PLC控制的鋼板開卷矯直剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文哈爾濱理工大學學士學位論文-PAGEII--PAGEII-鋼板開卷矯直剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計摘要本文旨在從工廠的生產(chǎn)實際出發(fā)，以鋼板開卷、矯直、剪切系統(tǒng)（以下簡稱KJJ系統(tǒng)）為例，將其電氣的繼電接觸器系統(tǒng)改造成為可編程序控制系統(tǒng)，用OMRON公司的C40P-CDR-A型可編程序控制器來實現(xiàn)。本系統(tǒng)針對原系統(tǒng)還普遍存在的操作和維護不方便、可靠性低、控制精度低、沒有“防跑板”保護措施等主要技術問題進行開發(fā)設計，并綜合利用了傳感技術、控制技術以及計算機技術測量剪切寬度和位移，確保了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提高了系統(tǒng)的準確性和效益。充分利用可編程序控制器的特性，體現(xiàn)了可編程序控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。本文共分為五章，其中第二章主要介紹PLC的結構特點及應用設計，以及PLC的發(fā)展歷程。第三章主要介紹本文設計的內(nèi)容，所需各種元器件的結構和工作原理。第四章詳細說明了系統(tǒng)的硬件及軟件設計。第五章主要分析系統(tǒng)的維護與檢修工作。通過這次詳細而認真地設計，為可編程控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中的應用提供了理論和實踐的依據(jù)，有一定的實用價值。關鍵詞可編程序控制器；梯形圖；繼電器Thesystemdesignofopenalignsheararmor-platedproductlinecontrolAbstractThispaperaimatsetoutactuallyfromproductionoffactory,open,align,shearthesystem(abbreviatedwithrollsofstencilplateasKJJsystem)fortheexample,Continueaelectriconeitselectriccontactorsystemtransformintoandcanprogramthecontrolsystem,ThancanwithOMRONC40P-CDR-AtypeofCompanythecontrollercomeandrealize.Thesystemmainlyaimatoldsystemtechnologyproblemaboutgeneraloperateinconvenience,lowreliabilityandaccuracy,no“”protectiontodesign.Wemakefulluseofsensortechnology,thecontroltechnologyandthecomputercontroltechnologytoslicethewidthanddisplacement,makesurethesystemtooperateinstableandsafestate,inordertoimprovethesystem’saccuracyandeffection.AndmakefulluseofthecharacterofPLCincarnatethesuperior.Thistextisdividedintofourchapter’saltogether,amongthemtwoisintroducesthestructureandcharacteristicofPLCmainly,andWiththedevelopmentcourseofitsPLC.Chapterthreeisintroducethecontentthatthistextisdesigned,necessarystructureofdifferentcomponentsandpartsandoperationprinciplemainly.Chapterfourthehardwarewithsystematicelaborationandsoftwaredesign.Chapterfiveanalysissystematicallymainlymaintainandoverhaulandwork.Throughdesigndetailedandconscientiouslythistime,controlforabletoprogramcontrolsystemapplicationoftheindustryofferbasisoftheoryandpracticeintheory.Herehascertainpracticalvalue.KeywordsPLC（programmablelogiccontr0ller)；ladderdiagram；relay不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印PAGEII---PAGEIV-目錄摘要…… =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1鋼板開卷矯直剪切問題 11.2鋼板剪切系統(tǒng)的現(xiàn)狀 11.3論文研究的主要內(nèi)容 21.4論文各章的安排 2第2章可編程控制器（PLC）簡介 32.1PLC的產(chǎn)生和特點及其發(fā)展動向 32.1.1PLC的產(chǎn)生和特點 32.1.2PLC的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展動向 32.2PLC的一般結構和基本工作原理 42.2.1PLC的一般結構 42.2.2PLC的基本工作原理 52.3PLC的技術性能指標 62.3.1常見的技術性能指標 62.3.2關于PLC的內(nèi)存分配以及I/O點數(shù) 72.4PLC的分類及應用場合 72.4.1PLC產(chǎn)品的分類 72.4.2PLC的應用場合 72.5PLC的應用設計步驟 82.6本章小結 8第3章設計內(nèi)容 93.1基本結構 103.2外部設備 103.3基本指標與參數(shù) 103.4繼電器區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū) 113.5掃描時間和響應時間 123.6I/O地址分配 143.7電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng) 143.8繼電器的分類 173.9本章小結 19第4章硬件及軟件設計 204.1硬件設計 204.1.1系統(tǒng)簡述 204.1.2PLC控制系統(tǒng) 204.1.3C40p-PLC控制系統(tǒng)硬件連結 214.2軟件設計 214.2.1程序方框圖 224.2.2梯形圖 224.2.3程序表 244.3本章小結 25第5章系統(tǒng)的維護與檢修 265.1系統(tǒng)的維護 265.2系統(tǒng)的檢修 275.3本章小結 29結論 30致謝 31參考文獻 32附錄A 33附錄B 34附錄C 35附錄D 42-PAGE10--PAGE43-第1章緒論鋼板開卷矯直剪切問題近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得以微處理機為核心組成的可編程序控制器得到了迅速的發(fā)展，并廣泛應用于各種領域中，以滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)中的高效、大量的自動化要求。如電動機起停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)、溫度、壓力、流量的設定與控制等?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammablecontroller）又簡稱為PC或PLC，日本電氣控制協(xié)會曾對可編程序控制器作了一個定義：“可編程序控制器是將邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)以及算術運算等控制程序，用一串指令形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲器的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬、數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設備和生產(chǎn)過程進行控制的裝置?？梢奝LC是基于計算機技術和自動控制理論而發(fā)展起來的，它既不同于普通的計算機，也不同于一般的計算機控制系統(tǒng)。作為一種特殊形式的計算機控制裝置，它在系統(tǒng)結構、硬件組成、軟件結構以及I/O通道、用戶界面等諸多方面都有其特殊性。早期的PLC主要用于順序控制（例如代替以電器控制盤為主的各種順序控制裝置），今天PLC的應用已經(jīng)不僅限于順序控制，它已開始用于閉環(huán)過程控制（如DDC控制），隨著其擴展能力和通信能力的發(fā)展，它也越來越多的應用于復雜的分布式計算機控制系統(tǒng)中。PLC自1969年問世以來，它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術、新器件，逐步形成一門較為獨立的新型技術和具有特色的各種系列產(chǎn)品。目前世界上各先進工業(yè)國都競相開發(fā)、生產(chǎn)各類PLC產(chǎn)品，我國在引進國外產(chǎn)品的同時，也開始引進該項技術，組織PLC產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，并初步形成自己的PLC產(chǎn)業(yè)。在應用領域，PLC也已成為解決自動控制問題的最便捷、最有效的工具。鋼板開卷矯直剪切生產(chǎn)線控制系統(tǒng)也是利用PLC進行系統(tǒng)的控制和設計開發(fā)的，而且對使用PLC來說也是比較經(jīng)濟合理，這種技術也是現(xiàn)在國內(nèi)外比較普遍采用的技術。它帶來的經(jīng)濟效益顯著提高，而且鋼板的“防跑板”、定尺準確、進出運輸費用降低、生產(chǎn)效率提高、避免積壓浪費等問題得到了很大的改善和提高。本文所要講述的KJJ系統(tǒng)，正是使用C40P作為核心芯片。要必須使用。鋼板剪切系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前國內(nèi)矯直剪切設備普遍采用手動方式，有著勞動強度大、定位誤差大而帶來的鋼板材料的浪費。而且原系統(tǒng)還普遍存在以下的主要技術問題：1、老設備利用率低，產(chǎn)品的質(zhì)量不過關，增加了工人勞動強度；2、結構復雜，不便于操作和維護；3、適應性差，可靠性低，性能價格比不好，不便于推廣；4、不能保證控制精度，降低了經(jīng)濟效益；5、沒有“防跑板”保護措施，容易放生設備事故。鋼板開卷矯直剪切系統(tǒng)的開發(fā)研制就是針對以上問題展開設計的，它綜合利用了傳感技術、控制技術以及計算機技術測量剪切寬度和位移，確保了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，提高了系統(tǒng)的準確性和效益。論文研究的主要內(nèi)容論文的研究工作經(jīng)歷了近四個月的時間。在研究和消化鋼板剪切機等設備的基礎上，參閱了大量的資料，在導師的指導下設計了該系統(tǒng)。其主要研究內(nèi)容包括如下幾個方面：1、了解和掌握PLC基本原理和設計過程中的技術指標、設計步驟和注意事項等問題，為設計系統(tǒng)奠定了基礎。2、采用了數(shù)控技術實現(xiàn)鋼板自動定尺剪切，可設定加工板數(shù)、計算重量、顯示故障和待料停機。3、在鋼板剪切斷機上采用了設計了新的檢測裝置，檢測鋼板定尺長度并轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)輸出給PLC，實現(xiàn)連續(xù)自動定尺切斷鋼板，達到了較高的定尺精度。4、在新型機組的實驗中，積累了大量的有關數(shù)據(jù)和資料，為了下一步的研究工作打下了良好的基礎。論文各章的安排論文共有5章，各章的安排如下：第1章：緒論。概括了鋼板開卷矯直剪切控制系統(tǒng)現(xiàn)狀，介紹了本課題提出的技術背景及研究內(nèi)容。第2章：PLC的基礎理論。介紹了PLC的相關知識和技術，討論了PLC的發(fā)展現(xiàn)狀、基本工作原理和在各類場合中的應用以及設計步驟。第3章：系統(tǒng)的設計內(nèi)容。介紹和分析了系統(tǒng)在設計過程中應注意的問題和基本的設計思想。第4章：系統(tǒng)的具體的硬件和軟件的設計步驟和設計內(nèi)容并進行編程。第5章：系統(tǒng)的維護與檢修，在什么情況下出現(xiàn)故障并如何解決問題，以及系統(tǒng)設備維護時應注意的問題。結論：對論文工作的總結?？删幊炭刂破鳎≒LC）簡介PLC的產(chǎn)生和特點及其發(fā)展動向PLC的產(chǎn)生和特點20世紀60年代末期，美國汽車制造工業(yè)競爭激烈，為了適應生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，在1968年美國通用汽車公司（GM）首先公開招標，而1969年美國數(shù)字設備公司（DEC）根據(jù)其招標內(nèi)容及要求，研制出世界上第一臺可編程控制器，并在GM公司汽車生產(chǎn)線上首次應用成功，實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動控制。但這一時期它主要應用順序控制，雖然也采用了計算機的設計思想，但當時只能進行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（ProgrammablelogicController）。70年代后期，隨著微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展，PLC真正成為一種電子計算機工業(yè)控制裝置，而且做到了小型化和超小型化。故稱為可編程序控制器，簡稱PC（ProgrammableController）。屬于存儲程序控制的可編程控制器，其控制功能是通過存放在存儲器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，若要對控制功能作必要的修改，只需改變軟件指令即可，使硬件軟件化。可編程控制器的優(yōu)點與這個“可”字有關，從軟件來講，它的程序可編、也不難編，從硬件上講，它的配置可變、也易變。其主要特點為：(1)PLC的軟件簡單易學。(2)使用和維護方便。(3)運行穩(wěn)定可靠。(4)設計施工周期短綜上所述，可編程控制器在性能上均優(yōu)越于繼電器邏輯控制，與微型計算機、單板機相比，它也是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具。PLC的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展動向近幾年來，我國的PLC研制、生產(chǎn)、應用也發(fā)展很快。特別是應用方面，在引進一些成套設備的同時，也配套引進不少PLC。如上海寶鋼第一時期工程，就采用了250臺，第二時期也采用了108臺。又如天津化纖廠、秦山電站、北京吉普車生產(chǎn)線、西安的彩電和冰箱生產(chǎn)線等等都采用了PLC控制?？傊?，我國PLC的應用已獲得令人矚目的經(jīng)濟效益和社會效益。國外PLC發(fā)展的明顯特征是產(chǎn)品的集成度越來越高，工作速度越來越快，功能越來越強，使用越來越方便，工作越來越可靠。PLC可進行模擬量控制、位置控制。PLC現(xiàn)已廣泛應用于冶金、礦業(yè)、機械、輕工等領域，為工業(yè)自動化提供了有力的工具，加速了機電一體化的進程。國外一些著名的大公司每年即可推出一種新產(chǎn)品。如各種微型PLC，不僅體積小，功能大有提高，將原來大、中型PLC才有的功能移植到小型PLC上，如模擬量處理、數(shù)據(jù)通信等，而且價格不斷下降真正成為繼電氣的替代物。大中型PLC更是向大容量，增加新的功能，提高運算速度發(fā)展，以適應不同控制系統(tǒng)的要求。并采用多功能的編程語言和先進指令系統(tǒng)，如BASIC等高級語言，能實現(xiàn)PLC之間和PLC與管理計算機之間的通信網(wǎng)絡，形成多層分布控制系統(tǒng)，或整個工廠的自動化網(wǎng)絡。PLC的一般結構和基本工作原理PLC的一般結構用可編程序控制器實施控制，其實質(zhì)是按一定算法進行輸入輸出變換，并將這個變換予以物理實現(xiàn)。至于物理實現(xiàn)，正是它與普通微機相區(qū)別之點，普通微機多指考慮信息本身，別的不多考慮，而PLC要考慮實際的控制需要。物理實現(xiàn)要求PLC的輸入，應當排除干擾信號適應于工業(yè)現(xiàn)場。輸出應放大到工業(yè)控制的水平，能為實際控制系統(tǒng)方便使用。這就要求I/O電路專門設計。根據(jù)PLC實施控制的基本點的分析，PLC采用了典型的計算機結構，主要是由CPU、RAM、ROM和專門設計的輸入輸出接口電路等組成，如圖2-1所示。編程器中央處理單元編程器中央處理單元（CPU）輸入電路輸出電路系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器電源源（一）、中央處理機中央處理機是PLC的大腦，它由中央處理器（CPU）和存儲器等組成。1、中央處理器（CPU）中央處理器（CPU）一般由控制電路、運算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲單元、輸入輸出（I/O）接口電路相連接。CPU的主要功能為：從存儲器中讀取指令。執(zhí)行指令。準備取下一條指令。處理中斷。2、存儲器存儲器是具有記憶功能的半導體電路，用來存放系統(tǒng)程序、用戶程序、邏輯變量和其它一些信息。系統(tǒng)程序是用來控制和完成PLC各種功能的程序，這些程序是由PLC制造成家用相應CPU的指令系統(tǒng)編寫的，并固化到ROM中。用戶程序存儲器用來存放由編程器或磁帶輸入的用戶程序。用戶程序是指使用者來根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可通過編程器修改或增刪。（二）、電源部件電源部件將交流電源轉(zhuǎn)換成供PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作，PLC內(nèi)部電路使用的電源是整機的能源供給中心，它的好壞直接影響PLC的功能和可靠性，因此目前大部分PLC采用開關式穩(wěn)壓電源供電。（三）、輸入、輸出部分這是PLC與被控設備相連接的接口電路。用戶設備需輸入PLC的各種控制信號，如限制位開關、操作按鈕、選擇開關、行程開關以及其他一些傳感器輸出的開關量或模擬量等，通過輸入接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接收和處理的信號。輸出接口電路將中央處理器送出的弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、電機等被控制設備的執(zhí)行元件。PLC的基本工作原理PLC雖具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大的不同。微機一般采用等待命令的方式。如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，有鍵按下或I/O動作則轉(zhuǎn)入響應的子程序，無鍵按下則繼續(xù)掃描。PLC則采用循環(huán)掃描工作方式，在PLC中，用戶程序按先后順序存放。PLC與繼電接觸器控制的重要區(qū)別之一就是工作方式不同。繼電接觸器是按“并行”方式工作的，也就是說是按同時執(zhí)行的方式工作的，只要形成電流通路，就可能有幾個電器同時動作。而PLC是以反復掃描的方式工作的，它是循環(huán)地連續(xù)逐條執(zhí)行程序，任意某時刻它只能執(zhí)行一條指令，這就是說PLC是以“串行”方式工作的。這種串行工作方式可以避免繼電接觸器控制的接觸點競爭和時序失配問題。總之，采用循環(huán)掃描方式也是PLC區(qū)別于微機的最大特點。為了增強PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關量輸入端都采用了光電隔離等技術。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。以上兩個主要原因，使得PLC的I/O響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢得多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個周期甚至更長。所謂I/O響應時間指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關輸出端信號的改變所需要的時間。其最短的I/O響應時間與最長的I/O響應時間如圖所示：第(n-1)個第(n+1)個掃描周期第n個掃描周期掃描周期用戶程序執(zhí)行輸出刷新輸入采樣輸出刷新輸入采樣最短I/O響應時間圖2-2最短的I/O響應時間第n個掃描周期第n+1個掃描周期輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新輸入采樣用戶程序執(zhí)行輸出刷新最長I/O響應時間圖2-3最長的I/O響應時間PLC的技術性能指標各廠家的PLC產(chǎn)品技術性能各不相同，且各有特色，這里不可能一一介紹，只能介紹一些基本的、常見的技術性能。常見的技術性能指標(1)輸入、輸出點數(shù)（即I/O點數(shù)）。(2)掃描速度。(3)內(nèi)存容量。(4)指令條數(shù)。(5)內(nèi)部寄存器。(6)高功能模塊。PLC內(nèi)部除了主控模塊外還可以配接各種高功能模塊，目前已經(jīng)開發(fā)出來的有A/D模塊、D/A模塊、高速計數(shù)模塊、速度控制模塊、位置控制模塊、高級語言編輯和各種物理量轉(zhuǎn)換模塊等等。這些高功能模塊使PLC不但能進行開關量順序控制，而且能進行模擬量控制，可進行精確的定位和速度控制，可以和計算機進行通訊，還可以直接用高級語言進行編輯，給用戶提供了強有力的工具。關于PLC的內(nèi)存分配以及I/O點數(shù)前面介紹了PLC中的RAM除存放調(diào)試中的用戶程序外，還可以存放各種數(shù)據(jù)及邏輯變量等。PLC內(nèi)部寄存器分配如下：I/O區(qū)內(nèi)部輔助寄存器區(qū)特殊寄存器區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)每個區(qū)分配一定數(shù)量的寄存器單元，并按不同的區(qū)進行編號。PLC的分類及應用場合PLC產(chǎn)品的分類按照結構形狀分類，PLC可分為整體式和機架模塊式兩種。而根據(jù)I/O點數(shù)和功能可分為大、中、小型三個等級。大型PLC的I/O點數(shù)在512點以上，用戶程序存儲器容量達到8K字或8K字以上。具有數(shù)據(jù)運算、模擬調(diào)節(jié)、聯(lián)網(wǎng)通信、監(jiān)視、記錄、打印等功能。可以進行中斷控制、智能控制、遠程控制。在用于大規(guī)模的過程控制中，可構成分布式控制系統(tǒng)，或整個工廠的自動化網(wǎng)絡。中型PLC的I/O點數(shù)在120-512點之間，用戶程序存儲器容量達2-8K字，具有邏輯運算、算術運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)通信、模擬量輸入輸出等功能，可完成既有開關量又有模擬量較為復雜的控制。小型PLC的I/O點數(shù)在120點以下，用戶程序存儲器容量為2K字以下，具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，它適合開關量的場合，可用它實現(xiàn)條件控制，定時、順序控制等。也有些小型PLC增加了模擬量處理、算術運算功能，其應用面更廣。PLC的應用場合在PLC產(chǎn)品的分類中已經(jīng)分別介紹了大、中、小型PLC所具有的功能，根據(jù)它們能完成的控制功能現(xiàn)將其應用場合說明如下：(1)用于開關邏輯控制。(2)用于機械加工的數(shù)字控制。(3)用于機器人控制。(4)用于閉環(huán)過程控制。(5)用于組成多級控制系統(tǒng)實現(xiàn)工程自動化網(wǎng)絡。目前PLC現(xiàn)已廣泛應用在鋼鐵、石油、化工、電力、機械制造、汽車裝卸、造紙、紡織、環(huán)保以及娛樂等，為各行各業(yè)工業(yè)自動化提供了有力的工具、促進了機電一體化的實現(xiàn)。PLC的應用設計步驟PLC控制系統(tǒng)是以程序形式來體現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在軟件設計，也就是程序設計上。程序設計對于初學者通常采用繼電器系統(tǒng)設計方法中的逐步探索法，以步為核心，一步一步設計下去，一步一步修改調(diào)試，直到完成整個程序的設計。由于PLC內(nèi)部繼電器數(shù)量大，其接點在內(nèi)存允許的情況下可重復使用，具有存儲數(shù)量大、執(zhí)行快等特點，對于初學者采用此法設計可縮短設計周期。PLC程序設計可遵循以下六步進行：(1)確定被控制系統(tǒng)必須完成的動作以及完成這些動作的順序。(2)分配輸入輸出設備，即確定哪些外圍設備是發(fā)送信號到PLC，哪些外圍設備是接收來自PLC信號的。并將PLC的輸入，輸出接口與之對應進行分配。(3)設計PLC程序畫出梯形圖。(4)實現(xiàn)用計算機PLC的梯形圖直接編程。(5)對程序進行調(diào)試。(6)保存已完成的程序。雖然，在建立一個PLC控制系統(tǒng)，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入、輸出數(shù)量確定下來。然后按需要確定各種控制動作的順序和各個控制裝置彼此之間的相互關系。確定控制上的相互關系。確定了相互關系之后，就可進行編程的第二步分配輸入輸出設備，在分配了PLC的輸入輸出點，內(nèi)部輔助繼電器，定時器、計數(shù)器之后，就可以設計PLC程序畫出梯形圖。在畫梯形圖時要注意每個從左邊母線開始的邏輯行必須終于一個繼電器線圈或定時器、計數(shù)器，與實際的電路圖不一樣。梯形圖畫好后，使用NPSTGR軟件直接把梯形圖輸入計算機并下裝到PLC進行模擬調(diào)試，直至符合控制要求。這便是程序設計的整個過程。本章小結總結介紹PLC的相關知識和技術，討論了PLC的發(fā)展現(xiàn)狀、基本工作原理和在各類場合中的應用以及設計步驟。為以下的設計內(nèi)容奠定基礎。設計內(nèi)容黑龍江省金屬材料公司1979年投資70余萬元安裝一套鋼板開卷、矯直、剪切系統(tǒng)（簡稱KJJ系統(tǒng)）。由于存在一些技術問題，一直未能正常運行。應使用單位要求，我們對該系統(tǒng)進行了完善和改造，收到了比較理想的效果。改造后該系統(tǒng)主要設備有開卷機、矯直機、剪切機、集料臺車。其工藝是將鋼板經(jīng)開卷機開卷后送入矯直機，再由矯直機拖動鋼板經(jīng)剪切機至集料臺車上定尺剪切（開卷機、矯直機、剪切機之間用斜臺和滾道連結）。本文主要對改造后KJJ系統(tǒng)的核心——控制鋼板運行的PLC控制系統(tǒng)所需的OMRON-C40P-PLC、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)和控制電機等所需的控制元器件的結構和原理進行討論。OMRON-C40P-PLC根據(jù)KJJ系統(tǒng)的輸入輸出點的個數(shù)，并考慮到電路的邏輯關系比較簡單，故選用OMRONC40P-CDR-A型PLC。OMRON公司生產(chǎn)的SYSMACC系列PLC產(chǎn)品擁有微型、小型、中型和大型四大類十幾種型號。C40P-CDR-A型PLC屬于微型機，其型號含義如下：C40P—CDR—A表示電源規(guī)格，A代表AC100-240V；表示輸出規(guī)格，R代表繼電器機電輸出；表示輸入規(guī)格，D代表DC24V輸入；表示單元種類，C代表CPU單元；表示此機型為袖珍型；表示輸入輸出點數(shù)，即I/O點數(shù)為40；表示C系列的PLC；微型PLC以C20P和C20H為代表，是整體結構，I/O容量為幾十點，最多可以擴至148點。小型PLC又分為C120P和C200H兩種，C120P最多可控制250點I/O,是緊湊型結構。而C200H雖然也是小型PLC，但它是緊湊型模式結構，最多可控制480點I/O，同時還可以配置智能I/O模塊，是一種小型PLC。中型PLC有C500和C1000H兩種，I/O容量分別為512點和1024點。此外C1000H采用多處理器結構，功能齊全且處理速度快。大型PLC目前只有C2000H一種，I/O點數(shù)可達2048點，同時多處理器雙冗余結構使得C2000H不僅功能全，容量大，而且速度快。下面介紹OMRONSYSMACC系列C40P的硬件資源。基本結構C40P-PLC是箱體式結構，有主箱體、擴展箱體（選用）、特殊單元（選用）及外部設備組成。箱體式結構非常緊湊，它將所有的電路都裝入一個箱體內(nèi)，構成一個整體，因而體積小、成本低、安裝方便。主箱體包含有PLC的中央處理單元、內(nèi)存、基本輸入輸出單元及支持它們工作的電源。有三塊印刷電路板構成，即輸入板、輸出板和CPU板。取代或替換每塊獨立的電路都是比較容易的。僅用主箱體即可實現(xiàn)對外控制，故主箱體也稱主機。從外觀看，主箱體有面板和底座。底座有安裝孔，可用螺釘實現(xiàn)把PLC安裝在平板上；還有溝槽與卡子，用它可以把PLC卡裝在專用導軌上，面板上有接線端子、指示燈、接插座及設定開關。擴展箱體與主箱體很相像，也有接線端子、顯示和連接電纜(與主箱體或別的擴展箱相連)的插座。擴展箱內(nèi)部組成比主箱體簡單，僅I/O電路。點數(shù)多的擴展箱內(nèi)，如使用交流電作電源的，一般還有相應的I/O電路工作電源，還可向用戶提供24V的直流電源，以供用戶使用。C系列P型機有20、28、40、60和特殊擴展箱體4及16（可全為輸入，也可全為輸出）多種型號。擴展箱體稱呼時，加一個E字。因本系統(tǒng)是單機控制系統(tǒng)，主機的I/O點數(shù)也滿足要求，故無需擴展箱體。特殊單元主要有上位及I/O鏈接單元、模擬單元、輸入輸出單元等。外部設備編程器、EPROM寫入器、打印機接口、外部設備接口、軟磁盤接口等。另外，還可以在編程器上接盒式錄音機，把所編程序存到磁盤上或從磁盤上讀入程序。基本指標與參數(shù)(1)處理速度：基本指令實行時間10μs/條，其中RAM為10μs/條，ROM為13μs/條；(2)編程容量：1194地址；(3)指令系統(tǒng)：基本指令12條，應用指令25條；(4)編程方式：采用梯形圖；(5)I/O點數(shù)：40～128點；(6)定時器和計數(shù)器：48個，并提供高速計數(shù)器1個（2KHz);(7)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)：64個字；(8)輸入類型：開關量，模擬量；(9)輸入類型：繼電器（附插座）;(10)聯(lián)網(wǎng)能力：10000VP-P，脈沖寬度：100納秒～1微秒，上升時間：l納秒；(11)特殊模塊：定時模塊，A/D模塊，D/A模塊。此外，還具有存儲功能，自診斷功能、程序檢查功能等性能指標，詳細內(nèi)容見附錄A和附錄B。繼電器區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)KJJ系統(tǒng)的的實際應用程序編制完成后，就可放入存儲器，C40P和新芯片就可從存儲器中讀取數(shù)據(jù)和指令開始運行工作。數(shù)據(jù)區(qū)通道號分配見下表。表3-1C40P-PLC數(shù)據(jù)區(qū)通道號分配區(qū)域名稱通道號I/O繼電器區(qū)輸入點編號為0000—003輸出點編號為0500—0506專用輔助繼電器區(qū)1808—1907暫存輔助繼電器區(qū)TR0—7保持輔助繼電器區(qū)HR000—915內(nèi)部輔助繼電器區(qū)1000—1807定時/計數(shù)繼電器區(qū)TIM/CNT數(shù)據(jù)存儲區(qū)CH00—63C40P-PLC采用通道的概念來說明每一個I/O點。用四位十進制數(shù)來標識一個I/O點，前兩位表示通道號，后兩位表示通道內(nèi)的哪一點。每個通道有十六點。例如“0000”表示第一個通道內(nèi)的第一個點，而“01041.I/O繼電器區(qū)PLC監(jiān)測從按鈕、傳感器和限位開關等設備或元件傳來的輸入信號，根據(jù)存儲器中的用戶程序進行邏輯解算，然后給外部負載（如繼電器、馬達控制器、指示燈和報警器等）輸出信號以達到控制目的。2．專用繼電器區(qū)（SpecialRelayArea)簡稱SR區(qū)。專用繼電器即是有某種特殊用途的內(nèi)部輔助繼電器。專用繼電器區(qū)SR用于監(jiān)控系統(tǒng)運行，產(chǎn)生時鐘脈沖和發(fā)出出錯信號。C40P的SR區(qū)范圍是1808—1907，其中1811—1814繼電器功能如下：1811、1812和1814繼電器常OFF,1813繼電器常ON。把這些繼電器連到PLC外面的指示器（如LED）上，就能用作監(jiān)視PLC的操作狀態(tài)。例如用1813可以監(jiān)視PLC是否正在運行。3．暫存繼電器區(qū)（TemporaryRelayArea)簡稱TR區(qū)。暫存繼電器用于暫存程序分支點的狀態(tài)。在同一個程序段中，最多只能使用8個暫存繼電器，但不能重復使用；而在不同的程序段內(nèi)，同一個暫存繼電器可以多次重復使用，使用TR時，必須在編號前冠以TR。4．保持繼電器區(qū)（HoldingRelayArea)簡稱HR。保持繼電器區(qū)用于斷電有保存數(shù)據(jù)及程序狀態(tài)。這里需要注意，應使用常開觸點作為繼電器的復位輸入端，如果使用常閉觸點，當AC電源故障時，DC電源不一定就掉電，所以保持繼電器只是偶爾的被復位。5．輔助繼電器區(qū)（AuxiliaryRelayArea)簡稱AR。輔助繼電器區(qū)的功能是作中間繼電器使用，不能直接控制外部負載。I/O分配表中，可用的輸出點未使用時，但不能用作輸入點。當程序中使用高速計數(shù)指令（FUN98）時，輔助繼電器的最后一個點1807為高速計數(shù)器的軟復位端。6．定時/計數(shù)器區(qū)（Timer/CounterArea)定時器和計數(shù)器不能直接產(chǎn)生輸出，要輸出可通過聯(lián)接繼電器，這種聯(lián)接繼電器的觸點可重復使用。7．數(shù)據(jù)存儲區(qū)（DataMemoryArea)實際上DM是16位字長的64個存儲單元，專用來存儲16位字長的數(shù)據(jù)。掃描時間和響應時間KJJ對時間的響應延遲有一定的要求，在剪切每一塊鋼板的時候，長度的誤差要求在一定的范圍之內(nèi)，具體要求視實際應用而定。在用PLC設計控制系統(tǒng)時，一個重要的參數(shù)就是時間。PLC執(zhí)行程序中的所有指令要用多少時間？有了一個輸入信號經(jīng)過PLC，多長時間后才能有一個對應的輸出信號？不明白這兩個問題，系統(tǒng)的部件之間就不能正確的和精確的相互配合，雖然OMRON的PLC能夠自動的算出掃描時間并在編程器上顯示出來，但是清楚這個概念，無疑對涉及控制系統(tǒng)和對PLC編程都是有益的。當PLC開始運行之后，它串行的執(zhí)行存儲器中的程序?？煞譃樗膫€部分：（1）共同部分，例如清除時間監(jiān)視器和檢查程序存儲器；（2）數(shù)據(jù)輸入、輸出；（3）執(zhí)行用戶程序的指令；（4）執(zhí)行外設命令。時間監(jiān)視器是PLC內(nèi)部的，用來測量掃描時間的一個定時器。掃描時間是指PLC完成上述操作所需的全部時間，掃描時間的長短取決于系統(tǒng)配置、I/O點數(shù)、所用的編程指令以及是否接有外設。下面說明每一部分內(nèi)部操作所需要的時間。表3-2內(nèi)部操作時間表過程執(zhí)行時間與變量①復位監(jiān)視計數(shù)器，檢查程序內(nèi)存，檢查I/O總線1.26ms（固定不變）②執(zhí)行來自外設的如：編程控制器，圖形編程控制器等的輸入命令T=（①+③+④）*0.05當T<=1時，執(zhí)行時間是1ms當T>l時，在0.5ms單元內(nèi)循環(huán)0FF(1.65→1.5ms）。假如沒有外設與PLC連結，執(zhí)行時間是0ms.③程序指令的執(zhí)行執(zhí)行指令的總時間。執(zhí)行指令需要的時間取決于指令（參照指令執(zhí)行時間表）④從輸入端讀數(shù)據(jù)，對輸出端寫數(shù)據(jù)（指令執(zhí)行結果）0.29ms+0.07ms*NN=輸入通道號-1掃描時間是上表①、②、③和④項所用時間之和。下表給出部分指令執(zhí)行時間，在計算掃描時間要使用這些值。表3-3部分指令執(zhí)行時間表功能碼指令執(zhí)行時間（us）條件LD,LD-NOT12AND,AND-NOT11.5OR,OR-NOT11.5AND-LD、OR-LD4OUT17當輸出邏輯“1”（ON）時17.5當輸出邏輯“0”(OFF）時TIM95當計數(shù)時95.5-186.5當復位時01END參考掃描時間計算例子02IL2.503ILC3從PLC收到一個輸入信號到向輸出端輸出一個控制信號所需的時間，叫響應時間，響應時間是可變的。例如在一個掃描周期結束時，收到一個輸入信號，下一個掃描周期一開始這個輸入信號就起作用了，這時響應時間最短，它是輸入延遲時間，一個掃描周期與輸出延遲時間三者之和.如果在一個掃描周期開始時收到一個輸入信號，在掃描周期內(nèi)該輸入不會起作用，要等到下一個掃描周期才能起作用，這時的響應時間就長，它是輸入延遲時間；兩個掃描周期與輸出延遲之和.C40P的輸入延遲時間為2.5ms，掃描周期為15.59ms，輸出延遲時間為15ms,則本系統(tǒng)最小響應時間=2.5+15.59+15=33.09ms；最大響應時間=2.5+15.59*2+15=48.67ms。這樣就可根據(jù)響應時間設定系統(tǒng)的延遲時間，以確保系統(tǒng)的工藝要求。I/O地址分配根據(jù)KJJ系統(tǒng)的工藝要求，需要控制開卷機、矯直機及剪切機和電源的阻斷，對這四個控制作為輸出端。而對系統(tǒng)的開始與結束以及在運行過程當中需要的控制量作為輸入端。根據(jù)C40PPLC芯片的特點，輸入輸出端的端口安排順序及地址的分配，各個地址所控制信號的名稱可通過下表羅列出來。表3-4I/O地址分配表板號端子號地址號信號名稱0輸入1I0000開始信號2I0001結束信號3I0002定尺信號5輸出10500電源接通20501電源阻斷30502開卷、矯直啟動40503開卷、矯直停止50504剪切機啟動60505剪切機停止電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)KJJ系統(tǒng)控制的對象是異步電機，而異步電機的調(diào)速的方式多種多樣。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的定義：S=（N1-N）/N1=1-N/N1有N=N1（1-S）又有N1=60F1/P可得N=N1（1-S）=60F1/P（1-S），因此，異步電動機的調(diào)速方法大致可分為變轉(zhuǎn)差率、變極對數(shù)及變頻三種，其中變轉(zhuǎn)差率的方法又可以通過調(diào)定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)差電壓以及定、轉(zhuǎn)子供電頻率差等方法來實現(xiàn)。這樣，異步電動機就有很多不同的調(diào)速方法，如下所示：變極調(diào)速——對鼠籠式調(diào)壓（定子電壓）調(diào)阻（轉(zhuǎn)子電阻）—對線繞式異步電動機變轉(zhuǎn)差率調(diào)速電磁離合器（轉(zhuǎn)差率）串極調(diào)速（轉(zhuǎn)差電壓）—對線繞式交-直-交變頻變頻調(diào)速交-交變頻在上述各種調(diào)速方法中，異步電動機的調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速以及串極調(diào)速正受到人們的重視，并且己在工業(yè)中獲得了應用。異步電動機——電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)，是以異步電動機為原動機（它本身不是調(diào)速）而通過改變電磁離合器的勵磁電流來實現(xiàn)調(diào)速的，其優(yōu)點是裝置及控制線路簡單、價格便宜、加速度負反饋后調(diào)速精確，其穩(wěn)態(tài)誤差可以減小到1％以下。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速最適合在KJJ控制系統(tǒng)中應用，其原理分析如下。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理滑輪電樞磁極電能機械能輸出控制可控硅直流負N異步整流器載電動機S聯(lián)軸節(jié)聯(lián)軸節(jié)電磁轉(zhuǎn)差離合器圖3-1電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)上圖為電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的原理結構圖。它主要包括可控硅整流電源、電磁轉(zhuǎn)差離合器和異步電動機三大部分?？煽毓枵麟娫赐ǔ２捎脝蜗蛉ê蜆蚴诫娐?，通過改變可控硅的控制角，可以方便的改變輸出直流電壓的大小。轉(zhuǎn)差離合器有電樞和磁極兩部分組成，這兩部分沒有機械聯(lián)系，都能自由旋轉(zhuǎn)。電樞與異步電動機同軸連結或用聯(lián)軸節(jié)連結，有電動機帶著它轉(zhuǎn)動，成為主動部分；磁極則是用聯(lián)軸節(jié)與工作機械（負載）相連結的，稱為從動部分。電樞通常用整塊的鑄鋼加工而成，形狀很像一個杯子，上面沒有繞組。磁極則由鐵心和繞組兩部分組成。繞組由可控硅整流電源勵磁。當電動機帶動杯形電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞就會因切割磁力線而感應出渦流來，渦流的方向可由右手定則確定，這渦流與刺激的磁場作用產(chǎn)生了磁力，根據(jù)左手定則可知，此電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩將使磁極跟著電樞同方向旋轉(zhuǎn)，從而也帶動了工作機械旋轉(zhuǎn)。由于異步電動機的固定機械特性較硬，因而可以認為電樞的轉(zhuǎn)速是近似不變的，而磁極的轉(zhuǎn)速則由磁極磁場的強弱而定，即由勵磁電流的大小而定，因此，只要改變勵磁電流的大小，就可以改變磁極的轉(zhuǎn)速，也就可改變工作機械的轉(zhuǎn)速。此外，改變勵磁電流的方向，還可以使磁極磁場的方向改變，從而改變磁極及工作機械的旋轉(zhuǎn)方向。由以上可見，當勵磁電流等于零時，磁極是不會轉(zhuǎn)動的，就是相當于工作機械被“離開”；一旦加上勵磁電流，磁極即刻轉(zhuǎn)動起來，這就相當于工作機械被“合上”，因此取名為“離合器”。又因為它是基于電磁感應原理來發(fā)生作用的，而且磁極與電樞之間一定要有轉(zhuǎn)差才能產(chǎn)生渦流和電磁轉(zhuǎn)矩，因此全名就稱為“電磁轉(zhuǎn)差離合器”。又因為它的作用原理和異步電動機相似，所以又常將它連同驅(qū)動它的異步電動機一起稱作“滑差電機”。電磁轉(zhuǎn)差離合器的結構形式有好幾種。目前我國用得較多的是磁極為爪極的一種形式，其爪極有兩個對應的部分，互相交叉的安裝在從動軸上，其間由非導磁材料連結。勵磁繞組是與轉(zhuǎn)軸同心的環(huán)形繞組，當繞組中有勵磁電流時，磁通則由左端爪極經(jīng)過氣隙進入電樞，再由電樞經(jīng)過氣隙回到右端爪極而形成回路。這樣，所有的左端爪極皆為N極，右端爪極皆為S極。由于爪極與電樞間的氣息距離遠小于左、右兩段爪極之間的氣息，因此N極S極之間不會被短路。當將電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)用于小功率快速系統(tǒng)中時可以采用環(huán)形電樞形式的離合器。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機械特性：在一般情況下，轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機械特性就是離合器本身的機械特性。由于轉(zhuǎn)差率離合器在原理上與異步電動機相似，因此，改變轉(zhuǎn)差離合器勵磁電流（即磁場）時的調(diào)速特性與異步電動機調(diào)定子電壓調(diào)速的特性也有很多相似的地方。下圖（A）所示為轉(zhuǎn)差離合器在勵磁電流不同時的一組機械特性曲線，空載（理想）轉(zhuǎn)速不變，隨著負載轉(zhuǎn)矩的增加，轉(zhuǎn)速下降得很快，故機械特性很軟。顯然，這樣的機械特性不能直接應用于要求速度比較穩(wěn)定的工作機械上。為此，在這種系統(tǒng)中一般也都要接入速度負反饋。采用速度負反饋以后的機械特性如圖（B）所示。NNMF1MF2N1MFZN0N3I1N1N2I2I3I4I1I2I3I4I5NMINI50M0M（A）轉(zhuǎn)差離合器的機械特性（B）采用速度負反饋后的機械特性由于速度負反饋作用的存在，使得電動機在負載增加時轉(zhuǎn)速的降低由增加勵磁來補償，從而使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。如圖（A）中當勵磁電流為I1．而負載由MF1，增至MF2時，如無自動調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速將由N1降至N2，但是如有自動調(diào)節(jié)作用，離合器的勵磁電流將由I1增至I5，從而使轉(zhuǎn)速有上升至N1，達到了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的目的。具有速度負反饋的電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)，其調(diào)速范圍大大提高，可達10:1或20:1左右。繼電器KJJ系統(tǒng)中對繼電器、接觸器和各種開關的應用是必不可少的，這也是決定系統(tǒng)性能的重要因素。當鋼板從矯直機中出來到達集料臺，而系統(tǒng)要對鋼板進行定尺，就必須在集料臺上一定的位置安裝一個接觸器，只要鋼板一接觸到接觸器，接觸器就會給系統(tǒng)發(fā)出一個信號，系統(tǒng)就很快做出一系列響應，這樣就能很好的對鋼板的定尺進行控制。繼電器的定義及繼電特性繼電器：當輸入量（或激勵量）滿足某些規(guī)定的條件并能在一個或多個電器輸出電路中產(chǎn)生躍變的一種器件。繼電器輸入量和輸出量之間在整個變化過程中的相互關系成為繼電器的繼電特征或控制特征。用x表示輸入回路量，y表示輸出回路的輸出量，如圖3-2所示．當輸出量x連續(xù)變化到一定量Xa時，輸出量y發(fā)生躍變，由0增加到Ya值，且輸入量繼續(xù)增加，輸出保持不變．相反，當減少到Xb時，Y又突然由Ya減少到0．Xa被稱為繼電器的動作值，Xb被稱為繼電器的釋放值，Ya即是繼電器的負載。YYa0XaXbX圖3-2繼電器的繼電特性繼電器的分類A、按繼電器的工作原理或結構特征分類（1）電磁繼電器：利用輸入電路在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產(chǎn)生的吸力作用而工作的一種電氣繼電器。直流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為直流的電磁繼電器。交流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器。磁保持繼電器：利用永久磁鐵或具有很高剩磁特性的鐵芯，是電磁繼電器的銜鐵在其線圈斷點后仍能保持在線圈通電時的位置上的繼電器。（2）固體繼電器：指電子元件履行其功能而無機械運動構件的，輸入和輸出隔離的一種繼電器。（3）溫度繼電器：當外界溫度達到給定值時而動作的繼電器。（4）舌簧繼電器：利用密封在管內(nèi)，具有觸電簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧的動作來開、閉或轉(zhuǎn)換線路的繼電器。干簧繼電器：舌簧管內(nèi)的介質(zhì)為真空，空氣或某種惰性氣體，即具有干式觸點的舌簧繼電器。濕簧繼電器：舌簧片和觸電均密封在管內(nèi)，并通過管底水銀槽中水銀的毛細作用，而使水銀膜濕潤觸點的舌簧繼電器。?；衫^電器：由?；晒芑蛴猩嗷申P于一個或多個剩磁零件組成的自保持舌簧繼電器舌簧管：同理舌簧管有干簧管，濕簧管，?；晒苋N類型。（5）時間繼電器：當加上或除去輸入信號時，輸出部分需延時或限時到規(guī)定的時間才閉合或斷開其被控線路的繼電器。電磁時間繼電器：當線圈加上信號后，通過減緩電磁鐵的磁場變化而延時的時間繼電器。電子時間繼電器：由分立元件組成的電子延時線路所構成的時間繼電器，或由固體延時線路構成的時間繼電器。混合式時間繼電器：由電子或固體延時線路和電磁繼電器組合構成的時間繼電器，（6）高頻繼電器：用于切換高頻，射頻線路而具有最小損耗的繼電器。（7）其他類型的繼電器：如光繼電器，聲繼電器，熱繼電器，儀表式繼電器，霍爾效應繼電器，差動繼電器等。A、按繼電器的外形尺寸分類表3-5繼電器外形尺寸分類名稱定義微型繼電器最長邊尺寸不大于10mm的繼電器超小型微型繼電器最長邊尺寸大于10mm，但不大于25mm的繼電器小型微型繼電器最長邊尺寸大于25mm，但不大于50mm的繼電器注：對于密封或封閉式繼電器，外形尺寸為繼電器本體三個相互垂直方向的最大尺寸，不包括安裝件，引出端，壓筋，壓邊，翻邊和密封焊點的尺寸。B、按繼電器的負載分類表3-6繼電器觸點負載分類名稱定義微功率繼電器當觸點開路電壓為直流28V時，觸點額定負載電流（阻性）0.1A;0.2A的繼電器弱功率繼電器當觸點開路電壓為直流28V時，觸點額定負載電流（阻性）0.5A;1A的繼電器中功率繼電器當觸點開路電壓為直流28V時，觸點額定負載電流（阻性）2A;5A的繼電器大功率繼電器當觸點開路電壓為直流28V時，觸點額定負載電流（阻性）10A;15A；20A；25；40……的繼電器C、按繼電器的防護特征分類表3-7繼電器防護特征分類名稱定義密封繼電器采用焊接或其它方法，將觸點和線圈等密封在罩子內(nèi)，與周圍介質(zhì)相隔離，其泄漏率較低的繼電器封閉式繼電器用罩殼將觸點和線圈等密封（非密封）加以防護的繼電器敞開式繼電器不用防護罩來保護觸電和線圈等的繼電器本章小結本章介紹和總結了系統(tǒng)的主要設計思想。分析了系統(tǒng)在設計過程中應注意的問題和基本的設計思想，是該系統(tǒng)核心。硬件及軟件設計硬件設計硬件直接影響到系統(tǒng)的性能好壞，硬件是保證系統(tǒng)得到正確運行的基礎。整個KJJ系統(tǒng)的硬件結構主要由C40P核心芯片、各種繼電器和各種開關組成。硬件的聯(lián)結和布局一定要合理得當。系統(tǒng)簡述整個KJJ系統(tǒng)的工藝過程是根據(jù)工廠的具體需要，編制特定的PLC程序，送入PLC內(nèi)部存儲器，這一套PLC系統(tǒng)既可按照程序的具體要求，有順序而穩(wěn)定的執(zhí)行直到具體的步驟都完成。利用PLC的工業(yè)控制技術，對整個系統(tǒng)的完全控制作用，體現(xiàn)控制的工業(yè)自動化。KJJ系統(tǒng)的主要硬件組成由開卷機將鋼板開卷，送往矯直機矯直，經(jīng)剪切機送到集料臺，集料臺上設有傳感器，只要鋼板接觸到傳感器，傳感器就會向PLC系統(tǒng)發(fā)送一個信號以表示鋼板已經(jīng)達到定尺的尺寸，PLC系統(tǒng)就會根據(jù)這個信號做出適當?shù)膭幼?，對開卷機和矯直機發(fā)出停機信號，之后對剪切機發(fā)出剪切信號，有一定的延遲之后，以確保剪切能夠順利完成后，判斷系統(tǒng)的要求，根據(jù)設定的PLC程序要求剪切鋼板的數(shù)目，也就是計數(shù)器里的數(shù)目，當集料臺上發(fā)來的信號次數(shù)達到計數(shù)器里的數(shù)目，計數(shù)器就會發(fā)出一個信號，以結束程序的進程，如果還未達到一定的數(shù)目，系統(tǒng)繼續(xù)重新開始新的一輪循環(huán)，直到剪切出一定的鋼板快數(shù)。系統(tǒng)的簡圖如下：開矯剪集卷直切定料機機機尺臺車圖4-1系統(tǒng)方框圖PLC控制系統(tǒng)從系統(tǒng)的簡易圖出發(fā)，加上PLC控制系統(tǒng)和電源控制就構成了完整的KJJ控制系統(tǒng)簡圖了。開矯剪集電卷直切定料機機機尺臺源車PLC控制系統(tǒng)圖4-2KJJ控制系統(tǒng)簡圖簡圖再加詳細地連線設計就成了詳細硬件連接圖。C40p-PLC控制系統(tǒng)硬件連結根據(jù)簡圖，PLC的功能和輸入輸出的特點，可得出系統(tǒng)較詳細的硬件連接圖，有了系統(tǒng)的硬件連接圖，就可以更加方便對系統(tǒng)進行軟件編制。I0001I00020500繼電器電源I00030501010502繼電器開卷C40P050302矯直機集料臺接觸器0504繼電器050503剪切機COXCOX24V24V圖4-3系統(tǒng)硬件連接圖在實際的應用中再根據(jù)具體的硬件連接電路。KJJ的硬件不是很復雜，在實際應用中是很容易實現(xiàn)的。對于比較復雜的系統(tǒng)，應更加注意對硬件的連接工作，這樣才能確保系統(tǒng)能夠順利運行。軟件設計對軟件的編制是KJJ系統(tǒng)的關鍵，特別在工業(yè)控制的實際應用中。對同一套系統(tǒng)在不同的時期或不同的客戶需求，可根據(jù)具體要求編制有針對性的軟件。這樣一套系統(tǒng)的利用率和適用性就非常好，也是現(xiàn)代工業(yè)控制中的需要。下面就詳細實現(xiàn)KJJ系統(tǒng)的軟件控制。程序方框圖根據(jù)KJJ系統(tǒng)的工藝要求，編制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。有了適當而正確的軟件結構，整個系統(tǒng)才能夠真正按照工藝要求來工作。程序的方框圖如下所示：開始原動機啟動開卷機開卷矯直機矯直定尺開卷機停矯直機停剪切機剪切否結束是停機結束圖4-4程序的方框圖梯形圖PLC的顯著特點之一是其編程語言簡單易學，是專為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置。PLC的編程語言吸取了廣大電氣工程技術人員最為熟悉的繼電器線路圖的特點，形成了其特有的編程語言—梯形圖。自從PLC問世以來，使用最普遍的編程語言是梯形圖與語句表（梯形圖助記符）。盡管各廠家的PLC各不相同，使用的編程語言也不完全相同，但梯形圖的形勢與編程方法基本上大同小異。X0X1Y50Y50X2Y51圖4-5PLC的梯形圖PLC梯形圖使用內(nèi)部繼電器、定時/繼電器等，都是由軟件實現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是繼電器梯形圖的硬件接線所無法比擬的。采用梯形圖的編程語言要有一定的格式。每個梯形圖網(wǎng)絡由多個梯級組成，每個輸出元素可構成梯級，每個梯級可由多個之路組成，通常每個支路可容納11個編程元素，最右邊的元素必須是輸出元素。每個網(wǎng)絡最多允許16條支路。一般簡單的編程元素只用1條支路，有些編程元素要占用多條支路（例如矩陣功能）。編程是要一個梯級、一個梯級按從上到下的順序編制。梯形如兩側(cè)的豎線類似電器控制圖的電源線，稱作母線（BUSBAR)，每一行從左到右。左側(cè)總是安排輸入接點，并且把并聯(lián)結點多的支路靠近最左端。輸入接點不論是外部的按鈕、行程開關、還是繼電器觸點，在圖形符號上只用常開和常閉，而不計及其物理屬性。輸出線圈用圓形或橢圓形表示。在梯形圖中每個編程元素按一定的規(guī)則加標字母數(shù)字串，不同的編程元素常用不同的字母符號和一定的數(shù)字串來表示。梯形圖格式中的繼電器不是物理繼電器，每個繼電器和輸入接點均為存儲器中的一位，相應為“l(fā)”態(tài)時，表示繼電器線圈通電或常開接點閉合或常閉接點斷開。圖中流過的電流不是物理電流，而是“概念”電流。是用戶程序結算中滿足輸出執(zhí)行條件的形象表示方式。“概念”電流只能從左向右流動。梯形圖中的繼電器接點可在編制程序時無限引用，即可常開又可常閉。圖中用戶邏輯結算結果，馬上可為后面用戶程序的解算所利用。圖中的輸入接點和輸出線圈不是物理接點和線圈。用戶程序的解算是根據(jù)PLC內(nèi)I/O影響區(qū)每位的狀態(tài)，而不是解算現(xiàn)場開關的實際狀態(tài)。輸出線圈只對應輸出影像區(qū)的相應位，不能用該編程元素直接驅(qū)動現(xiàn)場機構，該位的狀態(tài)必須通過I/O模板上對應的輸出單元才能驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機構。根據(jù)以上要求及系統(tǒng)的工藝要求可畫出KJJ系統(tǒng)的梯形圖如下：DIFU1102DIFUDIFU1102DIFU#010KEEP050001KEEP050202KEEP050403KEEP0506#0100END0000DIFU1100I00010003DIFU1101I00020005110211030007000911001101050600130500110311020017110211030020110205000023圖4-6系統(tǒng)的梯形圖程序表當用梯形圖編制用戶程序時，一般都需要采用帶CRT屏幕顯示的編程器，而這類顯示器價格貴且體積大，除了經(jīng)濟便捷等方面的原因，有些場合希望使用便捷式編程器編制用戶程序，但是便捷式編程器的鍵盤和現(xiàn)實部分都較簡單、直觀、易懂的特點，又能采用便捷式編程編制用戶程序，于是產(chǎn)生了梯形圖的派生語言—語句表（梯形圖助記符）。語言是用戶程序的基礎單元，每個控制功能有一個或多個語句組成的用戶程序來執(zhí)行。每條語句是規(guī)定CPU如何動作的指令，它的作用和微機的指令一樣，而且PLC的語句也是由操作碼和操作數(shù)組成，故其表達式也是和微機指令類似。PLC的語句都包含兩個部分：操作碼和操作數(shù)。操作碼表示哪一種操作或者運算，操作數(shù)內(nèi)包含為執(zhí)行該操作所必需的信息，告訴CPU用什么地方的東西來執(zhí)行此操作。地址指令數(shù)據(jù)00000LDI000000001ANDNOT0000100002DIFU110000003LDI000100004DIFU110100005LDI000200006DIFU110200007LD110200008TIM1103#01000009LD110000010LD110100011OR050600012KEEP（01）050000013LD05000014OR11030015LD11020016KEEP（02）05020017LD11020018LD11030019KEEP（03）05040020LD11020021LD05000022CNT0506#01000023END對于本KJJ系統(tǒng)的梯形圖，其語句表如下：本章小結本章主要介紹系統(tǒng)的具體的硬件和軟件的設計步驟，并通過設計內(nèi)容來進行編程。系統(tǒng)的維護與檢修可編程控制器適用于大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場，用它所構成的控制系統(tǒng)可以長期、穩(wěn)定、可靠的工作。但在PLC的運行過程中，由于機械故障（如配線開路，壓接端子的松動等）和各模板上的元器件的故障，可能導致系統(tǒng)的運行異常，甚至危及系統(tǒng)的安全，因此定期對PLC進行維護和檢查是很重要的也是必不可少的。系統(tǒng)的維護機器設備在一定環(huán)境下工作運行，總是要發(fā)生磨損甚至損壞。盡管可編程控制器是由各種半導體集成電路組成的精密儀器電子設備。而且在可靠性方面采取了很多措施，但由于所應用的各種環(huán)境的不同，將于PLC的工作情況產(chǎn)生較大的影