可编程自动化控制器

可编程自动化控制器（精选十篇）

可编程自动化控制器 篇1

改革开放以来,我国经济持续发展,工业、交通、军事和生活用油的需求不断增加,各国为石油展开激烈争夺,特别2008年发生金融危机以来,各国都在想方设法储存石油,随着油库[1]规模的增大,使得油库在生产和管理方面的工作日益繁重。同时随着自动化控系统的不断发展,有些厂商已生产出能结合PC功能和PLC可靠性的可编程自动化控制器(PAC)[2,3],目前在油库生产的自动化和日常管理工作得到广泛应用。本文以青岛市某油库为例,介绍了可编程自动化控制器在油库控制系统的应用。

2 油库控制系统总体设计

2.1 油库控制系统设计背景

该储油库以储存燃料油和原油为主,设计能力年接卸油1500万吨,分码头和罐区两部分。码头为30万吨泊位一个,配套4台输油臂及登船梯、消防炮、脱缆钩等设施;罐区共有7个储油罐,总容量48万立方米,其中10万立方米油罐3个、5万立方米油罐3个,3万立方米油罐1个。另外罐区还包括3台输油泵。

2.2 油库控制系统设计思想和要求

该油库控制系统的设计要考虑到其安全性和可靠性的要求,选用的控制器不仅能够提供强大的功能,实现顺序控制、过程控制和多任务功能,而且能够提供高速的通讯功能,实现下位机和上位机系统的无缝连接。全厂控制站分为2个:码头控制站和罐区控制站,两套控制站通过光纤相联,组成环形以太网,实现远程传送和监控。

整个控制系统主要包括油罐及管线的数据采集监控、油品的作业操作和码头装卸部分。油罐及管线数据采集是检测和记录罐的动态数据:罐液位、8点及平均温度、密度、罐高、低液位报警;罐液位上升、下降、稳定状态和液位变化趋势及历史数据;油品作业流程主要包括:油品卸船流程、油品装船流程、倒罐流程、管线循环流程、管线分段泄空流程等。

3 系统配置

根据上述的设计要求,该系统选用的可编程自动化控制器(PAC)是美国ROCKWELL公司的Control Logix系统[3]。Control Logix系统是罗克韦尔自动化多种型号的控制器产品中功能最强大的一个系列,它可以将DCS与PLC的功能完美的结合在一起。可以提供顺序控制、过程控制、传动及运动控制的统一控制平台,并结合高速,灵活的通讯和功能强大的输入输出与上位机监控系统有机结合。全厂的控制系统可以通过环型的光纤以太网相连。整个系统的配置如图1所示:

罐区控制站包括1套主站和2套从站。主站采用以太网接口与上位监控系统通讯,主站与从站的通讯采用工业Control Net网实现。现场雷达液位计、平均温度计和压力变送器通过Modbus RS-485(modbus)与控制系统连接。

码头控制站包括1套主站和1套从站,主站采用以太网接口与上位监控系统通讯,主站与从站的通讯采用工业Control Net网。

罐区控制站和码头控制站之间通过单模光纤与工业交换机相连而组成环网结构,形成了一个自愈的以太网总线光纤环网。

处理器采用Control Logix 1756-L61,它是32位总线控制器,采用冗余配置,当主处理器故障时,备用处理器能够自动接管控制并保证PAC的继续运行;用户可以在线更换故障的处理器,而不影响系统的继续运行。处理器模块使用32位实时多任务操作系统,内置1个编程口;程序扫描时间小于0.08ms/K指令,I/O能力可达128000点数字量、4000个模拟量。

4 系统程序设计

Control Logix系统是罗克韦尔自动化多种型号的控制器产品中功能最强大的一个系列,Control Logix在整个系统中都设计有通讯功能,它利用独特的Control Bus底板作为通讯网关[4],Control Bus底板不采用典型的主-从模式而采用生产者/消费者模式,这种开放透明的方式可以无缝地将上位机和控制系统联系在一起。该系统程序设计主要包括下位机编程、上位机组态和通讯。

4.1 下位机编程

下位机编程软件选用罗克韦尔RSLogix5000,它是32位编程软件,具有相当友好的界面,并可通过网络进行远程编程,运行环境为Windows,使用菜单和功能键便可编程,强大的编辑和诊断工具会为程序开发和错误检查节省了大量的时间。RSLogix5000编程支持梯形图、结构文本和功能块图表。编程非常灵活,I/O配置和编程顺序不受限制。

可以首选进行I/O模块配置,见图2:

I/O配置完毕后,在右侧标签栏中会自动生成标签(变量),不用用户再做其他工作。这样在程序中非常方便的访问I/O变量。

程序控制主要实现:

(1)油罐及管线数据采集:罐液位、多点及平均温度、密度。通过Modbus RS-485专用通讯模块把数据采集到控制系统,然后计算出罐容、流量等信息。

(2)油品作业流程:油品卸船流程、油品装船流程、倒罐流程、管线循环流程、管线分段泄空流程。主要设备有阀门和输转泵,阀门包括开到位、关到位、故障、远程等输入信号和开阀、关阀、停止和紧急停止输出信号,蝶阀还包括开度的设定和反馈。输转泵采用软起动器,信号输入包括运行、故障、远程和软起动器的状态检测,输出包括起动和停止。

4.2 SCADA组态

系统的监控软件采用Factory Talk。Factory Talk是一系列嵌入到集成架构组件中的企业级数据通讯服务,它显著简化了数据生成、传输和使用过程。通过Factory Talk服务,只需要创建一次标记,就可以在整个控制系统中使用。在内置Factory Talk服务的系统中,无需为每个控制器分别创建标记,可视化软件能够直接共享由控制平台创建的标记数据库,从而实现监控层和控制层应用软件的相互映射。通过Factory Talk,只需一次标记定义,就能多次使用。一次定义图形界面,便可以在整个分布式系统中使用,并可以对系统改动进行审计和管理。见图3:

SCADA画面主要包括:罐区工艺流程、码头工艺流程、换热工艺流程、污水工艺流程、设备运行汇总、报警记录、网络拓扑结构、登录系统、登录退出、退出系统和用户修改。

4.3 通讯设计

系统的通信软件选用RSLinx,该软件是与微软的Windows操作系统全兼容的数据联接方式,利用RSLinx可把实时采集的工厂数据(通常由网络采集而来)在Windows的支持软件中进行分析,存储,显示等。RSLinx提供OPC、DDE并可利用C/C++以其它方式进行数据联接。RSLinx为上位机、RSLogix等软件提供了通讯联结。见图4:

本系统采用OPC通讯方式,只要简单配置一下,就可以实现上位机和下位机的通讯。

5 结束语

本文中所设计的油库控制系统采用最先进的可编程自动化控制器,由于它具有强大的数据处理能力、高速的网络通讯能力、便捷的操作方式和可靠的稳定性,使该油库控制系统自投入运行以来,系统性能非常稳定,操作方便,大大提高了油库控制的自动化水平,降低了人力、物力、财力,节约了成本。可编程自动化控制器今后必将得到更广泛的应用。

参考文献

[1]《油库设计实用手册》[Z].中国石化出版社,2009,7.

[2]罗克韦尔自动化在石油[Z].天然气应用手册,2008,9.

[3]ControlLogix用户手册[Z].2008,8.

《可编程控制器》教学大纲 篇2

一、课程性质与特点

本书将机械原理与机械设计的内容有机地结合在一起，突出应用性，加强设计技能的培养，适应了目前教学改革的需要。《机械设计基础》除绪论外共分18章，包括机械设计概述，摩擦、磨损及润滑概述，平面机构的结构分析，平面连杆机构，凸轮机构，间歇运动机构，螺纹连接与螺旋传动，带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动，齿轮系，机械传动设计，轴和轴毂连接，轴承，其他常用零部件，机械的平衡与调速，机械设计CAD简介等内容。各章内容基本上按照工作原理、结构、强度计算、使用及维护的顺序编写，并配有一定数量的思考题和复习题供学习时选用。

二、课程目标与基本要求

机械设计基础课程的开发要强调适当综合化和适当实施化。本书按照课程内容本身的内在联系和模块教学要求，建立“机械设计概论和机构结构”、“常用机构”、“机械传动”、“轴系零部件”和“机械连接”等5个模块。在教材内容上力求降低重心、拓宽面向、精选知识点，更新内容、突出应用，采用新颁布的国家标准规范。叙述简明扼要，减少对公式的推演，讲求实用，方便教学课程基本要求如下：

1、掌握杆件静力分析。

2、掌握键连接及销连接和螺纹连接的应用场合以及联轴器、离合器的区别。

3、熟练掌握平面联杆机构和吐露机构的区别及判定方法

4、熟练掌握机械传动的分类

5、熟悉轴承和轴的配合

6、熟悉液压与气压传动的种类及用途

三、教学方法与考核方式

教学方法：理论教学与实验教学相结合。考核方式：闭卷考试。

四、学时分配

总学时72学时

五、课程教学内容

绪论

0.1 机器的组成及特征

O.2 本课程的内容、性质和任务 0.3 学习方法 第1章 机械设计概述 1.1 机械设计的基本要求 1.2 机械设计的内容与步骤

1.3 机械零件的失效形式及设计计算准则 1.4 机械零件设计的标准化、系列化及通用化 复习题

第2章 摩擦、磨损及润滑概述 2.1 摩擦与磨损 2.2 润滑

2.3 密封方法及装置 复习题

第3章平面机构的结构分析 3.1 机构的组成 3.2平面机构的运动简图 3.3平面机构的自由度 复习题

第4章平面连杆机构 4.1 概述

4.2平面机构的运动分析 4.3平面机构的力分析

4.4 四杆机构的基本型式及演化 4.5平面四杆机构的基本特性 4.6平面四杆机构的设计

复习题

第5章 凸轮机构 5.1 概述

5.2 常用的从动件运动规律

5.3 盘形凸轮轮廓的设计与加工方法 5.4 凸轮机构基本尺寸的确定 5.5 凸轮机构的结构和精度 复习题

第6章 间歇运动机构 6.1 棘轮机构 6.2 槽轮机构

6.3 不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构 复习题

第7章 螺纹连接与螺旋传动 7.1 螺纹连接的基本知识 7.2 螺纹连接的预紧与防松 7.3 单个螺栓连接的强度计算

7.4 螺栓组连接的结构设计和受力分析 7.5 螺纹连接件的材料和许用应力 7.6 提高螺栓连接强度的措施 7.7 滑动螺旋传动简介 7.8 滚动螺旋传动简介 复习题 课堂讨论题 附表

第8章 带传动 8.1 概述

8.2 V带和带轮的结构 8.3 带传动的工作能力分析

8.4 V带传动的设计

8.5 带传动的张紧、安装与维护 8.6 同步带传动 复习题 第9章 链传动 9.1 概述

9.2 滚子链和链轮 9.3 链传动的运动特性 9.4 滚子链传动的设计计算 9.5 链传动的布置、张紧及润滑 复习题

第10章 齿轮传动

10.1 齿轮传动的特点和基本类型 10.2 渐开线齿轮的齿廓及传动比

10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算 10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 10.5 渐开线齿轮的加工方法

10.6 渐开线齿廓的根切现象与标准外啮合直齿轮的最少齿数 10.7 变位齿轮传动

10.8 齿轮常见的失效形式与设计准则 10.9 齿轮的常用材料及许用应力

10.10 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 10.11平行轴斜齿圆柱齿轮传动 10.12 直齿锥齿轮传动

10.13 齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率 10.14 标准齿轮传动的设计计算 复习题 课堂讨论题 第11章 蜗杆传动

11.1 蜗杆传动的类型和特点

11.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 11.3 蜗杆传动的失效形式和计算准则 11.4 蜗杆传动的材料和结构 11.5 蜗杆传动的强度计算

11.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算

11.7 普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及安装和维护 11.8 常用各类齿轮传动的选择 复习题

第12章 齿轮系

12.1 定轴齿轮系传动比的计算 12.2 行星齿轮系传动比的计算 12.3 齿轮系的应用

12.4 其他新型齿轮传动装置简介 12.5 减速器 复习题

第13章 机械传动设计 13.1 概述

13.2 常用机械传动机构的选择 13.3 机械传动的特性和参数 13.4 机械传动的方案设计 13.5 机械传动的设计顺序 复习题

第14章 轴和轴毂连接 14.1 概述 14.2 轴的结构设计 14.3 轴的强度计算 14.4 轴的材料及选择 14.5 轴的设计

14.6 轴毂连接 复习题 第15章 轴承

15.1 轴承的功用和类型

15.2 滚动轴承的组成、类型及特点 15.3 滚动轴承的代号 15.4 滚动轴承类型的选择

15.5 滚动轴承的工作情况分析及计算 15.6 滚动轴承的选择 15.7 滚动轴承的组合设计 15.8 滑动轴承概述

15.9 滚动轴承与滑动轴承的性能比较 复习题 课堂讨论题 附表

第16章 其他常用零部件 16.1 联轴器 16.2 离合器 16.3 弹簧 复习题

第17章 机械的平衡与调速 17.1 概述

17.2 回转件的静平衡 17.3 回转件的动平衡 17.4 机器速度波动的调节 复习题

第18章 机械设计CAD简介 18.1 概述

18.2 典型CAD/CAM软件简介

可编程自动化控制器 篇3

摘 要：当今时期计算机技术取得了高速发展，对社会进步做出巨大贡献。计算机技术同继电器控制技术合理结合，直接促进可编程逻辑控制器（PLC）的出现，PLC在现代工业中扮演重要角色，具有非常广泛的应用前景。但是由于PLC的运行系统、以及开发系统自身存在一些弊端，导致部分高端应用的需求无法得到满足。文章通过对基于ARM-Linux的可编程自动化控制器的研究分析，希望能够有效解决上述问题。

关键词：ARM-Linux；编程；自动化控制器

中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0067-01

与PLC相比较，可编程自动控制器（PAC）更加具有优势，能够满足高端应用对网络通讯、开放性、以及控制算法等方面的需求，同时PAC性能更加可靠稳定，对工业控制自动化的未来发展具有至关重要的作用。本文通过对PAC运行系统的工作原理、以及各项特征的了解，同时同软件结构、硬件结构相结合，最终在ARM一Linux软硬件的架构下，设计一种具有开放性能的可编程自动化控制器通用开发平台。

1 PAC系统以及技术支持

可编程自动化控制器的出现和发展，对传统工业自动化控制系统具有至关重要的作用。作为一种全新型控制器，具有取代、扩充可编程控制器的性能。在现代计算机技术和网络技术的支持下，可编程自动化控制器的数据形式、控制功能、通信模式以及硬件结构更加完整先进。

1.1 PAC开发系统和运行系统

通过将开发系统与运行系统相分离，有利于为以后软件的开发、升级、维护等工作服务，而且能够方便移植运行系统到各异的硬件平台中。作为PAC的核心组成，运行系统通过完成通讯工作、程序的输入处理、执行处理、输出处理、以及数据库等内容，以此帮助系统完成控制管理；开发系统主要处在电脑系统中，在编好程序的基础上，生成可执行代码。开发系统能够在PC机广阔宽泛的开发环境下，充分提高其开发效率[1]。开发系统主要包括数据库模块、界面组成模块、以及PLC模拟器。从运行系统的执行角度分析，又可以将PAC分成解释型和编译型两个方面。编译型的用户程序，提前将指令编译成代码，同时保持代码具有可执行性，有利于避免出现散转、查找指令的过程；而解释型PAC主要是PLC虚拟机接受指令、解释、以及执行等命令，然后进行逐步执行，具有执行效率低、移植性弱等特点。

1.2 PAC的硬件结构

通常情况下，PAC硬件结构主要由继电器输出电路、外围电路、ARM开发板、AD转换电路、PWM电路、以及光耦输入等设备组成。在光电隔离的影响下，外部输入的开关量同ARM的输入口进行相连接，然后经CPU处理，最后由晶体管电路、或者继电器进行输出。

1.3 PAC的软件结构

PAC运行系统的软件结构，一般来说由应用程序和系统程序所组成。而系统程序又由PAC系统程序、Linux操作系统。PAC系统程序能够对功能子函数、以及运行环境起到支撑作用；Linux操作系统能够将系统的各项任务合理完成，比如说时钟管理、存储分配、中断管理、任务调度、以及为用户提供数据库、网络、界面互换、驱动等功能。用户程序指令在运行环境的基础下，将指令传递到操作系统，然后操作系统在驱动程序的帮助下实现操作。

2 PAC系统设计及工作模式

2.1 PAC运行系统运行环境设计

编译型PAC的运行系统主要由系统初始化、加载用户程序、通讯程序、扫描输入、扫描输出、下载程序、以及系统自检程序所组成。系统运行过程主要流程如下：首先，Linux和Uboot程序的初始化；然后是类似C区、M区、T区、X区、Y区等数据区，或者程序区的申请；其次，运行环境的建立，包括时钟线程、管理线程、界面线程、任务执行线程等内容。最后，根据PAC工作模式依次进行调试阶段、运行阶段、以及停止阶段。

2.2 软PLC的寄存器及指令系统设计

软PLC主要包括C计数器寄存器、M辅助寄存器、X输入端口寄存器、Y输出端口寄存器、T定时器寄存器等等。本次系统的指令主要由以下几部分组成：基本指令、数据类型转换、数据比较指令、数据移位指令、数据选择指令、数学运算，以及字符串的处理、通讯、计数器、模数转换等算法模块。

2.3 PAC系统运行模式

PAC中的编译型运行系统存在系统初始化、信号通讯、输入、程序下载、加载程序、输出及系统自检功能等。系统运行的流程图，如图1所示。

PAC系统运行中需要进行初始化程序，首先需要进行的是Linux的初始化和Uboot的初始化。完成初始化之后，系统申请数据区间与程序区间，比如系统中的输出寄存器、输入寄存器、时间寄存器、计数寄存器和辅助寄存器等。完成程序与数据空间申请，系统将进行线程创建，主要创建的线程包括时钟线程、任务线程和界面线程等，建立线程后完成软PLC运行环境的建立。与传统PLC一样，PAC同样存在三种运行模式，即调试模式、运行模式和停止模式。对于PAC来讲，调试模式中，系统通过初始化后，进行扫描输入，并对网口和串口进行扫描，将上位机通讯模块下载的程序BIN存储到某个用户序区，留待加载命令，执行命令。在运行模式中，系统初始化后，扫描输入，但不在对网口和串口进行扫描，而是直接将用户序区中的程序加载使用。

与PLC一样，系统工作运行过程可分成三个部分，分别是输入部分，执行处理部分和输出部分，这三个部分合在一起，便是一个扫描周期。当系统运行结束之后，将执行结束进程命令，并发送关闭信息，程序接收到结束指令后，立即停止运行，并将建立的线程全部注销，释放出更多的资源，保证PAC系统运行顺畅。PAC是在PLC的基础上发展而来，兼具PLC程序执行的特征，需要一步一步的执行加载的程序，因此，程序逻辑性十分重要，而通常都是由前至后逐步执行，从而得到最终结果，属于串行工作模式。

通过该模式导致的滞后时间，一般不会超过两个扫描周期，在无特殊要求的控制系统中，滞后时间带来的影响无关紧要，而少数控制系统要求高精度，控制过程需要做到“令行静止”的效果，所以需要采取提升PAC系统的灵敏度，降低滞后时间，更好的实现精密控制。

3 结 语

总的来讲，可编程自动控制器（PAC）充分借鉴了PLC以及PC的各项优势，技术性能得到进一步优化，随着技术的日渐发展和完善，将会对工业自动化的发展起到直接影响，必将会成为控制系统的关键因素。PAC不仅仅对自动化技术起到推进作用，同时对控制器在设计方面，以及集成等方面都具有跨时代的意义。因此，相关研究人员必须做好对PAC的进一步研究，以此推动我国自动化技术跨步发展。

参考文献：

可编程自动化控制器 篇4

一、系统控制要求

某食品车间在自动配料过程中, 需根据食品配方的要求将3种食品原料按一定比例配送, 由称重仪完成对原料的称量, 并在混合储料罐中进行搅拌。PLC需控制整个配料过程的有序进行, 并与3台称重仪表、变频器、储料罐阀门相连, 系统要求运行要可靠、精确、及时。应满足的控制要求如下。

食品添加直接用配料工控机控制。

2.配料工控制机可根据食品配方实现自动称量和配料。

3.系统有手动操作和自动操作两种控制方式。

系统可实现对进料、加温、搅拌等控制, 同时有必要指示和报警。

系统可实时检测、监测、显示、存储各瞬时信号、变量、参数等。

配料系统如图1所示。

二、系统设计

1. 整体方案确定。

根据控制要求, 笔者提出该系统采用主从式结构, 以工控机作为系统上位主机, 以PLC控制器、称重仪表和变频器作为下位从机。控制系统如图2所示。

(1) 选用SIEMENS公司S7-300系列PLC的CPU315-2DP。CPU 315-2DP是带现场总线 (PROFIBUS) SINEC L2-DP接口的CPU模板, 具有48 k B的RAM, 80 k B的装载存储器, 可用存储卡扩充装载存储容量最大到512 k B, 最大可扩展1 024个数字量或128个模拟量, 可满足本系统要求。

(2) 选用三菱FR-A540变频器, 它带有PID调节功能, 可根据自动配料系统生产工艺要求进行PID控制。

(3) 选用德国申克公司的INTECONT VEG20610型皮带称重仪表, 具有精确的速度测量和批量控制、断电数据保存和故障信息输出等技术特点, 主要由承重装置、称重传感器、速度传感器和称重显示器等组成。

2. 通信设计。

(1) q自动配料要求系统将工控机的异步通信口经转换后与PLC控制器相连接, 形成一个上下位机相互传递信号的通信通道;同时将上位机的另一个通信口与称重仪表相连接, 形成另外一条通信通道。通过通信通道, 上位机将配料任务信息传送给PLC控制器, 并对PLC的运行状态及称重仪表的数据内容进行实时监控。

(2) PLC自动配料控制系统的通信程序设计主要包括3个部分, 即工控主机与PLC之间的通信、工控主机与称重仪表之间的通信以及PLC与变频器之间的通信。

①工控主机设计。经分析, 工控主机是对配料系统进行控制的上位机, 在整个配料过程中应当完成以下任务:对整个系统的配料过程进行实时监控;向PLC发出指令并监控其运行状态;读取称重仪表上的数据并向PLC发送指令;完成系统数据保存和配方修改;配料过程中出现问题时的报警和其他辅助功能。

在工控主机连接时, 系统选用实时数据库点来表示I/O点数, 并且PLC配料系统要设置3个I/O点。其中2个数字控制点是用于通过PLC来控制电动机的起、停, 另一个模拟点则是用来表示称重仪表上的实时数据。

②利用组态软件监控工控主机、PLC和称重仪表之间的通信。系统采用工控机控制、监视和管理, 现场采用PLC将顺序控制和过程控制信息通过总线通信方式与工控机连接, 工控机将各种物料的种类、重量、次数等参数进行记录。

系统也利用组态王软件中内置的驱动程序, 在组态软件中构建一个虚拟PLC、称重仪表等设备, 并使虚拟设备的型号与实际使用中的SIEMENS PLC和INTECONT VEG20610等设备型号一致。系统通过组态软件映射真实配料各种设备, 设定称重仪表、计算机通信端口以及相互之间的通信协议, 通过软件显示监控工控主机、PLC和称重仪表之间的通信畅通, 监控自动配料运行, 配料称重准确。

①③PLC与变频器、称重仪表、变频器之间的通信。从整个配料控制过程来看, 工控机向PLC发出加料信号, PLC便控制变频器来驱动电机进行加料, 当称重仪表上的重量记录值接近预定值时, 工控主机又向PLC发出停止加料的指令, PLC控制变频器进行慢加, 直至满足配料要求。PLC发出的指令主要由变频器进行执行, 进而间接控制电动机。由于有3种食品原料, 系统配置3个传送带, 因此一个PLC要控制3个变频器。在PLC与变频器之间使用了PROFIBUS总线通信, 它是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术, 因此将其通信模块与变频器相连接, 通过编程, 实现配料信息的发送与接收。

3. 系统控制流程设计。根据控制要求和系统各部分功能分析, 其系统流程设计如图5所示。

三、系统优势分析

电气控制与可编程控制器四月份教案 篇5

****年**月**日星期

课题：1.1 概述

1.2常用低压电器 1.3基本控制线路 需2课时

教学目的要求：掌握常用低压电器的基本构成和构成原理 教学重点：常用基本控制线路的工作原理 教学难点：各种控制线路的工作过程分析 教案编写日期：

教学内容与教学过程：

前言：电气控制系统实际上是继电接触器控制系统。继电接触器控制是一门重要的控制技术，尤其在电力拖动等领域中，应用的十分广泛。1.1概述：

我国从20世纪50年代开始对新建的工业控制采用这种控制方式，随着电力拖动、自动控制的发展，继电器接触器控制方式得到迅速推广，对当时我国工业建设起到了巨大的推动作用，直至20世纪80年代我国大部分自动控制仍采用这种方式。1.2常用低压电器： 1.低压电器的分类

（1）按工作方式可分为手控电器和自控电器。手控电气是依靠外力（如人工）直接操作来进行切换的电器，如刀开关、按钮等。自控电器是依靠指令或物理量（如电流、电压、时间、速度等）变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。

（2）按用途可分为低压控制电器和低压保护电器。低压控制电器主要适用于低压配电系统及动力设备中起控制作用，如刀开关、低压断路器等。低压保护电器主要用于低压配电系统及动力设备中起保护作用，如熔断器、继电器等。

（3）按种类可分为刀开关、刀形转换开关、熔断器、低压断路器、接触器、继电器、主令电器和自动开关等。2.低压电器的基本结构及特点 1.3基本控制线路： 1.3.1单向运动控制线路

自动控制系统中，电动机拖动运动部件沿着一个方向运动，称为单向运动，这是基本控制线路中最简单的一种。根据控制要求不同，单向运动分为 点动和长动单向运动。1.3.2 多地控制线路

在大型生产设备上，为使操作人员在不同地方均能进行启、停操作，常要求组成多地控制线路 1.3.1 双向（可逆）运动控制线路

双向控制是电动机既可以正转也可以反转。对于三相鼠笼异步电动机来说，实现正、反转控制只要改变其电源相序，即将主回路中的三相电源任意两相对调，电动机就将改变转动方向。常用两种控制方式：一种是利用倒顺开关（或组合开关）改变相序；另一种是利用接触器的主触点改变相序。前者主要适用于不需要频繁正、反转的电动机，而后者主要适用于需要频繁正、反转的电动机

授课时间：

****年**月**日星期 课题：1.4电动机气动控制

1.5三相鼠笼式异步电动机制动控制电路 需2课时

教学目的要求：了解电动机的四种启动控制线路和两种制动控制线路 教学重点：定子串电阻启动、反接制动控制线路的原理 教学难点：能耗制动控制线路的理解与分析 教案编写日期：

教学内容与教学过程： 1.4电动机启动控制

1.4.1定子串电阻启动控制线路 1.定子串电阻降压启动的原理分析：

2按钮控制电动机定子串电阻降压启动线路分析 1.4.2电动机的Y-Δ启动控制线路： 自动控制Y-Δ降压启动电路的分析 1.4.3自耦变压器降压启动控制线路

简单介绍自耦变压器降压启动控制线路的原理 1.4.4三相交流绕线式异步电动机的启动控制

1.按电流原则控制三相交流绕线式异步电动机串电阻启动控制线路分析

《可编程控制器》教学刍议 篇6

本文阐述了在《可编程控制器》教学中如何由浅入深的引入应用技术来充实教学内容,以及如何提高学生专业理论知识和分析解决实际问题的能力方面作了一些探讨。

关键词: 可编程控制器 教学探讨

[引言]

随着科技的进步与发展,各行各业正在逐渐向智能化方向发展,传统继电器控制的生产设备,因其控制装置体积大、耗电多、可靠性差、改变生产程序不方便等缺点已难以满足多元化生产发展的需要。而《可编程控制器》(简称PLC)正是以其控制能力强、改变生产方式灵活、方便、可靠性高等特点,在自动控制领域突显较大的优势,从而在生产中得到了广泛应用。所以职业院校的教学,要以社会需求为目标,在专业教学中充实《可编程控制器》及其应用课题,才能适应社会的发展。作为职业院校的一名教师,经过多年的理论与实践教学,我觉得有以下几点体会,以供大家分享。

一、合理地安排教学内容

职业学院的学生学习基础参差不齐,在教学上势必存在一定的困难,这就要求我们教师基本功要扎实,理论水平要高,合理地安排教学内容,才能激发他们的学习兴趣,培养他们的实践能力。每个学院都有自己的教学特色,我院也不类外,且在教学实践中不断的探索和完善。例如:我院在完成了电力拖动单元的教学内容之后,及时安排了《可编程控制器》这门课程;从而使继电器控制的教学内容合理地得到延伸,但由于教材在教学内容的安排上是将全部基本指令学习完后,再安排指令的基本应用,最后再进行基本操作的学习。这样一来,理论知识与实践之间的相互脱节,很容易让学生顾此失彼,为此,我院在PLC教学中采用了课题式单元教学。每个教学单元由相同类型指令的应用组合而成,全部教学内容分成五个教学单元。五个单元主题分别是PLC结构与原理、时序控制、计数控制、步进控制、功能指令等综合应用。每个课题以一个实例为主线,其内容包括:应用实例的生产要求,生产条件, PLC控制线路,基本指令,调试等。(1)如:第二个单元安排有电机的点动控制、电动机的连续控制、电机的正反转控)制、电机的手动Y-Δ控制等时序控制内容。第四个单元则从机械手,电镀生产线,货物的存取、运输、检测等实例讲解步进控制内容。每个实例课题力求由简到繁、由易到难。如果这样合理地安排教学内容,相信一定会取得较好地教学效果。

二、 教学相长,重在实践

职业教育重在培养学生的实践能力,PLC的教学也不例外。例如数控维修专业的学生在车床控制电路的学习中,如何让学生领会控制原理,提高独立安装、维修操作的水平是本专业实习教学的重点。为了解决这些问题,一些教师只强调多学多练,这固然重要。然而电器电路的安装及维修,不是单纯强调多练就能从根本上解决问题的。因为控制电路是多种多样的,不同的控制对象有不同的控制电路与方法,故接线方式方法也就有所不同;造成的故障现象也是千变万化。因此,只有利用控制原理去分析其原因,确定、缩小故障可能出现的范围,才能迅捷地查找出故障点。如果不用电工理论去深刻领会控制原理,只凭多做多练是难以安装出高质量的电路控制板的,更谈不上电路维修了。所以没有一定的电工控制理论基础是学不好数控维修的,机床控制电路不外乎是基本逻辑控制电路。为此,只有让学生先掌握逻辑代数中的逻辑与、逻辑或、和逻辑非,然后使学生掌握电路的基本分析方法、了解简单机床控制电路的设计与技巧,从而增强学生的学习兴趣,又为将来进入更复杂设备的维修奠定了基础。

为此在教学中,我们首先要求学生不考虑配线工艺,根据电气控制原理图在电器安装板上用软导线和实际器件装接。完成后在不通电情况下,组织学生进行自查和互查,进一步使学生熟悉所学电路、提高自主学习的兴趣和信心,最后老师检查无误后通电试车。由于没有配线工艺的要求,学生可以集中精力掌握和熟悉控制电路,由简到繁、由浅入深、使学生学到的控制理论知识能够及时得到运用和验证。然后在学生已经掌握控制电路的基础上,再要求学生注重安装工艺技能的训练,包括元器件在安装板上的位置和布线要求、尽量做到维修方便、美观合理。通过实践,这样的安排教学不仅能够让学生掌握机床配电这一部分的知识,而且还能使学生达到融会贯通,从而有效的提高了教学效率。

三、教学体会

《可编程控制器》虽然型号、系列、厂家多种多样,但是它们都是采用逻辑指令、梯形图的编程方式。可以通过对某一品牌《可编程控制器》编程的学习,达到触类旁通的目的。例如三菱的定时器一般采用通电延时型,而西门子的定时器则分为S_PULSE(脉冲定时器)、S_PEXT(扩展脉冲定时器)、S_ODT(接通延时定时器)、S_ODTS(保持型接通延时定时器)、S_OFFDT(断电延时定时器)等五种;另外西门子的指令一般采用逻辑控制,如能掌握数字电路中的逻辑电路也有利于学生掌握西门子的相关指令,总而言之,对知识的融会贯通,才是学好知识的最佳方法。在教学过程中我院采用的是三菱FX2N与西门子SIEMENS S5-101U两种型号的可编程控制器。其中三菱PLC一共有40个实验平台,SIEMENS一共有20个实验平台,这些实验平台全部是我院系教师根据教学的需要,自行开发与研制,采用计算机编程,单片机选择程序控制,集成接线,模块选择。不仅提高了实验效果,增强了强电部分的实验安全,而且还节约了大约45%的实验平台经费。在教学上我们一般先让学生掌握三菱PLC,然后再根据学生的实际情况让他们自行在业余时间走进实验室在实验指导老师的帮助下完成对SIEMENS 的学习。这样不仅可以让一部分学生能够学到更多的知识,更重要的是能够让学生学会自主学习,有利于学生在今后的人生道路上更好地成长。

通过教学实践,使我感到可编程控制器技术是一门理论性、趣味性、实践性都很强的课程,而它又与电气控制电路有着密不可分的紧密联系。只要我们从教学实践出发,抓好专业教学的基础训练,以市场导向为立足点,合理安排好教学内容的先后顺序,注重学生学习兴趣和能力的培养,就一定能确保教学质量,并在教学中取得较好的社会效益和经济效益。

参考文献:

可编程自动化控制器 篇7

为了确保牛奶的卫生和质量, 奶牛场挤奶设备在挤奶前后必须清洗。一般分为预清洗、碱洗、酸洗、消毒液清洗、后冲洗。目前, 国内中小型奶牛场的挤奶机大部分靠手工清洗, 清洗过程繁琐, 清洗质量难以保证。国内生产的挤奶机清洗控制器一般只有预洗、碱洗以及酸洗3种功能, 控制方式简单, 并且清洗时间不能根据实际情况调整, 不能与上位机通讯。国外进口的清洗控制器, 尽管控制功能比较齐全, 但缺乏与上位机的通讯功能, 且价格昂贵。随着信息技术的发展, 实现奶牛场的数字化管理是大中型奶牛场发展的必然趋势。本文介绍的挤奶机自动清洗控制器是以可编程逻辑控制器 (PLC) 为核心, 触摸屏为就地显示控制操作界面, 控制功能齐全, 能够实现与上位机的数据通讯, 上位机操作显示软件为国内领先的组态软件组态王, 整个系统简洁实用, 成本较低, 通过简单的改装处理就能够应用于奶牛场现有的挤奶机设备上, 具有广泛的应用前景。

1 挤奶机自动清洗控制器工作原理

本系统可以通过自动方式、手动方式以及上位机控制方式来实现对挤奶机设备的清洗控制。自动方式参数的设定是根据我国挤奶设备方面的标准以及参考国外对挤奶机清洗控制的标准来进行设置的。选择自动方式时, 系统根据程序的设定自动完成清洗工作。手动清洗方式时可以根据季节以及当时情况的变化对清洗参数进行修改, 以满足清洗要求。上位PC机组态软件通过RS232总线对PLC发送控制命令, 对下位机的工作进行远程控制。

本系统可以实现的功能:

(1) PLC控制不同的清洗方式自动完成;

(2) 通过水质检测仪自动检测清洗质量;

(3) 清洗水温和水位不能满足要求时自动报警, 提示检查供水管线和冷热水电磁阀;

(4) 显示清洗过程以及清洗进程时间;

(5) 友好的人机操作界面, 直观形象的显示了各个执行机构的动作状态和各工艺参数;

(6) 与上位机远程通讯功能, 为用户提供了远程操作和显示。

2 挤奶机自动清洗控制器硬件组成

2.1 可编程逻辑控制器 (PLC)

基于控制系统的控制要求, 选择FP系列可编程逻辑控制器作为控制核心。FP系列PLC是由日本松下公司生产的高性能、高可靠性的可编程逻辑控制器。该PLC具有抗干扰能力强、处理速度快、网络功能强大、数据处理种类齐全等优越功能。

自动清洗控制器硬件电路原理图见图1:

2.2 触摸屏操作显示

考虑到现场的工作情况, 就地显示操作部分采用触摸屏。触摸屏与可编程控制器部分采用串行RS232通讯方式进行通讯。对系统的各个工艺参数、阀体和泵状态进行显示, 并取代传统按钮操作系统进行操作, 方便直观的各个参数设置值进行设置。操作画面见图2, 参数设置画面见图3。

2.3 计算机操作显示与数据存储打印功能

本系统上位机采用研祥工业用计算机, 具有性能稳定、处理速度快、抗干扰能力强、存储记录量大等优点。计算机软件部分采用国内领先的组态王软件作为操作平台, 稳定的后台处理功能和强大的组态功能将整体的系统运行情况直观的显示给操作人员, 与触摸屏组成了就地与远程的双重操作系统。组态王软件的数据记录、报表查询、报表打印、实时曲线和历史曲线功能, 更为用户提供了方便。

2.4 通讯设计

可编程控制器与触摸屏之间采用RS232通讯方式, 通讯波特率为9600、数据位为8位、停止位为1位、校验模式为奇校验。可编程控制器与计算机之间采用RS485通讯方式, 通讯波特率为9600, 数据位为8位, 停止位为1位, 校验模式为奇校验。由于RS485通讯方式具有通讯距离长、通讯抗干扰能力强等特点, 被广泛的应用于远距离的通讯中。可编程控制器与触摸屏和计算机之间的通讯协议均采用松下公司固有的通讯协议, 通讯稳定, 性能可靠。

3 软件设计

本系统的PLC运行程序采用松下公司开发的FPWIN软件编写, 采用模块化设计, 整个程序由主程序和子程序组成。

系统主程序流程图如图4所示

4 结束语

该自动清洗控制器系统性价比较高, 系统的控制功能齐全, 操作简单易行, 工作稳定性好。经试验, 证明了本系统的实用性、可靠性, 推广应用前景较好。

摘要：根据目前市场上挤奶机自动清洗控制器清洗控制参数不可调, 以及没有与上位机通讯功能的情况, 设计出功能齐全的自动清洗控制器。该系统采用可编程控制器作为控制核心, 硬件电路主要有:可编程控制器 (PLC) 、触摸屏、工业控制计算机、温度采集与控制以及串口通讯等部分组成;软件部分的编写采用FPWIN和组态王。该系统通过试验, 证明了本系统的可靠性。

关键词：挤奶机,自动清洗,可编程控制器,触摸屏,组态王

参考文献

可编程自动化控制器 篇8

1背景资料

近几年使用功能较强并且事故发生率降低、可靠性有效提升的可编程控制器对电梯进行科学有效的控制, 获得了很好的成效。并且, 电梯特殊性需要将控制体系拖动才能呈现非常可靠且频繁的正转反转以及制动与加减速度的控制来保障乘客的安全性以及舒适性。高性能变频器有着很好的变压变频调速技术, 并可切换力矩特性以及加减速与S曲线, 尤其是很适用于电梯的多端变负载场合。我们以某市10层的酒店在用电梯使用继电器接触器来控制逻辑以及交流定子调压与调速方法, 梯速较低并且噪音大, 运用时间大约是20年, 急需改造。

2电梯控制体系构成与设计方式

2.1信号控制体系

电梯的信号控制大多是由PLC以及相应的软件呈现。使用PLC集中解决电梯的运作模式以及安全保护信号和内指令信号、外召唤信号与井道信号、门区信号及开关门与限位信号等, 并且呈现电梯所处的楼层以及运作模式、呼梯应答, 并实现相应的开关门控制。拖动相关的控制体系之中曳引机启动以及运作、制动停止, 还包含了正反转的信号与多个速度信号, 一并通过PLC进行计算和判定之后, 利用相关的变频器来进行控制。

2.1.1硬件设计

由于考虑到安全, 可编程控制器输入以及输出不使用编码方法, 直接运用点对点的方法。编排输入与输出地址时, 依据输入的相关信号作用以及输出的类型, 考虑运作的方法以及条件等关键性信号。电压类的负载以及相关等级类似式输出编至同一组, 使用同一公用的输出点。输出处接近直流继电器, 在相应的两端并接上续流的二极管来提升触点的使用期限。输出处接入交流接触器, 并在其两端并接相应的阻容吸收电路用来吸收浪涌电流。

2.1.2梯形图程序的设计

(1) 设计信号的控制体系软件, 用原继电器接触器来控制原理图为依据, 并结合PLC相应资源特性实行灵活性编程来提升体系工作的可靠性以及合理有效性。应仔细分析相关信号控制体系控制功能以及程序, 以确定每一个工作状况以及转化的条件, 在依照工作顺序画出相关的功能图, 最后再依照功能图来设计梯形图程序软件。比如, 在正常的运作下, 在电梯处在邻近层的运作状况时, 必定会转换为中速或是慢速, 也就是依照速度曲线下半段来行驶, 这样便于之后有一定的时间实行制动停车, 以保障乘客安全与舒适感。

(2) 对实现同一项的控制功能, 则有着不同的编程方式。比如, 在呈现电梯的停层消号以及检修和消防状况之下全清轿相应内厅外的登记命令和指示电梯所处楼层等诸多功能, 这可以使用每个楼层额单独处理的位运算方法, 也可以使用FX2系列非常丰富指令中的BMOV、FMOV以及DECO等相关的字运算方法来实现。

(3) 该体系的程序指令可达1000个步骤。使用相关的MEDOC软件, 并使用计算机进行梯形图的直接编写并且自动的转化成相应指令, 仿真的调试通过之后会由计算机直接传送于PLC。

2.2拖动控制体系

(1) 电梯的拖动体系控制好坏与否, 决定着乘坐的舒适感以及平层的精度和快速性这三个关键性能指标。可编程控制器利用变频器来呈现对曳引机拖动控制。PLC所发出相应的正反信号以及多项速度信号送进变频器, 并依据起先设置好的运作曲线来控制曳引机转向以及方向。电梯实际的运作速度曲线, 会对乘坐的舒适度有着很大的影响。通过相关的调查与研究, 最理想的运作速度曲线如图1所示。图中, 在[0, t3]该区间, 电梯是从零速启动至稳速运行状况为启动的过程;[t4, t7]该区间在稳速到零速是制动的过程;[t3, t4]该区间是匀速运作的过程。运用变频器参数编号Pr.4、Pr.5、以及Pr.6和Pr.17功能, 依据电梯运作的路程远近来选定。比如, 在需要远程运作时, 可编程控制器送进变频器的D11、D12以及D13端子速度控制信号是1、0和0, 这样能保证电梯依照高速运作的曲线。在运行路程是非常邻近层的运作时, 速度控制信号则会改变为0、1和0, 进行中速运作曲线的选择。电梯运行至换速点的时候, 控制速度的信号会改变为0、0和0, 选择减速制动, 依照制动运行曲线至平层的位置停止, 最后会进行开关门动作。

(2) 电梯的加减速S曲线斜率参数设置要借助参数编号为Pr.29、Pr.7和Pr.8功能来呈现, 在最初的调式时通常会把Pr.18、Pr.19以及Pr.21和Pr.22最初设置是25%, 依据试运作时的具体化失重感情状态再进行相关的调节, 促使最大的加速度以及加速度变化率呈现一个最佳的取值, 这样就能获得非常好的舒适度以及运作成效。

3结语

总而言之, 把原有的电梯改造为PLC和变频器控制的VVVF型电梯, 获得了很好的成果。其传动的功能提升并且节省能源, VVVF电梯启动加速中需要的功率大约正比机械的输出功率, 在减速和满载时运作还能把电动机机械能力再生功率进行反馈至电网, 有效的节省电能。并且相应的规律因素提升以及电源的供电电源设施容量有所降低, 能动性能较好, 可靠性提升, 噪音减小。

参考文献

[1]王秀英, 郑海英.PLC技术在电梯运行中的应用[J].辽宁工业大学学报, 2013 (08) .

可编程自动化控制器 篇9

由于社会发展的需要,对工业机器人使用的数量将会越来越多,这就促使工业机器人向经济实惠、高效、低损耗的方向发展,未来工业机器人学的重大挑战就是经济的可行性[1],而在工业机器人领域,由于机器人控制的复杂性,需要进行大量的数学运算以及在运动控制过程中需要与驱动系统进行实时的数据交换等原因,为了保证其稳定性,这就对工业机器人控制系统软件环境的操作系统提出了很高的要求。目前主流的工业机器人都是采用的专门定制的运动控制卡,加上实时操作系统,这样既保证了数据的实时传输同时又能保证运动控制的精确执行,大大提升了整个系统的稳定性,从而提升机器人的性能。如ABB机器人,采用的是VxW orks+.NetF rameW ork高性能稳定的操作系统来保证其精确的轨迹规划和定位控制,KUKA机器人控制软件运行于WindowsX P+VxW orks平台,既可以提供良好的人机交互界面,又能提供精确的实时控制。Keba与ABB和库卡不同,它不是机器人生产商,他的产品是工业级伺服控制系统,能够实现多自由度机器人的控制,其控制系统中通过VxW orks平台或者Windows+RTX实时扩展平台保证软件运行环境的实时性,通过运动规划和运动控制单元可以实现对总线式伺服驱动器的控制,从而达到对机器人的精确控制。采用VxW orks实时操作系统来搭建机器人控制系统是一个很好的解决方案,然而,其代价也是昂贵的,由于实时操作系统的成本高,很大程度限制了国内工业机器人产业化发展。

采用通用的操作系统由于消息处理机制的缺陷,不能满足工业机器人在运行的过程中高稳定性和响应快速性的要求,控制系统的上下位机之间进行频繁地通信的实时必然不能满足运动控制的要求,从而降低了工业机器人的产业化的可能。一些学者从控制算法以及控制系统的结构做了很大的改进。J.S.Gu和C.W.de Silva[2]提出,工业机器人系统必须具备具有实时操作功能的在线控制和高级智能决策,并设计了一种实时的开放架构的工业机器人控制系统。张良安,梅江平等[3]采用Petri网络建立软件模块调用规则模型和控制逻辑模型,避免机器人在码垛过程中的逻辑错误,从而提升机器人的码垛效率,并通过实际的工业现场码垛验证了该方法的有效性。张广立、谈世哲等[4]介绍了一个在Windows NT平台上开发的工业机器人控制系统,该系统可在通用的工业计算机上运行,系统运行环境为Windows加RTX实时扩展,可保证良好的实时性;该系统硬件平台为标准的PC硬件平台,控制软件采用模块化设计具有良好的开放性和可扩展性。但是控制系统的软件算法并不能脱离对实时性的要求。张广立、付莹等[5]开发了可在Windows NT平台下运行的开放式工业机器人控制系统。该系统采用单处理器结构,可在通用的工业计算机和Windows NT加RTX实时扩展环境下运行,具有良好的实时性和友好的图形用户接口。虽然提供了解决控制系统的可扩展性,但是不能解决系统对实时性的要求。田茂胜,唐小琦等[6]以嵌入式工业PC为硬件平台,Linux搭载实时RT核的操作系统为软件平台,采用模块化的软件设计方法,设计了工业机器人开放式控制系统来实现信号交互。Hang Thu Tran等[7]提出了一种实时的PC平台的实时机器人学控制器,该控制器能够方便的被用户使用,并实现了对二自由度拾放(pick-and-place)机器人的控制,该控制器能够使用户方便的实现其合理复杂度的控制算法。这些工作从一定程度上能够解决工业机器人在实际应用过程中的操作系统问题,但是不能解决对实时操作系统的依赖性。由于采用实时操作系统来搭建机器人控制系统的代价是昂贵的,如VxWorks是Wind River System公司的一款实时操作系统,其价格达到数十万元甚至几十万元[8]。所以提出一种脱离主机,减少机器人控制对操作系统依赖性的控制策略将会对工业机器人产业化进程产生积极的意义。而泛型编程(Generic Programming)理论的发展使得跨语言编程成为可能,它支持不同数据类型的快速编程[9],这是使得字符特征的提取成为可能,通过对语法规则的构建,利用提取的语句特征进行程序合成,实现跨语言自动编程。

本文提出的自动编程技术解决工业机器人控制系统软件系统对操作系统的依赖性的策略正是以这种以泛型编程理论为基础的自动编程技术。通过自动编程技术,示教系统可以动态加载运动控制程序至下位运动控制器,使得下位运动控制器来管理机器人运动控制,在机器人运动的过程中,主机可以和控制器进行动态的通信,从而实现运动控制系统既不受限于主机的运动数据,也能响应主机的基本控制指令,如停止,参数监测等。

1 分层控制系统(Layered Control System)

分层控制系统是指工业机器人控制系统采用分层控制的思想,分成决策层和物理层两个独立的系统,决策层完成运动学计算以及动力学模型估计,物理层作为运动的执行部分,负责执行决策层的决策结果[10]。采用分层控制可以降低系统功能模块之间的耦合性,提高控制系统稳定性和可修改性。该系统分层控制体现在采用自动编程技术的示教系统和带有可编程运动控制器的运动控制系统。

1.1 采用自动编程技术的示教系统

示教系统采用的是工业嵌入式PC加载Windows操作系统,和底层运动控制器采用Ethernet高速通信,

并且提供友好的示教界面。该部分主要实现两个功能,机器人末端位置坐标记录和自动生成运动控制程序。

1.1.1 机器人末端位置记录

机器人的末端位置记录是通过电机位置编码器反馈回来机器人各个轴当前角度来进行正运动学计算获得机器人末端位置的空间坐标和姿态,并以机器人语言的方式进行记录,产生标准化的机器人语言的运动程序。

末端位置记录是为了方便机器人示教重现的过程,根据示教记录的空间点坐标,运用正逆运动学进行轨迹规划和速度规划,产生各个轴转动的角度,进而驱动电机转动。

1.1.2 自动编程技术

自动编程技术主要是通过软件算法来实现对机器人语言的运动学程序自动翻译生成运动控制卡语言的运动程序,自动生成的程序严格的符合运动控制器的编程语法。在控制的过程中,我们不采用实时操作系统,基于windowsX P的示教系统必须具有动态加载运动程序的能力,才能保证机器人运动正确运行。自动编程技术是实现工业机器人示教过程重现的关键技术,采用自动编程技术,可以对机器人示教系统产生的点进行程序合成,动态下载至运动控制卡中,从而避免了传统工业机器人实时加载运动数据的过程,即机器人的运动控制由底层的运动控制器来管理,实现运动控制脱离主机而独立运行。图1所示为自动编程技术算法结构流程。从算法的结构图可以看出,核心部分是机器人语言程序语句处理部分,采用泛型编程理论和机器人语言语法规则,提取出相关参数进行存储并进行分类。具体做法是根据泛型变成理论,定义特征标志结构体和容器变量,将语句解析过程中所获的特征标志赋值给特征结构体变量,将结构体存入容器变量。

图1 基于泛型编程理论的自动编程技术框图

其语句合成部分则按照运动控制卡语法进行合成,通过前面提取的运动学参数,包括坐标,插补方式,端口号和端口操作类型,根据事先定制好的运动控制卡运动学语法规则,对获得的参数进行语句合成,生成可执行文件,直接加载到运动控制卡中,使得机器人脱离主机,在只有运动控制卡参与控制的情况下进行示教重现运动。

1.2 运动控制系统

运动控制系统采用的是运动控制卡搭载伺服系统来构建,由于运动控制卡是一个独立的运动控制器,它在工作的过程中不需要主机的参与,同时能实时的与主机进行通信,接收和响应主机的命令,从而在运动的同时,能够执行主机的命令操作。该部分的运动控制卡采用支持加载运动程序的卡,即能通过上位机动态加载运动控制程序。

2 测试平台(Testing Platform)

测试平台是采用上述设计的机器人控制系统搭建工业现场使用的码垛机器人控制系统,根据实际生产的需要,编写了机器人示教器软件界面。在使用运动控制卡之前,先要将我们实现设计好的运动控制算法写入卡里,包括正逆运动学求解,并且使得运动控制卡工作在独立的坐标系模式下。

PMAC(Programmable Multi-Axis Controller)是美国Delta Tau Data System公司推出的PC机平台上的运动控制器,是一个完全开放的系统。采用PMAC运动控制卡搭建机器人运动控制系统具有一定的优势,能够实现运动程序的自动加载与运行,通过VC++开发环境中MFC基础类开发可视化人机界面,并且根据运动控制卡提供接口函数对功能函数的封装。

图2所示的是采用PMAC运动控制卡搭建机器人控制系统的硬件结构图,整个系统分三层,即会话层,决策层和物理层,通过分层将运动控制系统进行模块化设计,回话层主要是指示教系统,采用嵌入式PC搭载工业触摸屏,构成嵌入式示教系统,决策层主要是指PMAC运动控制器,负责信息采集和命令决策,物理层采用安川伺服系统构建运动控制执行部分。

图2 PMAC运动控制系统结构

由PMAC运动控制卡和电机伺服驱动搭建的运动控制系统既能独立的运行,也能实时的和主机进行通信,并支持多线程操作,保证了机器人在独立运行的同时,能够实时的对主机的命令进行响应。根据合成的运动控制程序,PMAC管理运动学参数,包括正逆解,以及路径规划。由于PMAC运动控制器和主机之间的通信方式采用Ethernet高速通信模式,从而更加保证了整个系统的可靠性。

示教操作是上位示教系统的核心,采用逐点输入模式加载运动控制数据,支持多坐标系切换。在手动运行情况下,移动机器人末端,通过记录按钮,记录当前机器人末端坐标。通过示教器界面的编译按钮,可以对示教生成的程序进行编译生成PMAC运动控制语言。并生成control.pmc文件。图3所示的自动编程技术翻译的程序过程。

图3 自动编程技术程序解析

由于在初始化的过程中,将运动控制算法下载到卡里,这就使得机器人在运动控制时,按照自动编译成的运控制程序进行运行,不需要进行上位进行实时数据交换,使得运动控制部分脱离主机,将机器人放置工业现场,对其进行码垛测试,根据机构设计和控制系统分析的结果,采用NDI三维动态位移测量系统,标定机器人重复定位精度,并测试机器人D-H参数,进行机器人定位精度校核,根据生产搬运实际作业要求,示教产生实际的运动路径,进行机器人实际搬运作业性能试验,以获得样机性能测试数据。

经过码垛测试,从机器人码垛的负重,工作半径,工作节拍以及重复定位精度来与国内外工业机器人进行比较。表1所示的是该机器人与国内外先进机器人性能之间的比较,通过比较可得,在性能上与国外的机器人(ABB,OTC)达到同等水平,重复精度达到±0.3 mm,工作节拍能力相当,搬运速度较快。

表1 机器人实验数据对比

3 结束语

采用自动编程技术工业机器人示教系统可以自动进行跨语言平台进行自动编程,有效的实现运动控制程序的动态加载与执行,从而减少底层运动控制器和主机之间进行数据交换。降低控制系统对操作系统实时性的要求,从而降低工业机器人生产成本。

采用分层控制思想,将工业机器人的示教系统和运动控制进行分层设计,降低示教系统和底层运动控制之间的耦合,增强系统软件的可修改性和可扩展性,同时提高系统的稳定性。

参考文献

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[2]GU J S,SILVA C W,Development and implementation of a real-time open-architecture control system for industrial robot systems[J].Engineering Applications of Artificial Intelligence,2004,17:469-483.

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[9]奥斯腾.泛型编程和STL(侯捷译)[M].北京:中国电力出版社,2003.

谈可编程控制器梯形图的编程 篇10

一、可编程控制器梯形图编程规则

尽管梯形图与继电器控制系统的原理图在结构形式、元件符号及逻辑控制功能等方面很类似, 但它们又有许多不同之处, 梯形图具有自己的编程规则。

1. 从左至右、从上到下

PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称, 如输入继电器、输出继电器、辅助继电器等, 但它们不是真实的物理继电器, 而是一些存储单元 (软继电器, 统称为编程元件) , 每一软继电器与PLC存储器中的映像寄存器的一个存储单元相对应。存储单元的状态为“1”, 则表示对应的软继电器的线圈“通电”, 其常开触点接通, 常闭触点断开;若存储单元的状态为“0”, 对应软继电器的线圈和触点的状态与上述相反。软继电器中不像真实元件那样有真实的电流流动, 为了便于分析PLC的周期扫描原理和梯形图的逻辑上的因果关系, 更好地借用继电器电路图的分析方法, 可以想象在左右母线之间有一个左正右负的直流电压, 使母线之间有一个假想的电流从左向右流动。这个“电流”只能在梯形图中单方向流动———即从左向右流动, 层次的改变只能从上向下。所以梯形图每一行都是从母线开始, 依次经各类继电器触点后, 再经过各类继电器线圈, 以右母线为终点 (右母线也可不画出) ;各梯级从上到下依次排列。具体说明如图1所示。

2. 水平放置编程元件

除了主控触点外, 其他所有的触点只能画在水平线上, 而不能画在垂直分支线上。具体说明如图2所示。

3. 线圈右边无触点

线圈不能直接与左边母线相连, 必须经过触点方可与左边母线相连。如果不需要用哪个特定的触点来控制, 可专用PLC内部辅助继电器M8 000 (PLC只要运行, 其触点为常闭状态) 来连接。线圈右边不允许再有接触点, 否则将发生逻辑错误。具体说明如图3所示。

4. 双线圈输出应慎用

在一个程序中, 同一编号元件的线圈如果被使用两次或多次, 称为双线圈输出, 这时前面的输出无效, 只有最后一次的输出有效。双线圈输出在程序方面并不违反输入, 但输出动作复杂, 它很容易引起误操作, 所以应尽量避免。遇到双线圈输出的梯形图, 可以通过变换梯形图来避免双线圈输出。具体说明如图4所示。

5. 触点使用次数不限

每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号, 每个元件的触点使用时没有数量限制。触点可以串联, 也可以并联, 所有输出继电器都可作为辅助继电器使用。具体说明如图5所示。

6. 合理布置

在梯形图编程时, 若遇到有几个串联电路相并联, 应将串联触点多的电路放在上方;若遇到有几个并联电路相串联, 应将并联触点多的电路放在左方。这样所编制的程序简洁明了, 语句较少, 可以简化程序, 节省PLC存储空间。具体说明如图6所示。

二、梯形图设计的编程技巧

1. 选择合适的编程指令

并联线圈的电路, 从分支点到线圈之间无触点的线圈应放在上方。这样可以避免使用进栈、出栈指令, 减少程序步骤, 从而达到简化程序的目的。具体说明如图7所示。

2. 复杂电路的处理

如果梯形图构成的电路结构比较复杂, 用ANB、ORB等指令难以解决, 可重复使用一些触点画出它的等效电路, 然后再进行编程就比较容易了。具体说明如图8所示。

3. 桥式电路的编程

梯形图中的“电流”是按从左至右、从上到下的顺序流动的。对于如下图所示的桥式电路, 可能有两个方向的“电流”流过触点X2 (经X0、X2、X4或经X1、X2、X3) , 这不符合从左至右的原则。对于符合顺序执行的电路不能直接编程, 需要进行“拆桥”处理, 将电路进行等效变换。具体说明如图9所示。

4. 经验之谈

在设计梯形图时, 输入继电器的触点状态最好按输入设备全部为常开进行设计更合适, 不容易出错。建议尽可能地用输入设备的常开触点与PLC输入端相连接, 如果某些信号只能用常闭触点输入, 可先按输入设备为常开来设计, 然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反 (常开改常闭, 常闭改常开) 。

总之, 在利用PLC对工业生产过程进行控制时, 只有严格遵守可编程控制器的编程规则, 掌握一定的编程技巧, 才能编制出节省PLC的存储空间、缩短PLC运行时的扫描周期的简洁明了、正确合理的梯形图。

摘要：要编制正确、合理的可编程控制器的梯形图, 必须掌握一定的编程规则和编程技巧, 本文通过大量的图形实例, 详细地介绍了可编程控制器基本的编程规则和编程技巧。

关键词：梯形图,编程,规则,技巧

参考文献

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[2]许孟烈.PLC技术基础与编程实例[M].北京:科学出版社, 2008.

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