CA-20型地下礦山自卸汽車設(shè)計【含圖紙】

喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請放心下載，【QQ：1304139763 可咨詢交流】===================== 喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請放心下載，【QQ：1304139763 可咨詢交流】===================== 喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請放心下載，【QQ：1304139763 可咨詢交流】=====================

山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文) 目 錄 第一章 電氣系統(tǒng)設(shè)計概述 1 第二章 電氣系統(tǒng)設(shè)計方案 3 2.1 電氣設(shè)計方案框圖 3 2.2 基本思路 3 2.3主要性能特點及參數(shù) 3 第三章 電氣系統(tǒng)設(shè)計方案的實現(xiàn) 5 3.1 總的工作原理 5 3.2電氣系統(tǒng)的各部分的設(shè)計 5 3.2.1電源及啟動部分 5 3.2.2照明和信號裝置部分 5 3.2.3 指示儀表與傳感器部分 5 第四章 可編程序控制器 10 4.1 PLC的概念及發(fā)展 10 4.1.1 PLC發(fā)展回顧 10 4.1.2 PLC在中國的發(fā)展 10 4.1.3 PLC的現(xiàn)狀 11 4.1.4 PLC的發(fā)展趨勢 12 4.1.5 軟PLC技術(shù) 13 4.2 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理 14 4.2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 14 4.2.2 可編程序控制器的工作原理 14 4.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 15 4.4 CA-20地下自卸汽車控制技術(shù)的選取 16 4.5控制對象的選擇 17 4.6 PLC控制系統(tǒng)工作框圖 17 第五章 硬件設(shè)計和配制 18 5.1 FX2N功能和性能介紹 18 5.2輸入模塊 19 5.3輸出模塊 20 第六章 PLC控制電氣原理 22 第七章 軟件設(shè)計 23 7.1發(fā)動機冷卻液溫度監(jiān)控部分軟件設(shè)計 23 7.2蓄能器壓力監(jiān)控部分軟件設(shè)計 23 7.3液力變矩器油監(jiān)控部分軟件設(shè)計 24 7.4發(fā)動機轉(zhuǎn)速監(jiān)控部分軟件設(shè)計 25 7.5 輸入輸出分配 25 7.6 程序清單 28 7.7程序框圖 33 第八章 PLC控制系統(tǒng)抗干擾措施 38 8.1 硬件抗干擾措施 38 8.1.1 抑制電源系統(tǒng)引入的干擾 38 8.1.2 抑制接地系統(tǒng)引入的干擾 39 8.1.3 抑制輸入輸出電路引入的干擾 39 8.1.4 抑制外部配線干擾的措施 39 8.2 軟件抗干擾措施 40 第九章 模擬仿真 41 小 結(jié) 48 致謝 49 參 考 文 獻...................................... 50 山東大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 電氣系統(tǒng)設(shè)計概述 CA-20地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)的設(shè)計在整個地下自卸汽車的設(shè)計項目中占有相當重要的地位，這是由電氣系統(tǒng)的功能決定的，CA-20地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)不僅要為車輛的運行提供電力能源，而且要對車輛從啟動到熄火的全過程進行實時監(jiān)控，并以信號報警方式提醒駕駛員操作。該電氣系統(tǒng)控制突出體現(xiàn)了機電一體化在自卸車上的應(yīng)用，它能滿足人們對自卸汽車安全性、可靠性、操作簡便性等多種要求。 CA-20地下礦山自卸汽車屬于礦山工程機械，輸出功率大，且受工作環(huán)境條件和運行要求的限制，這就要求地下自卸汽車的電氣系統(tǒng)能適應(yīng)特殊的工作環(huán)境、濕度、振動、雨淋和塵埃等條件，并具有較高的可靠性，需要時有防止對無線電通訊和電子設(shè)備干擾的措施。因此其整機電氣系統(tǒng)的設(shè)計與一般汽車電氣系統(tǒng)的設(shè)計有很大的不同。主要區(qū)別之處如下：1、地下自卸汽車采用柴油機為動力，具有功率大、啟動扭矩大的特點，且柴油機轉(zhuǎn)速變化大而頻繁，因而發(fā)電機供電質(zhì)量相當差，但沒有蓄電池點火系統(tǒng)；2、地下自卸汽車在礦坑作業(yè)，工況差，油、水、泥、振動和高溫等，對整機電氣設(shè)備，線束及連接形式有較高的要求。3、由于工況復(fù)雜，要求地下自卸汽車的控制盡量簡單，也可以來簡化駕駛員的操作，減輕駕駛員負擔。這就要求地下自卸車的自動控制部分具有很高的可靠性，且易于維護。 根據(jù)CA-20地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)要實現(xiàn)的主要功能，通常可把CA-20地下礦山自卸汽車的電氣系統(tǒng)分為五大部分： 1、電源及啟動部分：主要由啟動機、蓄電池和發(fā)電機及其電壓調(diào)節(jié)器組成。啟動部分的作用是通過啟動機將蓄電池的電能轉(zhuǎn)換成機械運動來起動發(fā)動機，從而帶動發(fā)電機發(fā)電并聯(lián)合蓄電池供給整機電力能源。 2、照明和信號裝置部分：照明系統(tǒng)是為了保證自卸汽車在夜間行駛及陰暗的礦坑里工作時的照明及安全需要，信號裝置是通過聲響和燈光向其它車輛的司機和行人發(fā)出警告，以引起注意，確保行駛和工作安全。其包括：前大燈、后大燈、駕駛室內(nèi)燈、倒車燈、轉(zhuǎn)向燈、制動燈、示廓燈、電喇叭、報警批示燈等。 3、指示儀表與傳感器部分：作為司機了解車輛工作狀況的“眼睛”，對確保車輛行車安全、及時排除故障和避免發(fā)動機出現(xiàn)嚴重故障起著重要的作用，通常包括車速表、時鐘、燃油表、溫度表、電流表、溫度傳感器、壓力傳感器等。從而對需要監(jiān)視的信號點進行檢測，通過信號處理，利用以上表盤、指示燈顯示，或輸往后續(xù)控制系統(tǒng)。各種儀表都合理的布置在儀表盤，儀表盤安裝在駕駛座前面便于觀看的位置，使司機能隨時了解車輛的行駛情況和發(fā)動機工作狀況。要求各個儀表結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、顯示數(shù)據(jù)清晰、準確、指示值受電源的電壓波動和環(huán)境溫度變化的影響小，除此之外，儀表的抗震、耐沖擊性能也要好。 4、電氣系統(tǒng)控制部分：這部分是實現(xiàn)自動控制的關(guān)鍵，它組成了自卸汽車的操縱系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)控制部分主要包括：電源總開關(guān)、啟動開關(guān)、預(yù)熱開關(guān)、鑰匙開關(guān)、照明及指示燈開關(guān)、PLC控制系統(tǒng)及繼電器的選取，及PLC控制系統(tǒng)的程序設(shè)計。 5、線束設(shè)計部分：電線束是自卸汽車的神經(jīng)系統(tǒng)，通過合理地設(shè)計布置，連接電源，以及各種控制器、用電器、顯示器、保護器和報警器等電氣設(shè)備與裝置，使之實現(xiàn)其功能。因此，電線束是自卸車的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。 第二章 電氣系統(tǒng)設(shè)計方案 2.1 電氣設(shè)計方案框圖 圖2.1 電氣系統(tǒng)原理圖 2.2 基本思路 按照上述方框圖圖2.1，本系統(tǒng)的主要功能部分，照明指示電路、傳感器電路、儀表顯示電路、聲光報警電路以及PLC控制電路都由電源系統(tǒng)提供工作電源，傳感器把檢測到的各種數(shù)據(jù)，一路采用儀表盤并結(jié)合聲光報警單元在數(shù)據(jù)超過報警極限時發(fā)送電信號到發(fā)光報警電路，直觀的顯示出來并發(fā)出報警信號，以利于駕駛員實時監(jiān)控整機的工作狀況，采取相應(yīng)的操作。另一路則把傳感器所測得的各檢測點的實時數(shù)據(jù)信號，通過合適的模塊傳輸?shù)絇LC控制器內(nèi)部，在程序的運行中，使PLC發(fā)出指令實現(xiàn)實時的自動控制。由于駕駛員通過儀表顯示的數(shù)據(jù)可以通過各種開關(guān)及PLC控制系統(tǒng)來做出合理操作，從而使整個汽車可以在各種工況下都可以安全可靠的運行。 2.3主要性能特點及參數(shù) CA-20地下自卸汽車是載重量為20t的礦用車，我們選擇了底特律公司的series50系列柴油發(fā)動機，根據(jù)在本電氣系統(tǒng)設(shè)計的要求及參數(shù)需要，需要的柴油發(fā)動機各項參數(shù)如下： 發(fā)動機排量：8.5L 額定輸出功率：207kW 額定轉(zhuǎn)速： 2100r/min 輸出扭矩： 1186 發(fā)動機冷卻劑容量：16L 壓縮比率：15.0：1 第三章 電氣系統(tǒng)設(shè)計方案的實現(xiàn) 3.1 總的工作原理 根據(jù)需要，本電氣系統(tǒng)采用標稱電壓為24V，單線負極搭鐵制。整機電氣系統(tǒng)設(shè)計的電氣原理圖如圖2.2 3.2電氣系統(tǒng)的各部分的設(shè)計 3.2.1電源及啟動部分 作為CA-20地下自卸汽車電氣設(shè)備的能源核心，電源與啟動部分的設(shè)計主要由三部分組成：啟動機、蓄電池和發(fā)電機及其電壓調(diào)節(jié)器。地下自卸汽車采用蓄電池與發(fā)電機并聯(lián)組成的標稱電壓為24V的直流系統(tǒng)供電。發(fā)電機未工作前，發(fā)動機啟動時，蓄電池放電，向啟動機供電以啟動發(fā)動機；在發(fā)動機工作后，由發(fā)動機帶動發(fā)電機給車輛用電設(shè)備供電，并同時向蓄電池充電。 3.2.2照明和信號裝置部分 為了保證汽車行使安全和工作可靠，在汽車上裝有各種照明和信號裝置，用以照明道路，標示車輛寬度，照明車廂內(nèi)部及儀表指示和夜間檢修等。此外，在轉(zhuǎn)彎、制動和倒車等工況下，還應(yīng)發(fā)出光信號和音響信號。 汽車的照明和信號裝置部分主要包括兩大部分：照明裝置（有前大燈、后大燈、倒車燈、駕駛室內(nèi)照明燈等）和信號裝置（轉(zhuǎn)向燈、剎車燈、倒車燈、示廓燈、位置燈、電喇叭、報警指示燈等）。燈、喇叭與其他用電設(shè)備之間是并聯(lián)在電路中的，以保證他們需要的供電電壓，并可單獨控制各個用電設(shè)備的接通和斷開，從而便于實現(xiàn)它們的單獨控制。 3.2.3 指示儀表與傳感器部分 圖2.2 CA-20型地下礦山自卸汽車電氣系統(tǒng)原理圖 1）汽車用傳感器的簡介和發(fā)展趨勢 隨著微電子技術(shù)和傳感器電子學(xué)的高速的發(fā)展，汽車.電子學(xué)使汽車工業(yè)煥然一新，為完善汽車的功能，保證汽車的可靠、安全、舒適性，微機、PLC及傳感器技術(shù)的發(fā)展加速汽車開發(fā)的重要內(nèi)容。特別是在當今傳感器的發(fā)展落后于計算機、PLC的情況下加速開發(fā)汽車用傳感器就更為重要。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。汽車傳感器在汽車上主要用于發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中。特別傳感器是一種轉(zhuǎn)換器，它把物理量、電量、化學(xué)量等被測量轉(zhuǎn)換成容易處理和傳輸?shù)碾娦盘?。由下面的圖2.3系統(tǒng)信息的信息處理過程框圖可知，傳感器是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵性部件。如果沒有各種傳感器，PLC、計算機或微處理控制則根本無法實現(xiàn)。而汽車用傳感器是用于汽車顯示和電控系統(tǒng)的各種傳感器的統(tǒng)稱，與其它用傳感器相比有自己的特點。 圖2.3 系統(tǒng)信息的處理過程 由于汽車傳感器在汽車電子控制系統(tǒng)中的重要作用和快速增長的市場需求，世界各國對其理論研究、新材料應(yīng)用和新產(chǎn)品開發(fā)都都非常重視。未來的汽車用傳感器技術(shù)，總的發(fā)展趨勢是微型化、多功能化、集成化和智能化。 微型傳感器基于從半導(dǎo)體集成電路技術(shù)發(fā)展而來的MEMS (微電子機械系統(tǒng))，微型傳感器利用微機械加工技術(shù)將微米級的敏感元件、信號處理器、數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一快芯片上，由于具有體積小、價格便宜、便于集成等特點，可以明顯提高系統(tǒng)測試精度。目前該技術(shù)日漸成熟，可以制作各種能敏感和檢測力學(xué)量、磁學(xué)量、熱學(xué)量、化學(xué)量和生物量的微型傳感器。由于基于MEMS技術(shù)的微型傳感器在降低汽車電子系統(tǒng)成本及提高其性能方面的優(yōu)勢，它們已開始逐步取代基于傳統(tǒng)機電技術(shù)的傳感器。 智能化是指傳感器與大規(guī)模集成電路相結(jié)合，帶有CPU，具有智能作用，以減少ECU的復(fù)雜程度，減少其體積，并降低成本。 總之，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和汽車電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，汽車傳感器市場需求將保持高速增長，微型化、多功能化、集成化和智能化的傳感器將逐步取代傳統(tǒng)的傳感器，成為汽車傳感器的主流。 2）傳感器的種類及介紹 針對CA-20地下自卸汽車工況檢控要求采用的傳感器種類大致有兩類，一類是使司機了解汽車各部分狀態(tài)的傳感器，另一類傳感器是用于控制汽車運行狀態(tài)的控制傳感器。 汽車用傳感器的主要種類如下表2.1所示： 表2.1：汽車用傳感器種類 項目 檢測量、檢測對象 溫度 冷卻水、發(fā)動機油、吸入及排出氣體、室內(nèi)外空氣 壓力 制動壓、發(fā)動機油壓、各種泵壓、輪胎壓 液量 燃料油量、冷卻液高度、機油量、制動液量 轉(zhuǎn)速 曲柄轉(zhuǎn)角、曲柄轉(zhuǎn)數(shù)、車輪轉(zhuǎn)速 （加）速度 車速、負加速度 流量 吸入空氣量、燃油流量、排氣量、二次空氣量 位移方位 節(jié)流閥開度、行駛距離、行駛方位 排出氣體 O2、CO2、NOx、CH化合物、柴油煙 其它 轉(zhuǎn)矩、濕度、電池電壓、蓄電池容量、荷重、輪胎失效率 ① 溫度傳感器 溫度是表示汽車系統(tǒng)工作狀態(tài)的基本參數(shù)之一。為了弄清發(fā)動機及其它零部件的熱狀態(tài)、計算進氣的質(zhì)量、流量以及排氣凈化處理，需要有能夠連續(xù)、精確地測量冷卻液溫度、吸入氣體溫度與排氣溫度及檢測發(fā)動機溫度、燃油溫度以及催化溫度的傳感器，通常采用溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點，其應(yīng)用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。當前，汽車傳感器中用量最大的是溫度傳感器（如：吸氣溫度、水溫、油溫、燃料溫度、車內(nèi)溫度、車外溫度等），在一般的汽車中，通常需要使用10多支溫度傳感器。 已實用化的產(chǎn)品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃~130℃，精度1.5％，響應(yīng)時間10ms；高溫型600℃~1000℃，精度5％，響應(yīng)時間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型，-40℃~120℃，精度2.0％)、金屬或半導(dǎo)體膜空氣溫度傳感器(-40℃~150℃，精度2.0％、5％，響應(yīng)時間20ms)等。 ② 壓力傳感器 壓力傳感器主要用來測量氣體和流體的壓力，而車用壓力傳感器用來檢測汽缸負壓、大氣壓、渦輪發(fā)動機的升壓比、發(fā)動機油壓、汽缸內(nèi)壓、制動壓、輪胎壓等。吸氣負壓式傳感器主要用于吸氣壓、負壓、油壓檢測。汽車用壓力傳感器應(yīng)用較多的有電容式、壓阻式、差動變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。 電容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓，測量范圍20~100kPa，具有輸入能量高，動態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點；壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設(shè)溫度補償電路，但適應(yīng)于大量生產(chǎn)；LVDT式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；SAW式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點，用于汽車吸氣閥壓力檢測，能在高溫下穩(wěn)定地工作，是一種較為理想的傳感器。 ③ 轉(zhuǎn)速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開度、車速等。目前汽車使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等，其測量范圍0 ~360 ，精度 0.5 以下，測彎曲角達 0.1。 車速傳感器種類繁多，有敏感車輪旋轉(zhuǎn)的、也有敏感動力傳動軸轉(zhuǎn)動的，還有敏感差速從動軸轉(zhuǎn)動的。當車速高于100km/h時，一般測量方法誤差較大，需采用非接觸式光電速度傳感器，測速范圍0.5~250km/h，重復(fù)精度0.1％，距離測量誤差優(yōu)于0.3％。 4）CA-20地下自卸汽車主要傳感器及電路的設(shè)計 在CA-20地下自卸汽車的電氣系統(tǒng)設(shè)計中，傳感器電路設(shè)計中最重要的部分是發(fā)動機冷卻水溫度和液力變矩器油溫的測量與監(jiān)控以及制動系統(tǒng)中制動液壓力的測量與監(jiān)控。這就需要車用溫度和壓力傳感器/變送器來提取信號并轉(zhuǎn)換成容易識別的電信號，如：電流、電壓等。在本設(shè)計中，溫度和壓力傳感器/變送器電路是重點設(shè)計部分，全部是轉(zhuǎn)換成電流信號輸出。 第四章 可編程序控制器 4.1 PLC的概念及發(fā)展 可編程控制器(Programmable Logic Controller，簡稱PLC)，是1種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是在20世紀60年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，取代各種類型的機械或生產(chǎn)過程的繼電器控制系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴充其功能的原則設(shè)計的。 4.1.1 PLC發(fā)展回顧 現(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們?nèi)ふ乙环N新的控制裝置取而代之。 4.1.2 PLC在中國的發(fā)展 在中國，大約從1974年、1975年在北京和上海開始開發(fā)采用位片式微處理芯片的可編程順序控制器，并有所應(yīng)用。但一直未能形成批量生產(chǎn)。在改革開放剛起步的1979年，在當時的機械部儀表局的推動下，開始從美國MODICON引進584的PLC，并首先在電站的輔機如輸煤、除灰除渣、水處理系統(tǒng)以及水泥廠等控制系統(tǒng)中成功應(yīng)用，從而大大推動了PLC在我國工業(yè)的大規(guī)模運用。遺憾的是，花了很大一筆外匯的這個項目并不曾形成良性的有后續(xù)的發(fā)展。 自1985年開始，小型PLC首先是日本有關(guān)公司的產(chǎn)品進入中國市場。不到3、4年時間，小型PLC就形成了大面積的推廣應(yīng)用局面。1990年以后，Siemens、Allen Bradley以及其它知名品牌開始大舉進入中國市場，占據(jù)中、大型的PLC的較大份額。1995年后形成了大型PLC以歐美為主、中型PLC歐美和日本平分秋色、小型PLC則以日本為主、Siemens也步步緊逼的格局。且至今沒有很大改變。 PLC在中國已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的應(yīng)用市場，但并末建立批量生產(chǎn)、有持續(xù)開發(fā)發(fā)展能力的PLC制造業(yè)。 應(yīng)指出的是：在國內(nèi)，PLC的應(yīng)用水平還是不低的，自主設(shè)計、系統(tǒng)集成和現(xiàn)場投運的能力，可以說與國際主流水平同步；PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛，覆蓋冶金、電力、化工、石油化工、機械、輕工、電子、電工、建材水泥等工業(yè)，以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械和其它應(yīng)用。近年來環(huán)保工業(yè)也有廣泛應(yīng)用，發(fā)展勢頭很猛；在國內(nèi)有一支龐大的PLC銷售、服務(wù)、應(yīng)用、系統(tǒng)集成隊伍，遍布全國大部分地區(qū)。 有充足的理由說,PLC在中國已成為工業(yè)控制的一種適用技術(shù)。因此，PLC以及PLC的國際標準IEC61131—3的發(fā)展，無可爭辯地成了十分令人關(guān)注的事情。 4.1.3 PLC的現(xiàn)狀 隨著PLC的國際標準IEC61131-3的正式頒布，推動了PLC在技術(shù)上發(fā)動新的突破： ▼在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)上，從傳統(tǒng)的單機向多CPU和分布式及遠程控制系統(tǒng)發(fā)展。 ▼在編程語言上，文本化和圖形化的語言多樣性，創(chuàng)造了更具表達控制要求、文字處理、通信能力的編程環(huán)境。 ▼從應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平上，除了繼續(xù)發(fā)展機械加工自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)外，則是發(fā)展以PLC為基礎(chǔ)的DCS系統(tǒng)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集SCADA系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)FMS、安全聯(lián)鎖保護ESD系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)等，全方位地產(chǎn)提高PLC的應(yīng)用范圍和水平。 ▼在應(yīng)用領(lǐng)域方面，發(fā)達的工業(yè)國家，PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著PLC性能價格比的不斷提高，一些過去使用專用計算機的場合，也轉(zhuǎn)向使用PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴大，可歸納為如下幾個方面。 1)開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC取代繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制。例如：機床電氣控制，汽車配裝線、電視機和收音機的生產(chǎn)線控制等。 2)運動控制 PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關(guān)量I／O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要PLC廠家生產(chǎn)的PLC幾乎都有運動控制功能。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如：金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械、機器人和電梯等。3)閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的A/D，D/A轉(zhuǎn)換，并對模擬量進行閉環(huán)PID控制，可用PID子程序來實現(xiàn)，也可使用專用的PID模塊。PLC的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機械、冶金、電力和建材等行業(yè)。 4)數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲器中的參考值比較，也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑵浯蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。 5)機器人控制 機器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動化的3大支校之一?，F(xiàn)在許多機器人制造公司，選用PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。隨著PLC體積進一步縮小，功能進一步增強，PLC在機器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。 6)通訊聯(lián)網(wǎng) PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計算機和其他智能設(shè)備之間的通訊。PLC和計算機具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。目前PLC與PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。PLC與計算機之間的通訊，一些PLC生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏。 4.1.4 PLC的發(fā)展趨勢 傳統(tǒng)PLC的發(fā)展趨勢 1)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代快 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的結(jié)構(gòu)和功能不斷改進，生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強的PLC新產(chǎn)品，平均3—5a更新?lián)Q代1次。PLC的發(fā)展有2個重要趨勢：①向體積更小、速度更快、功能更強、價格更低的微型化發(fā)展，以適應(yīng)復(fù)雜單機、數(shù)控機床和工業(yè)機器人等領(lǐng)域的控制要求，實現(xiàn)機電一體化；②向大型化、復(fù)雜化、多功能、分散型、多層分布式工廠全自動網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。例如：美國GE公司推出的Genettwo工廠全自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)等功能，還具有數(shù)值運算、模擬量控制、監(jiān)控、計算機接口、數(shù)據(jù)傳遞等功能，而且還能進行中斷控制、智能控制、過程控制、遠程控制等。該系統(tǒng)配置了GE／BASIC語言，向上能與上位計算機進行數(shù)據(jù)通訊，向下不僅能直接控制CNC數(shù)控機床、機器人，還可通過下級PLC去控制執(zhí)行機構(gòu)。在操作臺上如果配備該公司的Factory Master數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，Viewaster彩色圖像系統(tǒng)，則管理、控制整個工廠十分方便。 2)開發(fā)各種智能模塊，增強過程控制功能 智能I/O模塊是以微處理器為基礎(chǔ)的功能部件。它們的CPU與PLC的主CPU并行工作，占用主機CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。智能模塊主要有模擬量I/O、PID回路控制、通信控制、機械運動控制等，高速計數(shù)、中斷輸入、BASIC和C語言組件等。智能I/O的應(yīng)用，使過程控制功能增強。某些PLC的過程控制還具有自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能，使調(diào)試時間減少，控制精度提高。 3)與個人計算機相結(jié)合 目前，個人計算機主要用作PLC的編程器、操作站或人/機接口終端，其發(fā)展是使PLC具備計算機的功能。大型PLC采用功能很強的微處理器和大容量存貯器，將邏輯控制、模擬量控制、數(shù)學(xué)運算和通訊功能緊密結(jié)合在一起。這樣，PLC與個人計算機、工業(yè)控制計算機、集散控制系統(tǒng)在功能和應(yīng)用方面相互滲透，使控制系統(tǒng)的性能價格比不斷提高。 4)通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷增強 PLC的通訊聯(lián)網(wǎng)功能使PLC與PLC之間，PLC與計算機之間交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。 5)發(fā)展新的編程語言，增加容錯功能 改善和發(fā)展新的編程語言、高性能的外部設(shè)備和圖形監(jiān)控技術(shù)構(gòu)成的人/機對話技術(shù)，除梯形圖、流程圖、專用語言指令外，還增加了BASIC語言的編程功能和容錯功能。如：雙機熱備、自動切換I/O、雙機表決(當輸入狀態(tài)與PLC邏輯狀態(tài)比較出錯時，自動斷開該輸出)、I/O三重表決(對I/O狀態(tài)進行軟硬件表決，取2臺相同的)等，以滿足極高可靠性要求。 6)不斷規(guī)范化、標準化 PLC廠家在對硬件與編程工具不斷升級的同時，日益向制造自動化協(xié)議(MAP)靠攏，并使PLC的基本部件(如輸入輸出模塊、接線端子、通訊協(xié)議、編程語言和編程工具等)的技術(shù)規(guī)范化、標準化，使不同產(chǎn)品互相兼容、易于組網(wǎng)，以真正方便用戶，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)的自動化。 4.1.5 軟PLC技術(shù) 進入90年代后期，人們逐漸認識到，傳統(tǒng)PLC（也稱硬PLC)自身存在著這樣那樣的缺點：由于傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)廠商之間的產(chǎn)品互相不兼容，缺少明確一致的標準，造成難以構(gòu)建開放的硬件體系結(jié)構(gòu)；各廠商產(chǎn)品的編程方法差別很大，技術(shù)專有性較強，工作人員必須經(jīng)過較長時間的專業(yè)培訓(xùn)才能掌握某一種產(chǎn)品的編程方法；傳統(tǒng)PLC的生產(chǎn)被幾家廠商所壟斷，造成PLC的性價比增長很緩慢。這些問題都成了制約傳統(tǒng)PLC發(fā)展的因素，工控領(lǐng)域的研究人員也一直在尋求解決這些問題的途徑。近年來，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及PLC方面的國際標準的制定，一項打破傳統(tǒng)PLC局限性的新興技術(shù)發(fā)展起來了，這項技術(shù)就是軟PLC技術(shù)。于是PLC進入了其發(fā)展的第4階段。其特征是：在保留PLC功能的前提下，采用面向現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，采用開放的通信接口，如以太網(wǎng)、高速串口等。采用各種相關(guān)的國際工業(yè)標準和一系列的事實上的標準。全部用軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的功能，這就是國際上出現(xiàn)的高新技術(shù)--軟PLC技術(shù)。 4.2 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)及工作原理 可編程序控制器(ProgrammableController)簡稱PC,是近代在集成電路、計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置,它是按照用戶控制要求編寫的程序來工作的。和繼電——接觸器控制相比較,繼電——接觸器控制是將各自獨立的器件及觸點以固定接線方式來實現(xiàn)控制要求,而PC將控制要求以程序的形式(軟件編程)存儲在其內(nèi)部。送入存儲器中的程序內(nèi)容就相當于繼電——接觸器控制的各種線圈、觸點和接線,這種存儲程序的控制,當需要改變控制要求時,只要改變程序,而不用改變接線。因而增加了控制的靈活性和通用性。 4.2.1可編程序控制器的基本結(jié)構(gòu) 可編程序控制器一般由中央處理器、存儲器、輸入輸出組件、編程器及電源五部分組成。 存儲器是可編程序控制器的重要組成部分,有了它可編程序控制器才能有記憶功能,才能預(yù)先把待解決問題的一步步操作,用命令的形式——即一條條指令保存起來。實現(xiàn)一定功能的若干條指令組成一個程序,根據(jù)程序作用的不同,可編程序控制器的存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器兩種。系統(tǒng)程序存儲器主要存儲系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序,并能對用戶程序作編譯處理。其永久保留在可編程序控制器中,不因關(guān)機、停電或其他部分出現(xiàn)故障等而改變其內(nèi)容。用戶程序存儲器用來存儲由編程器或磁帶輸入的用戶控制程序。用戶控制程序是根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求編制的,可以通過編程器修改或增刪。 中央處理器簡稱CPU,是PC的大腦。其主要的用途是處理和運行用戶程序,針對外部輸入信號作出正確的邏輯判斷,并將結(jié)果輸給有關(guān)部門,以控制生產(chǎn)機械按既定程序工作。另外CPU還對其內(nèi)部工作進行自動檢測,并協(xié)調(diào)PC各部分工作,如有差錯,它立即停止運行。 輸入、輸出部分是PC與被控設(shè)備連接起來的部件。用戶設(shè)備需要輸入PC的各種控制信號,如位置開關(guān)、按鈕、傳感器等,通過輸入部件將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能接受和處理的數(shù)字信號。輸出部件將中央處理器送出的弱電信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場所需要的強電信號并輸出,以驅(qū)動電磁閥、接觸器等被控設(shè)備的執(zhí)行元件。 編程器是開發(fā)、維護PC自動控制系統(tǒng)不可缺少的外部設(shè)備。PC需要用編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序,也用以監(jiān)視PC的工作情況。 4.2.2 可編程序控制器的工作原理 可編程序控制器對用戶程序的執(zhí)行過程采用循環(huán)掃描的工作方式。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下,順次掃描各輸入點的狀態(tài),按用戶程序進行運算處理,然后順序向各輸出點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。為了提高運行的穩(wěn)定性和可靠性,并及時接收外來的控制命令,PC(在每次掃描期間,還進行故障自診斷和處理與編程器的通訊,其工作主要分以下五個階段。 （1）自診斷階段。PC在每次掃描用戶程序以前,都先執(zhí)行故障自診斷程序,一般包括輸入輸出、存儲器、CPU等部分的故障判斷。一旦發(fā)現(xiàn)異常,PC立即起動關(guān)機程序,保留現(xiàn)場的工作狀態(tài),把所有的輸出點置成“OFF&”狀態(tài)后停機,并發(fā)出報警信號和顯示出錯誤信號。若自診斷正常,則繼續(xù)向下掃描。 （2）與編程器等通訊階段。自診斷后,如果沒有發(fā)現(xiàn)故障,PC即檢查是否有編程器等的通訊請求,若有則進行相應(yīng)處理。 （3）讀入現(xiàn)場信號階段。完成和外界通訊后,PC即開始掃描各輸入點,讀入各點的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并把這些數(shù)據(jù)按順序?qū)懭氲酱鎯ζ鞯臓顟B(tài)表中,供執(zhí)行用戶程序時使用。因此該階段也稱輸入采樣階段。 （4）執(zhí)行用戶程序階段。一般是從用戶程序存儲器的最低地址所存放的第一條程序指令開始執(zhí)行。在無中斷和跳轉(zhuǎn)控制的前提下,按存儲器地址遞增的方向依次執(zhí)行(掃描)用戶程序。直到用戶程序結(jié)束或用戶程序的末地址為止。在這種工作方式下工作,每掃描一次,所有的用戶程序都被執(zhí)行一次。 （5）輸出控制信號階段。PC在執(zhí)行用戶程序的同時,更新輸出緩沖區(qū)的內(nèi)容。程序執(zhí)行完畢,CPU即發(fā)出信號,把緩沖區(qū)的內(nèi)容按規(guī)定的次序,通過輸出模塊把內(nèi)部邏輯信號變換成與執(zhí)行機構(gòu)相適應(yīng)的電信號輸出,驅(qū)動生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)完成控制任務(wù)。 依次完成上述五步操作,稱為一個掃描周期,之后PC又從自診斷開始進行下一次掃描。就這樣不斷反復(fù)循環(huán),完成生產(chǎn)的連續(xù)控制,直到收到停止操作命令、停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。 由于PC,采用了反復(fù)掃描的工作方式,使之與工業(yè)現(xiàn)場的機器需要反復(fù)執(zhí)行一系列操作的工作方式相似。因此PC的程序可以與機器的動作一一對應(yīng),直觀明了,易于編寫和修改,所以成為現(xiàn)代工業(yè)電氣自動化的領(lǐng)先技術(shù)。 4.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，PLC在自動控制技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣泛，主要 （1）開關(guān)邏輯控制 開關(guān)邏輯控制是PLC的基本控制功能，可用它來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，如機床的電氣控制、電動機的控制等；也可以取代順序控制和程序控制，如高爐上料系統(tǒng)、電梯控制、輸送貨物控制、自動化生產(chǎn)線作業(yè)流程控制等。 （2）閉環(huán)過程控制 早期的PLC只具有簡單的邏輯控制功能，現(xiàn)代的PLC功能日益強大，大型PLC都具有模擬量控制單元，具有用于過程控制的各種專用模塊或子程序（如PID控制模塊等）。A-B公司的1771-CFM可組態(tài)流量計模塊，可用于電力管理、自動化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測試和控制。此外，還有1771-QH力矩控制模塊、1771-TCM溫度控制模塊等。GE公司的PROLOOP過程控制器，可執(zhí)行PID控制、比例控制和級聯(lián)控制，且有單回路、多回路和自動調(diào)試的三種方式。 （3）機械加工的數(shù)字控制 PLC和機械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機數(shù)控（CNC）組成一體，實現(xiàn)數(shù)值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM10、11、12系列，已將CNC功能與PLC融為一體，專家預(yù)言，CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制與管理系統(tǒng)。 （4）機器人控制 隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的形成，工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，機器人的控制同樣可用PLC來實現(xiàn)，如美國JEEP公司焊接自動生產(chǎn)線上使用的29個機器人，每臺都用一個PLC控制。 （5）構(gòu)成多級分布式控制系統(tǒng) 隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，國外正在興起工廠自動化（FA）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，許多著名的PLC制造商都建立了自己的多級分布式控制系統(tǒng)，并開始逐步向制造自動化通信協(xié)議MAP靠攏。 多級分布式控制系統(tǒng)一般分為四級：第一級為實時控制，主要是順序控制；第二級為協(xié)調(diào)控制，用于協(xié)調(diào)各種機械的配合問題；第三極為PLC的裝入、管理數(shù)據(jù)的采集與之調(diào)度；第四極為數(shù)據(jù)處理，由上位計算機處理各種數(shù)據(jù)。 4.4 CA-20地下自卸汽車控制技術(shù)的選取 地下自卸車常時間工作在工礦復(fù)雜的礦井下，在傳統(tǒng)的汽車工業(yè)中通常是利用車內(nèi)設(shè)置的傳感器實時檢測相關(guān)參數(shù)反映車況，以模擬電路和傳統(tǒng)的中間繼電器來實現(xiàn)控制，此種控制方式的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，接觸器和輔助觸點較多，容易出現(xiàn)故障。而PLC控制技術(shù)不僅可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，同時能實現(xiàn)故障的迅速自動控制切除故障部件，以防出現(xiàn)重大事故，使地下車控制系統(tǒng)的可靠性和安全性上了一個新的臺階。 結(jié)合對CA-20地下自卸汽車設(shè)計要求的分析，考慮利用PLC技術(shù)來控制CA-20的傳感器模擬信號的輸入和輸出，實現(xiàn)實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)處理，故障動作。 4.5控制對象的選擇 在CA-20地下自卸汽車的電氣系統(tǒng)設(shè)計中，地下車發(fā)動機冷卻液溫度和液力變矩器油溫的極限最大值必須得到限制，當它們的溫度達到極限最大值時，地下車必須停車或采取其它的必要措施以使溫度降低回到地下車工作的允許的溫度范圍之內(nèi)，并同時給出警示信號提醒駕駛者。地下車液壓制動系統(tǒng)壓力的大小直接決定著地下車是否能夠及時、迅速的停車制動，當其壓力小于某一極限值時，地下車自動控制系統(tǒng)必須提醒司機檢查液壓制動系統(tǒng)，找出制動壓力降低的原因并采取措施解決，使地下車能夠回復(fù)正常作業(yè)。發(fā)動機的轉(zhuǎn)速也是反映地下車正常工作的重要信號，在發(fā)動機在工作的過程中其運轉(zhuǎn)的速度必須控制在一定范圍之內(nèi)，超過此限時發(fā)動機必須停止工作。 利用PLC技術(shù)設(shè)計的控制系統(tǒng)能同時滿足警示和自動控制的功能。在地下車的眾多監(jiān)控傳感器中，本設(shè)計的PLC自動控制系統(tǒng)選擇溫度、壓力和轉(zhuǎn)速作為控制對象，又由于PLC的可擴展性較好，所以在較高的監(jiān)控要求下，還可以利用現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進行功能擴展來實現(xiàn)。 4.6 PLC控制系統(tǒng)工作框圖 根據(jù)選擇的控制對象利用傳感器采集實時信號通過數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入PLC本體，PLC調(diào)用技術(shù)人員所編制的程序進行內(nèi)部處理，完畢后把處理信號輸入執(zhí)行機構(gòu)，開展系統(tǒng)的框圖。 圖2.4 PLC控制系統(tǒng)框圖 第五章 硬件設(shè)計和配制 PLC工作可靠，抗干擾能力強，各功能模塊配套方便，可減少大量的繼電器，實現(xiàn)傳統(tǒng)繼電器控制難以實現(xiàn)的復(fù)雜控制，可充分利用PLC軟件，使電器控制嚴格執(zhí)行互鎖，對許多涉及安全問題或比較重要的互鎖不易采用軟件互鎖而應(yīng)盡量采用硬件互鎖，提高系統(tǒng)的可靠性。 PLC硬件應(yīng)用的要求： 要應(yīng)用好PLC，防止產(chǎn)生不應(yīng)有的損壞，其硬件必須符合和滿足如下應(yīng)用的要求： （1） 物理環(huán)境 1、環(huán)境溫度：0～60℃，最好40℃，在PLC安裝處，要安裝一個通風排氣扇散熱。 2、環(huán)境濕度：一般在35％～85％以下并無凝結(jié)現(xiàn)象。 3、止空氣中含有金屬粉塵或腐蝕性氣體以及太陽紫外線直射，將控制柜進行封閉。 4、免PLC主機直接受到震動或撞擊，遠離震動、沖擊源。 （2）電氣環(huán)境 1、音措施：采取屏蔽電纜線、屏蔽層和遠離帶噪音的電磁開關(guān)等。 2、磁波干擾：采取可靠接地和封閉方法。 分析地下車電氣控制系統(tǒng)電路，是由模擬電路和繼電器控制電路構(gòu)成。傳感器輸入電路，是由傳感器、傳感器外部電路和變送裝置組成，輸出的檢測信號是4~20mA（DC）。經(jīng)過多方對比，確定選擇用三菱FX2N系列PLC。因為它功能強大、模塊齊全，有傳感器輸出的模擬信號可直接接入模塊，且有較好的性價比，還具有很強的擴展性和網(wǎng)絡(luò)功能。 5.1 FX2N功能和性能介紹 經(jīng)過分析我選擇FX2N系列FX2N—16MR—001，有8個輸入點、8個輸出點，可充分滿足系統(tǒng)需要。其主要參數(shù)如下： 儲存容量 8K的內(nèi)置RAM繼存器，用一個寄存器盒可擴充到16K的RAM或EEPROM 計時器 256個 T0~T199 100ms 范圍：0~3276.7s T200~T245 10ms 范圍：0~327.7s T246~T249 1ms保持型 范圍：0~32.8s T250~T255 100ms保持型 范圍：0~3276.7s 計數(shù)器 235個 C0~C199 一般16位 范圍：0至32767 C100~C199 鎖定16位 100點（子系統(tǒng)） C200~C219 一般32位 范圍：-2147483648至+2147483647 C220~C234 鎖定32位 15點 輔助繼電器 M0~M499 一般 500 M500~M3071 鎖定 2572點 M8000~M8255 特殊 256點 M8000:運行標志(RUN)PLC運行時監(jiān)控接道 M8012:100ms時鐘脈沖 M8013:1s時鐘脈沖 數(shù)據(jù)寄存器 D0~D199 一般 200點 D200~D7999 鎖定 7800點 編程語言 邏輯梯形圖和指令清單 程式容量 8000步內(nèi)置 運轉(zhuǎn)處理時間 基本指令：0.08μs/指令 應(yīng)用指令：1.52至幾百μs/指令 指令數(shù)目 基本順序指令：27 步進梯形指令：2 應(yīng)用指令：128 I/O配置 最大硬體I/O配置點256，依賴于用戶的選擇（最大軟 件可設(shè)定地址輸入256、輸出256） 5.2輸入模塊 由于我們外接傳感器,所以這里我們選擇了FX2N系列的FX-4AD模擬量輸入模塊，它的主要參數(shù)如下： 輸入通道 4條 模擬量輸入范圍 DC-10~+10V（電壓輸入） DC-20~+20mA（電流輸入） 數(shù)字量輸出范圍 帶符號位的16位二進制（有效位11位） 數(shù)值范圍-2048~+2047 綜合精確度 ±1%(在-10~+10V范圍) ±1%(在-20~+20mA范圍) 轉(zhuǎn)換速度 每通道15ms（高速轉(zhuǎn)換方式為每通道6ms ） I/O占有點數(shù) 程序上為8點（計輸入或輸出點均可），由PLC供 電的消耗功率為5V×30mA FX-4AD的緩沖寄存器（BFM）簡介： BFM#0 通道輸入模擬量值控制范圍通道位 是由16位制4位數(shù)字Hxxxx使各通道初始化，最低位數(shù)字控制通道1，最高位控制通道4。 X=0：設(shè)定輸入范圍-10~10V X=1：設(shè)定輸入范圍+4~+20mA X=2：設(shè)定輸入范圍-20~+20mA X=3：關(guān)閉該通道 BFM#1~4 指定各通道平均值取樣次數(shù)，取樣次數(shù)范圍 1~4096，缺省值為8 BFM#5~8 平均值輸入位 BFM#9~12 當前值輸入位 BFM#29 出錯位 BFM#30 特殊功能模塊識別碼存放位 5.3輸出模塊 模擬量輸出選擇`FX2N系列FX-4DA，它的主要參數(shù)如下： 輸出通道 4條 模擬量輸出范圍 -10~+10V DC（電壓輸出） +4~+20mA DC（電流輸出） 數(shù)字輸入 電壓=-2048~+2047 電流=0~+1024 綜合精確度 滿程量10V的±1% 滿程量20mA的±1% 轉(zhuǎn)換速度 每通道9ms（高速轉(zhuǎn)換方式為每通道3.5ms ） I/O占有點數(shù) 程序上為8點（計輸入或輸出點均可），由PLC供 電的消耗功率為5V×30mA FX-4DA的緩沖寄存器（BFM）簡介： BFM#0 通道輸入模擬量值控制范圍通道位 是由16位制4位數(shù)字Hxxxx使各通道初始化，低 位數(shù)字控制通道CH1，高位控制通道CH2。 X=0：電壓輸出（-10~+10V） X=1：電流輸出（+4~+20mA） BFM#1~2 輸出數(shù)據(jù)存儲位 BFM#29 出錯位 BFM#30 特殊功能模塊識別碼存放位 第六章 PLC控制電氣原理 如圖2.5所示，PLC控制系統(tǒng)中，傳感器檢測到模擬信號是通過FX-4AD模擬量輸入模塊，輸入PLC本體通過計時器、輔助繼電器的組合達到設(shè)計要求，在通過模擬量輸出模塊FX-4AD輸出。 四路傳感器采集的模擬信號，發(fā)動機冷卻液溫度信號，通過FX-4AD模擬量輸入模塊的通道#1輸入PLC本體；蓄能器壓力信號，通過FX-4AD模擬量輸入模塊的通道#2輸入PLC本體；液力矩器冷卻油溫信號，通過FX-4AD模擬量輸入模塊的通道#3輸入PLC本體；發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，通過FX-4AD模擬量輸入模塊的通道#4輸入PLC本體。PLC本體FX2N-16MR-001把采集到的信號與標定量比較，當發(fā)動機冷卻液溫度超過控制溫度時，Y000發(fā)出輸出信號給外部繼電器K1，K1得電控制水泵運行，加快冷卻液循環(huán)；當蓄能器壓力超過控制壓力時，Y001發(fā)出輸出信號給外部繼電器K2，K2得電控制油泵運行，給蓄能器蓄能；當液力矩器冷卻油溫超過控制溫度時，Y002發(fā)出輸出信號給外部繼電器K3，K3得電控制水泵運行，加快冷卻液循環(huán)；當發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過控制轉(zhuǎn)速時，Y003發(fā)出輸出信號給外部繼電器K4，K4得發(fā)動機，發(fā)動機停轉(zhuǎn)。采集的信號與標定的量比較后，發(fā)動機冷卻液溫度信號通過FX2N-4DA模擬量輸出模塊，把信號傳入溫度表；蓄能器壓力信號通過FX2N-4DA模擬量輸出模塊，把信號傳入溫度表；液力矩器冷卻油溫信號通過FX2N-4DA模擬量輸出模塊，把信號傳入溫度表。 圖2.5電氣原理圖 第七章 軟件設(shè)計 通過傳感器的選型，以溫度、壓力和轉(zhuǎn)速傳感器為例。輸出信號是4-20mA，符合我們所選的三菱FX2N系列PLC，模擬量輸入模塊FX2N-4AD的輸入條件，通過應(yīng)用傳感器、PLC等先進的控制設(shè)備，我們可以達到實時監(jiān)控、立即動作的功能。 7.1發(fā)動機冷卻液溫度監(jiān)控部分軟件設(shè)計 地下自卸汽車開始運行，利用溫度傳感器，采集發(fā)動機冷卻液溫度信號，通過溫度模塊傳入PLC，PLC把傳感器采集的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號與PLC所標定的溫度90（發(fā)動機冷卻液最大溫度極限值——標定溫度）數(shù)據(jù)相比較，比較后動作，當標準溫度大于采集溫度時，正常工作，當標準溫度小于采集溫度時報警，水泵開起，加快冷卻液循環(huán)，使發(fā)動機加快冷卻，迅速恢復(fù)工作，使可靠性提高。發(fā)動機冷卻液溫度監(jiān)控框圖如圖2.6所示。 圖2.6發(fā)動機冷卻液溫度監(jiān)控框圖 7.2蓄能器壓力監(jiān)控部分軟件設(shè)計 壓力傳感器主要用于檢測蓄能器的工作壓力是否位于正常位，正常位壓力極限值由同組同學(xué)在液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算中已求出為14MPa。即通過傳感器檢測出蓄能器壓力油壓力值，采集信號經(jīng)過壓力變送電路傳入PLC并與標定的標準壓力信號（14MPa）相比較，當采集的信號大于或等于14Mpa時，地下車可以正常工作；當采集的信號小于14Mpa時，PLC輸出信號報警，司機必須停車檢查其原因，并采取解決措施，待蓄能器工作壓力回到正常位后地下車才可啟動運行。蓄能器壓力PLC控制框圖如圖2.7所示。 圖2.7 蓄能器壓力監(jiān)控框圖 7.3液力變矩器油監(jiān)控部分軟件設(shè)計 地下車開始運行，利用溫度傳感器，采集到的液力變矩器油溫溫度信號傳入PLC，PLC把傳感器采集的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號與PLC所標定的溫度（）數(shù)據(jù)相比較，比較后動作，當標準溫度大于采集溫度時，正常工作，當標準溫度小于采集溫度時報警，地下車立即停車，檢查原因，使其迅速恢復(fù)工作，提高了可靠性。液力變矩器油監(jiān)控框圖如圖2.8所示。 圖2.8液力變矩器油監(jiān)控框圖 7.4發(fā)動機轉(zhuǎn)速監(jiān)控部分軟件設(shè)計 轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速是否位于正常轉(zhuǎn)速度,即是小于2100r/s（發(fā)動機最高轉(zhuǎn)速），通過傳感器檢測出發(fā)動機轉(zhuǎn)速，采集信號傳入PLC內(nèi)與標定的轉(zhuǎn)速信號相比較，當采集的信號小于2100 r/s，正常工作；當采集的信號大于2100時r/s，報警，發(fā)動機立即停轉(zhuǎn)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速監(jiān)控部分框圖如圖2.9所示。 圖2.9 發(fā)動機轉(zhuǎn)速監(jiān)控部分框圖 7.5 輸入輸出分配 以下是計時器、輔助繼電器、數(shù)據(jù)寄存器的具體分： 表2.1 輸入輸出分配 輸入 解釋 X000 系統(tǒng)開始運行位 1# 發(fā)動機冷卻液溫度傳器模擬量入口 2# 蓄能器壓力傳感器模擬量入口 3# 液力變矩器油溫溫度傳器模擬量入口 4# 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器模擬量入口 輸出 Y000 外部繼電器 Y001 外部繼電器 Y002 外部繼電器 Y003 外部繼電器 5# 溫度表 6# 壓力表 7# 溫度表 其它內(nèi)部元件 M8000 運行標志(RUN)PLC運行時監(jiān)控接道 D0 FX-4AD特殊功能模塊識別碼存放寄存器 D200 發(fā)動機冷卻液溫度標定值寄存器 D201 蓄能器壓力標定值寄存器 D202 液力變變矩器油溫溫度標定值 D203 發(fā)動機轉(zhuǎn)速標定值 M1 FX-4AD特殊功能模塊識別碼確認標志繼電器 M10 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值符號標志繼電器 M11 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值第7位標志繼電器 M12 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值第6位標志繼電器 M13 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值第5位標志繼電器 M14 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值第4位標志繼電器 M15 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值第3位標志繼電器 M16 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值第2位標志繼電器 M17 FX-4AD溫度輸入模擬量出錯數(shù)值第1位標志繼電器 M18 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值符號標志繼電器 M19 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值第7位標志繼電器 M20 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值第6位標志繼電器 M21 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值第5位標志繼電器 M22 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值第4位標志繼電器 M23 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值第3位標志繼電器 M24 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值第2位標志繼電器 M25 FX-4AD壓力輸入模擬量出錯數(shù)值第1位標志繼電器 D1 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的采集發(fā)動機冷卻液溫度信號存儲寄存器 D2 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的采集蓄能器壓力信號存儲寄存器 D3 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的采集液力矩器油溫溫度信號存儲寄存器 D4 經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號存儲寄存器 T0 循環(huán)記時器 M3 D200與D1比較大于時標志位繼電器 M4 D200與D1比較等于時標志位繼電器 M5 D200與D1比較小于時標志位繼電器 M6 D201與D2比較大于時標志位繼電器 M7 D201與D2比較等于時標志位繼電器 M8 D201與D2比較小于時標志位繼電器 M9 D202與D3比較大于時標志位繼電器 M10 D202與D3比較等于時標志位繼電器 M11 D202與D3比較小于時標志位繼電器 M12 D203與D4比較大于時標志位繼電器 M13 D203與D4比較等于時標志位繼電器 M14 D203與D4比較大于時標志位繼電器 D5 FX-4DA特殊功能模塊識別碼存放寄存器 M45 FX-4DA特殊功能模塊識別碼確認標志繼電器 D6 發(fā)動機冷卻液溫度輸出數(shù)據(jù)保存寄存器 D7 蓄能器壓力輸出數(shù)據(jù)保存寄存器 D8 液力變矩器油溫溫度輸出數(shù)據(jù)保存寄存器 M45 FX-2DA特殊功能模塊識別碼確認標志繼電器 M26 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值符號標志繼電器 M27 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值第7位標志繼電器 M28 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值第6位標志繼電器 M29 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值第5位標志繼電器 M30 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值第4位標志繼電器 M31 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值第3位標志繼電器 M32 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值第2位標志繼電器 M33 FX-2DA溫度輸出模擬量出錯數(shù)值第1位標志繼電器 M34 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值符號標志繼電器 M35 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值第7位標志繼電器 M36 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值第6位標志繼電器 M37 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值第5位標志繼電器 M38 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值第4位標志繼電器 M39 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值第3位標志繼電器 M40 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值第2位標志繼電器 M41 FX-2DA壓力輸出模擬量出錯數(shù)值第1位標志繼電器 M50 外部繼電器控制繼電器標志位 M51 外部繼電器控制繼電器標志位 M52 外部繼電器控制繼電器標志位 M53 外部繼電器控制繼電器標志位 M54 外部繼電器控制繼電器標志位 M55 輸出出錯總控制繼電器 7.6 程序清單 0 LD X000 1 OR M8000 2 ANI M10 3 ANI M18 4 OUT M8000 6 LD M8000 7 MOV K10 D200 發(fā)動機冷卻液溫度標定值10 （D200） 12 MOV K10 D201 蓄能器壓力標定值10 （D201） 17 MOV K10 D202 液力變矩器油溫標定值10 （D200） 22 MOV K10 D203 發(fā)動機轉(zhuǎn)速標定值10 （D200） 27 LD M8000 28 FROM K0 K30 D0 K1 0號模塊（K30） （D0） K30特殊功能模塊識別碼存放位 37 CMP K2010 D0 M0 2010與（D0）相比教 2010大于（D0） M0=1 2010等于（D0） M1=1 2010小于（D0） M2=1 44 LD M1 45 TO K0 K0 H1111 K1 0號模塊 H3311 （K0） 通道4 輸入范圍4~20mA 通道3 輸入范圍4~20mA 通道2 輸入范圍4~20mA 通道1 輸入范圍4~20mA 54 TO K0 K1 K16 K4 0號模塊 16 （K1） 16 （K2） 16 （K1） 16 （K1） 采集16個數(shù)據(jù)平均一次 63 FROM K0 K29 K4M10 K1 0號模塊（K29） （K4M10） 放入K29是出錯位K4M10（M10~M25） 72 ANI M10 73 ANI M18