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helunkai

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目 录第1章 绪 论 1 PLC的发展及其应用 2本课题研究的意义 3本文的结构 2第2章 电镀专用行车控制系统简介 1使用背景 2控制系统方案论证 3工艺流程分析 1工艺要求 2控制流程 4 PLC的选型及地址编号 1 PLC的选型 2 PLC的地址编号 5电机的选型 1电动机的分类 2电动机的选型 7第3章 PLC控制系统的组成及设计步骤 1 PLC控制系统的组成 1可编程控制器PLC 2接触器 3继电器 4开关电器 5熔断器 2 PLC控制系统的设计步骤 1 PLC控制系统设计的基本原则 2 PLC控制系统设计的一般步骤 3确定控制对象及范围 17第4章 控制系统硬件设计 1电器控制系统原理图 1主电路图 2控制电路 3 PLC外围接线图 2操纵台的设计 20第5章 控制系统软件设计 1梯形图的设计方法及技巧 1梯形图的设计方法 2梯形图设计技巧 2控制系统梯形图 3指令表 26第6章 结 论 31参考文献 32致 谢 33附 录Ⅰ 34附 录Ⅱ 44摘 要行车是在生产中用于输送物料的重要设备。过去的传统控制方式大都是采用人工操纵的半自动控制方式。然而在许多生产场合,这种半自动控制方式早已显示出了它的缺点及很多的不足。所以,为了提高工作效率,促进生产自动化和减轻劳动强度,现在已经需要实现行车的自动化控制。本设计是将由人工操纵的半自动化电动行车改造为由PLC控制的自动化控制系统,不仅可以大大提高生产效率,方便地实现各种控制功能,而且可以适应行车所处的恶劣环境,无需在硬件上采取过多的措施。本设计中的电镀专用行车是通过行车带动吊钩前后运动及吊钩的升降运动来实现电镀的过程的。行车带动吊钩前进/后退分别经过电镀槽、回收液槽、清水槽,当分别到每个槽上方时,由限位开关通知PLC发出控制指令使吊钩下降,当下降到槽中时又开始定时电镀。定时结束后,吊钩上升,上升后还需定时停留一段时间让多余的液体流回槽中才能走向下一个槽,当从清水槽上滴液结束后行车返回原位。在对本系统的设计中完成了系统的硬件连线及软件的设计,硬件连线包括PLC 的外围接线、主电路及控制电路,软件包括梯形图及指令表。关键词:PLC;电镀专用行车;前后运动;升降运动AbstractThe empress car is a important equipment that transports the material in The traditional control method mostly adopts the half artificial manipulate to However in many production situations, the weakness and a lot of shortage that automatic control in this kind of half method appeared In order to improve work efficiency, promote the production automation and alleviate to the labor strength, now there need realizes the car that automatic This design is reforms the manipulate a line of the car moved by artificial the half automation electricity to the automation control system that be controlled by PLC, can not only increase production efficiency, conveniently realizes every kind of control function, but also can adapt to the bad environment of a line of cars, not need adopt the excessive measure on the The appropriation car for electroplate in this design is a rise and fall to passes a line of the car arouses to the mourn hook to exercise and the mourn hook in front and back to realize the electroplate A car bring the hook go forward/retreat pass by the electroplated slot, recovery liquid slot, clear water slot one by one , when above each slot, the limit switch tells PLC to sends out the control instruction makes the hook descends, when in the slot it starts settling the time to While settling after ending, the mourn hook is rising up, still need to stop a few minutes let superfluous liquid flowed to return to slot then can to the next slot, When liquid ends from the clear water slot the empress car returns the home In the design of this system, Completed the design of hardware and software The hardware includes the PLC outer connect line, main electric circuit and control electric circuits, the software includes trapezoid diagram and instruction Key words: PLC; a appropriation car for electroplate; Exercise in front and back; Exercise in ascend and descend 参考文献[1] 张万忠可编程控制器应用技术北京:化学工业出版社,2002:201-203[2] 周希章电工技术手册北京:中国电力出版社,2004,6:621-658[3] 李德锯常用电气设备天津科学技术出版社,1994,5:168-231[4] 郑晟等现代可编程序控制器原理与应用北京:科学出版社,1999,2:167-175[5] 高钦和可编程控制器应用技术与设计实例北京:人民邮电出版社,2004,7:141-145[6] 王永华现代电气及可编程控制技术北京:北京航空航天社,2002,9:10-19[7] 廖常初PLC基础及应用北京:机械工业出版社,2003,61-17[8] 吴爱萍PLC控制的设计技巧工业控制计算机,2003(2):61-62[9] 陈立定等电气控制与可编程控制器北京:华南理工大学出版社,2001,2:151-165[10] 王永华现代电器及可编程控制技术北京:北京航空航天大学出版社,2002,1:91-96[11] 路林集等可编程控制器原理及应用北京:清华大学出版社,2002,9:1-22[12] 何衍庆等可编程序控制器原理及应用技巧北京:化学工业出版社,2001,1:18-29[13] 徐惠勇等.同步电动机励磁装置的PLC控制器研制.电气传动,2004(3):40-42 [14] 赵红顺等步进电机的PLC控制电气开关,2004(2):36-38[15] 郭西进PLC在自动洗车系统中的应用电气时代,2004(6):58-59 [16] 求是科技PLC应用开发技术与工程实践北京:人民邮电出版社,2005,1:239-248[17] 许力发电机自动检测的PLC控制系统电气自动化,2004(1):60-61 [18] 吴海君PLC在机电设备监控系统中的应用电气时代,2004(5):82-83[19] 陈立定电气控制与可编程序控制器的原理及应用北京:机械工业出版社,2004,9:188-201[20] E Mitsubishi E CC-Link Msnual,2001:56-88[21] 李正吾新电工手册安徽科学技术出版社,2000,4:465-467

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安江明

1 前言 可编程控制器(PC)包括可编程逻辑控制器(PLC)和可编程计算机控制器(PCC)。无论是PLC还是它的升级产品PCC,其基本组成和工作原理部是相同的。但是,PCC具有一般PLC所不具备的特点:① PCC已经采用了多任务操作系统;② PCC不但支持梯形图和C语言等各种高低编程语言,还具有专为工业控制开发的高级语言,它比通用的高级语言,如C 语言更适用于工业控制,更易于编程;③ PCC可以支持多个主CPU同时工作,而且还具有智能处理器,如专门的时间处理单元守(TPU)。综上所述可看出,PCC在很多方面突破传统,在PLC中引入了新的思想和编程思想,更易于实现日趋复杂的控制要求[1]。步进电机在工业领域应用非常广泛,实现PCC控制的步进电机具有很大的实用价值。 2 步进电机的控制 步进电机的性能对控制系统的设计具有重要的意义,在设计时需要综合考虑步进电机的步距角、细分数、保持力矩等,使调速系统具有高的可靠性。 在步进式PCC调速器中,根据步进电机的控制脉冲生成方式,它的控制方式分为直接控制和间接控制两种方式。前者,由PCC完成脉冲生成和脉冲分配,并输出与步进电机相适应的脉冲,再经过功率放人驱动步进电机;后者,由PCC完成脉冲生成并输出步进脉冲和方向控制信号,再由硬件或其他装置(如步进电机驱动器)实现脉冲分配和功率放大。采用直接控制方式时,步进电机运动频率由高速任务组的扫描周期决定,步进电机的运动频率愈高,则要求高速任务组的扫描周期愈短,这样,占用CPU的时间就愈长;采用间接控制方式时,其功能由TPU完成,不占用CPU 资源;脉冲分配由步进电机驱动器完成,且具有更完善和灵活的控制功能(如升降速等)。因此在步进式PCC调速器中主要采用间接控制力式。 图1 示出以两相混合式步进电机为例,采用间接控制方式的控制结构。在PCC间接控制方式下,方向控制信号根据控制量增量值的正负确定,输出脉冲信号经过步进电机驱动器完成脉冲的分配,使步进电机按照所要求的力向和位移量或角度转动。图1 两相步进电机PCC控制电路 步进电机选用美国Palker 公司的OEM83 一135 , 驱动器选用Palker 公司的OEM750 , PCC模块选用奥地利B&R公司的POWER PANELPP41 ,数字量输出模块选用可与TPU 通道相连接的高速输出模块DOl35 。PCC通过数字量输出模块输出步进脉冲信号和方向控制信号,送入OEM750 步进电机驱动器的相应端口, 由OEM750 步进电机驱动器产生与步进电机相适应的驱动脉冲驱动步进电机。在PCC 内部控制步进电机的脉冲信号通过调用TPU功能块LTXPestXO 产生,该模块专门为步进电机设计,具有与步进电机驱动器相适应的两个输出信号,即步进脉冲信号和方向电平信号。PCC 输出的步进脉冲信号用于控制步进电机的位置和速度。也就是说,驱动器每接受一个脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角,改变脉冲频率,则同时使步进电机的转速改变,控制脉冲的个数,则可使步进电机精确定位,以实现步进电机调速和定位的目的。PCC输出方向的控制信号用于控制步进电机的旋转方向,此端为高电平时,电机顺时针旋转,反之,电机逆时针旋转。 2 1 步进电机驱动器 OEM75驱动器具有分辨率、静态锁定电流、最大驱动电流等参数设置以及升降速控制等功能,并具有使用方便、安个可靠等许多优点。 分辨率(步进电机运行一圈的步数)的设置可多达16 级,范围从每圈200 步至每圈508 ( ) 0 步不等,可满足用户的不同要求。设置时,可通过对该驱动器上的开关2 的2 到5 位进行。在PCC调速器中选取每圈步数为1000步,这样步进电机的步距角为36度 ,完全满足了调速系统的要求,同时由于驱动器采用了细分技术,因此对步进电机的低频震颤也起到了很好的阻尼作用,增强了系统的稳定性和可靠性。 步进电机在静止状态时的静态锁定电流有4 种不同的电流等级可供选择。由于PCC 调速器中的锁定力矩较小,故选取静态锁定电流为最大驱动电流的25 % ,以降低步进电机温升并延长其寿命。 为使电机能有最大力矩又不引起电机的振荡和噪音,在PCC调速器中将最大驱动电流设置为5A , 供电电压为24v 。电流环增益按下式计算: Ki= 364 000 LM/U 式中 LM——-电机电感(H) U——-电源电压 需注意,当电机需要改变运动方向时,必须使改变方向的控制电平信号至少保持200us。 2 2 TPU功能块LTXPestXO模块 TPU 是PP41 模块微处理器所具有的一个时间处理单元,主要用于外部处理事件计数、门电平时间测量、频率测量、脉宽调制等与时间有关的任务(timing tasks ) ,缩短CPU 模块为处理这些任务调用中断服务程序所占用的时间。TPU功能模块包含TPU操作系统、TPU 配置、完成特定功能的TPU 程序模块等,应用程序通过它与TPU通讯传递参数和数据,该功能模块由B&R公司专门研制的TPU 编码连接器产生,并在CPU 热启动(warm start)时,将自己传入TPU 的RAM 中,由此接管TPU 让它完成用户特定的功能。 在步进电机控制中,主要利用功能模块LTXPestXO,它与D0135 模块配合使用,占用2 个TPU 输出通道,第一通道为控制步进电机转速的脉冲信号,第二通道为控制步进电机力向的信号。它能根据绝对位置或相对位置两种模式调节步进电机。该模块在循环任务中调用。需注意,该模块只能在程序的一个地方调用,否则不同程序部分调用同一硬件可能引起冲突。 功能模块LTXPestXO可对包括步进电机起/停时的最小速度和最大速度、步进电机升速时的加速度和减速时的加速度、绝对目标位置和相 对目标位置等众多参数进行设置,使得PCC与步进电机配合使用非常灵活且功能强大,从而实现对步进电机及驱动器的良好控制。 3 应用 目前已有多台步进式PCC调速器已在四川越西铁马二级电站、四川飞罗电站等水电站投入运行。经对四川越西铁马二级电站2 号机组调节系统进行全面的静动态特性试验,其结果表明,性能指标已满足或优于国标GB/T1一1997的要求,其中主要特性试验结果:① 调速器转速死区小于04 %;② 甩25%额定负荷,接力器不动时间为16s;③ 甩100%额定负荷时,转速最大上升为额定转速的118% ,调节时间为19s;④ 空载时扰动量取8% ,选若干组参数进行试验比较,当Kp=7 , Kz=32, KD= 7 时比较理想,扰动后调节时间较短,接力器摆动一次,且机频超调小。 4 结束语 将PCC控制步进电机用于水轮机调节系统,数十座电站的运行结果表明,其设计合理,运行状况良好,将步进电机用于水轮机调速器中,有效地解决了以往调速器存在可靠性低的问题,简化了调速器结构并降低了造价,完全能满足水轮机调速器动静态的要求,具有很高的可靠性。 参考文献 [1] 齐蓉新一代可编程计算机控制器技术[M] 西安:西北大学出版社, [2] OEM75O Driver User Guide[Z]Parker Hannifin Corporation, 作者简介:何跃贵(1965)男,云南人,高级工程师,研究方向为电力电子技术。
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