一种可编程序控制器的设计与实现外文翻译资料

一种可编程序控制器的设计与实现

摘要

本文介绍了一种基于可编程控制器控制系统的经典控制系统的设计与实现。要设计和实施系统，必须生产2个部分。第一是PLC软件第二是与实验程序相关的硬件。在PLC控制系统设计中采用的是LS工业系统公司的GM7-DR40A 24/16 数字数字输入/输出和模拟输入/输出模块，Atonic公司的两个光电传感器：第一个是BR100-DDT-P，第二个是BEN10M-TFR。一个5-sides近似传感器，四个有CD4511B驱动的CMOS BCD-7-段显示管，两个继电器，分别是两极和三极的继电器，六个电压表和电流表，直流电动机和24伏直流电源和许多连接器和小齿轮。现在，通过执行24个由PID控制器在实际系统实现由PLC控制的经典控制理论实验，完成本科阶段控制理论的要求，取代旧的实验得到的结果是令人满意的。

1. 简介

在1960年代后期的发展中，以消除复杂的继电器为基础的机器控制系统涉及的大量成本。这些系统是不灵活的，他们的主要布线控制序列在每次生产要求改变时必须修改或完全更换。当变幻频繁时，它的成本将非常昂贵。以灵活的微处理器为基础的可编程逻辑控制器PLC取代继电器系统的思想是在工业控制业务的革命性一步。

PLC已在许多应用领域应用多年。它们是需要比较缓慢的数据监测系统的几个子系统：辐射控制、人身安全和火灾烟雾报警系统的主要控制元件。所有这些子系统是非常可靠和符合成本效益的。增加新的设备来控制或改变操作条件，以实现新的控制功能，即使没有任何来自控制软件组的帮助，可以很容易地由熟练的技术人员来实现。

软件开发工具和一些支持DirectNet PLC的想法成为控制实验室新的可编程控制器控制软件库的基础。作为DirectNet大师软件，它通过RS-232端口并由三个主要部分组成：一个带有状态机控制块的PLC驱动，一个设备支持模块，以及一个通用串行驱动程序。

如图1所示，基本的可编程控制器可以集成在一个印刷电路板上。他们有时也被称为单板可编程控制器的或开放式可编程控制器。这些都是完全自足的（电源除外），当安装在一个系统中，它们只安装一个控制柜内的螺纹支架上。

图1 开放式可编程控制器

在印刷电路板上的螺丝端子允许输入、输出和电源线连接的连接。这些单位一般不可扩展，这意味着额外的输入，输出，和内存不能被添加到基本单元中。然而，一些更为先进的模块可以通过电缆连接到扩展板，可提供额外的输入与输出。因此，很少有例外，使用这种类型的PLC的时候，系统设计者必须注意指定的单位，有足够的输入、输出，并且编写能够实现处理系统的任何当前和将来可能需要的修改的程序。单板可编程控制器非常便宜，易于编程，体积小，并且功耗低。但是，一般来说，他们没有大量的输入和输出，并有有限的指令集。他们是最适合小，相对简单的控制应用。

1. 模型的硬件设计

PLC主要是的监测和控制的输入和输出过程。输入和输出可分为2种基本类型：逻辑或连续。以一个灯泡为例，如果它只能被打开或关闭，它是逻辑控制，如果光线可以暗到不同的水平，它是连续的。连续似乎更直观，但逻辑是首选因为他们有更多的确定性，并且可以简化控制。因此大多数控件的应用程序（和PLC）使用逻辑输入和输出最多。

输出到执行器可以使一个可编程控制器控制一个过程的一些动作。常用执行器如对输出的要求如下所示。

* 逻辑输出，可以开关液压或气动。

* 电动机起动时，起动时通常会大量起动电流，所以需要电动机起动器，基本上是大继电器。

* 伺服motors-a连续输出的PLC可变速度或位置的命令。

从PLC的输出通常是继电器，也可以是固体电子如直流或交流输出可控硅输出晶体管。连续输出要求特殊输出卡与数字模拟转换器，或可用于PLC模拟O / P另一个模块。

输入来自传感器转化为电信号的物理现象。传感器的典型例子如下所示。

* 模拟开关使用电感、电容或光来检测一个逻辑对象。

* 开关机械装置将开启或关闭一个逻辑信号的电气触点。

* 电位计利用电阻测量连续的角位置。

* LVDT（线性可变差动变压器）测量线性位移连续使用磁耦合。

* 光电传感器利用超声波信号检测在有限范围内的任何中断。

一个可编程控制器的输入有几个基本的类型，最简单的是交流和直流输入。采集和下沉输入也很受欢迎这种输出方法决定了设备不提供任何功率。相反，该设备只开关电流或关闭，就像一个简单的开关。

PLC的输入必须转换成数据总线上的5V直流的各个逻辑层次。其电路与图2所示的电路相似。基本上电路条件的输入是靠驱动一个光耦器件。他将外部电路与内部电路隔离开来。其他电路组件是用来防止过量或电压极性反向。

图2 PLC输入电路

PLC的输出必须转换成5V的直流逻辑水平对PLC的数据总线的外部电压水平。其电路类似于图3所示。基本上，该电路采用光耦开关外电路。他将外部电路与内部电路隔离开来。其他电路组件是用来防止过量或电压极性反向。

图3 PLC输出电路

模型的总体设计如图4所示。而这个设计的原理图如图5所示。这个设计的完整描述是非常复杂的，它有很多细节，因此我将描述主要部分的连接。

图4 基于可编程控制器的经典控制系统实验室

图5 实验室示意图

1. 可编程序控制器的硬件设计

本机的硬件设计主要由三部分组成：

* PLC模型及其电源的主单元

在本设计中采用的可编程控制器模型包含2个部分。首先介绍的是主要包含：RS232接口数字PLC应用程序的软件PLC，24字节输入涵盖I00-I23，16字节输出涵盖O00-O15，它带有6个常见的端口和25针适配器执行PLC的附加模块。图6显示的是可编程控制器与电源的主要单元。

该单元的第二部分是一个单一的模拟可编程控制器，包含模拟输入的通道，符号绘制为(CH0(输入) (I0,V0,COM0) and CH1 (出入) (I1,V1, COM1)),一个模拟输出通道(CH0(输出)(V ,V–,I ,I–))和添加到另一个模块25个引脚适配器（见图6）。

本单元的电源是包含两个电源端口24V/ 5A的直流电源（见图6）。通过小齿轮和LED的显示（开/关）将PLC的I/O端口与实验板连接起来。图7介绍了可编程控制器单元与实验板之间的连接。

24VDC/5A	RS 232	Input	Main	25-pin	Analog
Power supply	adapter	ports	digital	adapter	module
			PLC		PLC

图6 带电源的主可编程控制器

图7 可编程控制器与实验板的连接

* 传感器、继电器和其他的组成

该平台包含2种类型的传感器；一个带有5边检测TURCK Bi15 -cp40 APcx sn:15 mm型近似的传感器和两个(BR100-DDT-P 和BEN10M-TFR)型的光电传感器。第一个检测范围为8米的任何中断，第二个探测在8米范围内的某一晶体表面的反射。这两种类型的继电器都被用于连接板，分别是：两极和三极24VDC。图8介绍了两种继电器，传感器和连接板。

（a） （b）

图8 继电器和传感器及其在板上的连接

许多在连接实验中的其他组件也被广泛使用，例如四个7-段3数字显示的电流表和3数字显示的电压表，三个20欧姆可变电阻来执行模数转换器（A/D）和数模转换器（D/A）和两个12VDC供电端口，两个5V直流端口和四个端口24 V直流端口。图9为显示板中的电源端口。图10给出了电流表和A/D转换器。

图9 实验板上的电源连接

Input voltage	Variable 20kΩ
	Input current
Analog PLC o/p

图10 电流表和模数数模转换器

GMN-3MX027A DC24V型直流电机和用于直流电动机的起动/停止、在方向和紧急控制的驱动和交流电机的速度控制驱动在实验板上都可以实现。图11介绍了电机和驱动板的连接。

图11 直流和交流电机驱动器的连接

* 实验板

实验板目的是实施许多实验，一些实验的连接图是图中的板上的，例如交通灯控制，I / O PLC测试直流电机和7-段显示管。图12介绍了实验板的整体设计。

图12 实验验板整体设计

1. 可编程序控制器模型的软件设计

LS工业系统公司GM7-DR40 PLC采用的语言为国际标准由IEC（国际电工委员会）。国际的标准语言如LD, SFC, IL 能从中选用适合系统的语言，我在实验中所选用的是LD（梯形图）。图13所示的是程序通过RS232 连接器写入PLC存储器前的编程与模拟仿真窗口。

程序中的每一个指令都必须在编写程序代码到可编程控制器的存储器前进行编译。编译后，我们可以在模拟程序中进行可编程控制器检查和调的工作。模拟过程的输入可以手动完成，所有这些过程都显示在图13。

图13 主要的梯形图程序及其仿真

1. 可编程序控制器的实验

本次实验的目的是目前为止已广泛在工业中的应用

的PLC控制器来取代PID控制实施经典控制实验室实验。根据经典控制方法的应用领域，实施经典控制实验室的实验可以分为三个部分：逻辑过程，电力系统及交互过程控制，使用这些6个实验可以在逻辑过程中完成，10个实验可以在电力系统中完成，8个实验可以在交互过程控制中完成。每一个实验都有一个步骤用于连接实验板控制软件，将程序写入可编程控制器的存储器，然后运行连接。例如，交通灯控制的实施可以参考的步骤如下：

1. 切断主电源220VAC和24VDC开关。
2. 将电源与COM端口（O00--O11）连接起来。
3. 根据表1的所示的连接，将COM端口（O00--O11）与实验板上的交通灯图连接起来。
4. 打开主电源220VAC的开关。
5. 将交通灯控制的梯形图下载到可编程控制器。他的程序与前页显示的程序类似（图13）。
6. 接通24V直流电源，交通灯的LED必须根据序列如表2所示点亮。注意：在这个实验中，时间项是指在短时间内快速完成所有动作。此实验的连接图在前页（图12）中显示。

表1 交通灯接线图（实验）

	组别	PLC连接端口	交通灯面板	组别	PLC连接端口	交通灯面板
	1	O00	R1	7	O06	R3
	2 <!-- 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[148353]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

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