基于plc的自動檢測控制系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ；全程監視系統采用 HMI。控制系統供電板的主要作用是把工頻 AC220V轉換為 DC24V，給主控單元和 DP從站供電。系統的檢測部分中采用了紅外傳感器、光電傳感器、色彩傳感器、電容式傳感器、電感傳感器組成，通過 RS422 將數據送至主控 PLC 中， 系統設計流程圖 如 圖 21 所示 ： 第 7 頁 共 25 頁 圖 21 設計流程圖 檢測 控制系統的原理圖 如圖所示是三菱 PLC 檢測控制系統原理圖 如圖 22 所示 。 圖 22檢測控制系統的原理圖 第三章 系統硬件設計 可編程控制器 (PLC)的選型 PLC 概述 可編程控制器，英文稱 Programmable Controller，簡稱 PLC，本課題中用PLC 作為它的簡稱。 PLC 是用于工業現場的電控制器。它源于繼電器控制技術，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其內存中的程序，把經 輸入電路的物理過三菱 PLC可編程控制器 傳感器 限位開關接收到的信號 1. 電磁閥控制氣缸伸縮 2. 繼電器控制電機轉動 第 8 頁 共 25 頁 程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進而再通過輸出電路的物理過程去實現對負載的控制。 PLC 基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普通計算機進行入出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息入出的物理過程一般不考慮的。而 PLC 則要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別要考慮怎么適應于工業環境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題 ,入出信息變換及可靠的物理實現，可以說是 PLC 實現控制的兩個基本要點。 PLC 可以通過它的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強 的多。 PLC 有豐富的指令系統，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，有大容量的內存，有可靠的自身監控系統，因而具有以下基本的功能： ○ 1 邏輯處理功能； ○ 2 數據運算功能； ○ 3 準確定時功能； ○ 4 高速計數功能； ○ 5 中斷處理（可以實現各種內外中斷）功能； ○ 6 程序與數據存儲功能； ○ 7 聯網通信功能； ○ 8 自檢測、自診斷功能。 可以說，凡普通小型計算機能實現的功能， PLC 幾乎也都可以做到。 像 PLC 這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為 PLC 的廣泛應用提供了可能，同時，也為自動門行業的遠程化、信息化及智能化創造了條件。 PLC 的選型 在 PLC 系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任 務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 PLC 和設計相應的控制系統 。 1． 輸入輸出（ I/O）點數的估算 I/O 點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～ 20%的可擴展 。 余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商 PLC 的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。 根據估算的方法故本課題的 I/O 點數為輸入 31 點，輸出 33 點。 第 9 頁 共 25 頁 2． 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器 本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數字量 I/O 點數的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點數的 100 倍，以此數為內存的總字數（ 16 位為一個字），另外再按此數的 25%考慮余量 。 因此本課題的 PLC 內存容量 選擇應能存儲 2020 條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 3． 控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 根據本課題所設計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （ 1） 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節省存儲器容量。 （ 2） 編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模 式時， CPU 只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式， CPU 對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統成本，但使用和調試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器有各自的 CPU，主機 CPU 負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五種標準化編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結構文本（ ST）兩種文本語言。選用的編程語言應遵守其標準（ IEC6113123），同時，還應支持多種語言編程形式，如 C， Basic等，以滿足特殊控制場合的控制要求。 （ 3）診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內部的性能和功第 10 頁 共 25 頁 能進行診斷是內診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進行 診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并影響平均維修時間。 4． 機型的選擇 目前，國內眾多的生產廠家生產了多種系列功能各異的 PLC 產品，使用戶眼花繚亂、無所適從。通過對輸入 /輸出點的選擇、對存儲容量的選擇、對 I/O 響應時間的選擇以及輸出負載的特點選型的分許。我們決定使用我們學校已經有的三菱公司生產的 FX2N 系列的 FX2N64MR 型號的可編程控制作為 檢測及分檢 的控制器。 （如圖 31） 圖 31 FX2N64MR 三菱 PLC 可編程控制器 電機的選型 普通工業上用的 直流 電機，轉子電阻低，機械特性好，轉差率小，運行效率高。但由于普通交流感應電動機的啟動電流大，一般為額定電流的 4~7 倍。由于電梯的頻繁起動，大的起動電流會引起電網電壓的大幅波動，另外由于這類電動機起動轉距也比較大，一般為額定轉距的 3~5 倍，這樣大的起動轉距會使乘坐舒服感極差。故普通工業用的交流感應電動機不能用電梯曳引機。 電梯曳引電機特點 電梯是典型的位能性負載，根據電梯的工作特性，電動機應有如下性質： （ 1） 能頻繁地起動和制動 （ 2） 起動電流較小 （ 3） 電動機運行噪聲低 （ 4） 電動機散熱好 此外，曳引電動機具備兩個 軸伸端：其一端為傳動端與減速器耦合，另一端為非傳動端，通常裝有飛輪。用于增加運動系統的轉動慣量。改散起動過程乘坐舒適感，并兼作盤車手輪。考慮以上各種因素，本設計選用 J250 系列永磁無齒曳引機 （如 圖 32）。 圖 32 直流減速電機 GB37Y50030 第 11 頁 共 25 頁 繼電器的選型 繼電器是具有隔離功能的自動開關元件 （如圖 33） ，廣泛應用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設備中，是最重要的控制元件之一。 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統和被 控制系統 ，通常應用于 自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “自動開關 ”。故在電路中起著自動調節、安全保護、轉換電路等作用。 當輸入量 (如 電壓 、電 流 等 )達到規定值時，使被控制的輸出電路導通或斷開的電器。可分為電氣量 (如電流、電壓、頻率、功率等 )繼電器及非電氣量 (如溫度、壓力、速度等 )繼電器兩大類。具有動作快、工作穩定、使用壽命長、體積小等優點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。 電磁式繼電器原理 ： 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線 圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的 “常開、常閉 ”觸點，可以這樣來區分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態的靜觸點，稱為 “常開觸點 ”；處于接通狀態的靜觸點稱為 “常閉觸點 ”。 圖 33 電磁式 繼電器 AHN22324 傳感器的 選型 傳感器就是能感知外界信息并將其按一定規律裝換成可用信號的機械電子裝置。簡言之，傳感器就是將外界被測信號轉換為電信號的電子裝置，它由敏感器件和轉換器件兩部分組成，有的半導體敏感器件可以直接輸出電信號，其本身就構成傳感器。敏感器件品種繁多，就其感知外界信息的原理而言，可分為： 物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應；化學類，基于化學反應的原理；生物類，基于酶、抗體和激素等分子識別功能。通常，根據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、