型鋼堆垛機畢業(yè)設(shè)計說明書

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　型鋼堆垛機是一種用于對成型鋼材自動打捆的設(shè)備。</p><p>　　本文簡要介紹了型鋼堆垛機的整體組成部分及其分類，闡述了型鋼堆垛機的總體設(shè)計，重點介紹了型鋼堆垛機的自動控制系統(tǒng)設(shè)計、壓緊機構(gòu)的設(shè)計。主要包括型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)的功能分析、控制系統(tǒng)類型的選擇、輸入/輸出設(shè)備的確定、PLC簡介及設(shè)備選

2、型、PLC的I/O口的分配、PLC控制系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計、PLC程序編制、系統(tǒng)調(diào)試；還包括壓緊機構(gòu)液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度校核。</p><p>　　關(guān)鍵字：型鋼堆垛機；自動控制；PLC；壓緊機構(gòu)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The section steel stacking machine is

3、an equipment for profile steel automatic baling.</p><p>　　This article introduced overall components and sorting of Steel bar stacker, and simply introduced the design of overall stacker for bar shape, and i

4、ntroduced the design of control system of automatic stacker for bar shape and impaction emphasis mechanism in detail. In this paper, there has mainly included the function analysis of control system of automatic stacker

5、for bar shape, the tape selection of control system, the determination of input and output device, the introduction of PLC and the </p><p>　　Keywords:Section steel stacking machine; Automatic control; Progra

6、mmable Logic Controller; Impaction emphasis mechanism</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 概

7、述1</b></p><p>　　1.1 型鋼堆垛機簡介1</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容及任務(wù)2</p><p>　　第2章 型鋼堆垛機總體設(shè)計3</p><p>　　2.1 型鋼堆垛機的設(shè)計參數(shù)3</p><p>　　2.2 堆垛機的工藝流程3</p><p

8、>　　2.3 堆垛機的機構(gòu)平面位置分布3</p><p>　　2.4 堆垛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計4</p><p>　　2.5 堆垛機的總體尺寸5</p><p>　　2.6 堆垛機傳動系統(tǒng)的選擇5</p><p>　　2.7 堆垛機自動控制系統(tǒng)的基本設(shè)計5</p><p>　　2.7.1 設(shè)計的基本要求6&l

9、t;/p><p>　　2.7.2 設(shè)計的基本思路6</p><p>　　2.8 堆垛機壓緊機構(gòu)的基本設(shè)計6</p><p>　　2.8.1 設(shè)計的基本要求6</p><p>　　2.8.2 設(shè)計的基本思路6</p><p>　　第3章 型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計7</p><p>　　

10、3.1 自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)分析7</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)功能分析及控制要求7</p><p>　　3.1.2 控制系統(tǒng)類型的選擇7</p><p>　　3.1.3 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計基本原則9</p><p>　　3.1.4 控制所需輸入/輸出設(shè)備的確定10</p><p>　　3.2 PLC簡

11、介及設(shè)備選型17</p><p>　　3.2.1 PLC概述17</p><p>　　3.2.2 PLC基本結(jié)構(gòu)及原理22</p><p>　　3.2.3 PLC設(shè)備選型25</p><p>　　3.3 PLC的I/O口的分配28</p><p>　　3.4 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計29</p>

12、<p>　　3.4.1 PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計29</p><p>　　3.4.2 PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計30</p><p>　　3.5 PLC控制系統(tǒng)程序調(diào)試33</p><p>　　3.5.1 I/O端子測試33</p><p>　　3.5.2 系統(tǒng)調(diào)試33</p><p>　　第4章 型鋼

13、堆垛機壓緊機構(gòu)的設(shè)計與計算35</p><p>　　4.1 壓緊機構(gòu)概述35</p><p>　　4.2 壓緊機構(gòu)平面布置方案設(shè)計35</p><p>　　4.3 壓緊機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計35</p><p>　　4.4 壓緊機構(gòu)液壓缸的設(shè)計35</p><p>　　4.4.1 液壓缸的類型選擇35</p&

14、gt;<p>　　4.4.2 基本參數(shù)設(shè)計36</p><p>　　4.4.3 液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核38</p><p>　　4.4.4 液壓缸的活塞桿的強度校核和彎曲穩(wěn)定性驗算40</p><p>　　第5章 經(jīng)濟性分析42</p><p>　　第6章 結(jié)論43</p><p><b

15、>　　參考文獻44</b></p><p>　　附錄一 PLC自動控制系統(tǒng)編程梯形圖45</p><p>　　附錄二 PLC自動控制系統(tǒng)編程指令表49</p><p><b>　　致 謝51</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p>

16、<p>　　1.1 型鋼堆垛機簡介</p><p>　　型鋼堆垛機是一種用于對成型鋼材自動打捆的設(shè)備。其安裝在矯直設(shè)備和定尺剪切設(shè)備之后。型鋼自動打捆生產(chǎn)線是由機械部分（包括單傳輥道、撥鋼機構(gòu)、移鋼機構(gòu)、分組機構(gòu)、定位機構(gòu)、平移堆垛機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、垛臺升降機構(gòu)、壓緊機構(gòu)及垛臺單傳輥道等10個子機構(gòu)）、液壓控制系統(tǒng)、PLC自動控制系統(tǒng)等組成。</p><p>　　型鋼堆垛機大體

17、組成可分為以下幾大部分：原動部分、驅(qū)動部分、執(zhí)行部分、控制部分以及輔助系統(tǒng)、照明設(shè)施、電鈴報警等。它的主要優(yōu)點在于實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線的自動控制，從而提高堆垛機的堆垛效率，這也是鋼材堆垛打捆發(fā)展的趨勢。它不僅克服了過去人工堆垛的生產(chǎn)效率低、打捆質(zhì)量差、成本高、工作環(huán)境危險等缺點，更重要的是解決了型鋼堆垛打捆對整個軋鋼生產(chǎn)線發(fā)展的阻礙，很大程度上提高鋼材生產(chǎn)線的效率。</p><p>　　目前，世界上堆垛機的發(fā)展已經(jīng)很

18、成熟了；已發(fā)展形成了各種類型的小型車間用的標(biāo)準(zhǔn)堆垛機主要有兩大類：磁性和非磁性堆垛機。</p><p>　　第一類是磁性堆垛機。軋件由裝有可調(diào)磁性的翻轉(zhuǎn)臂和輸送小車進行一車堆垛，并且層與層之間是面對面或背對背交替放置的。該系統(tǒng)主要運用于中型型鋼堆垛，全部由計算機自動操作。從矯直機和冷剪（停剪或冷飛剪）出來的型鋼層通過翻轉(zhuǎn)臂從輸出輥道上移送到堆垛機前的輸送機上，翻轉(zhuǎn)臂上裝有可調(diào)磁性的磁頭，對鋼材層進行制動和定位。輸

19、送機一般較長，目的是使鋼材有較長的滯留時間；同時也給該堆垛機的操作帶來更高的靈活性。由于其上沒有齊頭輥道和專用擋板，故需要所有鋼材層在運輸中齊頭。</p><p>　　磁性堆垛機還有一個緊急運輸系統(tǒng)，它可以在停產(chǎn)時或軋件不滿足矯直公差要求時將型鋼收集在一個專用的料筐內(nèi)。抬高擋板可以將后面跟來的料層分開，形成預(yù)定數(shù)量的鋼材層，這些料層被磁性運輸車托起或被磁性翻磚臂拾取。磁性堆垛機把鋼材堆垛后，由平立輥道輸送到打捆區(qū)

20、，平立輥道的寬度是可調(diào)的，以避免料垛散落。</p><p>　　另一類是非磁性堆垛機。軋制由兩套液壓-機械機構(gòu)控制的機械手進層層堆垛，其動作類似于人手?？蓨A持并移送鋼材，將鋼材層面對面或背對背的進行堆放，主要適用于中小斷面型鋼，可避免料層中鋼材在堆垛臂失磁時散落，形成不正確的料捆成形狀。</p><p>　　非磁性堆垛機堆垛鋼材時，矯直后的鋼材從堆垛前輥入輥道上被移向并收集在裝有專用鏈條的

21、緩沖區(qū)。其專用鏈條用于避免單根鋼材在運輸中重疊；其升降擋板與一個易更換的梳料裝置相結(jié)合，可奇數(shù)、偶數(shù)交替而精確地選擇每單層的數(shù)量。已成型的料層由直線運動的升降臂或通過夾持系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)料層來實現(xiàn)料層面對面或背對背交替堆放于步進下降的運輸架上形成料垛。非磁性堆垛機即純機械堆垛機的顯著特點就是無故障的處理雙層型鋼的能力，故其機械效率可提高一倍。</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容及任務(wù)</p><

22、;p>　　本次設(shè)計的堆垛機屬于第一類磁性堆垛機。通過在移鋼機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上安裝堆垛電磁鐵來實現(xiàn)槽鋼的交替堆放。堆垛方式是槽鋼：6根/層，共4層，如圖1-1所示，每層分為正反兩排（角鋼是每層5根，共6層，每層也分為正反兩排，一排槽口向下3根，另一排槽口向上2根，如圖1-2所示）。由于槽鋼和角鋼的結(jié)構(gòu)不同要在不改變堆垛機結(jié)構(gòu)條件下實現(xiàn)不同鋼的堆垛就需要在PLC程序上加以變化，這也是PLC自動控制的優(yōu)點；這里主要根據(jù)槽鋼堆垛進行PLC控

23、制系統(tǒng)的設(shè)計和編程。</p><p>　　圖1-1 槽鋼堆垛方式</p><p>　　圖1-2 角鋼堆垛方式</p><p>　　本次設(shè)計主要設(shè)計型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)及其壓緊機構(gòu)。</p><p>　　設(shè)計參數(shù)：型鋼（槽鋼20號）長度為8～10m；單傳輥道輥邊速度1.88 m/s；平移堆垛機構(gòu)動作周期33 s；翻轉(zhuǎn)堆垛機構(gòu)動作周期11s，液

24、壓系統(tǒng)額定工作壓力：10MPa。</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容：</b></p><p>　　1、堆垛機總體設(shè)計。包括堆垛機總體尺寸的確定，堆垛機各機構(gòu)平面布置位置的確定，傳動系統(tǒng)的選擇；</p><p>　　2、堆垛機電氣控制系統(tǒng)。包括堆垛機電氣控制系統(tǒng)的功能分析、選型設(shè)計和PLC編程；</p><p>　　3

25、、堆垛機壓緊機構(gòu)。包括壓緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓緊機構(gòu)設(shè)計與校核。</p><p>　　第2章 型鋼堆垛機總體設(shè)計</p><p>　　型鋼堆垛機的總體設(shè)計是設(shè)計人員在根據(jù)工廠所需要的成型鋼材堆垛設(shè)備，對堆垛機作出的初步的、總體的設(shè)計。堆垛機總體設(shè)計主要包括：確定型鋼堆垛機的工藝流程、型鋼堆垛機平面示意圖的初步確定、主要機構(gòu)的簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計、總體尺寸的確定、堆垛機驅(qū)動裝置的確定和自動控制系統(tǒng)的基

26、本設(shè)計。</p><p>　　2.1 型鋼堆垛機的設(shè)計參數(shù)</p><p>　　(1) 堆垛機堆垛的型鋼為：20#槽鋼，根據(jù)，查得：</p><p>　　其線密度為，定尺長度范圍為8～10m；</p><p>　　(2) 堆垛速度約為4分鐘／捆； </p><p>　　(3) 班垛能力為450～470噸/班；</

27、p><p>　　(4) 堆垛成捆的型鋼做到一頭齊，符合國家堆垛包括標(biāo)準(zhǔn)GB2101－89。</p><p>　　2.2 堆垛機的工藝流程</p><p>　　軋制好的鋼材經(jīng)單傳輥道輸送到型鋼堆垛機上，再由撥鋼機構(gòu)將鋼材撥到移鋼機構(gòu)的鏈條上，然后由移鋼機構(gòu)將鋼材輸送到定位機構(gòu)，中途有分組機構(gòu)將鋼材分為3根一組，分好組的鋼材到定位機構(gòu)后被精確的定位后，再由平移機構(gòu)送至垛臺上

28、，下一組分好組的鋼材被定位機構(gòu)定位后，經(jīng)由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)送至垛臺上，垛臺上的鋼材排成了形如圖1-1所示的排放形式。然后垛臺下降相應(yīng)的高度，使下一輪堆垛的鋼材和這一次的高度相等。經(jīng)過4次循環(huán)后，垛臺上的鋼材就排成了6根/層，共4層的形狀。然后由壓緊機構(gòu)把鋼材壓緊，到此堆垛過程結(jié)束，再由垛臺輸送輥道將堆垛好的鋼材輸送出去。此后，型鋼堆垛機按這個順序再進行下一輪的堆垛。</p><p>　　2.3 堆垛機的機構(gòu)平面位置分

29、布</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場要求、堆垛機的工藝流程和其他同類設(shè)備的使用情況，初步確定型鋼堆垛機的機構(gòu)平面位置分布，如圖2-1所示。</p><p>　　撥鋼機構(gòu)是將電動機布置在一端，而移鋼機構(gòu)是將電動機布置在兩根輸出軸的聯(lián)接一端，大體上在堆垛機的中間。撥鋼過程中撥抓只需克服單根槽鋼與滾筒之間的滑動摩擦，因此載荷較小需要傳遞的最大扭矩也較小，綜合考慮現(xiàn)場其他結(jié)構(gòu)的布置情況將電動機布置在傳

30、動軸的一端。移鋼機構(gòu)在工作時，由于傳動距離較大(約6.4m)并且載荷較撥鋼大的多，軸較長，最大扭矩較大，因此將電動機布置在兩根軸的中間，這樣單根軸所承受的最大扭矩要小得多。</p><p>　　根據(jù)型鋼堆垛機的機構(gòu)平面位置分布，可確定型鋼自動堆垛的生產(chǎn)線的設(shè)備及其功能要求如下：</p><p>　?。?）幾組輸送輥道；輸送輥道選用單傳輥道，當(dāng)非連續(xù)的少數(shù)電機故障時，不影響其他電機的使用。&

31、lt;/p><p>　?。?）撥鋼機構(gòu)；撥鋼機選用鏈條撥爪拽引，鏈條（平速片）速度0.34米/秒。</p><p>　?。?）移鋼機構(gòu)；把合格產(chǎn)品送到分組、定位、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。</p><p>　　圖2-1 堆垛機機構(gòu)平面位置分布圖</p><p>　?。?）分組機構(gòu)；保證鋼材以三根或兩根的形式可靠分組。</p><p>　　

32、（5）定位機構(gòu)；使鋼材能停留在指定位置接受平移堆垛或者翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　（6）平移堆垛機構(gòu)；翻轉(zhuǎn)堆垛機構(gòu)；通過交替運行堆垛分好組的型鋼。</p><p>　?。?）垛臺升降機構(gòu)；保證垛臺與床面平齊。</p><p>　?。?）鋼垛壓緊機構(gòu)；使堆垛排列緊密、整齊，便于輸送。</p><p>　?。?）堆垛輸送運輸輥道；輸送運輸輥道選用

33、單傳輥道，當(dāng)非連續(xù)的少數(shù)電機故障時，不影響其他電機的使用。</p><p>　　2.4 堆垛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　根據(jù)上述工藝過程和圖2-1可知，該設(shè)備主要由以下機構(gòu)組成：單傳輥道、撥鋼機構(gòu)、移鋼機構(gòu)、分組機構(gòu)（槽鋼分組機構(gòu)）、定位機構(gòu)、平移機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、垛臺升降機構(gòu)、壓緊機構(gòu)及垛臺單傳輥道。</p><p>　　單傳輥道部分由電機、行星齒輪減速器、單

34、傳輥道等組成；撥鋼機構(gòu)部分由電機、齒輪減速器、鏈條（含撥爪）、鏈輪等組成；移鋼機構(gòu)同撥鋼機構(gòu)類似，也是由電機、齒輪減速器、鏈條、鏈輪等組成；分組機構(gòu)是由液壓缸、四連桿機構(gòu)等組成；定位機構(gòu)同分組機構(gòu)類似，也是是由液壓缸、四連桿機構(gòu)等組成；平移機構(gòu)由液壓缸、液壓馬達、升降梁、電磁鐵等組成；翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由液壓缸、軸、齒輪、電磁鐵等組成；垛臺升降機構(gòu)是由液壓缸、控制垛臺、固定滑軌等組成；壓緊機構(gòu)是由液壓缸、推頭、底座等組成；垛臺單傳輥道也是由電機、

35、行星齒輪減速器、單傳輥道等組成。</p><p>　　2.5 堆垛機的總體尺寸</p><p>　　由現(xiàn)場的技術(shù)要求和同類設(shè)備的安裝使用情況，可以初步確定堆垛機的總體尺寸約為： 。</p><p>　　2.6 堆垛機傳動系統(tǒng)的選擇</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場要求、堆垛機的工藝流程和其他同類設(shè)備的使用情況，各機構(gòu)的傳動方式選擇如下：</

36、p><p>　　由單傳輥道、撥鋼機構(gòu)和移鋼機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、運動特性，該三部分均選取三相交流異步電動機直接驅(qū)動。由于單傳輥道與撥鋼機構(gòu)的交錯布置且傳動距離較長（約6m），其選擇分布式驅(qū)動，而撥鋼機構(gòu)和移鋼機構(gòu)之間平行布置并且驅(qū)動功率不太大，撥鋼機構(gòu)需要頻繁啟動，因此選擇分別集中驅(qū)動。而分組、定位、平移和垛臺升降及壓緊動作較簡單（多為直線運動），且載荷不太大，這里選擇液壓驅(qū)動。用液壓缸的伸縮來完成分組、定位、翻轉(zhuǎn)和垛臺升

37、降及壓緊，用液壓馬達來實現(xiàn)平移。翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動為軸的旋轉(zhuǎn)運動，它的動力系統(tǒng)的主要要求為低速可調(diào)，交流電動機不能滿足要求，直流電動機雖然有低速可調(diào)的性能，但是直流電動機價錢昂貴，也不能選取，液壓傳動的鮮明特點就是低速可調(diào)，所以我們最后選液壓傳動作為翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的動力源。</p><p>　　各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活地來布置，不需要復(fù)雜的傳動系統(tǒng)。</p><p>　　綜上所述：分組機構(gòu)、定

38、位機構(gòu)、平移機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)、壓緊機構(gòu)均采用液壓驅(qū)動；單傳輥道、撥鋼機構(gòu)、移鋼機構(gòu)及垛臺單傳輥道均采用電機拖動。</p><p>　　2.7 堆垛機自動控制系統(tǒng)的基本設(shè)計</p><p>　　型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)是型鋼堆垛機完成自動堆垛的核心控制部分。其主要用于實現(xiàn)型鋼堆垛機對軋制好的型鋼自動堆垛過程的控制，實現(xiàn)無人操作、自動堆垛，節(jié)省人力。</p><p&g

39、t;　　2.7.1 設(shè)計的基本要求</p><p>　　型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)需滿足自型鋼從單傳輥道傳來，經(jīng)撥鋼機構(gòu)撥鋼，移鋼機構(gòu)移鋼，分組機構(gòu)分組，定位機構(gòu)定位，平移堆垛機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)堆垛，壓緊機構(gòu)壓緊，最后單傳輥道輸出，這一整套工作的自動控制、自動運行；其自動控制系統(tǒng)設(shè)計要求工作安全、可靠、穩(wěn)定，操作簡單，編程易學(xué)，調(diào)試簡單，維修方便。</p><p>　　2.7.2 設(shè)計的基本思路

40、</p><p>　　根據(jù)型鋼堆垛機功能分析、各個部分機構(gòu)的動作過程，確定控制控制系統(tǒng)流程圖，確定所需輸入輸出設(shè)備，然后選擇控制系統(tǒng)類型，再進行控制類型的選型設(shè)計，I/O口分配，最后編寫控制程序。</p><p>　　2.8 堆垛機壓緊機構(gòu)的基本設(shè)計</p><p>　　壓緊機構(gòu)是型鋼堆垛機正常工作的一個必不可少的部分。壓緊機構(gòu)主要是將堆垛好的型鋼（槽鋼每層6根，共

41、4層）進行橫向壓緊，以便最后成垛輸出。它的基本組成有：推頭、液壓缸、底座等。</p><p>　　2.8.1 設(shè)計的基本要求</p><p>　　壓緊機構(gòu)液壓缸提供的推力應(yīng)大于24根槽鋼和垛臺單傳輥道間的最大靜摩擦力；液壓缸要能產(chǎn)生出機構(gòu)所需要的力，并滿足相應(yīng)的強度條件；壓緊機構(gòu)整體須安裝簡單，操作易行，維修方便。</p><p>　　2.8.2 設(shè)計的基本思路 &

42、lt;/p><p>　　根據(jù)液壓缸所要求的力來計算液壓缸的具體尺寸，從而選出液壓缸的型號，并對液壓缸的活塞桿進行穩(wěn)定性計算和強度校核。</p><p>　　第3章 型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.1 自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)分析</p><p>　　3.1.1 系統(tǒng)功能分析及控制要求</p><p>　　型

43、鋼堆垛機是一種用于對成型鋼材自動打捆的設(shè)備。型鋼自動打捆生產(chǎn)線由機械部分（包括單傳輥道、撥鋼機構(gòu)、移鋼機構(gòu)、分組機構(gòu)、定位機構(gòu)、平移堆垛機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、垛臺升降機構(gòu)、壓緊機構(gòu)及垛臺單傳輥道等10個子機構(gòu)）、液壓系統(tǒng)、電氣PLC自動控制系統(tǒng)等組成。</p><p>　　型鋼堆垛機工作過程如下：</p><p>　　軋制好的鋼材經(jīng)單傳輥道輸送到型鋼堆垛機單傳輥道，再由撥鋼機構(gòu)將鋼材撥到移鋼機構(gòu)

44、的鏈條上，然后由移鋼機構(gòu)將鋼材輸送到定位機構(gòu)，中途有分組機構(gòu)將鋼材分為3根一組（槽鋼），分好組的鋼材到定位機構(gòu)后被精確的定位后，再由平移堆垛機構(gòu)送至垛臺上，下一組分好組的鋼材被定位機構(gòu)定位后傳至翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，經(jīng)由翻轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn) 送至垛臺上，垛臺上的鋼材排成了形如圖1-1所示的排放形式；然后垛臺下降相應(yīng)的高度，使下一輪堆垛的鋼材和這一次的高度相等。經(jīng)過4次循環(huán)后，垛臺上的鋼材就排成了6根/層，共4層的形狀；然后由壓緊機構(gòu)把鋼材橫向壓緊，到此堆垛

45、過程結(jié)束，再由垛臺輸送輥道將堆垛好的鋼材輸送出去。之后型鋼堆垛機按這個順序再進行下一輪的堆垛。</p><p>　　本次所設(shè)計自動控制系統(tǒng)，要求實現(xiàn)自動檢測單傳輥道是否有鋼，自動控制輥道電機的運行、停止，撥鋼電機的起停，移鋼電機的間歇動作，分組機構(gòu)的升、降時間，定位機構(gòu)的升、降時間，平移堆垛機構(gòu)的升、降、移動時間及其速度快慢，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)翻轉(zhuǎn)、返回時間，平移堆垛機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)電磁鐵得失電時間，垛臺升降機構(gòu)升、降，壓緊

46、機構(gòu)的壓緊及回位，垛臺單傳輥道的輸送，以及其中部分機構(gòu)工作指示燈控制等一整套的工作過程。除此之外，本次設(shè)計控制系統(tǒng)沒有其他特殊控制要求。</p><p>　　3.1.2 控制系統(tǒng)類型的選擇</p><p>　　從滿足型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)的安全性、擴展性、可靠性、穩(wěn)定性方面考慮，目前常見的機械自動控制系統(tǒng)，主要有單片機控制、PLC控制、工業(yè)控制計算機集中控制以及繼電器控制等類型。</

47、p><p>　　隨著集成芯片技術(shù)的不斷提高，特別是高檔8位、16位單片機的普及，由單片計算機及其外圍芯片構(gòu)成了單片機控制系統(tǒng)。其特點是單片機本身小巧、功耗低，實時控制功能強，但是其軟、硬件的開發(fā)必須借助于開發(fā)工具，系統(tǒng)調(diào)試?yán)щy，不具有自開發(fā)能力。</p><p>　　工業(yè)控制計算機控制系統(tǒng)有較強的軟、硬件支持，可利用通用計算機的軟、硬件資源來支持自動控制系統(tǒng)進行工作，具有自開發(fā)能力，有較強的可

48、視能力和數(shù)據(jù)處理能力，更適合于計算機集中控制系統(tǒng)應(yīng)用。</p><p>　　繼電器控制是采用硬邏輯的方式，一個繼電器線圈的通斷將會同時影響該繼電器的所有常開常閉觸點動作，同觸點在控制線路的位置無關(guān)。雖然繼電器控制不需要很強的軟、硬件支持且價格相對便宜，但其性能不穩(wěn)定精度不高，不具備自動控制所期望達到的功能。</p><p>　　PLC是一種新型的具有極高可靠性的通用工業(yè)自動化控制裝置。它以

49、微處理器為核心，有機地將微型計算機技術(shù)、自動化控制技術(shù)及通信技術(shù)融為一體。其主要特點如下：</p><p><b>　　1、高可靠性</b></p><p>　　所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離，防止外部高壓的竄入。各輸入端均采用R-C濾波器，有效的抑制了高頻抗干擾信號。PLC電路中還設(shè)置了“看門狗”電路，能把因干擾

50、而飛走的程序拉回來。它采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源，具有良好的自診斷功能。大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或由三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。</p><p>　　2、豐富的I/O接口模塊</p><p>　　PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流、開關(guān)量或模擬量、電壓或電流、脈沖或電位、強電或弱電等有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的元件或設(shè)備（如：按鈕、行程開關(guān)、接近開

51、關(guān)、傳感器及變頻器、電磁線圈、控制閥等）直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。</p><p><b>　　3、采用模塊化結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各

52、模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行，故其維修方便。</p><p><b>　　4、編程簡單、易學(xué)</b></p><p>　　PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解

53、和掌握。</p><p>　　5、安裝簡單，維修方便</p><p>　　PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。</p><p>　　另外，用PLC完成一項控制工程時，由于其硬、軟件齊全，設(shè)計和施工可同時進行，故PL

54、C設(shè)計、施工、調(diào)試周期短。</p><p>　　鑒于PLC相比于其他幾種控制類型的諸多優(yōu)勢，結(jié)合型鋼堆垛機自動控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，選擇可編程序控制器(PLC)進行控制系統(tǒng)的設(shè)計。</p><p>　　3.1.3 可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計基本原則</p><p>　　1、控制系統(tǒng)設(shè)計原則</p><p>　　任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象

55、（生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程）的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：</p><p>　　(1) 最大限度地滿足被控對象的控制對象。設(shè)計前，應(yīng)深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料，并于機械部分的設(shè)計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協(xié)同解決設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。</p><p>　　(2) 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、

56、經(jīng)濟，使用及維修方便。</p><p>　　(3) 保證控制系統(tǒng)的安全、可靠。</p><p>　　(4) 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。</p><p>　　2、控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容</p><p>　　PLC控制系統(tǒng)是由PLC與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，因此，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容應(yīng)包括：&

57、lt;/p><p>　　(1) 用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等）。</p><p>　　(2) PLC類型的選擇。PLC是PLC控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性能指標(biāo)起到重要的作用。選擇PLC，應(yīng)包括機型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的

58、選擇等。</p><p>　　(3) 分配I/O點，繪制I/O連接圖。</p><p>　　(4) 設(shè)計控制程序。包括設(shè)計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統(tǒng)流程圖?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。因此，控制程序餓的設(shè)計必須經(jīng)過反復(fù)調(diào)試、修改，直到滿足要求為止。</p><p>　　(5) 必要時還需設(shè)計控制臺。</p&

59、gt;<p>　　(6) 編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件；</p><p>　　3、控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟</p><p>　　(1) 根據(jù)生產(chǎn)的工藝過程分析控制要求；</p><p>　　(2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，據(jù)此確定PLC的I/O點數(shù)；</p><p>　　(3) 選擇PLC系統(tǒng)；</p>

60、<p>　　(4) 分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O連接圖；</p><p>　　(5) 進行PLC程序設(shè)計，同時可進行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工；</p><p>　　4、編寫梯形圖的注意事項</p><p>　　(1) 輸入/輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器、定時器、記數(shù)器等元件的觸點可以多次使用，無需復(fù)雜的程序結(jié)構(gòu)來減少觸點的使用次數(shù)；</p>

61、<p>　　(2) 梯形圖每一行都是從左母線開始，線圈終止于右母線。觸點不能放在線圈的右邊。除步進程序外，任何線圈、定時器、計數(shù)器、高級指令等不能直接與左母線相連。如果需要任何時候都被執(zhí)行的程序段，可以通過特殊內(nèi)部常閉繼電器或一個沒有使用的內(nèi)部繼電器的常閉觸點來連接；</p><p>　　(3) 在程序中，不允許同一編號的線圈兩次輸出；</p><p>　　(4) 不允許出現(xiàn)橋式

62、電路。程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左止右的方式編寫。為了減少程序的執(zhí)行步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大下小”；</p><p><b>　　5、程序設(shè)計的步驟</b></p><p>　　(1) 對于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚地表明各個動作的順序和條件。</p><p>　　(2) 設(shè)計梯形圖。這程序設(shè)計的關(guān)鍵一步，也是比

63、較困難的一步。</p><p>　　(3) 根據(jù)梯形圖編制程序清單。</p><p>　　(4) 用編程器將程序輸入到PLC的用戶存儲器中，并檢查輸入的程序是否正確。</p><p>　　(5) 對程序進行調(diào)試和修改，直到滿足要求為止。</p><p>　　(6) 待控制臺及現(xiàn)場施工完成后，就可以進行聯(lián)機調(diào)試。若未滿足要求，再重新修改程序或檢

64、查接線，直到滿足為止。</p><p>　　(7) 編寫技術(shù)文件。</p><p><b>　　(8) 交付使用。</b></p><p>　　3.1.4 控制所需輸入/輸出設(shè)備的確定 </p><p>　　根據(jù)型鋼堆垛機的系統(tǒng)功能分析及控制要求，為確定控制所需輸入/輸出設(shè)備，對型鋼堆垛機各個機構(gòu)的動作過程分析如下：&l

65、t;/p><p>　　1、單傳輥道的動作過程</p><p>　　單傳滾道電機初始狀態(tài)為停止?fàn)顟B(tài)。單傳輥道電機的啟動由控制系統(tǒng)開啟時啟動，鋼材經(jīng)過傳送輥道時，通過檢測裝置檢測出第一根鋼材到達單傳輥道，單傳輥道電機得到檢測裝置發(fā)出的信號開始啟動運行，之后單傳輥道電機保持繼續(xù)轉(zhuǎn)動；當(dāng)單傳輥道傳送的鋼材為24根，即槽鋼堆垛一捆已經(jīng)完成時，若之后一段時間之內(nèi)檢測裝置沒有檢測出有鋼材信號，則電機停止運轉(zhuǎn)

66、；若在此一段時間內(nèi)，有鋼材輸送信號，則電機保持繼續(xù)運轉(zhuǎn)。</p><p>　　2、撥鋼機構(gòu)的動作過程</p><p>　　撥鋼機構(gòu)的初始狀態(tài)是停止?fàn)顟B(tài)。電機的啟動由單傳輥道擋板處的檢測裝置檢測鋼材是否到達單傳輥道限位擋板來控制，當(dāng)鋼材到達限位擋板后，撥鋼電機開始啟動，撥鋼電機運轉(zhuǎn)一段時間后，鋼材到達移鋼機構(gòu)鏈條上，撥鋼電機停止運轉(zhuǎn)，一次撥鋼過程完成，之后等待下一次撥鋼。</p>

67、<p>　　3、移鋼機構(gòu)的動作過程</p><p>　　移鋼機構(gòu)的初始狀態(tài)為停止?fàn)顟B(tài)。電機的啟動由撥鋼機構(gòu)運行過程中的檢測裝置檢測鋼材是否快要到達移鋼機構(gòu)鏈條來控制；撥鋼電機收到檢測裝置的信號后，撥鋼電機開始運行，當(dāng)撥鋼電機運行一段時間后，如果單傳輥道沒有輸送鋼材，則移鋼機構(gòu)電機處的制動器制動，移鋼機構(gòu)電機停止轉(zhuǎn)動；如果單傳輥道在繼續(xù)輸送鋼材，則移鋼機構(gòu)處的電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動，繼續(xù)移動鋼材。</p&

68、gt;<p>　　4、分組機構(gòu)的動作過程</p><p>　　分組機構(gòu)的初始狀態(tài)為①狀態(tài)。移鋼機構(gòu)將鋼材輸送到分組機構(gòu)處時，此時分組機構(gòu)的分組擋板已經(jīng)升起，分組擋板三上的擋塊阻止了鋼材的前行，當(dāng)?shù)竭_分組擋板的鋼材為三根時，分組機構(gòu)液壓缸進油，活塞桿伸長，分組擋板三下降、擋板一和二升起，至②狀態(tài)；分組后的三根鋼材隨移鋼鏈條前進，經(jīng)一段時間到達定位擋板；當(dāng)活塞桿伸長到極限位置后，液壓缸開始回油，活塞桿縮

69、短，使分組擋板三升起、擋板一和二下降，繼續(xù)下一次的分組。</p><p>　　5、定位機構(gòu)的動作過程</p><p>　　定位機構(gòu)的初始狀態(tài)為①狀態(tài)。當(dāng)奇數(shù)次（自堆垛機開始運行算起，第一、三、五……次）分組后的三根鋼材經(jīng)一段時間到達定位擋板后，平移堆垛機構(gòu)開始運行，下降吸鋼，完成平移堆垛；當(dāng)偶數(shù)次（自堆垛機開始運行算起，第二、四、六……次）分組后的三根鋼材經(jīng)一段時間到達定位擋板時，定位機構(gòu)

70、液壓缸回油，活塞桿縮短，定位擋板下降，之后這三根鋼材隨移鋼鏈條前進，經(jīng)一段時間到達翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上；當(dāng)活塞桿縮短到極限位置后，液壓缸開始進油，活塞桿伸長，使定位擋板上升，繼續(xù)下一次的定位。</p><p>　　6、平移堆垛機構(gòu)的動作過程</p><p>　　平移堆垛機構(gòu)初始位置在定位機構(gòu)正上方。在定位機構(gòu)的運動過程中已經(jīng)說明了平移機構(gòu)的啟動時間。當(dāng)奇數(shù)次（自堆垛機開始運行算起，第一、三、五……次

71、）分組后的三根鋼材經(jīng)一段時間到達定位擋板后，平移堆垛機構(gòu)開始運行，平移堆垛機構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的升降液壓缸開始回油，平移堆垛升降梁（平移機架）開始下降，經(jīng)一段時間后，平移堆垛機構(gòu)升降液壓缸活塞桿到達縮短極限位置，液壓缸停止回油，升降梁停止下降，此時平移電磁鐵得電吸住鋼材，之后升降液壓缸開始進油，升降梁上升；經(jīng)一段時間后活塞桿到達伸長極限位置，液壓缸停止進油，升降梁停止上升，此時平移堆垛機構(gòu)處液壓馬達開始啟動，驅(qū)動升降梁慢速正平移；經(jīng)一段時間

72、后到達垛臺正上方，之后液壓馬達停止運行，平移升降液壓缸開始回油，平移堆垛升降梁（平移機架）開始下降，經(jīng)一段時間后，平移堆垛機構(gòu)處升降液壓缸活塞桿到達縮短極限位置，液壓缸停止回油，升降梁停止下降，此時平移電磁鐵失電，將鋼材放置在垛臺上，之后升降液壓缸開始進油，升降梁上升；經(jīng)一段時間后活塞桿到達伸長極限位置，液壓缸停止進油，升降梁停止上升，此時平移堆垛機構(gòu)處液壓馬達開始啟動，驅(qū)動升降梁快速反平移；經(jīng)一段時間后，升降梁開始</p>

73、<p>　　7、翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的動作過程</p><p>　　翻轉(zhuǎn)機構(gòu)電磁鐵初始位置移鋼鏈條中間。在定位機構(gòu)的運動過程中已經(jīng)說明了，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的啟動的時間。當(dāng)定位后的鋼材經(jīng)一段時間到達翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，經(jīng)翻轉(zhuǎn)機構(gòu)上定位裝置定位后，翻轉(zhuǎn)電磁鐵得電吸住鋼材，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進油，活塞桿伸長，經(jīng)齒輪嚙合帶動軸轉(zhuǎn)動開始慢速翻轉(zhuǎn)；經(jīng)一段時間后，當(dāng)活塞桿伸長到極限位置時，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)翻轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動180°，此

74、時翻轉(zhuǎn)電磁鐵失電，槽鋼正好扣在平移堆垛機構(gòu)所放鋼材之上；之后翻轉(zhuǎn)機構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始回油，活塞桿縮短，經(jīng)齒輪嚙合帶動軸轉(zhuǎn)動開始慢速翻轉(zhuǎn)返回，經(jīng)過一段時間后到達初始位置，一次翻轉(zhuǎn)過程完成，之后等待下一次的轉(zhuǎn)磁翻轉(zhuǎn)。</p><p>　　8、垛臺升降機構(gòu)的動作過程</p><p>　　垛臺升降機構(gòu)的初始狀態(tài)為0位置，即垛臺上表面與翻轉(zhuǎn)之后的電磁鐵吸鋼表面平行，間隔一小段距離。當(dāng)平移電磁

75、鐵第一次失電放置鋼材后，平移升降梁開始上升時，垛臺升降機構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進油，活塞桿縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到1位置，此時液壓缸停止進油，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降；</p><p>　　當(dāng)平移電磁鐵第二次失電放置鋼材后，平移升降梁開始上升時，垛臺升降機構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進油，活塞桿縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到2位置，此時液壓缸停止進油

76、，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降；</p><p>　　當(dāng)平移電磁鐵第三次失電放置鋼材后，平移升降梁開始上升時，垛臺升降機構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進油，活塞桿縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到3位置，此時液壓缸停止進油，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降；</p><p>　　當(dāng)平移電磁鐵第四次失電放置鋼材后，平移升降梁開始上升時，垛臺升降機構(gòu)處的液壓系統(tǒng)的液壓缸開始進油，

77、活塞桿縮短，垛臺開始下降；當(dāng)垛臺下降一層鋼材高度時，垛臺下降到4位置，即活塞桿縮短的極限位置，此時液壓缸停止進油，活塞桿停止縮短，垛臺停止下降；</p><p>　　然后，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)繼續(xù)翻轉(zhuǎn)鋼材，后經(jīng)壓緊機構(gòu)壓緊鋼垛，當(dāng)垛臺單傳輥道將堆垛好的型鋼（槽鋼）經(jīng)一段時間輸送出去后，升降機構(gòu)液壓缸開始回油，活塞桿開始伸長，垛臺開始上升，當(dāng)垛臺到達初始位置時，即活塞桿伸長的極限位置，升降液壓缸停止回油，活塞桿停止伸長，垛臺停

78、止上升，停留在此位置；到此垛臺升降機構(gòu)完成一次升降整過程，之后等待下一次垛臺升降。</p><p>　　9、壓緊機構(gòu)的動作過程</p><p>　　壓緊機構(gòu)的初始狀態(tài)為①狀態(tài)，即此時活塞桿沒有伸長。當(dāng)垛臺下降到4位置后，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)第四次將槽鋼扣在平移堆垛第四次所放置槽鋼之上，失電返回時，壓緊機構(gòu)液壓缸開始進油，活塞桿伸長，壓緊機構(gòu)推頭開始壓緊堆垛的槽鋼鋼垛；當(dāng)活塞桿伸長到一定長度后，液壓缸停

79、止進油、開始回油，活塞桿停止伸長、開始縮短，壓緊機構(gòu)推頭停止壓緊，開始壓緊回位；當(dāng)活塞桿回到初始狀態(tài)時，完成一次鋼垛壓緊動作過程，之后等待下一次鋼垛壓緊。</p><p>　　10、垛臺單傳輥道的動作過程</p><p>　　垛臺單傳滾道電機初始狀態(tài)為停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)壓緊機構(gòu)停止壓緊，推頭離開鋼垛開始返回時，垛臺單傳輥道電機開始啟動，將鋼垛輸送出去；經(jīng)過一段時間后，垛臺上鋼垛被輸送至等待捆綁的

80、垛臺，垛臺單傳輥道電機停止運轉(zhuǎn)，完成一次輸送動作過程，之后等待下一次的輸送。</p><p>　　通過以上對型鋼堆垛機各個機構(gòu)的動作過程分析，結(jié)合液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計，可確定自動控制系統(tǒng)控制所需輸入/輸出設(shè)備，如下表3-1、表3-2所示。</p><p>　　表3-1 輸入設(shè)備元件及其功能</p><p>　　表3-2 輸出設(shè)備元件及其功能</p>

81、<p><b>　　續(xù)表3-2</b></p><p>　　根據(jù)以上輸入輸出設(shè)備的確定，可知，控制系統(tǒng)輸入信號開關(guān)量共11個，模擬量共6個，開關(guān)量輸出信號共25個，故輸入輸出I/O總點數(shù)為42個。</p><p>　　3.2 PLC簡介及設(shè)備選型</p><p>　　3.2.1 PLC概述</p><p>

82、<b>　　1、PLC的產(chǎn)生</b></p><p>　　20世紀(jì)20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電-接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點：設(shè)備體積大，可靠性差，動作速

83、度慢，功能少，難與實現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。</p><p>　　20世紀(jì)60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開展系統(tǒng)重新配置，為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求，1968年美國通用汽車公司

84、公開向社會招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是：編程方便，可現(xiàn)場修改程序；維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；可靠性高于繼電器控制裝置；體積小于繼電器控制盤；數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；成本可與繼電器控制盤競爭；輸入可以是交流150V以上；輸出為交流115V，容量要求在2A以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等；擴展時原系統(tǒng)改變最小；用戶存儲器至少能擴張到4KB（適應(yīng)當(dāng)時汽車裝配過程的需要）。</p><p>　　以

85、上十項指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。自此開始，可編程控制器（PLC）便隨之產(chǎn)生。</p><p><b>　　2、PLC的定義</b></p><p>　　美國國際電工委員會(IEC)在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程邏輯控制器（即PLC：Programmable Logic Controll

86、er）是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部進行存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破魇枪I(yè)控制的核心部分。可遍程序控制器及其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。</p><p>　　定義強調(diào)了PLC

87、應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別與一般微機控制系統(tǒng)的一個重要特征。</p><p>　　定義還強調(diào)了PLC是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計算機，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的”工業(yè)計算機。這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數(shù)和算術(shù)運算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常

88、容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成‘體’”，易于“擴充”。</p><p>　　3、PLC的發(fā)展趨勢</p><p>　　PLC總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。</p><p>　　(1) 向小型化、專用化、低成本方向發(fā)展。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，新型器件大幅度的提高功能和降低價格，使PLC結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，緊湊，操

89、作使用十分方便。PLC的功能不斷增加，將原來大、中型PLC才有的功能部分地移植到小型PLC上。</p><p>　　(2) 向大容量、高速度方向發(fā)展。大型PLC采用多微處理器系統(tǒng)，有的采用了32位微處理器，可同時進行多任務(wù)操作，處理速度提高，特別是增強了過程控制和數(shù)據(jù)處理的功能。另外，存儲容量大大增加。</p><p>　　(3) 智能型I/O模塊的發(fā)展。智能型I/O模塊是以微處理器和存儲

90、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CPU的時間很少，有利于提高PLC的掃描速度。</p><p>　　(4) 基于PC的編程軟件取代編程器。隨著計算機的日益普及，越來越多的用戶使用基于個人計算機上的編程軟件。編程軟件可以對PLC控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)即設(shè)置硬件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，例如：設(shè)置各框架各個插槽上模塊的型號、模塊參數(shù)、各串行通行接口的參數(shù)等。</p><p>

91、　　(5) PLC編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化。與個人計算機相比，PLC的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的。在硬件方而，各廠家的CPU模塊和I/O模塊互不通用。PLC的編程語言和指令系統(tǒng)的功能和表達式也不一致，因此各廠家的可遍程序控制器互不兼容。為了解決這一問題，IEC制定了可遍程序控制器標(biāo)準(zhǔn)；標(biāo)準(zhǔn)中共有5種編程語言，允許編程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程能夠選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。</p><p>　　(6

92、) PLC通信的易用化。PLC的通信聯(lián)網(wǎng)功能使它能與個人計算機和其他智能控制設(shè)備交換數(shù)字信息，使系統(tǒng)形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散控制和集中控制。</p><p>　　(7) 組態(tài)軟件與PLC的軟件化。個人計算機(PC)的價格便宜，有很強的數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)處理、通信和人機交互的功能。</p><p>　　(8) PLC與現(xiàn)場總線相結(jié)合?，F(xiàn)場總線I/O與PLC可以組成功能強大、廉價的DCS系統(tǒng)。

93、</p><p>　　(9) 開發(fā)新型特殊功能模塊。I/O組件可以提高PLC的智能化、高密集度，增大處理能力。</p><p>　　(10) CPU的處理速度進一步加快。目前，PLC的處理速度與計算機相比還比較慢，其高的CPU也不過80486，將來會全面使用64位的RISC芯片，采用多CPU進行處理、分時處理或分任務(wù)處理方式，將各種模塊智能化，部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化，這樣可使PLC的

94、處理速度達到納秒級。</p><p><b>　　4、PLC的特點</b></p><p>　　(1) 抗干擾能力強、可靠性好</p><p>　　PLC在電子線路、機械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路。I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、防塵、抗震

95、等都有周到的考慮。具體措施主要有以下幾個方面：</p><p>　　①隔離：這是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出接口電路一般采用光電耦合器來傳遞信號。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了光電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于PLC的影響，同時防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。②濾波：這是抗干擾的另一個主要措施。在PLC的電源電路和輸入/輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對高頻干擾信號進

96、行有效的抑制。③對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護等措施，以減少外界干擾，保護供電質(zhì)量。另外使輸入輸出接口電路電源彼此獨立，以避免電源之間的干擾。④內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、Watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時間超過了警戒時鐘(WDT)規(guī)定時間（預(yù)示程序進入了死循環(huán)），立即報警，以保證CPU可靠運行。⑤利用系統(tǒng)軟件定期進行系統(tǒng)狀態(tài)、用戶程序、工作環(huán)境和故障檢測，并采用信息保護和恢復(fù)措施。⑥對用戶程序及

97、動態(tài)工作數(shù)據(jù)進行電池備份，以保障停電后有關(guān)狀態(tài)或信息不丟失。⑦采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。⑧以集成電路為基本元件，內(nèi)部處理過程不依賴于機械觸點，以保障高可靠性。而采用循環(huán)掃描的工</p><p>　　(2) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強</p><p>　　PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。</p>&

98、lt;p>　　(3) 編程方便，易于使用</p><p>　　PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣進行PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學(xué)會。</p><p><b>　　

99、(4) 功能完善</b></p><p>　　PLC的輸出/輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入/輸出。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實現(xiàn)延時，鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制I/O等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印

100、及報表生成等功能。</p><p>　　(5) 設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短</p><p>　　用繼電接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十分不便。而采用PLC控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在PLC到貨前進行，因而縮短了設(shè)計

101、周期，使設(shè)計和施工可同時進行。</p><p>　　(6) 體積小、維護操作方便</p><p>　　PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。PLC的輸入/輸出系統(tǒng)能夠直觀的反映現(xiàn)場總線信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀的反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)。</p><p>　　(7) 易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化</p><p>　　PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。<

102、;/p><p>　　(8) 可實現(xiàn)三電一體化</p><p>　　PLC將電控（邏輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。</p><p>　　5、 PLC的主要功能</p><p>　　(1) 條件控制功能</p><p>

103、　　條件控制（或稱邏輯控制或順序控制）功能是指用PLC的與、或、非指令取代繼電器接觸的串聯(lián)、并聯(lián)極其他各種邏輯連接，進行開關(guān)控制。</p><p>　　(2) 定時/記數(shù)控制功能</p><p>　　定時/記數(shù)控制功能指用PLC提供的定時器、記數(shù)器指令實現(xiàn)對某種操作的定時或記數(shù)控制，以取代時問繼電器和記數(shù)繼電器。</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)處理功能</p

104、><p>　　數(shù)據(jù)處理功能是指PLC能進行數(shù)據(jù)傳送、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運算、邏輯運算以及編碼和譯碼等操作。</p><p>　　(4) 步進控制功能</p><p>　　步進控制功能是指用步進指令來實現(xiàn)在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能進行下一道工序操作的控制，以取代由硬件構(gòu)成的步進控制器。</p><p>　　(5)

105、 A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能</p><p>　　A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能是指通過A/D、D/A模塊完成模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　(6) 運動控制功能</p><p>　　運動控制功能是指通過高速記數(shù)模塊和位置控制模塊等進行單軸或多軸運動控制。</p><p>　　(7) 過程控制功能</p><p>

106、　　過程控制功能是指通過PLC的PID控制指令或模塊實現(xiàn)對溫度、壓力、速度、流量等物理參數(shù)的閉環(huán)控制。</p><p><b>　　(8) 擴展功能</b></p><p>　　擴展功能是指通過連接輸入輸出擴展單元（即I/O擴展單元）模塊來增加輸入輸出點數(shù)，也可通過附加各種智能單元及特殊功能單元來提高PLC的控制功能。</p><p>　　(9

107、) 遠程I/O功能</p><p>　　遠程I/O功能是指通過I/O單元將分散在遠距離的各種輸入、輸出設(shè)備與PLC主機相連接，進行遠程控制，接收輸入信號、傳出輸出信號。</p><p>　　(10) 通信聯(lián)網(wǎng)功能</p><p>　　通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過PLC之問的聯(lián)網(wǎng)、PLC與上位機的鏈接等，實現(xiàn)遠程I/O控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。</p

108、><p><b>　　(11) 監(jiān)控功能</b></p><p>　　監(jiān)控功能是指PLC能監(jiān)視系統(tǒng)各部分的進行狀態(tài)和進程，對系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況進行報警和記錄，甚至自動終止運行；也可在線調(diào)整、修改控制程序中的定時器、記數(shù)器等設(shè)定值或強制I/O狀態(tài)。</p><p><b>　　6、PLC的分類</b></p>&

109、lt;p>　　PLC的種類很多，其實現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較人的差異。因此，PLC的分類并沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)、實現(xiàn)的功能人致地分類。</p><p><b>　　a．按結(jié)構(gòu)形式分類</b></p><p>　　PLC按硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式和模塊式。</p><p>　　整體式PLC。