基于plc的自动检测控制系统的设计

基于plc的自动检测控制系统的设计内容摘要：

；全程监视系统采用 HMI。 控制系统供电板的主要作用是把工频 AC220V转换为 DC24V，给主控单元和 DP从站供电。 系统的检测部分中采用了红外传感器、光电传感器、色彩传感器、电容式传感器、电感传感器组成，通过 RS422 将数据送至主控 PLC 中， 系统设计流程图 如 图 21 所示 ： 第 7 页 共 25 页 图 21 设计流程图 检测 控制系统的原理图 如图所示是三菱 PLC 检测控制系统原理图 如图 22 所示。 图 22检测控制系统的原理图 第三章 系统硬件设计 可编程控制器 (PLC)的选型 PLC 概述 可编程控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PLC，本课题中用PLC 作为它的简称。 PLC 是用于工业现场的电控制器。 它源于继电器控制技术，但基于电子计算机。 它通过运行存储在其内存中的程序，把经 输入电路的物理过三菱 PLC可编程控制器 传感器 限位开关接收到的信号 1. 电磁阀控制气缸伸缩 2. 继电器控制电机转动 第 8 页 共 25 页 程得到的输入信息，变换为所要求的输出信息，进而再通过输出电路的物理过程去实现对负载的控制。 PLC 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。 普通计算机进行入出信息变换时，大多只考虑信息本身，信息入出的物理过程一般不考虑的。 而 PLC 则要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。 特别要考虑怎么适应于工业环境，如便于安装，便于维修及抗干扰等问题 ,入出信息变换及可靠的物理实现，可以说是 PLC 实现控制的两个基本要点。 PLC 可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。 其功能要比继电控制装置多的多、强 的多。 PLC 有丰富的指令系统，有各种各样的 I/O 接口、通信接口，有大容量的内存，有可靠的自身监控系统，因而具有以下基本的功能： ○ 1 逻辑处理功能； ○ 2 数据运算功能； ○ 3 准确定时功能； ○ 4 高速计数功能； ○ 5 中断处理（可以实现各种内外中断）功能； ○ 6 程序与数据存储功能； ○ 7 联网通信功能； ○ 8 自检测、自诊断功能。 可以说，凡普通小型计算机能实现的功能， PLC 几乎也都可以做到。 像 PLC 这样。 集丰富功能于一身，是别的电控器所没有的，更是传统的继电控制电路所无法比拟的。 丰富的功能为 PLC 的广泛应用提供了可能，同时，也为自动门行业的远程化、信息化及智能化创造了条件。 PLC 的选型 在 PLC 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程设计选型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任 务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC 的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的 PLC 和设计相应的控制系统。 1． 输入输出（ I/O）点数的估算 I/O 点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～ 20%的可扩展。 余量后，作为输入输出点数估算数据。 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圆整。 根据估算的方法故本课题的 I/O 点数为输入 31 点，输出 33 点。 第 9 页 共 25 页 2． 存储器容量的估算 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 10～ 15 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。 因此本课题的 PLC 内存容量 选择应能存储 2020 条梯形图，这样才能在以后的改造过程中有足够的空间。 3． 控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。 根据本课题所设计的自动门控制的需要，主要介绍以下几种功能的选择。 （ 1） 控制功能 PLC 主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高 PLC 的处理速度和节省存储器容量。 （ 2） 编程功能 离线编程方式： PLC 和编程器公用一个 CPU，编程器在编程模 式时， CPU 只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。 完成编程后，编程器切换到运行模式， CPU 对现场设备进行控制，不能进行编程。 离线编程方式可降低系统成本，但使用和调试不方便。 在线编程方式： CPU 和编程器有各自的 CPU，主机 CPU 负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。 这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（ SFC）、梯形图（ LD）、功能模块图（ FBD）三种图形化语言和语句表（ IL）、结构文本（ ST）两种文本语言。 选用的编程语言应遵守其标准（ IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程形式，如 C， Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 （ 3）诊断功能 PLC 的诊断功能包括硬件和软件的诊断。 硬件诊断通过硬件的逻辑判断确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。 通过软件对 PLC 内部的性能和功第 10 页 共 25 页 能进行诊断是内诊断，通过软件对 PLC 的 CPU 与外部输入输出等部件信息交换功能进行 诊断是外诊断。 PLC 的诊断功能的强弱，直接影响对操作和维护人员技术能力的要求，并影响平均维修时间。 4． 机型的选择 目前，国内众多的生产厂家生产了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。 通过对输入 /输出点的选择、对存储容量的选择、对 I/O 响应时间的选择以及输出负载的特点选型的分许。 我们决定使用我们学校已经有的三菱公司生产的 FX2N 系列的 FX2N64MR 型号的可编程控制作为 检测及分检 的控制器。 （如图 31） 图 31 FX2N64MR 三菱 PLC 可编程控制器 电机的选型 普通工业上用的 直流 电机，转子电阻低，机械特性好，转差率小，运行效率高。 但由于普通交流感应电动机的启动电流大，一般为额定电流的 4~7 倍。 由于电梯的频繁起动，大的起动电流会引起电网电压的大幅波动，另外由于这类电动机起动转距也比较大，一般为额定转距的 3~5 倍，这样大的起动转距会使乘坐舒服感极差。 故普通工业用的交流感应电动机不能用电梯曳引机。 电梯曳引电机特点 电梯是典型的位能性负载，根据电梯的工作特性，电动机应有如下性质： （ 1） 能频繁地起动和制动 （ 2） 起动电流较小 （ 3） 电动机运行噪声低 （ 4） 电动机散热好 此外，曳引电动机具备两个 轴伸端：其一端为传动端与减速器耦合，另一端为非传动端，通常装有飞轮。 用于增加运动系统的转动惯量。 改散起动过程乘坐舒适感，并兼作盘车手轮。 考虑以上各种因素，本设计选用 J250 系列永磁无齿曳引机 （如 图 32）。 图 32 直流减速电机 GB37Y50030 第 11 页 共 25 页 继电器的选型 继电器是具有隔离功能的自动开关元件 （如图 33） ，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被 控制系统 ，通常应用于 自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种 “自动开关 ”。 故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 当输入量 (如 电压 、电 流 等 )达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。 可分为电气量 (如电流、电压、频率、功率等 )继电器及非电气量 (如温度、压力、速度等 )继电器两大类。 具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。 广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。 电磁式继电器原理 ： 电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。 只要在线圈两端加上一定的电压，线 圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。 当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。 这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。 对于继电器的 “常开、常闭 ”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为 “常开触点 ”；处于接通状态的静触点称为 “常闭触点 ”。 图 33 电磁式 继电器 AHN22324 传感器的 选型 传感器就是能感知外界信息并将其按一定规律装换成可用信号的机械电子装置。 简言之，传感器就是将外界被测信号转换为电信号的电子装置，它由敏感器件和转换器件两部分组成，有的半导体敏感器件可以直接输出电信号，其本身就构成传感器。 敏感器件品种繁多，就其感知外界信息的原理而言，可分为： 物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应；化学类，基于化学反应的原理；生物类，基于酶、抗体和激素等分子识别功能。 通常，根据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、。