【正文】 量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)， PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC也具有此功能模塊。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 (5)數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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。這些數(shù)據(jù)可以與 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (6)通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信含 PLC間的通信及 PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 運(yùn)料小車控制系統(tǒng)圖 控制系統(tǒng)如圖 21所 示 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ a） (b) 21 運(yùn)料小車控制系統(tǒng)圖 PLC 框架配置圖 運(yùn)料小車控制采用三菱的 FX1N24MR001型號(hào) PLC。 它的 I/O 總數(shù)為 24 點(diǎn) 。 22 FX1N24MR001圖 啟動(dòng)按鈕 停止按鈕 5 個(gè)呼叫按鈕 5 個(gè)行程開關(guān) 三菱 P L C 三相異步電動(dòng)機(jī) 變頻器 基于 PLC 的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 PLC選型 選型分析 在工程中主要根據(jù)工藝要求、控制對(duì)象、用戶需要等方面選擇合適的 PLC，以獲得最佳的性能價(jià)格比。就一個(gè)控制系統(tǒng)而言， PLC 的選型原則和考慮因素如下 : (1)PLC 一般用于開關(guān)量控制為主兼有模擬量控制的系統(tǒng) ，尤其適合于動(dòng)作頻繁、邏輯關(guān)系復(fù)雜、程序多變的系統(tǒng)。應(yīng)用于這樣的系統(tǒng)，將會(huì)最大限度發(fā)揮技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。 (2)是否與計(jì)算機(jī)連接，是否要求構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，以及對(duì)遠(yuǎn)程站的設(shè)置要求。是否需要中斷輸入、雙機(jī)熱備、位置控制、高速計(jì)數(shù)器等特殊模塊和智能模塊。 (3)開關(guān)量 I/O 點(diǎn)數(shù)、模擬量 I/O 路數(shù)、電壓等級(jí)及輸出功率、內(nèi)存容量。 I/O點(diǎn)數(shù)直接關(guān)系到 PLC 輸入 /輸出模塊的選擇， I/0 點(diǎn)數(shù)一般要考慮 12 個(gè) 的余量，特別是開關(guān)量輸入更應(yīng)考慮多些余量 。合適的電壓等級(jí)可提高 PLC 的抗干擾能力 :主機(jī)用戶內(nèi)存容量的大小對(duì)設(shè)備費(fèi)的影 響不大，故建議內(nèi)存容量可選大一些。 (4)其他考慮因素選擇 PLC 還要對(duì)其外型、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、設(shè)置條件、價(jià)格、技術(shù)服務(wù)、應(yīng)用業(yè)績等多項(xiàng)指標(biāo)綜合分析比較，然后才能確定理想的 PLC產(chǎn)品。 系統(tǒng)的安裝 無遠(yuǎn)程功能的 PLC 用在單機(jī)或控制范圍不大的系統(tǒng)，有遠(yuǎn)程功能的 PLC 則用于大范圍的控制系統(tǒng)。遠(yuǎn)程系統(tǒng)中，本地站一般設(shè)在集中控制室，遠(yuǎn)程站一般設(shè)在低壓配電室或儀表室，這樣可使 PLC 的外部接線最短。 PLC 忌安裝在高溫、結(jié)凝、特別是有振動(dòng)沖擊的場所。 輸入 /輸出模塊選擇 模塊電源 :在選擇交流 I/O模 塊時(shí)，宜采用隔離變壓器為其供電，這樣可防止外部電路故障沖擊模塊。電源線采用雙絞線，絞距 12cm。隔離變壓器的容量按PLC電源組件容量的 。直流模塊的外接電源，其波紋值應(yīng)滿足模塊要求 。若是模擬量直流模塊，尚需用穩(wěn)壓電源。 電壓等級(jí) :在選擇 I/O 模塊時(shí)，電壓等級(jí)是一個(gè)比較重要的參數(shù)，它要根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備與模塊之間的距離來選。當(dāng)外部線路較長時(shí)，可選用 AC220V 模塊 。當(dāng)外線短且控制相對(duì)集中時(shí)可選擇優(yōu) 24V 模塊。 輸出電路 :PLC 的模塊輸出方式一般有 3種 :晶體管輸出、繼電器輸出、雙向可榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 控硅輸出。 確定負(fù) 載類型根據(jù) PLC 輸出端所帶的負(fù)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(diǎn)動(dòng)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，或晶閘管輸出。不同的負(fù)載選用不同的輸出方式，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行很重要。每個(gè)輸出點(diǎn)、每組輸出點(diǎn)、每個(gè)輸出模塊的負(fù)載電源不得超過額定電流。其中繼電器輸出模塊的負(fù)載電流以不能太接近額定電流，當(dāng)接近額定電流時(shí)，最好先帶動(dòng)一個(gè)小型中繼，再通過中繼擴(kuò)展輸出模塊的輸出容量。采用雙向可控硅輸出模塊，其負(fù)載電流必須大于雙向可控硅的維持電流，否則應(yīng)在負(fù)載上并聯(lián)電阻。對(duì)于動(dòng)作頻繁、電感 性或功率因素低的負(fù)載，不宜選用繼電器輸出模塊，而應(yīng)該采用晶體管輸出模塊。如果 PLC 輸出帶感性負(fù)載，負(fù)載斷電時(shí)會(huì)對(duì) PLC的輸出造成浪涌電流的沖擊，為此，對(duì)直流感性負(fù)載應(yīng)在其旁邊并接續(xù)流二極管，對(duì)交流感性負(fù)載應(yīng)并接浪涌吸收電路，可有效保護(hù) PLC。當(dāng)頻率為 10次 /min 以下時(shí)，既可采用繼電器輸出方式 。也可采用 PLC 輸出驅(qū)動(dòng)中間繼電器或者固態(tài)繼電器(SSR)，再驅(qū)動(dòng)負(fù)載 。對(duì)于兩個(gè)重要輸出量不僅在 PLC 內(nèi)部互鎖，建議在 PLC 外部也進(jìn)行硬件上的互鎖，以加強(qiáng) PLC 系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。輸入電路 :PLC 輸入電路電源一般 應(yīng)采用 DC24V，這對(duì)系統(tǒng)供電安全和 PLC 安全至關(guān)重要，同時(shí)其帶負(fù)載 (接近開關(guān)等 )時(shí)要注意容量，同時(shí)作好防短路措施 (因?yàn)樵撾娫吹倪^載或短路都將影響 PLC 的運(yùn)行 )，建議該電源的容量為輸入電路功率的兩倍， PLC 輸入電路電源支路加裝適宜熔絲，防止短路，以直流輸入模板為例。 開關(guān)量 I/O 點(diǎn)的節(jié)省和模擬量 I/O 模塊的代用 相同控制作用且每個(gè)接點(diǎn)在編程中僅使用一次的若干個(gè)輸入接點(diǎn)，可在外部電路進(jìn)行串、并聯(lián)后作為一個(gè)輸入點(diǎn)處理，編程時(shí)用常開編程接點(diǎn)。如某個(gè)設(shè)備的多個(gè)故障信號(hào)接點(diǎn)可在外部電路串聯(lián)后接在一個(gè)輸入點(diǎn) 上，而不必占用多個(gè)輸入點(diǎn)。相同控制邏輯的輸出，如集中聯(lián)鎖控制系統(tǒng)發(fā)往各現(xiàn)場的啟動(dòng)預(yù)告信號(hào)，可只用一個(gè)輸出點(diǎn)，再用接線端子擴(kuò)展至各現(xiàn)場設(shè)備。 抗干擾措施 由于產(chǎn)生干擾的因素是復(fù)雜而多樣的，因此采取的抗干擾措施要根據(jù)情況而定。 PLC 供電電源一般為 AC85240V，適應(yīng)電源范圍較寬，但為了抗干擾，應(yīng)加裝電源凈化元件 (如電源濾波器、 1:l 隔離變壓器等 )。隔離變壓器也可以采用雙隔離技術(shù)，即變壓器的初、次級(jí)線圈屏蔽層與初級(jí)電氣中性點(diǎn)接大地，次級(jí)線圈屏蔽層接 PLC 輸入電路的地，以減小高低頻脈沖干擾。設(shè)置一個(gè) PLC 信號(hào)專用接地裝置。該裝置不能和防雷接地裝置、電器設(shè)備接地裝置有金屬連接。接地電阻可參基于 PLC 的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 見使用說明書，一般小于 100。即可。接地線進(jìn)入 PLC 控制柜中的信號(hào)接地端子排。當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)將 PLC 的接線端子與信號(hào)接地端子排連。 系統(tǒng)資源分配 I/O 地址分配 由于 CPU 模塊有 14 點(diǎn)數(shù)字量輸入， 10 點(diǎn)數(shù)字量輸出，所以不再需要輸入 /輸出模塊。采用 I/O自動(dòng)分配方式，模塊上的輸入端子對(duì)應(yīng)的輸入地址是 X000X015，輸出端子對(duì)應(yīng)的輸出地址是 Y000Y011。 數(shù)字量輸入部分 這個(gè)控制系統(tǒng) 的輸入有啟動(dòng)按鈕開關(guān)、停止按鈕開關(guān)、 5 個(gè)呼叫按鈕開關(guān)、 5個(gè)行程開關(guān)共 12點(diǎn)輸入。具體的輸入分配如表 23 所示。 輸入地址 對(duì)應(yīng)的外部設(shè)備 X000 啟動(dòng)按鈕開關(guān) X001 停止按鈕開關(guān) X002 1 號(hào)站呼叫按鈕開關(guān) X003 2 號(hào)站呼叫按鈕開關(guān) X004 3 號(hào)站呼叫按鈕開關(guān) X005 4 號(hào)站呼叫按鈕開關(guān) X006 5 號(hào)站呼叫按鈕開關(guān) X007 1 號(hào)站行程開關(guān) X010 2 號(hào)站行程開關(guān) X011 3 號(hào)站行程開關(guān) X012 4 號(hào)站行程開關(guān) X013 5 號(hào)站行程開關(guān) 表 23 輸入地址分配 數(shù)字量輸出部分 這個(gè)控制系統(tǒng)需要控制的外部設(shè)備只有控制小車運(yùn)動(dòng)的三相電動(dòng)機(jī)。但是電機(jī)有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)繼電器和反轉(zhuǎn)繼電器，所以輸出點(diǎn)有 2個(gè)。具體的輸出分配表如表 24所示。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 輸出地址 對(duì)應(yīng)外部設(shè)備 Y000 電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器 Y001 電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器 表 24輸出地址分配 內(nèi)部繼電器部分 內(nèi)部繼電器地址分配如表 25所示。 內(nèi)部繼電器地址 功能說明 M0 小車運(yùn)行停止 M1 1 號(hào)站呼叫 M2 2 號(hào)站呼叫 M3 3 號(hào)站呼叫 M4 4 號(hào)站呼叫 M5 5 號(hào)站呼叫 M6 小車所在站編號(hào)＞呼叫編號(hào) M7 小車所在站編號(hào)＜呼叫編號(hào) M8 小車所在站編號(hào)＝呼叫編號(hào) 表 25 內(nèi)部繼電器地址分配 基于 PLC 的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 3 基于 PLC 的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)的硬件 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作原理分析 運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)流程 某自動(dòng)生產(chǎn)線上運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)如圖 31所示，運(yùn)料小車由一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車向右行，電機(jī)反轉(zhuǎn)，小車向左行。在生產(chǎn) 線上有 5個(gè)編碼為 15的站點(diǎn)供小車?？?，在每個(gè)?？空景惭b一個(gè)行程開關(guān)以監(jiān)測(cè)小車是否到達(dá)該站點(diǎn)。對(duì)小車的控制除了啟動(dòng)按鈕和停止按鈕之外，還設(shè)有 5個(gè)呼叫按鈕開關(guān)（ HJ1HJ5）分別與 5個(gè)停靠站點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。 圖 31 運(yùn)料小車示意圖 設(shè)備控制要求 運(yùn)料小車在自動(dòng)化生產(chǎn)線上運(yùn)動(dòng)的控制要求如下： （ 1）按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)開始工作，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作； （ 2）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a小于呼叫按扭 HJ 的編碼時(shí)，小車向右運(yùn)行運(yùn)行到按鈕 HJ所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止； （ 3）當(dāng)小車當(dāng)前所處停靠站的編碼大于呼 叫按扭 HJ 的編碼時(shí)，小車向左運(yùn)行，運(yùn)行到按鈕 HJ 所對(duì)應(yīng)的停靠站時(shí)停止； （ 4）當(dāng)小車當(dāng)前所處?？空镜木幋a等于呼叫按扭 HJ 的編碼時(shí)，小車保持不動(dòng)；呼叫按鈕開關(guān) HJ1HJ5應(yīng)具有互鎖功能，先按下者優(yōu)先。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 系統(tǒng)硬件介紹 (1)低壓斷路器 圖 32 低壓斷路器圖 低壓斷路器也稱為自動(dòng)空氣開關(guān)，用來接通和分?jǐn)嘭?fù)載電路，也可以用來控制不頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。 (2)接觸器 圖 33 接觸器圖 接觸器是用于遠(yuǎn)距離頻繁接通和分?jǐn)嘟恢绷骰芈芳按笕萘坑秒娀芈返牡蛪嚎刂齐娖鳌Ｖ饕刂茖?duì)象是電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn) 、制動(dòng)和調(diào)速等控制功能。 (3)熔斷器 基于 PLC 的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 圖 34 熔斷器圖 熔斷器主要用于短路保護(hù)。 (4)主令電器 圖 35 主令電器圖 主令電器是一種專門發(fā)布命令的電器，用來接通和斷開控制電路，實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的啟動(dòng)、停止、急停等操作。只能用于控制電路，不允許分合主回路。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件接線圖如圖 3 37所示 ， 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 36 主電路圖 基于 PLC 的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 19 圖 37 控制電路圖 圖中 KM1 和 KM2 分別是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行（小車前進(jìn)）和反轉(zhuǎn)運(yùn)行（小車后退）的交流接 觸器。用 KM1 和 KM2 的主觸點(diǎn)改變進(jìn)入電動(dòng)機(jī)的三相電源的相序 , 即可以改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。圖中 KM1 的線圈串聯(lián)了 KM2 的輔助常閉觸點(diǎn) ,KM2 的線圈串聯(lián)了 KM1 的輔助常閉觸點(diǎn) ,組成了硬件互鎖電路?？梢员苊庥捎谡崔D(zhuǎn)（小車前進(jìn)、后退）切換過程中電感的延時(shí)作用 ,導(dǎo)致原來接通的接觸器的主觸點(diǎn)還未斷弧時(shí) , 另一個(gè)接觸器的主觸點(diǎn)已經(jīng)合上而造成交流電源瞬間短路的故障。通過主電路與 PLC 的控制電路的接線 , 才能實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)系統(tǒng)的控制。 小車運(yùn)動(dòng)分析 小車在呼叫按鈕之間的運(yùn)動(dòng)如圖 38所示， 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 38 小車在呼叫按鈕之間的運(yùn)動(dòng) 根據(jù)生產(chǎn)工藝要求設(shè)計(jì)出小車在運(yùn)料過程中的速度變化情況如圖 39所示， 圖 39 小車在兩呼叫按鈕之間運(yùn)料過程中速度變化情況 根據(jù)料車運(yùn)料過程中速度曲線圖 確定變頻器的頻率變化情況如圖 310所示， 圖 310 變頻器的頻率變化情況 根據(jù)系統(tǒng)控制要求，分析出如下系統(tǒng)控制流程圖， 基于 PLC 的運(yùn)料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 21 圖 311控制系統(tǒng)流程圖