可調(diào)速運(yùn)料小車——畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制領(lǐng)域，可編程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作簡便等特點(diǎn)，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢?！　　　　　　　　　　　?</p><p>　　可編程控制器是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)

2、和通訊技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，這一新型的通用自動(dòng)控制裝置以其高可靠性、較強(qiáng)的工作環(huán)境適應(yīng)性和極為方便的使用性能，深受自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)人員的普遍歡迎。</p><p>　　運(yùn)料小車在現(xiàn)代化的工廠中普遍存在。傳統(tǒng)的工廠依靠人力推車運(yùn)料，這樣浪費(fèi)了大量的人力物力，降低了生產(chǎn)效率。而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量運(yùn)用PLC控制運(yùn)料小車，并結(jié)合組態(tài)王軟件完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面(HMI)和數(shù)據(jù)處理，使生產(chǎn)自動(dòng)化，智能

3、化，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)成本。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC） 組態(tài)王 自動(dòng)化 控制</p><p><b>　　第一章 引 言</b></p><p>　　1.1課題的研究背景及意義</p><p>　　隨著我國工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，運(yùn)料小車成為了工業(yè)運(yùn)料的主要設(shè)備之一。由于其工作效率

4、高、運(yùn)行穩(wěn)定、大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少了工人的體力勞動(dòng)，在冶金、有色金屬、煤礦、港口、碼頭、工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　早期運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)多為“繼電器一接觸器”組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。20世紀(jì)以來隨著人類科技的迅猛發(fā)展，各種工業(yè)化自動(dòng)控制產(chǎn)品都在向著控制可靠，操作簡單，通用性強(qiáng)，價(jià)格低

5、廉等方向發(fā)展，使自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)越來越容易。PLC應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，PLC 及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。因而可以說PLC 是近乎理想的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。PLC的輸入/ 輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場的設(shè)備相連接。同時(shí)，PLC 具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸

6、屏等人機(jī)界面可對PLC 的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。隨著PLC技術(shù)的成熟、性價(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮著越來越重要的作用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)將PLC應(yīng)用到工業(yè)送料小車的電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)料小車的自動(dòng)化控制，使運(yùn)料小車不再需要人工控制，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。PLC運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便

7、等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求及主要內(nèi)容</p><p>　　1.2.1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示</p><p>　　圖中異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，滾珠絲桿也旋轉(zhuǎn)一周，裝在滾珠絲桿另一端的旋轉(zhuǎn)編碼器也旋轉(zhuǎn)一周，輸出一周的脈沖信號，同時(shí)，運(yùn)料小車移動(dòng)一個(gè)絲距的距離。當(dāng)工作臺(tái)上的定位貼片靠近接近開關(guān)時(shí)，接近開關(guān)輸出信號。</p><p>

8、;　　1.2.2 控制方案要求</p><p>　　a，將接近開關(guān)2作為原點(diǎn)，1和5分別為左右極限；無論設(shè)備處于何種工作狀態(tài)，遇到左右極限時(shí)都必須停止且不可向超限的方向運(yùn)行；</p><p>　　b，當(dāng)工作臺(tái)不在原點(diǎn)時(shí)，按下復(fù)位按鈕，工作臺(tái)回到原點(diǎn)；若在原點(diǎn)，則復(fù)位按鈕無效；</p><p>　　c，設(shè)手動(dòng)，單步和自動(dòng)模式。</p><p>

9、　　d，假定滾珠絲桿的絲距為5mm,工作臺(tái)處于原點(diǎn)時(shí)，在自動(dòng)模式下，按下啟動(dòng)按鈕，工作臺(tái)以段速1向前（接近開關(guān)5的方向）運(yùn)行40mm然后再以段速2向前運(yùn)行40mm，以此類推，走完160mm之后，停止3s，然后快速返回原點(diǎn)；各段速度可以通過觸摸屏更改，單位為mm/s；</p><p>　　e，在單步模式下，每按一下啟動(dòng)按鈕，工作臺(tái)完成一步，第一步必須在原點(diǎn)時(shí)才可以啟動(dòng)；上一步完成之后，觸發(fā)信號才有效，走完第四段之后

10、，再按一次啟動(dòng)按鈕，工作臺(tái)就回到原點(diǎn)；</p><p>　　f，手動(dòng)模式下，無需設(shè)備處于原點(diǎn)就可以啟動(dòng)，可控制工作臺(tái)的前進(jìn)和后退，注意左右極限；</p><p>　　g，無論設(shè)備處于何種工作模式，按下停止按鈕時(shí)，設(shè)備都停止在當(dāng)前位置，并且要復(fù)位至原點(diǎn)，才能以自動(dòng)或單步模式再次啟動(dòng)；</p><p>　　動(dòng)作的簡單時(shí)序圖如下：</p><p>

11、　　1.2.3 觸摸屏設(shè)計(jì)要求</p><p>　　a，顯示設(shè)備當(dāng)前的工作模式，狀態(tài)，如前進(jìn)，前進(jìn)的斷號，返回，停頓定時(shí)等等，工作臺(tái)的移動(dòng)速度，單位為mm/s，精確到0.1mm/s；</p><p>　　b，在單步和自動(dòng)模式下，實(shí)時(shí)顯示工作臺(tái)當(dāng)前相對原點(diǎn)的位置，單位為mm，精確到0.1mm；</p><p>　　c，工作模式可通過觸摸屏修改；</p>

12、<p>　　d，所有的觸發(fā)信號可以通過外部按鈕輸入，也可以通過觸摸屏輸入；如啟動(dòng)按鈕，可以用plc的輸入端子輸入，也可以由觸摸屏上的某一按鈕來輸入；</p><p>　　e，各段速度，返回速度，手動(dòng)速度可設(shè)，設(shè)定值的單位為mm/s，精確到0.1mm/s；</p><p>　　第二章　可編程控制器（PLC）概況</p><p>　　2.1PLC的定義<

13、;/p><p>　　國際電工委員會(huì)(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版對PLC作了如下的定義: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。</p>&

14、lt;p>　　可編程控制器實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲(chǔ)器(RAM和EPROM),輸入/輸出模塊(簡稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。</p><p&g

15、t;　　2.2PLC的發(fā)展</p><p>　　1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標(biāo)提出十項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn):</p><p>　　(1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序；</p><p>　　(2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；</p><p>　　(3)可靠性高于繼電器控制裝置；</p><p>　

16、　(4)體積小于繼電器控制裝置；</p><p>　　(5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；</p><p>　　(6)成本可與繼電器控制裝置競爭；</p><p>　　(7)輸入可以是交流115V；</p><p>　　(8)輸出為交流115V, 2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；</p><p>　　(9)在擴(kuò)展時(shí)，

17、原系統(tǒng)只要很小變更；</p><p>　　(10)用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。</p><p>　　1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第一臺(tái)可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品。</p&

18、gt;<p>　　2.3PLC的特點(diǎn)</p><p>　　PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的:</p><p>　　1)功能齊全，它的適用性極強(qiáng)，幾乎所有的控制要求，它均能滿足；</p><p>　　2)應(yīng)用靈活， 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種

19、工藝流程變更較多的場合；</p><p>　　3)操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號，但都可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達(dá)幾萬小時(shí)。</p><p>　　2.4 PLC的基本組成及各部分作用</p><p>　　PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC

20、可分為整體式和組合式兩類。</p><p>　　整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的1/0擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，1/0單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。</p><p>　　組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單

21、元、智能1/0單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。</p><p>　　1、中央處理單元(CPU)：</p><p>　　CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中

22、樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù):</p><p>　　(1) 接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；</p><p>　　(2) 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤;</p><p>　　(3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來;</p><p>　　(4)

23、PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作;</p><p>　　(5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。</p><p>　　現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種:</p><p>　　通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)

24、時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。</p><p>　　(2) 單片機(jī)，如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。</p><p>　　(3) 位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以4位為一片。用幾個(gè)位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序

25、存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。</p><p><b>　　2、存儲(chǔ)器</b></p><p>　　根據(jù)存儲(chǔ)器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種:</p>

26、<p>　　系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器:和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM.</p><p>　　用戶程序存儲(chǔ)器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲(chǔ)器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動(dòng)、調(diào)試，故用戶程序存

27、儲(chǔ)器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。由于RAM掉電會(huì)丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲(chǔ)器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護(hù)RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動(dòng)時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進(jìn)的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲(chǔ)器作用戶程序存儲(chǔ)器，快閃存儲(chǔ)器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，不需用后備電池保護(hù)。</p><p>　　工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:

28、工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲(chǔ)PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要

29、，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。</p><p><b>　　3、 1/0單元</b></p><p>　　I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中

30、央處理器能</p><p>　　夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件.</p><p><b>　　4、電源部分</b></p&g

31、t;<p>　　PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。</p><p>　　電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部;對于模塊式PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個(gè)模塊中。</p><p><b>　　5

32、、擴(kuò)展接口</b></p><p>　　擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。</p><p><b>　　6．通信接口</b></p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的PLC或

33、計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí).可將過程圖像顯示出來;當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。</p><p><b>　　7、編程器</b></p><p>　　編程器的作用是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)

34、試和監(jiān)視。</p><p>　　編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯

35、梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。現(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。</p><p>　　2.5PLC的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部

36、的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類:</p><p>　　(1)開關(guān)量邏輯控制</p><p>　　取代傳統(tǒng)的繼電器控

37、制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺(tái)設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。</p><p><b>　　(2)工業(yè)過程控制</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的

38、控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。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。</p><p><b>　　(3)運(yùn)動(dòng)控制</b></p><p>　　PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)

39、床、機(jī)器人、電梯等場合。</p><p><b>　　(4)數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　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。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　(5)通信及聯(lián)網(wǎng)

40、</b></p><p>　　PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。</p><p>　　第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)&l

41、t;/p><p>　　設(shè)計(jì)的硬件控制系統(tǒng)主要包括PLC、變頻器、電機(jī)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器、電源等。這些都是為了能夠更好滿足運(yùn)料小車運(yùn)行需求，需要對它們進(jìn)行一一的選型和分析設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1 PLC的選型</p><p>　　目前國內(nèi)國外的PLC產(chǎn)品有幾百種型號，而且功能也日趨完善。PLC的結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法及價(jià)格等各不相

42、同，使用場合也各有側(cè)重。因此，應(yīng)該合理的選擇PLC，提高PLC在控制系統(tǒng)中的作用。PLC的選型可以從以下幾個(gè)方面考慮。</p><p><b>　　a 機(jī)型的選擇</b></p><p>　　選擇機(jī)型主要以滿足系統(tǒng)功能要求為宗旨，不要盲目的貪大求全而造成不必要的投資以及設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可以從以下幾個(gè)方面考慮：在工藝過程比較固定，環(huán)境比較好的場合可以選用整體式

43、結(jié)構(gòu)的PLC；給予其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。因?yàn)槟K式結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活，裝配和維修方便，也便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。對于以開關(guān)量控制為主的以及帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目可以選用帶有A/D,D/A轉(zhuǎn)換的低檔機(jī)；而在應(yīng)用PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等控制比較復(fù)雜、控制功能要求比較全的工程項(xiàng)目則應(yīng)該選用高檔機(jī)。另外，對于大型的控制系統(tǒng)，應(yīng)該盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。</p><p><b>　　b 硬件選擇與

44、配置</b></p><p>　　1）輸入/輸出的選擇與配置</p><p>　　確定I/O點(diǎn)數(shù)，即確定PLC的控制規(guī)模。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需的I/O點(diǎn)數(shù)，應(yīng)考慮到以后工藝和設(shè)備的改動(dòng)或I/O點(diǎn)的損壞、故障等，一般應(yīng)預(yù)留10%～20%的備用量，實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)應(yīng)考慮PLC提供的內(nèi)部繼電器和寄存器的數(shù)量，以節(jié)省I/O

45、資源。I/O模塊有開關(guān)量、模擬量，還有特殊功能輸入/輸出模塊，如定位、高速計(jì)數(shù)器輸入，脈沖捕捉等功能。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、

46、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。</p><p><b>　　2）存儲(chǔ)器類選擇</b></p><p>　　存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此

47、，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容

48、量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。</p><p><b>　　3）電源的選擇</b></p><p>　　PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如

49、果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。如果電源的干擾特別嚴(yán)重，可以選擇安裝一個(gè)變比為1:1的隔離變壓器來減少干擾。</p><p><b>　　4）處理速度</b></p><p>　　PLC采用掃描方式工作。

50、從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.2～0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型PLC的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時(shí)間不大于0.2ms/K。</p>&

51、lt;p><b>　　5）經(jīng)濟(jì)性的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出的卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲(chǔ)器容量

52、、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。</p><p>　　綜合以上要求和原則，考慮到本系統(tǒng)屬于小型的控制系統(tǒng)，所以我選擇國產(chǎn)信捷PLC，型號為XC3-32RT-E。</p><p>　　3.1.1 信捷XCXC3-32RT-E介紹</p><p><b>　　信捷PLC的優(yōu)勢：</b>&l

53、t;/p><p>　　1、具備3通道、80KHz、32位高速計(jì)數(shù)功能</p><p>　　XC本體配備了3通道，最高頻率高達(dá)80KHz的32位高速計(jì)數(shù)功能，可與旋轉(zhuǎn)編碼器直接相連，對來自編碼器的輸入進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p>　　多種計(jì)數(shù)模式可選：5路單相遞增模式、3路脈沖+方向模式、3路AB相模式。</p><p>　　2、24段高速計(jì)數(shù)中斷功

54、能</p><p>　　利用高速脈沖進(jìn)行在指定位置的中斷操作，具有實(shí)時(shí)性好，可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可代替電子凸輪，每路高速計(jì)數(shù)器擁有24段32位的預(yù)置值。</p><p>　　3、高達(dá)400KHz的脈沖輸出，最多支持4路</p><p>　　XC系列帶有晶體管輸出的PLC一般具有2個(gè)脈沖輸出點(diǎn)（XC5-32RT-E具有4個(gè)脈沖輸出點(diǎn)），通過調(diào)用不同的指令，可進(jìn)行多

55、種方式的輸出，輸出頻率最高可達(dá)400KHz。</p><p>　　4、強(qiáng)大的通訊和組網(wǎng)能力</p><p>　　XC系列PLC一般具有2個(gè)通訊口，最多可達(dá)4個(gè)，支持RS-232/485，CAN總線，可連變頻器、儀表等外設(shè)。</p><p><b>　　Modbus通訊</b></p><p>　　XC系列PLC支持Mod

56、bus通訊主或從方式，通過標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議可以和大多數(shù)設(shè)備進(jìn)行通訊。PLC一般處于從站通訊模式下。</p><p>　　5、業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的以C語言編寫功能塊指令</p><p>　　為了使XC系列PLC具有更強(qiáng)大的實(shí)用性以及更廣泛的兼容性，信捷公司率先開發(fā)出了以C語言來編寫功能塊，該功能的開發(fā)使用戶的程序具有更強(qiáng)的保密性，直接調(diào)用編輯好的功能塊指令，內(nèi)部程序不可見。通過調(diào)用功能塊，不僅節(jié)省

57、了內(nèi)部空間，減小了工作量，而且提高了編程效率。</p><p>　　C語言的編輯完全只需在XC的編程軟件XCP Pro中進(jìn)行，兼容C語言支持的全部函數(shù)，此外，編寫的功能塊可以單獨(dú)存儲(chǔ)，以備后用。</p><p>　　6、獨(dú)創(chuàng)的I/O點(diǎn)切換功能</p><p>　　對用戶而言，在使用PLC的過程中經(jīng)常會(huì)遇到這樣的苦惱，當(dāng)內(nèi)部光耦、繼電器或晶體管遭遇損壞的時(shí)候，對應(yīng)的輸

58、入/輸出點(diǎn)將無法使用，解決的途徑要么是重新修改繁雜的程序，要么是向廠家尋求幫助，這樣不但繁瑣，而且周期長，影響了用戶正常的作業(yè)進(jìn)度。</p><p>　　由信捷公司自主開發(fā)的新型PLC可以幫助用戶輕松解決這一難題，終端用戶只須在操作現(xiàn)場，利用文本顯示器或者觸摸屏進(jìn)行簡單修改，PLC便又可以照常使用了。操作簡單快捷而有效。</p><p>　　在信捷TP軟件中內(nèi)置了畫面60004和60005

59、來修改I/O點(diǎn)的切換，當(dāng)需要進(jìn)行替換時(shí)，只要放置一個(gè)畫面跳轉(zhuǎn)按鈕，進(jìn)入修改畫面修改即可，如下圖所示：</p><p>　　7、本體加入PID控制功能</p><p>　　全新3.0版本的XC系列PLC在本體部分加入了PID控制指令，并提供了自整定功能。用戶可以通過自整定得到最佳的采樣時(shí)間及PID參數(shù)值，從而提高控制精度。</p><p><b>　　8、中

60、斷功能</b></p><p>　　XC系列PLC具有中斷功能，分為外部中斷、定時(shí)中斷、24段高速計(jì)數(shù)中斷，通過中斷可以處理一些特定的需要立即執(zhí)行的程序，不受用戶程序掃描周期影響。</p><p><b>　　9、豐富的擴(kuò)展性能</b></p><p>　　XC系列本體可以通過外部擴(kuò)展模塊和BD板以適應(yīng)更多場合的使用需要。</

61、p><p>　　可擴(kuò)展多達(dá)7個(gè)擴(kuò)展模塊，I/O點(diǎn)數(shù)可增至284點(diǎn)，模塊的種類不受限制，可為輸入輸出擴(kuò)展、可為模擬量處理、可為溫度處理。</p><p>　　10、擴(kuò)充的軟元件容量和程序空間</p><p><b>　　11、豐富的指令集</b></p><p>　　XC系列不斷擴(kuò)充指令的指令集目前已達(dá)到160條左右，包括最基

62、本的運(yùn)算、比較、應(yīng)用、邏輯控制等指令，還支持高速脈沖、高速計(jì)數(shù)、三角/反三角函數(shù)運(yùn)算、位置控制、運(yùn)動(dòng)控制、圓弧差補(bǔ)等指令。</p><p>　　12、方便易用，更人性化設(shè)計(jì)的編程軟件XCP Pro</p><p>　　13、XCM系列的隨動(dòng)功能</p><p>　　XCM作為運(yùn)動(dòng)控制的專用機(jī)型，其性能具有其他系列無法比擬的優(yōu)勢，XCM的隨動(dòng)指令Follow可以將輸入

63、的高速脈沖做等比例的放大或縮小，然后從Y0，Y1輸出。因此，輸出的頻率將隨著輸入的頻率做出相應(yīng)變化。</p><p><b>　　14、圓弧插補(bǔ)功能</b></p><p>　　圓弧插補(bǔ)是插補(bǔ)方式的一種，它是根據(jù)兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，計(jì)算出逼近實(shí)際圓弧的點(diǎn)群，控制刀具沿這些點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，加工出圓弧曲線的。XCM的圓弧插補(bǔ)分為順時(shí)針和逆時(shí)針兩種方式。</p>

64、<p><b>　　15、保密下載功能</b></p><p>　　XC系列PLC均具有保密下載功能，保密下載可以使用戶的程序和數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)無法上傳，程序無法破解，以此保護(hù)用戶的知識產(chǎn)權(quán)。</p><p><b>　　16、其他特色功能</b></p><p><b>　　PWM脈寬調(diào)制</b>

65、</p><p>　　XC系列PLC中的PWM指令，可實(shí)現(xiàn)脈寬的調(diào)制，利用此功能可對變頻器、直流電機(jī)進(jìn)行控制。</p><p><b>　　頻率測量</b></p><p>　　XC系列PLC中的FQRM指令可對頻率進(jìn)行測量。</p><p><b>　　精確定時(shí)</b></p>&l

66、t;p>　　精確定時(shí)，是指以1ms為單位的32位定時(shí)器，可對精確定時(shí)進(jìn)行讀取操作，此外支持精確定時(shí)中斷功能</p><p>　　3.2 變頻器的選擇</p><p>　　變頻器的選擇主要需要考慮一下幾個(gè)方面：</p><p>　　1） 變頻器及被控制的電機(jī)。電機(jī)的磁極對數(shù)一般不多于2為宜，否則變頻器的容量應(yīng)該適當(dāng)增大。為減少主電源穩(wěn)壓器干擾,在中間電路或變頻器

67、輸入電路中增加電抗器,或安裝前置隔離變壓器。一般當(dāng)電機(jī)與變頻器距離超過50m時(shí),應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護(hù)電纜。</p><p>　　2） 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用。主要考慮變頻器的工作環(huán)境，如溫度、濕度、粉塵、酸堿度等因素。常見的變頻器結(jié)構(gòu)有敞開型、封閉型和密閉型三種。敞開型主要可裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤、架上，尤其適于多臺(tái)變頻器集中使用時(shí)選用,但環(huán)境條件要求較高。封閉型適于一般用途,可有少

68、量粉塵或少許溫度、濕度的場合。密閉型則可適應(yīng)與環(huán)境差的場合。</p><p>　　3） 容量的選擇。變頻器容量選定過程，實(shí)際上是一個(gè)變頻器與電機(jī)的最佳匹配過程，最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機(jī)的額定功率，但實(shí)際匹配中要考慮電機(jī)的實(shí)際功率與額定功率相差多少，通常都是設(shè)備所選能力偏大，而實(shí)際需要的能力小，因此按電機(jī)的實(shí)際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過大，使投資增大。對于輕負(fù)載類，變頻器電流

69、一般應(yīng)按1.1In(In為電動(dòng)機(jī)額定電流)來選擇，或按廠家在產(chǎn)品中標(biāo)明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的最大電機(jī)功率來選擇。</p><p>　　4） 控制方式。目前常見的有兩種，一種是早期的V/F控制，另外一種就是現(xiàn)在的矢量控制。這兩種控制方式的主要區(qū)別在于：第一，控制精度。矢量控制是閉環(huán)控制，因此，控制精度較高，而V/F控制屬于開環(huán)控制，其控制精度相對于矢量控制來講，要低一些。第二，就是低頻扭矩。這主要看負(fù)載

70、的慣性，如果負(fù)載的慣性較大，而且需要長期低頻運(yùn)轉(zhuǎn)的話，就要選用矢量控制的變頻器，所謂的低頻，一般是指小于等于10Hz。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中所采用的電機(jī)較小，控制精度要求不高，所以可采用V/F控制的容量較小的變頻器。由于小車只在兩種速度下運(yùn)行，對變頻器變頻的要求也不高。選擇信捷VB5-20P7變頻器，其具體參數(shù)如表所示。</p><p>　　產(chǎn)品外形及尺寸（單位：mm）</p

71、><p>　　3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，運(yùn)料小車的電機(jī)選擇也是一個(gè)很重要的方面。由于在小車的自動(dòng)運(yùn)行過程中，小車要經(jīng)過多次的加減速問題，因此在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要注意對啟停性能方面的側(cè)重要求</p><p>　　3.3.1 正確選用電機(jī)的基本原則</p><p>　　為了更好的達(dá)到運(yùn)料小車在運(yùn)行過程中的功率要求，在選擇電

72、動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動(dòng)對象選擇電動(dòng)機(jī)，要求電源電壓與電動(dòng)機(jī)額定電壓相符。并且還要考慮到安裝地點(diǎn)和工作環(huán)境，選擇各種型式的電動(dòng)機(jī)</p><p>　　1) 首先根據(jù)工作情況的要求，確定電壓的的大小，選擇高壓的380V，還是選擇低壓的220V。</p><p>　　2） 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、啟動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速及其它控制性能應(yīng)滿足機(jī)械特性和生產(chǎn)工藝過程的要求，電動(dòng)機(jī)工作過程中對

73、電源供電質(zhì)量的影響（如電壓波動(dòng)、諧波干擾等），應(yīng)在容許的范圍內(nèi)；</p><p>　　3） 按預(yù)定的工作制、冷卻方法基輔在情況所確定的電動(dòng)機(jī)功率，電動(dòng)機(jī)的溫升應(yīng)在限定的范圍內(nèi)；</p><p>　　4） 根據(jù)環(huán)境條件、運(yùn)行條件、安裝方式、傳動(dòng)方式，選定電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、安裝、防護(hù)形式，保證電動(dòng)機(jī)可靠工作；</p><p>　　5） 綜合考慮一次投資以及運(yùn)行費(fèi)用，整個(gè)驅(qū)動(dòng)

74、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、合理、可靠和安全。</p><p>　　3.3.2 小型異步電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)中的運(yùn)料小車結(jié)構(gòu)比較小，因此在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，首先要考慮的就是選擇結(jié)構(gòu)比較小的電動(dòng)機(jī)，因此在該設(shè)計(jì)中，選擇結(jié)構(gòu)比較小的異步電動(dòng)機(jī)。在控制上，由于小車需要載著物料不斷的自行移動(dòng)，因此，在電源控制上選擇由電纜輸送的電源控制方法。由于運(yùn)料小車主要是在變頻器的控制下，基于PLC

75、進(jìn)行速度的控制，因此對電動(dòng)機(jī)的速度變化方面的要求不是很高，關(guān)注點(diǎn)主要集中在結(jié)構(gòu)和功率的方面。</p><p>　　小型三相異步電動(dòng)機(jī)，通常包括H80-315MM的電機(jī)，其產(chǎn)量大、用途廣，在電網(wǎng)的總負(fù)荷中，它的用電量為40%左右。六十年代初流行的為JO2系列電動(dòng)機(jī)，該系列電機(jī)的功率等級、安裝尺寸與國際市場上的通用標(biāo)準(zhǔn)不同，另外該電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低和缺乏噪聲控制指標(biāo)，因此現(xiàn)在我國現(xiàn)在使用的電機(jī)為Y系列電機(jī)。該電機(jī)堅(jiān)固耐

76、用、安全可靠因此使用范圍越來越廣。然而有些用戶使用的電機(jī)年損壞率高5%，究其原因多半是選型不當(dāng)、使用不妥、保護(hù)不善的緣故。</p><p>　　小型異步電動(dòng)機(jī)可分為：基本系列、派生系列和專用系列。 </p><p>　　1） 基本系列：使用范圍廣、生產(chǎn)量大，是一種通用電機(jī)，如Y系列（IP44）小型三相異步電動(dòng)機(jī)。 </p><p>　　2） 派生系列：按照不同的使用

77、要求，在基本系列的基礎(chǔ)上做了部分改動(dòng)，另部件與基本系列有較高的通用性和一定程度的統(tǒng)一性。派生系列有電氣派生（如高效電機(jī)，YX系列）、結(jié)構(gòu)派生（如繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)YR系列）、特殊環(huán)境派生（隔爆型電動(dòng)機(jī)，YB系列）等幾種。 </p><p>　　3） 專用系列：與一般用途不同，具有特殊使用要求和特殊防護(hù)條件系列，如YZ、YZR冶金及起重用異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　a 基本系列技術(shù)參數(shù)

78、</p><p>　　1）外殼防護(hù)結(jié)構(gòu)型式 </p><p>　　Y系列小型三相異步電動(dòng)機(jī)基本系列 有IP23、IP44兩種外殼防護(hù)等級。IP23的含義是：IP－表示防護(hù)等級的標(biāo)志符號，后面的兩位數(shù)字的要求如下：第一位數(shù)字，能防止手指接觸及機(jī)殼內(nèi)帶電或轉(zhuǎn)動(dòng)部分，能防止直徑大于12MM的小固體異物進(jìn)入；第二位數(shù)字，與沿垂直線成60度或小于60度的淋水對電機(jī)應(yīng)無有害影響。</p>

79、<p>　　圖3-2 小型異步電動(dòng)機(jī)Y系列IP44型電動(dòng)機(jī)</p><p>　　由于電動(dòng)機(jī)需要安裝在運(yùn)料小車上，所以在結(jié)構(gòu)上要首先滿足結(jié)構(gòu)尺寸上的要求，下面是該型號電動(dòng)機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座號、功率及轉(zhuǎn)速對應(yīng)表如表3-2。</p><p>　　2） 安裝結(jié)構(gòu)及型式 </p><p>　　Y系列電動(dòng)機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)，分為地腳安裝、用地腳附帶凸緣端蓋安裝和用一個(gè)凸緣

80、端蓋安裝等三種。根據(jù)三種基本安裝結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)的安裝型式又分為臥式安裝或立式安裝和輸出軸伸向上或向下，即B3、B35、B5、V1、V15等安裝方式。在該設(shè)計(jì)中，小電機(jī)是通過螺栓連接在運(yùn)料小車的底部。小車的底部開了一個(gè)遮護(hù)的槽，把小型電動(dòng)機(jī)裝置在這個(gè)槽內(nèi)，在車底部利用電鉆，鉆出一定數(shù)量的螺栓孔，電動(dòng)機(jī)就在這里通過螺栓的連接，與小車連為一體，與運(yùn)料小車一起向前移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的輸出端是一個(gè)皮帶輪，通過電動(dòng)機(jī)上的皮帶輪，帶動(dòng)主動(dòng)軸上的帶輪旋轉(zhuǎn)，從而

81、推動(dòng)小車向前移動(dòng)。關(guān)于皮帶輪的選取，現(xiàn)在已經(jīng)有很多型號的皮帶輪可供選擇，可以根據(jù)具體的工程需要，選擇合適的皮帶。在該設(shè)計(jì)方案中，由于小車有不斷的啟動(dòng)和停止過程，中間還有可能會(huì)因?yàn)橹T如軌跡等的問題發(fā)生過載現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)中充分考慮到這一點(diǎn)，選擇皮帶傳輸方式，一方面工藝上容易實(shí)現(xiàn)，另一方面，可以很好的實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 </p><p><b>　　3） 冷卻方式 </b></p>&l

82、t;p>　　Y系列電機(jī)基本是靠周圍空氣來循環(huán)冷卻。因?yàn)檫\(yùn)料小車在運(yùn)行過程中需要不斷地啟動(dòng)和停止，在這一過程中，會(huì)有比較大的熱量產(chǎn)生，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也要注意電動(dòng)機(jī)的散熱問題，從而能夠讓小車一直以比較高效的狀態(tài)運(yùn)行。</p><p>　　Y系列IP44三相異步電機(jī)在運(yùn)行過程中內(nèi)部損耗（鐵損、銅損、機(jī)械損耗）產(chǎn)生的熱量全部傳遞到電機(jī)表面，通過安裝在主軸的伸端的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)周圍空氣連續(xù)吹拂電機(jī)表面，帶走上述熱量，達(dá)

83、到冷卻電機(jī)的目的。 在該設(shè)計(jì)中，冷卻的時(shí)候是通過散熱風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)成后開口的方案，這樣可以使得小車在移動(dòng)的過程中，可以最大程度的實(shí)現(xiàn)散熱問題。</p><p>　　表3-2 Y系列IP44型電動(dòng)機(jī)機(jī)座號、功率及轉(zhuǎn)速對應(yīng)表</p><p>　　b 電動(dòng)機(jī)額定功率的計(jì)算</p><p>　　在選擇電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電動(dòng)機(jī)，如果容量選

84、擇過小，就會(huì)發(fā)生長期過載現(xiàn)象，影響電動(dòng)機(jī)壽命甚至燒毀。如果容量選擇過大，電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率不能充分利用，功率因數(shù)也不高。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率是隨著負(fù)載變化的。為了選擇合適的電動(dòng)機(jī)，需要結(jié)合實(shí)際的工作情況，對電動(dòng)機(jī)的輸出功率做一定的計(jì)算，從而更加準(zhǔn)確合理的選擇電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)的功率可以由下面的公式求出。</p><p>　　P=P1/η1η </p>

85、;<p>　?。?-1）式中:P－電動(dòng)機(jī)的功率(KW);P1－生產(chǎn)機(jī)械功率(KW);</p><p>　　η1－生產(chǎn)機(jī)械本身效率;η－電動(dòng)機(jī)效率。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中的生產(chǎn)機(jī)械是運(yùn)料小車，它的功率是由小車一次可以運(yùn)載的貨物重量決定的。在該設(shè)計(jì)中，假定小車每次可以運(yùn)送的貨物重量每次不超過100公斤，那么小車的功率最大不超過0.5KW。由于摩擦等的存在，電動(dòng)機(jī)等的效率

86、最高不會(huì)超過0.8。由上述公式可得出，電動(dòng)機(jī)的功率大約為0.78 KW，因此可以選擇功率為1.1 KW的80 1型號的電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　3.4 旋轉(zhuǎn)編碼器 </p><p>　　旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到

87、幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。</p><p>　　3.4.1 工作原理</p><p>　　由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對于

88、一個(gè)周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。</p><p>　　由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。</p><p>　　編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通

89、和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。</p><p>　　分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。</p><p>　　信號輸出:信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,

90、集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動(dòng)（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。</p><p>　　信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。</p><p>　　如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測速。&l

91、t;/p><p>　　A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測速</p><p>　　A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量</p><p>　　A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，電流對于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。</p><p>　　對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼

92、器，信號傳輸距離可達(dá)150米。</p><p>　　對于HTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)300米。</p><p>　　其與PLC的接線如下圖所示：</p><p>　　3.4.2旋轉(zhuǎn)編碼器的參數(shù)</p><p>　　型號：ZKE4008全空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器</p><p><b>　　3.

93、5 行程開關(guān)</b></p><p><b>　　a 行程開關(guān)概述</b></p><p>　　行程開關(guān)，是位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的碰撞使其觸頭動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位置或行程，使運(yùn)動(dòng)機(jī)械按一定位置或行程自動(dòng)停止、反向運(yùn)動(dòng)、變速運(yùn)動(dòng)或自

94、動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)等。</p><p>　　在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。構(gòu)造：由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。</p><p>　　圖3-2 行程開關(guān)的表示符號</p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝在生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)

95、電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。</p><p>　　行程開關(guān)被廣泛應(yīng)用在各工業(yè)部門的各種生產(chǎn)機(jī)械的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中如組合機(jī)床和自動(dòng)線。少者用幾個(gè)兒十個(gè)，多者可達(dá)上百個(gè)。若其中任何一個(gè)發(fā)生故障或損壞, 都會(huì)迫使生產(chǎn)機(jī)械停下來。所以, 行程開關(guān)的運(yùn)行好壞, 直接影響到生產(chǎn)機(jī)械的開動(dòng)率和產(chǎn)品質(zhì)量。近幾年來, 集成電路控制裝置逐漸增多, 在這種控制系統(tǒng)中,

96、 由于采用集成電路, 控制裝置本身的故障率大大下降, 而行程開關(guān)的可靠性問題卻變得突出了。因此, 如何正確選擇和使用行程開關(guān)是一個(gè)值得重視的問題。</p><p>　　b 行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)種類</p><p>　　行程開關(guān)主要包括以下兩種結(jié)構(gòu)：</p><p><b>　　1）滾輪式行程開關(guān)</b></p><p>　　

97、當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的擋鐵塊(撞擊塊)壓到行程開關(guān)的滾輪上時(shí)，傳動(dòng)桿連同轉(zhuǎn)軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)，使凸輪推動(dòng)撞塊，當(dāng)撞擊塊碰壓到一定位置時(shí)，推動(dòng)微動(dòng)快速動(dòng)作。當(dāng)滾輪上的擋鐵塊被移開后，復(fù)位彈簧就使行程開關(guān)復(fù)位。這種是單輪自動(dòng)恢復(fù)式行程開關(guān)。而雙輪旋轉(zhuǎn)式行程開關(guān)不能自動(dòng)復(fù)原，它是依靠運(yùn)動(dòng)機(jī)械反向移動(dòng)時(shí)，擋鐵塊碰撞另一滾輪將其復(fù)原。 </p><p>　　當(dāng)被控機(jī)械上的撞擊塊撞擊帶有滾輪的撞桿時(shí)，撞桿轉(zhuǎn)向右邊，帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，頂下推桿，使微

98、動(dòng)開關(guān)中的觸點(diǎn)迅速動(dòng)作。當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)械返回時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下，各部分動(dòng)作部件復(fù)位。 </p><p>　　2）微動(dòng)式的行程開關(guān)　</p><p>　　微動(dòng)式的行程開關(guān)主要包括推桿、彈簧、壓縮彈簧、動(dòng)斷觸點(diǎn)、動(dòng)合觸點(diǎn).它的作用原理和滾輪式行程開關(guān)類似，只是在受到很小的撞擊以后，就會(huì)發(fā)生動(dòng)作，動(dòng)作反應(yīng)過程比較靈敏。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，用到了比較多的行程開關(guān)

99、，在選擇的時(shí)候，考慮到作用效果和實(shí)際工況，選擇以微動(dòng)式的行程開關(guān)為主。</p><p><b>　　3.6 人機(jī)界面</b></p><p>　　3.6.1 基本概念</p><p>　　人機(jī)界面是指人和機(jī)器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說人機(jī)結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機(jī)器的硬接觸和軟觸，此結(jié)合面不僅包括點(diǎn)線

100、面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機(jī)結(jié)合面是人機(jī)系統(tǒng)中的中心一環(huán)節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機(jī)工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段措施安全人機(jī)學(xué)。它實(shí)現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。凡參與人機(jī)信息交流的領(lǐng)域都存在著人機(jī)界面?，F(xiàn)在大量運(yùn)用在工業(yè)與商業(yè)上，簡單的區(qū)分為“輸入”（Input）與“輸出”（Output）兩種，輸入

101、指的是由人來進(jìn)行機(jī)械或設(shè)備的操作，如把手、開關(guān)、門、指令（命令）的下達(dá)或保養(yǎng)維護(hù)等，而輸出指的是由機(jī)械或設(shè)備發(fā)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等，好的人機(jī)接口會(huì)幫助使用者更簡單、更正確、更迅速的操作機(jī)械，也能使機(jī)械發(fā)揮最大的效能并延長使用壽命，而目前市面上所指的人機(jī)接口則多界狹義的指在軟件人性化的操作接口上。</p><p>　　3.6.2 組成及工作原理</p><p>　　人機(jī)界

102、面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用不同的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運(yùn)行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運(yùn)行于PC機(jī)Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件（如JB－HMI畫面組態(tài)軟件）。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機(jī)和HMI 產(chǎn)品的

103、串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運(yùn)行。</p><p>　　3.6.3 規(guī)格型號：</p><p>　　第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 梯形圖的概述</p><p>　　梯形圖是使用的最多的圖形編程語言，被稱為PLC的第一編程語言。梯形圖與電氣控制的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被工廠電氣人

104、員掌握，特別適用于開關(guān)量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。</p><p>　　PLC梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等，但是它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲(chǔ)單元，（軟繼電器），每一個(gè)軟繼電器與PLC存儲(chǔ)器中映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對應(yīng)。該存儲(chǔ)單元為“1”狀態(tài)。則表示梯形圖中對應(yīng)軟繼電器線圈“通電”，通常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開，

105、稱這種狀態(tài)時(shí)軟繼電器的“1”或“ON”狀態(tài)。如果該存儲(chǔ)單元為“0”狀態(tài)，對應(yīng)軟繼電器的線圈和觸點(diǎn)的狀態(tài)與上述相反，稱該軟繼電器為“0”或“OFF”狀態(tài)，使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。</p><p>　　梯形圖兩側(cè)的公共線稱為母線（Bus bar），在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線(左母線和右母線)之間有一個(gè)左正、右負(fù)的直流電源電壓，母線之間有“能流”，從

106、左向右流動(dòng)。右母線可以不畫出</p><p>　　4.2 運(yùn)料小車梯形圖程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 狀態(tài)流程圖</p><p><b>　　4.2.2 梯形圖</b></p><p>　　4.2.3 輸入輸出表</p><p>　　4.2.4 觸摸屏操作畫面編輯</p>

107、<p>　　4.2.5 硬件外部接線圖</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b></p><p>　　本文主要進(jìn)行了基于PLC控制的運(yùn)料小車的運(yùn)動(dòng)控制的設(shè)計(jì)。運(yùn)料小車一般是用在焦化廠等工業(yè)領(lǐng)域的設(shè)備，它的突出特點(diǎn)就是要求能在兩個(gè)相距不太遠(yuǎn)的工藝地點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的物料傳送功能。但是，所謂運(yùn)料小車并不一定就是小車的形狀，它可以根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品的種類，設(shè)計(jì)

108、成漏斗狀的盒子或者小的平臺(tái)，只要在它的下面安裝一個(gè)負(fù)責(zé)控制的PLC單元和一個(gè)帶動(dòng)行走部件的電機(jī)，即可統(tǒng)稱為運(yùn)料小車。小車的行走距離一般比較短，從幾米到幾十米不等，這個(gè)根據(jù)物料的生產(chǎn)工藝確定。整個(gè)運(yùn)料周期可根據(jù)產(chǎn)量進(jìn)行調(diào)整，載料小車的運(yùn)行模式通過主令控制器和PLC來實(shí)現(xiàn)，速度變化通過改變變頻器的頻率來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，智能主令控制器還將檢測到的料車位置以模擬信號形式送給PLC，PLC再將這些信號送給上位機(jī)，通過編程軟件在上位機(jī)動(dòng)態(tài)畫面上顯示出料

109、車的位置和狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對運(yùn)料過程的監(jiān)視和在線控制。</p><p>　　本文在運(yùn)料小車的控制設(shè)計(jì)方面，圍繞著以下幾個(gè)方面做了比較詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)研究：</p><p>　?。?）首先通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，在掌握目前工廠里運(yùn)料小車的實(shí)際工作情況的前提下，規(guī)劃了整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程。為了滿足工藝流程的需要，隨后進(jìn)行了小車運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)，小車運(yùn)動(dòng)方式的設(shè)定等工作，最大程度的滿足了小車工藝流程的需要。&