卷簧机的电气控制系统设计

1、卷簧机的电气控制系统设计目录1前言11.1 课题背景和意义11.1.1 本课题的背景11.1.2本课题的意义11.2卷簧机的基本结构11.3系统控制方案选择21.3.1主要控制方案的比较21.3.2 系统方案的选择32可编程序控制器概述42.1可编程序控制器的定义与由来42.2可编程序控制器的特点42.3 PLC基本结构和工作原理52.4可编程序控制器的编程语言83. 卷簧机的电气设计93.1卷簧机的功能及工作流程93.1.1卷簧机的工作流程93.2卷簧机的电气回路设计103.2.1 电气回路设计103.2.2 卷簧机电气设备的选择114. 三菱PLC的常用指令154.1基本指令154.2 步

2、进指令205 编程软件介绍225.1概述225.2程序编制255.3 程序的检查276卷簧机的PLC控制系统设计286.1 PLC软件设计方法286.2系统控制要求286.3可编程序控制器的程序设计306.3.1PLC系统配置的主要依据306.3.2控制系统软件设计33结论39致谢41参考文献42第 1 页 共 43 页1前言1.1 课题背景和意义1.1.1 本课题的背景在可编程序控制器问世之前，继电器接触器控制在工业控制领域中占有主导地位。但是其具有体积大，耗电多，可靠性差等致命缺点，所以从1968年以来，PLC的一些基本定义被提出，到20世纪80年代以来，随着PLC具有高速计数、中断技术、

3、PID调节和数据通信等功能，PLC已经成为现代工业控制的三大支柱之一。国外弹簧生产厂家普遍采用自动化生产，生产质量很稳定，效率很高。而国内在这方面的技术依然不是很成熟，急需技术改进及革新。1.1.2本课题的意义随着汽车工业的飞速发展以及铁路运输的提速，相应地对车辆减震系统的要求不断提高，这无疑给弹簧行业带来了巨大的商机，同时也对弹簧生产设备卷簧机的性能提出了更高的要求。然而国内弹簧生产厂家由于起步晚等原因，存在很多问题，诸如生产率低下、产平规格不全等问题。在这种背景下，技术的开发和创新显得尤其重要。本文对卷簧机的基本原理做一些粗浅研究，为以后的研究打下一些基础。同时，本文通过做卷簧机的电气控制

4、系统设计进行一定的分析和说明，从而熟悉PLC自动化系统在工业生产控制中的应用。1.2卷簧机的基本结构卷簧机主要部分由芯轴座、芯轴、基座、支承座组成。芯轴座的前进后退由一台变频控制电机控制，芯轴的转动由一台普通电机控制。插销动作、咬嘴动作、夹料动作、顶尖动作、支承座前进后退由气阀控制3。通过限位开关ABCD的位置设置设定弹簧的初始原点、工作点、弹簧的长度、支承座的后退位置。通过螺旋电位器的设置调节芯轴座控制电机的速度来设定工艺要求的螺纹间距。机床基本结构图如图1.1所示，限位开关设置如图1.2所示。图1.1机床基本结构图图1.2限位开关设置图1.3系统控制方案选择系统控制方案的确定非常重要，因为

5、它要控制的对象是系统中的关键设备，必须具备极高的安全性、可靠性和稳定性。由于车间的工作环境比较恶劣，控制系统会受到通过供电电源及输入输出信号线引入的各种干扰，这些干扰都具有很强的干扰能量。所以，在确定方案时，首先要求系统必须具备很强的干扰能力，能在较恶劣的环境中连续稳定地工作。一般而言，根据以上的加工要求和技术要求，本控制系统可以采用单片机、可编程逻辑控制器（PLC）、工控机等电气控制方案。1.3.1主要控制方案的比较 1.单片机控制特点 单片微型机（简称单片机）又名微控制器，是七十年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它是把CPU、内存及I/O压缩在同一芯片上，再外加一些电子元件便构成一

6、套简易的控制系统，如此一来可以降低硬件成本。由于单片机具有功能强、体积小、可靠性高、面向控制和价格低廉等一系列优点，因而在工业、农业、国防、交通、民用消费等各个领域得到了广泛的应用，有力推动了各行业的技术改造和产品的更新换代。但相较其他控制方案来说，其开发周期长，工作量大。 2.PLC控制特点1 可编程控制器简称PLC，作为传统继电器接触控制的替代产品，已广泛用于工业控制的各个领域。由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小，组装灵活，编程简单，抗干扰能力强及可靠性高等特点，非常适合于在恶劣的工业环境下使用。故自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个

7、领域，大大推进了机电一体化进程。 3.工控机控制特点 工控机通常是指工业用个人计算机（INDUSTRIAL PC），即能够用于工业及其相关场合下的工业级的PC机，亦称为ICPC（INDUSTRIAL CONTROL WITH PC）。 与一般计算机适用场合相比，使用工控机的场合具有一定的特殊性。首先，环境通常比较恶劣，如工业现场比较容易存在粉尘、高温、潮湿、噪声、冲击、震动、各种电磁信号干扰、辐射、腐蚀，野外工作条件以及操作人员素质等环境因素；其次，要求计算机必须能长期、无故障地连续运行，一旦发生故障，能较快地修复。这种使用要求，决定了工控机完全不同于普通的商用PC机，对于工控机来说，可靠性将

8、是最重要和首要考虑的因素。工控机的可靠性主要是由其器件的筛选和其本身的工艺设计制造决定，这其中最重要的又体现在作为主要部件的机箱和CPU主板极其相关器件上。1.3.2 系统方案的选择对系统方案的选择，应从经济成本、设计生产周期长短等方面进行综合考虑。 从影响成本的各个因素综合考虑，就目前生产设备控制装置来说，单片机价格最低廉，而PLC的优势在于其高性价比。当然，价格仅是选择时需参考的一个因素，而可靠性是选择时需要考虑的又一个因素。从设计生产周期长短考虑设计新的生产机械设备，毫无疑问，生产、设计周期越短越好，甚至希望边设计、边安装、边调试和边生产。特别是产品更新换代，生产工艺改造，不需要改动现有

9、生产设备及其外部接线，就能马上组织生产，这不仅节约了劳动力，而且新产品能尽快投入市场。如果要使这些要求得以实现，单片机显然难以实现，而PLC则完全可以实现。因为用PLC不必改动外部设备连线，只要在软件上做文章就可以了。也就是说只要改变梯形图，按照新工艺要求重新输入新程序或修改原程序即可。这既经济又简捷，可以达到事半功倍的目的。综上所述，PLC具有高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简单、低价格长寿命等特点。比之单片机，它的输入输出更接近现场设备，不需要添加太多的中间部件和接口。综合PLC上述特点和机床的运动为单轴运动，因此本机床控制系统采用PLC作为主控设备，实现机床的逻辑运动控制。从而

10、缩短设计生产周期，以使本机床能够尽快投入生产使用，满足生产厂商的生产任务需求。2可编程序控制器概述2.1可编程序控制器的定义与由来可编程序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储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等面向用户的指令，并通过数字式、模拟式的输入输出控制各种类型的机械或生产过程1。20世纪60年代，人们曾试图用小型计算机来实现工业控制代替传统的继电接触器控制，但因价格昂贵、输入输出电路不匹配、编程复杂等原因，而没能得到推广和应用。20世纪50年代末，美国通用汽车公司(GM)为了适应汽车型号不断翻新的需要，提

11、出需要有这样一种控制设备，即 它的继电控制系统设计周期短，更改容易，接线简单，成本低。 它能把计算机的许多功能和继电控制系统结合起来，但编程又比计算机简单易学，操作方便。系统通用性强。 1969年美国DEC公司研制出第一台可编程控制器，用在GM公司生产线上获得成功。其后日本、德国等相继引入，可编程控制器迅速发展起来。这一时期它主要用于顺序控制。虽然也采用了计算机的设计思想，但实际上只能进行逻辑运算，故称为“可编程逻辑控制器”，简称为PLC（Programmable Logic Controller）。进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PL

12、C的功能日益增强。PLC可进行模拟量控制、位置控制和PID控制等，易于实现柔性制造系统FMS。远程通信功能的实现更使得PLC如虎添翼。无怪乎有人将PLC称为现代化控制的三大支柱(即PLC、机器人和计算机辅助设计制造CADCAM)之一。由于PLC的功能已远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，故称为“可编程控制器”，简称PC（Programmable Controller）。因PC容易和“个人计算机”(Personal Computer)混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程控制器的缩写。2.2可编程序控制器的特点可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强

13、：可编程控制器是专为工业控制而设计的，除了对器件的严格筛选和老化外在硬件和软件两个方面还采用了屏蔽、滤波、隔离、故障论断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，使其平均无故障时间达到(35)万小时以上。 编程直观、简单：可编程控制器是面向用户、面向现场，考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，它没有采用微机控制中常用的汇编语言，而是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂。电气工程师和具有一定知识的电工、工艺人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手。计算机技术和传统的继电器控制技术之间的隔阂在可编程控制器上完全不存在。世界上

14、许多国家的公司生产的可编程控制器把梯形图语言作为第一用户语言。 适应性好：可编程控制器是通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于可编程控制器产品已标准化，系列化、模块化，因此能灵活方便地进行系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统，适应能力非常强，故既可控制一台单机，一条生产线，又可控制一个复杂的群控系统，既可以现场控制，又可以远距离控制。功能完善，接口功能强：目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等功能使设备控制水平大大提高。接口功率驱动极大地方便了用户，常用的数字量输入输出接口，就电源

15、而言有110v、220v交流和5v、24v、48V直流等多种；负载能力可在(0.55A)的范围内变化；模拟量的输入输出有正负50mv、正负10V、（010）mA、（420）mA、等各种规格。可以很方便地将可编程控制器与各种不同的现场控制设备顺利连接，组成应用系统。例如，输入接口可直接与各种开关虽和传感器进行连接，输出接口在多数情况下也可直接与各种传统的继电器、接触器及电磁阀等相连接2。2.3 PLC基本结构和工作原理如图2.1所示，PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊模块。由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但

16、它的工作方式却与微机有大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或IO扫描方式，若有键按下或有IO变化则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待.PLC则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个循环扫描周期主要可分为3个阶段。(1) 输入刷新阶段 在输入刷新阶段，

17、CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。图2.1 PLC的组成框图(2) 输入刷新阶段 在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。(3) 程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，

18、从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存人对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输出刷新阶段。(4) 输出刷新阶段 当所有指令执行完毕后将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。 由此可见，输人刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期、由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通信，这些

19、操作统称为“监视服务”，一般在输入扫描过程之后进行。综上所述，PLC的扫描作过程如图2.2所示。图2.2 PLC的扫描工作过程显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输人、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在I/O刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的IO刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不

20、但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输人刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间里实际上是与外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误动作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响6。总之，采用循环扫描的工作方式是PLC区别于微机和其他控制设备的最大特点在使用中应引起特别的注意。2.4可编程序控制器的编程语言PLC作为专为工业控制而

21、开发的自控装置，其主要使用者为工厂的广大电气技术人员，考虑到他们的传统习惯以利于使用推广普及，通常PLC不采用微机的编程语言，而采用梯形图语言、指令助记符语言、控制系统流程图语言、布尔代数语言等。在这些语言中，尤以梯形图、指令助记符语言最为常用。一 、梯形图语言PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器接触器控制图，是在原继电器接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程元件(如继电器的触点、线圈、定时器、计数器等)和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。由于它在继

22、电接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过传统的继电接触控制电路所以很受用户欢迎。它是目前用得最多的PLC编程语言。在梯形图中，分别用符号 、表示PLC编程元件(软继电器)的常开触点和常闭触点，用符号 表示其线圈。与传统的控制图一样，每个继电器和相应的触点都有自己的特定标号，以示区别，其中有些对应PLC外部的输入、输出，有些对应内部的继电器和寄存器。应当注意的是它们并非是物理实体，而是“软继电器”。每个“软继电器”仅对应PLC存储单元中的一位。该位状态为“1”，时，对应的继电器线圈接通，其常开触点闭

23、合、常闭触点断开；状态为“0”时，对应的继电器线圈不通，其常开、常闭触点保持原态。还应注意PLC梯形图表示的并不是一个实际电路而只是一个控制程序，其间的连线表示的是它们之间的逻辑关系，即所谓“软接线”。二、指令助记符语言助记符语言类似于计算机汇编语言，它用一些简洁易记的文字符号表达PLC的各种指令。对于同一厂家的PLC产品，其助记符语言与梯形图语言是相互对应的，可互相转换。助记符语言常用于手持编程器中，因其显示屏幕小，不便输入和显示梯形图。特别是在生产现场编制、调试程序时，经常使用手持编程器。而梯形图语言则多用于计算机编程环境中。3. 卷簧机的电气设计3.1卷簧机的功能及工作流程 卷簧机，顾名

24、思义就是一种用于卷弹簧的的机器。弹簧的应用随处可见，需求量是非常大的。对于用钢丝卷的小弹簧，用手工工具或者小型机械就能生产。而对于那些用于火车底盘或大型机械上的弹簧，则需要专门的机械生产。本课题涉及的就是这样一种用于大型弹簧生产的机器3。3.1.1卷簧机的工作流程一、手动操作 一）准备工作 1.工作方式指向手动；电源开关指向开；弹簧旋向根据具体要求确定；芯轴指向停止；插销指向退出；夹料指向松开；咬嘴指向松开；变频器指向停止；顶尖指向松开。 2.根据弹簧的自由高度、料径、螺距人工进行限位开关A、限位开关B和螺旋电位器的位置设置，具体设置依据如下： 限位开关A：使送料芯轴露出基座的距离略大于料径。

25、 限位开关B：使限位开关A和B的距离等于弹簧的自由高。 螺旋电位器：使数字表头显示工艺要求的螺旋。 3.检查机床，确保机床上没有杂物。 二）启动按钮按下 三）根据具体工作要求改变开关位置，卷簧机按照操作台上改变后的各开关位置执行相应的动作。二、 自动操作准备工作： 1.电源开关指向开；工作方式指向自动；弹簧旋向根据具体要求确定。 2.根据弹簧的自由高、料径、螺距人工进行限位开关A、限位开关B和螺旋电位器的位置设置，具体设置如下： 限位开关A：使送料芯轴露出基座的距离略大于料径。 限位开关B：使限位开关A和B的距离等于弹簧的自由高。 螺旋电位器：使数字表头显示工艺要求的螺旋。 一）按下启动按钮。

26、 二）卷簧机自动处于工作准备好状态： 芯轴座处于限位开关A的位置；支撑座前进，直至抵上芯轴；插销插入支承座。 三）人工送入卷簧原料后，踩下脚踏开关，卷簧机自动按顺序进行如下操作： （1）咬嘴夹紧。 （2）夹料夹紧。 （3）插销插入支承座。 （4）芯轴根据弹簧旋向转动。 （5）芯轴转动到四分之三圈后，芯轴按照设置的螺距前进。 （6）芯轴前进至有顶尖压下的位置后，顶尖压下。 （7）芯轴座进至限位开关B，停止前进，原地转动一圈，停转。 （8）咬嘴松开。 （9）夹料松开。（10）顶尖抬起。（11）插销退出支承座。 （12）芯轴与原方向相反转动并后退，退入基座内；支承座后退；弹簧掉下。（13）回到自动工

27、作准备好状态，等待下一次人工送入卷簧原料踩上脚踏开关后，依次重复上述（1）（13）的动作。3.2卷簧机的电气回路设计3.2.1 电气回路设计一、 卷簧机的电气原理图 图32 卷簧机的电气图二、电气元件清单根据设计要求，在查阅了多种资料，对各种相关的电气元件进行分析和比较后，选择的电气元件如下表所示（各种电气元件的选择依据详见3.3）：表3.1 电气元件清单代号名称规格型号数量（只/台）生产厂家1M交流电动机16kW12M交流电动机2kW1QS0/1/2/3空气开关NF125CW 100A4三菱公司KM1/2/3接触器CJX193变频器FRE540 4.6kVA1三菱公司PLC可编程控制器FX2

28、N48MR1三菱公司FR1热继电器JR16150/3D1KH2接触器CJX1913.2.2 卷簧机电气设备的选择一、电动机的选择 在卷簧机机床中，共使用2台交流电动机，一台控制芯轴的转向，一台控制芯轴的前进后退，1台为16kW，一台为2kW 。二、热继电器的选择 热继电器和自动开关的热脱扣，主要用来保护异步电动机的过载，所以热继电器的型号、规格要根据被保护电动机的额定电流来确定。一般按下式确定热继电器额定电流Ie（0.951.05）Ied式中Ie热继电器的额定电流(安)， Ied被保护电动机的额定电流(安)。 同一型号的热继电器可以选用不同编号的热元件，为可靠的保护电动机，需要调节热继电器整定

29、电流使热继电器的保护特性符合： (1)热继电器在动作时间内，被保护的电动机发热不超过允许值。 (2)热继电器的动作时间不应太小，以便充分发挥和利用被保护电动机的过载能力。(3)保证异步电动机直接起动时不动作。例如一台鼠笼式电动机直接起动，起动电流为额定电流的6倍，起动时间为10秒，则所选热继电器的安秒特性应保证在起动电流通过时，热继电器动作时间应大于10秒。JR16-150热继电器的主要参数规格5:表3.2 热继电器参数 型号额定电流/A 热元件规格额定电流/A电流调节范围/AJR16-150/3JR16-150/3D150638512016040-6353-8575-120100-160三、

30、接触器的选择一）根据接触器在线路中的要求和运行中的需要来选择。 1.首先要确定接触器的工作任务、类别，然后根据它来选择接触器型号。 本课题中的接触器用于鼠笼式电动机起动、短时反复断开和接通。 2.考虑接触器的工作制 本课题中接触器的工作制是间断长期工作制。 3.选择接触器的规格 (1)主触头额定电流：控制对象是间断长期工作制的电动机时，可按电动机容量选额定电流与工作任务类型致的同容量接触器。一般多采用交流接触器，如操作频率较高，也可用直流接触器。对于运行于其他工作制的接触器，根据被控电机容量和相应的持续合闸率来决定。对于控制对象是电热设备等负载稳定的设备，额定电流选大于或等于设备的额定电流即可

31、。 (2)主触头的额定电压：大于或等于线路电压。 (3)吸引线圈的电压：最好与其他电器取相同的电压值。 (4)辅助触点数量、种类。 二）CJX1系列交流接触器介绍 1.适用范围 主要用于交流50Hz或60Hz、额定工作电流至140A的电力线路中，主要供远距离接通或分断电路之用，可频繁地起动及控制交流电动机。产品符合IEC97441、VDE0660、BS5424、GB14048.4、GB14048.5等标准。2.结构特征接触器用双断点触头的直动式运动结构，动作机构灵活、手动检查方便，结构紧凑。触头、磁系统采用封闭结构，粉尘不易进入，能提高寿命。接线端均用防护罩覆盖，使用安全可靠。安装可用螺钉紧固

32、，也可扣装用35毫米的安装轨注，装卸迅速方便。3.CJX19技术参数表3.3 CJX19技术参数型号规格绝缘电压频率Hz额定电流辅助锄头发热电流吸引线圈电压电寿命重量CJX19660V50（60）140A10A220V15万次2.21Kg四、变频器的选择 1.变频器的容量 大多数变频器的容量均从三个角度予以表达： (1)额定输出电流：为输出线电流，单位使用A表示。这是反映变频器容量的最关键的量，是逆变器中半导体开关器件所能承受的电流耐量。通常是不允许连续过电流运行的。负载电动机的选样，无论是拖动单电动机还是拖动多电动机，均应以连续运行总电流不超过变频器额定电流为原则。 (2)可用电动机的功率：

33、以电动机的额定功率(kW)表示。在为现场原有电动机选配变频器时，除了要看kW值是否一致，还要考察额定电流。(3)额定容量：以变频器输出的视在功率(kVA)表示，是指额定输出电流与电压下的三相视在功率。变频器最大输出电压为3相，电压有4个值，额定电流只有一个值。显然，输出视在功率应有4个值相对应。为了表示变频器的能力，给出的是可能的参考值。另外，电网电压下降时，变频器输出电压应低于额定值，这种情况下输出kVA值会随之减小。可见变频器的kVA值很难确切表达变频器的能力。所以，变频器的额定容量，只能作为变频器负载能力的一种辅助表达手段。由上可见，选择变频器时，只有变频器额定电流是反映半导体变频装置负

34、载能力的关键量。负载总电流不超过变频器额定电流，是选择变频器的基本原则。 2变频器的输出电压 变频器输出电压的等级是为适应异步电动机的电压等级而设计的。通常等于电动机的工频额定电压。实际上，变频器的工作电压是按U/f曲线关系变化的。变频器规格表中给出的输出电压，是变频器的可能最大输出电压，即基频下的输出电压。3瞬时过载能力 考虑到成本，基于主回路半导体器件的过载能力，通用变频器的电流瞬时过载能力常设计成150额定电流、1min或120额定电流、1min。与标准异步电动机(过载能力通常200左右)相比较，变频器的过载能力较小，允许过载时间亦很短。因此，变频器传动的情况下，异步机的过载能力常得不到

35、充分的发挥。另外，考虑到通用电动机的散热能力的变化，在不同转速下电动机的转矩过载能力还要有所变化。4.FRE540系列变频器的技术参数：表3.4 FRE540系列变频器的技术参数型号FRE540KCH0.40.751.52.23.75.57.5适用电动机容量(kW)0.40.751.52.23.75.57.5输出额定容量(kVA)1.22.03.04.67.29.113.0额定电流(A)1.62.64.06.09.51217过载能力150% 60s ,200% 0.5s (反时限特性)电压三相，380V480V 50Hz/60Hz电源额定输入交流电压、频率三相，380V480V 50Hz/60

36、Hz交流电压允许波动范围323528V 50Hz/60Hz允许频率波动范围±5%电源容量(kVA)1.52.54.55.59.51217保护结构封闭型（IP20）冷却方式自冷强制风冷大约重量1.81.82.02.12.13.83.8五、接近开关在此次设计中所选用的接近开关型号为OMCH生产的LJ12A3-4(2)-Z/AY，其技术参数如下：表3.5接近开关参数输出形式工作电压（V）最大输出电流（mA）动作距离（mm）重复定位精度（mm）工作频率（hz）机体长度（mm）直径螺距宽高（mm）PN常闭6-3620040.0215061M12*1六、螺旋电位器所选用的型号为OMRON生产的E

37、6B2-CWZ6C，其技术参数略。 4. 三菱PLC的常用指令4.1基本指令FX系列PLC共有27条基本逻辑指令，此外还有一百多条应用指令。仅用基本逻辑指令便可以编制出开关量控制系统的用户程序7。（1） LD，LDI，0UT指令LD：电路开始的常开触点对应的指令，可以用于X，Y，M，T，C和S。LDI：电路开始的常闭触点对应的指令，可以用于X，Y，M，T，C和SOUT：驱动线圈的输出指令，可以用于Y，M，T，C和S。LD与LDI指令对应的触点一般与左侧母线相连，在使用ANB，ORB指令时用来定义与其他电路串并联的电路的起始触点。OUT指令不能用于输入继电器X，线圈和输出类指令放在梯形图最右边。

38、图4.1 LD,LDI,OUT指令 （2） 触点的串并联指令AND：常开触点串联连接指令。ANI：常闭触点串联连接指令。OR：常开触点并联连接指令。ORI：常闭触点并联连接指令。串、并联指令可以用于X，Y，M，T，C和S。单个触点与左边的电路串联时，使用AND和ANI指令，串联触点的个数没有限制。在下图3.3中OUT M101指令之后通过T1的触点去驱动Y4，称为连续输出。只要按正确的次序设计电路，就可以重复使用连续输出。串联和并联指令是用来描述单个触点与别的触点或触点组成的电路的连接关系的。虽然T1的触点和Y4的线圈组成的串联电路与Ml01的线圈是并联关系，但是T1的常开触点与左边的电路是串

39、联关系，所以对T1的触点应使用串联指令。图4.2 AND、ANI指令 OR和ORI用于单个触点与前面电路的并联，并联触点的左端接到该指令所在的电路块的起始点(LD点)上，右端与前一条指令对应的触点的右端相连。OR和ORI指令总是将单个触点并联到它前面已经连接好的电路的两端，以图中的Mll0的常闭触点为例，它前面的4条指令已经将4个触点串并联为一个整体，因此ORI M110指令对应的常闭触点并联到该电路的两端。图4.3 OR、ORI指令 (3) LDP，LDF，ANDP，ANDF，ORP和ORF指令LDP，ANDP和ORP是用来作上升沿检测的触点指令，触点的中间有一个向上的箭头，对应的触点仅在指

40、定位元件的上升沿(由OR变为ON)时接通一个扫描周期。 LDF，ANDF和ORF是用来作下降沿检测的触点指令，触点的中间有一个向下的箭头，对应的触点仅在指定位元件的下降沿(由ON变为OFF)时接通一个扫描周期。上述指令可以用于X，Y，M，T，C和S。在图中X2的上升沿或X3的下降沿，Y0仅在一个扫描周期为ON。 图4.4 边沿检测触点指令(4) PLS与PLF指令 PLS：上升沿微分输出指令。 PLF：下降沿微分输出指令。 PLS和PLF指令只能用于输出继电器和辅助继电器(不包括特殊辅助继电器)。图中的M0仅在X0的常开触点由断开变为接通(即X0的上升沿)时的一个扫描周期内为ON。M1仅在XO

41、常开触点由接通变为断开(即X0的下降沿)时的一个扫描周期内为ON。图4.5脉冲输出指今当PLC从RUN到STOP，然后又由STOP进入RUN状态时，其输入信号仍然为ON，PLS M0指令将输出一个脉冲。然而，如果用电池后备(锁存)的辅助继电器代替M0，其PLS指令在这种情况下不会输出脉冲。(5) 电路块的串并联指令5 ORB：多触点电路块的并联连接指令。 ANB：多触点电路块的串联连接指令。 ORB指令将多触点电路块(一般是串联电路块)与前面的电路块并联，它不带元件号，相当于电路块间右侧的一段垂直连线。要并联的电路块的起始触点使用LD或LDI指令，完成了电路块的内部连接后，用ORB指令将它与前

42、面电路并联。 ANB指令将多触点电路块(一般是并联电路块)与前面的电路块串联，它不带元件号。ANB指令相当于两个电路块之间的串联连线，该点也可以视为它右边的电路块的LD点。要串联的电路块的起始触点使用LD或LDI指令，完成了两个电路块的内部连接后，用ANB指令将它与前面的电路串联。图4.6 ORB指令图4.7 ANB指令(6) 主控与主控复位指令MC，MCR MC：主控指令，或公共触点串联连接指令，用于表示主控区的开始。MC指令只能用于输出继电器Y和辅助继电器M(不包括特殊辅助继电器)。 MCR：主控指令MC的复位指令，用来表示主控区的结束。 在编程时，经常会遇到许多线圈同时受一个或一组触点控

43、制的情况，如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的触点，将占用很多存储单元，主控指令可以解决这一问题。使用主控指令的触点称为主控触点，它在梯形图中与一般的触点垂直。主控触点是控制一组电路的总开关。 与主控触点相连的触点必须用LD或LDI指令，换句话说，执行MC指令后，母线移到主控触点的后面去了，MCR使母线(LD点)回到原来的位置。图中别的常开触点接通时，执行从MC到MCR之间的指令；MC指令的输入电路断开时，不执行上述区间的指令，其中的积算定时器、计数器、用复位置位指令驱动的软元件保持其当时的状态；其余的元件被复位，非积算定时器和用OUT指令驱动的元件变为OFF。图指令中的SP为手持式编程器的

44、空格键。图4.8主控与复位指令(7) SET与RST指令SET：置位指令，使操作保持ON的指令。RST：复位指令，使操作保持OFF的指令。SET指令可用于Y，M和S ，RST用于复位Y，M，S，T，C，或将字元件D，V，Z 清零。如果图中X0的常开触点接通，Y0变为ON并保持该状态，即使X0的常开触点断开，它也仍然保持ON状态。当X1常开触点闭合时，Y0变为OFF并保持该状态，即使Xl的常开触点断开，它也仍然保持OFF状态如图中波形图。图4.9置位复位指令对同一编程元件，可多次使用SET和RST指令，最后一次执行的指令将决定当前的状态。RST指令可将数据寄存器D、变址寄存器Z和V的内容清零，R

45、ST指令还用来复位积算定时器T246T255和计数器。SET、RST指令的功能与数字电路中RS触发器的功能相似，SET与RST指令之间可以插入别的程序。如果它们之间没有别的程序，最后的指令有效。NOP(Non Processing)为空操作指令，使该步序作空操作。执行完用户存储器的操作后，户存储器的内容全部变为空操作指令。END(End)为结束指令，将强制结束当前的扫描执行过程。若不写END指令，将从用户程序存储器的第一步执行到最后一步；将END指令放在程序结束处，只执行第一步至END这一步之间的程序，使用END指令可以缩短扫描周期。调试程序时可以将END指令插在各段程序之后，从第一段开始分段

46、调试，调试好以后必须删去程序中间的END指令，这种方法对程序的查错也很有用处。4.2 步进指令三菱FX系列PLC除了基本20条指令之外，还有两条简单的步进指令，其目标器件是状态器。用类似于顺序功能图SFC语言的状态转移图方式编程。状态转移图也称为功能图。一个控制过程可以分为若干个阶段，这些阶段称为状态。状态与状态之间由转换分隔。相邻的状态具有不同的动作。当相邻两状态之间的转换条件得到满足时，就实现转换，即上面状态的动作结束而下一状态的动作开始，可用状态转移图描述控制系统的控制过程，状态转移图具有直观、简单的特点，是设计PLC顺序控制程序的一种有力工具。状态器软元件是构成状态转移图的基本元件。F

47、X系列PLC有状态器1000点（S0S999）。其中S0S9共有10个叫初时状态器，是状态转移图的起始状态。+图是一个简单状态转移图实例。状态器用框图表示。框内是状态器元件号，状态器之间用有向线段连接。其中从上到下、从左到右的箭头可以省略不画，有向线段上的垂直短线和它旁边标注的文件符号或逻辑表达式表示状态转移条件。旁边的线圈等是输出信号。在图中，状态器S20有效时，输出Y1、Y2接通（在这里Y1是用OUT指令驱动，Y2是用SET指令置位，未复位前Y2一直保持接通），程序等待转换条件X1动作。当X1一接通，状态就能由S20转到S21，这时Y1断开，Y3接通，Y2仍接通。图4.10状态转移图步进指

48、令有两条：STL和RET。STL是步进开始指令，RET是步进结束指令，图4-11是步进指令STL的使用说明a）图是状态转移图，b）图是相应的梯形图c）是语句表。STL常用表示。状态转移图与梯形图有严格的对应关系。每个状态器有三个功能：驱动有关负载、指定转移目标和指定转移条件。图4.11 STL指令使用说明STL接点与母线连接。与STL相连的起始接点要使用LD、LDI指令。使用STL指令后，LD点移至STL接点的右侧，一直到出现下一条STL指令或者出现RET指令止。RET指令使LD点返回母线。使用STL指令使新的状态置位，前状态自动复位。STL接点接通后，与此相连的电路就可执行。当STL接点断开

49、时，与此相连的电路停止执行。但要注意在STL，接点接通转为断开后，还要执行个扫描周期。 STL步进指令仅对状态器有效。但状态器也可以是LD、LDI、AND等指令的目标元件。也就是说，状态器不作为步进指令的目标元件时，就具有一般捕助继电器的功能。STL指令和RET指令是对步进(开始和结束)指令。在系列步进指令STL后，加上RET指令，表明步进梯形指令功能的结束。LD点返回到原来母线。详见图4.12图4.12 RET指令说明5 编程软件介绍PLC的程序输入通过手持编程器、专用编程器或计算机完成。手持编程器体积小，携带方便，在现场调试时更显其优越性，但在程序输入或阅读理解分析时，就比较繁琐。专用编程

50、器功能强，可视化程度高，使用也很方便，但其价格高，通用性差。近年来，计算机技术发展迅速，利用计算机进行PLC编程、通信更具优势，计算机除可进行PLC编程外，还可以作为一般计算机的用途，兼容性好，利用率高。因此采用计算机进行PLC的编程已成为一种趋势，几乎所有生产PLC的企业，都研究开发了PLC的编程软件和专用通信模块。 三菱公司FX系列PLC编程软件称为Fxgpwin，它的运行环境为MS-window3.1或window95以上的版本，其具体应用说明如下。5.1概述Fxgpwin编程软件供对FX0/FX0S、FX0N、FX1、FX2/FX2C和FX2N/FX2N系列三菱PLC以及监控PLC中各

51、软元件的实时状态。此编程软件如图4.1所示。图5.1 Fxgpwin编程软件1） 进入Fxgpwin的编程环境双击图5.1中的Setup图标即可安装，安装后在开始菜单中点击MELSEC-F FX即可进入编程环境，首先要进行PLC选型，如图5.2所示。图5.2 PLC选型2） PLC程序下载首先必须连接好编程电缆，然后如图5.3所示图5.3下载程序界面 图5.3界面出现后，再打开PLC菜单下的选项菜单如图5.4所示，进行参数设置，选择正确的串行口、传送频率后，再按OK（确认）键。 图5.4选项菜单窗口界面 图5.5参数设置界面 参数设置好后，打开PLC菜单下的传送读入子菜单，就可传输程序，但是在

52、此之前最好先对所有PLC存储器清零。3） PLC程序的打开首先打开文件菜单下的打开子菜单，界面如图5.6所示。选择正确的文件后，按回车键，就可打开文件。图5.6文件打开界面4） 编制新的程序首先打开文件菜单下的新文件子菜单，然后选择PLC型号，就可进入程序编制环境，如图5.7所示。图5.7 编制程序界面5） 设置页面和打印打开文件菜单下的页面设置子菜单即可进行编程页面设置。打开文件菜单下的打印机设置子菜单，即可进行打印设置。6） 退出主程序打开文件菜单下的退出一栏或右上角的“X”键，即可退出主程序。7） 帮助文件的使用打开帮助菜单下的索引子菜单，寻找所要帮助的目录名，如图5.8所示，双击目录名

53、即可进入帮助文件的内容。帮助菜单下的如何使用帮助告诉你如何使用此帮助文件。图5.8 帮助文件界面5.2程序编制1） 编程语言的选择Fxgpwin软件提供三种编程语言，打开视图菜单，即可看到，梯形图，指令表，SFC（功能逻辑图），如图5.9所示。选择三栏中的一个，即选中对应的编程语言。图5.9 编程语言选择界面2） 采用梯形图编写程序按以上步骤选择梯形图编程语言，要在梯形图左侧打勾。选视图菜单下的工具栏、状态栏、功能键和Palette（功能图）四栏，如图5.10所示。（a）工具栏 （b）状态栏 （c）功能键栏 （d）功能图栏 图5.10 View菜单界面梯形图中对软元件的选择既可以通过以上功能键

54、栏和功能图栏完成，也可通过工具菜单完成。工具菜单如图5.11所示。菜单下的触点栏提供对输入各软件的选用，线圈栏和功能栏提供了对各输出继电器、中间继电器、时间和计数等软元件的选用。连线栏用于梯形图中各连线处，全部清除菜单用于清除所有编程内容。图5.11 Tools菜单界面图 3）编辑菜单的使用编辑菜单含有如图5.12所示的内容。减切、撤消键入、粘贴、复）和删除栏目操作和普通软件一样，这里就不作介绍。其余各栏是对各连接线、软元件等的操作。图5.12 Edit菜单界面图4）编程语言的转换当梯形图程序编写后，通过视图菜单下的梯形图、指令表和SFC栏进行三种编程语言的转换。5.3 程序的检查 单击选项菜单下的程序检查键，就进入程序的检查环境，如图5.13所示。有三个单选项，语法错误检查用于检查软元件号有无错误，