2017毕业论文-基于PLC的电机故障诊断系统设计.doc

1 目录目录 1 引言2 1.1 PLC 应用于故障诊断系统的发展现状.2 1.2 故障诊断方法 3 2 PLC 原理介绍及设备总体结构介绍 3 2.1 PLC 发展历程.3 2.2 PLC 控制系统的发展前景 3 2.3 可编程序控制器 PLC 的分类 4 2.4 PLC 的系统模块.5 2.4.1 CPU 的构成.5 2.4.2 I/O 模块 5 2.4.3 电源模块 .6 2.4.4 PLC 系统的其它设备 .6 2.4.5 PLC 的通信联网 .6 3 三相异步电机的工作原理及故障点分析6 3.1 三相异步电机的基本结构 6 3.1.1 定子 6 3.1.2 转子 7 3.2 三相异步电机的工作原理 7 3.3 三相异步电机的故障分析 7 4 电机故障检测系统设计8 4.1 系统设计 8 4.1.1 系统总体思路 8 4.1.2 短路检测方法 8 4.2 硬件设计 .9 4.2.1 确定系统中的 I/O 设备 .9 4.2.2 I/O 点数的确定及 PLC 主单元的选型.9 4.2.3 存储器容量的估算 .10 4.2.4 系统主模块外部接线设计 .10 4.2.5 系统特殊单元的选型及接线设计 .11 4.2.6 系统电源设计 .12 4.3 软件设计 13 4.3.1 程序流程图设计 13 4.3.2 建立系统 PLC 的 I/O 地址的分配.14 4.3.3 模拟量输入模块 FX2N-4AD 程序设计.14 4.3.4 系统主模块程序编制 .15 4.4 系统的调试 17 致谢：.18 参考文献.20 附件 1：系统总程序梯形图 .21 附件 2：系统总接线图 .22 2 基于 PLC 的电机故障诊断系统设计 机械设计制造及其自动化 071 班 指导老师： 摘要：本文介绍了 PLC 应用于故障诊断系统的必要性及发展前景，同时介绍了可编程控制器的工作原理， 基本构成和选型依据，并设计了一种基于 PLC 的电机故障诊断系统。详细介绍了所选用的三菱 FX2N 系列各个型号的基本特征，以及特殊功能模块的型号和特点。根据设计要求对 PLC 的输入输出 I/O 进行 了分配，并且编写系统运行的梯形图。 关键词： 故障诊断 系统设计 电机故障 PLC 1 引言 1.1 PLC 应用于故障诊断系统的发展现状 PLC 作为一种成熟稳定可靠的控制器，目前已经在工业控制中得到了越来越广泛的应 用。PLC 系统的设计直接影响着工业控制系统的安全可靠运行。一个完善的 PLC 系统除了 能够正常运行，满足工业控制要求，还必须在系统出现故障时及时进行故障诊断和故障处 理。故障自诊断功能是工业控制系统智能化的一个重要标志，对于工业控制系统具有较高 的意义和使用价值。 1.2 故障诊断方法 PLC 作为一种成熟稳定可靠的控制器，目前已经在工业控制中得到了越来越广泛的应 用。PLC 系统的设计直接影响着工业控制系统的安全可靠运行。一个完善的 PLC 系统除了 能够正常运行，满足工业控制要求，还必须在系统出现故障时及时进行故障诊断和故障处 理。故障自诊断功能是工业控制系统智能化的一个重要标志，对于工业控制系统具有较高 的意义和使用价值。 故障诊断一般有两种途径:故障树方法和专家系统方法。故障树方法利用系统的故障逻 辑结构进行逻辑推理，由错误的输出找到可能的输入错误。这种方法比较适用于系统结构 相对简单，各部分耦合少的情况。专家系统方法通过建立系统故障的知识库与推理机，计 算机借助现场的数据利用知识库和推理机进行深入的逻辑推理，找出故障原因。这种方法 适用于系统结构复杂，各部分耦合强的大型工业系统。 3 PLC 是现在应用较多的一种控制装置，利用 PLC 丰富的内部资源及强大的功能指令， 编制故障检测报警程序，不仅可以替代继电器实现相应功能，还可以提高工作可靠性及其 系统的灵活性。 2 PLC 原理介绍及设备总体结构介绍 2.1 PLC 发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，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）。 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。 国控制类产品市场 PLC 的占有率已超过 50% , 而且保持着 10% 15% 的发展速度。 2.2 PLC 控制系统的发展前景 现在, 虽然出现了性能更加优越的 DCS 和 FCS 控制系统, PLC 控制也终将会被先进 的 FCS 控制所取代,但是目前以及今后相当长的一段时间, PLC 还会与 DCS 和 FCS 共存, 这主要基于以下原因:(1) 现在企业的确正在朝着自动化、信息化、开放化的方向发展,但 这并不意味着要将现有控制系统推倒重来。企业投入大量的人力和财力建立起来的 PLC 控 制系统已经成型,如果要完全推翻再建立新的 DCS 或 FCS 控制系统,需要更大的资金投入, 将造成很大的浪费。(2) 基于以上市场需求,许多软件厂商(例如: 华富惠通软件公司) 正 在考虑如何利用企业已经成型的控制系统及新建的厂级网络,开发控制系统软件,帮助企业 实现工厂自动化、信息化,为企业提供控制系统与管理网络的集成。(3) 目前, PLC 的功能 增强、结构优化, IO 模块趋向分散化、智能化,编程工具和编程语言更具标准化和高级化。 (4) PLC 的联网通信能力增强, 向高速度、多层次、大信息量、高可靠性及开放式的通信 发展。(5) 现在的 PLC 系统与 DCS 技术、现场总线 IO 技术相结合,结构开放、扩展方便、 技术先进、价格低廉。由以上分析可以预见,未来 PLC 将朝着多功能化、集成化、智能化、 标准化、开放化的方向发展,故 PLC 虽然面临其它自动化控制系统的挑战,但同时也在吸收 4 它们的优点, 互相融合,不断创新,在今后一段时间内将与其它先进控制方式并存,共同发展。 2.3 可编程序控制器 PLC 的分类 PLC 产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对 PLC 的分类，通常根据其结构形式 的不同、功能的差异和 I/O 点数的多少等进行大致分类。 （1） 按结构形式分类：根据 PLC 的结构形式，可将 PLC 分为整体式和模块式两类。 1.整体式 PLC 整体式 PLC 是将电源、CPU、I/O 接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型 PLC 一般采用这种整体式结构。整体式 PLC 由不同 I/O 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有 CPU、I/O 接口、 与 I/O 扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 EPROM 写入器相连的接口等。扩展单元内 只有 I/O 和电源等，没有 CPU。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式 PLC 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 2.模块式 PLC 是将 PLC 各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如 CPU 模块、I/O 模块、电源模块（有的含在 CPU 模块中）以及各种功能模块。模块式 PLC 由框架或基板和 各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式 PLC 的特点是配置灵活，可根 据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 PLC 一般采用模 块式结构。还有一些 PLC 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 PLC。叠装 式 PLC 其 CPU、电源、I/O 接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并 且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 （2） 按功能分类：根据 PLC 所具有的功能不同，可将 PLC 分为低档、中档、高档三 类。 1.低档 PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有 少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、 顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 2.中档 PLC 除具有低档 PLC 的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、 数据传送和比较、数制转换、远程 I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控 制、PID 控制等功能，适用于复杂控制系统。 3.高档 PLC 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运 算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档 PLC 机具有更 强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 （3） 按 I/O 点数分类：根据 PLC 的 I/O 点数的多少，可将 PLC 分为小型、中型和大 型三类。 1.小型 PLCI/O 点数小于 256 点；单 CPU、8 位或 16 位处理器、用户存储器容量 4K 字以下。 2. 中型 PLCI/O 点数 2562048 点；双 CPU，用户存储器容量 28K。 5 3.大型 PLCI/O 点数 2048 点；多 CPU，16 位、32 位处理器，用户存储器容量 816K . 2.4 PLC 的系统模块 PLC 系统模块包括 CPU、I/O、电源模块和其他设备组成，各个模块之间又有不同的构 成和结构。 2.4.12.4.1 CPUCPU 的构成的构成 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。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。 2.4.22.4.2 I/OI/O 模块模块 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。 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 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。 2.4.32.4.3 电源模块电源模块 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 6 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 24VDC）。 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，使各模块构成一 个整体。 2.4.42.4.4 PLCPLC 系统的其它设备系统的其它设备 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。也就是我们系统的上位机。 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）式的一体式 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。 2.4.52.4.5 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 的通信现在主要采用通过多点接口（MPI） 的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。 3 三相异步电机的工作原理及故障点分析 3.1 三相异步电机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是不动的部分，转子是旋转部 分，在定子和转子之间有一定的气隙。 3.1.13.1.1 定子定子 定子由定子铁心、绕组以及机座组成。 定子铁心是磁路的一部分，它由 0.5mm 的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以 减少涡流损耗。定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈，如图所示。硅钢片 铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。 定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分布在定 子铁心上，称为三相绕组，分别用 AX、BY、CZ 表示，其中，A、B、C 称为首端，而 X、Y、Z 称为末端。三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生旋转 磁场。 7 机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同 的冷却方式采用不同的机座型式。 3.1.23.1.2 转子转子 转子由铁心与绕组组成。 转子铁心也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。转子铁心装在转轴上。 转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩。 3.2 三相异步电机的工作原理 三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。 在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方向与旋转磁场的旋转方向相反）， 因而在导体内产生感应电动势 e 从而产生感应电流 i。根据安培电磁力定律，转子电流与 旋转磁场相互作用产生电磁力 F（其方向用左手定则决定），这力在转子的轴上形成电磁 转矩，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子受此转矩的作用，按旋转磁场的 旋转方向旋转起来。 3.3 三相异步电机的故障分析 电机是机械设备的动力，在机械设备中占据重要的地位。因而加强电机检测是相当必 要的。电机主要有转子、定子两大部分组成。因此电机的主要故障一般产生在轴承上，转 子上和线圈上。 1）.电机轴承故障：电机轴承检测是电机检测很重要的一部分，大部分的电机故障都 是因为轴承出现故障而造成的。造成轴承故障的原因主要有轴承的磨损，保持架、滚珠。 的断裂、剥落。故障的直接现象表现为振动值增大。轴承故障一般通过简易振动诊断可以 判断。 2）.转子故障：转子的故障产生的原因一般是因为转子失衡、轴弯曲和不对中等现象 造成，故障的直接现象一般表现为电机扫膛。检测它的故障需要精密诊断中的谱图分析， 在它的转频上有一个最大的能量分布。 3）.线圈故障：一般的线圈故障为线圈匝间短路或断路，线圈间短路和相间短路。绕 组线圈导线的绝缘损坏，不相通的线匝间直接连通，形成低阻抗的环路，环内产生大电流， 导致周围线圈绝缘加速老化，严重时烧毁电机。电机短路故障直接现象表现为电机启动困 难或电机发热。用测温仪可以判断出短路的一相。 本文选择相间短路作为故障分析点，当出现相间短路时，报警灯闪烁，报警铃响。按 下报警响应按钮后，报警灯常亮，警铃停止报警。 4 电机故障检测系统设计 4.1 系统设计 PLC 系统设计前应分析生产工艺流程，确定被控制的对象。根据传感器和控制对象的 8 工作特性和技术指标，确定系统应该满足的控制要求。这些控制要求包括： （1）控制的基本方式。控制的基本要求包括行程控制、时间控制、速度控制、电流电 压控制（信号来自各种传感器）等。 （2）需要完成的动作。需要完成的动作包括动作及其顺序、动作条件。 （3）操作方式。包括手动（手动点动，回原点），自动（单步运行、单周期运行、自 动运行）以及必要的保护与报警、连锁与互锁、现场显示、故障诊断等。 （4）确定软件与硬件分工。控制系统的某些功能可以用硬件实现，也可以用软件实现， 可以按照技术方案、经济性、可靠性等指标，选用硬件实现，或者同时选用。 4.1.14.1.1 系统总体思路系统总体思路 本文设计的目的是检测电机故障，选择三相异步电机的相间短路作为故障检测点，按 下电机开关后，电机不运行，执行此检测程序，测量 UVW 三根相线，如果正常则电机正常 启动，如果出现相间短路，此时报警灯闪烁，警铃响，按下报警响应按钮后，报警灯常亮， 警铃停止。修复后电机自动启动，按下报警复位按钮监控开始，持续监测。 图 4-1 系统框图设计 4.1.24.1.2 短路检测方法短路检测方法 在检测接点加上交流电压 220V，用并联的方法获取接点间的电压值。如果电压值为零， 则表示此两接点间出现短路，如果电压值大于零就表示没有出现短路，电机继续启动。下 图 UV 间短路情况的检测。 9 图 4-2 相线间短路情况的检测 4.2 硬件设计硬件设计 4.2.14.2.1 确定系统中的确定系统中的 I/OI/O 设备设备 （1）根据系统控制要求，确定输入设备。输入设备包括拨码开关、编码器、传感器、 和主指令开关（含按钮、转换开关、行程开关、限位开关等）。 （2） 根据控制要求，确定输出设备。输出设备包括接触器、继电器、电磁阀、信号 灯、LED 等，以及步进电机、伺服电机、变频电机控制器等，并了解与输出设备相连的电 动机的控制要求。 （3） 根据用户的 I/O 设备数量，确定 PLC 的 I/O 点数。 表 4-1 系统中的输出输出设备 4.2.24.2.2 I/OI/O 点数的确定及点数的确定及 PLCPLC 主单元的选型主单元的选型 （1）I/O 点数是 PLC 的一项重要指标。合理选择 i/o 点数既可以是系统满足控制要求， 又可使系统总投资最低。PLC 的输入输出点数和种类应该根据被控对象所需控制的模拟量、 开关量等输入输出设备情况（包括模拟量、开关量等输入信号和需控制的输入设备数目和 类型）来确定，一般一个输入输出元件要占用一个输入输出点。考虑到今后的调整和扩充， 一般应在估计的总点数上加上 20%30%的备用量。实际设计时，还需根据制造厂商 PLC 的 输入量输出量 电机开关报警铃 报警响应按钮报警灯 报警复位按钮电机启动继电器 10 产品特点，对输入输出点数进行圆整。 （2）PLC 基本单元的选用。 正确选择 PLC 的型号对于保证系统的技术性、经济性、可靠性、可扩展性至关重要。 据此可以选用合适的 PLC 系列，并在该系列中选合适的型号。 由表可知，本设计总共有三个开关量输入三个模拟量输入三个开关量输出。 加上应 该留的余量，根据可编程控制器原理与应用表 3-2 可以选择 FX2N-16MR-001 型号的 PLC 单元。 FX2N-16MR-001 为继电器输出单元，输入点数为 8 点，输出点数为 8 点，扩展模块可 用点数为 2432 点。 4.2.34.2.3 存储器容量的估算存储器容量的估算 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。 4.2.44.2.4 系统主模块外部接线设计系统主模块外部接线设计 绘制出 PLC 模块与 I/O 设备的连线图，考虑必要的安全措施。如互锁和连锁保护、过 电压保护、过电流保护、电路保护等。 根据系统的 I/O 设备以及控制要求，分析设计系统主模块外部电路如图。 图 4-3 系统主模块外部接线图 11 4.2.54.2.5 系统特殊单元的选型及接线设计系统特殊单元的选型及接线设计 本设计需要用到模拟量输入模块。在选用时要注意一下几点： a 模拟量值得输入范围。模拟量的输入信号可以是电压信号或电流信号。标准值为 05V、010V、-2.52.5V、-55V、020mA、420mA 等。在选用时一定要注意与现 场过程检测信号范围相对应。 b 模拟量输入模块的分辨率、精度、转换时间等参数指标应符合具体的系统要求。 c 在应用中要注意抗干扰措施。 模拟量输入处理模块根据可编程控制器原理与应用表 3-5 选用 FX2N-4AD 特殊功能 单元。FX2N-4AD 的技术指标见表： 表 4-2 FX2N-4AD 的技术指标 电压输入电流输入项目 4 通道模拟量输入。通过输入端子变换可选电压或电流输入 模拟量输入范 围 DC-10+10V（输入电阻 200k） 绝对最大输入15k DC-20+20mA（输入电阻 250） 绝对最大输入32mA 数字量输出范 围 带符号位的 16 位二进制（有效值 11 位）。数值范围-2048+2047 分辨率5mV（10V1/2000） 20A(20mA1/1000) 综合精确度 1%（在-10+10V 范围）1%（在-20+20mA 范围） 转换速度每通道 15ms（高速转换方式时为每通道 6ms） 隔离方式模拟量与数字量间用光电隔离。从基本单元来的电源经 DC/AC 转换器隔离。 个输入端子间不隔离 模拟量用电源 DC24V10% 55mA 占有的 I/O 点 数 程序上为 8 点（作输入或输出点计算），由 PLC 供电的小号功率为 5V，30mA 根据系统控制要求模拟量输入模块有三个模拟量输入，分别是 UV 相间电压、UW 相间 电压、VW 相间电压，因此模块的四个模拟量输入接口只需其三，由于输入电压范围为- 1010V，考虑到检测的误差要尽量小，所以所加的检测电压为 220V 交流电压。 12 图 4-4 模拟量输入模块接线图 4.2.64.2.6 系统电源设计系统电源设计 PLC 控制系统的电源除交流电源以外，还包括给光电传感器和直流电机供电的直流电 源。一般情况下，交流电源可直接与电网相连，而输入设备的直流电源和输出负载的直流 电源等最好分别采用独立的直流供电电源，如下图所示： 图 4-5 系统电源设计图 PLC 电源单元的连接： 接线时，在电源单元和供电电源之间连接隔离变压器，变压器的副边不接地，这样可 13 以减少 PLC 和大地之间的噪声，还可以保证人员的安全。 电源单元的外部接线不多，在接线时要注意以下问题： 根据所使用的外部电压数值正确选择电压选择器； 在接线过程中不要移去单元顶部的保护标签，直到配线完成。这个标签可以防止绞线 和其他异物进入单元。配线结束偶把标签移去，否则标签将会堵住冷却通道，阻碍空气流 通； RUN 输出主要用于紧急停车的控制，使用时 RUN 接点应与被控电源串联； 使用隔离变压器可提高电源的抗干扰能力。为了改善隔离变压器的抗干扰效果，一是 将屏蔽层良好接地，二是变压器的次级输出线采用双绞线，可减少电源线间的干扰。 4.3 软件设计软件设计 程序设计师 PLC 系统应用中最关键的问题，也是整个控制系统设计的核心，其主要工 作就是设计出梯形图和语句表。 PLC 软件的设计的基本流程如下： 1） 制定控制方案 2） 编制 I/O 分配表 3） 定义模块功能 4） 编写指令程序 5） 软件调试 4.3.14.3.1 程序流程图设计程序流程图设计 根据系统控制对程序的要求，设计出程序的运行流程图如下： 14 图 4-6 程序运行流程图 4.3.24.3.2 建立系统建立系统 PLCPLC 的的 I/OI/O 地址的分配地址的分配 输入设备输入点编号输出设备输出点编号 电机开关X000电机启动开关Y000 报警响应按钮X001报警灯Y001 报警复位按钮X002报警铃Y002 4.3.34.3.3 模拟量输入模块模拟量输入模块 FX2N-4ADFX2N-4AD 程序设计程序设计 FX2N-4AD 有四个模拟量输入通道 CH1 到 CH4，为了能完成所需完成的系统任务，应该 讲 CH1 到 CH3 设置为电压输入、CH4 关闭。为了取样准确，取样四次再取平均值。 选用的模块连接在靠近基本单元的位置，编号为 0,按照控制要求设计梯形图. 15 图 4-7 模拟量输入模块梯形图 4.3.44.3.4 系统主模块程序编制系统主模块程序编制 程序控制要求如下： X000 接通程序开始，模拟量输入模块工作，取得扫描结果传送到 D0D1D2 中。如果 D0D1D2 都大于 0 则 Y000 继电器导通。如果 D0D1D2 中有等于 0 的值，则 Y001 以一定的频 率通断、Y002 接通，此时 X001 接通，Y001 导通，Y002 断开，此时若 X002 接通则 Y000 也 导通，Y001 和 Y002 断开。 编制好程序后和模拟量输入模块程序合并如下： 0LDX000 1FROMK0K30D4K1 10CMPK2010D4M0 17ANDM1 18TOK0K0H3000K1 27TOKOK1K4K3 36FROMKOK29K4M10K1 45MPS 46ANIM10 47ANIM18 48FROMK0K5D0K3 57MPP 58OUTT1K10 61ANDT1 16 62CMPK0D0M5 69CMPK0D1M10 76CMPK0D2M15 83LDM6 84ORM11 85ORM16 86OUTM200 87LDM200 88ANIT3 89OUTT2K1 92LDT2 93OUTT3K2 96LDIT2 97ORM100 98ANDM200 99OUTY001 100LDX001 101SETM77 102LDM77 103ORM100 104ANDM200 105OUTM100 106LDM200 107ANIM100 108OUTY002 109LDIM6 110ANIM11 111ANIM16 112ANDX000 113OUTY000 114LDX002 115RSTM77 116RSTM100 117END 17 4.4 系统的调试 此次设计采用 GX Developer 编制程序,并在安装 GX Simulator 后进行仿真调试。 输入梯形图并变换后单击梯形图逻辑测试启动按钮开始仿真调试，结果如下： 是 X000 闭合并将 0 号特殊模块缓冲寄存器中第 30 个寄存器赋值为 k2010，则辅助器 存期 M1 闭合，模拟量输入模块开始工作，1s 后系统读取缓冲寄存器中的相应值。此时对 BFM#5、#6、#7 进行设定值，设定值分别为 5、6、7 时 Y000 闭合。设定值为 4、0、5 时 M11 闭合，报警继电器 M200 闭合，Y001 闪烁、Y002 闭合。再置 X001 为 ON，Y001 常亮、 Y002 闭合。重新设置值后重新判定，如果都不为 0 则 Y000 闭合。再置 X002 为 ON，M77、M200 复位。 由上述调试过程可见，此次设计能实现系统要完成的功能。 18 致谢： 在本次毕业设计过程中，遇到了很多专业等方面的困难，每个困难都曾让我止步不前。 但是在陈娟老师的悉心指导下，困难退缩了。陈娟老师严谨的治学态度、宽厚的品质、渊 博的学识都是值得我终身学习的。她在繁忙的工作中仍然对我的论