基于PLC的自動電鍍槽控制系統(tǒng)

1、 電鍍槽控制畢業(yè)設計 畢業(yè)設計題目：電鍍槽控制專業(yè)：電氣自動化?？粕?（簽名）指導教師： （簽名）摘要本文介紹了利用可編程序控制器對某電鍍行車的工作過程進行控制的方法，簡化了控制系統(tǒng)的接線，克服了電磁繼電器動作時間長、觸點抖動的缺點，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。重點分析了其工作特性，并給出了系統(tǒng)控制的接線圖。利用plc實現(xiàn)對電鍍生產線的系統(tǒng)控制，使系統(tǒng)具有很強的適應能力，可方便完成自動，手動拉制和相互之間的切換；整個程序采用結構化的設計方法，具有調試方便，維護簡單，移植性好的優(yōu)點。實現(xiàn)了電鍍生產自動化，提高了生產效率，降低了勞動強度。關鍵詞：自動電鍍生產線 plc控制 可編程控制器gradu

2、ation design topic: electroplating bath tank control specialized: electrical automation junior college student： (signature) supervising teacher： (signature) abstractthis article describes the use of programmable logic controller to control the traffic of an electroplating process approach simplifies

3、 the connection of the control system, overcome the action of electromagnetic relay for a long, contact disadvantages of jitter, improved system reliability and flexibility. focus on analysis of the characteristics of its work, and provides system control wiring diagram. electroplating production li

4、ne by using plc control system, the system has a strong ability to adapt, to facilitate complete automatic, manual drawing and switch between each other; the entire program uses a structured design method, with easy to debug, easy maintenance, benefits of transplantation is good. achieved electropla

5、ting production automation, improve productivity, reduce labor intensity. keywords: galvanizes the production line automatically plc control programmable controller目錄摘要i目錄iii第1章 緒論1第2章 plc的發(fā)展及分類22.1 plc的發(fā)展和歷史趨勢22.2 plc的分類32.2.1 按i/o點數分類32.2.2 按功能分類32.3 plc系統(tǒng)組成及各部分的功能3第3章 plc的原理53.1 可編程控制器的等效電路53.1.1

6、 存儲程序控制與可編程序控制器53.1.2 可編程序控制器的等效電路63.2 plc的掃描技術83.2.1 掃描工作方式83.2.2 掃描工作過程93.2.3 掃描周期的計算103.3 plc的i/o響應時間103.3.1 改變信息刷新方式113.3.2 采用中斷技術113.3.3 調整輸入濾波器123.4 plc的硬件系統(tǒng)12第4章 設計簡介164.1 電鍍行車控制系統(tǒng)的種類164.1.1 繼電接觸器控制系統(tǒng)164.1.2 可編程序控制器控制系統(tǒng)164.2 電鍍行車控制系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀174.3 課題的內容和工藝要求174.4 工作過程分析18第5章 電鍍行車控制系統(tǒng)的總體方案205.1 電

7、鍍行車概述205.1.1 電鍍行車的用途205.1.2 電鍍行車的基本組成結構205.1.3 電鍍行車的工作原理205.2 對電鍍行車控制系統(tǒng)的設計要求205.2.1 對工作方式的設計要求205.2.2 對全機控制的設計要求215.2.3 對控制系統(tǒng)保護的要求215.2.4 對信號顯示和故障報警的設計要求215.3 方案比較225.3.1 繼電器、plc電路圖電路分析225.3.2 plc與繼電器的優(yōu)缺點225.3.3 plc的選用25第6章 plc在電鍍生產線上的應用設計266.1 工藝要求266.2 控制流程266.2.1 行車自動工作控制過程如下276.3 拖動系統(tǒng)設計286.4 plc

8、的選型296.5 plc輸入/輸出地址對照表306.6 電鍍生產線plc控制梯形圖306.6.1 電鍍生產線plc控制梯形圖程序356.6.2 梯形圖程序38結論40致謝41參考文獻4242第1章 緒論一件電鍍產品的質量除了要有好的成熟的電鍍工藝和品質好的鍍液添加劑外，如何保證電鍍產品嚴格按照電鍍工藝流程運行和保證產品的電鍍時間則是決定電鍍產品質量和品質的重要因素。在電鍍生產線上采用自動化控制不但可以使電鍍產品的質量和品質得到嚴格的保證，有效的減少廢品率，而且還可以提高生產效率和減輕工人的勞動強度，有著非常好的經濟效益和社會效益，電鍍生產線上對行車的自動控制則是電鍍生產線自動化控制的關鍵。電鍍

9、生產線按照其工藝要求和規(guī)模一般設計有兩臺行車、三臺行車和四臺行車工作，每臺行車都根據已編制好的各自的程序運行；對于行車的自動控制，早期是采用繼電器邏輯電路和順序控制器，發(fā)展至今其控制方式已采用可編程控制器plc作為核心控制部件，其控制更為安全、可靠、方便、靈活，自動化程度更高?？删幊炭刂破魇?0年代以來，計算機迅速發(fā)展在工業(yè)控制領域對順序控制有著重大意義的一種新興技術，由于它編程直接，方便，抗干擾能力強，工業(yè)控制中幾乎所有的順序控制都可簡單地由它完成，因而其應用愈來愈廣泛。電動行車是現(xiàn)代化生產中用于物料輸送的重要設備，傳統(tǒng)的控制方式下，大都采用人工操縱的半自動控制方式，在許多場合，為了提高工作

10、效率，促進生產自動化和減輕勞動強度，往往需要實現(xiàn)電動行車的自動化控制，實現(xiàn)自動化控制，可以使行車能夠按照預定順序和控制要求，自動完成一系列的工作。本文介紹了電鍍車間的電鍍專用行車，利用plc構成一套自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電鍍專用行車的自動控制過程。第2章 plc的發(fā)展及分類2.1 plc的發(fā)展和歷史趨勢二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器（programmable logic controller，plc）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，plc得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應用。同時，plc的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，pl

11、c在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的plc不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產品，plc在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內的plc年增長率保持為20%30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和plc市場容量基數的不斷擴大，近年來plc在工業(yè)發(fā)達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發(fā)展中國家plc的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球plc的銷售收入為100億美元左右，在自動化領域占據著十分重要的位置。 plc是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀七十年代的plc只有開關量邏輯控制，首先

12、應用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入plc的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。plc的cpu內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執(zhí)行一步該計數器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為end指令），然后再返回起始步循環(huán)運算。plc每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的plc，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。plc用梯形圖編程，在解算邏輯方

13、面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1k邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型plc使用另外一個cpu來完成模擬量的運算。把計算結果送給plc的控制器。相同i/o點數的系統(tǒng)，用plc比用dcs，其成本要低一些（大約能省40%左右）。plc沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比dcs要低很多。一個plc的控制器，可以接收幾千個i/o點（最多可達8000多個i/o）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用plc較為合適。plc由于采用通用軟件，在設計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來，隨著plc價格的不

14、斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用plc進行控制，plc在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發(fā)展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內plc在我國仍將保持高速增長勢頭。2.2 plc的分類plc產品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對plc的分類可以根據結構、功能的差異等進行大致分類。2.2.1 按i/o點數分類plc按其i/o點數多少一般可分為以下4類：（1）微型plc：i/o點數小于64點的plc為超小型或微型plc。（2）小型plc：i/o點數為256點以下，用戶程序存儲容量小于8kb的為小型plc。（3）中型plc：i/o點數在5122048點之間的為中

15、型plc。（4）大型plc：i/o點數在2048點以上的為大型plc。2.2.2 按功能分類根據plc所具有的功能不同可將plc分為低檔、中檔、高檔3類。（1）高檔plc：除具有中檔plc的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、函數、表格、crt可編程控制器原理與應用顯示、打印和更強的通信聯(lián)網功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網絡控制系統(tǒng),實現(xiàn)工廠自動化。（2）中檔plc：除具有低檔plc的功能外，還具有較強的模擬量i/o、算術運算、數據傳送和比較、數制轉換、遠程 i/o、子程序、通信聯(lián)網等功能。有些還可增設中斷控制、pid(比例、積分、微分控制)控制等功能，以適用于復雜控制系統(tǒng)。（3

16、）低檔plc：具有邏輯運算、定時、計數、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量的模擬量i/o、算術運算、數據傳送和比較、通信等功能。2.3 plc系統(tǒng)組成及各部分的功能1 cpu運算和控制中心它在整個系統(tǒng)中起“心臟”作用。 2 存儲器 具有記憶功能的半導體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。 系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、rom組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。 用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數據存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（ram）組成。3 輸入/輸出接口(1) 輸入接口： 輸入接口電路工作過程：

17、當開關合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。向內部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開關信號轉化成plc內部所能接受的數字信號。(2) 輸出接口 輸出接口工作過程：當內部電路輸出數字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內部電路輸出數字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內部的數字電路化成一種信號使負載動作或不動作。第3章 plc的原理可編程控制器都是以微處理器為核心的結構，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的

18、作用，更要靠軟件的支持。實際上可編程控制器就是一種新型的工業(yè)控制計算機。3.1 可編程控制器的等效電路3.1.1 存儲程序控制與可編程序控制器 隨著集成電路和計算機技術的迅猛發(fā)展，存儲控制程序逐步替代接線程序控制，成為工業(yè)控制系統(tǒng)的主流發(fā)展方向。所謂程序控制，就是將控制邏輯程序語言的形式存放在存儲器中，通過執(zhí)行存儲器中的程序實現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。這樣的系統(tǒng)稱為存儲程序控制系統(tǒng)。在存儲程序控制系統(tǒng)中，控制程序的修改不需要改變控制器內部的接線，而只需通過編程器中的某些程序語言內容。 可編程控制器就是一種存儲程序控制器。其輸入設備和輸出設備與繼電器控制系統(tǒng)相同，但它們直接連接到可編程控制器的輸入端子和

19、輸出端子。如圖3-1所示。在可編程控制器構成的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)一個控制任務，同樣需要針對具體的控制對象，分析控制系統(tǒng)要求，確定所需用戶的輸出輸入設備，然后運行相應的程序語言便指出相應的程序，利用編程器和其他設備寫入可編程控制器的存儲器中。每條程序語言確定一個順序，運行時cpu一次讀取查出其中的程序語句，對它們的內容解釋并加以執(zhí)行；執(zhí)行結果用以輸出設備，兩支被控制對象工作。可編程控制器時通過軟件實現(xiàn)控制邏輯的，能夠使用不同控制人物的需要，通用性強，使用靈活，可靠性強。輸入設備（開關、傳感器）輸出設備（接觸器、電磁閥）plc內部控制電路控制對象（電動機等）圖3-1 plc構成的存儲程序控制系統(tǒng)3.

20、1.2 可編程序控制器的等效電路由圖3-1可知，可編程控制器構成的存儲程序控制系統(tǒng)。由如下三個部分組成。 輸入設備：連接到可編程控制器的輸入端，它們直接接收來自操作臺命令或來自被控制對象的各種狀態(tài)信息，產生輸入控制信號送入可編程控制器。常用的輸入設備包括控制開關和傳感器。控制開關可以是按鈕開關、限位開關、行程開關。光電開關、繼電器和接觸器的接點等。傳感器包括各種數字式模擬式傳感器，如光柵位移式傳感器、磁尺、熱電阻。熱電偶等。 可編程控制器內部控制電路：采用大規(guī)模集成電路制作的微處理和存儲器，執(zhí)行按照被控制對象的實際要求編制并存入程序存儲器中的程序，完成控制任務。 輸出設備：與可編程控制器的輸出

21、端相連。它們用來將可編程控制器的輸出控制信號轉換為驅動被控制對象的工作信號。常用的輸出設備包括電磁開關、電磁閥、電磁繼電器、電磁離合器、狀態(tài)指示部件等。 輸入部分采集輸入信號，輸出部分就是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，這兩部分與繼電器控制系統(tǒng)相同。plc內部控制電路是由編程實現(xiàn)的邏輯電路，用軟件編程代替繼電器等功能。對于使用者來說，在編制應用程序時，可以不考慮微處理器和存儲器復雜構成及使用的計算機語言，而把plc看成內部由許多“軟繼電器”組成的控制器，用近似繼電器控制電路圖的編程語言進行編程。這樣從功能上講就可以把plc的控制部分看做是由許多“軟繼電器”組成的等效電路，這些“軟繼電器”的線圈、常開接點、常閉

22、接點一般用圖3-2符號表示，plc的等效電路如圖3-3所示。 線圈 常開接點 常閉接點圖3-2軟繼電器的線圈和接點下面對plc等效電路的各組部分作簡要分析。用戶輸入設備輸出接點負載電源輸出公共端內部“軟接線”輸入公共端限位開關com輸入繼電器線圈繼電器接點繼電器線圈輸入端按鈕輸入回路內部控制電路輸出電路圖3-3 plc等效電路1 輸入回路這一部分由外部輸入電路、plc輸入接線端子和輸入繼電器組成。外部輸入信號經plc輸入接線端子驅動輸入繼電器。一個輸入對應一個等效電路中的輸入繼電器，它可提供任意個常開和而常閉接點，供plc內部控制接通即表示傳送給plc一個接通的輸入信號，因此習慣上經常將兩者等

23、價使用。輸入回路的電源可用plc電源部件提供的直流電壓，也可由獨立的交流電源供電。2 內部控制電路這部分電路是由用戶程序形成的。它的作用是按照規(guī)定的邏輯關系，對輸入信號和輸出信號的狀態(tài)進行運算、處理和判斷，然后得到相應的輸出。用戶程序通常采用梯形圖編寫，梯形圖在形式上類似與繼電器控制原理圖，兩者在電路結構及線圈與節(jié)點的控制關系上大致相同。3 輸出回路 輸出部分由于內部控制電路隔離的輸出繼電器的外部常開觸點、輸出接線端子和外部電路組成，用來驅動外部負載。 plc內部控制電路中有許多輸出繼電器。每個輸出繼電器除了有內部控制電路提供編程用的常開、常閉節(jié)點外，還為輸出電路提供一個常開節(jié)點與輸出接線端相

24、連。驅動外部負載的電源由用戶提供。在plc的輸出端子排上，由接輸出電源用的公共端。 需要注意的是，plc等效電路中的繼電器并不是實際的物理繼電器，它實際上是存儲器針對每一位觸發(fā)器。該觸發(fā)器為“1”態(tài)，則相當與繼電器接通；該觸發(fā)器為“0”態(tài)，則相當于繼電器斷開。在plc提供的所有繼電器中，輸入繼電器用來反應輸入設備的狀態(tài)，也可以將其他看成是輸入信號本身；輸出繼電器用來直接驅動用戶輸出設備，而其他幾電氣與用戶設備沒有聯(lián)系，在控制程序中僅起傳導中將信號的作用，因此統(tǒng)稱為內部繼電器，如輔助繼電器、頁數繼電器、計時器、計數器等。plc的所有繼電器統(tǒng)稱plc的元素。3.2 plc的掃描技術3.2.1 掃描

25、工作方式plc靠執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制要求。為了便于程序執(zhí)行，在存儲器中設置輸入映象寄存器區(qū)和輸出映像寄存器區(qū)（或統(tǒng)稱i/o映像區(qū)），分別存放執(zhí)行程序之前的個輸入狀態(tài)和執(zhí)行過程這個結果的狀態(tài)。plc對用戶程序的執(zhí)行是以喜歡掃描方式進行的。所謂掃描，只不過是一種現(xiàn)象的說法，用戶描述cpu對程序順序、分時操作的過程。掃描從第0號存儲地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉控制的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條掃描用戶程序，也就是順序執(zhí)行程序，直到程序結束，即完成一個掃描周期，然后再從頭開始執(zhí)行用戶程序，并周而復始的重復。由于cpu的運算處理速度很高，使得從外觀上看，用戶程序幾乎是同時執(zhí)

26、行的。 plc的掃描工作方式同傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)明顯不同。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行的方式；在執(zhí)行過程中，如果一個繼電器的線圈通電，哪么該機電器的所有常開和常閉觸點，無論處在控制線路的什么位置，都會立即動作：其常開觸點閉合，常閉觸點打開。而plc采用循環(huán)掃描控制程序的工作方式；在plc的工作過程中，如果某個軟繼電器的線圈接通，該線圈的所有常開和常閉接點，并不一定都會立即動作，只有cpu掃描到該節(jié)點時才會動作：其常開接點閉合，常閉接點打開。3.2.2 掃描工作過程plc開始運作時，首先清除i/o映像的內容，然后進行自診斷，自檢cpu及i/o組件，確定正常后開始循環(huán)掃描。每個掃描過程分為三個階

27、段進行，即輸入采樣、重新執(zhí)行、輸出刷新。plc重復執(zhí)行上述三個階段，每重復一次的時間就是一個工作周期（或掃描周期），如圖3-4所示：輸入采樣程序執(zhí)行輸出刷新 圖3-4 plc工作周期的三個階段1 輸入采樣階段在輸入采樣階段，plc以掃描方式按順序將所有輸入端的輸入信號狀態(tài)（“0”或“1”，表現(xiàn)在接線端上是否承受外加電壓）讀入輸入映像寄存器區(qū)。這個過程成為對輸入信號的采樣，或稱輸入刷新，接著轉入程序執(zhí)行階段。在輸入采樣階段結束后，即時輸入信號狀態(tài)發(fā)生改變，輸入映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)也不會發(fā)生改變。2 程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，在plc對程序按順序進行掃描，又稱程序處理階段。如果程序用梯形圖表示，

28、則總是按先上后下，先左后右的順序對由節(jié)點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算結果，刷新輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)ram區(qū)對應位的狀態(tài)。在程序執(zhí)行階段，只有輸入映像寄存器區(qū)存放的輸入采樣值不會發(fā)生改變，其他各種元素在輸出映像寄存器區(qū)或系統(tǒng)ram存儲器內的狀態(tài)和數據都有可能隨著程序的執(zhí)行隨時發(fā)生改變。值得注意的是，在程序的執(zhí)行過程中，排在上面的邏輯行被刷新后的邏輯線圈狀態(tài)或數據，會對排在下面的凡是用到這些邏輯線圈的接點或數據的邏輯行起作用，而排在下面的邏輯行，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據，只有等到下一個掃描周期才可以會對排在上面的邏輯行起作用。起原因就是因為掃描是從上到下順序進行的，前面執(zhí)行

29、的結果可能改變前面的掃描結果，只有到了下一個掃描周期再次掃描前面程序的時候才有可能起作用。如果程序中兩個操作相互用不到對方的操作結果，哪么這兩個操作的程序在整個用戶程序中的相對位置是無關緊要的。3 輸出刷新階段當程序執(zhí)行后，進入輸出刷新階段。此時，將輸出映像寄存器區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)轉存到輸出鎖存電路，再通過輸出端驅動用戶輸出設備（負載），這就是plc的實際輸出。3.2.3 掃描周期的計算 嚴格的來說，在plc的實際工作過程中，每個掃描周期除了前面所講的輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段外，還要進行自診斷、與外設（如編程器、上位計算機）通信等處理。即一個掃描周期還應包含自診斷及外設通信等

30、時間。一般來說，同型號的plc，其自診斷所需的時間相同，如三菱fx2系列機自診斷時間為0.96ms。通信時間的長度與鏈接等外設多少有關系，如果沒有連接外設，則通信時間為0.輸入采樣與輸出刷新時間取決于其i/o點數，而掃描用戶程序所程序所用的時間則與掃描速度及用戶程序長短有關。對于基本邏輯指令組成用戶程序，二者的乘積即為掃描時間。如果程序中包含用戶特殊指令，則還必須根據用戶手冊查表計算執(zhí)行這些特殊功能指令的時間。3.3 plc的i/o響應時間掃描操作是最基本的plc操作，也是plc區(qū)別與其他控制系統(tǒng)的典型的特征之一。它提供固定的邏輯判定順序，按指令的次序求解邏輯運算，而且每個運算的結果，顆粒機用

31、于后面的邏輯運算，消除了復雜電路的內部競爭，使用戶在編輯的時候，看不考慮繼電器動作延時，也用不著考慮這些繼電器的觸點數量。但plc采用集中i/o刷新方式，在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，即使輸入信號發(fā)生變化，輸入映像寄存器的內容也不會改變，不會映像本次掃描的結果；導致輸出信號變化滯后與輸入信號變化，這就產生了plc的輸入輸出響應滯后現(xiàn)象；最大滯后時間為2-3個掃描周期。產生輸入輸出響應滯后現(xiàn)象的原因除了plc的掃描工作方式外，還與輸入濾波器的滯后作用有關。為了提高plc的抗干擾能力，在每個開關量的輸入端都采用光電隔離和r-c濾波電路等技術，其中，r-c濾波電路的濾波常數一般為10-20ms。若p

32、lc采用繼電器輸出方式，輸出電路中的繼電器觸點的機械滯后作用，也是引起輸入輸出響應滯后現(xiàn)象的一個原因。 plc的這種滯后響應，在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)是完全允許的，但不能適應要求i/o響應速度快的實時控制場合。為此，近期的大、中、小型plc除了加快掃描速度，還在軟硬件上采取一些措施，以提高i/o的響應速度。在硬件方面，可選用快速響應模塊、高速計數模塊等。3.3.1 改變信息刷新方式1 i/o立即刷新 一般來說，在輸入采樣階段進行輸入刷新，在輸除刷新階段刷新輸出鎖存電路；在程序執(zhí)行節(jié)端，既不刷新輸入，又不刷新輸出。這種處理方式是導致輸入輸出滯后響應的主要原因。20世紀80年代中期以來，幾乎所有的pl

33、c都增加一種新的刷新方式：i/o立即刷新。這種新的刷新方式是通過在程序中增加i/o立即刷新指令完成的。用戶可在程序的不同位置插入i/o立即刷新指令。這樣，在plc投入運行后，除了在輸入采樣和輸出刷新階段集中進行i/o立即刷新外，還在掃描到i/o時立即刷新新指令位置，對指令規(guī)定的輸入輸出范圍，立即進行一次刷新：將指令規(guī)定的輸入狀態(tài)讀入輸入映像寄存器區(qū)，將指令規(guī)定的輸出按輸出映像寄存器區(qū)中的狀態(tài)刷新輸出鎖存電路。2 i/o直接刷新方式為進一步提高i/o響應速度，有些plc采用一種特殊的工作方式-i/o直接刷新方式（direct mode）與一般plc不同，采用i/o直接刷新方式輸入和刷新輸出。由于

34、不進行集中i/o刷新，其i/o響應時間縮短。3.3.2 采用中斷技術通過在用戶程序中多處插入i/o立即刷新指令，使plc可以讀取脈沖寬度小于一個掃描周期的輸入信號；輸入信號脈沖寬度越窄，要求i/o立即刷新指令的間隔越小，這給用戶編輯帶來了方便。處理窄脈沖輸入信號更有效、簡便的方法是采用診中斷技術。 近期的plc都有中斷功能。plc的中斷系統(tǒng)包括多個中斷請求源（簡稱中斷源）和相關的中斷指令。中斷操作流程圖如圖3-5所示：中斷服務子程序執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序圖3-5 中斷操作流程圖3.3.3 調整輸入濾波器無論采用i/o立即刷新指令，還是采用中斷技術，r-c濾波時間常數大都是影響i/o響應速度提

35、高的主要因素。設濾波常數為10ms，為使x10-x17共8個輸入狀態(tài)的變化及時用立即刷新指令ref讀入，則在掃描到該程序之前，變化后的輸入狀態(tài)至需要持續(xù)10ms，才能被讀入i/o映像區(qū)。為了進一步提高plc的i/o響應速度，某些近期的plc提供帶有可調濾波器的高速開關量輸入端。這些輸入端采用常數很小的r-c濾波器和可用指令修改的數字式濾波器。如fx2系列plc就提供x7共8個這樣的高速輸入端，其r-c濾波器時間常數僅為50us，另外再加上指令修改的數字式濾波器。3.4 plc的硬件系統(tǒng) plc的硬件系統(tǒng)由基本單元、i/o擴展單元及外部設備完成，如下圖3-6為plc的硬件系統(tǒng)的機構框架圖:輸 入

36、 部 件外 部 i/o 接 口存儲器ram（用戶程序）eprom(系統(tǒng)程序)控制器運算器電源 微處理器(cpu)輸 出 部 件接 受 現(xiàn) 場 信 號驅 動 受 控 元 件i/o擴 展 接 口i/o擴 展 單 元 編程器 盒式磁帶機 打印機eprom-寫入器 plc 基本單元圖3-6 plc的硬件系統(tǒng)結構框圖1 微處理器（cpu）與通用計算機一樣，cpu是plc的核心部件，在plc控制系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經中樞，整個plc工作過程都是在cpu的統(tǒng)一指揮下進行的。它的主要功能有以下幾點：（1）接受從編程器輸入的用戶程序和數據，送入存儲器存儲；（2）用掃描方式接受輸入設備的狀態(tài)信號

37、，并存入相應的數據區(qū)（輸入映像寄存器）；（3）監(jiān)測和診斷電源，plc內部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語法錯誤；（4）執(zhí)行用戶程序，完成各種數據的運算、傳遞和存儲等功能；（5）根據數據處理的結果，刷新有關標志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內容，以實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數據通信等功能。2 存儲器 plc配有兩種存儲器：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存放系統(tǒng)程序，用戶存儲器用來存放用戶編織出來控制程序。 系統(tǒng)程序用來管理plc系統(tǒng)，不能由用戶直接存取，所以，plc產品樣本或說明書中所列的存儲器類型及其容量，系指用戶程序存儲器而言。如fx2-24m的存儲器容量為4k步，即指用用戶程序存儲器的

38、容量。 plc所配的用戶存儲器的容量 大小差別很大，通常中小型plc的用戶存儲容量在8k步以下，大型plc的存儲了容量可達到或超過256k步。3 輸入/輸出(i/o)部件實際生產過程中產生的輸入信號多種多樣信號電平各不相同，而plc所能處理的信號只能是標準電平，因此必須通過輸入模塊將這些信號轉換成cpu能夠接受和處理的標準電平信號。同樣外部執(zhí)行元件如電磁閥、接觸器、繼電器等所需要的控制信號電平也千差萬別，亦必須通過輸出模塊將cpu輸出的標準電平信號轉換成這些執(zhí)行元件所能接收的控制的信號。所以，輸入/輸出模塊實際上是cpu與現(xiàn)場輸入輸出設備之間的連接部件，起著plc與被控制對象間傳遞輸入輸出信號

39、的作用。plc輸入/輸出模塊的電路框圖如圖3-7圖3-8所示。隔離器外 部 輸 入 信 號濾波器輸 入 狀 態(tài) 寄 存 器濾波器信 號 接 收 回 路濾波器隔離器隔離器圖3-7 輸入接口外 部 設 備輸 出 狀 態(tài) 寄 存 器信 號 發(fā) 送 回 路隔離器保存器功率放大器隔離器保存器功率放大器隔離器保存器功率放大器圖3-8 輸出接口為提高抗干擾能力，一般的輸入/輸出模塊都有光電隔離裝置。在數字量i/o模塊中廣泛采用由發(fā)光二接管和光電三接管組成的光電耦合器，在模擬量i/o模塊中通常采用隔離放大器。來自工業(yè)生產現(xiàn)場的輸入信號經輸入模塊進入plc。這些信號有的是數字量，有的是模擬量；有的是直流信號，有

40、的是交流信號。使用時要根據輸入信號的類型選擇何時得輸入模塊。由plc產生的輸出控制信號經過輸出模塊去驅動負載，如電鍍上的升降電動機的起停和正反轉、閥門的開閉、設比的移動、升降等。和輸入模塊相同，與輸出模塊相接的負載所需的控制信號有的是屬質量，有的模擬量；有的交流，有的是直流。因此，同樣需要根據負載性質選擇合適的輸出模塊。plc具有多種模塊，常見的有屬質量i/o模塊和模擬量i/o模塊，以及快速響應模塊、高速計數模塊、通信接口模塊、溫度控制模塊、中斷控制模塊、pid控制模塊和位置控制模塊等多種。i/o模塊的類型、品種與規(guī)格越多，plc系統(tǒng)的靈活性越好；i/o模塊的i/o容量越大，plc系統(tǒng)的適應性

41、越強。4 電源部件plc配有開關式穩(wěn)定電源的電源模塊，用來將外部供電電源轉換成plc內部的cpu、存儲器和i/o接口等電路工作所需要的直流電源。plc的電源部件有很好哦的穩(wěn)壓設施，因此對外部電源的穩(wěn)定性要求不高，一般允許外部電源電壓的額定值在+10%-15%范圍內波動。小型plc的電源往往和cpu單元合為一體，大中型plc都有專用電源部件。為了防止在外部電源發(fā)生故障的情況下，plc內部程序和數據等重要信息的丟失，plc還帶有鋰電池作為后備電源。第4章 設計簡介4.1 電鍍行車控制系統(tǒng)的種類4.1.1 繼電接觸器控制系統(tǒng)繼電器問世以來，一直是電氣控制的主流，目前國內仍有不少廠家應用繼電接觸器控制

42、系統(tǒng)。其中輸人單元為按鈕開關等主令電器、邏輯單元是支配控制系統(tǒng)的“程序”，它是由各種繼電器的觸點通過導線連接，并具有一定的邏輯功能的控制線路。輸出單元包括各種閥門的控制線圈、各類接觸器控制線圈及信號指示等執(zhí)行元件。這種控制系統(tǒng)的特點是：價格便宜、性能價格比低。由于存在繼電器抖動、打弧、吸合不良等現(xiàn)象，因此控制系統(tǒng)壽命短，可靠性差。因為它的自動控制功能是靠繼電器的輔助觸點動作來實現(xiàn)，而觸點動作一次需要幾十毫秒，所以控制速度慢；由于需要改變控制邏輯就要改變各觸點間的連線，故技改難度大，同時體積大，耗能高。因此繼電接觸器控制方案，適用控制邏輯比較簡單，所需繼電器數量較少，程序固定的場合。4.1.2

43、可編程序控制器控制系統(tǒng)1 可編程序控制器的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強；（2）適應性強，應用靈活；（3）編程方便，易于使用；（4）功能強，擴展能力強； （5）plc控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便；（6）維修方便，維修工作量少；（7）plc體積小，重量輕，易于實現(xiàn)機電一體化。2 可編程序控制器的應用領域隨著微電子技術的快速發(fā)展，plc的制造成本不斷下降，而功能卻大大加強。目前，在先進工業(yè)國家中plc已成為工業(yè)控制的標準設備，應用的領域已覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)。概括起來主要應用在以下幾個方面：（1）順序控制；（2）運動控制；（3）閉環(huán)過程控制；（4）數據處理；（5）通信和聯(lián)網。4.2 電鍍行車控制

44、系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀在工業(yè)控制的各個領域里，小到一個簡單的機電一體化設備、大到整個生產線，以及大型的工程領域里，都存在plc控制系統(tǒng)的技術存在。plc已不在是局限在邏輯上，應該理解成過程控制器，在整個自動化領域，plc和傳動是組成自動控制的兩個非常重要的部分。在主流plc往大型化、集成化、多功能化、網絡化發(fā)展的同時，還有很多分支在并列發(fā)展。我們還有很多單體化、一體化的設備，現(xiàn)在越來越微型化離散的控制也在同步進行。為滿足自動控制領域各層面的不同要求，微型機、小型機的發(fā)展勢頭也很猛?，F(xiàn)在，plc不僅能進行邏輯控制，在模擬量的閉環(huán)控制、數字量的智能控制、數據采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網及集散控制方面都得到廣泛的

45、應用。如今大、中型、甚至小型plc都配有a/d、d/a轉換及算術運算功能，有的還具有pid功能。這些功能使plc應用于模擬量的閉環(huán)控制、運動控制、速度控制等具有了硬件基礎；plc具有輸出和接收高速脈沖的功能，配合相應的傳感器及伺服裝置，plc可以實現(xiàn)數字量的智能控制；plc配合可編程終端設備（如觸摸屏），可以實時顯示采集到的現(xiàn)場數據及分析結果，為分析、研究系統(tǒng)提供依據；利用plc的自檢信號可實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控；plc具有較強的通信功能，可與計算機或其他智能裝置進行通信和聯(lián)網，從而能方便地實現(xiàn)集散控制。功能完備的plc不僅能滿足控制的要求，還能滿足現(xiàn)代化大生產管理的需要。總之為了進一步擴大plc在工業(yè)

46、自動化領域的應用范圍，適應大、中、小型企業(yè)擴印不同需要，plc產品大致向以下幾方面發(fā)展：（1）向小型化方向發(fā)展；（2）向高速度、大容量和智能化方向發(fā)展；（3）plc編程工具與編程語言的多樣化、高級化、標準化；（4）向網絡化方向發(fā)展；（5）發(fā)展容錯技術和故障診斷。4.3 課題的內容和工藝要求1 內容：電鍍生產線上有三個槽，工件由裝有可升降吊鉤的行車帶動，經過電鍍、鍍液回收、清洗等工序，完成電鍍全過程。在電鍍生產線一側，工人將代加工的零件裝入吊籃，并發(fā)出信號，專用行車便提升并自動逐段進行。按工藝要求在需要停留的槽位停下，并自動下降，停留一定時間（各槽停留時間按事先工藝要求調定）后自動提升，如此完成

47、電鍍工藝規(guī)定的每一道工序，直至生產線的末端自動返回原位，卸下處理好的零件，重新裝料發(fā)出信號進入下一加工循環(huán)。2 設計要求：工件放入鍍槽中，電鍍280s后提起，停放28s，讓鍍液從工件上流回鍍槽中，然后放人回收液中浸30s，提起后停15s，接著放入清水槽中清洗30s。最后提起停15s后，行車返回原位，一個工件的電鍍過程結束。如果在中途斷電，工件將報廢無需在進行下面的工序，所以可以通過點動操作返回，取下報廢品。電鍍工藝流程圖如圖4-1：280s清水槽回收液槽鍍槽15s15s28s30s30s原位sq6sq5sq4sq3sq2sq1圖4-1電鍍工藝流程圖4.4 工作過程分析鍍專用行車采用遠距離控制，

48、起吊重量500kg以下，起重物品是有待進行電鍍或表面處理的各種產品零件。根據電鍍加工工藝的要求，電鍍專用行車的結構和動作流程如圖4-1所示，其中1 槽為電鍍槽，槽中裝有電鍍液，2槽為回收槽，3槽為清水槽，實際生產中電鍍槽的數量由電鍍工藝要求決定，電鍍的種類越多，槽的數量越多。電鍍專用行車的工作過程如下：（1）在電鍍生產一側，工人將待加工的零件裝入吊籃，發(fā)出控制信號，行車自動上升，并逐段前進，根據工藝要求在需要停留的槽位停止。（2）行車停留在某個槽位上面后，自動下降，停留一定的時間（各槽停留的時間根據工藝要求預先設定），再自動上升并繼續(xù)前行。（3）如此完成電鍍工藝規(guī)定的各道工序，直至生產的末端。

49、然后，自動返回原位，由工人卸下處理好的零件。至此，一次循環(huán)加工完成，可見，電鍍專用行車加工過程的控制是順序控制，由吊籃前進、下降、延時停留、上升、后退等工序組成。第5章 電鍍行車控制系統(tǒng)的總體方案5.1 電鍍行車概述5.1.1 電鍍行車的用途本電鍍行車是某企業(yè)電鍍車間為了提高工作效率，促進生產自動化和減輕勞動強度而制造的一臺起吊設備。該設備采用遠距離控制，起吊物品是有待進行電鍍或表面處理的各種產品零件。另外，本電鍍行車擁有手動、單周和連續(xù)3種工作方式，用戶可根據實際需要選擇其中工作方式進行電鍍產品零件，這樣就大大增加了對電鍍行車操作的靈活性。5.1.2 電鍍行車的基本組成結構電鍍生產線采用專用

50、行車，行車架上裝有可升降的吊鉤，行車和吊鉤各有一臺電動機拖動。行車的前進、后退和吊鉤的上升、下降均由相應的行程開關發(fā)出信號。該電鍍生產線只有三個基本的槽位，分別是：清水槽、回收槽和電鍍槽。編程時要求半自動和全自動控制。電鍍生產線工藝流程如圖3-1所示。5.1.3 電鍍行車的工作原理（1）行車、吊鉤的行程控制:采用計數固定的脈沖數來控制各種轉速下工作臺的行程；（2）電動機轉速的測量和顯示:通過編碼器產生的高速脈沖，在利用plc高速計數器在單位時間內計數，（3）電動機正反轉的實現(xiàn):由plc輸出端y0、y1分別控制繼電器km1、km2去改變加給三相異步電動機的直流電源的極性，從而實現(xiàn)對三相異步電機轉

51、向(行車前進后退、吊鉤上升下降)的控制。5.2 對電鍍行車控制系統(tǒng)的設計要求5.2.1 對工作方式的設計要求（1）為了適應電鍍行車控制系統(tǒng)的調試、檢查和操作方便的需要，應使電鍍行車控制系統(tǒng)具備手動、單周和連續(xù)三種工作方式。（2）應具有對上述三種工作方式的自由選擇功能。（3）為了避免程序混亂，應能避免在同一時間內電鍍行車按兩種或兩種以上的工作方式運行。5.2.2 對全機控制的設計要求1 在單周和連續(xù)工作方式下，當下述初始條件中的任何一個不具備時，應避免電鍍行車啟動運行：（1） 行車大車在初始位置；（2） 行車小車在初始位置；（3） 吊鉤在初始位置。2 在單周和連續(xù)工作方式下，應能使電鍍行車按照預

52、先規(guī)定的工藝流程運行。3 在電鍍產品零件的過程中，如遇到任何一步不能正常完成，應能使電鍍行車立即自動停車。4 在連續(xù)工作方式下，應能對電鍍行車工作循環(huán)次數和一個循環(huán)完成時間進行累計，具備計數和計時功能。5 應能保證操作人員隨時都能使電鍍行車緊急停車。5.2.3 對控制系統(tǒng)保護的要求為了能夠保障電鍍行車及其控制系統(tǒng)的安全，應使控制系統(tǒng)具備以下保護功能：（1）短路保護；（2）過載保護；（3）失壓保護；（4）吊鉤緊急制動。5.2.4 對信號顯示和故障報警的設計要求（1）在任何工作方式下，信號顯示系統(tǒng)都能顯示電鍍行車及其傳送帶運行的全過程。（2）信號顯示系統(tǒng)應能顯示控制系統(tǒng)的電源的工作狀態(tài)，電動機的工

53、作狀態(tài)，控制系統(tǒng)的工作方式。（3）當任何一臺電動機的過載保護動作時，信號顯示系統(tǒng)應能顯示發(fā)生過載故障電動機，故障報警系統(tǒng)應能發(fā)出音響故障信號。5.3 方案比較sbtkmsbpkm圖5-1 繼電器電路圖sbtkmsbpkmx0y0x1y0圖5-2 plc梯形圖x0y0x1y05.3.1 繼電器、plc電路圖電路分析（1） 如圖5-1為繼電器電路圖；圖中sbt為常開按鈕，sbp位常閉按鈕，km為繼電器線圈。當按下啟動按鈕sbt，繼電器km的線圈通電，其常開觸點km閉合，由于常開觸點km與啟動按鈕sbt并聯(lián)，所以即使松開啟動按鈕sbt，已經閉合的常開觸點km仍然能使繼電器km的線圈通電，這個常開觸點

54、稱作“自鎖”觸點。停止時按下停止按鈕sbp，繼電器的線圈失電。（2） 如圖5-2為plc梯形圖；圖中x0為常開輸入觸點，x1為常閉輸入觸點，y0表示輸出，其輸出y0的工作狀態(tài)受x0、x1信號控制，當按下啟動輸入繼電器按鈕x0，輸出繼電器y0的線圈通電，其常開觸點y0閉合，由于常開觸點y0與啟動輸入繼電器按鈕x0并聯(lián)，所以即使松開啟動輸入繼電器按鈕x0，已經閉合的常開觸點y0仍然能使輸出繼電器yo的線圈通電。停止時按下停止按鈕x1，輸出繼電器的線圈y0失電，常開觸點y0斷開。5.3.2 plc與繼電器的優(yōu)缺點如圖5-1、5-2對于同一控制電路，繼電控制原理和梯形圖的輸入、輸出信號基本相同，控制過

55、程等效。繼電器的特點： （1）功能不易擴展；（2）繼電器價格相對plc便宜；（3）繼電器接線復雜，一個產品的工藝改變，要重新接線，布線不易更新；（4）繼電控制使用是內部繼電器、定時器和計數器靠硬件連接控制電路；（5）可靠性不高，查找和排除故障十分困難；（6）當產品更新時繼電器控制系統(tǒng)的元件和接線都要相應的變化，而且這種變動工作量很大，工期長費用高。在傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)和電子邏輯控制系統(tǒng)中，控制任務的完成時通過電器、電子控制線路來實現(xiàn)的。這些控制線路間繼電器、接觸器、電子元件等若干分立器件用導線連接在一起、形成滿足控制對象動作要求的控制程序。這樣的控制系統(tǒng)成為接線程序控制系統(tǒng)。因其程序就固定在接線中，所以又成為接線程序。在接線控制系統(tǒng)中，若要修改控制程序就必須改變接線。設計一個接線程序控制系統(tǒng)，首先需要針對具體的控制對象，分析控制要求，確定所需的用戶輸入輸出設備，設計相應的控制線路，再根據需要制作針對該控制裝置（如繼電器控制柜或控制臺）。對于較復雜的控制過程，控制線路的設計將非