PLC组态技术在电池包生产中的应用.doc

天津冶金职业技术学院毕业课题PLC组态技术在电池包生产中的应用 系 别 电气工程系 专 业 生产过程自动化班 级 过控09-1 学生姓名 指导教师 张伟 2012年4月21日摘要随着科学技术的进步和发展，在工业控制领域中的生产过程自动化技术也随之普遍。特别是以PLC为核心的自动控制技术在企业中得到大量的应用。工业控制软件的出现，让人们可以应用工业控制软件在PLC基础上将工业自动化控制系统中的各个环节连接起来通过人机界面进行监控和管理成为了可能。在工业控制自动化系统中，我们把这种应用工控软件中提供的各种工具，方法，将各个分散的自动控制系统连接起来统一进行工程管理，工程监控的工程叫工业控制组态。组态简而言之就是组织我们应用在传统工业自动化控制上的软件和硬件集合在一起将分散的控制系统联合起来，组建统一的集散式控制系统，进行生产过程控制的实时监控和处理。在本文中我们仅介绍组态与传统PLC控制技术结合完成对动力设备电机的控制；在PLC控制技术中变频器是不可缺少的电气元件，变频器在控制电机转速和控制电机制动方面的技术已经相当成熟；而光电编码器是新型传感器的一种，其工业领域主要用来精密测速。可见随着传统电气元件的改进和发展，新型自动控制技术的出现，真正的生产过程控制自动化技术将慢慢取代传统的电气控制，为社会的发展做出卓越的贡献。关键词：可编程逻辑控制器，人机界面技术，组态，工业控制软件，光电编码器，变频器目录1 可编程控制器1.1 PLC概述1.1.1 PLC定义PLC（可编程逻辑控制器）是应用在工业自动化控制系统中，以数字运算和逻辑运算操作的微型计算机。它应用可编程的存储器在内部进行执行数字运算和逻辑运算、顺序控制、计时，定时等逻辑指令，并通过数字或者模拟的输入、输出来控制各类的工业控制。1.1.2 PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展的，这就是PLC具有许多其他控制器所无法比拟的特点。 （1）抗干扰能力强，可靠性高 电气控制设备的关键性能要求是可靠性高。PLC应用现代大规模集成电路技术，生产工艺制造严密，内部电路采取了先进的抗干扰技术，所以PLC具有很高的可靠性。使用PLC组建生产过程自动化控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个以PLC为核心组建的系统将具有极高的可靠性。（2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、DCS(集散式控制)等各种工业控制中。随着PLC通信能力的增强以及人机界面组态技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用PLC是面向工业的工业自动化控制设备。电气接线容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。多年来， PLC（可编程控制器）从其产生到现在，实现了接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制及集散控制等各种任务的跨越。今天的PLC在处理模拟量、数字运算、人机接口和网络的各方面能力都已大幅提高，成为工业控制领域的主流控制设备，在各行各业发挥着越来越大的作用。1.2 PLC的硬件结构 图1.1 PLC控制系统的硬件组成框图 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。a. 电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。b. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 c.存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 d.输入输出接口电路 (1)现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 (2)现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e.功能模块 如计数、定位等功能模块 f.通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块。1.3 PLC的控制功能及其类型1.3.1 运算功能 简单可编程逻辑控制器的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通可编程逻辑控制器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；大型可编程逻辑控制器中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在可编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。1.3.2 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。可编程逻辑控制器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，提高可编程逻辑控制器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。 1.3.3 通信功能 大中型可编程逻辑控制器系统应支持多种现场总线和标准通信协议（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。 可编程逻辑控制器系统的通信接口应包括串行和并行通信接口、RIO通信口、常用DCS接口等；大中型可编程逻辑控制器通信总线（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。 可编程逻辑控制器系统的通信网络中，上级的网络通信速率应大于1Mbps，通信负荷不大于60%。可编程逻辑控制器系统的通信网络主要形式有下列几种形式： 1）PC为主站，多台同型号可编程逻辑控制器为从站，组成简易可编程逻辑控制器网络； 2）1台可编程逻辑控制器为主站，其他同型号可编程逻辑控制器为从站，构成主从式可编程逻辑控制器网络； 3）可编程逻辑控制器网络通过特定网络接口连接到大型DCS中作为DCS的子网； 4）专用可编程逻辑控制器网络（各厂商的专用可编程逻辑控制器通信网络）。 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、）通信处理器。 1.3.4 编程功能 离线编程方式：可编程逻辑控制器和编程器公用一个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，在大中型可编程逻辑控制器中常采用。 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。 1.3.5 诊断功能 可编程逻辑控制器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，通过软件对可编程逻辑控制器的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。 可编程逻辑控制器的诊断功能的强弱，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。 1.3.6 处理速度 可编程逻辑控制器采用扫描方式工作。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，则可编程逻辑控制器将扫描不到该信号，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，可编程逻辑控制器接点的响应快、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：小型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.5ms/K；大中型可编程逻辑控制器的扫描时间不大于0.2ms/K。 1.3.7 可编程逻辑控制器的类型 可编程逻辑控制器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。 整体型可编程逻辑控制器的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；模块型可编程逻辑控制器提供多种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。1.4 可编程逻辑控制器的工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段“即输入采样、用户程序执行和输出刷新”三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.4.1 输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。1.4.2 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。1.4.3输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 2 组态技术2.1 组态技术简介在使用工业控制软件中，我们经常提到组态一词，其意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的，组态工具通过这些监控数据实时显示工业控制过程。根据这些组态结果，操作者可以通过人机界面进行实时运行工业自动控制。在当今工业自动控制领域，一些常用的大型组态软件主要有：罗克韦尔，爱默生，组态王（KINGVIEW），力控，易控，巨控组态等。我们在本文主要介绍组态王这款软件。2.2 组态软件组态王的应用介绍2.2.1 组态王简介组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层、对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为检验者提供了可视化监控画面，有利于检验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。2.2.2 组态王应用使用组态王仿真的基本方法：(1)图形界面的设计 (2)构造数据库 (3)建立动画连接 (4)运行和调试2.3 组态软件的设计思想一般的组态软件都由下列组件组成：图形界面系统、实时数据库系统、第三方程序接口组件、控制功能组件。下面将分别讨论每一类组件的设计思想。（1）在图形画面生成方面，构成现场各过程图形的画面被划分成几类简单的对象：线、填充形状和文本。每个简单的对象均有影响其外观的属性。对象的基本属性包括：线的颜色、填充颜色、高度、宽度、取向、位置移动等。这些属性可以是静态的，也可以是动态的。静态属性在系统投入运行后保持不变，与原来组态时一致。而动态属性则与表达式的值有关，表达式可以是来自I/O设备的变量，也可以是由变量和运算符组成的数学表达式。这种对象的动态属性随表达式值的变化而实时改变。在图形界面上还具备报警通知及确认、报表组态及打印、历史数据查询与显示等功能，各种报警、报表、趋势都是动画连接的对象，其数据源都可以通过组态来指定，这样每个画面的内容就可以根据实际情况由工程技术人员灵活设计， 每幅画面中的对象数量均不受限制。在图形界面中，各类组态软件普遍提供了一种类Basic语言的编程工具脚本语言来扩充其功能。用脚本语言编写的程序段可由事件驱动或周期性地执行，是与对象密切相关的，例如，当按下某个按钮时可指定执行一段脚本语言程序，完成特定的控制功能，也可以指定当某一变量的值变化到关键值以下时，马上起动一段脚本语言程序完成特定的控制功能。（2）控制功能组件以基于PC的策略编辑/生成组件（也有人称之为软逻辑或软PLC）为代表，是组态软件的主要组成部分，虽然脚本语言程序可以完成一些控制功能，但还是不很直观，对于用惯了梯形图或其它标准编程语言的自动化工程师来说简直是太不方便了，因此目前的多数组态软件都提供了基于IEC1131-3标准的策略编辑/生成控制组件，它也是面向对象的，但不唯一地由事件触发，它象PLC中的梯形图一样按照顺序周期地执行。策略编辑/生成组件在基于PC和现场总线的控制系统中是大有可为的，可以大幅度地降低成本。（3）实时数据库是更为重要的一个组件，因为PC的处理能力太强了，因此实数据库更加充分地表现出了组态软件的长处。实时数据库可以存储每个工艺点的多年数据，用户既可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况，可以说， 实时数据库对于工厂来说就如同飞机上的“黑匣子”。工厂的历史数据是很有价值的，实时数据库具备数据档案管理功能，工厂的实践告诉我们：现在很难知道将来进行分析时哪些数据是必须的，因此，保存所有的数据是防止丢失信息的最好的方法。通讯及第三方程序接口组件是开放系统的标志，是组态软件与第三方程序交互及实现远程数据访问的重要手段之一。 2.4 PLC与组态在生产过程控制中的应用简介在工业生产过程自动化控制系统中PLC作为整个控制系统的核心，PLC控制着各个环节之间协同完成某个产品生产过程。PLC通过继电接触器来控制各个节动力系统的运行，组态软件组态王通过组态人机界面到触摸屏上，这样传统的的模式变成 新模式这样操作者可以通过触摸屏来设置生产过程自动控制各个环节的参数。这样不但可以大大降低生产成本提高人均产值，而且避免了工业生产中的人身伤亡事件。3 电池包翻转检验设备的硬件结构3.1 电池包翻转检验台硬件结构图3.1 电池包翻转检验台翻转检验台是电池包翻转检验设备中的执行部份，主要由钢材质焊接而成。最核心的是电机与减速。电机为翻转台提供动力；减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。也就是说我们用减速机将电机的高转速转换为检验台需要的转速。3.2 电池包翻转检验控制柜控制是整个电池包翻转检验设备中的核心，控制柜上PLC触摸屏变频器以及各种电气元件共同组建了电池包翻转检验自动控制系统。在这里为了安全和美观作用，将PLC继电器器及其他电气元件安装在一个控制柜中（以下简称PLC控制柜），将触摸屏置于另外一个控制柜中。这样技能保证元件工作环境的安全性，也方便了操作人员的使用。如图3.2图3.3图3.2 触摸屏控制柜触摸屏控制柜按钮从左向右以此为“电源指示故障报警急停按钮顺时针翻转逆时针翻转；在实际生产中这几个按钮起着重大作用，电源指示急停报警用于排除故障，而顺时针翻转和逆时针翻转是翻转检验的手动模式。该模式是翻转检验前的预热操作，操作人员能在这个模式中可以检查各个部份器件的运行情况，为安全生产做好准备。生产设备控制自动化首先要考虑安全问题，做到以人为本。图3.3 PLC继电器及其他电气元件PLC控制柜是控制系统的大脑，在本台设备中PLC应用其控制功能，直接控制变频器的输出间接控制电动机的转速，转向，以及旋转角度；从而达到控制电池包的各种翻转模式。并且使用光电编码器来采集旋转台的参数，应用PLC运算功能将操作人员在触摸屏上组态的系统画面中现场设定的各种参数与光电编码器采集的参数进行相应的处理和计算对比完成自动控制的功能。所以PLC控制柜相当重要，其接线准确与否关系着整个控制系统能否正常运转，而其防护要求也很高。防静电防尘防热要考虑全面，做到为生产顺利保驾护航。电池包翻转检验控制柜的接线示意图，如图3.4从图中我们可以看出，操作人员可以通过触摸屏直接设定变频器的参数，无需到现成进行作业，而且现场的实施数据能准确快速的显现到屏幕上。可见PLC控制技术中应用组态技术能节约生产成本提高生产效率，而且对生产安全有保障；大大提高了生产活动中人的积极性，解放了生产力发展了生产力推动了社会的进步和发展。 图4 控制柜接线第四章 PLC组态技术在电池包产翻转检验中的应用4.1 I/O点数的统计I/O点数在PLC控制相当重要。我们知道PLC要进行逻辑运算首先得在输入采样阶段采集I点的各个点的状态，无非是0或1状态。只有这样才能在程序执行阶段PLC才能逐个扫描T型图来执行输出点的状态（0或1）。所以在PLC控制技术中要想设计出逻辑上很强的执行T型图活逻辑语句，必须清楚I/O点数的分配情况。我认为所控制对象的各个状态为输出点，比如电机的正反转，汽缸的插入与拔出等等。而导致这种状态的条件为输入点，比如让电机正反转切换的条件是改变电机的相序，让汽缸插入拔出的条件是汽缸的充气与停气。因此一般可以认为输入是在数学函数中为变量X，输出点为应变量Y。在电池包翻转控制系统中我们是通过PLC与变频器之间进行数据交换来进行电机的旋转的，所以PLC只需将触摸屏所传来的参数进行转换和计算后通过PLC D/A模块传给变频器，由变频器来完成电机的旋转。所以外部的I/O点数很少。而PLC所进行的逻辑运算所用到的I/O点，我们将用中间变量M来表示；比如输入点X0用M0表示，Y0用M10表示进行T型图的编写。电池包翻转检验台I/O点数统计表如图5输入点(外围)输出点（外围）编码器A变频器输出正转编码器B变频器输出反转手动功能报警功能变频器故障顺时针翻转逆时针翻转输入点（内部运算）输出点（内部运算）连续翻转模式连续翻转低速断续翻转模式连续翻转高速连续翻转模式启动连续顺时针输出连续翻转模式停止到达连续翻转圈数断续翻转模式启动到达断续翻转圈数断续翻转模式停止变频器故障连续翻转运行中手动顺时针输入断续翻转运行中手动逆时针输入连续翻转完成手动模式手动顺时针输出自动模式手动逆时针输出连续顺时针输出表1 I/O点数 统计4.2 PLC的选择前文已经介绍了PLC具有运算功能控制功能通信功能诊断功能和编程功能。在这里根据已经统计的外部I/O点数来计算所要选用的PLC I/O点数。增加20%备用量，以便随时增加控制功能：所选PLC输入点数应该为：6(1+20%)=7.2输出点数为：3(1+20%)=4.2所以选择三菱FX2N系列PLC该PLC有8个输出8个输入而且价格便宜可以直接接电磁阀也可以直接接220V电源驱动，在电池包翻转检验台控制柜中使用性价比很高。4.3 电池包质检自动控制系统电路接线图图5 PLC柜内继电器接线图PLC柜内继电器接线图，其主要完成电机的正反转的控制，使得电池包翻转检验台有顺时针翻转和逆时针翻转两种翻转模式。图6 触摸屏控制柜内接线图触摸屏控制柜内接线图完成触摸屏柜对电机的启动和停止，并有电源指示和急停和手动模式的控制功能。图7 PLC外围接线图PLC外围接线图，完整的PLC外围接线图包括该控制系统的I/O点，为PLC的逻辑控制提供了保障。图8 PLC连接变频器接线图PLC连接变频器接线图，PLC通过D/A模块与变频器进行数据的交换，并通过变频器间接控制电机的转速，旋转间隔等等，使得电池包翻转检验台完成操作人员在触摸屏上设定的各种翻转模式。4.4 变频器控制电机在电池包翻转检验中的应用4.4.1 变频器控制电机转速的原理在工业应用中使用最多的是感应交流式电机（以下简称电机），感应交流式电机的转速取决于电机的极数和频率。由于这种电机的工作原理是电磁感应，而电机的极数不是一个连续的数所以一般不适合在工业领域改变电机极数来改变电机转速；另外可以将频率改变后再供给电机所以改变电机频率是改变电机转速的优先方法。原理如下：电机的旋转速度单位为：1: r/min，也就是每分钟旋转次数，也可表示为rpm。我们知道，交流电动机的同步转速表达式位： n60 f(1s)/p (1) 式中 n异步电动机的转速； f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。 由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。所以选用能改变频率的变频器改变电机转速的首选设备。4.4.2 变频器控制电机制动所谓电机制动是指电能从电机侧流到变频器侧（或供电电源侧）,这时电机的转速高于同步转速。负载的能量分为动能和势能. 动能(由速度和重量确定其大小）随着物体的运动而累积。当动能减为零时，该事物就处在停止状态。传统机械抱闸装置的方法是用制动装置把物体动能转换为摩擦和能消耗掉。如果使用变频器，如果输出频率降低，电机转速将跟随频率同样降低。这时会产生制动过程. 由制动产生的功率将返回到变频器侧。这些功率可以用电阻发热消耗。在用于提升类负载，在下降时, 能量(势能)也要返回到变频器(或电源)侧,进行制动。这种操作方法被称作“再生制动”，而该方法可应用于变频器制动。为了用散热来消耗再生功率，需要在变频器侧安装制动电阻。为了改善制动能力，不能期望靠增加变频器的容量来解决问题。选用“制动电阻”、“制动单元”或“功率再生变换器”等选件来改善变频器的制动容量。可见在电池包翻转检验台要想达到控制翻转角度使用变频器制动是很使用的4.5 应用光电编码器在电池包翻转检验台测速为了能实现翻转台以操作人员在触摸屏上设置的参数运行，我们必须使用光电编码器采集电机的转速，通过PLC的运算功能转化为二进制数，然后通过D/A模块与变频器进行数据的交换和对比，进而实现电机在变频器控制下以设置的参数运行4.5.1 光电编码器的测速原理光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器， 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90的两路脉冲信号。4.5.2 光电编码器的结构由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。综上所述我们采用结构简单且使用的曾量式编码器；将A,B端口接在PLC上输入脉冲，在通过PLC的运算功能进行计算。第五章 翻转检验自动控制系统的PLC程序电源开按钮灯5.1 电池包翻转检验台的控制要求电源开按钮灯急停按钮a 电源：合上变频器柜内的空开，合上电控柜内的空开，按下控制盒上的 按钮，变频器柜内的总电源接触器吸合，检验台上电 灯亮。b 紧急停止及断电：按下控制盒上的 按钮，检验台断电，并实现紧急停止。c 触摸屏：在触摸屏上可选择手动控制模式和翻转检验控制模式顺时针翻转逆时针翻转c1：手动控制模式：在该模式下，翻转角速度为固定的720/min，按下控制盒上的 按钮，翻转架按相应的方向翻转，抬起按钮，停止翻转，在手动模式下，自动模式功能将失效。C2：翻转检验控制模式：在该模式下控制检验的启动和停止，设定检验控制参数及显示检验测量数据，检验自动完成。设定翻转圈数 0 （圈） 设定范围1-5圈设定翻转角速度 000 （/min） 设定范围180-720/min设定翻转间隔角度 000（）设定范围0-360设定保持时间 000 （min）设定范围0-180min显示翻转角速度 000.0 （/min）通过光电编码器测量计算得出。显示翻转角度 000.0（）通过光电编码器测量计算的出来显示保持时间000（min）到达每个翻转间隔角度后的保持时间，最小显示时间1分钟，每一分钟一跳字5.2 电池包翻转检验自动控制系统顺序功能图设计5.2.1 检验控制过程手动控制：在检验准备，试件安装时，通常采用手动控制。在触摸屏上选择手动逆时针翻转顺时针翻转控制模式，按动控制盒上的 按钮即可控制翻转架翻转。 翻转检验：在触摸屏上选择自动控制模式，设定检验控制参数，即可开始检验故障蜂鸣器报警灯完成后自动停机，并通过 发出声光警示信号。连续翻转：设定翻转圈数 1圈或其他值设定翻转角速度360/或其他值设定翻转间隔角度360设定保持时间000 min 开始检验开始翻转，到达360停止，检验结束，声光报警。连续翻转多圈