通信。 三相異步電動機 異步電動機是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用得最多的一種電機，其容量從幾十瓦到幾千千瓦，在國民經(jīng)濟的各行各業(yè)，如交通運輸業(yè)、國防工業(yè)、以及家用電器中都得到了廣泛的應用。 異步電動機之所以得到如此廣泛的應用，是因為和其他電 動機相比，具有結構簡單、制造容易、價格低廉、運行可靠、效率高等一系列優(yōu)點。異步電動機的缺點是不能經(jīng)濟地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速而必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，使電網(wǎng)功率因數(shù)降低。 7 圖 14 三相異步電動機 T = f（ s）曲線 圖 15 三相異步電動機 n = f（ T）曲線 傳感器 傳感器是能感受規(guī)定的 被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成。 傳感器輸出信號有很多形式，如電壓、電流、頻率、脈沖等，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。但是由于傳感器輸出信號一般都很微弱，需要有信號調(diào)節(jié)與轉換電路將其放大或變換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。因此，信號調(diào)節(jié)與轉換電路以及所需電源都應作為傳感器的組成部分。 敏 感 元 件 轉 換 元 件 信 號 調(diào) 節(jié) 轉 換 電 路輔 助 電 源被 測 量圖 16 傳感器組成框圖 變頻調(diào)速技術 變頻調(diào)速技術是一種以改變交流電動機的供電頻率來達到交流電動機調(diào)速目的的技術。由于直流電動機調(diào)速容易實現(xiàn)，性能好，因此，過去生產(chǎn)機械的調(diào)速多用直流電動機。因此人們希望，讓簡單可靠價廉的籠式交流電動機也能像直流電動機那樣調(diào)速。直到 20世紀 80年代，由于電力電子技術、微電子技術和信息技術的發(fā)展，才出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術。 控制系統(tǒng)的要求 基于 PLC控制的自動送料裝車系統(tǒng)的控制要求如下： 初始狀態(tài)：紅燈 L2滅，綠燈 L1亮，表示允許汽車 進來裝料。當汽車到來時，車輛檢測開關 S2接通，紅燈 L2亮，綠燈 L1滅，電動機 M3運 9 行 ，電動機 M2在 M3接通 2秒后運行，電動機 M1在 M2啟動 2秒 后運行，依次順序起動整個送料系統(tǒng)。當料斗中物料裝滿時，料斗檢測開關 S1接通，此時進料閥門 K1關閉（設 1料斗 物料足夠運料小車裝滿一車）。 當運料小車裝滿后，稱重開 關 S3動作，送料閥門 K2關閉，同時電動機M1延時 2秒后停止，電動機 M2在 M1停止 2秒后停止，電動機 M3在 M2停止 2秒后停止。 故障操作：在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳送帶 PD1超載，則送料閥門 K2立即關閉，同時停止電動 機 M1，電動機 M2和 M3在電動機 M1停止4秒后停止。 在帶式傳輸機傳送物料過程中，若傳 送帶 PD2超載，則同時停止電動機 M M2和 M3并關閉送料閥門 K2。 根據(jù)系統(tǒng)的控制工藝要求，我所設計的電氣控制系統(tǒng)主回路原理圖如圖 21所示。 FR1， FR2， FR3為起過載保護作用的熱繼電 器，用于物料傳輸過程中當傳送帶過載時斷開主電路。（注意： FU和 FR不能進行互換，它們在本設計電路當中所承擔的任務不一樣。 圖 21 自動送料裝車系統(tǒng)主電路原理圖 11 元器件的選擇 PLC的選擇 目前市場上的 PLC產(chǎn)品眾多，國內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的 PLC產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。一般選擇機型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。 2. 不要大材小用 什么樣的規(guī)模設計任務就選用什么樣的規(guī)模的 PLC，避免造成太多的硬件資源浪費。 4. 選用易采購的機型 5. 經(jīng)常了解 PLC產(chǎn)品的發(fā)展動態(tài) 6. 對 I/O點的選擇 要先弄清控制系統(tǒng)的 I/O點的總點數(shù)，再按實際所需要的總點數(shù)的15%~20%留出備用量后確定所需 PLC的點數(shù)。在僅對開關量進行控制的系統(tǒng)中，可以用輸入總點數(shù)乘 10字 /點 +輸出總點數(shù) 5字 /點來估算；計數(shù)器 /定時器按 (3~5)字 /個來估算；有運算處理時按 (5~10)字 /個來估算；在有模擬量 I/O出的系統(tǒng)中，可以按每輸入（或輸出）一路模擬量約需（ 80~100）字左右的存儲量來估算；有通信處理時按每個接口 200字以上的數(shù)量粗略估算。 9. 根據(jù)輸出負載的特點選型 根據(jù) PLC輸出所帶的負載是直流型還是交流型、是大電流還是小電流以及 PLC輸出點動作的頻率等，從而確定輸出端采用繼電器輸出還是晶體管輸出。 11. 選擇性能相當?shù)臋C型 PLC選型中還有一個重要問題就是性能要相當。 在本次設計由于輸入量基本是開關量，而對于 PLC的開關量輸入回路，西門子公司 ( Siemens) 的 S7200可編程序控制器基本滿足設計要求。電動機型號根據(jù)以下幾個方面選擇： 1. 功率的選擇 要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先考慮電動機的功率需要選擇多大，合理選擇電動機的功率具有重大的 經(jīng)濟意義。 2. 電動機結構的選擇 因為用的是三相交流電源，在交流電動機中，三相籠型異步電動機結構簡單、堅固耐用、維護方便、工作可靠、價格低廉。 3. 結構形式的選擇 13 生產(chǎn)機械的種類繁多，它們的工作環(huán)境也不盡相同。電動機常有下列幾種結構型式： （ 1）開啟式：在構造上無特殊防護裝置，運用于干燥、無塵場所。 （ 2）防護式：在機殼或端蓋下面有通風罩，以防止雜物掉進去。使用在灰塵多、潮濕、鹽堿、腐蝕性強的場所。 綜上所述，運料小車所處的環(huán)境 而選擇封閉式的電動機。 5. 電動機轉速的選擇 電動機的額定轉速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。電動機的參數(shù)如表 21。 其輸出格式是標準的控制信號類型： 0~10VDC， 10~10VDC， 4~20mA，0~20mA。 本次設計中稱重傳感器選擇 CS20型。 HAL815是一個可編程的霍爾傳感器，內(nèi)置 DSP， 可設置的比例電壓輸出，具有高精度，多個可編程磁特性存儲在具有冗余和鎖定功能的非易失性存儲器 (EEPROM)，多種保護功能如。 可編程的特性方便了客戶的設計 。繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號而發(fā)生動作的自動控制電器。當輸入量變化到某一定值時，繼電器動作，其觸頭接通或斷開交、直流小容量的控制回路。 2. 按動作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、電動式繼電器、熱繼電器和電子式繼電器等。 4. 按執(zhí)行環(huán)節(jié)作用原理可以分為有觸點繼電器和無觸點繼電器。 繼電器的主要特性是輸入、輸出特性、繼電器的返回系數(shù)、吸合時間、釋放時間。一般繼電器的吸合時間與釋放時間為 ~，它的大小會影響繼電器的操作頻率。 15 接觸器的選擇 接觸器是用來接通或者切斷電動機或其他負載主電路的一種控制電器。接觸器的基本參數(shù)有主觸點的額定電流、主觸 點的允許切斷電流、觸點數(shù)、線圈電壓、操作頻率、動作時間、機械壽命和電壽命。通常選用的是直流 110V、 220V，交流 220V、 380V。而電壓太低時，接通此線圈用的繼電器或接觸器的聯(lián)鎖觸點不可靠（如灰塵或油層存在）。交流接觸器最高可達 600次每小時；直流接觸器可 高達 1200次 /小時。本次的設計中所選用的接觸器型號為：交流接觸器 CJ1020。在實際生產(chǎn)應用中，將行程開關安裝在預先要設置的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊到行程開關時，行程開關的觸點動作，就實現(xiàn)了電路的切換。行程開關廣泛應用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。 主令電器應用廣泛、種類繁多。 16 本次設計我選用 LX111型限位開關。 表 22 LX111 型限位開關主要參數(shù) 型 號 溫度范圍 額定電壓 額定電流 LX111 0（℃） 380（ V） 10（ A） I/O地址分配及外部接線設計 I/O地址分配 此次設計，系統(tǒng)占用 18個 PLC的 I/O端口，分別是 8個輸入端口和 10個輸出端口，具體的 I/O分配如表 23所示。 I/O模塊中輸入 8點，輸出 10點，可實現(xiàn)高速輸入輸出響應，內(nèi)部具有高速計數(shù)和輸 入 輸 出 啟動開關 電動機 M3 稱重開關 S2 電動機 M2 裝車開關 S3 電動機 M1 緊急停止 送料閥門 K2 料斗已滿 進料閥門 K1 電動機 M3故障 紅燈 L2 電動機 M2故障 綠燈 L1 電動機 M1故障 電動機 M3故障顯示 電動機 M2故障顯示 電動機 M1故障顯示 17 中斷處理功能。I/O模塊接口將輸入輸出信號引入到控制臺上。 PC/PPI編程電纜上標有 PC的 RS232端連接電腦的 RS232通信接口，標有 PPI的 RS485端連接到 CPU模塊 的通信口，并擰緊兩邊接口的螺絲。PLC自動送料 I/O端口分配如圖 22。程序設計要對做一些必要的準備工作，首先要了解系統(tǒng)的概況形成整體概念。再次，充分利用已有的硬件和軟件工具。 程序 設計 (Programming)是給出解決特定問題程序的過程，是 軟件 構造活動中的重要組成部分。程序設計過程應當包括分析、設計、 編碼 、測試、排錯等不同階段。它運用工序圖示符號對生產(chǎn)現(xiàn)場的整個制造程序做詳細的記錄 、 研究與分析 。 計算機控制技術是一門以電子技術、 自動控制技術 、計算機應用技術為基礎，以計算機控制技術為核心，綜合可編程控制技術、單片機技術、計算機網(wǎng)絡技術，從而實現(xiàn)生產(chǎn)技術的精密化、生產(chǎn)設備的信息化、生產(chǎn)過程的自動化及機電控制系統(tǒng)的最佳化的專門學科。 PLC采用計算機控制技術，其程序設計同樣可遵循軟件工程設計方法，程序工作過程可用流程圖 31所示。 PLC程序流程圖如圖 31。 21 22 23 圖 32 PLC 程序梯形圖 24 語句表： Network 1 啟動，電機 M3 啟動 LD O AN = Network 2 電機 M3 啟動后延時 2 秒 LD TON T37, 20 Network 3 電機 M2 啟動 LD T37 O = Network 4 電機 M2 啟動后延時 2 秒 LD TON T38, 20 Network 5 電機 M1 啟動 LD T38 O = Network 6 檢測料斗，準備裝料 LD AN AN AN = Network 7 開始裝料，檢測小車（如果小車裝滿電機 M3 停止） LD O AN A A AN AN AN = Network 8 LD O A = Network 9 電機 M3 停止后延時 2 秒 LD TON T3