【正文】 6 可編程控制器（ PLC）作為 一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是繼承計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)裝置。 硬件選型 對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，硬件選型尤為重要。這樣 做有兩個(gè)目的，其一、 大致算出 PLC DI/DO點(diǎn)數(shù)，進(jìn)一步可以確定 DI/DO模塊型號(hào)和數(shù)量；其二、可以 根據(jù)要求選擇合適的網(wǎng)絡(luò)模塊。 最后， 根據(jù) PLC輸出端所帶的負(fù)載是直流還是交流、 是大電流還是小電流，以及 PLC輸出點(diǎn)動(dòng)作的頻率 等，確定采用繼電器輸出，或 是晶體管輸出。 對(duì)系統(tǒng)主要硬件進(jìn)行選型，系統(tǒng)主要控制模塊可選用 FX2N16MR；模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊可選用轉(zhuǎn)換器 FX2N4AD；溫度采集模塊可選用 K型熱電偶傳感器；主電路控制開關(guān)選用固態(tài)繼電器等。因?yàn)閭€(gè)人計(jì)算機(jī)也簡(jiǎn)稱 PC，為避免和個(gè)人計(jì)算機(jī)相混淆， 因此 一般簡(jiǎn)稱可編程 7 控制器為 PLC 。 I/O 接口電路是可編程控制器連接外部設(shè)備的接口電路。 I/O 接口電路實(shí)現(xiàn)可編程控制器與外部設(shè)備的信息交換。 廣義地說(shuō)，可編程控制器上輸入信號(hào)（數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)）的一個(gè)通道稱為一個(gè)輸入點(diǎn)，可編程控制器上輸出信號(hào)（數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)）的一個(gè)通道稱為一個(gè)輸出點(diǎn)，可編程控制器的所有輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)的總和稱為可編程控制器的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 8 圖 21 FX2N16MR實(shí)物 在本設(shè)計(jì)中，可編程控制器采用日本三菱公司的 FX2N16MR 型PLC，該型號(hào)的 PLC有 8個(gè)輸入 點(diǎn)數(shù)和 8個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)可滿足系統(tǒng)需要 ， 輸出部分連接主電路控制開關(guān)對(duì)應(yīng)的控制線圈，進(jìn)而控制主電路的通斷。 A/D轉(zhuǎn)換器作為模擬和數(shù)字電路的接口，正受到日益廣泛的關(guān)注。 計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等數(shù)字系統(tǒng)是處理數(shù)字信號(hào)的電路系統(tǒng)。 A/D轉(zhuǎn)換器正是基于這種要求應(yīng)運(yùn)而生的。 針對(duì)電氣技術(shù)的不斷更新， A/D轉(zhuǎn)換器的發(fā)展方向?qū)⑹歉咿D(zhuǎn)換速 9 度和高精度。比如，在軟件無(wú)線電系統(tǒng)中， A/D轉(zhuǎn)換器的位置是非常關(guān)鍵的，它要求 A/D轉(zhuǎn)換器的最大輸入信號(hào)頻率在 1GHz和 5GHz之間，以目前的技術(shù)水平，還很難實(shí)現(xiàn)。高精度： 現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的分辨率在不斷提高，比如，高級(jí)儀表的最小可測(cè)值在不斷地減小，因此， A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率也必須隨之提高 。目前，最高精度可達(dá) 24位的 A/D轉(zhuǎn)換器也不能滿足要求。 根據(jù)本設(shè)計(jì)要求溫度轉(zhuǎn)換器選用 FX2N4AD，該溫度轉(zhuǎn)換器 將來(lái)自K 型、 J 型 等 熱電偶傳感器的信號(hào)放大 ， 并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 12 位的可讀數(shù)據(jù) ， 存儲(chǔ)在 PLC 的主單元中 。 熱電偶是一種感溫元件 ， 是一次儀表，它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào) ， 通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端（也稱為測(cè)量端），溫度較低的一端為自由端（也稱為補(bǔ)償端）， 10 自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將用到 K 型熱電偶，它作為一種溫度傳感器，K 型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。 K 型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。 熱電偶的分類及不同規(guī)格熱電偶的特點(diǎn)和適用范圍如下表： 表 21 不同類別熱電偶特點(diǎn) 分度號(hào) 材質(zhì) 特點(diǎn) K 鎳鉻 鎳硅 抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長(zhǎng)期使用溫度 1000℃，短期 1200℃。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度 0800℃； J 鐵 銅鎳 既可用于氧化性氣氛（使用溫度上限 750℃），也可用于還原性氣氛（使用溫度上限 950℃），并且耐 H2及 CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工； T 純銅 銅鎳 在所有廉金屬熱電偶中精確度等級(jí)最高，通常用來(lái)測(cè)量 300℃以下的溫度。它的長(zhǎng)期使用溫度為 1600℃，短期 1800℃。 R 鉑銠 13 純鉑 S分度號(hào)相比除熱電動(dòng)勢(shì)大 15%左右，其它性能幾乎完全相同； 11 S 鉑銠 10 純鉑 抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長(zhǎng)期使用溫度 1400℃，短期 1600℃。 繼電器選型 繼電器的工作原理和特性， 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”。 表 22 繼電器按作用原理及結(jié)構(gòu)特征分類 序號(hào) 名 稱 說(shuō) 明 電磁繼電器 由控制電流通過(guò)線圈所產(chǎn)生的電磁吸力驅(qū)動(dòng)磁路中的可動(dòng)部分而實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)開閉或轉(zhuǎn)換功能的繼電器。 2 交流電磁繼電器 控制電流為交流的電磁繼電器。一般，輸入部分由電子線路組成，起放大、整流、延時(shí)、傳感等作用，輸出部分采用電磁繼電器。 5 高頻繼電器 用來(lái)切換頻率大于 10 千赫的交流線路的繼電器。 12 考慮到在實(shí)際應(yīng)用中主電路控制開關(guān)可能會(huì)頻繁進(jìn)行通斷動(dòng)作，故在本設(shè)計(jì)中選用固態(tài)繼電器。 2． 2 硬件接線圖 PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，基本構(gòu)成為： 電源 ： PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 。它按照 PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循 環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn) 13 行。這樣，即使某個(gè) CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。b、現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用 PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路 向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。 輸入接口電路 為了保證能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中使用， PLC輸入接口都采用了隔離措施。在光敏輸出端設(shè)置 RC濾波器，是為了防止用開關(guān)類觸點(diǎn)輸入時(shí)觸點(diǎn)振顫及抖動(dòng)等引起的誤動(dòng)作，因此使得 PLC內(nèi)部約有 10ms的響應(yīng)滯后。 14 輸出接口電路 PLC一般都有三種輸出形式可供用戶選擇，即繼電器輸出，晶體管輸出和晶閘管輸出。 特點(diǎn)： 繼電器輸出：開關(guān)速度低，負(fù)載能力大，適用于低頻場(chǎng)合。 注意事項(xiàng)： （ 1） PLC輸出接口是成組的，每一組有一個(gè) COM口，只能使用同一種電源電壓。 （ 3）對(duì)于電感性負(fù)載應(yīng)加阻容保護(hù)。 PLC硬件接線圖是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度控制的重要環(huán)節(jié)，在硬件接線時(shí)應(yīng)按規(guī)定操作。 下 圖為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主電路圖和三菱 PLC的 CPU部分與溫度轉(zhuǎn)換器之間的接線圖。 15 圖 22 主電路與控制模塊 接線圖 圖 23 控制模塊 I/O接線圖 16 圖 24 A/D模塊接線圖 圖 23和圖 24分別為控制模塊 I/O接口接線圖和溫度轉(zhuǎn)換器（ A/D模塊）外部端口接線圖。輸出端口有系統(tǒng)的報(bào)警部分及其控制線圈輸出部分，溫度轉(zhuǎn)換器的輸入部分有溫度采集模塊和溫度設(shè)定模塊兩個(gè)部分。 表 23是 在硬件接線圖 （圖 2圖 23和圖 24） 中用到的諸多元件 、端口的符號(hào)表示 以及功能。 環(huán)境要求低 適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 指令分析部分 PID調(diào)節(jié)部分 PID 控制器以 其 不需要被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 容易實(shí)現(xiàn) 、 而且 有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性以及使用方便等優(yōu)點(diǎn) ， 被廣泛使用于 閉環(huán)控制系統(tǒng)中 。 分別為使用 PID 過(guò)程控制模塊 、 PID 指令 、 自編程序和變頻器的閉環(huán)控制 。 因此該系統(tǒng) 通常 采用