可调速运料小车设计

摘 要近年来，随着科学技术的进步和微电子技术的迅速发展，可编程序控制技术已广泛应用于自动化控制领域，可编程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作简便等特点，已经形成了一种工业趋势。 可编程控制器是一种新型的通用控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，这一新型的通用自动控制装置以其高可靠性、较强的工作环境适应性和极为方便的使用性能，深受自动化领域技术人员的普遍欢迎。运料小车在现代化的工厂中普遍存在。传统的工厂依靠人力推车运料，这样浪费了大量的人力物力，降低了生产效率。而现代工业生产中大量运用PLC控制运料小车，并结合组态王软件完成数据通信、网络管理、人机界面(HMI)和数据处理，使生产自动化，智能化，大大提高了生产效率，降低了劳动成本。关键词：可编程控制器（PLC） 组态王 自动化 控制ABSTRACTIn recent years, with the scientific and technological progress and rapid development of microelectronic technology, programmable control technology has been widely used in automation and control, programmable logic controller (PLC) for its high reliability and simple operation, has been formation of an industry trend. Programmable controller is a new type of universal control devices, it will traditional relay - contactor control technology, computer technology and communication technology integration, designed specifically for industrial control, this new automatic control device to the general its high reliability, strong work environment is very easy adaptability and performance, by the automation of technical staff in general. The car used for transport materials is common in modern factories. Plants rely on traditional human carts haul, so that waste a lot of manpower and resources, reduce production efficiency. The extensive use of modern industrial production car transport materials PLC control, combined with Configuration software for data communications, network management, human-machine interface (HMI) and data processing, the production automation, intelligence, greatly improving production efficiency and reduce labor costs. Keywords: Programmable logic controller (PLC) Kingview Automation Control目录第一章 绪论11.1课题的研究背景及意义11.2 设计要求及主要内容1第二章 可编程控制器（PLC）概况32.1 PLC的定义32.2 PLC的发展32.3 PLC的特点32.4 PLC的基本组成及各部分作用42.5 PLC的应用领域4第三章 硬件系统设计83.1 PLC的选型83.2 变频器133.3 电动机153.4 旋转编码器193.5 行程开关 213.6 人机界面 223.7 PLC外部接线图 15第四章 软件系统的设计254.1 梯形图概述254.2 运料小车梯形图程序设计26第五章 总结34参考文献353第一章 引 言1.1课题的研究背景及意义随着我国工业自动化的不断发展，运料小车成为了工业运料的主要设备之一。由于其工作效率高、运行稳定、大大降低了工人的劳动强度、减少了工人的体力劳动，在冶金、有色金属、煤矿、港口、码头、工业自动化生产线等领域得到了广泛的应用。早期运料小车电气控制系统多为“继电器一接触器”组成的复杂系统，这种系统存在设计周期长、体积大、成本高等缺陷，几乎无数据处理和通信功能，必须有专人负责操作。20世纪以来随着人类科技的迅猛发展，各种工业化自动控制产品都在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉等方向发展，使自动控制的实现越来越容易。PLC应运而生。PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，PLC 及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。因而可以说PLC 是近乎理想的工业控制计算机。PLC的输入/ 输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连接。同时，PLC 具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC 的运行状态进行监控。随着PLC技术的成熟、性价比的不断提高，其应用范围不断扩大，在工业自动化中发挥着越来越重要的作用。本设计将PLC应用到工业送料小车的电气控制系统中，实现了运料小车的自动化控制，使运料小车不再需要人工控制，降低了系统的运行费用，提高了系统的自动化程度。PLC运料小车电气控制系统具有连线简单，控制速度快，精度高，可靠性和可维护性好，安装、维修和改造方便等优点。1.2 设计要求及主要内容1.2.1 设备的结构简图如下图所示图中异步电机旋转一周，滚珠丝杆也旋转一周，装在滚珠丝杆另一端的旋转编码器也旋转一周，输出一周的脉冲信号，同时，运料小车移动一个丝距的距离。当工作台上的定位贴片靠近接近开关时，接近开关输出信号。1.2.2 控制方案要求a，将接近开关2作为原点，1和5分别为左右极限；无论设备处于何种工作状态，遇到左右极限时都必须停止且不可向超限的方向运行；b，当工作台不在原点时，按下复位按钮，工作台回到原点；若在原点，则复位按钮无效；c，设手动，单步和自动模式。d，假定滚珠丝杆的丝距为5mm,工作台处于原点时，在自动模式下，按下启动按钮，工作台以段速1向前（接近开关5的方向）运行40mm然后再以段速2向前运行40mm，以此类推，走完160mm之后，停止3s，然后快速返回原点；各段速度可以通过触摸屏更改，单位为mm/s；e，在单步模式下，每按一下启动按钮，工作台完成一步，第一步必须在原点时才可以启动；上一步完成之后，触发信号才有效，走完第四段之后，再按一次启动按钮，工作台就回到原点；f，手动模式下，无需设备处于原点就可以启动，可控制工作台的前进和后退，注意左右极限；g，无论设备处于何种工作模式，按下停止按钮时，设备都停止在当前位置，并且要复位至原点，才能以自动或单步模式再次启动；动作的简单时序图如下：1.2.3 触摸屏设计要求a，显示设备当前的工作模式，状态，如前进，前进的断号，返回，停顿定时等等，工作台的移动速度，单位为mm/s，精确到0.1mm/s；b，在单步和自动模式下，实时显示工作台当前相对原点的位置，单位为mm，精确到0.1mm；c，工作模式可通过触摸屏修改；d，所有的触发信号可以通过外部按钮输入，也可以通过触摸屏输入；如启动按钮，可以用plc的输入端子输入，也可以由触摸屏上的某一按钮来输入；e，各段速度，返回速度，手动速度可设，设定值的单位为mm/s，精确到0.1mm/s；第二章可编程控制器（PLC）概况2.1PLC的定义国际电工委员会(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义: PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元)存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(简称为I/O模块)、编程器和电源五大部分组成。近年来发展极为迅速、应用面极广的工业控制装置。它按照成熟而有效的继电器控制概念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。2.2PLC的发展1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流115V；(8)输出为交流115V, 2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在美国其它工业领域推广使用。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有了第五代PLC产品。2.3PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:1)功能齐全，它的适用性极强，几乎所有的控制要求，它均能满足；2)应用灵活， 其标准的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得它不仅可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场合；3)操作方便，维修容易，稳定可靠。尽管PLC有各种型号，但都可以适应恶劣的工业应用环境，耐热、防潮、抗震等性能也很好，一般平均无故障率可达几万小时。2.4 PLC的基本组成及各部分作用PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，1/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10m.无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。1、中央处理单元(CPU)：CPU在PLC中的作用类似于人体的神经中枢，它是PLC的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务:(1) 接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；(2) 诊断电源、PLC内部电路的工作状态和编程的语法错误;(3) 用扫描的方式接收输入信号，送入PLC的数据寄存器保存起来;(4) PLC进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作;(5) 将用户程序的执行结果送至输出端。现代PLC使用的CPU主要有以下几种:(1) 通用微处理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微处理器的价格便宜，通用性强，还可以借用微机成熟的实时操作系统、丰富的软硬件资源。(2) 单片机，如8051等。单片机由于集成度高、体积小、价格低和可扩充性好，很适合在小型PLC上使用，也广泛地用于PLC的智能UO模块。(3) 位片式微处理器，如AMD2900系列等。位片式微处理器是独立于微型机的另一分支。它主要追求运算速度快，它以4位为一片。用几个位片级联，可以组成任意字长的微处理器。改变微程序存储器的内容，可以改变计算机的指令系统。位片式结构可以使用多个微处理器，将控制任务划分为若干个可以并行处理的部分，几个微处理器同时进行处理。这种高运算速度与可以适应用户需要的指令系统相结合，很适合于以顺序扫描方式工作的PLC使用。2、存储器根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种:(1) 系统程序存储器:和各种计算机一样，PLC也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了PLC的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能由用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器ROM或EPROM.(2) 用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户程序存储器中。由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的RAM。由于RAM掉电会丢失数据，因此使用RAM作用户程序存储器的PLC，都有后备电池(铿电池)保护RAM，以免电源掉电时，丢失用户程序。当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写入EPROM.目前较先进的PLC(如欧姆龙公司的CPMIA型PLC)采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会丢失，不需用后备电池保护。(3) 工作数据存储器:工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在RAM中，以适应随机存取的要求。在PLC的工作数据存储区，开辟有元件映象寄存器和数据表。元件映象寄存器用来存储PLC的开关量输入/输出和定时器、计数器、辅助继电器等内部继电器的ON/OFF状态。数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来存放A/0转换得到的数字和数学运算的结果等。根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可保持数据的存储器区域称为数据保持区。3、 1/0单元I/0单元也称为I/0模块。PLC通过I/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信号，并存到输入映像寄存器。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件.4、电源部分PLC一般使用220V的交流电源，内部的开关电源为PLC的中央处理器、存储器等电路提供5V, +12V, +24V的直流电源，使PLC能正常工作。电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的CPU，通常电源封装到机壳内部;对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与CPU封装到一个模块中。5、扩展接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。6通信接口为了实现“人一机”或“机一机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器相连时.可将过程图像显示出来;当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制;当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。7、编程器编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有LCD或CRL图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。还可以利用PC作为编程器，PLC生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在很多PLC已不再提供编程器，而是提供微机编程软件了，并且配有相应的通信连接电缆。2.5PLC的应用领域PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类:(1)开关量逻辑控制取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于控制单台设备，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2)工业过程控制在工业生产过程当中，存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量(即模拟量)，PLC采用相应的A/D和D/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。(3)运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4)数据处理PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。(5)通信及联网PLC通信包括PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。但是，可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。第三章 硬件系统设计设计的硬件控制系统主要包括PLC、变频器、电机、行程开关、接近开关、旋转编码器、电源等。这些都是为了能够更好满足运料小车运行需求，需要对它们进行一一的选型和分析设计。3.1 PLC的选型目前国内国外的PLC产品有几百种型号，而且功能也日趋完善。PLC的结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法及价格等各不相同，使用场合也各有侧重。因此，应该合理的选择PLC，提高PLC在控制系统中的作用。PLC的选型可以从以下几个方面考虑。a 机型的选择选择机型主要以满足系统功能要求为宗旨，不要盲目的贪大求全而造成不必要的投资以及设备资源的浪费。机型的选择可以从以下几个方面考虑：在工艺过程比较固定，环境比较好的场合可以选用整体式结构的PLC；给予其他情况则最好选用模块式结构的PLC。因为模块式结构的PLC配置灵活，装配和维修方便，也便于系统的扩展。对于以开关量控制为主的以及带少量模拟量控制的工程项目可以选用带有A/D,D/A转换的低档机；而在应用PID运算、闭环控制、通信联网等控制比较复杂、控制功能要求比较全的工程项目则应该选用高档机。另外，对于大型的控制系统，应该尽量做到机型统一。b 硬件选择与配置1）输入/输出的选择与配置确定I/O点数，即确定PLC的控制规模。根据控制系统的要求确定所需的I/O点数，应考虑到以后工艺和设备的改动或I/O点的损坏、故障等，一般应预留10%20%的备用量，实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。同时应考虑PLC提供的内部继电器和寄存器的数量，以节省I/O资源。I/O模块有开关量、模拟量，还有特殊功能输入/输出模块，如定位、高速计数器输入，脉冲捕捉等功能。输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。2）存储器类选择存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。3）电源的选择PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。如果电源的干扰特别严重，可以选择安装一个变比为1:1的隔离变压器来减少干扰。4）处理速度PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的丢失。处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前，PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0.20.4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期）应满足：小型PLC的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0.2ms/K。5）经济性的考虑选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出的卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。综合以上要求和原则，考虑到本系统属于小型的控制系统，所以我选择国产信捷PLC，型号为XC3-32RT-E。3.1.1 信捷XCXC3-32RT-E介绍XC3-32R/T/RT-E/C产 品 说 明18点NPN型输入，14点继电器（R）或晶体管（T）或继电器晶体管混合（RT）输出AC220V（E）或DC24V（C）电源可外接扩展模块和BD板可带时钟并对数据进行掉电保持支持基本的逻辑控制和数据运算支持高速计数、脉冲输出、外部中断、C语言编辑功能块、I/O点的自由切换、自由格式通讯、MODBUS通讯等功能一般规格项目规格绝缘电压DC 500V 2M以上抗噪声1000V 1uS 脉冲1分钟环境温度060环境湿度5%95%通讯口1RS-232，连接上位机、人机界面编程或调试通讯口2RS-232/RS-485，联网或连接智能仪表、变频器等通讯口3BD板扩展通讯口RS-232/RS-485安装可用M3的螺丝固定或直接安装在DIN46277（宽35mm）的导轨上接地第三种接地（不可与强电系统公共接地）性能规格项目规格程序执行方式循环扫描方式、定时扫描方式编程方式指令、梯形图并用处理速度0.5us停电保持使用FlashROM及锂电池用户程序容量128KI/O点数输入18点，输出14点输出形式R：继电器；T：晶体管；RT：继电器晶体管混合供电电源E：AC220V；C：DC24V内部线圈点数(M)8512点定时器（T）点数640点规格100mS定时器：设置时间0.13276.7秒10mS定时器：设置时间0.01327.67秒1mS定时器：设置时间0.00132.767秒计数器（C）点数640点规格16位计数器：设置值K03276732位计数器：设置值-2147483648+2147483647数据寄存器（D）8512字FlashROM寄存器（FD）2048字高速处理功能高速计数、脉冲输出、外部中断定时扫描间隔设置099mS口令保护6位长度ASCII自诊断功能上电自检、监控定时器、语法检查产品外观及尺寸(单位:mm)信捷PLC的优势：1、具备3通道、80KHz、32位高速计数功能XC本体配备了3通道，最高频率高达80KHz的32位高速计数功能，可与旋转编码器直接相连，对来自编码器的输入进行计数。多种计数模式可选：5路单相递增模式、3路脉冲+方向模式、3路AB相模式。2、24段高速计数中断功能利用高速脉冲进行在指定位置的中断操作，具有实时性好，可靠性高、成本低等优点，可代替电子凸轮，每路高速计数器拥有24段32位的预置值。3、高达400KHz的脉冲输出，最多支持4路XC系列带有晶体管输出的PLC一般具有2个脉冲输出点（XC5-32RT-E具有4个脉冲输出点），通过调用不同的指令，可进行多种方式的输出，输出频率最高可达400KHz。4、强大的通讯和组网能力XC系列PLC一般具有2个通讯口，最多可达4个，支持RS-232/485，CAN总线，可连变频器、仪表等外设。Modbus通讯XC系列PLC支持Modbus通讯主或从方式，通过标准Modbus协议可以和大多数设备进行通讯。PLC一般处于从站通讯模式下。5、业内首创的以C语言编写功能块指令为了使XC系列PLC具有更强大的实用性以及更广泛的兼容性，信捷公司率先开发出了以C语言来编写功能块，该功能的开发使用户的程序具有更强的保密性，直接调用编辑好的功能块指令，内部程序不可见。通过调用功能块，不仅节省了内部空间，减小了工作量，而且提高了编程效率。C语言的编辑完全只需在XC的编程软件XCP Pro中进行，兼容C语言支持的全部函数，此外，编写的功能块可以单独存储，以备后用。6、独创的I/O点切换功能对用户而言，在使用PLC的过程中经常会遇到这样的苦恼，当内部光耦、继电器或晶体管遭遇损坏的时候，对应的输入/输出点将无法使用，解决的途径要么是重新修改繁杂的程序，要么是向厂家寻求帮助，这样不但繁琐，而且周期长，影响了用户正常的作业进度。由信捷公司自主开发的新型PLC可以帮助用户轻松解决这一难题，终端用户只须在操作现场，利用文本显示器或者触摸屏进行简单修改，PLC便又可以照常使用了。操作简单快捷而有效。在信捷TP软件中内置了画面60004和60005来修改I/O点的切换，当需要进行替换时，只要放置一个画面跳转按钮，进入修改画面修改即可，如下图所示：7、本体加入PID控制功能全新3.0版本的XC系列PLC在本体部分加入了PID控制指令，并提供了自整定功能。用户可以通过自整定得到最佳的采样时间及PID参数值，从而提高控制精度。8、中断功能XC系列PLC具有中断功能，分为外部中断、定时中断、24段高速计数中断，通过中断可以处理一些特定的需要立即执行的程序，不受用户程序扫描周期影响。9、丰富的扩展性能XC系列本体可以通过外部扩展模块和BD板以适应更多场合的使用需要。可扩展多达7个扩展模块，I/O点数可增至284点，模块的种类不受限制，可为输入输出扩展、可为模拟量处理、可为温度处理。10、扩充的软元件容量和程序空间11、丰富的指令集XC系列不断扩充指令的指令集目前已达到160条左右，包括最基本的运算、比较、应用、逻辑控制等指令，还支持高速脉冲、高速计数、三角/反三角函数运算、位置控制、运动控制、圆弧差补等指令。12、方便易用，更人性化设计的编程软件XCP Pro13、XCM系列的随动功能XCM作为运动控制的专用机型，其性能具有其他系列无法比拟的优势，XCM的随动指令Follow可以将输入的高速脉冲做等比例的放大或缩小，然后从Y0，Y1输出。因此，输出的频率将随着输入的频率做出相应变化。14、圆弧插补功能圆弧插补是插补方式的一种，它是根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线的。XCM的圆弧插补分为顺时针和逆时针两种方式。15、保密下载功能XC系列PLC均具有保密下载功能，保密下载可以使用户的程序和数据永远无法上传，程序无法破解，以此保护用户的知识产权。16、其他特色功能PWM脉宽调制XC系列PLC中的PWM指令，可实现脉宽的调制，利用此功能可对变频器、直流电机进行控制。频率测量XC系列PLC中的FQRM指令可对频率进行测量。精确定时精确定时，是指以1ms为单位的32位定时器，可对精确定时进行读取操作，此外支持精确定时中断功能3.2 变频器的选择变频器的选择主要需要考虑一下几个方面：1） 变频器及被控制的电机。电机的磁极对数一般不多于2为宜，否则变频器的容量应该适当增大。为减少主电源稳压器干扰,在中间电路或变频器输入电路中增加电抗器,或安装前置隔离变压器。一般当电机与变频器距离超过50m时,应在它们中间串入电抗器、滤波器或采用屏蔽防护电缆。2） 变频器箱体结构的选用。主要考虑变频器的工作环境，如温度、湿度、粉尘、酸碱度等因素。常见的变频器结构有敞开型、封闭型和密闭型三种。敞开型主要可装在电控箱内或电气室内的屏、盘、架上，尤其适于多台变频器集中使用时选用,但环境条件要求较高。封闭型适于一般用途,可有少量粉尘或少许温度、湿度的场合。密闭型则可适应与环境差的场合。3） 容量的选择。变频器容量选定过程，实际上是一个变频器与电机的最佳匹配过程，最常见、也较安全的是使变频器的容量大于或等于电机的额定功率，但实际匹配中要考虑电机的实际功率与额定功率相差多少，通常都是设备所选能力偏大，而实际需要的能力小，因此按电机的实际功率选择变频器是合理的，避免选用的变频器过大，使投资增大。对于轻负载类，变频器电流一般应按1.1In(In为电动机额定电流)来选择，或按厂家在产品中标明的与变频器的输出功率额定值相配套的最大电机功率来选择。4） 控制方式。目前常见的有两种，一种是早期的V/F控制，另外一种就是现在的矢量控制。这两种控制方式的主要区别在于：第一，控制精度。矢量控制是闭环控制，因此，控制精度较高，而V/F控制属于开环控制，其控制精度相对于矢量控制来讲，要低一些。第二，就是低频扭矩。这主要看负载的惯性，如果负载的惯性较大，而且需要长期低频运转的话，就要选用矢量控制的变频器，所谓的低频，一般是指小于等于10Hz。本设计中所采用的电机较小，控制精度要求不高，所以可采用V/F控制的容量较小的变频器。由于小车只在两种速度下运行，对变频器变频的要求也不高。选择信捷VB5-20P7变频器，其具体参数如表所示。主要控制功能调制方式SPWM调制频率精度数字设定：最高频率0. 01%；模拟设定：最高频率0.2%频率分辨率数字设定：0.01Hz；模拟设定：最高频率0.1%起动频率0.40Hz20.00Hz转矩提升手动转矩提升0.1%30.0%V/F曲线五种方式：恒转矩V/F曲线、1种用户定义多段V/F曲线方式和3种降转矩特性曲线方式(2.0次幂、1.7次幂和1.2次幂)加减速曲线两种方式：直线加减速、S曲线加减速；七种加减速时间，时间单位(分/秒)可选 ，最长6000分钟点动点动频率范围：0.1Hz50.00Hz,点动加减速时间0.160.0秒内置PI可方便地构成闭环控制系统多段速运行通过内置PLC或控制端子实现多段速运行纺织摆频可实现预置频率、中心频率可调的摆频功能自动电压调整(AVR)当电网电压变化时，维持输出电压恒定不变自动节能运行根据负载情况，自动优化V/F曲线，实现节能运行自动限流对运行期间电流自动限制，防止频繁过流故障跳闸通讯功能具有RS485标准通讯接口，支持Modbus-RTU格式的通讯协议。运行功能运行命令通道操作面板给定；控制端子给定；串行口给定；可三种方式切换频率设定通道键盘模拟电位器给定；键盘给定；功能码数字给定；串行口给定；端子UP/DOWN给定；模拟电压给定；模拟电流给定；组合给定；可多种给定方式随时切换开关输入通道正、反转指令；3路可编程开关量输入，可分别设定35种功能模拟输入通道1路模拟信号输入，420mA、010V可选操作面板LED数码显示可显示设定频率、输出电压等参数外接仪表显示输出频率、输出电流、输出电压显示等物理量显示按键锁定实现按键的全部锁定参数拷贝使用远控键盘实现变频器之间的功能码参数拷贝功能（开发中）保护功能过流保护；过压保护；欠压保护；过热保护；过载保护等任选件操作面板延长线产品外形及尺寸（单位：mm）产品型号WD1LD2HVB5-20P77056170160162VB5-21P5VB5-22P23.3 电动机的选择本设计中，运料小车的电机选择也是一个很重要的方面。由于在小车的自动运行过程中，小车要经过多次的加减速问题，因此在选择电动机的时候，要注意对启停性能方面的侧重要求3.3.1 正确选用电机的基本原则为了更好的达到运料小车在运行过程中的功率要求，在选择电动机的时候，要根据电源电压、使用条件、拖动对象选择电动机，要求电源电压与电动机额定电压相符。并且还要考虑到安装地点和工作环境，选择各种型式的电动机1) 首先根据工作情况的要求，确定电压的的大小，选择高压的380V，还是选择低压的220V。2） 电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谐波干扰等），应在容许的范围内；3） 按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的范围内；4） 根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；5） 综合考虑一次投资以及运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。3.3.2 小型异步电动机的选择由于本设计中的运料小车结构比较小，因此在选择电动机的时候，首先要考虑的就是选择结构比较小的电动机，因此在该设计中，选择结构比较小的异步电动机。在控制上，由于小车需要载着物料不断的自行移动，因此，在电源控制上选择由电缆输送的电源控制方法。由于运料小车主要是在变频器的控制下，基于PLC进行速度的控制，因此对电动机的速度变化方面的要求不是很高，关注点主要集中在结构和功率的方面。小型三相异步电动机，通常包括H80-315MM的电机，其产量大、用途广，在电网的总负荷中，它的用电量为40%左右。六十年代初流行的为JO2系列电动机，该系列电机的功率等级、安装尺寸与国际市场上的通用标准不同，另外该电机启动转矩较低和缺乏噪声控制指标，因此现在我国现在使用的电机为Y系列电机。该电机坚固耐用、安全可靠因此使用范围越来越广。然而有些用户使用的电机年损坏率高5%，究其原因多半是选型不当、使用不妥、保护不善的缘故。小型异步电动机可分为：基本系列、派生系列和专用系列。 1） 基本系列：使用范围广、生产量大，是一种通用电机，如Y系列（IP44）小型三相异步电动机。 2） 派生系列：按照不同的使用要求，在基本系列的基础上做了部分改动，另部件与基本系列有较高的通用性和一定程度的统一性。派生系列有电气派生（如高效电机，YX系列）、结构派生（如绕线转子电动机YR系列）、特殊环境派生（隔爆型电动机，YB系列）等几种。 3） 专用系列：与一般用途不同，具有特殊使用要求和特殊防护条件系列，如YZ、YZR冶金及起重用异步电动机。a 基本系列技术参数 1）外壳防护结构型式 Y系列小型三相异步电动机基本系列 有IP23、IP44两种外壳防护等级。IP23的含义是：IP表示防护等级的标志符号，后面的两位数字的要求如下：第一位数字，能防止手指接触及机壳内带电或转动部分，能防止直径大于12MM的小固体异物进入；第二位数字，与沿垂直线成60度或小于60度的淋水对电机应无有害影响。图3-2 小型异步电动机Y系列IP44型电动机由于电动机需要安装在运料小车上，所以在结构上要首先满足结构尺寸上的要求，下面是该型号电动机的异步电动机机座号、功率及转速对应表如表3-2。2） 安装结构及型式 Y系列电动机的安装结构，分为地脚安装、用地脚附带凸缘端盖安装和用一个凸缘端盖安装等三种。根据三种基本安装结构，电动机的安装型式又分为卧式安装或立式安装和输出轴伸向上或向下，即B3、B35、B5、V1、V15等安装方式。在该设计中，小电机是通过螺栓连接在运料小车的底部。小车的底部开了一个遮护的槽，把小型电动机装置在这个槽内，在车底部利用电钻，钻出一定数量的螺栓孔，电动机就在这里通过螺栓的连接，与小车连为一体，与运料小车一起向前移动。电动机的输出端是一个皮带轮，通过电动机上的皮带轮，带动主动轴上的带轮旋转，从而推动小车向前移动。关于皮带轮的选取，现在已经有很多型号的皮带轮可供选择，可以根据具体的工程需要，选择合适的皮带。在该设计方案中，由于小车有不断的启动和停止过程，中间还有可能会因为诸如轨迹等的问题发生过载现象，因此设计中充分考虑到这一点，选择皮带传输方式，一方面工艺上容易实现，另一方面，可以很好的实现过载保护。 3） 冷却方式 Y系列电机基本是靠周围空气来循环冷却。因为运料小车在运行过程中需要不断地启动和停止，在这一过程中，会有比较大的热量产生，因此在设计的时候，也要注意电动机的散热问题，从而能够让小车一直以比较高效的状态运行。Y系列IP44三相异步电机在运行过程中内部损耗（铁损、铜损、机械损耗）产生的热量全部传递到电机表面，通过安装在主轴的伸端的风扇驱动周围空气连续吹拂电机表面，带走上述热量，达到冷却电机的目的。 在该设计中，冷却的时候是通过散热风扇实现的，设计成后开口的方案，这样可以使得小车在移动的过程中，可以最大程度的实现散热问题。表3-2 Y系列IP44型电动机机座号、功率及转速对应表b 电动机额定功率的计算在选择电动机的时候，要根据容量、效率、功率因数、转数选择电动机，如果容量选择过小，就会发生长期过载现象，影响电动机寿命甚至烧毁。如果容量选择过大，电动机的输出机械功率不能充分利用，功率因数也不高。因为电动机的功率因数和效率是随着负载变化的。为了选择合适的电动机，需要结合实际的工作情况，对电动机的输出功率做一定的计算，从而更加准确合理的选择电动机。电动的功率可以由下面的公式求出。P=P1/1 （3-1）式中:P电动机的功率(KW);P1生产机械功率(KW);1生产机械本身效率;电动机效率。在本设计中的生产机械是运料小车，它的功率是由小车一次可以运载的货物重量决定的。在该设计中，假定小车每次可以运送的货物重量每次不超过100公斤，那么小车的功率最大不超过0.5KW。由于摩擦等的存在，电动机等的效率最高不会超过0.8。由上述公式可得出，电动机的功率大约为0.78 KW，因此可以选择功率为1.1 KW的80 1型号的电动机。3.4 旋转编码器 旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（REP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。3.4.1 工作原理由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。信号输出:信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。其与PLC的接线如下图所示：3.4.2旋转编码器的参数型号：ZKE4008全空心轴旋转编码器特性项目具体参数输出波形方波可选脉冲110、20、30、40、50、60、80、100、120、125、200、240、256、300、400、450、480、500、512、600、720可选脉冲2750、800、900、1000、1024、1080、1200、1250、1500、1800、2000、2048、2500、3000、3600、4000可选脉冲34096、5000、5400等，或按客户要求供应电源DC5-30V DC5V响应频率0KHZ-200KHZ消耗电流60mA主体材质铝合金外壳材质铝合金轴径8mm or 6mm轴负载轴向：10N 径向：20N起动转10g.cm（+25）最高转速6000rpm震动100m/s2(52000HZ)冲击1000m/s2（11ms）重量0.2kg3.5 行程开关a 行程开关概述行程开关，是位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构造：由操作头、触点系统和外壳组成。图3-2 行程开关的表示符号在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装在生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关被广泛应用在各工业部门的各种生产机械的自动化控制系统中如组合机床和自动线。少者用几个儿十个，多者可达上百个。若其中任何一个发生故障或损坏, 都会迫使生产机械停下来。所以, 行程开关的运行好坏, 直接影响到生产机械的开动率和产品质量。近几年来, 集成电路控制装置逐渐增多, 在这种控制系统中, 由于采用集成电路, 控制装置本身的故障率大大下降, 而行程开关的可靠性问题却变得突出了。因此, 如何正确选择和使用行程开关是一个值得重视的问题。b 行程开关的结构种类行程开关主要包括以下两种结构