消聲器自動除塵控制系統(tǒng)設(shè)計——電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計【畢業(yè)設(shè)計+開題報告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　消聲器自動除塵控制系統(tǒng)設(shè)計——電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>&l

3、t;p>　　目前除塵系統(tǒng)當(dāng)中普遍存在著成本高、效率低、運(yùn)行不穩(wěn)定等問題，針對這些問題進(jìn)行詳細(xì)的研究分析后，設(shè)計一套自動除塵控制系統(tǒng)流水線來實(shí)現(xiàn)除塵效果，為了便于工藝流程和設(shè)備狀態(tài)的分析、操作決策、故障診斷、避免操作管理人員的疲勞、實(shí)現(xiàn)駕駛艙式的控制管理，采用了具有高可靠性和穩(wěn)定性的PLC來實(shí)現(xiàn)，把計算機(jī)和現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用于除塵器。</p><p>　　本設(shè)計為消聲器自動除塵控制系統(tǒng)中的子項目——電氣控制系統(tǒng)

4、硬件設(shè)計。通過對設(shè)計要求的研究分析得出系統(tǒng)的工藝流程，確定系統(tǒng)的總體控制方案，從而再得出流水線自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計。然后根據(jù)設(shè)計的要求對關(guān)鍵部件（例如PLC、變頻器等）進(jìn)行研究選型以完善系統(tǒng)的硬件設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：流水線，除塵，PLC，自動控制</p><p>　　The design of control system for muffler automatic du

5、st removal--design of electrical control system hardware </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The ubiquitous shortcomings of high coast, low efficiency and unstable running of the dust

6、--removing system at present, for these problems, this paper designs an automated assembly line to achieve the dust control system for dust removal, for conveniently analysand, operating decision-making, and fault diagno

7、sis, avoiding the fatigue of operators, and realizing the control patten of the driving cabin, with a high stability and reliability of the PLC to achieve and successfully applies the comput</p><p>　　The muf

8、fler is designed to automatically of dust control system - electrical control system hardware design. Through the design requirements of the research has analyzed the system's process to determine the system's ov

9、erall control scheme to arrive at the overall pipeline design of automatic control system. Then according to the requirements of the key components of the design (for example, PLC, inverter, etc.) selection to improve th

10、e system's hardware design. </p><p>　　Keywords: Assembly line，dust-removing, PLC, Automatic control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p>

11、<p>　　AbstractII</p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1 選題的背景、意義2</p><p>　　1.2 相關(guān)研究的最新成果及動態(tài)3</p><p>　

12、　1.3 本課題研究的主要內(nèi)容6</p><p>　　第二章 自動流水線系統(tǒng)簡介7</p><p>　　2.1 自動流水線基本概念7</p><p>　　2.2 工業(yè)控制系統(tǒng)7</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工藝流程分析9</p><p>　　第三章 自動控制系統(tǒng)總體設(shè)計10</p><

13、;p>　　3.1 系統(tǒng)控制方案確定10</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制原理分析10</p><p>　　3.3 流水線自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計11</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計15</p><p>　　4.1 PLC的選型15</p><p>　　4.2 變頻器的選型21</p&

14、gt;<p>　　4.3 傳感器模塊的選型26</p><p>　　4.4 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計27</p><p>　　總結(jié)錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　

15、　附錄32</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在大量生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，不僅要求機(jī)床能自動對工件加工，并且要求工件的裝卸，工件的工序間的輸送，工序間加工精度的檢測，廢品的剔除等都能自動的進(jìn)行。因此，把設(shè)備按工件的加工工序順序一次排列，用自動輸送裝置將他們連成一個整體，并用控制系統(tǒng)將各個

16、部分的動作協(xié)調(diào)起來，使其按照規(guī)定的動作自動的進(jìn)行工作這種自動化的加工系統(tǒng)就稱為自動化生產(chǎn)流水線。</p><p>　　本設(shè)計從企業(yè)的現(xiàn)狀著手出發(fā)，從流水線的概念和特點(diǎn)提出了在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展中企業(yè)的流水線生產(chǎn)上存在的問題和不足。PLC是用的最多、應(yīng)用最廣泛的自動化產(chǎn)品，也可以說是最實(shí)用的自動化產(chǎn)品。因?yàn)橛肞LC可以實(shí)現(xiàn)很多優(yōu)點(diǎn)，可使系統(tǒng)的硬件設(shè)備大為簡化，體積減小，而且PLC的抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，操作簡單。本課題

17、針對消聲器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及消聲器內(nèi)部粉塵的狀態(tài)，設(shè)計一套自動除塵控制系統(tǒng), 采用PLC控制器，減速電機(jī)為流水線驅(qū)動器，通過變頻器調(diào)速，流水線上設(shè)置器件探測器，探測到物料后自動啟動吹氣進(jìn)行除塵，一條流水線上共設(shè)4個除塵工位，去除的粉塵再通過一個收集裝置進(jìn)行有效的收集。這套設(shè)備將大大提高消聲器生產(chǎn)過程中的除塵效率和效果，并且由于采用PLC電控柜來控制這個流水線，將節(jié)約很大的占地空間，并且更能適應(yīng)運(yùn)行的環(huán)境和保障生產(chǎn)操作人員的安全。設(shè)計中應(yīng)用

18、了當(dāng)今世界較為流行三菱FX2NPLC，在三菱FX2NPLC上實(shí)現(xiàn)流水線的模擬控制功能。本子項目為電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。</p><p>　　第一章 緒論</p><p>　　1.1 選題的背景、意義</p><p>　　隨著社會的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)與原有的工業(yè)相比有了很大的差別?，F(xiàn)代工業(yè)的兩大特點(diǎn)：</p><p>

19、　?。?）生產(chǎn)向?qū)I(yè)化、批量化和多品種的方向發(fā)展 </p><p>　　生產(chǎn)的專業(yè)化是社會分工發(fā)展程度的標(biāo)志。專業(yè)化程度越高，越有利于采用專用設(shè)備，提高生產(chǎn)技術(shù)，方便管理，降低成本，提高勞動生產(chǎn)率。從產(chǎn)品專業(yè)化到零部件和生產(chǎn)工藝的專業(yè)化，現(xiàn)代工業(yè)和分工越來越細(xì)。專業(yè)化程度較高的企業(yè)，由于產(chǎn)品質(zhì)量好，功能全，價格低，競爭力強(qiáng)，就能不斷提高市場占有率，從而使生產(chǎn)的批量增加。所以，生產(chǎn)的批量化是隨著專業(yè)化水平的提高而發(fā)

20、展的。生產(chǎn)批量化不等于品種的單一化，相反，由于人們消費(fèi)水平的提高，對產(chǎn)品品種和花色提出了更高的要求。在基礎(chǔ)零部件推行標(biāo)準(zhǔn)化的前提下，產(chǎn)品的外觀、功能呈多樣化發(fā)展趨勢。適應(yīng)這種多品種的要求，柔性生產(chǎn)線開始誕生并迅速發(fā)展，它可以在一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)一大類的多品種的產(chǎn)品。 </p><p>　?。?）技術(shù)裝備向智能化、高效率的機(jī)器體系方向發(fā)展</p><p>　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，特別是微電子技術(shù)的發(fā)

21、展，使生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制成為可能。在原有的機(jī)械設(shè)備上，增加微處理器、傳統(tǒng)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等自動控制裝置，組成智能或部分智能化的機(jī)器體系，代替或部分代替過去的人工操作，使設(shè)備運(yùn)行的精度大大提高。用于各種動力系統(tǒng)的控制，可以大大節(jié)省能源消耗；用于機(jī)械加工控制，可以大大提高產(chǎn)品質(zhì)量；用于管理和輔助設(shè)計，可以代替人腦的部分勞動，大大提高工作效率?，F(xiàn)代技術(shù)和制造工藝的進(jìn)步，能夠生產(chǎn)出一些大型化、超大型化的生產(chǎn)設(shè)備，從而大大提高了設(shè)備的效率，

22、改善了各種經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)，減少了設(shè)備的重量和占地面積，降低了能耗?，F(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)集成技術(shù)的出現(xiàn)，使傳統(tǒng)工業(yè)中的產(chǎn)品研制開發(fā)過程發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。</p><p>　　由此可知在追求最大的利益及最高的效率的前提下，流水線生產(chǎn)和工業(yè)控制的自動化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中越來越受到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　壓縮機(jī)消聲器是一種密封的塑料殼體，在殼體內(nèi)部通過空氣流通渠道的變化而實(shí)現(xiàn)消除壓縮空氣

23、噪聲的作用。塑料殼體是由兩部分組成，后經(jīng)過超聲波焊接機(jī)焊接在一起，焊接前必須對殼體進(jìn)行必要的除塵，否則會因?yàn)闅んw內(nèi)部有粉塵造成管路堵塞。除塵系統(tǒng)的工藝流程是：一個較大功率的風(fēng)機(jī)工作于吸塵管道的一端，該管道和除塵器是相連的，在另一端除塵氣體被吸入管道中，在除塵器中被除塵袋過濾，粉塵等微小顆粒不能透過布袋而被吸附到除塵過濾介質(zhì)中從而達(dá)到除塵效果[1]。然而目前除塵系統(tǒng)普遍存在成本高、效率低、運(yùn)行不穩(wěn)定等問題，并且現(xiàn)在一般的壓縮機(jī)消聲器生產(chǎn)過

24、程中的除塵環(huán)節(jié)多是人工操作，由工人手工對物件進(jìn)行除塵，這樣在整個除塵過程中難以避免工人會與粉塵積灰接觸，從而帶來二次污染[2]，這樣就難以達(dá)到徹底的除塵效果。因此如果除塵都靠人工來實(shí)行，不但需要大量的人力，而且難以保證除塵的效果。</p><p>　　本課題針對消聲器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及消聲器內(nèi)部粉塵的狀態(tài)，設(shè)計一套自動除塵控制系統(tǒng), 采用PLC控制器，減速電機(jī)為流水線驅(qū)動器，通過變頻器調(diào)速，流水線上設(shè)置器件探測器，

25、探測到物料后自動啟動吹氣進(jìn)行除塵，一條流水線上共設(shè)4個除塵工位，去除的粉塵再通過一個收集裝置進(jìn)行有效的收集。這套設(shè)備將大大提高消聲器生產(chǎn)過程中的除塵效率和效果，并且由于采用PLC電控柜來控制這個流水線，將節(jié)約很大的占地空間，并且更能適應(yīng)運(yùn)行的環(huán)境和保障生產(chǎn)操作人員的安全。</p><p>　　1.2 相關(guān)研究的最新成果及動態(tài) </p><p>　　與傳統(tǒng)的消聲器除塵系統(tǒng)相比，自動除塵系統(tǒng)具

26、有明顯的優(yōu)越性，同樣地，它也存在很大的發(fā)展空間。</p><p>　　1.2.1 生產(chǎn)流水線的的廣泛應(yīng)用</p><p>　　流水線技術(shù)誕生于第二次工業(yè)革命時期，它是生產(chǎn)組織的一種形式，即把生產(chǎn)過程劃分為在時間上相等或成倍比的若干工序，并將其分別固定于按工藝過程順序排列的各工作地，勞動對象按一定的節(jié)拍或速度，順次流過各工作地進(jìn)行加工。對不能或不便移動的操作對象（如建筑物，大型船舶，大型機(jī)

27、器及其部件），也可由執(zhí)行各工序的工人，按規(guī)定速度在勞動對象上順序連續(xù)進(jìn)行各工序加工。按照輸送系列產(chǎn)品大體可以分為：皮帶流水線、板鏈線、倍數(shù)鏈線、插件線、網(wǎng)帶線、懸掛線及滾筒流水線這七類流水線。一般包括牽引件、承載構(gòu)件、驅(qū)動裝置、張緊裝置、改向裝置和支承件等。流水線輸送能力大，運(yùn)距長，還可在輸送過程中同時完成若干工藝操作，并且由于每一道工序都由特定的人去完成，一步一步加工，每個工人只需做同樣的工作，大大降低了對工人的技術(shù)要求，提高了工作效

28、率，所以在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛。 現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的流水線部分越來越趨向無人化和自動化，通過PC或PLC控制器結(jié)合電機(jī)，變頻器等器件來達(dá)到自動控制效果。從而實(shí)現(xiàn)一人或少人控制整條生產(chǎn)流水線的的目標(biāo)。</p><p>　　1.2.2 控制系統(tǒng)的自動化</p><p>　　工業(yè)控制自動化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計算機(jī)和其它信息技術(shù)，對工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管

29、理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控制自動化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計

30、算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。</p><p>　　1.2.3 以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動化成為主流</p><p>　　眾所周知，從20世紀(jì)60年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計算機(jī)應(yīng)用）開始對傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。20世紀(jì)末世界上最大的變化就是全球市場的形成。全球市場導(dǎo)致競爭空前激烈

31、，促使企業(yè)必須加快新產(chǎn)品投放市場時間（Time to Market）、改善質(zhì)量（Quality）、降低成本（Cost）以及完善服務(wù)體系（Service），這就是企業(yè)的T.Q.C.S.。雖然計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）結(jié)合信息集成和系統(tǒng)集成，追求更完善的T.Q.C.S.，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)“在正確的時間，將正確的信息以正確的方式傳給正確的人，以便作出正確的決策”，即“五個正確”。然而這種自動化需要投入大量的資金，是一種高投資、高效益同時是高風(fēng)險

32、的發(fā)展模式，很難為大多數(shù)中小企業(yè)所采用。在我國，中小型企業(yè)以及準(zhǔn)大型企業(yè)走的還是低成本工業(yè)控制自動化的道路。工業(yè)控制自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動化、過程自動化和管理自動化，其核心是基礎(chǔ)自動化和過程自動化。</p><p>　　傳統(tǒng)的自動化系統(tǒng)，基礎(chǔ)自動化部分基本被PLC和DCS所壟斷，過程自動化和管理自動化部分主要是由各種進(jìn)口的過程計算機(jī)或小型機(jī)組成，其硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的價格之高令眾多企

33、業(yè)望而卻步。</p><p>　　20世紀(jì)90年代以來，由于PC-based的工業(yè)計算機(jī)（簡稱工業(yè)PC）的發(fā)展，以工業(yè)PC、I/O裝置、監(jiān)控裝置、控制網(wǎng)絡(luò)組成的PC-based的自動化系統(tǒng)得到了迅速普及，成為實(shí)現(xiàn)低成本工業(yè)自動化的重要途徑。我國重慶鋼鐵公司這樣的大企業(yè)的幾乎全部大型加熱爐，也拆除了原來DCS或單回路數(shù)字式調(diào)節(jié)器，而改用工業(yè)PC來組成控制系統(tǒng)，并采用模糊控制算法，獲得了良好效果。由于基于PC的控制器

34、被證明可以像PLC一樣可靠，并且被操作和維護(hù)人員接受，所以，一個接一個的制造商至少在部分生產(chǎn)中正在采用PC控制方案。基于PC的控制系統(tǒng)易于安裝和使用，有高級的診斷功能，為系統(tǒng)集成商提供了更靈活的選擇，而且從長遠(yuǎn)角度看，PC控制系統(tǒng)維護(hù)成本更低，因此越來越得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1.2.4 PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展 </p><p>　　長期以來，PLC

35、始終處于工業(yè)控制自動化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨福cDCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢。同時，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊。目前，全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國內(nèi)PLC市場仍以國外產(chǎn)品為主，如美國的AB通用電氣、莫迪康公司，日本的三菱、富士、歐姆龍、松下電工，德國的西門子，法國的TE斯耐德公司，韓國的三星、LG公司等的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國

36、內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，可以說PLC在我國尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。</p><p>　　現(xiàn)在PLC的特點(diǎn)及技術(shù)發(fā)展方向：</p><p>　　（1）產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲器、掃描高速化、?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)

37、發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。</p><p>　　（2）PLC在閉環(huán)過程控制中的應(yīng)用日益廣泛。</p><p>　　（3）不斷加強(qiáng)通訊功能。</p><p>　?。?） 新器件和模塊不斷推出。高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM和RAM的智能I/O模塊、高速技術(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用模塊。</p>&l

38、t;p>　?。?）編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。有各種簡單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言，亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。</p><p>　?。?）發(fā)展容錯技術(shù)。采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式、</p><p>　　（7）追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。</p><p>　　1.2.5 DCS系統(tǒng)的設(shè)計面向測控

39、管一體化</p><p>　　集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）問世于1975年，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國。我國從70年代中后期起，首先由大型進(jìn)口設(shè)備成套中引入國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項目。當(dāng)時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全部進(jìn)口。80年代初期在引進(jìn)、消化和吸收的同時，開始了研制國產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。到如今DCS在國內(nèi)

40、已經(jīng)得到了極大的發(fā)展，尤其是在石化行業(yè)和電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。而小型化、多樣化、PC化和開放性是現(xiàn)有DCS發(fā)展的主要方向。目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、工業(yè)PC、FCS共享。今后小型DCS可能首先與這三種系統(tǒng)融合，而且“軟DCS”技術(shù)將首先在小型DCS中得到發(fā)展。PC-based控制將更加廣泛地應(yīng)用于中小規(guī)模的過程控制，各DCS廠商也將紛紛推出基于工業(yè)PC的小型DCS系統(tǒng)。開放性的DCS系統(tǒng)將同時向上和向下雙向延伸，使

41、來自生產(chǎn)過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在整個企業(yè)內(nèi)部自由流動，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與控制技術(shù)的無縫連接，向測控管一體化方向發(fā)展。</p><p>　　1.2.6 控制系統(tǒng)向現(xiàn)場總線（FCS）方向發(fā)展</p><p>　　由于3C（Computer、Control、Communication）技術(shù)的發(fā)展，過程控制系統(tǒng)將由DCS發(fā)展到FCS（Fieldbus Control System）。FCS可以將PID控制徹

42、底分散到現(xiàn)場設(shè)備（Field Device）中?；诂F(xiàn)場總線的FCS又是全分散、全數(shù)字化、全開放和可互操作的新一代生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)，它將取代現(xiàn)場一對一模擬信號線，給傳統(tǒng)的工業(yè)自動化控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)帶來革命性的變化。</p><p>　　1.2.7 儀器儀表技術(shù)趨向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化</p><p>　　儀器儀表技術(shù)的發(fā)展由來已久，經(jīng)過這五六十年的發(fā)展，儀器儀表朝著越來越智能

43、化方向發(fā)展，虛擬技術(shù)的迅速發(fā)展，使測控設(shè)備PC化，網(wǎng)絡(luò)化。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展遠(yuǎn)程測控技術(shù)也得到了充分發(fā)展，儀器儀表的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，適應(yīng)性越來越強(qiáng)。</p><p>　　1.3 本課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題針對自動除塵的要求，設(shè)計一個合理有效的工藝流程，畫出工藝流程圖，確定每個電器控制的對象，選取合適的信號采樣點(diǎn)，并畫出整個電控的系統(tǒng)圖包括電源、布線等。整個電氣控制系

44、統(tǒng)本設(shè)計主要模塊為電機(jī)驅(qū)動、吹氣吸塵模塊、計數(shù)傳感器模塊以及軟件方面控制界面、程序編寫。</p><p>　　本人負(fù)責(zé)這個設(shè)計的硬件部分，該電氣控制系統(tǒng)硬件需考慮到設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境及可靠性，需兼顧生產(chǎn)線操作人員的安全性，選擇合適的控制器，電機(jī)和變頻器來對生產(chǎn)流水線進(jìn)行控制。流水線上共設(shè)置4個除塵工位，并設(shè)置器件探測器，探測到物料后進(jìn)行自動啟動吹氣除塵。還需要考慮流水線的除靜電處理，去除的粉塵還要進(jìn)行有效的收集，以免

45、造成污染。</p><p>　　具體要完成的研究內(nèi)容：</p><p>　　(1) 研究整個除塵生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備構(gòu)成、系統(tǒng)控制要求分析、系統(tǒng)控制方案確立及系統(tǒng)的控制原理。</p><p>　　(2) PLC控制器、變頻器、調(diào)速電機(jī)等關(guān)鍵部位的選型</p><p>　　(3) 電氣系統(tǒng)框圖的設(shè)計及整個電控布線</p>

46、<p>　　(4) 人機(jī)操作環(huán)境設(shè)計，包括操控、顯示和報警等功能的設(shè)計</p><p>　　第二章 自動流水線系統(tǒng)簡介</p><p>　　2.1 自動流水線基本概念</p><p>　　在大量生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，不僅要求機(jī)床能自動對工件加工，并且要求工件的裝卸，工件的工序間的輸送，工序間加工精度的檢測，廢品的

47、剔除等都能自動的進(jìn)行。因此，把設(shè)備按工件的加工工序順序一次排列，用自動輸送裝置將他們連成一個整體，并用控制系統(tǒng)將各個部分的動作協(xié)調(diào)起來，使其按照規(guī)定的動作自動的進(jìn)行工作，這種自動化的加工系統(tǒng)就稱為自動化生產(chǎn)流水線[3]。</p><p>　　2.2 工業(yè)控制系統(tǒng)</p><p>　　2.2.1 計算機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　計算機(jī)和被控對象兩大部分組成了計算機(jī)

48、控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中，隨著控制對象、控制規(guī)律及所采用的控制器結(jié)構(gòu)的相異而存在很大的差別。自動控制系統(tǒng)通過檢測變送裝置、控制器和執(zhí)行裝置來完成信號的傳遞、加工和比較這些基本功能。由于控制系統(tǒng)中的控制器從質(zhì)和量的方面決定了控制系統(tǒng)的性能和應(yīng)用范圍，因此具有很重要的作用。如果用計算機(jī)來代替控制器，就構(gòu)成了計算機(jī)控制系統(tǒng)，如果計算機(jī)是微型計算機(jī)，這就組成微型計算機(jī)控制系統(tǒng)，其框圖如圖2-1。計算機(jī)控制系統(tǒng)也具有有開環(huán)和閉環(huán)兩種。&

49、lt;/p><p>　　圖2-1 計算機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖</p><p>　　由于計算機(jī)擁有強(qiáng)大的計算能力、邏輯判斷能力和記憶等信息加工能力，控制系統(tǒng)引進(jìn)計算機(jī)后，只要運(yùn)合理用微處理器的相關(guān)指令，就能編出符合控制規(guī)律要求的程序。然后微處理器通過執(zhí)行這樣的程序，就能實(shí)現(xiàn)對被控參數(shù)的控制。而在一般的控制系統(tǒng)中，由硬件電路來產(chǎn)生系統(tǒng)的控制規(guī)律。因此我們通過改變硬件電路來改變系統(tǒng)的控制規(guī)律。而計算機(jī)控

50、制系統(tǒng)與之相比，控制規(guī)律的改變只要改變程序就可以了。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，計算機(jī)的輸入和輸出都是以數(shù)字信號的方式表示，因此，在這樣的控制系統(tǒng)中需要A/D轉(zhuǎn)換器（將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號）以及D/A轉(zhuǎn)換器（將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號）。</p><p>　　計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程從本質(zhì)上來看可以歸結(jié)為以下三個步驟：</p><p>　　（1） 實(shí)時數(shù)據(jù)采集對被控參數(shù)的瞬時值進(jìn)行檢測并輸入；<

51、;/p><p>　?。?） 實(shí)時決策采集到的表征被空參數(shù)的狀態(tài)量進(jìn)行分析，并按已定的控制 規(guī)律決定進(jìn)一步的控制過程；</p><p>　?。?） 實(shí)時控制根據(jù)決策，適時地對控制機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號</p><p>　　上面3個步驟不斷重復(fù)，使整個系統(tǒng)能按一定的動態(tài)指標(biāo)進(jìn)行工作，并且對被控參數(shù)和設(shè)備本身出現(xiàn)的異常狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督并能及時的作出相應(yīng)處理。</p>&

52、lt;p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)分類</p><p>　　計算機(jī)控制系統(tǒng)擁有很多種類，其命名的方法也不相同。根據(jù)生產(chǎn)過程的工藝要求和復(fù)雜程度的不同，采用不同的控制方案。根據(jù)控制的目標(biāo)和應(yīng)用的特點(diǎn)的不同，可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、監(jiān)督計算機(jī)控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。其中后面兩種應(yīng)用比較廣泛。</p><p>　　2.2.2.1 集散控制

53、系統(tǒng)</p><p>　　集散控制系統(tǒng)(DCS，Distributed Control System)是以微處理器為基礎(chǔ)，在生產(chǎn)過程中利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理和分散控制的先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng)。由于早期開發(fā)的分散控制系統(tǒng)上具有分散式系統(tǒng)的特征，國外也稱這類系統(tǒng)為分散控制系統(tǒng)，國內(nèi)也有人稱為分散型控制系統(tǒng)，或者是分布式控制系統(tǒng)。DCS隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、圖形顯示技術(shù)(CRT)的不斷進(jìn)步及相互滲透

54、而產(chǎn)生．它是具有嶄新結(jié)構(gòu)體系和獨(dú)特技術(shù)風(fēng)格的新型自動化系統(tǒng)，既不同于分散的儀表控制系統(tǒng)，也不同于集中式的計算機(jī)控制系統(tǒng)，而是在吸收了兩者的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上發(fā)展起來。DCS通過把計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中每個分散的過程控制裝置與各種操作管理機(jī)制有機(jī)的結(jié)合起來，使其具有可靠的、先進(jìn)的控制性能；集中化的監(jiān)視、操作功能；強(qiáng)大的信息處理能力；強(qiáng)大的數(shù)據(jù)交換能力以及靈活的構(gòu)成方式，正因?yàn)榫哂猩鲜鰞?yōu)點(diǎn)，使其能夠適應(yīng)各類工業(yè)生產(chǎn)，滿足各種要求。</p>&l

55、t;p>　　2.2.2.2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) </p><p>　　現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS，F(xiàn)ieldbus Control System)是DCS后出現(xiàn)的新一代分布式控制結(jié)構(gòu)。因?yàn)镈CS存在成本高和由于各廠商的產(chǎn)品通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一而造成的不能互聯(lián)等弱點(diǎn)，F(xiàn)CS基于DCS這一弱點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，采用集管理、控制功能于一身的工作站與現(xiàn)場總線智能儀表的二層結(jié)構(gòu)模式，把原來DCS控制站的功能分散到智能型現(xiàn)場儀表上去

56、。每個現(xiàn)場儀表(例如變送器)都將獨(dú)自作為一個智能節(jié)點(diǎn)，帶有CPU單元，能夠獨(dú)立完成測量、校正、調(diào)節(jié)、診斷等功能，然后通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議把它們連在一起統(tǒng)一管理。這種分散控制模式相當(dāng)徹底獨(dú)立，能使總的系統(tǒng)更加可靠。</p><p>　　從本質(zhì)上來說，現(xiàn)場總線是一種數(shù)字通信協(xié)議，是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。而FCS的核心正是現(xiàn)場總線，它將當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)通信與管理的概念引入工業(yè)控制領(lǐng)域

57、。FCS代表了今后工業(yè)控制體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的一種方向。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)工藝流程分析</p><p>　　2.3.1 消聲器自動除塵控制系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成</p><p>　　根據(jù)消聲器除塵過程，本生產(chǎn)線的主要設(shè)備或系統(tǒng)構(gòu)成包括傳送帶驅(qū)動變速系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)，除靜電系統(tǒng)和計數(shù)系統(tǒng)等等，采用PLC控制器，減速電機(jī)變頻器調(diào)速，器件探測器，空氣壓縮機(jī)等關(guān)鍵器件。

58、 </p><p>　　圖2-2 生產(chǎn)線總體組成框圖 </p><p>　　2.3.2 消聲器自動除塵控制系統(tǒng)的工藝流程 </p><p>　　消聲器自動除塵控制系統(tǒng)生產(chǎn)線工藝流程如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 消聲器自動除塵系統(tǒng)生產(chǎn)線工藝流程</p><p>　　第三章 自動控制系

59、統(tǒng)總體設(shè)計</p><p>　　3.1 系統(tǒng)控制方案確定</p><p>　　集散控制系統(tǒng)(DCS：Total Distributed Control System)是以微處理器為基礎(chǔ)的集中分散型控制系統(tǒng)。特點(diǎn)是集中管理和分散控制相結(jié)合，與模擬電動儀表相比，具有連接方便、數(shù)據(jù)存儲量大等明顯優(yōu)點(diǎn)；與計算機(jī)集中控制系統(tǒng)比較，具有操作監(jiān)督方便、危險分散、功能分散等明顯優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)70年代中期

60、首次出現(xiàn)后，就一直占主導(dǎo)地位的控制系統(tǒng)框架?；贒CS的特點(diǎn)，一般用在石化、電力等大型工業(yè)過程控制的DCS不適合該消聲器自動除塵生產(chǎn)線的自動控制。</p><p>　　近年來，基于DCS而改進(jìn)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS隨著控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，逐步占據(jù)重要地位。現(xiàn)代工業(yè)中測控技術(shù)、計算機(jī)控制和通信領(lǐng)域的結(jié)合應(yīng)用已經(jīng)成為主要發(fā)展趨勢，工業(yè)自動化正朝著現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)方向發(fā)展?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)F

61、CS（Field bus Control System)的基礎(chǔ)是現(xiàn)場總線，通過一套標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，能夠把測控設(shè)備和控制系統(tǒng)完美結(jié)合在一起，從而使設(shè)備之間的操作性變的更加方便、快捷。</p><p>　　PLC和DCS都能夠?qū)崿F(xiàn)較高的可靠性，但是DCS的價格太高，成本太大，一般用于規(guī)模比較大型的企業(yè)，因此排除DCS，而選用PLC。PLC控制系統(tǒng)不僅可以控制一臺或幾臺設(shè)備的生產(chǎn)線，還能通過聯(lián)網(wǎng)組成工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)，控制

62、整個的設(shè)備運(yùn)行。隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的通信和聯(lián)網(wǎng)能力也不斷加強(qiáng)，很多PLC能夠支持大多數(shù)廠家的通信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)，如現(xiàn)場總線。PLC的通信功能日趨完善，為用戶減少了很多通信編程方面的負(fù)擔(dān)，用戶只需在組成系統(tǒng)時作一些硬件或軟件的初始化設(shè)置就能使設(shè)備之間的通信能夠自動周期性地進(jìn)行，不再需要為通信編程。</p><p>　　該消聲器自動除塵生產(chǎn)線的控制規(guī)模為中小型規(guī)模，主要是為了實(shí)現(xiàn)流水線作業(yè)，消聲

63、器器件到達(dá)每個工位執(zhí)行相應(yīng)的動作。利用中小型PLC就可以實(shí)現(xiàn)可靠、穩(wěn)定的自動控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)的成本較低，但功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)起來也比較容易。利用PLC可以對生產(chǎn)線大量開關(guān)量進(jìn)行控制，利用通用的通信協(xié)議和通信標(biāo)準(zhǔn)對變頻器等設(shè)備進(jìn)行通信控制。因此，本課題選用PLC控制方案對該生產(chǎn)線進(jìn)行自動控制。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制原理分析</p><p>　　如果一個控制系統(tǒng)可以分解成幾個

64、獨(dú)立的控制動作，且這些動作必須嚴(yán)格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的歪常運(yùn)行，這樣的控制系統(tǒng)稱為順序控制系統(tǒng)，也稱為步進(jìn)控制系統(tǒng)。其控制總是一步一步按順序進(jìn)行。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用很廣，尤其在機(jī)械行業(yè)，幾乎無例外地利用順序控制來實(shí)現(xiàn)加工的自動循環(huán)。 </p><p>　　在消聲器自動除塵生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)中，每個工位的控制是相對獨(dú)立的，但是必須按照一定的先后順序才能完成器件的最終除塵，

65、如除塵系統(tǒng)中的吹氣的控制必須在物料檢測系統(tǒng)完成之后方可進(jìn)行。每個工位的控制也都是按照順序執(zhí)行的，因此本控制系統(tǒng)屬于順序控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.3 流水線自動控制系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　3.3.1 自動控制系統(tǒng)流程設(shè)計</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求并針對消聲器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及消聲器內(nèi)部粉塵的狀態(tài)，設(shè)計一套基于PLC的自動控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)流水線

66、生產(chǎn)。由設(shè)計要求可知:</p><p>　　首先，我們需要一個驅(qū)動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對傳動帶的控制以載動物料至除塵工作區(qū)；</p><p>　　然后，通過檢測傳感器檢測到物料的到來從而啟動除塵工作區(qū)中空氣壓縮機(jī)的啟動實(shí)現(xiàn)對物料的吹氣；</p><p>　　接著，當(dāng)物料除塵完畢后傳送帶將物料傳送至計數(shù)傳感器開始計數(shù)；最后，物料計數(shù)完成后由傳送帶送至倉庫箱，當(dāng)計數(shù)滿100時系統(tǒng)

67、自動報警，通知更換倉庫箱。</p><p>　　因此為滿足以上功能，通過研究分析系統(tǒng)以減速電機(jī)為流水線驅(qū)動器，通過變頻器調(diào)速，流水線上設(shè)置檢測傳感器，探測到物料后自動啟動吹氣進(jìn)行除塵，一條流水線上共設(shè)4個除塵工位，去除的粉塵再通過一個收集裝置進(jìn)行有效的收集，流水線末端設(shè)置計數(shù)傳感器來計數(shù)報警。整個流程通過PLC編程控制，從而實(shí)現(xiàn)流水線的自動控制。</p><p>　　結(jié)合軟件設(shè)計系統(tǒng)總的流

68、程圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 自動流水線總流程圖</p><p>　　3.3.2 流水線自動控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　圖3-2 消聲器自動除塵系統(tǒng)生產(chǎn)線整體示意圖</p><p>　　整體的流水線如上圖所示，當(dāng)電箱中的開關(guān)合上送電后，通過PLC自動控制，電機(jī)M啟動并帶動整條流水線穩(wěn)定運(yùn)行，與此同時，氣刀A開始

69、動作，并且工業(yè)吸塵器也開始工作吸塵。</p><p>　　當(dāng)產(chǎn)品在傳送帶上被送到檢測器旁邊時候，檢測器會感應(yīng)到，從而把信號輸送到PLC，PLC自動啟動空氣壓縮機(jī)，通過控制電磁閥來使高壓噴嘴開始吹氣（電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁的效應(yīng)進(jìn)行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能

70、夠保證），把產(chǎn)品表面的灰塵吹去，灰塵經(jīng)過工業(yè)吸塵器被吸走，從而吹氣除塵工序完成。</p><p>　　產(chǎn)品在除塵完畢后繼續(xù)被傳送帶送走，當(dāng)?shù)竭_(dá)傳送帶尾段時候，有一個計數(shù)傳感器，紅外會自動檢測到產(chǎn)品經(jīng)過，進(jìn)行自動計數(shù)。當(dāng)計數(shù)器計數(shù)到100的時候，系統(tǒng)會自動報警，表示倉庫中數(shù)量達(dá)100，請注意更換物料箱。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>

71、　　構(gòu)造自動化控制裝置時，有兩種做法：</p><p>　　（1）自主開發(fā)控制裝置，即按要求從頭到尾制造控制器。這項工作難度太大，對從事這項工作的人員要求太高，對于現(xiàn)在的我還無法完成。</p><p>　?。?）通過成品構(gòu)造控制系統(tǒng)。這項工作相對來說比較容易。對于本次設(shè)計控制系統(tǒng)，可以首選現(xiàn)成的PLC裝置，以加快設(shè)計研制進(jìn)程，大大減少系統(tǒng)硬件設(shè)計的工作量。PLC有十幾種品牌幾十種系列可供選

72、擇，通過比較選型來確定。這些相關(guān)模塊產(chǎn)品都已經(jīng)嚴(yán)格測試過，并且能夠提供各種軟硬件接口，包括相應(yīng)的驅(qū)動程序等。這些模板模塊產(chǎn)品只要總線標(biāo)準(zhǔn)一致，買回后插入相應(yīng)空槽即可運(yùn)行，構(gòu)成系統(tǒng)極為方便?；谝陨系目紤]，我們的硬件設(shè)計主要是對各種產(chǎn)品、模塊的選型。</p><p>　　4.1 PLC的選型</p><p>　　4.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC

73、即可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，綜合了計算機(jī)、自動控制、通訊等現(xiàn)代科技的一種新型工業(yè)自動控制裝置。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算數(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字量、模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC系統(tǒng)主要由中央處理單元(CPU模塊)、信號輸入／輸出模塊、電源和編程

74、器等部分組成，如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 PLC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　PLC的基本結(jié)構(gòu)：</b></p><p><b>　?。?）電源 </b></p><p>　　PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常

75、工作的，因此PLC的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+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。 　　</p><p>　?。?）中央處理單元(CPU) 　　</p><p>　　中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀

76、態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。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)行。近年來為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，對大型PLC還采用雙CP

77、U構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 　　</p><p>　?。?） 存儲器 　　</p><p>　　存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 　　</p><p>　　存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 　　</p><p>　　（4）輸入輸出接口電路 　　</p&

78、gt;<p>　　1) 現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 　　</p><p>　　2) 現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。 　　</p><p>　?。?）功能模塊 　　如計數(shù)、定位等功能模塊。 　　</p>

79、<p>　?。?）通信模塊 　　如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊等。</p><p>　　PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　PLC的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　1) 用

80、內(nèi)部已定義的各種輔助繼電器代替機(jī)械觸點(diǎn)繼電器，通過軟件編程方式用內(nèi)部邏輯關(guān)系代替實(shí)際的硬件連接導(dǎo)線，這些內(nèi)部繼電器的節(jié)點(diǎn)變位時間可理想化地認(rèn)為等于零，因此只需考慮它的0-1狀態(tài)而無需考慮傳統(tǒng)繼電器所固有的返回系數(shù)。</p><p>　　2) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，適用于復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。</p><p>　　3) 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能

81、。</p><p>　　4) 易學(xué)易用，照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制采用簡單指令形式，是用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)。</p><p>　　4.1.2 PLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　由于PLC自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在工業(yè)控制中PLC已得到了廣泛的應(yīng)用，包括機(jī)械、冶金、化工、電力、運(yùn)輸、建筑等眾多領(lǐng)域，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大

82、。PLC主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個方面： </p><p><b>　　(1) 邏輯控制</b></p><p>　　邏輯控制是PLC最基本的應(yīng)用，它可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，如機(jī)床電氣控制、各種電機(jī)控制等，可實(shí)現(xiàn)組合邏輯控制、定時控制和順序邏輯控制等功能。</p><p><b>　　運(yùn)動控制</b></p>

83、;<p>　　PLC使用專用的運(yùn)動控制模塊，可對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸和多軸位置控制，并使運(yùn)動控制和順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起。</p><p><b>　　閉環(huán)過程控制</b></p><p>　　過程控制是對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過其模擬量I／O模塊，及數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，

84、實(shí)現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)控制。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理等操作。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值進(jìn)行比較，也可以用通信功能傳送到其他智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?lt;/p><p><b>　　通信聯(lián)網(wǎng)</

85、b></p><p>　　PLC的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程I／O之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC與其他智能設(shè)備(如計算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置等)之間的通信。PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制’’式的分布式控制系統(tǒng)。當(dāng)然，一些小型PLC只具有上述的部分功能’，但價格較低，而大型PLC具備的功能較為完善。</p><p>　　4.1.3 PLC的工作過程<

86、/p><p>　　概括的講，PLC的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式．每一次掃描所用的時間稱為掃描周期。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。其工作過程基本上分為“輸入采樣”、“程序執(zhí)行”、“輸出刷新”三部分。在輸入采樣階段，PLC首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中對應(yīng)的輸入映像寄存器，此時寄

87、存器被刷新。接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，根據(jù)梯形圖程序掃描原則，PLC按先左后右，先上后下的步序語句逐句掃描，遇到跳轉(zhuǎn)指令則跳轉(zhuǎn)，然后進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入輸出映像寄存器。最后進(jìn)行輸出刷新階段，在所有指令執(zhí)行完畢后輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài) 在這時轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負(fù)載[6]。</p><p>　　4.1.4 PLC的選型</p><p>　　近二十年來，

88、可編程控制器的生產(chǎn)廠家在美、日、德等發(fā)達(dá)工業(yè)國家中迅速增加，PLC的種類更為繁多。國外PLC的主要廠家及其主要產(chǎn)品列舉如下：</p><p>　?。?）美國通用電氣公司(GE公司)：SERIES、GE等系列。</p><p>　　（2）美國A．B：1746／1747／1756／1757／1761／1764／1769／1770／177l等。</p><p>　?。?）

89、德國西門子公司(SIMENS)：SIMATIC S5、S7等系列。</p><p>　　（4）日本歐姆龍公司：OMRON C、CV、CQM1、CJ1、CS1、CP1H等系列。</p><p>　?。?）日本三菱電機(jī)公司：F、FX、A、K等系列。</p><p>　　各公司的產(chǎn)品在功能上有相同之處，也有各自的特點(diǎn)。據(jù)資料顯示，美國各公司的產(chǎn)品功能琵較齊全，但在組成中、

90、小系統(tǒng)時，價格比較高；歐洲的產(chǎn)品比較注重功能和價格的統(tǒng)一，特別是中型系統(tǒng)的性能價格比較好；日本各公司的產(chǎn)品模塊集成度較高，使整個系統(tǒng)的價格較低，特別是小型PLC在價格上有優(yōu)勢。</p><p>　　三菱FX2N系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。FX2N系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，還是相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此，F(xiàn)X2N系列具有極高的性價比。</p>&

91、lt;p>　　圖4-2 FX2N系列PLC</p><p>　　（1）控制規(guī)模：16~256點(diǎn) 　　</p><p>　?。?）內(nèi)置8K容量的RAM存儲器，最大可以擴(kuò)展到16K 　　</p><p>　?。?）CPU運(yùn)算處理速度0.08μS/基本指令 　　</p><p>　?。?）在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊

92、 　　</p><p>　?。?）基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高20kHz定位功能(晶體管輸出型） </p><p>　　FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特

93、殊功能 　　開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要----模擬I/O，高速計數(shù)器。 　　定位控制達(dá)到16軸，脈沖串輸出或?yàn)镴和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。對每一個FX2N主單元可配置總計達(dá)8個特殊功能模塊。網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信 連接到世界上最流行的開放式網(wǎng)絡(luò) CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用傳感器層次的網(wǎng)絡(luò)解決您的通信需要。內(nèi)置式24V直流電源 24V、400mA直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感

94、器或其它元件。快速斷開端子塊，因?yàn)椴捎昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子塊，即使接著電纜也可以更換單元。時鐘功能和小時表功能，在所有的FX2NPLC中都有實(shí)時時鐘標(biāo)準(zhǔn)。時間設(shè)置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價值的信息。持續(xù)掃描功能，為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時間定義操</p><p>　　綜合考慮本系統(tǒng)規(guī)模大小、控制要求、性價比考慮以及本人對PLC的認(rèn)識，決定選用FX2N系列可編程控制器。<

95、;/p><p>　　4.1.5 FX2N系列PLC特性</p><p>　　4.1.5.1 FX2N系列PLC介紹</p><p>　　FX2N系列[7]PLC功能強(qiáng)、速度快、擴(kuò)展靈活，具有模塊化、緊湊的結(jié)構(gòu)。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到愿復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測、自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括電力設(shè)施、民用設(shè)施、機(jī)械、機(jī)床

96、等領(lǐng)域。</p><p>　　FX2N系列具有極高的可靠性、極豐富的指令集、易予掌握、操作便捷、內(nèi)置豐富的集成功能、實(shí)時特性，強(qiáng)勁的通迅能力、豐富的擴(kuò)展模塊。FX2N系列的強(qiáng)大功能使其無論是在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)都能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。所以它具有極高的性價比。</p><p>　　FX2N系列可以根據(jù)對象的不同，可以選用不同的型號和不同數(shù)量的模塊，并可以將這些模塊安裝在同一機(jī)架上。<

97、;/p><p>　　4.1.5.2 FX2N系列PLC的工作原理</p><p>　　各種PLC都采用掃描工作方式，具體工作過程大同小異。FX2N系列PLC的工作過程：PLC上電后，首先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入循環(huán)工作過程。一次循環(huán)過程可歸納為公共處理、程序執(zhí)行、掃描周期計算處理、I/O刷新和外設(shè)端口服務(wù)五個工作階段，一次循環(huán)所用的時間稱為一個工作周期(或掃描周期)，其長短與用戶程序的長短以及PL

98、C機(jī)本身性能有關(guān)，其數(shù)量級為ms級，典型值為幾十ms。各階段完成的任務(wù)如下：</p><p>　　（1）公共處理：復(fù)位監(jiān)視定時器，進(jìn)行硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等。檢查正常后，方可進(jìn)行下面的操作。如果有異常情況，則根據(jù)錯誤的嚴(yán)重程度發(fā)出報警或停止PLC運(yùn)行。</p><p>　?。?）程序執(zhí)行：在程序執(zhí)行階段，CPU按先左后右，先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行解釋、執(zhí)行，CPU從輸入映像寄存器(每

99、個輸入繼電器對應(yīng)一個輸入映像寄存器，其通／斷狀態(tài)對應(yīng)I/O)和元件映像寄存器(即與各種內(nèi)部繼電器、輸出繼電器對應(yīng)的寄存器讀出各繼電器的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再寫入元件映像寄存器中。</p><p>　?。?）掃描周期計算處理：若設(shè)定掃描周期為固定值，則進(jìn)入等待循環(huán)，直到該固定值到，再往下進(jìn)行。若設(shè)定掃描周期為不定的(即決定于用戶程序的長短等，為不定值)，則進(jìn)行掃描周期的計算。<

100、;/p><p>　　（4）I/O刷新：在此階段，進(jìn)行I/O刷新。輸入刷新時，CPU從輸入電路中讀出各輸入點(diǎn)狀態(tài)，并將此狀態(tài)寫入輸入映像寄存器中：輸出刷新時，將輸出繼電器的元件映像寄存器的狀態(tài)(I/O)傳送到輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路隔離和功率放大，驅(qū)動外部負(fù)載。</p><p>　?。?）外設(shè)端口服務(wù)：完成與外設(shè)端口連接的外圍設(shè)備部編程器或通信適配器的通信處理。</p><

101、p>　　CPU從輸入電路的輸出端讀出各路狀態(tài)，并將其寫入輸入映像寄存器；在程序執(zhí)行階段，CPU從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀出各繼電器的狀態(tài)，并根據(jù)此狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，執(zhí)行結(jié)果再寫入元件映像寄存器中；在緊接著的下一個I/O刷新階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)寫入輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子，從而控制外接器件動作。</p><p>　　PLC的循環(huán)掃描工作方式也為PLC提供了一條死循環(huán)自診斷功能

102、。PLC內(nèi)部設(shè)置了一個監(jiān)視定時器WDT，其定時時間可由用戶設(shè)置為大于用戶程序的掃描周期，PLC在每個掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時器復(fù)位。正常情況下，監(jiān)視定時器不會動作，如果由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)，那么，掃描周期將超過監(jiān)視定時器的定時時間，這時，監(jiān)視定時器動作，運(yùn)行停止，以示用戶。</p><p>　　4.2 變頻器的選型</p><p>　　4.2.1 變頻器的功用&l

103、t;/p><p>　　變頻器的功用是將頻率固定(通常為工頻50az)的交流電(三相的或單相的)變換成頻率連續(xù)可調(diào)(多數(shù)為0～400Hz)的三相交流電源。</p><p>　　如圖4-4所示，變頻器的輸入端(R．S．T)接至頻率固定的三相交流電源，輸出端(U．V．W)輸出的是頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的三相交流電，接至電機(jī)。</p><p>　　圖4-4 交-直-交變壓變

104、頻器的框圖</p><p>　　4.2.2 變頻器控制的基本原理</p><p>　　根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，交流電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：</p><p><b>　　(4—1)</b></p><p>　　式中：n為電動機(jī)轉(zhuǎn)速：為同步轉(zhuǎn)速：f為電源頻率：P為電動機(jī)磁極對數(shù)；S為轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　由

105、上式可知，當(dāng)P和轉(zhuǎn)差率S不變時，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子電源頻率f成正比，連續(xù)改變異步電機(jī)供電電源的頻率，則可連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn) 速。這就是變頻器的工作原理[8,9]。</p><p>　　通用型變頻器基本上采用V／F控制方式，即變頻器輸出電壓的頻率F和輸出電壓幅值U同時得到控制，并保證V／F的值恒定。工作時，變頻器主電路實(shí)現(xiàn)交流-直流-交流的變換過程，內(nèi)部微控制器根據(jù)現(xiàn)場設(shè)定信號調(diào)節(jié)PWM輸出頻率，它控制了

106、MOSFET管的導(dǎo)通時間，改變主電路的輸出頻率，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速的目的。變頻器自帶有完善的保護(hù)功能，如過流、過壓、欠壓、過熱、過載等功能。當(dāng)電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)等故障時，變頻器應(yīng)可靠跳閘，以保護(hù)電機(jī)。變頻器每次故障都有故障記憶，可將最新的故障記憶下來，以便運(yùn)行人員進(jìn)行故障分析?，F(xiàn)在很多變頻器都帶有PID功能，接受速度傳感器信號，在變頻器內(nèi)部完成閉環(huán)控制功能。</p><p>　　變頻器輸出的電源頻率可通過操作面板的