1、杭州職業技術學院 畢業設計（論文）畢業設計（論文） （2011 屆） 題 目 壓縮機氣缸蓋螺釘機 系 別 機電工程系 專 業 機電一體化技術 班 級 機電 0812 姓 名 指導教師 2011 年 6月 10 日 目目 錄錄 摘要.2 第 1 章 緒論.3 1.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機的工程背景.3 1.2 氣缸蓋與曲軸箱連接部分.3 1.3 壓縮機氣缸蓋螺釘機簡介.4 1.3.1 功能用途.4 1.3.2 整機組成及技術規格.4 1.4 前言的總結.5 第 2 章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求.6 2.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求.6 2.2 結構概述.6 2.3 壓縮機氣缸蓋螺釘機的控制

2、方式.6 2.4 壓縮機氣缸蓋螺釘機控制面板.6 2.5 控制要求.7 第 3 章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的硬件選擇.8 3.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機硬件的選擇.8 3.2 氣動馬達的選擇.8 3.3 壓力傳感器原理及應用.9 3.4 plc 的選擇.9 3.4.1 plc 的功能.10 3.4.2 可編程控制器的基本原理.12 3.4.3 可編程控制器的組成.12 3.4.4 可編程控制器的性能指標.12 3.4.5 plc 的通信聯網.14 3.5 控制功能的選擇.15 3.6 plc 的類型.17 第 4 章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的軟件選擇.19 4.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機的軟件控制.19 4.

3、2 軟件控制的方式.19 4.3 編制梯形圖并寫出程序.19 總結.24 參考文獻.26 摘要摘要 本設備主要用于壓縮機氣缸蓋螺釘的緊固，是壓縮機規模生產的重要配套 設備。 本機主要由氣動馬達、儲氣包、機架等組成，上述裝置固定在機架上。一 工位配氣動馬達，馬達安裝板及臺面的孔距安裝板按機型的不同可更換；另一 套空位，預留。該設備采用立式離線方式，螺釘擰緊采用一次擰緊方式。氣缸 蓋螺釘扭矩 8.39.8nm，扭矩采用壓力傳感器方式控制，四個氣動馬達氣壓 和流量分別控制和調節，擰緊結束后，擰緊頭自動停止。設備具備螺釘打滑、 螺釘扭矩異常等異常情況報警控制，工裝板放行與螺釘機聯動。 第一章第一章 緒

4、論緒論 1.11.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機的工程背景壓縮機氣缸蓋螺釘機的工程背景 隨著時代的變遷，人們的食物儲藏手段已從簡單的地窖演變為了冰箱，當 然，我們知道冰箱的核心是壓縮機，壓縮機的組成部分中閥組的這個部件是壓 縮機中非常重要的部件之一，它控制著壓縮機的吸氣、壓縮、排氣、膨脹四個 過程。閥組包括氣缸蓋、氣缸蓋墊片、吸氣消音器、閥板等等。我們要研究的 就是將整個閥組通過螺釘擰緊在曲軸箱活塞進出面的螺釘擰緊機。 1.21.2 氣缸蓋與曲軸箱連接部分氣缸蓋與曲軸箱連接部分 氣缸蓋的材質是鑄鐵或鋁合金。鑄鐵氣缸蓋需要鉆孔、磨平面、清洗、干 燥等工序，目前冰箱壓縮機行業很少采用;而鋁合金氣缸蓋由于不

5、需要加工，為 冰箱壓縮機行業普遍采用。氣缸蓋的主要質量特性見表 1-1。 序 號 缺陷對整機性能的影響 1 安裝面得平面度差、表面起皺泄露 2 清潔度差排氣不良、臟堵、卡死 3 安裝后變形大泄露、噪音、排油多 表 1-1 閥板可以用鋼板或粉末冶金來制造。粉末冶金閥板分為平閥板和凹槽閥板 兩種，國內冰箱壓縮機行業普遍采用凹槽粉末冶金閥板，粉末冶金閥板需要經 過磨平面、滾拋去毛刺、研磨閥座、研磨平面、平面刷光、清潔干燥等工序。 隨著粉末冶金工藝技術的提高，現在又有免加粉末冶金閥板開始在壓縮機上使 用。鋼閥板強度高、成本低，在歐洲應用廣泛，歐洲先進和專業的制造工藝可 以確保鋼閥板的加工質量，danf

6、oss、acc 的高端壓縮機普遍采用鋼閥板；國內 已有廠家開始使用鋼閥板，由于質量不穩定，一般只用于普效壓縮機。 閥板的主要質量特性見表 1-2。 序 號 缺陷對整機性能的影響 1 兩平面的平度、粗糙度差泄露、制冷量低 2 清潔度差排氣不良、臟堵、卡死 3 表面劃傷、邊緣毛刺泄露、制冷量低 4 吸氣閥座平面度、粗糙度差泄露、制冷量低 5 排氣閥座平面度、粗糙度差泄露、制冷量低 表 1-2 吸、排氣發片用碳鋼或不銹鋼制造，閥片邊緣毛刺、裂紋等缺陷不僅影響 壓縮機性能，而且帶來壓縮機的可靠性和安全性問題。 閥板墊片是氣缸蓋與曲軸箱之間活塞上死點間隙墊片，它使得活塞可以運 行到最大為止而不會卡死，是

7、決定壓縮機閥組與曲軸箱之間的重要組成。 1.31.3 壓縮機氣缸蓋螺釘機簡介壓縮機氣缸蓋螺釘機簡介 1.3.11.3.1 功能用途功能用途 本設備主要用于壓縮機氣缸蓋螺釘的緊固，是壓縮機規模生產的重要配套 設備。 本機主要由氣動馬達、儲氣包、機架等組成，上述裝置固定在機架上。一 工位配氣動馬達，馬達安裝板及臺面的孔距安裝板按機型的不同可更換；另一 套空位，預留。該設備采用立式離線方式，螺釘擰緊采用一次擰緊方式。氣缸 蓋螺釘扭矩 8.39.8nm，扭矩采用壓力傳感器方式控制，四個氣動馬達氣壓 和流量分別控制和調節，擰緊結束后，擰緊頭自動停止。設備具備螺釘打滑、 螺釘扭矩異常等異常情況報警控制，工

8、裝板放行與螺釘機聯動。 動作描述：帶料工裝板移動到此工位后，阻擋器自動阻擋，操作者手工取 曲軸箱上的閥板墊片并按規定方向放入氣缸蓋閥板組件上，再按規定方向將該 組件放入正前方的擰緊機夾具上；手工取曲軸箱組件對準閥板組件放入螺釘機， 氣缸蓋螺釘機自動啟動擰緊螺釘；螺釘擰緊完成后，手工取下曲軸箱組件放至 工裝板上，工裝板自動放行至下一個工位。 1.3.21.3.2 整機組成及技術規格 整機組成 機架 氣動馬達 儲氣包 輔助設備 技術規格： 序號項目單位規格 1 設備外型（長寬高） mm940200900 2 工作臺面高 mm900 3 產量指標件/小時 500-600 4 工作氣壓 kg/cm 4

9、 月 8 日 5 設備重量 t0.6 6 操作工人 1 表 1-2 本機特點 結構簡潔緊湊、整機造型美觀、自動化程度高； 設備易于調節，適于不同工藝的產品； 采用進口元器件，保證了設備的運行可靠性。 1.41.4 前言的總結前言的總結 我現在選擇的是壓縮機氣缸蓋螺釘機，是用電子和機械結合來控制這個裝 置。其中涉及到是知識有：plc、電路電機、工程力學、材料學、氣動學、傳感 器。 第二章第二章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求 2.12.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求壓縮機氣缸蓋螺釘機的設計要求 在我設計的壓縮機氣缸蓋螺釘機中，螺釘的扭矩是一個定值，所以當扭矩到達一個定

10、 值時，螺釘機會自動停止。而且，我們的螺釘機的啟動是利用紅外線感光傳感器來實現啟 動的，當紅外線光束被工件打斷后，螺釘機開始啟動旋轉，直到達到一個合適的扭矩后自 動停止。 2.22.2 結構概述結構概述 本機在結構上本機主要由氣動馬達、儲氣包、機架等組成。各部分組成及 功用如下： 1.機架 機架系框架結構，由方管焊接接而成，是整個設備的支撐。所有安 裝面均為精加工面。底部裝有可調支撐，用于設備高度的調整； 2.氣動馬達 氣動馬達帶動套筒組件旋轉，達到擰緊螺釘的目的。 3.儲氣包 為保證螺釘機的穩定工作，在工位旁配備柱式儲氣包一套。 4.輔助設備 所有控制元器件均按要求放置對應的電、氣箱內。 2

11、.32.3 壓縮機氣缸蓋螺釘機的控制方式壓縮機氣缸蓋螺釘機的控制方式 在現在的市場經濟時代，我們為了提高經濟效益。所以我們大量的應用高科技和自動 化技術，而我現在設計的 plc 正是一種體現。本設計是有效的使機械和電子結合在了一起， 正是我們機電一體化的映照。采用了三菱的 fx2n 的批 plc，這樣的大量生產即提高了經 濟效益，又增強了企業競爭力。 2.42.4 壓縮機氣缸蓋螺釘機控制面板壓縮機氣缸蓋螺釘機控制面板 圖 2-1 上圖為氣缸蓋螺釘機的氣路原理圖，當傳感器傳送信號到達后，1 貯氣罐 在 2 三聯件的啟動下開始放氣，通過 3 消音器的減小噪音。再通過 8 三聯件分 四路分別輸氣到四

12、個支路上，通過 11 單電控兩位三通電磁閥，經 13 消音器的 消音，進入 15 單向節流閥傳至氣動馬達帶動馬達開始工作。當扭矩達到指定值 時，16 壓力傳感器接收到信號，停止旋轉，19 快速排氣閥快速排氣。一個工作 周期完成。 2.52.5 控制要求控制要求 由實驗面板圖可知：當接收器接收到信號后，在三聯件的帶動下，貯氣 罐開始放氣，直至單向節流閥關閉后，快速排氣閥排氣，貯氣罐關閉，停止輸 氣。整個過程利用氣壓的來實現啟動馬達的轉動，從而達到螺釘扭矩的實現。 第三章第三章 壓縮機氣缸蓋螺釘機的硬件選擇壓縮機氣缸蓋螺釘機的硬件選擇 3.13.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機硬件的選擇壓縮機氣缸蓋螺釘機硬

13、件的選擇 在本設計中我所用到的基本設備有氣動馬達、氣動三聯件、單向節流閥、 快速排氣閥、單電控兩位三通電磁閥、傳感器。 3.23.2 氣動馬達的選擇氣動馬達的選擇 最常用的氣動馬達有葉片式(又稱滑片式)、活塞式、薄膜式三種。(現在市 場上最常用的就是葉片式氣動馬達、活塞式氣動馬達） 葉片式氣動馬達與活塞式氣動馬達的特點相比較而言：葉片式氣動馬達轉 速高扭矩略小，活塞式氣動馬達轉速略低扭矩大，但是氣動馬達相對液壓馬達 而言轉速還算是高的，扭矩是小的。 圖 3-1 3.33.3 壓力傳感器原理及應用壓力傳感器原理及應用 1、傳感器的簡介 傳感器是一種能將與待測量的能量形式，轉化成另一種可供處理查詢

14、的能量 形式的裝置。信號處理電路用于處理信息，而輸出器件是一種利用已處理過的 信號的裝置、顯示或動作。 2、傳感器的分類 傳感器分類方法很多，常用的有 2 種:一種是按被測的參數分，另一種是按 變換原理來分。通常按被測的參數來分類，可分為熱工參數:溫度、比熱、壓力、 流量、液位等;機械量參數:位移、力、加速度、重量等;物性參數:比重、濃度、 算監度等;狀態量參數:顏色、裂紋、磨損等。溫度傳感器屬于熱工參數。 力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳 感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓 力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓

15、阻式壓力傳感器， 它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。下面我們主要介紹這類 傳感器。 在了解壓阻式力傳感器時，我們首先認識一下電阻應變片這種元件。電阻 應變片是一種將被測件上的應變變化轉換成為一種電信號的敏感器件。它是壓 阻式應變傳感器的主要組成部分之一。電阻應變片應用最多的是金屬電阻應變 片和半導體應變片兩種。金屬電阻應變片又有絲狀應變片和金屬箔狀應變片兩 種。通常是將應變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產生力學應變基體上，當 基體受力發生應力變化時，電阻應變片也一起產生形變，使應變片的阻值發生 改變，從而使加在電阻上的電壓發生變化。這種應變片在受力時產生的阻值變 化通常較小，一般

16、這種應變片都組成應變電橋，并通過后續的儀表放大器進行 放大，再傳輸給處理電路（通常是 a/d 轉換和 cpu ）顯示或執行機構。 3.43.4 plcplc 的選擇的選擇 plc 編程控制器是在繼電器控制技術和計算機控制技術的基礎上開發出來 的，最初的可編程控制器主要用于順序控制，一般只能進行邏輯控制，因此稱 為可編程邏輯控制器（prongrammable logic controller ）簡稱 plc。隨著計算 機技術的發展及微處理器的應用，可編程控制器的功能不斷擴展和完善，遠遠 超出邏輯控制的范圍，具備了模以量控制，過程控制，遠程通信及計算等功能， 可編程控制器是專為在工業環境下應用設計

17、的一種數字運算操作的電子裝 置，是帶有存儲器可以編程程序的控制器。它能夠存儲和執行指令，進行邏 輯計算，定時計算和操作，并通過數字式和模以。在自動化控制領域，plc 是 一種重要的控制設備。 plc 的發展歷程 目前，世界上有 200 多廠家生產 300 多品種 plc 產品，應用在汽車 （23%） 、糧食加工（16.4%） 、化學/制藥（14.6%） 、金屬/礦山（11.5%） 、紙漿/ 造紙（11.3%）等行業。為了使各位初學者更方便地了解 plc，本文對 plc 的 發展、基本結構、配置、應用等基本知識作一簡介，以期對各位網友有所幫助。 在工業生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯

18、條件進行順序動 作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數據采集。傳 統上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統來實現的。1968 年美國 gm（通用 汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數字公司研制出了 基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制， 這就是第一代可編程序控制器，稱 programmable controller（pc） 。 個人計算機（簡稱 pc）發展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器 的功能特點，可編程序控制器定名為 programmable logic controller（plc） ，現 在，仍常常將 plc

19、簡稱 pc。 plc 的定義有許多種。國際電工委員會（iec）對 plc 的定義是：可編程 控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采 用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計 數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類 型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制 系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 上世紀 80 年代至 90 年代中期，是 plc 發展最快的時期，年增長率一直保 持為 3040%。在這時期，plc 在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口 能力和網絡能力得到大幅

20、度提高，plc 逐漸進入過程控制領域，在某些應用上 取代了在過程控制領域處于統治地位的 dcs 系統。 plc 具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編 程簡單等特點。plc 在工業自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的 將來，是無法取代的。 3.4.13.4.1 plcplc 的功能的功能 1、功能強，性能價格比高 一臺小型 plc 內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能， 可以實現非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價 格比。可篇程序控制器可以通過通信聯網，實現分散控制，集中管理。 2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強 可編程

21、序控制器產品已經標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各 種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統配置，組成不同的功能、 不規模的系統。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外 部接線。plc 有很強的帶負載能力，可以直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器。 3、可靠性高，抗干擾能力強 傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸 點接觸不良，容易出現故障，plc 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器， 僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統的 1/10- 1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 plc 采取了一系列硬件和軟件

22、 抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可 以直接用于有強烈干擾的工業生產現場，plc 已被廣大用戶公認為最可靠的工 業控制設備之一。 4、系統的設計、安裝、調試工作量少 plc 用軟件功能取代了繼電器控制系統中大量的中間繼電器、時間繼電器、 計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。plc 的梯形圖 程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規律，很容易掌握。對于 復雜的控制系統，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統電路圖的時間要少得多。 plc 的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過 plc 上的發光二極管可觀察輸出信號的狀態

23、。完成了系統的安裝和接線后，在 現場的統調過程中發現的問題一般通過修改程序就可以解決，系統的調試時間 比繼電器系統少得多。 5、編程方法簡單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方 式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電 路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶 程序。 梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執 行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執行。 6、維修工作量少，維修方便 plc 的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。plc 或外部的輸入裝 置和執行機構

24、發生故障時，可以根據 plc 上的發光二極管或編程器提供的住處 迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 7、體積小，能耗低 對于復雜的控制系統，使用 plc 后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼 電器，小型 plc 的體積相當于幾個繼電器大小，因此可將開關柜的體積縮小到 原來的 1/2-1/10。 plc 的配線比繼電器控制系統的配線要少得多，故可以省下大量的配線和 附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。學得辛苦，做得舒服。 3.4.23.4.2 可編程控制器的基本原理可編程控制器的基本原理 plc 是基于電子計算機，且適用于工業現場工作的電控制器。它源于繼電 控

25、制裝置，但它不像繼電裝置那樣，通過電路的物理過程實現控制，而主要靠 運行存儲于 plc 內存中的程序，進行入出信息變換實現控制。 plc 基于電子計算機，但并不等同于普通計算機。普遍計算機進行入出信 息變換，多只考慮信息本身，信息的入出，只要人機界面好就可以了。而 plc 則還要考慮信息入出的可靠性、實時性，以及信息的使用等問題。特別要考慮 怎么適應于工業環境，如便于安裝，抗干擾等問題。 3.4.33.4.3 可編程控制器的組成可編程控制器的組成 可編程控制器的硬件部分由 cpu 、系統程序存儲器、用戶程序存儲器、 輸入輸出元件、編程器、外部設備和電源組成。軟件部分由系統監控程序和用 戶程序兩

26、大部分組成。 可編程控制器的結構特點 可編程控制器的結構通常可分為單元式、模塊式，以及將這兩種形式結合 起來的疊裝式。 單元式的特點是結構緊湊。它將所有的電路都裝入一個模塊內，構成一個 整體，這樣體積小巧、成本低、安裝方便。 模塊式可編程控制器采用搭積木的方式組成系統，在一塊基板上插上 cpu 、電源、模塊及特殊功能模塊，構成一個總點數很多的大規模綜 合控制系統。其特點是 cpu 為獨立的模塊 , 輸入、輸出也是獨立模塊。因此 配置很靈活，可以根據不同的系統規模選用不同檔次的 cpu 及各種模 塊、功能模塊。 疊裝式的結構也是各種單元、 cpu 自成獨立的模塊，但安裝不用基板， 僅用電纜進行單

27、元間聯接，且各單元可以一層層地疊裝。這樣，既達到了配置 靈活的目的，又可以做得體積小巧。 3.4.43.4.4 可編程控制器的性能指標可編程控制器的性能指標 硬件性能指標包括一般指標、輸入特性和輸出特性。軟件性能指標包括運 行方式、運算速度、程序容量、邏輯元件種類和數量以及編號、指令類型和數 量等。從結構上分，plc 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 plc 包 括 cpu 板、i/o 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆 卸的整體。模塊式 plc 包括 cpu 模塊、i/o 模塊、內存、電源模塊、底板或機 架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。 (1)、cpu 的構

28、成 cpu 是 plc 的核心，起神經中樞的作用，每套 plc 至少有一個 cpu，它 按 plc 的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集 由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源 和 plc 內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶 程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信 號，去指揮有關的控制電路。 cpu 主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及 狀態總線構成，cpu 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用 于存儲程序及數據，是 plc 不可缺少的組成單元

29、。 在使用者看來，不必要詳細分析 cpu 的內部電路，但對各部分的工作機制 還是應有足夠的理解。cpu 的控制器控制 cpu 工作，由它讀取指令、解釋指 令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算， 在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控 制器指揮下工作。 cpu 速度和內存容量是 plc 的重要參數，它們決定著 plc 的工作速度， io 數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。 （2） 、i/o 模塊 plc 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。i/o 模塊集 成了 plc 的 i/o 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀

30、態，輸出點反映輸出鎖存 器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 plc 系統，輸出模塊相反。 i/o 分為開關量輸入（di） ，開關量輸出（do） ，模擬量輸入（ai） ，模擬量輸 出（ao）等模塊。 開關量是指只有開和關（或 1 和 0）兩種狀態的信號，模擬量是指連續變 化的量。常用的 i/o 分類如下： 開關量：按電壓水平分，有 220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分， 有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma） 、電壓型（0-10v,0- 5v,-10-10v）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。 除了

31、上述通用 io 外，還有特殊 io 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 按 i/o 點數確定模塊規格及數量，i/o 模塊可多可少，但其最大數受 cpu 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。 （3）電源模塊 plc 電源用于為 plc 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸 入電路提供 24v 的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac 或 110vac） ，直流電源（常用的為 24vac） 。六、底板或機架 大多數模塊式 plc 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現各模塊間的 聯系，使 cpu 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現各模塊間的連接，使各 模

32、塊構成一個整體。 （4）plc 系統的其它設備 1)、編程設備：編程器是 plc 開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的 器件，用于編程、對系統作一些設定、監控 plc 及 plc 所控制的系統的工作 狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器 plc 一般有手持型編程器，目 前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。 2)、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸 屏）式的體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人 機界面非常普及。 3)、輸入輸出設備：用于永久性地存儲用戶數據，如 eprom、eeprom 寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機

33、等。 3.4.53.4.5 plcplc 的通信聯網的通信聯網 依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因 此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網絡就 是控制器的觀點說法。 plc 具有通信聯網的功能，它使 plc 與 plc 之間、plc 與上位計算機以 及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。 多數 plc 具有 rs-232 接口，還有一些內置有支持各自通信協議的接口。 plc 的通信，還未實現互操作性，iec 規定了多種現場總線標準，plc 各 廠家均有采用。 對于一個自動化工程(特別是中大規模控制系統)來講

34、，選擇網絡非常重要 的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統規模的擴展； 其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入 地了解該網絡標準的協議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統成本、設 備兼容性、現場環境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。 在 plc 系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是 plc 工程設 計選型。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。plc 及有關設備 應是集成的、標準的，按照易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功 能的原則選型所選用 plc 應是在相關工業領域有投運業績、成熟可靠的系統， pl

35、c 的系統硬件、軟件配置及功能應與裝置規模和控制要求相適應。熟悉可編 程序控制器、功能表圖及有關的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設 計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和范 圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲 器容量、確定 plc 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的 plc 和設計相應的控制系統。 一、輸入輸出（i/o）點數的估算 i/o 點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加 10%20%的可擴展 余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造廠商 plc 的產品特點，對

36、輸入輸出點數進行圓整。 存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量 是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容 量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制，因此，程序容量在設計階段是未 知的，需在程序調試之后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算， 通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式， 大體上都是按數字量 i/o 點數的 1015 倍，加上模擬 i/o 點數的 100 倍，以此 數為內存的總字數（16 位為一個字） ，另外再按此數的 25%考慮余量。 3.53.5

37、 控制功能的選擇控制功能的選擇 該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理 速度等特性的選擇。 (一)運算功能 簡單 plc 的運算功能包括邏輯運算、計時和計數功能；普通 plc 的運算 功能還包括數據移位、比較等運算功能；較復雜運算功能有代數運算、數據傳 送等；大型 plc 中還有模擬量的 pid 運算和其他高級運算功能。隨著開放系統 的出現，目前在 plc 中都已具有通信功能，有些產品具有與下位機的通信，有 些產品具有與同位機或上位機的通信，有些產品還具有與工廠或企業網進行數 據通信的功能。設計選型時應從實際應用的要求出發，合理選用所需的運算功 能。大多數應用場合，只

38、需要邏輯運算和計時計數功能，有些應用需要數據傳 送和比較，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數運算，數值轉換和 pid 運 算等。要顯示數據時需要譯碼和編碼等運算。 (二)控制功能 控制功能包括 pid 控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，應根 據控制要求確定。plc 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數場合常采用單回 路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時也采用專用的智能輸入輸出單元完 成所需的控制功能，提高 plc 的處理速度和節省存儲器容量。例如采用 pid 控 制單元、高速計數器、帶速度補償的模擬單元、asc 碼轉換單元等。 (三)通信功能 大中型 plc 系統應支持多種現場總線

39、和標準通信協議（如 tcp/ip） ，需要 時應能與工廠管理網（tcp/ip）相連接。通信協議應符合 iso/ieee 通信標準， 應是開放的通信網絡。 plc 系統的通信接口應包括串行和并行通信接口（rs2232c/422a/423/485） 、 rio 通信口、工業以太網、常用 dcs 接口等；大中型 plc 通信總線（含接口 設備和電纜）應 1：1 冗余配置，通信總線應符合國際標準，通信距離應滿足裝 置實際要求。plc 系統的通信網絡中，上級的網絡通信速率應大于 1mbps，通信負荷不大于 60%。plc 系統的通信網絡主要形式有下列幾種形式： 1）pc 為主站，多臺同型號 plc 為從

40、站，組成簡易 plc 網絡；1 臺 plc 為主 站，其他同型號 plc 為從站，構成主從式 plc 網絡；3）plc 網絡通過特定網 絡接口連接到大型 dcs 中作為 dcs 的子網；4）專用 plc 網絡（各廠商的專 用 plc 通信網絡） 。 為減輕 cpu 通信任務，根據網絡組成的實際需要，應選擇具有不同通信功 能的（如點對點、現場總線、工業以太網）通信處理器。 (四)編程功能 離線編程方式：plc 和編程器公用一個 cpu，編程器在編程模式時，cpu 只為編程器提供服務，不對現場設備進行控制。完成編程后，編程器切換到運 行模式，cpu 對現場設備進行控制，不能進行編程。離線編程方式可

41、降低系統 成本，但使用和調試不方便。在線編程方式：cpu 和編程器有各自的 cpu，主 機 cpu 負責現場控制，并在一個掃描周期內與編程器進行數據交換，編程器把 在線編制的程序或數據發送到主機，下一掃描周期，主機就根據新收到的程序 運行。這種方式成本較高，但系統調試和操作方便，在大中型 plc 中常采用。 五種標準化編程語言：順序功能圖（sfc） 、梯形圖（ld） 、功能模塊圖 （fbd）三種圖形化語言和語句表（il） 、結構文本（st）兩種文本語言。選用 的編程語言應遵守其標準（iec6113123） ，同時，還應支持多種語言編程形式， 如 c，basic 等，以滿足特殊控制場合的控制要求

42、。 (五)診斷功能 plc 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確 定硬件的故障位置，軟件診斷分內診斷和外診斷。通過軟件對 plc 內部的性能 和功能進行診斷是內診斷，通過軟件對 plc 的 cpu 與外部輸入輸出等部件信 息交換功能進行診斷是外診斷。 plc 的診斷功能的強弱，直接影響對操作和維護人員技術能力的要求，并 影響平均維修時間。 (六)處理速度 plc 采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應越快越好，如果 信號持續時間小于掃描時間，則 plc 將掃描不到該信號，造成信號數據的丟失。 處理速度與用戶程序的長度、cpu 處理速度、軟件質量等有關。目前， p

43、lc 接點的響應快、速度高，每條二進制指令執行時間約 0.20.4ls，因此能 適應控制要求高、相應要求快的應用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應滿 足：小型 plc 的掃描時間不大于 0.5ms/k；大中型 plc 的掃描時間不大于 0.2ms/k。 3.63.6 plcplc 的類型的類型 （一）plc 按結構分為整體型和模塊型兩類，按應用環境分為現場安裝和控制 室安裝兩類；按 cpu 字長分為 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。從 應用角度出發，通常可按控制功能或輸入輸出點數選型。 整體型 plc 的 i/o 點數固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系 統；模

44、塊型 plc 提供多種 i/o 卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控 制系統的 i/o 點數，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統。 （二）輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統一。例如對輸入模塊，應考慮 信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊， 應考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍 廣、壽命短、響應時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關頻繁，電感性 低功率因數負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、 交流輸出和模擬量輸出等，與應用要求應一致。 可根據應用要求，合理選用智能型輸入輸出

45、模塊，以便提高控制水平和降 低應用成本。 考慮是否需要擴展機架或遠程 i/o 機架等。 (三)電源的選擇 plc 的供電電源，除了引進設備時同時引進 plc 應根據產品說明書要求設 計和選用外，一般 plc 的供電電源應設計選用 220vac 電源，與國內電網電壓 一致。重要的應用場合，應采用不間斷電源或穩壓電源供電。如果 plc 本身帶 有可使用電源時，應核對提供的電流是否滿足應用要求，否則應設計外接供電 電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 plc，對輸入和輸出信號的隔離是 必要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。 (四)存儲器的選擇 由于計算機集成芯片技術的發展，存儲器的價格已下

46、降，因此，為保證應 用項目的正常投運，一般要求 plc 的存儲器容量，按 256 個 i/o 點至少選 8k 存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 (五)冗余功能的選擇 1控制單元的冗余 (1)重要的過程單元：cpu（包括存儲器）及電源均應 1b1 冗余。 (2)在需要時也可選用 plc 硬件與熱備軟件構成的熱備冗余系統、2 重化或 3 重化冗余容錯系統等。 2i/o 接口單元的冗余 (1)控制回路的多點 i/o 卡應冗余配置。 (2)重要檢測點的多點 i/o 卡可冗余配置。3）根據需要對重要的 i/o 信號， 可選用 2 重化或 3 重化的 i/o 接口單元。

47、(六)經濟性的考慮 選擇 plc 時，應考慮性能價格比。考慮經濟性時，應同時考慮應用的可擴 展性、可操作性、投入產出比等因素，進行比較和兼顧，最終選出較滿意的產 品。 輸入輸出點數對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定 的費用。當點數增加到某一數值后，相應的存儲器容量、機架、母板等也要相 應增加，因此，點數的增加對 cpu 選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都 有影響。在估算和選用時應充分考慮，使整個控制系統有較合理的性能價格比。 第四章第四章 攪拌器的軟件選擇攪拌器的軟件選擇 4.14.1 壓縮機氣缸蓋螺釘機的軟件控制壓縮機氣缸蓋螺釘機的軟件控制 根據該螺釘機的控制要求，并考

48、慮到各個執行機構動作的轉步條件，可以 畫出其控制流程圖。這算一種典型的步進控制，可以用移位寄存器 sft 很方便 地實現步進的控制，梯形圖程序， 4.24.2 軟件控制的方式軟件控制的方式 考慮到移位寄存器的移位脈沖用窄脈沖比較合適，所以將各啟動按鈕信號 和各液位傳感器信號用微分指認均轉換成窄脈沖。 （1）按下啟動按鈕時，用 mov 指令將移位寄存器通道的最低位 hr000 置 1 ，并由該位控制輸出繼電器 01001 接通，使外接的 yv1 電磁閥通電打開， 氣體 a 流入容器。按下啟動按鈕的同時，保持繼電器 hr0100 接通并鎖存。 （2）當壓力上升到 i 時，液位傳感器 i 閉合，輸入

49、繼電器 0003 接通，其 上升沿經微分后使 20100 接通一個掃描周期，20100 就作為移位寄存器的移位 寄存器的脈沖，使 hr00 通道中的各位依次移易位，即 hr0001=1。由于移位寄 存器的輸入端 25314，這是始終保持 off 的特殊功能寄存器，從容保證每次移 位時均是 0 移入 hr0001 通道的最低位。這時輸入繼電器 01001 斷開使 yv1 電 池閥斷電，而 hr0001=1 控制輸出繼電器 01002 接通，使外接的 yv2 電磁閥通 電打開，液體 b 入容器。 （3）當壓力到達 i 時，輸入繼電器 00003 接通，其上升微分后使 20100 又 接通一個掃描周期，使移位寄存器通道 hr00 中的各位移易位，即 hr002=1 又 接通一個掃描周期，使移位寄存器通道 hr000 中的各位再移一位，即 hr0002=1，此時輸入繼電器 01