PLC組態(tài)技術(shù)在電池包生產(chǎn)中的應(yīng)用.doc

天津冶金職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)課題PLC組態(tài)技術(shù)在電池包生產(chǎn)中的應(yīng)用 系 別 電氣工程系 專 業(yè) 生產(chǎn)過程自動化班 級 過控09-1 學生姓名 指導教師 張偉 2012年4月21日摘要隨著科學技術(shù)的進步和發(fā)展，在工業(yè)控制領(lǐng)域中的生產(chǎn)過程自動化技術(shù)也隨之普遍。特別是以PLC為核心的自動控制技術(shù)在企業(yè)中得到大量的應(yīng)用。工業(yè)控制軟件的出現(xiàn)，讓人們可以應(yīng)用工業(yè)控制軟件在PLC基礎(chǔ)上將工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)連接起來通過人機界面進行監(jiān)控和管理成為了可能。在工業(yè)控制自動化系統(tǒng)中，我們把這種應(yīng)用工控軟件中提供的各種工具，方法，將各個分散的自動控制系統(tǒng)連接起來統(tǒng)一進行工程管理，工程監(jiān)控的工程叫工業(yè)控制組態(tài)。組態(tài)簡而言之就是組織我們應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)自動化控制上的軟件和硬件集合在一起將分散的控制系統(tǒng)聯(lián)合起來，組建統(tǒng)一的集散式控制系統(tǒng)，進行生產(chǎn)過程控制的實時監(jiān)控和處理。在本文中我們僅介紹組態(tài)與傳統(tǒng)PLC控制技術(shù)結(jié)合完成對動力設(shè)備電機的控制；在PLC控制技術(shù)中變頻器是不可缺少的電氣元件，變頻器在控制電機轉(zhuǎn)速和控制電機制動方面的技術(shù)已經(jīng)相當成熟；而光電編碼器是新型傳感器的一種，其工業(yè)領(lǐng)域主要用來精密測速?？梢婋S著傳統(tǒng)電氣元件的改進和發(fā)展，新型自動控制技術(shù)的出現(xiàn)，真正的生產(chǎn)過程控制自動化技術(shù)將慢慢取代傳統(tǒng)的電氣控制，為社會的發(fā)展做出卓越的貢獻。關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器，人機界面技術(shù)，組態(tài)，工業(yè)控制軟件，光電編碼器，變頻器目錄1 可編程控制器1.1 PLC概述1.1.1 PLC定義PLC（可編程邏輯控制器）是應(yīng)用在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，以數(shù)字運算和邏輯運算操作的微型計算機。它應(yīng)用可編程的存儲器在內(nèi)部進行執(zhí)行數(shù)字運算和邏輯運算、順序控制、計時，定時等邏輯指令，并通過數(shù)字或者模擬的輸入、輸出來控制各類的工業(yè)控制。1.1.2 PLC的特點PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點及計算機靈活、方便的優(yōu)點而設(shè)計制造和發(fā)展的，這就是PLC具有許多其他控制器所無法比擬的特點。 （1）抗干擾能力強，可靠性高 電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能要求是可靠性高。PLC應(yīng)用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)工藝制造嚴密，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，所以PLC具有很高的可靠性。使用PLC組建生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個以PLC為核心組建的系統(tǒng)將具有極高的可靠性。（2）配套齊全，功能完善，適用性強 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、DCS(集散式控制)等各種工業(yè)控制中。隨著PLC通信能力的增強以及人機界面組態(tài)技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。（3）易學易用PLC是面向工業(yè)的工業(yè)自動化控制設(shè)備。電氣接線容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時日常維護也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。多年來， PLC（可編程控制器）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。1.2 PLC的硬件結(jié)構(gòu) 圖1.1 PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖 PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同。a. 電源 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。b. 中央處理單元(CPU) 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態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，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)運行，直到停止運行。為了進一步提高PLC的可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU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)仍能正常運行。 c.存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 d.輸入輸出接口電路 (1)現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 (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。 e.功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊 f.通信模塊 如以太網(wǎng)、RS485、Profibus-DP通訊模塊。1.3 PLC的控制功能及其類型1.3.1 運算功能 簡單可編程邏輯控制器的運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通可編程邏輯控制器的運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型可編程邏輯控制器中還有模擬量的PID運算和其他高級運算功能。隨著開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前在可編產(chǎn)品具有與同位機或上位機的通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信的功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用的要求出發(fā)，合理選用所需的運算功能。大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。1.3.2 控制功能 控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應(yīng)根據(jù)控制要求確定。可編程邏輯控制器主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)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，提高可編程邏輯控制器的處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償?shù)哪M單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。 1.3.3 通信功能 大中型可編程邏輯控制器系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議（如TCP/IP），需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)（TCP/IP）相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標準，應(yīng)是開放的通信網(wǎng)絡(luò)。 可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信接口應(yīng)包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可編程邏輯控制器通信總線（含接口設(shè)備和電纜）應(yīng)1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標準，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。 可編程邏輯控制器系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，上級的網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負荷不大于60%?？删幊踢壿嬁刂破飨到y(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有下列幾種形式： 1）PC為主站，多臺同型號可編程邏輯控制器為從站，組成簡易可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)； 2）1臺可編程邏輯控制器為主站，其他同型號可編程邏輯控制器為從站，構(gòu)成主從式可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)； 3）可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)通過特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS的子網(wǎng)； 4）專用可編程邏輯控制器網(wǎng)絡(luò)（各廠商的專用可編程邏輯控制器通信網(wǎng)絡(luò)）。 為減輕CPU通信任務(wù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成的實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能的（如點對點、現(xiàn)場總線、）通信處理器。 1.3.4 編程功能 離線編程方式：可編程邏輯控制器和編程器公用一個CPU，編程器在編程模式時，CPU只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)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(xiàn)場控制，并在一個掃描周期內(nèi)與編程器進行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，下一掃描周期，主機就根據(jù)新收到的程序運行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型可編程邏輯控制器中常采用。 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(jié)構(gòu)文本（ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標準（IEC6113123），同時，還應(yīng)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。 1.3.5 診斷功能 可編程邏輯控制器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(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對PLC內(nèi)部的性能和功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對可編程邏輯控制器的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。 可編程邏輯控制器的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。 1.3.6 處理速度 可編程邏輯控制器采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時間小于掃描時間，則可編程邏輯控制器將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。 處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，可編程邏輯控制器接點的響應(yīng)快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約0.20.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.5ms/K；大中型可編程邏輯控制器的掃描時間不大于0.2ms/K。 1.3.7 可編程邏輯控制器的類型 可編程邏輯控制器按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點數(shù)選型。 整體型可編程邏輯控制器的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型可編程邏輯控制器提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。1.4 可編程邏輯控制器的工作原理當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段“即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新”三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。1.4.1 輸入采樣階段在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。1.4.2 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。1.4.3輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。 2 組態(tài)技術(shù)2.1 組態(tài)技術(shù)簡介在使用工業(yè)控制軟件中，我們經(jīng)常提到組態(tài)一詞，其意義究竟是什么呢？簡單的講，組態(tài)就是用應(yīng)用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務(wù)的過程工業(yè)控制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實時監(jiān)控的，組態(tài)工具通過這些監(jiān)控數(shù)據(jù)實時顯示工業(yè)控制過程。根據(jù)這些組態(tài)結(jié)果，操作者可以通過人機界面進行實時運行工業(yè)自動控制。在當今工業(yè)自動控制領(lǐng)域，一些常用的大型組態(tài)軟件主要有：羅克韋爾，愛默生，組態(tài)王（KINGVIEW），力控，易控，巨控組態(tài)等。我們在本文主要介紹組態(tài)王這款軟件。2.2 組態(tài)軟件組態(tài)王的應(yīng)用介紹2.2.1 組態(tài)王簡介組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層、對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為檢驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于檢驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。2.2.2 組態(tài)王應(yīng)用使用組態(tài)王仿真的基本方法：(1)圖形界面的設(shè)計 (2)構(gòu)造數(shù)據(jù)庫 (3)建立動畫連接 (4)運行和調(diào)試2.3 組態(tài)軟件的設(shè)計思想一般的組態(tài)軟件都由下列組件組成：圖形界面系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、第三方程序接口組件、控制功能組件。下面將分別討論每一類組件的設(shè)計思想。（1）在圖形畫面生成方面，構(gòu)成現(xiàn)場各過程圖形的畫面被劃分成幾類簡單的對象：線、填充形狀和文本。每個簡單的對象均有影響其外觀的屬性。對象的基本屬性包括：線的顏色、填充顏色、高度、寬度、取向、位置移動等。這些屬性可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。靜態(tài)屬性在系統(tǒng)投入運行后保持不變，與原來組態(tài)時一致。而動態(tài)屬性則與表達式的值有關(guān)，表達式可以是來自I/O設(shè)備的變量，也可以是由變量和運算符組成的數(shù)學表達式。這種對象的動態(tài)屬性隨表達式值的變化而實時改變。在圖形界面上還具備報警通知及確認、報表組態(tài)及打印、歷史數(shù)據(jù)查詢與顯示等功能，各種報警、報表、趨勢都是動畫連接的對象，其數(shù)據(jù)源都可以通過組態(tài)來指定，這樣每個畫面的內(nèi)容就可以根據(jù)實際情況由工程技術(shù)人員靈活設(shè)計， 每幅畫面中的對象數(shù)量均不受限制。在圖形界面中，各類組態(tài)軟件普遍提供了一種類Basic語言的編程工具腳本語言來擴充其功能。用腳本語言編寫的程序段可由事件驅(qū)動或周期性地執(zhí)行，是與對象密切相關(guān)的，例如，當按下某個按鈕時可指定執(zhí)行一段腳本語言程序，完成特定的控制功能，也可以指定當某一變量的值變化到關(guān)鍵值以下時，馬上起動一段腳本語言程序完成特定的控制功能。（2）控制功能組件以基于PC的策略編輯/生成組件（也有人稱之為軟邏輯或軟PLC）為代表，是組態(tài)軟件的主要組成部分，雖然腳本語言程序可以完成一些控制功能，但還是不很直觀，對于用慣了梯形圖或其它標準編程語言的自動化工程師來說簡直是太不方便了，因此目前的多數(shù)組態(tài)軟件都提供了基于IEC1131-3標準的策略編輯/生成控制組件，它也是面向?qū)ο蟮?，但不唯一地由事件觸發(fā)，它象PLC中的梯形圖一樣按照順序周期地執(zhí)行。策略編輯/生成組件在基于PC和現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)中是大有可為的，可以大幅度地降低成本。（3）實時數(shù)據(jù)庫是更為重要的一個組件，因為PC的處理能力太強了，因此實數(shù)據(jù)庫更加充分地表現(xiàn)出了組態(tài)軟件的長處。實時數(shù)據(jù)庫可以存儲每個工藝點的多年數(shù)據(jù)，用戶既可瀏覽工廠當前的生產(chǎn)情況，也可回顧過去的生產(chǎn)情況，可以說， 實時數(shù)據(jù)庫對于工廠來說就如同飛機上的“黑匣子”。工廠的歷史數(shù)據(jù)是很有價值的，實時數(shù)據(jù)庫具備數(shù)據(jù)檔案管理功能，工廠的實踐告訴我們：現(xiàn)在很難知道將來進行分析時哪些數(shù)據(jù)是必須的，因此，保存所有的數(shù)據(jù)是防止丟失信息的最好的方法。通訊及第三方程序接口組件是開放系統(tǒng)的標志，是組態(tài)軟件與第三方程序交互及實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)訪問的重要手段之一。 2.4 PLC與組態(tài)在生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用簡介在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化控制系統(tǒng)中PLC作為整個控制系統(tǒng)的核心，PLC控制著各個環(huán)節(jié)之間協(xié)同完成某個產(chǎn)品生產(chǎn)過程。PLC通過繼電接觸器來控制各個節(jié)動力系統(tǒng)的運行，組態(tài)軟件組態(tài)王通過組態(tài)人機界面到觸摸屏上，這樣傳統(tǒng)的的模式變成 新模式這樣操作者可以通過觸摸屏來設(shè)置生產(chǎn)過程自動控制各個環(huán)節(jié)的參數(shù)。這樣不但可以大大降低生產(chǎn)成本提高人均產(chǎn)值，而且避免了工業(yè)生產(chǎn)中的人身傷亡事件。3 電池包翻轉(zhuǎn)檢驗設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)3.1 電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺硬件結(jié)構(gòu)圖3.1 電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺翻轉(zhuǎn)檢驗臺是電池包翻轉(zhuǎn)檢驗設(shè)備中的執(zhí)行部份，主要由鋼材質(zhì)焊接而成。最核心的是電機與減速。電機為翻轉(zhuǎn)臺提供動力；減速機是一種動力傳達機構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機構(gòu)。也就是說我們用減速機將電機的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為檢驗臺需要的轉(zhuǎn)速。3.2 電池包翻轉(zhuǎn)檢驗控制柜控制是整個電池包翻轉(zhuǎn)檢驗設(shè)備中的核心，控制柜上PLC觸摸屏變頻器以及各種電氣元件共同組建了電池包翻轉(zhuǎn)檢驗自動控制系統(tǒng)。在這里為了安全和美觀作用，將PLC繼電器器及其他電氣元件安裝在一個控制柜中（以下簡稱PLC控制柜），將觸摸屏置于另外一個控制柜中。這樣技能保證元件工作環(huán)境的安全性，也方便了操作人員的使用。如圖3.2圖3.3圖3.2 觸摸屏控制柜觸摸屏控制柜按鈕從左向右以此為“電源指示故障報警急停按鈕順時針翻轉(zhuǎn)逆時針翻轉(zhuǎn)；在實際生產(chǎn)中這幾個按鈕起著重大作用，電源指示急停報警用于排除故障，而順時針翻轉(zhuǎn)和逆時針翻轉(zhuǎn)是翻轉(zhuǎn)檢驗的手動模式。該模式是翻轉(zhuǎn)檢驗前的預熱操作，操作人員能在這個模式中可以檢查各個部份器件的運行情況，為安全生產(chǎn)做好準備。生產(chǎn)設(shè)備控制自動化首先要考慮安全問題，做到以人為本。圖3.3 PLC繼電器及其他電氣元件PLC控制柜是控制系統(tǒng)的大腦，在本臺設(shè)備中PLC應(yīng)用其控制功能，直接控制變頻器的輸出間接控制電動機的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向，以及旋轉(zhuǎn)角度；從而達到控制電池包的各種翻轉(zhuǎn)模式。并且使用光電編碼器來采集旋轉(zhuǎn)臺的參數(shù)，應(yīng)用PLC運算功能將操作人員在觸摸屏上組態(tài)的系統(tǒng)畫面中現(xiàn)場設(shè)定的各種參數(shù)與光電編碼器采集的參數(shù)進行相應(yīng)的處理和計算對比完成自動控制的功能。所以PLC控制柜相當重要，其接線準確與否關(guān)系著整個控制系統(tǒng)能否正常運轉(zhuǎn)，而其防護要求也很高。防靜電防塵防熱要考慮全面，做到為生產(chǎn)順利保駕護航。電池包翻轉(zhuǎn)檢驗控制柜的接線示意圖，如圖3.4從圖中我們可以看出，操作人員可以通過觸摸屏直接設(shè)定變頻器的參數(shù)，無需到現(xiàn)成進行作業(yè)，而且現(xiàn)場的實施數(shù)據(jù)能準確快速的顯現(xiàn)到屏幕上。可見PLC控制技術(shù)中應(yīng)用組態(tài)技術(shù)能節(jié)約生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效率，而且對生產(chǎn)安全有保障；大大提高了生產(chǎn)活動中人的積極性，解放了生產(chǎn)力發(fā)展了生產(chǎn)力推動了社會的進步和發(fā)展。 圖4 控制柜接線第四章 PLC組態(tài)技術(shù)在電池包產(chǎn)翻轉(zhuǎn)檢驗中的應(yīng)用4.1 I/O點數(shù)的統(tǒng)計I/O點數(shù)在PLC控制相當重要。我們知道PLC要進行邏輯運算首先得在輸入采樣階段采集I點的各個點的狀態(tài)，無非是0或1狀態(tài)。只有這樣才能在程序執(zhí)行階段PLC才能逐個掃描T型圖來執(zhí)行輸出點的狀態(tài)（0或1）。所以在PLC控制技術(shù)中要想設(shè)計出邏輯上很強的執(zhí)行T型圖活邏輯語句，必須清楚I/O點數(shù)的分配情況。我認為所控制對象的各個狀態(tài)為輸出點，比如電機的正反轉(zhuǎn)，汽缸的插入與拔出等等。而導致這種狀態(tài)的條件為輸入點，比如讓電機正反轉(zhuǎn)切換的條件是改變電機的相序，讓汽缸插入拔出的條件是汽缸的充氣與停氣。因此一般可以認為輸入是在數(shù)學函數(shù)中為變量X，輸出點為應(yīng)變量Y。在電池包翻轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)中我們是通過PLC與變頻器之間進行數(shù)據(jù)交換來進行電機的旋轉(zhuǎn)的，所以PLC只需將觸摸屏所傳來的參數(shù)進行轉(zhuǎn)換和計算后通過PLC D/A模塊傳給變頻器，由變頻器來完成電機的旋轉(zhuǎn)。所以外部的I/O點數(shù)很少。而PLC所進行的邏輯運算所用到的I/O點，我們將用中間變量M來表示；比如輸入點X0用M0表示，Y0用M10表示進行T型圖的編寫。電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺I/O點數(shù)統(tǒng)計表如圖5輸入點(外圍)輸出點（外圍）編碼器A變頻器輸出正轉(zhuǎn)編碼器B變頻器輸出反轉(zhuǎn)手動功能報警功能變頻器故障順時針翻轉(zhuǎn)逆時針翻轉(zhuǎn)輸入點（內(nèi)部運算）輸出點（內(nèi)部運算）連續(xù)翻轉(zhuǎn)模式連續(xù)翻轉(zhuǎn)低速斷續(xù)翻轉(zhuǎn)模式連續(xù)翻轉(zhuǎn)高速連續(xù)翻轉(zhuǎn)模式啟動連續(xù)順時針輸出連續(xù)翻轉(zhuǎn)模式停止到達連續(xù)翻轉(zhuǎn)圈數(shù)斷續(xù)翻轉(zhuǎn)模式啟動到達斷續(xù)翻轉(zhuǎn)圈數(shù)斷續(xù)翻轉(zhuǎn)模式停止變頻器故障連續(xù)翻轉(zhuǎn)運行中手動順時針輸入斷續(xù)翻轉(zhuǎn)運行中手動逆時針輸入連續(xù)翻轉(zhuǎn)完成手動模式手動順時針輸出自動模式手動逆時針輸出連續(xù)順時針輸出表1 I/O點數(shù) 統(tǒng)計4.2 PLC的選擇前文已經(jīng)介紹了PLC具有運算功能控制功能通信功能診斷功能和編程功能。在這里根據(jù)已經(jīng)統(tǒng)計的外部I/O點數(shù)來計算所要選用的PLC I/O點數(shù)。增加20%備用量，以便隨時增加控制功能：所選PLC輸入點數(shù)應(yīng)該為：6(1+20%)=7.2輸出點數(shù)為：3(1+20%)=4.2所以選擇三菱FX2N系列PLC該PLC有8個輸出8個輸入而且價格便宜可以直接接電磁閥也可以直接接220V電源驅(qū)動，在電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺控制柜中使用性價比很高。4.3 電池包質(zhì)檢自動控制系統(tǒng)電路接線圖圖5 PLC柜內(nèi)繼電器接線圖PLC柜內(nèi)繼電器接線圖，其主要完成電機的正反轉(zhuǎn)的控制，使得電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺有順時針翻轉(zhuǎn)和逆時針翻轉(zhuǎn)兩種翻轉(zhuǎn)模式。圖6 觸摸屏控制柜內(nèi)接線圖觸摸屏控制柜內(nèi)接線圖完成觸摸屏柜對電機的啟動和停止，并有電源指示和急停和手動模式的控制功能。圖7 PLC外圍接線圖PLC外圍接線圖，完整的PLC外圍接線圖包括該控制系統(tǒng)的I/O點，為PLC的邏輯控制提供了保障。圖8 PLC連接變頻器接線圖PLC連接變頻器接線圖，PLC通過D/A模塊與變頻器進行數(shù)據(jù)的交換，并通過變頻器間接控制電機的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)間隔等等，使得電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺完成操作人員在觸摸屏上設(shè)定的各種翻轉(zhuǎn)模式。4.4 變頻器控制電機在電池包翻轉(zhuǎn)檢驗中的應(yīng)用4.4.1 變頻器控制電機轉(zhuǎn)速的原理在工業(yè)應(yīng)用中使用最多的是感應(yīng)交流式電機（以下簡稱電機），感應(yīng)交流式電機的轉(zhuǎn)速取決于電機的極數(shù)和頻率。由于這種電機的工作原理是電磁感應(yīng)，而電機的極數(shù)不是一個連續(xù)的數(shù)所以一般不適合在工業(yè)領(lǐng)域改變電機極數(shù)來改變電機轉(zhuǎn)速；另外可以將頻率改變后再供給電機所以改變電機頻率是改變電機轉(zhuǎn)速的優(yōu)先方法。原理如下：電機的旋轉(zhuǎn)速度單位為：1: r/min，也就是每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也可表示為rpm。我們知道，交流電動機的同步轉(zhuǎn)速表達式位： n60 f(1s)/p (1) 式中 n異步電動機的轉(zhuǎn)速； f異步電動機的頻率； s電動機轉(zhuǎn)差率； p電動機極對數(shù)。 由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。所以選用能改變頻率的變頻器改變電機轉(zhuǎn)速的首選設(shè)備。4.4.2 變頻器控制電機制動所謂電機制動是指電能從電機側(cè)流到變頻器側(cè)（或供電電源側(cè)）,這時電機的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速。負載的能量分為動能和勢能. 動能(由速度和重量確定其大小）隨著物體的運動而累積。當動能減為零時，該事物就處在停止狀態(tài)。傳統(tǒng)機械抱閘裝置的方法是用制動裝置把物體動能轉(zhuǎn)換為摩擦和能消耗掉。如果使用變頻器，如果輸出頻率降低，電機轉(zhuǎn)速將跟隨頻率同樣降低。這時會產(chǎn)生制動過程. 由制動產(chǎn)生的功率將返回到變頻器側(cè)。這些功率可以用電阻發(fā)熱消耗。在用于提升類負載，在下降時, 能量(勢能)也要返回到變頻器(或電源)側(cè),進行制動。這種操作方法被稱作“再生制動”，而該方法可應(yīng)用于變頻器制動。為了用散熱來消耗再生功率，需要在變頻器側(cè)安裝制動電阻。為了改善制動能力，不能期望靠增加變頻器的容量來解決問題。選用“制動電阻”、“制動單元”或“功率再生變換器”等選件來改善變頻器的制動容量。可見在電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺要想達到控制翻轉(zhuǎn)角度使用變頻器制動是很使用的4.5 應(yīng)用光電編碼器在電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺測速為了能實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臺以操作人員在觸摸屏上設(shè)置的參數(shù)運行，我們必須使用光電編碼器采集電機的轉(zhuǎn)速，通過PLC的運算功能轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)，然后通過D/A模塊與變頻器進行數(shù)據(jù)的交換和對比，進而實現(xiàn)電機在變頻器控制下以設(shè)置的參數(shù)運行4.5.1 光電編碼器的測速原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器， 光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90的兩路脈沖信號。4.5.2 光電編碼器的結(jié)構(gòu)由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。綜上所述我們采用結(jié)構(gòu)簡單且使用的曾量式編碼器；將A,B端口接在PLC上輸入脈沖，在通過PLC的運算功能進行計算。第五章 翻轉(zhuǎn)檢驗自動控制系統(tǒng)的PLC程序電源開按鈕燈5.1 電池包翻轉(zhuǎn)檢驗臺的控制要求電源開按鈕燈急停按鈕a 電源：合上變頻器柜內(nèi)的空開，合上電控柜內(nèi)的空開，按下控制盒上的 按鈕，變頻器柜內(nèi)的總電源接觸器吸合，檢驗臺上電 燈亮。b 緊急停止及斷電：按下控制盒上的 按鈕，檢驗臺斷電，并實現(xiàn)緊急停止。c 觸摸屏：在觸摸屏上可選擇手動控制模式和翻轉(zhuǎn)檢驗控制模式順時針翻轉(zhuǎn)逆時針翻轉(zhuǎn)c1：手動控制模式：在該模式下，翻轉(zhuǎn)角速度為固定的720/min，按下控制盒上的 按鈕，翻轉(zhuǎn)架按相應(yīng)的方向翻轉(zhuǎn)，抬起按鈕，停止翻轉(zhuǎn)，在手動模式下，自動模式功能將失效。C2：翻轉(zhuǎn)檢驗控制模式：在該模式下控制檢驗的啟動和停止，設(shè)定檢驗控制參數(shù)及顯示檢驗測量數(shù)據(jù)，檢驗自動完成。設(shè)定翻轉(zhuǎn)圈數(shù) 0 （圈） 設(shè)定范圍1-5圈設(shè)定翻轉(zhuǎn)角速度 000 （/min） 設(shè)定范圍180-720/min設(shè)定翻轉(zhuǎn)間隔角度 000（）設(shè)定范圍0-360設(shè)定保持時間 000 （min）設(shè)定范圍0-180min顯示翻轉(zhuǎn)角速度 000.0 （/min）通過光電編碼器測量計算得出。顯示翻轉(zhuǎn)角度 000.0（）通過光電編碼器測量計算的出來顯示保持時間000（min）到達每個翻轉(zhuǎn)間隔角度后的保持時間，最小顯示時間1分鐘，每一分鐘一跳字5.2 電池包翻轉(zhuǎn)檢驗自動控制系統(tǒng)順序功能圖設(shè)計5.2.1 檢驗控制過程手動控制：在檢驗準備，試件安裝時，通常采用手動控制。在觸摸屏上選擇手動逆時針翻轉(zhuǎn)順時針翻轉(zhuǎn)控制模式，按動控制盒上的 按鈕即可控制翻轉(zhuǎn)架翻轉(zhuǎn)。 翻轉(zhuǎn)檢驗：在觸摸屏上選擇自動控制模式，設(shè)定檢驗控制參數(shù)，即可開始檢驗故障蜂鳴器報警燈完成后自動停機，并通過 發(fā)出聲光警示信號。連續(xù)翻轉(zhuǎn)：設(shè)定翻轉(zhuǎn)圈數(shù) 1圈或其他值設(shè)定翻轉(zhuǎn)角速度360/或其他值設(shè)定翻轉(zhuǎn)間隔角度360設(shè)定保持時間000 min 開始檢驗開始翻轉(zhuǎn)，到達360停止，檢驗結(jié)束，聲光報警。連續(xù)翻轉(zhuǎn)多圈