机电一体化毕业设计（论文）压缩机气缸盖螺钉机

1、杭州职业技术学院 毕业设计（论文）毕业设计（论文） （2011 届） 题 目 压缩机气缸盖螺钉机 系 别 机电工程系 专 业 机电一体化技术 班 级 机电 0812 姓 名 指导教师 2011 年 6月 10 日 目目 录录 摘要.2 第 1 章 绪论.3 1.1 压缩机气缸盖螺钉机的工程背景.3 1.2 气缸盖与曲轴箱连接部分.3 1.3 压缩机气缸盖螺钉机简介.4 1.3.1 功能用途.4 1.3.2 整机组成及技术规格.4 1.4 前言的总结.5 第 2 章 压缩机气缸盖螺钉机的设计要求.6 2.1 压缩机气缸盖螺钉机的设计要求.6 2.2 结构概述.6 2.3 压缩机气缸盖螺钉机的控制

2、方式.6 2.4 压缩机气缸盖螺钉机控制面板.6 2.5 控制要求.7 第 3 章 压缩机气缸盖螺钉机的硬件选择.8 3.1 压缩机气缸盖螺钉机硬件的选择.8 3.2 气动马达的选择.8 3.3 压力传感器原理及应用.9 3.4 plc 的选择.9 3.4.1 plc 的功能.10 3.4.2 可编程控制器的基本原理.12 3.4.3 可编程控制器的组成.12 3.4.4 可编程控制器的性能指标.12 3.4.5 plc 的通信联网.14 3.5 控制功能的选择.15 3.6 plc 的类型.17 第 4 章 压缩机气缸盖螺钉机的软件选择.19 4.1 压缩机气缸盖螺钉机的软件控制.19 4.

3、2 软件控制的方式.19 4.3 编制梯形图并写出程序.19 总结.24 参考文献.26 摘要摘要 本设备主要用于压缩机气缸盖螺钉的紧固，是压缩机规模生产的重要配套 设备。 本机主要由气动马达、储气包、机架等组成，上述装置固定在机架上。一 工位配气动马达，马达安装板及台面的孔距安装板按机型的不同可更换；另一 套空位，预留。该设备采用立式离线方式，螺钉拧紧采用一次拧紧方式。气缸 盖螺钉扭矩 8.39.8nm，扭矩采用压力传感器方式控制，四个气动马达气压 和流量分别控制和调节，拧紧结束后，拧紧头自动停止。设备具备螺钉打滑、 螺钉扭矩异常等异常情况报警控制，工装板放行与螺钉机联动。 第一章第一章 绪

4、论绪论 1.11.1 压缩机气缸盖螺钉机的工程背景压缩机气缸盖螺钉机的工程背景 随着时代的变迁，人们的食物储藏手段已从简单的地窖演变为了冰箱，当 然，我们知道冰箱的核心是压缩机，压缩机的组成部分中阀组的这个部件是压 缩机中非常重要的部件之一，它控制着压缩机的吸气、压缩、排气、膨胀四个 过程。阀组包括气缸盖、气缸盖垫片、吸气消音器、阀板等等。我们要研究的 就是将整个阀组通过螺钉拧紧在曲轴箱活塞进出面的螺钉拧紧机。 1.21.2 气缸盖与曲轴箱连接部分气缸盖与曲轴箱连接部分 气缸盖的材质是铸铁或铝合金。铸铁气缸盖需要钻孔、磨平面、清洗、干 燥等工序，目前冰箱压缩机行业很少采用;而铝合金气缸盖由于不

5、需要加工，为 冰箱压缩机行业普遍采用。气缸盖的主要质量特性见表 1-1。 序 号 缺陷对整机性能的影响 1 安装面得平面度差、表面起皱泄露 2 清洁度差排气不良、脏堵、卡死 3 安装后变形大泄露、噪音、排油多 表 1-1 阀板可以用钢板或粉末冶金来制造。粉末冶金阀板分为平阀板和凹槽阀板 两种，国内冰箱压缩机行业普遍采用凹槽粉末冶金阀板，粉末冶金阀板需要经 过磨平面、滚抛去毛刺、研磨阀座、研磨平面、平面刷光、清洁干燥等工序。 随着粉末冶金工艺技术的提高，现在又有免加粉末冶金阀板开始在压缩机上使 用。钢阀板强度高、成本低，在欧洲应用广泛，欧洲先进和专业的制造工艺可 以确保钢阀板的加工质量，danf

6、oss、acc 的高端压缩机普遍采用钢阀板；国内 已有厂家开始使用钢阀板，由于质量不稳定，一般只用于普效压缩机。 阀板的主要质量特性见表 1-2。 序 号 缺陷对整机性能的影响 1 两平面的平度、粗糙度差泄露、制冷量低 2 清洁度差排气不良、脏堵、卡死 3 表面划伤、边缘毛刺泄露、制冷量低 4 吸气阀座平面度、粗糙度差泄露、制冷量低 5 排气阀座平面度、粗糙度差泄露、制冷量低 表 1-2 吸、排气发片用碳钢或不锈钢制造，阀片边缘毛刺、裂纹等缺陷不仅影响 压缩机性能，而且带来压缩机的可靠性和安全性问题。 阀板垫片是气缸盖与曲轴箱之间活塞上死点间隙垫片，它使得活塞可以运 行到最大为止而不会卡死，是

7、决定压缩机阀组与曲轴箱之间的重要组成。 1.31.3 压缩机气缸盖螺钉机简介压缩机气缸盖螺钉机简介 1.3.11.3.1 功能用途功能用途 本设备主要用于压缩机气缸盖螺钉的紧固，是压缩机规模生产的重要配套 设备。 本机主要由气动马达、储气包、机架等组成，上述装置固定在机架上。一 工位配气动马达，马达安装板及台面的孔距安装板按机型的不同可更换；另一 套空位，预留。该设备采用立式离线方式，螺钉拧紧采用一次拧紧方式。气缸 盖螺钉扭矩 8.39.8nm，扭矩采用压力传感器方式控制，四个气动马达气压 和流量分别控制和调节，拧紧结束后，拧紧头自动停止。设备具备螺钉打滑、 螺钉扭矩异常等异常情况报警控制，工

8、装板放行与螺钉机联动。 动作描述：带料工装板移动到此工位后，阻挡器自动阻挡，操作者手工取 曲轴箱上的阀板垫片并按规定方向放入气缸盖阀板组件上，再按规定方向将该 组件放入正前方的拧紧机夹具上；手工取曲轴箱组件对准阀板组件放入螺钉机， 气缸盖螺钉机自动启动拧紧螺钉；螺钉拧紧完成后，手工取下曲轴箱组件放至 工装板上，工装板自动放行至下一个工位。 1.3.21.3.2 整机组成及技术规格 整机组成 机架 气动马达 储气包 辅助设备 技术规格： 序号项目单位规格 1 设备外型（长宽高） mm940200900 2 工作台面高 mm900 3 产量指标件/小时 500-600 4 工作气压 kg/cm 4

9、 月 8 日 5 设备重量 t0.6 6 操作工人 1 表 1-2 本机特点 结构简洁紧凑、整机造型美观、自动化程度高； 设备易于调节，适于不同工艺的产品； 采用进口元器件，保证了设备的运行可靠性。 1.41.4 前言的总结前言的总结 我现在选择的是压缩机气缸盖螺钉机，是用电子和机械结合来控制这个装 置。其中涉及到是知识有：plc、电路电机、工程力学、材料学、气动学、传感 器。 第二章第二章 压缩机气缸盖螺钉机的设计要求压缩机气缸盖螺钉机的设计要求 2.12.1 压缩机气缸盖螺钉机的设计要求压缩机气缸盖螺钉机的设计要求 在我设计的压缩机气缸盖螺钉机中，螺钉的扭矩是一个定值，所以当扭矩到达一个定

10、 值时，螺钉机会自动停止。而且，我们的螺钉机的启动是利用红外线感光传感器来实现启 动的，当红外线光束被工件打断后，螺钉机开始启动旋转，直到达到一个合适的扭矩后自 动停止。 2.22.2 结构概述结构概述 本机在结构上本机主要由气动马达、储气包、机架等组成。各部分组成及 功用如下： 1.机架 机架系框架结构，由方管焊接接而成，是整个设备的支撑。所有安 装面均为精加工面。底部装有可调支撑，用于设备高度的调整； 2.气动马达 气动马达带动套筒组件旋转，达到拧紧螺钉的目的。 3.储气包 为保证螺钉机的稳定工作，在工位旁配备柱式储气包一套。 4.辅助设备 所有控制元器件均按要求放置对应的电、气箱内。 2

11、.32.3 压缩机气缸盖螺钉机的控制方式压缩机气缸盖螺钉机的控制方式 在现在的市场经济时代，我们为了提高经济效益。所以我们大量的应用高科技和自动 化技术，而我现在设计的 plc 正是一种体现。本设计是有效的使机械和电子结合在了一起， 正是我们机电一体化的映照。采用了三菱的 fx2n 的批 plc，这样的大量生产即提高了经 济效益，又增强了企业竞争力。 2.42.4 压缩机气缸盖螺钉机控制面板压缩机气缸盖螺钉机控制面板 图 2-1 上图为气缸盖螺钉机的气路原理图，当传感器传送信号到达后，1 贮气罐 在 2 三联件的启动下开始放气，通过 3 消音器的减小噪音。再通过 8 三联件分 四路分别输气到四

12、个支路上，通过 11 单电控两位三通电磁阀，经 13 消音器的 消音，进入 15 单向节流阀传至气动马达带动马达开始工作。当扭矩达到指定值 时，16 压力传感器接收到信号，停止旋转，19 快速排气阀快速排气。一个工作 周期完成。 2.52.5 控制要求控制要求 由实验面板图可知：当接收器接收到信号后，在三联件的带动下，贮气 罐开始放气，直至单向节流阀关闭后，快速排气阀排气，贮气罐关闭，停止输 气。整个过程利用气压的来实现启动马达的转动，从而达到螺钉扭矩的实现。 第三章第三章 压缩机气缸盖螺钉机的硬件选择压缩机气缸盖螺钉机的硬件选择 3.13.1 压缩机气缸盖螺钉机硬件的选择压缩机气缸盖螺钉机硬

13、件的选择 在本设计中我所用到的基本设备有气动马达、气动三联件、单向节流阀、 快速排气阀、单电控两位三通电磁阀、传感器。 3.23.2 气动马达的选择气动马达的选择 最常用的气动马达有叶片式(又称滑片式)、活塞式、薄膜式三种。(现在市 场上最常用的就是叶片式气动马达、活塞式气动马达） 叶片式气动马达与活塞式气动马达的特点相比较而言：叶片式气动马达转 速高扭矩略小，活塞式气动马达转速略低扭矩大，但是气动马达相对液压马达 而言转速还算是高的，扭矩是小的。 图 3-1 3.33.3 压力传感器原理及应用压力传感器原理及应用 1、传感器的简介 传感器是一种能将与待测量的能量形式，转化成另一种可供处理查询

14、的能量 形式的装置。信号处理电路用于处理信息，而输出器件是一种利用已处理过的 信号的装置、显示或动作。 2、传感器的分类 传感器分类方法很多，常用的有 2 种:一种是按被测的参数分，另一种是按 变换原理来分。通常按被测的参数来分类，可分为热工参数:温度、比热、压力、 流量、液位等;机械量参数:位移、力、加速度、重量等;物性参数:比重、浓度、 算监度等;状态量参数:颜色、裂纹、磨损等。温度传感器属于热工参数。 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传 感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压 力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压

15、阻式压力传感器， 它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类 传感器。 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻 应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压 阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变 片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两 种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当 基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生 改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变 化通常较小，一般

16、这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行 放大，再传输给处理电路（通常是 a/d 转换和 cpu ）显示或执行机构。 3.43.4 plcplc 的选择的选择 plc 编程控制器是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上开发出来 的，最初的可编程控制器主要用于顺序控制，一般只能进行逻辑控制，因此称 为可编程逻辑控制器（prongrammable logic controller ）简称 plc。随着计算 机技术的发展及微处理器的应用，可编程控制器的功能不断扩展和完善，远远 超出逻辑控制的范围，具备了模以量控制，过程控制，远程通信及计算等功能， 可编程控制器是专为在工业环境下应用设计

17、的一种数字运算操作的电子装 置，是带有存储器可以编程程序的控制器。它能够存储和执行指令，进行逻 辑计算，定时计算和操作，并通过数字式和模以。在自动化控制领域，plc 是 一种重要的控制设备。 plc 的发展历程 目前，世界上有 200 多厂家生产 300 多品种 plc 产品，应用在汽车 （23%） 、粮食加工（16.4%） 、化学/制药（14.6%） 、金属/矿山（11.5%） 、纸浆/ 造纸（11.3%）等行业。为了使各位初学者更方便地了解 plc，本文对 plc 的 发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一简介，以期对各位网友有所帮助。 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑

18、条件进行顺序动 作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传 统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 gm（通用 汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了 基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制， 这就是第一代可编程序控制器，称 programmable controller（pc） 。 个人计算机（简称 pc）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器 的功能特点，可编程序控制器定名为 programmable logic controller（plc） ，现 在，仍常常将 plc

19、简称 pc。 plc 的定义有许多种。国际电工委员会（iec）对 plc 的定义是：可编程 控制器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。它采 用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计 数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类 型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制 系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 plc 发展最快的时期，年增长率一直保 持为 3040%。在这时期，plc 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口 能力和网络能力得到大幅

20、度提高，plc 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上 取代了在过程控制领域处于统治地位的 dcs 系统。 plc 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编 程简单等特点。plc 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的 将来，是无法取代的。 3.4.13.4.1 plcplc 的功能的功能 1、功能强，性能价格比高 一台小型 plc 内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能， 可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价 格比。可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程

21、序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各 种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、 不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外 部接线。plc 有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。 3、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触 点接触不良，容易出现故障，plc 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器， 仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的 1/10- 1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 plc 采取了一系列硬件和软件

22、 抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可 以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，plc 已被广大用户公认为最可靠的工 业控制设备之一。 4、系统的设计、安装、调试工作量少 plc 用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、 计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。plc 的梯形图 程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于 复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 plc 的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过 plc 上的发光二极管可观察输出信号的状态

23、。完成了系统的安装和接线后，在 现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间 比继电器系统少得多。 5、编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达方 式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电 路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户 程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序控制器在执 行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。 6、维修工作量少，维修方便 plc 的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。plc 或外部的输入装 置和执行机构

24、发生故障时，可以根据 plc 上的发光二极管或编程器提供的住处 迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 7、体积小，能耗低 对于复杂的控制系统，使用 plc 后，可以减少大量的中间继电器和时间继 电器，小型 plc 的体积相当于几个继电器大小，因此可将开关柜的体积缩小到 原来的 1/2-1/10。 plc 的配线比继电器控制系统的配线要少得多，故可以省下大量的配线和 附件，减少大量的安装接线工时，可以减少大量费用。学得辛苦，做得舒服。 3.4.23.4.2 可编程控制器的基本原理可编程控制器的基本原理 plc 是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。它源于继电 控

25、制装置，但它不像继电装置那样，通过电路的物理过程实现控制，而主要靠 运行存储于 plc 内存中的程序，进行入出信息变换实现控制。 plc 基于电子计算机，但并不等同于普通计算机。普遍计算机进行入出信 息变换，多只考虑信息本身，信息的入出，只要人机界面好就可以了。而 plc 则还要考虑信息入出的可靠性、实时性，以及信息的使用等问题。特别要考虑 怎么适应于工业环境，如便于安装，抗干扰等问题。 3.4.33.4.3 可编程控制器的组成可编程控制器的组成 可编程控制器的硬件部分由 cpu 、系统程序存储器、用户程序存储器、 输入输出元件、编程器、外部设备和电源组成。软件部分由系统监控程序和用 户程序两

26、大部分组成。 可编程控制器的结构特点 可编程控制器的结构通常可分为单元式、模块式，以及将这两种形式结合 起来的叠装式。 单元式的特点是结构紧凑。它将所有的电路都装入一个模块内，构成一个 整体，这样体积小巧、成本低、安装方便。 模块式可编程控制器采用搭积木的方式组成系统，在一块基板上插上 cpu 、电源、模块及特殊功能模块，构成一个总点数很多的大规模综 合控制系统。其特点是 cpu 为独立的模块 , 输入、输出也是独立模块。因此 配置很灵活，可以根据不同的系统规模选用不同档次的 cpu 及各种模 块、功能模块。 叠装式的结构也是各种单元、 cpu 自成独立的模块，但安装不用基板， 仅用电缆进行单

27、元间联接，且各单元可以一层层地叠装。这样，既达到了配置 灵活的目的，又可以做得体积小巧。 3.4.43.4.4 可编程控制器的性能指标可编程控制器的性能指标 硬件性能指标包括一般指标、输入特性和输出特性。软件性能指标包括运 行方式、运算速度、程序容量、逻辑元件种类和数量以及编号、指令类型和数 量等。从结构上分，plc 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 plc 包 括 cpu 板、i/o 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆 卸的整体。模块式 plc 包括 cpu 模块、i/o 模块、内存、电源模块、底板或机 架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 (1)、cpu 的构

28、成 cpu 是 plc 的核心，起神经中枢的作用，每套 plc 至少有一个 cpu，它 按 plc 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集 由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源 和 plc 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户 程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信 号，去指挥有关的控制电路。 cpu 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及 状态总线构成，cpu 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用 于存储程序及数据，是 plc 不可缺少的组成单元

29、。 在使用者看来，不必要详细分析 cpu 的内部电路，但对各部分的工作机制 还是应有足够的理解。cpu 的控制器控制 cpu 工作，由它读取指令、解释指 令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算， 在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控 制器指挥下工作。 cpu 速度和内存容量是 plc 的重要参数，它们决定着 plc 的工作速度， io 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 （2） 、i/o 模块 plc 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（i/o）完成的。i/o 模块集 成了 plc 的 i/o 电路，其输入暂存器反映输入信号状

30、态，输出点反映输出锁存 器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 plc 系统，输出模块相反。 i/o 分为开关量输入（di） ，开关量输出（do） ，模拟量输入（ai） ，模拟量输 出（ao）等模块。 开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变 化的量。常用的 i/o 分类如下： 开关量：按电压水平分，有 220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分， 有继电器隔离和晶体管隔离。 模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20ma,0-20ma） 、电压型（0-10v,0- 5v,-10-10v）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了

31、上述通用 io 外，还有特殊 io 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 按 i/o 点数确定模块规格及数量，i/o 模块可多可少，但其最大数受 cpu 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 （3）电源模块 plc 电源用于为 plc 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输 入电路提供 24v 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220vac 或 110vac） ，直流电源（常用的为 24vac） 。六、底板或机架 大多数模块式 plc 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的 联系，使 cpu 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各 模

32、块构成一个整体。 （4）plc 系统的其它设备 1)、编程设备：编程器是 plc 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的 器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 plc 及 plc 所控制的系统的工作 状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 plc 一般有手持型编程器，目 前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2)、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸 屏）式的体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人 机界面非常普及。 3)、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如 eprom、eeprom 写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机

33、等。 3.4.53.4.5 plcplc 的通信联网的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因 此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就 是控制器的观点说法。 plc 具有通信联网的功能，它使 plc 与 plc 之间、plc 与上位计算机以 及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。 多数 plc 具有 rs-232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 plc 的通信，还未实现互操作性，iec 规定了多种现场总线标准，plc 各 厂家均有采用。 对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲

34、，选择网络非常重要 的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展； 其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入 地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设 备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。 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。plc 及有关设备 应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功 能的原则选型所选用 plc 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统， pl

35、c 的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编 程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，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。 一、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

36、输入输出点数进行圆整。 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 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。 3.53.5

37、 控制功能的选择控制功能的选择 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。 (一)运算功能 简单 plc 的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通 plc 的运算 功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传 送等；大型 plc 中还有模拟量的 pid 运算和其他高级运算功能。随着开放系统 的出现，目前在 plc 中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有 些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数 据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功 能。大多数应用场合，只

38、需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传 送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才使用代数运算，数值转换和 pid 运 算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (二)控制功能 控制功能包括 pid 控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根 据控制要求确定。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。例如采用 pid 控 制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、asc 码转换单元等。 (三)通信功能 大中型 plc 系统应支持多种现场总线

39、和标准通信协议（如 tcp/ip） ，需要 时应能与工厂管理网（tcp/ip）相连接。通信协议应符合 iso/ieee 通信标准， 应是开放的通信网络。 plc 系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（rs2232c/422a/423/485） 、 rio 通信口、工业以太网、常用 dcs 接口等；大中型 plc 通信总线（含接口 设备和电缆）应 1：1 冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装 置实际要求。plc 系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于 1mbps，通信负荷不大于 60%。plc 系统的通信网络主要形式有下列几种形式： 1）pc 为主站，多台同型号 plc 为从

40、站，组成简易 plc 网络；1 台 plc 为主 站，其他同型号 plc 为从站，构成主从式 plc 网络；3）plc 网络通过特定网 络接口连接到大型 dcs 中作为 dcs 的子网；4）专用 plc 网络（各厂商的专 用 plc 通信网络） 。 为减轻 cpu 通信任务，根据网络组成的实际需要，应选择具有不同通信功 能的（如点对点、现场总线、工业以太网）通信处理器。 (四)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

41、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

42、。 (五)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。 (六)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， p

43、lc 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。 3.63.6 plcplc 的类型的类型 （一）plc 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制 室安装两类；按 cpu 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从 应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型 plc 的 i/o 点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系 统；模

44、块型 plc 提供多种 i/o 卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控 制系统的 i/o 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 （二）输入输出模块的选择 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

45、模块，以便提高控制水平和降 低应用成本。 考虑是否需要扩展机架或远程 i/o 机架等。 (三)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。 (四)存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下

46、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。 (五)冗余功能的选择 1控制单元的冗余 (1)重要的过程单元：cpu（包括存储器）及电源均应 1b1 冗余。 (2)在需要时也可选用 plc 硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2 重化或 3 重化冗余容错系统等。 2i/o 接口单元的冗余 (1)控制回路的多点 i/o 卡应冗余配置。 (2)重要检测点的多点 i/o 卡可冗余配置。3）根据需要对重要的 i/o 信号， 可选用 2 重化或 3 重化的 i/o 接口单元。

47、(六)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。 第四章第四章 搅拌器的软件选择搅拌器的软件选择 4.14.1 压缩机气缸盖螺钉机的软件控制压缩机气缸盖螺钉机的软件控制 根据该螺钉机的控制要求，并考

48、虑到各个执行机构动作的转步条件，可以 画出其控制流程图。这算一种典型的步进控制，可以用移位寄存器 sft 很方便 地实现步进的控制，梯形图程序， 4.24.2 软件控制的方式软件控制的方式 考虑到移位寄存器的移位脉冲用窄脉冲比较合适，所以将各启动按钮信号 和各液位传感器信号用微分指认均转换成窄脉冲。 （1）按下启动按钮时，用 mov 指令将移位寄存器通道的最低位 hr000 置 1 ，并由该位控制输出继电器 01001 接通，使外接的 yv1 电磁阀通电打开， 气体 a 流入容器。按下启动按钮的同时，保持继电器 hr0100 接通并锁存。 （2）当压力上升到 i 时，液位传感器 i 闭合，输入

49、继电器 0003 接通，其 上升沿经微分后使 20100 接通一个扫描周期，20100 就作为移位寄存器的移位 寄存器的脉冲，使 hr00 通道中的各位依次移易位，即 hr0001=1。由于移位寄 存器的输入端 25314，这是始终保持 off 的特殊功能寄存器，从容保证每次移 位时均是 0 移入 hr0001 通道的最低位。这时输入继电器 01001 断开使 yv1 电 池阀断电，而 hr0001=1 控制输出继电器 01002 接通，使外接的 yv2 电磁阀通 电打开，液体 b 入容器。 （3）当压力到达 i 时，输入继电器 00003 接通，其上升微分后使 20100 又 接通一个扫描周期，使移位寄存器通道 hr00 中的各位移易位，即 hr002=1 又 接通一个扫描周期，使移位寄存器通道 hr000 中的各位再移一位，即 hr0002=1，此时输入继电器 01