[機械畢業(yè)設計論文]碎渣機機械及控制系統(tǒng)的設計說明書

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1、目 錄 摘要--------------------------------------------------------------3 Abstact-----------------------------------------------------------4 第 一 章 緒 論 緒論---------------------------------------------------------------------------------------------5

2、 第 二 章 方案設計 一． 方案的選擇------------------------------------------------------------------------------6 （一）.方案一----------------------------------------------------------------------------6 （二）.方案二----------------------------------------------------------------------------6 （三）.方案三-------

3、---------------------------------------------------------------------6 第 三 章 機械結構設計 二．機械結構的計算------------------------------------------------------------------------7 （一）.工作軸齒輪的計算-------------------------------------------------------------8 （二）.碎渣牙輪及碎渣座的計算------

4、---------------------------------------------9 （三）.工作軸磨齒----------------------------------------------------------------------11 （四）.受剪螺栓-------------------------------------------------------------------------13 （五）.磨齒的計算------------------------------------------------------------------

5、----14 （六）.碎渣牙輪齒數(shù)的計算----------------------------------------------------------15 （七）.焊接強度的計算----------------------------------------------------------------16 （八）.軸的計算-------------------------------------------------------------------------17 （九）.軸承的計算--------------------------------

6、--------------------------------------19 （十）.齒輪輪齒的計算----------------------------------------------------------------20 （十一）.大齒輪輪轂的計算----------------------------------------------------------21 （十二）.彎曲疲勞強度的計算-------------------------------------------------------21 （十三）.成型軸的表面擠壓應力的計算-

7、------------------------------------------22 （十四）.小齒輪軸鍵的選擇----------------------------------------------------------22 （十五）.間隔環(huán)尺寸的確定----------------------------------------------------------23 （十六）.軸承座固定螺栓的計算----------------------------------------------------24 （十七）.花鍵軸的計算----------

8、------------------------------------------------------25 （十八）.軸承座的設計及其計算----------------------------------------------------26 （十九）.軸承的潤滑-------------------------------------------------------------------27如需要圖紙等資料，聯(lián)系QQ1961660126 研究成果的嚴肅態(tài)度以及向讀者提供有關信息的出處，正文之后一般應列出參考文獻表引文應以原始文獻和第一手資料為原則。所有引用別

9、人的觀點或文字，無論曾否發(fā)表，無論是紙質或電子版，都必須注明出處或加以注釋。凡轉引文獻資料，應如實說明。對已有學術成果的介紹、評論、引用和注釋，應力求客觀、公允、準確。偽注、偽造、篡改文獻和數(shù)據(jù)等，均屬學術不端行為致謝一項科研成果或技術創(chuàng)新,往往不是獨自一人可以完成的,還需要各方面的人力,財力,物力的支持和幫助.因此,在許多論文的末尾都列有"致謝　　1) 著錄參考文獻可以反映論文作者的科學態(tài)度和論文具有真實、廣泛的科學依據(jù)，也反映出該論文的起點和深度。 　　2) 著錄參考文獻能方便地把論文作者的成果與前人的成果區(qū)別開來。 　　3) 著錄參考文獻能起索引作用。 　　4) 著錄參考文獻有利于

10、節(jié)省論文篇幅。 　　[01] Brown, H. D. Teaching by Principles: An Interactive Approach to Language Pedagogy[M]. Prentice Hall Regents, 1994. 　　[02] Brown, J Set al. Situated Cognition and the Culture of Learning[J]. Educational Reasercher, 1, 1989. 　　[03] Chris, Dede. The Evolution of Constructivist Learnin

11、g Envi-ronments: Immersion in Distributed Virtual Worlds[J]. Ed-ucational Technology, Sept-Oct, 1995. 　　學位申請者如果能通過規(guī)定的課程考試，而論文的審查和答辯合格，那么就給予學位。如果說學位申請者的課程考試通過了，但論文在答辯時被評為不合格，那么就不會授予他學位。 　　有資格申請學位并為申請學位所寫的那篇畢業(yè)論文就稱為學位論文，學士學位論文。學士學位論文既如需要圖紙等資料，聯(lián)系QQ1961660126 是學位論文又是畢業(yè)論文　 中華人民共和國國家標準VDC 001.81、CB 771

12、3-87號文件給學術論文的定義為： 　　學術論文是某一學術課題在實驗性、理論性或觀測性上具有新的科學研究成果或創(chuàng)新見解的知識和科現(xiàn)象、制定新理論的一種手段，舊的科學理論就必然會不斷地為新理論推翻。”（斯蒂芬梅森）因此，沒有創(chuàng)造性，學術論文就沒有科學價值。 三、創(chuàng)造性 學術論文在形式上是屬于議論文的，但它與一般議論文不同，它必須是有自己的理論系統(tǒng)的，不能只是材料的羅列，應對大量的事實、材料進行分析、研究，使感性認識上升到理性認識。一般來說，學術論文具有論證色彩，或具有論辯色彩。論文的內容必須符合歷史唯物主義和唯物辯證法，符合“實事求是”、“有的放矢”、“既分析又綜合” 的科學研究方法。

13、　　一般普通刊物（省級、國家級）審核時間為一周，高質量的雜志，審核時間為14-20天。 　　核心期刊審核時間一般為4個月，須經過初審、復審、終審三道程序。 　　3.期刊的級別問題。 　　國家沒有對期刊進行級別劃分。但各單位一般根據(jù)期刊的主管單位的級別來對期刊劃為省級期刊和國家級期刊。省級期刊主管單位是省級單位。國家級期刊主管單位是國家部門或直屬部門。 如需要圖紙等資料，聯(lián)系QQ1961660126 （二十）.聯(lián)軸器的選擇----------------------------------------------------------------27 （二十

14、一）.側板的計算----------------------------------------------------------------27 第四章 控制系統(tǒng)的設計 一. 基本思路-----------------------------------------------------------------------------------29 （一）.PLC基礎知識-------------------------------------------------------------------30 1 可編程序控制

15、器--------------------------------------------------------------30 2 PLC的發(fā)展趨勢------------------------------------------------------------30 3 PLC的基本功能------------------------------------------------------------30 4 PLC的特點------------------------------------------------------------------32

16、 5 PLC的分類------------------------------------------------------------------32 6 PLC應用范圍---------------------------------------------------------------33 7 PLC 的工作方式-----------------------------------------------------------33 （二）. PLC機型的選擇與系統(tǒng)控制 1 PLC的選型--------

17、-----------------------------------------------------36 2 PLC控制面版圖-------------------------------------------------------36 3 梯形圖--------------------------------------------------------------------36 4 指令表--------------------------------------------------------------------

18、37 5 電機的選型及其計算--------------------------------------------------38 （三）.變頻器的技術原理和應用-------------------------------------------------39 1 變頻器的選型-----------------------------------------------------------41 2 主電路其他電器的選擇-----------------------------------------------43

19、 3 矢量控制及其原理-----------------------------------------------------44 結 論-------------------------------------------------------49 致 謝-------------------------------------------------------50 參考文獻------------------------------------------------------51

20、 碎渣機的系統(tǒng)設計 摘 要 碎渣機是電廠爐渣破碎的主要設備,對爐渣的二次利用以及環(huán)境保護有重要的意義.碎渣機的機械結構對出渣粒度以及出渣效率具有決定性的作用.所以機械部分是整個設備的關鍵.碎渣牙輪及碎渣座又是機械部分的核心,其決定著出渣效率及出渣粒度.因工作過程中受到非穩(wěn)定的沖擊載荷故對軸的要求是較高的.因采用開式齒輪傳動,且工作環(huán)境較為惡劣,故齒輪的加工要求也是較高的.所以采用調質處理使齒輪具有一定的韌性并且保持齒面具有較高的硬度.對于控制部分采用PLC與FU聯(lián)合控制,并且采用有反饋式的矢量控制.這樣可以使電機在過載或堵轉時能完成正反轉,并且可以使電機

21、有較硬的機械特性,保證有較大的速度調節(jié)范圍,以保證工作的穩(wěn)定性. 關鍵詞:碎渣牙輪 碎渣座 開式齒輪 PLC FU 矢量控制 Abstract A technology that upgrade the slag crusher which used in the power plan Slag crusher is the main equipment that crush the slag

22、in the power plant .It has a great meaning in the recycle slag and the enviroment . The efficiency and the gain size are determined by the mechanical mechanism.So it is very important.But the crusher′s tooth and the boad which used with the tooth are the mechanical mechanism′s

23、 heart.The efficiency and the gain size are determined by it.When it work ,the unstable stress is effect it.And the work enviroment is bad.So the gearˊs surface is very hard.In the control systerm.PLC and FU are unite. There is rector control which has feedback.So when the electr

24、ic machinery is over load or unrun,it can recover.And the electic machineryˊs characteristic is very good.The scop of the speedˊs characteristic is very wide.So the electic machineryˊs work is steady. Key words: slag crusher. gear. control systerm

25、 第一章 緒 論 一、簡介 隨著能源消耗的增大，電力供應勢必 增大。而電廠產生的爐渣便是急需要解決的問題。由處理后二次利用即可產生經濟效益，又保護了環(huán)境。在二次處理過程中，必不可少的機械設備便是碎渣機。碎渣機是電廠、鍋爐碎渣的設備。也可用于建材、化工等松散物的破碎。在國內，由洛陽市寶環(huán)非標準設備有限公司生產的單輥碎渣機對傳統(tǒng)的碎渣機進行了改進進一步提高了效率。國外，在碎渣機的破碎結構中，已采用了可調式雙破碎板，對出渣粒度可隨時調整. 碎渣機的機械性能以及控制部分的結構對出渣粒度及出渣效率有重要意

26、義。現(xiàn)在電廠普遍應用的是單輥式或雙輥式碎渣機。單輥式碎渣機體積較大且出渣率低等缺點。而雙滾式碎渣機較好的克服了這些缺點。 本設計即針對雙滾式碎渣機進行了一些計算及對控制部分進行了設計。較先進的碎渣機已采用了葉片式結構。其在效率及在出渣粒度上有了較好的改進。但其硬度，強度方面都有一定的局限性。這里涉及的碎渣核心部分仍采用齒狀。齒式碎渣牙輪設計、鑄造方便，對大塊爐渣適應性較好，有較好的剪切性能，但效率稍低。 碎渣板采用交錯槽形整體式鑄造結構，約三分之一工作區(qū)域為剪切區(qū)域，三分之二區(qū)域為研磨區(qū)域。工作軸采用方形軸,可提高傳遞扭矩的能力，并且便于拆卸，表面抗擠壓能力較花鍵軸有所提高。在傳遞相同轉矩

27、的情況下，成型軸抗壓潰能力較花鍵軸有所提高。成型軸的加工工藝過程比花鍵軸要容易。 箱體與軸間的密封采用水封，水封可減少細小爐渣進入密封圈的幾率，從而減小軸的磨損，提高軸的疲勞強度。從節(jié)省材料及結構緊湊來考慮,軸承采用壁固定式，為減輕重量，節(jié)省材料，在滿足工作強度的前提下側壁采用中空鑄造結構。為方便移動,四角采用鋼軌輪式結構. 減速器采用圓錐圓柱式減速器（國標）。連軸器采用滑塊式聯(lián)軸器（國標），可補償對中誤差且具有緩沖、減震作用。電機采用繞線式三相異步電機（國標）。 控制部分基本思路為：啟動后電機正轉，若遇故障如堵轉側反轉，反轉若不成立側停機。若反轉成立 側反轉10s后正轉。若正轉仍不成立

28、側停機，若正轉成立側正轉。電機的正反轉用PLC與變頻器聯(lián)合控制，電機采用有反饋的矢量控制。優(yōu)點：使電機有較硬的機械特性，有較大范圍速度調節(jié)，動態(tài)響應能力強。變頻器主電路中串入空氣自動開關，便于斷開主回路進行維修，串入繼電器以便接通與斷開主回路。 因控制系統(tǒng)對PLC無通信等特殊要求采用三菱的 系列，變頻器采用安川變頻器，其他主電路元器件根據(jù)電機及變頻器的各項參數(shù)來確定。 二、系列碎渣機 1 、優(yōu)質性能 SGS100-1 型 雙齒輥式碎渣機利用二平行齒輥對煤渣有劈吸和擠壓的破碎作用，應用在鍋爐出渣裝置中，它具有有下優(yōu)點； 1> 、效率高、傳動平穩(wěn)、噪音小、無泄漏 2> 、

29、有較強的超載和耐沖擊性強，故障少 3> 、帶 7.5KW電機的 XWD型減速機配套供應 4> 、隨機附帶必需的易損備用件 2、規(guī)格特性 序號 項目 參數(shù) 1 碎渣能量 濕渣 35-40t/h 2 干渣 18-28t/h 3 軸封水量 15 4 軸封水壓 0.8KG /cm2 5 齒輪轉速 28 轉 / 分 6 減速劑型號 XWD 75-7-1/43 7 電動機功率 7.5KW 　 　 　 本碎渣機適宜破碎煤渣。不能用于破碎轉石，混凝土等硬物料。 3、結構簡介 SGS-100 的破碎力很大。

30、可破碎近似石灰石強度的物料。 碎渣機由行星擺線針輪減速機用鏈條傳動，鏈輪周圍有防護罩，減速機不直接連接碎渣機而在旁側并安置在抬高的水泥墩基上，防止出渣時灰土、蒸汽和水等的侵襲。 碎渣機的雙軸由一對大模數(shù)的齒輪嚙合，帶動，二軸彼此成相對回轉，齒輪由大鏈輪上的安全傳動銷帶動，當軸的扭矩超出允許范圍時，安全傳動銷便會立即被切斷，大鏈輪就空轉，保護減速機不致因超載而受損，故障消除后，換新傳動銷繼續(xù)使用，方法簡便迅捷。 軸二端采用雙列向心球面滾子軸承，能自動調心，克服軸在安裝或使用過程中的變形，齒輪端的軸承為固定端，軸受熱后能沿軸向自由膨脹。 軸封材料采用 J形橡膠油封圈，它能防

31、塵、防漏，結構簡單，更換方便，對軸的壓力小，不易磨損，消耗軸功率小，效能高。 4、功能作用與技術特點 碎渣機主要用于火電廠燃煤鍋爐的煤渣破碎之用，也適用于建材、冶金、化工行業(yè)的塊狀松散物料的破碎。 機體結構分為：Q型、V型、Y型分別適用于三種情況，從而更加合理。 技術特點：齒輥由分體式齒板組裝形成。其齒形在橫截面上沿圓周呈漸開線分布且高低錯落有致，對大塊渣適應能力強，另外輥齒板磨損后易更換。 鉤型顎板嵌裝在可調顎體上，不需要螺栓禁固，可自由調節(jié)出渣粒度。（限DS6020型） 軸承座為剖分式，便于拆裝輥軸、更換軸承。輥軸與機殼間“軸封”采用“多槽迷宮”式加“水封”式結構，比單一“水封

32、”式更合理。 齒輥及齒板為高耐磨材料澆鑄形成，壽命長，可靠性高。 設有可靠的安全保護系統(tǒng)，當異物卡塞時，可正反轉交替反復三次，而后既能繼續(xù)正常運轉。 如過載故障不能排除，可發(fā)出聲光報警提示，并能斷電停機。 　技術參數(shù)： 序號 項目 參數(shù) 1 入口尺寸 830*830mm 2 出口尺寸 812*500mm 3 灰渣碎后粒度 25--50mm 4 輥軸轉速 31r/min 5 出力 有水沖 無水沖 60t/h 20t/h 6 電機功率 7.5kw 7 重量 2500kg* 第

33、二章 方案設計 一. 方案的選擇: （一）.方案一:工作軸為三根軸,軸1作用是把大塊爐渣打碎,工作部分為磨齒.軸2與軸3為主要工作軸,作用是把1軸磨碎后的塊狀爐渣進一步研磨,工作部分采用傾斜葉片式安裝.碎渣板采用槽型整體鑄造式. 圖1?1 優(yōu)點:對爐渣進行二次破碎,破碎效果好.研磨部分采用葉片式.可保證研磨的連續(xù)性.且葉片式磨齒不僅葉片外部與碎渣板研磨,且背部在進入研磨區(qū)后也可研磨.提高了效率,減小了出渣粒度. 缺點:三根軸,提高了成本,增加了設計的難度,增加了箱體的復雜程度. （二）

34、.方案二:在方案一的基礎上去掉軸1,軸2與軸3研磨部分仍采用葉片式.碎渣板采用雙側突出交錯式整體鑄造. 優(yōu)點:葉片外部與背部同時研磨,且保證研磨的連續(xù)性,提高了效率. 缺點:對大塊爐渣適應性較差,葉片易磨損,且葉片較難鑄造,對鑄造工藝要求較高. 圖1.2 （三）. 方案三：在方案二的基礎上，把軸2與軸3的葉片改為磨齒。 第三章.機械結構的計算： （一）.工作軸齒輪：輸出軸（z1 n1）與工作軸齒輪（n2 z2）的傳動比 如圖所示:

35、 圖1.3 若取7個齒，側間隔環(huán)太寬，效率低。若取11個齒側間隔環(huán)平均寬度為 在工作一定時間后因磨損會變窄，若遇堵轉現(xiàn)象，強度可能不足。綜合以上分析，取九個齒. 磨齒寬度：因出料粒度取齒兩側與碎渣板間隙為20mm.側磨齒寬為30mm.故取槽寬為 70mm.. （三）.工作軸磨齒： 25/min 15004=6000 15005=7500

36、 6000+7500=13500 若出粒7噸/時 即7000kg/h 效率70% V= 側 槽內半徑為150mm 計算得 r=220mm 當內半徑<150mm時 每小時出渣〉7噸，可滿足題目要求 220-20=200mm 當內半徑減小側磨齒增長。對大塊爐渣適應性增強。綜合考慮取內半徑為120mm,間隔 環(huán)外半徑取100mm. 工作軸圓心與碎渣槽中心重合，取碎渣座底面與底座墊板上表面持平， 取碎渣座頂面距軸中心線垂直距離為50mm.取碎渣座高250mm,因取中心線到邊沿 為180mm.故取寬為360mm.取三分之一圓弧為剪

37、切區(qū)域，約三分之二為研磨區(qū)。 碎渣板底面螺栓的計算： 圖1.4 對0點取矩得： ------------------（2） 求 --------------------------(1) 式中 式中q=3528N.M 帶入（1）式： 帶入（2）式： （四）.采用受剪螺栓： 式中[。 圖1.5

38、 碎渣座托板焊接在側壁上 估計碎渣座質量 因其為主要研磨結構選取材料為： 鐵種為：鑄造用磷 、銅、鈦低合金耐磨鑄鐵。 鐵號：NMI 22 “N” “M” “I” 分別為“耐” “磨“ “鑄” 的拼音第一個字母 22位平均磷含量的千分之幾 si:0.2% Mn:0.05% s:0.004% p:0.06% Cu:o.o5% （五）.磨齒的計算： 在工作的過程中，若某一磨齒突然被卡死。此時此齒受到的沖擊載荷最大： 把磨齒假象成一水平懸臂梁：

39、此時=5038N.M 若考慮軸徑及磨齒的傾斜側扭矩定小于5038N.M 計算時取5038N.M側必滿足要求。 圖1.6 圖1.7 （六）.碎渣牙輪齒數(shù)的計算： 若取三個齒： 1.38-80 側弦長為 ： 若取四個齒： 1.38-80 弦長：0.22 即可要入的最大塊爐渣直徑為260mm，因電廠出渣塊較大，去四個齒不是很合適。 綜上分析，取三個齒。 圖1.8 （七）.焊接強度的計算： 1.托板厚度的確定：材料的選?。?5鋼 經退火

40、淬火 回火 處理 以增加剛度、強度、韌性及表面硬度。 取寬度為400mm.且寬度方向上全部焊接。 取20mm 2. h 2 便于定位 圖1.9 有計算結果可知，水平焊接體滿足要求。故長度不做要求。取為30 mm. 因固定螺栓為M20,所以取h為60mm. （八）.軸的計算： 碎渣牙輪寬50mm, 間隔環(huán)寬60+10+10=80mm

41、 595-570=25mm 右側預留5mm后 25-5=20mm 軸徑的初步計算： 式中c取98 軸材料取合金鋼 查《機械設計》 表16.3得： 取d=120mm 如圖所示: 圖1.0 圖1.11 對 A點取矩： -2800 （九）.

42、軸承的計算： GB283-87 代號92324（中系列） 軸承采用內圈右單擋邊并帶斜擋圈的圓柱滾子軸承 內徑120mm.外徑260mm.額定動載荷430KN.額定靜載荷353KN. 預期使用壽命：10000—25000h P= 查手冊 基本額定動載荷：125KN 壽命： 軸承寬：55mm （十）.齒輪輪齒的計算： 齒輪材料均采用合金鋼 因碎渣座寬360mm且兩軸中心與碎渣槽中心重合，取節(jié)圓半徑180mm. 大齒輪節(jié)圓直徑為180mm.取分度圓為節(jié)圓 小輪：壓力角 齒寬系數(shù)： 取65mm. 取

43、齒根高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 基圓直徑： 齒距： 齒厚： 齒槽寬：e= 由于采用開式齒輪傳動故在未產生疲勞疲勞點蝕前已經出現(xiàn)磨粒磨損，所以不需進行接觸疲勞強度計算 大齒輪、小齒輪、軸均采用40Cr合金鋼 （十一）.大齒輪輪轂的計算： （十二）.彎曲疲勞強度的計算： 大齒輪： 小齒輪： 取大齒輪的值。 模數(shù)： 為補償磨粒磨損，增大10%后，取10mm. K= 其中 [ 當m=10時， [ 其中 K= （十三）.成形軸的表面擠壓應力計算: 小齒輪輪轂的計算: （十四）.小齒輪軸鍵的選擇:

44、 由減速器可知 選平鍵 鍵長56mm 如圖所示: （十五）.間隔環(huán)尺寸的確定: 軸1首末間隔環(huán)寬65mm,其余寬80mm. 內半徑為成型軸 固取內半徑為80mm. 外半徑R取100mm. 如圖所示: 圖1.12 軸及碎渣牙輪,間隔環(huán)的質量計算:(軸1) 軸的質量計算為: 碎渣牙輪的質量: 4 間隔環(huán)的質量: 總重:(500+108+36+164)=7918N 當堵轉時: 受力如圖： 圖1.13 （十六）.軸承座固定螺栓的連接的計算: 采用受拉螺栓

45、的連接: 軸承座質量估算為20kg 其中 其中由<<機械設計>>課本 得: 螺栓材料取合金鋼 12.9級 其中 取 帶入上式得: d （十七）.花鍵軸的計算: 因轉矩較大 采用花鍵軸聯(lián)接: 取z=6 D=110mm d=100mm T=KZh 花鍵的校核: 式中 [ 其中K= 如圖所示： 圖1.14 （十八）.軸承座的設計及計算： d=120mm D=260mm 寬B=205mm. H=330mm

46、 圖1.15 （十九）軸承的潤滑： 因采用圓柱滾子軸承，且值為120 所以采用脂潤滑 由于是低速重載所以發(fā)熱量較高，且采用水封并采用鋰基脂（特點：錐入度大，所以較軟，內摩擦阻力小。工作溫度范圍大-20-----有較好的穩(wěn)定性與抗水性）。 減速器的選擇： 圓錐圓柱型減速器 ZBJ19026—90 DCY型 名義中心距 a=200mm M=175mm （二十）.聯(lián)軸器的選擇： 選用滑塊聯(lián)軸器（JB/ZQ4384-86） 滑塊聯(lián)軸器具有補償對中誤差，減震、緩沖的作用。 （二十一）.側板的計算： 為使結構

47、緊湊側板寬與軸長相符，箱體入口寬度為620mm. 由軸的長度可確定a=365mm.由軸承座的寬度可定h=540mm. 當堵轉時力最大,為20082N. 側板厚度的校核： [ S為0.0584 鑄造成空心如圖所示： 圖1.16 第四章 控制系統(tǒng)的設計 一. 基本思路： 啟動后電機正轉，若遇故障如堵轉則反轉，反轉若不成立則停機。若反轉成立則反轉10s后正轉。若正轉仍不成立則停機，若正轉成立則正轉。 流程圖如下： 圖2.1 電機的正反轉用PLC控制，變頻器采用有反饋的矢

48、量控制。 優(yōu)點：使電機有較硬的機械特性，有較大范圍速度調節(jié)，動態(tài)響應能力強。 變頻器主電路中串入空氣自動開關，便于斷開主回路進行維修，串入繼電器以便接通與斷開主回路。 （一）可編程控制器的基礎知識 1、可編程序控制器(Programmable controller) 可編程序控制器簡稱PC，是近年來迅速發(fā)展并得到廣泛應用的新一代工業(yè)自動化控制裝置。早期的可編程序控制器在功能上只能實現(xiàn)邏輯控制，因此被稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic controller)，簡稱PLC。隨著技術的進步，微處理器(Micro—processer Unit，即MPU)獲得廣泛應

49、用，一些PLC生產廠家開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元，大大加強了PLC的功能，它不僅具有邏輯控制功能,而且具有算術運算功能和對模擬量的控制功能。因此，美國電氣制造協(xié)會(National Electrical Manufacurers Asociation，簡稱NEMA)于1980年將它正式命名為可編程序控制器(Programmable controller)，簡稱PC。該名稱已在工業(yè)界使用多年，但近年來個人計算機(Personal Computer)也簡稱PC，為了區(qū)別,目前可編程序控制器常被稱為PLC。 美國電氣制造協(xié)會和國際電工委員會分別于1980年和1985年給可編程

50、序控制器下了定義，國際電工委員會還在1982年和1985年頒布了可編程序控制器標準草案。國際電工委員會在1985年頒布的標準中，對可編程序控制器定義為：可編程序控制器是一種專為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。它采用可編程序的存儲器．用宋在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種生產機械或過程。 近年來，P比的發(fā)展非常迅速．其功能已遠遠超出上述定義范圍。 2、 PLC的發(fā)展趨勢 由于工業(yè)生產對自動控制系統(tǒng)需求的多樣性，PLC的發(fā)展方向有兩個： 一是朝著小型、簡易、價格低廉方向發(fā)展。近年來，單片機的

51、出現(xiàn)，促進了PLC向緊湊型發(fā)展，體積減小，價格降低，可靠性不斷提高。這種PLC可以廣泛取代繼電器控制系統(tǒng)，應用于單機控制和規(guī)模比較小的自動線控制，如日本立石公司的C20P、C40P、C60P、C20H、C40H等。 二是朝著大型、高速、多功能方向發(fā)展。大型PLC一般為多處理器系統(tǒng)，由字處理器、位處理器和浮點處理器等組成,有較大的存儲能力和功能很強的輸入輸出接口。通過豐富的智能外圍接口，可以獨立完成位置控制、閉環(huán)調節(jié)等特殊功能；通過問絡接口，可級連不同類型的PLC和計算機，從而組成控制范圍很大的局部網絡,適用于大型自動化控制系統(tǒng)，如霍尼韋爾的9000系列等。 從PLC的發(fā)展趨勢看，P

52、LC控制技術將成為今后工業(yè)自動化的主要手段。在未來的工業(yè)生產中PLC技術、機器人技術和CAD／CAM技術將成為實現(xiàn)工業(yè)生產自動化的三大支柱。 3、 PLC的基本功能 1〉．邏輯控制功能 邏輯控制功能實際上就是位處理功能,是PLC的最基本功能之一。PLC設置有“與”(AND)、“或”(0R)、“非”(N()T)等邏輯指令，利用這些指令，根據(jù)外部現(xiàn)場(開關、按鈕或其他傳感器)的狀態(tài)，按照指定的邏輯進行運算處理后，將結果輸出到現(xiàn)場的被控對象(電磁閥、電機等)。因此，PLC可代替繼電器進行開關控制，完成接點的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種聯(lián)接。另外，在PLC中一個邏輯位的狀態(tài)可

53、以無限次地使用，邏輯關系的修改和變更也十分方便。 2〉．定時控制功能 定時控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的定時器，其功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值(定時時間)可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。程序執(zhí)行時，PLC將根據(jù)用戶用定時器指令指定的定時器對某個操作進行限時或延時控制，以滿足生產工藝的要求。 3〉.計數(shù)控制功能 計數(shù)控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC為用戶提供了許多計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值時，產生一個狀態(tài)信號(計數(shù)值到)，利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控

54、制。計數(shù)器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據(jù)需要進行修改。程序執(zhí)行時，PLC根據(jù)用戶用計數(shù)器指令指定的計數(shù)器對某個控制信號的狀態(tài)改變次數(shù)(如某個開關的閉合次數(shù))進行計數(shù)，以完成對某個工作過程的計數(shù)控制。 4〉．步進控制功能 PLC為用戶提供了苦干個移位寄存器，可以實現(xiàn)由時間、計數(shù)或其他指定邏輯信號為轉步條件的步進控制。即在一道工序完成以后，在轉步條件控制下,自動進行下一道工序。有些PLC還專門設置了用于步進控制的步進指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。 5〉．數(shù)據(jù)處理功能 PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實現(xiàn)算術運算、數(shù)據(jù)比

55、較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉換、譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯(lián),實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印。 6〉．問路控制功能 有些PLC具有A／D、D／A轉換功能，可以方便地完成對模擬量的控制和調節(jié)。 7〉．通訊聯(lián)網功能 有些PLC采用通訊技術．實現(xiàn)遠程I／O控制、多臺PLC之間的同位鏈接、PLC與計算機之間的通訊等。例如日本立石的C系列PLC，利用雙絞線或光纖，可以聯(lián)接多個遠程從站，每個從站可達數(shù)百個1／O點。利用PLC同位鏈接，可以把數(shù)十臺PLC采用同級或分級的方式聯(lián)成網絡，使各臺PLC的I／O狀態(tài)相互透

56、明。采用PLC與計算機之間的通訊聯(lián)接，可以用計算機作為上位機，下面聯(lián)接數(shù)十臺PLC作為現(xiàn)場控制機，構成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，以完成較大規(guī)模的復雜控制。PLC的聯(lián)網相通訊技術還在迅速發(fā)展，目前還沒有統(tǒng)一標準。 8〉．監(jiān)控功能 PLC設置了較強的監(jiān)控功能。利用編程器或監(jiān)視器，操作人員可對PLC有關部分的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。利用編程器，可以調整定時器、計數(shù)器的設定值和當前值，并可以根據(jù)需要改變PLC內部邏輯信號的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內容，為調試和維護提供了極大的方便。 9〉．停電記憶功能 PLC內部的部分存儲器所使用的只RAM設置了停電保持器件(

57、如備用電池等),以保證斷電后這部分存儲器中的信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態(tài)進行記憶，以保持PLC斷電后的數(shù)據(jù)內容不變。PLC電源恢復后，可以在原工作基礎上繼續(xù)工作。 10〉．故障診斷功能 PLC可以對系統(tǒng)構成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動中止運行。PLC的故障自診斷功能,大大提高PLC控制系統(tǒng)的安全性和可維護性。 4 PLC的特點 1〉.靈活通用 在實現(xiàn)一個控制任務時，PLC具有很高的靈活性。首先，PLC產品已系列化，結構形式多種多樣．在機型上具有很大的選擇余地。其次，同一機型的P

58、LC,其硬件構成具有很大的靈活性，用戶可根據(jù)不同任務的要求，選擇不同類型的輸入輸出模塊或特殊模塊，組成不同硬件結構的控制裝置。再者，PLC是利用軟件實現(xiàn)控制的，在軟件編制上具有較大的靈活性。在實現(xiàn)不同的控制任務時，PLC具有良好的通用性。相同硬件構成的PLC，利用不同的軟件可以實現(xiàn)不同的控制任務。在被控對象的控制邏輯需要改變時．利用PLC可以很方便地實現(xiàn)新的控制要求，而利用一般繼電器控制線路則很難實現(xiàn)。 2〉.安全可靠 為滿足工業(yè)生產對控制設備安全可靠性的要求，PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的半導體電路來完成，選用的電子器件一般是工業(yè)級，有的甚至是軍用級，PL

59、C的平均無故障時間在兩萬小時以上。PLC完善的自診斷功能，能及時診斷出PLC系統(tǒng)的軟、硬件故障，并能保護故障現(xiàn)場，保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性。 3>．環(huán)境適應性好 PLC具有良好的環(huán)境適應性，可應用于較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。例如，有的N工在電源電壓AC220l5％、電源瞬間斷電10ms的情況下，仍可正常工作；具有很強的抗空間電磁干擾的能力，可以抗d9值1000v、脈寬10Ps的矩形被空間電磁干擾能力和抗沖擊能力；對環(huán)境溫濕度要求不高，在環(huán)境濕度一20~65℃、相對濕度35%~85％情況下可正常工作。 4>．使用方便、維護簡單 PLC的用戶界面十分友好，給

60、使用者帶來很大的方便。PLC提供標準通訊接口，可以很方便地構成PLC網絡或計算機一PLC網絡。PLC按制信號的輸入輸出非常方便，對于邏輯信號來說，輸入輸出均采用開關方式，不需要進行電平轉換和驅動放大；對于模擬信號來說，輸入輸出均采用傳感器、儀表的標準信號。PLC程序的編制和調試非常方便，PLC的編程語言一般采用梯形固語言，與繼電器控制線路固很相似，即使沒有計算機知識的人世很容易掌握；PLC具有監(jiān)控功能，利用編程器或監(jiān)視器可以對PLC的運行狀態(tài)、內部數(shù)據(jù)進行監(jiān)視或修改，增加了調試工作的透明度。PLC控制系統(tǒng)的維護非常簡單，利用PLC的自診斷功能和監(jiān)控功能，可以迅速查找到故障點，及時予以排除。

61、 5>．速度較慢、價格較高 PLC的速度與單片機等計算機相比相對較低，單片機兩次執(zhí)行程序的時間間隔可以是ms級甚至μs級，一般的PLC兩次執(zhí)行程序的時間間隔是10ms級。PLC的一般輸入點在輸入信號頻率超過十幾赫后就很難正常工作，為此，有的PLC沒有高速輸入點，可輸入頻率數(shù)千赫的開關信號。PLC的價格也較高，是單片機系統(tǒng)的2—3倍。但是，從整體上說，PLC的性能價格比是令人滿意的。 5 PLC的分類 PLC的種類很多，其實現(xiàn)的功能、內存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大差異。因此，PLC的分類沒有一個嚴格統(tǒng)一的標準，而是按照結構形式、控制規(guī)模、實現(xiàn)的功能進行大致地分類。

62、 1>．按結構形式分類 PLC按照硬件的結構形式可以分為整體式和組合式。整體式PLC外觀上是一個長方形箱體，又稱為箱式PLC。組合式PLC在硬件構成上具有較高的靈活性，其模塊可以像拼積木似的進行組合，構成具有不同控制規(guī)模和功能的PLC，因此這種PLC又稱為積木式PLC。 (1)整體式PLC：整體式PLC的CPU、存儲器、輸入輸出安裝在同一個機體內，如立石公司的C20P、C40P等。這種結構的特點是：結構簡單，體積小，價格低，輸入輸出路數(shù)固定，實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，靈活性較低。 (2)組合式PLC：組合式PLC為總線結構。其總線做成總線板、上面有若干個總線槽，每

63、個總線槽上可安裝一個PLC模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。PLC的CPU、存儲器和電源等做成一個模塊，該模塊在總線板上的安裝位置一般來說是固定的，而且該模塊也是構成組合式PLC所必需的。其他的模塊可根據(jù)PLC的控制規(guī)模、實現(xiàn)的功能選取，安裝在總線板的其他任一總線槽上。組合式PLC安裝完成后，需進行登記，使PLC對安裝在各總線槽上的模塊進行確認。組合式PLC的總線板又稱為基板。組合式PLC的特點是構成靈活性較高，可構成具有不同控制規(guī)模相功能的PLC；價格較高。 2．按控制規(guī)模分類 輸入輸出的總路數(shù)，又稱為I/O點數(shù)，是表征PLC控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此按控制規(guī)模對PLC分類時

64、，可根據(jù)I/O點數(shù)的不同大致分為小型、中型和大型PLC。 (1)小型PLC：I/O點數(shù)較少,在256點以下的PLC。 (2)中型PLC：I/O點數(shù)較多,在256點以上、2048點以下的PLC。 (3)大型PLC：I/O點數(shù)較多，在2048點以上的PLC。 3．按實現(xiàn)的功能分類 按照PLC所能實現(xiàn)的功能的不同，可以把PLC大致地分為低檔、中檔和高檔機三類。 (1)低檔機：具有邏輯運算、計時、計數(shù)、移位、自診、監(jiān)控等基本功能，還具有—定的算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通訊、遠程和模擬量處理功能。 (2)中檔機：除具有低擋機的功能外，

65、還具有較強的算術運算、數(shù)據(jù)傳送相比較、數(shù)據(jù)轉換、遠程、通訊、子程序、中斷處理棚回路控制功能。 (3)高檔機：除具有中檔機酌功能外，還具有帶符號數(shù)的算術運算、矩陣運算。函數(shù)、表格、CRT顯示、打印機打印等功能。 一般地，低檔機多為小型PLC，采用整體式結構；中檔機可為大、中、小型PLC,其中小型PLC多采用整體式結構,中型和大型PLC采用組合式結構；高檔機多為大型PLC采用組合式結構。目前，在國內工業(yè)控制中應用最廣泛的是中、低檔機。 6 PLC的應用范圍 日前，在冶金、化工、機械、電子、電力、輕工、建筑建材、交通等幾乎所有的工業(yè)控制過程均可用PLC實現(xiàn)。但是，不同檔次的PLC又

66、有其不同的應用范圍。低檔小型PLC可廣泛地代替繼電器控制線路，進行邏輯控制,適用于開關量較多，沒有或只有很少幾路模擬量的場合，如行車的自動控制等。中擋PLC可廣泛應用于具有較多開關量，少量模擬量的場合，如自動加工機床等。高檔PLC適用于具有大量開關量和模擬量的場合，如化工生產過程等。 7可編程控制器的工作方式 當PLC運行時，CPU就要執(zhí)行用戶程序中的操作。但是CPU不可能同時執(zhí)行多個操作，只能分時地一個操作一個操作地執(zhí)行。PLC利用系統(tǒng)軟件在其內部建立了輸入輸出映像區(qū)，當PLC的CPU執(zhí)行用戶程序時．從輸入映像區(qū)中讀取軸入信號的狀態(tài)，進行相應的操作。當CPU執(zhí)行完第一個操作后，將操作結果送到輸出映像區(qū)，然后再執(zhí)行第二個操作，操作結果送到輸出映像區(qū)。在程序執(zhí)行過程中，PLC并不讀取輸入信號的真正狀態(tài)，執(zhí)行結果也并沒有輸出到PLC外部。只有當程序執(zhí)行到結束指令(END)時，將輸出映像區(qū)中執(zhí)行結果向PLC外部輸出一次，將輸入信號的狀態(tài)讀取一次送別輸入映像區(qū)。對輸入輸出信號的這一操作過程稱為I/O刷新。I/O刷新完