【正文】 系統(tǒng)的開發(fā)研制就是針對以上問題展開設(shè)計的，它綜合利用了傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機技術(shù)測量剪切寬度和位移，確保了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提高了 系統(tǒng)的準確性和效益。在研究和消化鋼板剪切機等設(shè)備的基礎(chǔ)上，參閱了大量的資料，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下設(shè)計了該系統(tǒng)。 采用了數(shù)控技術(shù)實現(xiàn)鋼板自動定尺剪切，可設(shè)定加工板數(shù)、計算重量、顯示故障和待料停機。 在新型機組的實驗中，積累了大量的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料，為了下一步的研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。概括了鋼板開卷矯直剪切控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，介紹了本課題提出的技術(shù)背景及研究內(nèi)容。介紹了 PLC 的相關(guān)知識和技術(shù)，討論了 PLC 的發(fā)展現(xiàn)狀、基本工作原理和在各類場合中的應(yīng)用以及設(shè)計步驟。介紹和分析了系統(tǒng)在設(shè)計過程中應(yīng)注意的問題和基本的設(shè)計思想。 第 5 章：系統(tǒng)的維護與檢修，在什么情況下出現(xiàn)故障并如何解決問題，以及系統(tǒng)設(shè)備維護時應(yīng)注意的問題。 可編程控制器（ PLC）簡介 PLC 的產(chǎn)生和特點及其發(fā)展動向 PLC 的產(chǎn)生和特點 20 世紀 60 年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，在 1968 年美國通用汽車公司（ GM）首先公開招標，而 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)其招標內(nèi)容及要求，研制出世界上第一臺可編程控制器，并在 GM 公司汽車生產(chǎn)線上首次應(yīng)用成功，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動控制。 70 年代后期，隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展， PLC 真正成為一種電 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 子計算機工業(yè)控制裝置，而且做到了小型化和超小型化。 屬于存儲程序控制的可編程控制器，其控制功能是通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，若要對控制功能作必要的修改，只需改變軟件指令即可 ，使硬件軟件化。其主要特點為： (1) PLC 的軟件簡單易學(xué)。 (3) 運行穩(wěn)定可靠。 PLC 的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展動向 近幾年來，我國的 PLC 研制、生產(chǎn)、應(yīng)用也發(fā)展很快。如上海寶鋼第一時期工程，就采用了 250 臺，第二時期也采用了 108 臺?？傊?，我國PLC 的應(yīng)用已獲得令人矚目的經(jīng)濟效益和社會效益。 PLC 可進行模擬量控制、位置控制。國外一些著名的大公司每 年即可推出一種新產(chǎn)品。大中型 PLC 更是向大容量，增加新的功能，提高運算速度發(fā)展，以適應(yīng)不同控制系統(tǒng)的要求。 PLC 的一般結(jié)構(gòu)和基本工作原理 PLC 的一般結(jié)構(gòu) 用可編程序控制器實施控制，其實質(zhì) 是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)。物理實現(xiàn)要求 PLC 的輸入，應(yīng)當排除干擾信號適應(yīng)于工業(yè)現(xiàn)場。這就要求 I/O 電路專門設(shè)計。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 21 PLC 結(jié)構(gòu)示意圖 （一）、中央處理機 中央 處理機是 PLC 的大腦，它由中央處理器（ CPU）和存儲器等組成。 CPU 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出（ I/O）接口電路相連接。 執(zhí)行指令。 處理中斷。 系統(tǒng)程序是用來控制和完成 PLC 各種功能的程序，這些程序是由 PLC 制造成家用相應(yīng) CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到 ROM 中。用戶程序是指使用者來根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可通過編程器修改或增刪。 （三）、輸入、輸出部 分 這是 PLC 與被控設(shè)備相連接的接口電路。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機等被控制設(shè)備的執(zhí)行元件。微機一般采用 等待命令的方式。 PLC 則采用循環(huán)掃描工作方式，在 PLC 中，用戶程序按先后順序存放。繼電接觸器是按“并行”方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的接觸點競爭和時序失配問題。 為了增強 PLC 的抗干擾能力，提高其可靠性， PLC 的每個開關(guān)量輸入端都采用了光電隔離等技術(shù)。 以上兩個主要原因，使得 PLC 的 I/O 響應(yīng)比一般微型計算機構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢得多，其響應(yīng)時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個周期甚至更長。其最短的 I/O 響應(yīng)時間與最長的 I/O 響應(yīng)時間如圖所示： 第 (n1)個 第(n+1)個 掃描周期 第 n 個掃描周期 掃描周期 用戶程序執(zhí)行 輸出刷新 輸入采樣 輸出刷新 輸入采樣 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 最短 I/O 響應(yīng)時間 圖 22 最短的 I/O 響應(yīng)時間 第 n個掃描周期 第 n+1 個掃描周期 輸入采樣 用戶程序執(zhí)行 輸出刷 新 輸入采樣 用戶程序執(zhí)行 輸出刷新 最長 I/O 響應(yīng)時間 圖 23 最長的 I/O 響應(yīng)時間 PLC 的技術(shù)性能指標 各廠家的 PLC 產(chǎn)品技術(shù)性能各不相同，且各有特色，這里不可能一一介紹，只能介紹一些基本的、常見的技術(shù)性能。 (2) 掃描速度。 (4) 指令條數(shù)。 (6) 高功能模塊 。 這些高功能模塊使 PLC 不但能進行開關(guān)量順序控制，而且能進行模擬量控制，可進行精確的定位和速度控制，可以和計算機進行通訊，還可以直接用高級語言進行編輯，給用戶提供了強有力的工具。 PLC 內(nèi)部寄存器分配如下： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 每個區(qū)分配一定數(shù)量的寄存器單元，并按不同的區(qū)進行編號。而根據(jù) I/O 點數(shù)和功能可分為大、中、小型三個等級。具有數(shù)據(jù)運算、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、記錄、打印等功能。在用于大規(guī)模的過程控制中，可構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，或整個工廠的自動化網(wǎng) 絡(luò)。 小型 PLC 的 I/O 點數(shù)在 120 點以下，用戶程序存儲器容量為 2K 字以下，具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，它適合開關(guān)量的場合，可用它實現(xiàn)條件控制，定時、順序控制等。 PLC 的應(yīng)用場合 在 PLC 產(chǎn)品的分類中已經(jīng)分別介紹了大、中、小型 PLC 所具有的功能，根據(jù)它們 能完成的控制功能現(xiàn)將其應(yīng)用場合說明如下： (1) 用于開關(guān)邏輯控制。 (3) 用于機器人控制。 (5) 用于組成多級控制系統(tǒng)實現(xiàn)工程自動化網(wǎng)絡(luò)。 PLC 的應(yīng)用設(shè)計步驟 PLC 控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設(shè)計，也就是程序設(shè)計上。由于 PLC 內(nèi)部繼電器數(shù)量大，其接點在內(nèi)存允許的情況下可重復(fù)使用，具有存儲數(shù)量大、執(zhí)行快等特點，對于初學(xué)者采用此法設(shè)計可I/O 區(qū) 內(nèi)部輔助寄存器區(qū) 特殊寄存器區(qū) 數(shù)據(jù)區(qū) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 縮短設(shè)計周期。 (2) 分配輸入輸出設(shè)備，即確定哪些外圍設(shè)備是發(fā)送信號到 PLC，哪些外圍設(shè)備是接收來自 PLC 信號的。 (3) 設(shè)計 PLC 程序畫出梯形圖。 (5) 對程序進行調(diào)試。 雖然，在建立一個 PLC 控制系統(tǒng)，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入、輸出數(shù)量確定下來。確定控制上的相互關(guān)系。在畫梯形圖時要注意每個從左邊母線開始的邏輯行必須終于一個繼電 器線圈或定時器、計數(shù)器，與實際的電路圖不一樣。這便是程序設(shè)計的整個過程。為以下的設(shè)計內(nèi)容奠定基礎(chǔ)。由于存在一些技術(shù)問題，一直未能正常運行。改造后該系統(tǒng)主要設(shè)備有開卷機、矯直機、剪切機、集料臺車。本文主要對改造后 KJJ 系統(tǒng)的核心 —— 控制鋼板運行的 PLC 控制系統(tǒng)所需的 OMRONC40PPLC、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)和控制電機等所需的控制元器件的結(jié)構(gòu)和原理進行討論。 OMRON 公司生產(chǎn)的 SYSMACC 系列 PLC產(chǎn)品擁有微型、小型、中型和大型四大類十幾種型號。小型 PLC 又分為 C120P 和 C200H 兩種， C120P 最多可控制250 點 I/O, 是緊 湊型結(jié)構(gòu)。中型 PLC 有 C500 和 C1000H 兩種， I/O 容量分別為 512 點和 1024 點。大型 PLC 目前只有C2021H 一種， I/O 點數(shù)可達 2048 點，同時多處理器雙冗余結(jié)構(gòu)使得 C2021H 不僅功能全，容量大，而且速度快。 基本結(jié)構(gòu) C40PPLC 是箱體式結(jié)構(gòu)，有主箱體、擴展箱體（選用）、特殊單元（選 用）及外部設(shè)備組成。 主箱體包含有 PLC 的中央處理單元、內(nèi)存、基本輸入輸出單元及支持它們工作的電源。取代或替換每塊獨立的電路都是比較容易的。 從外觀看，主箱體有面板和底座。擴展箱體與主箱體很相像，也有接線端子、顯示和連接電纜 (與主箱體或別的擴展箱相連 )的插座。點數(shù)多的擴展箱內(nèi)，如使用交流電作電源的，一般還有相應(yīng)的 I/O 電路工作電源，還可向用戶提供 24V 的直流電源，以供用戶使用。擴展箱體稱呼時，加一個 E 字。 特殊單 元主要有上位及 I/O 鏈接單元、模擬單元、輸入輸出單元等。另外，還可以在編程器上接盒式錄音機，把所編程序存到磁盤上或從磁盤上讀入程序。 (7) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)： 64 個字； (8) 輸入類型：開關(guān)量，模擬量； (9) 輸入類型：繼電器（附插座） 。 此外，還具有存儲功能，自診斷功能、程序檢查功能等性能指標，詳細內(nèi)容見附錄 A 和附錄 B。數(shù)據(jù)區(qū)通道號分配見下表。用四位十進制數(shù)來標識一個I/O 點，前兩位表示通道號，后兩位表示通道內(nèi)的哪一點。例如“ 0000”表示第一個通道內(nèi)的第一個點，而“ 0104”表示第二個通道內(nèi)的第五個點。 2．專用繼電器區(qū) （ Special Relay Area ) 簡稱 SR 區(qū)。專用繼電器區(qū)SR 用于監(jiān)控系統(tǒng)運行，產(chǎn)生時鐘脈沖和發(fā)出出錯信號。把這些繼電器連到 PLC 外面的指示器（如 LED）上，就能用作監(jiān)視 PLC 的操作狀態(tài)。 3．暫存繼電器區(qū) （ Temporary Relay Area ) 簡稱 TR 區(qū)。在同一個程序段中，最多只能使用 8 個暫存繼電器， 但不能重復(fù)使用；而在不同的程序段內(nèi)，同一個暫存繼電器可以多次重復(fù)使用，使用 TR 時，必須在編號前冠以 TR 。保持繼電器區(qū)用于斷電有保存數(shù)據(jù)及程序狀態(tài)。 5．輔助繼電器區(qū) （ Auxiliary Relay Area ) 簡稱 AR。I/O 分配 表中，可用的輸出點未使用時，但不能用作輸入點。 6．定時 /計數(shù)器區(qū) （ Timer / Counter Area) 定時器和計數(shù)器不能直接產(chǎn)生輸出，要輸出可通過聯(lián)接繼電器，這種聯(lián)接繼電器的觸點可重復(fù)使用。 掃描時間和響應(yīng)時間 KJJ 對時間的響應(yīng)延遲有一定的要求，在剪切每一塊鋼板的時候，長度 的誤差要求在一定的范圍之內(nèi)，具體要求視實際應(yīng)用而定。 PLC 執(zhí)行程序中的所有指令要用多少時間？有了一個輸入信號經(jīng)過 PLC，多長時間后才能有一個對應(yīng)的輸出信號？不明白這兩個問題，系統(tǒng)的部件之間就不能正確的和精確的相互配合，雖然 OMRON 的 PLC 能夠自動的算出掃描時間并在編程器上顯示出來，但是清楚這個概念，無疑對涉及控制系統(tǒng)和對 PLC 編程都是有益的?？煞譃樗膫€部分： （ 1）共同部分，例如清除時間監(jiān)視器和檢 查程序存儲器； （ 2）數(shù)據(jù)輸入、輸出； （ 3）執(zhí)行用戶程序的指令； （ 4）執(zhí)行外設(shè)命令。掃描時間是指PLC 完成上述操作所需的全部時間，掃描時間的長短取決于系統(tǒng)配置、 I/O 點數(shù)、所用的編程指令以及是否接有外設(shè)。 表 32 內(nèi)部操作時間表 過程 執(zhí)行時間與變量 ① 復(fù)位監(jiān)視計數(shù)器，檢查程序內(nèi)存，檢查 I/O 總線 （固定不變） ② 執(zhí)行來自外設(shè)的如：編程控制器，圖形編程控制器 等的輸入命令 T =（① +③ +④） * 當 T=1 時，執(zhí)行時間是 1ms 當 Tl 時，在 單元內(nèi)循環(huán) 0FF (→ ）。執(zhí)行指令需要的時間取決于指令（參照指令執(zhí)行時間表） ④ 從輸入端讀數(shù)據(jù)，對輸出端寫數(shù)據(jù)（指令執(zhí)行結(jié)果） +*N N=輸入通道號 1 掃描時間是上表 ①、②、③和④項所用時間之和。 表 33 部分指令執(zhí)行時間表 功能碼 指令 執(zhí)行時