射流偏转器的电气系统可编程软件设计PLC

摘 要射流偏转器电气系统将用于厦门机场正在建造的飞机试验场，飞机在试验场内进行喷射试验。试验过程具有气流大、温度高、噪音大等特点，试验场需要建一个超大型门。该超大型门不仅要满足吸声隔声需要，还可抵御厦门地区50年一遇的最大风力及飞机发动机起飞功率下喷射尾流形成的最大风压。射流偏转器的电气系统将由三菱生产的 FX2N系列可编程控制器（PLC）对其进行电机控制。行走机构在开启时电动机采用 Y形启动，之后可以转为快速行走，并可以在设定位置停止或在任意位置急停。同时，卷线器，警示系统等也由该可编程控制器进行控制。本控制系统以可编程控制器（PLC）为核心，通过可编程控制器软件编程实现了对射流偏转器行走机构的电动机控制。在配合硬件设计的情况下，完成了厦门机场飞机试验场提出的设计要求。关键词关键词：射流偏转器，可编程控制器（PLC），FX2N系列，电机控制AbstractThe jet flow deflector electrical system will use in the Xiamen airport the airplane test facility which will construct, the airplane is carrying on in the test facility sprays the experiment. The testing has the air current in a big way, the temperature high, the noise is big and so on the characteristic, the test facility needs to construct an ultra-large type gate. This ultra-large type gate not only must meet the sound absorption sound insulation needs, but also may resist the biggest wind power and under the aircraft engine take-off rating which the Xiamen area 50 years as soon as meets sprays the biggest wind pressure which the wake forms.The jet flow deflector electrical system the FX2N series programmable controller which will produce by Mitsubishi (PLC) carries on the electrical machinery control to it. Walks the organization when opening the electric motor uses the Y- shape to start, afterwards may transfer fast walks, and may establish the position to stop or stops anxiously in the free position. At the same time, curls the line, the police shows the system and so on also to carry on the control by this programmable controller.This control system take the programmable controller (PLC) as a core, realized through the programmable controller software programming walked the organization motor control to the jet flow deflector. In coordinates in the situation which the hardware designs, has completed the design request which the Xiamen airport airplane test facility proposed.Key word: Jet flow deflector, programmable controller (PLC), FX2N series, electrical machinery control目 录第一章第一章 前前 言言.11.1 题目来源及设计要求.11.2 射流概念.2第二章 可编程控制器的选择.32.1 可编程控制器简介.32.2 可编程控制器的定义.32.3 可编程控制器的组成及各部分作用.62.3.1 PLC 的基本组成 .62.3.2 PLC 各组成部分的作用 .62.4 可编程控制器的特点.82.5 可编程序控制器的发展趋势.92.6 射流偏转器电气系统的 PLC 选择.102.6.1 FX2N 系列简介 .102.6.2 FX2N 系列可编程控制器性能规格 .122.6.3 FX2N-32MR 的功能 .142.6.4 FX2N-32MR 可编程控制器的软元件地址分配 .14第三章 可编程控制器用于电机控制的电路及软件设计.163.1 电动机的正、反、停控制电路及软件设计.163.1.1 系统配置.163.1.2 程序设计.173.1.3 运行及调试.183.2 三相异步电动机 Y-降压启动控制及软件设计 .183.2.1 系统配置.183.2.2 程序设计.193.2.3 运行及调试.20第四章 射流偏转器的设计要求及操作规范.214.1 射流偏转器的设计要求.214.1.1 射流偏转器结构和构造简介.214.1.2 射流偏转器的工作状态.214.1.3 射流偏转器与推拉门式声屏障的开闭顺序关系.214.1.4 安全措施.214.1.5 电气控制.224.1.6 行走机构整体要求.224.1.7 设计深度要求.224.2 液压系统控制.224.3 射流偏转器的电气系统操作规程.22第五章 射流偏转器的电气系统可编程控制器软件设计.245.1 射流偏转器电气系统的主电路图.245.2 射流偏转器电气系统的控制电路图，I/O 接线图 .255.3 射流偏转器的电气系统可编程序控制器的梯形图.275.4 射流偏转器的电气系统可编程序控制器的指令表.27第六章 结 论.29参 考 文 献.30致 谢.31研究成果声明.32第一章第一章 前前 言言1.1 题目来源及设计要求射流偏转器电气系统将用于厦门机场正在建造的飞机试验场，飞机在试验场内进行喷射试验。试验过程具有气流大、温度高、噪音大等特点，试验场需要建一个超大型门。该超大型门不仅要满足吸声隔声需要，还可抵御厦门地区50年一遇的最大风力及飞机发动机起飞功率下喷射尾流形成的最大风压。设计该门的要求如下：(1) 油泵使用Y225M-4-45电机作驱动,应在电气系统前装有电源总开关,并且装有电源指示灯。(2) 因电机起动时空载，2个Y225M-4-45电机均采用Y降压起动，同时为防止电流过大，两个三相电机不能同时起动，需采用延时继电器相继起动。(3) 在射流偏转器行走的同时，为起警示作用，还需响起警铃，同时要警灯闪烁。(4) 应控制2 个走行电磁换向阀处于三个不同的位置：左、中、右，相应的对应于射流偏转器行走的前进、制动、后退。(5) 应控制1 个轨钳电磁换向阀处于三个不同的位置：左、中、右，相应的对应于轻钳的紧、中、松。(6) 为了使射流偏转器能紧急停车，需要控制总电路断电，为了使在不同的位置都能紧急停车，射流偏转器应装有7个断电按钮。(7) 行走机构的起停采用手持遥控方式以及就地手动控制两种方式,其中手持遥控控制范围在半径150m内。两种控制方式都要合成其它的控制按钮。(8) 为了使行走机构走行方便，要在行走机构上安装卷线器。射流偏转器行走机构采用全液压驱动,两个油泵站分别带动8个马达作驱动。作为点位运动控制器,主要应用在那些仅对终点位置有要求,与运动轨迹无关的系统。这种运动控制器要求具有快速的定位速度,在运动的加速段和减速段,采用不同的加减速控制策略。在加速运动时,为了使系统能够快速加速到设定速度,往往提高系统增益和加大加速度,在减速的末段采用S曲线减速的控制策略。为了防止系统到位后振荡,规划到位后,又会适当减小系统的增益。所以,点位运动控制器往往具有在线可变控制参数和可变加减速曲线的能力。1.2 射流概念射流技术（fluidics）：利用射流运动原理制成器件来实现自动控制的一门技术。射流技术一词由“流体”（fluid）和“逻辑”（logic）两词组合而成。所谓射流是气体或液体从孔口或管口高速喷射成束的流体。如药水从注射器针头喷出，空气从打气筒中压出等。射流在流动中具有以下特性：空吸作用：根据伯努利方程，高速流动的射流使压力减小，周围流体就会流向该处。利用空吸作用可制造各种设备与仪器，例如喷雾器、水流抽气机等；附壁效应：在射流两侧加两块平行挡板，若它们到射流束的距离不等，则射流两侧会出现压力差，射流将向着距离较近的挡板弯射过去，最后会贴着此板喷射出去；偏转效应：两股相互垂直的射流同时从喷嘴中射出，汇合之后的射流将偏转一个角度，而偏转角度的大小与原来两股射流的动量有关。利用射流的上述物理特性，可制成各种不同性质的元件，如附壁式元件，动量交换式元件，以及湍流式、涡流式和混合式元件，再与一些相应的附件组成控制系统，应用于工业生产中进行自动控制，这就是射流技术。按工作物质分，有气动和液动两类；按工作方式分，有数字式和模拟式两类。数字式流控元件多由附壁式元件组成，可制成“非门”、 “或门”、 “与门”和“或非”等元件，以及计数触发器、振荡器等，这些元件的任一输出孔只有两种状态：有气流输出或无气流输出，相当于电子元件中的“开”与“关”。由此组成比较、检测、逻辑运算、程序控制等线路；模拟式流控元件多由动量交换式或流控元件构成，可制成流量放大器、压力放大器和功率放大器等，可用来控制温度、流量、压力等物理量的连续变化。射流技术具有结构简单、工作稳定可靠、耐用、操作安全、工效高、不受各种辐射、电磁波和温度的影响，并能抗腐蚀、抗震、抗爆等优点，因此在机械、化工、轻工、交通、导弹、原子反应堆、宇航技术等部门有着广泛应用。第二章 可编程控制器的选择2.1 可编程控制器简介1969年，在美国出现第一台可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PC）以来，经过35年的发展，现在已成为一种最重要、高可靠性、应用场合最多的工业控制微型计算机。它应用大规模集成电路、微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成具有多种优点和微型、小型、中型、大型、超大型等各种规格的PLC系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多过程控制领域。可以说只有可编程控制器才是真正的工业控制计算机。PLC已和数控技术及工业机器人并列为工业自动化的三大支柱。初期可编程控制器只是用于逻辑控制的场合，用于代替继电控制盘，但现在可编程控制器已进入包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。现在可编程控制器继续保留了原来逻辑控制器的所有优点，同时它吸收发展了其他控制设备（如过程仪表、计算机、集散系统、分散系统等）的优点，在许多场合只需可编程控制器即可构成包括逻辑控制、过程控制、数据采集以及控制和图形工作站的经济核算、体积小巧、设计调试方便的综合控制系统。可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。近年来，可编程控制器在广大企业技术改造中迅速得到应用和推广，深入到过程控制、位置控制等场合，其独特的易于使用性、可靠性和灵活性越来越受到广大工程技术人员的青睐。2.2 可编程控制器的定义可编程序控制器(Programmable Controller)缩写为PC，为了和个人计算机相区别，把可编程序控制器缩写为PLC。美国电气制造商协会NEMA (National Electrical Manufacturers Association)在1980年给PLC作了如下的定义：“PLC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体以存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。一部数字电子计算机若是用来执行PLC之功能者，亦被视同为PLC，但不包括鼓式或机械式顺序控制器。 ”国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁发了可编程序控制器标准草案第一稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年二月颁发了第三稿。草案中对可编程控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 ”定义强调了可编程序控制器是“数字运算操作的电子系统”，它也是一种计算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作，它还具有“数字量或模拟量的输入输出控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”.易于“扩充”。定义强调了可编程序控制器直接应用于工业环境，它还具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。这也是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。应该强调的是，可编程序控制器与以往所讲的鼓式、机械式的顺序控制器在“可编程序”方面有质的区别。由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件，并用规定的指令进行编程，能灵活地修改，即用软件方式来实现“可编程序”的目的。可编程序控制器30多年来迅速发展，IEC专门为其制定了一个标准IEC1131标准。该标准分五个部分。我国参照IEC1131于1995年也为可编程序控制器制定了国家标准GB/T15969。其主题内容与适用范围为：1第1部分 通用信息(Programmable controllers Part 1: General information) (G/T15969.1-1995)。本标准规定了可编程序控制器及其有关外围设备所用术语的定义。适用于可编程序控制器及其有关的外围设备，如编程和调试工具(PADT)、试验装置（TE）和人-机接口（MMI）等。适用于由可编程序控制器及其有关外围设备组成的控制系统。2第2部分 设备特性(Programmable controllers Part 2：Equipment characteristics)（GB/T15969.2-1995） 。本标准适用于可编程序控制器及其有关外围设备的工作条件、结构特性、一般安全性及试验的一般要求。规定了可编程序控制器及其有关外围设备在装置要求及测试验证方面的定义。规定了可编程序控制器及其有关外围设备适应受控机械或过程所必须进行的试验方法和步骤。规定了PLC制造厂商需要提供的资料。本标准适用于可编程序控制器及其有关的外围设备如编程和调试工具（PADT） ，试验装置（TE）和人-机接口（MMIS）等。适用于可编程序控制器及其有关的外围设备组成的控制系统。本标准覆盖的装置适用于过电压类型2在额定电网供电电压不超过AC1000V （50/60Hz）或DC1500V的用于机械或工业过程控制和普通的低电压设施中。3第3部分 编程语言 (Programmable controllers Part 3：Programming languages)（GB/T15969.3-1995）本标准规定了可编程序控制器(PLC)编程语言的语法和语义。规定的PLC编程语言有文本语言指令表(IL)语言和结构文本(ST)语言，图形语言梯形图(LD)语言和功能块图(FBD)语言。还描述了可编程序控制器与自动化系统其他部件之间便于通信的特征。本标准适用于可编程序控制器所用编程语言的打印表示和显示表示，表示所用字符为GB/T 1988-1998信息技术信息交换用七位编码字符集标准字符。在本标准中定义的语言元素允许用图形和半图形表示。但这种表示不在本标准中定义。本标准定义的编程语言元素可以用在交互式的编程环境中，这种环境的详细说明超出了本标准的范围；但是这种环境应该能够以本标准规定的格式产生文字或图形程序文件。程序输入、测试、监视、操作系统等功能在GB/T15969.1中规定。4第4部分 用户导则 （Programmable controlle part 4：User guidelines） （GB/T15969.4-1995）.本标准规定了生产厂家及用户在使用有可编程序控制器及其外围设备时所应遵循的准则。适用于可编程序控制器及其有关外围设备，如编程和调试工具(PADTS)、试验装置(TE)和人-机接口(MMI)等。适用于在过电压范畴2，额定电网电压不超过AC1000V (50/60Hz)或DC1500V的低电压设施中、用于控制机械和工业过程的装置。可编程序控制器及其有关外围设备可视为控制系统的部件，可以封闭式装置或开放式装置的形式提供。因此，本导则只涉及自控系统的界面，而不涉及自控系统本身。2.3 可编程控制器的组成及各部分作用2.3.1 PLC的基本组成PLC 实质上是一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的工业过程相连接的接口和更直接的适用于控制要求的编程语言，故 PLC 与计算机的组成十分相似。从硬件结构看，它也有中央处理器（CPU） 、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等，如图 2-1 所示。电 源中央处理器存储器编程器输入接口输出接口外围接口来自用户设备至用户设备图 2-1 PLC 的基本组成2.3.2 PLC各组成部分的作用1. 中央处理器（CPU）：与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不紊地进行工作，其主要任务有：控制从编程器键入的用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中；诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等；PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。不同型号PLC的CPU芯片是不同的，有采用通用CPU芯片的，如8031、8051、8086、80286等，也有采用厂家自行设计的专用CPU芯片的。CPU芯片的性能关系到PLC处理控制信号的能力与速度，CPU位数越高，系统处理的信息量越大，运算的速度也越快。随者芯片技术的不断发展，PLC所用的CPU芯片也越来越高档。2. 存储器：PLC的存路器包括系统存储器和用户存储器两部分。系统存储器用来存放PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能直找更改。它使PLC具有基本的智能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏，很大程度上决定了PLC的性能，其内界主要包括三部分，第一部分为系统管理程序，它主管控制PLC的运行，使整个PLC按部就班地工作；第二部分为用户指令解释程序，通过用户指令解释程序，将PLC的编程语言变为机器语言指令，再由CPU执行这些指令；第三部分为标准程序模块与系统调用，它包括许不同功能的子程序及其调用管理程序，如完成输入、输出及特殊运算 子程序。PLC的具体工作都是由这部分程序来完成的，这部分程序的多少决定了PLC性能的强弱。用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和功能存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型不同，可以是RAM（有掉电保护）、EPROM或EEPROM存储器，其内容可以由用户任意修改或增删。用户功能存储器是用来存放（记忆）用户程序中使用的ON/OFF状态、数值数据等，它构成PLC的各种内部器件，也称“软元件”。用户存储器容量的大小，关系到用户程序容量的大小和内部器件的多少，是反映PLC性能的重要指标之一。3. 输入/输出接口：它是PLC与外界连接的接口。输人接口用来接收和采集两种类型的输人信号，一类是由按钮、选择开关、行程开关、继电器触头、接近开关、光电开关、数字拨码开关等的开关量输入信号;另一类是由电位器、测速发电机和各种变送器等来的模拟量输入信号。输出接口用来连接被控对象中各种执行元件，如接触器、电磁阀、指示灯、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)等。4. 电源：小型整体式可编程序控制器内部有一个开关式稳压电源。此电源一方面可为CPU板、I/O板及扩展单元提供工作电源(DC5V)；另一方面可为外部输入元件提供DC24V。5. 扩展接口：扩展接口用于将扩展单元与基本单元相连，使PLC的配置更加灵活。6. 通信接口：为了实现“人-机”或“机-机”之间的对话，PLC配有多种通信接口。PLC通过这些通信接口可以与监视器、打印机、其他的PLC或计算机相连。当PLC与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印；当与监视器(CRT相连时，可将过程图像显示出来；当与其他PLC相连时，可以组成多机系统或联成网络，实现更大规模的控制；当与计算机相连时，可以组成多级控制系统实现控制与管理相结合的综合系统。7. 智能I/O接口：为了满足更加复杂的控制功能的需要，PLC配有多种智能I/O接口。例如满足位置调节需要的位置闭环控制模块，对高速脉冲进行计数和处理的高速计数模块等。这类智能模块都有其自身的处理器系统。8. 编程器：它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。编程器有简易型和智能型两类。简易型的编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符（指令表）后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二极管或其他显示器件组成。智能型的编程器又称图形编程器，它可以联机，也可以脱机编程，具有LCD或CRT图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。也可以利用微机作为编程器，这时微机应配有相应的软件包，若要直接与可编程序控制器通信，还要配有相应的通信设备。2.4 可编程控制器的特点现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。可编程序控制器由于以下特点而深受工厂工程技术人员和工人欢迎。1可靠性高，抗干扰能力强：这往往是用户选择控制装置的首要条件。PLC生产厂商在硬件和软件上采取了一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目前各生产厂商生产的PLC，其平均无故障时间都大大超过了IEC规定的10万小时。而且为了适应特殊场合的需要，有的PLC生产厂商还采用了冗余设计和差异设计（如德国皮尔兹公司的PLC)，进一步提高其可靠性。2适应性强，应用灵活：由于PLC产品均成系列化生产，品种齐全，多数采用模块式的硬件结构，组合和扩展方便，用户可根据自己的需要灵活选用，以满足系统大小不同及功能繁简各异的控制系统要求。3编程方便.易于使用：PLC的编程序可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气技术人员的欢迎。近年来又发展了面向对象的顺序控制流程图语言(Sequential Function Chart)，也称功能图，使编程更简单方便。4控制系统设计、安装、调试方便：PLC中含有大量的相当于中间继电器、时间继电器、计数器等的“软元件”。又用程序(软接线)代替硬接线，安装接线工作量少。设计人员只要有PLC就可进行控制系统设计并可在实验室进行模拟调试。5维修方便、维修工作量小： PLC有完善的自诊断、履历情报存储及监视功能。PLC对于其内部工作状态、通信状态、异常状态和I/O点的状态均有显示。工作人员通过它可以查处故障原因，便于迅速处理。6功能完善：除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算等功能外，配合特殊功能模块还可以实现点位控制、PID运算、过程控制、数字控制等功能，为方便工厂管理又可与上位机通信，通过远程模块还可以控制远方设备。由于具有上述特点，使得PLC的应用范围极为广泛，可以说只要有工厂、有控制要求，就会有PLC的应用。2.5 可编程序控制器的发展趋势编程语言：对于简单的控制系统，用梯形图比较直观方便，但对于复杂的控制系统，就显的麻烦和费时，容易出差错。因此，逐步发展出许多新的编程语言，例如：有面向功能块的流程图语言（如ASEA MASTER-PIECE语言） ；由与计算机兼容的高级语言（如BASIC语言和C语言等） ；有PLC专用的高级语言（如MELSAP0） ；有布尔逻辑语言等。智能输入输出模块：本身具有CPU，能独立工作，可与PLC主机并行操作，在可靠性、适应性、扫描速度和控制精度等方面都对PLC作了补充。例如有智能通信模块、语音处理模块、专用智能PID控制模块、专用数控模块、智能位置控制模块、智能模拟量I/O模块等等。网络通信功能：由于可用PLC构成网络，因此，各种个人计算机、图形工作站、小型机等都可以作为PLC的监控主机和工作站，能够提供屏幕显示、数据采集、记录保持及信息打印等功能。冗余控制技术：采用双处理器或多处理器，一个处理器作为主CPU，其他处理器作为备用CPU，同时通电运行，执行同一套控制程序。一旦主CPU有故障，由操作系统转换至备用CPU继续运行，增加了控制系统的可靠性。机电一体化（Mechatronics）技术：这是机械、电子和信息技术的结合，所开发的产品是由机械本体、PLC等微电子装置、传感器和执行机构组成的。PLC采用微型化电子元件，可靠性高、功能强、体积小、重量轻、结构紧凑，容易实现“机电一体化”。这是PLC发展的重要方向。在一台控制器上同时实现控制功能和信息处理功能。美国A-B公司最近生产出新产品PYRAMID INTEGRATOR（简称PI机） ，首次将可编程序控制器（PLC） 、机器视觉和信息处理器结合在一起，具有基础自动化、工程自动化及信息管理等多层次功能，是用于工业自动化控制系统。2.6 射流偏转器电气系统的PLC选择2.6.1 FX2N系列简介FX2N系列是 PLC FX 家族中最先进的系列。由于 FX2N系列具有如下优点：超高速：0.08us,大容量 8K-16K 步，超小型可编程控制器，高速大容量，称心如意的功能，内附高速计数器，新增多种编程指令，机能扩张，丰富软元件。最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。图 2-2 FX2N主单元与各种扩展单元的连接1. 控制点数 ：16到256（主单元：16/32/48/65/80/128点）。2. 灵活的配置：除了具有满足特殊要求的大量特殊功能模块外，六个基本FX2N单元中的每一个单元可扩充到256 I/O。 3. 高速运算：基本指令：0.8s/指令。应用指令：1.52至几百s/指令。4. 突出的寄存器容量：FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器，用一个寄存器盒可扩充到16K步RAM或EEPROM。 5. 丰富的元件资源：3072点辅助继电器、256点计时器、235点计数器和8000点数据寄存器6. 实时时钟：使用标准型号实时时钟满足你的时间灵敏度应用要求。 7. 增加了过程控制：使用FX2NPID指令或易于使用的FX2N-2LC温控模块。 8. 特殊功能模块：增加了大量的特殊功能模块满足单个需要。9. 网路能力：完全补充的网路模块使数据通信更容易实现。10. 很强的数学指令集：使用32位处理、浮点数、方根和三角几何指令满足数学功能要求很高的情况。11. 基于Windows软件：使用GX-Developer或FX/PCS-Win软件能快速、容量地开发程序。12. 容易安装：使用DIN导轨或便利的安装孔直接安装表盘。13. 操作员界面：从一条完整的线路或操作员界面来选择数据编辑和显示。 14. 为大量实际应用而开发的特殊功能：开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟I/O，高速计数器。 定位控制达到16轴，脉冲串输出或为J和K 型热电偶或PT传感器开发了温度模块. 对每一个 FX2N 主单元可配置总计达 8 个特殊功能模块。 图 2-3 FX2N主单元配置15. 网路和数据通信：连接到世界上最流行的开放式网路CC-Link， Profibus DP和DeviceNet或者采用传感器层次的网络如AS-I或I/O LINK解决你的通信需求。 串行通信选项包括 RS-232，RS-422 或 RS-485。 图 2-4 FX2N系列的网路和数据通信2.6.2 FX2N系列可编程控制器性能规格表 2-1 FX2N系列可编程控制器性能规格表项目FX2N系列性能规格运算控制方式存储程序反复运算方式、中断命令输入输出控制方式批处理方式，有 I/O 刷新指令程序语言继电器符号加步进梯形图方式（可用 SFC 表示）最大存储容量16KB（含注释文件寄存器最大 16K）有键盘保护功能8KB，RAM（内置锂电池后备）内置存储器容量电池寿命：约 5 年（使用 RAM 卡盒约 3 年）RAM8K(也可自配 16 次)EEPROM4K,8K/16K程序存储器可选存储卡盒不能使用带有实时锁存功能存储卡盒顺控先进梯形图顺控指令 27 条，步进梯形图指令 2 条指令种类应用指令128 种，298 个基本指令0.08US指令运算处理速度应用指令1.52-数 100US指令输入点数X000-X267 184 点（8 进制编号）输入输出点数输出点数Y000-Y267 184 点（8 进制编号）总点数256 点项目FX2N系列性能规格辅助一般用*1M0-M499 500 点保持用*2M500M1023 524 点保持用*3M1024-M3071 2048 点继电器特殊用M8000-M8255 156 点初始化S0-S9 10 点一般用*1S10-S499 490 点保持用*2S500-S899 400 点状态寄存器信号用*3S900-S999 100 点100MST0-T199 200 点（0.13276.7 秒）10MST200-T245 46 点（0.01327.67 秒）1MS 乘法型*3T246T249 4 点（0.00132.767 秒）定时器100MS 乘法型*3T250-T255 6 点（0.13276.7 秒）16 位向上*1C0-C99 100 点（032.767 计数器）16 位向上*2C100-C199 100 点（032.767 计数器）32 位双向*1C200-C219 20 点（-2147483648+2147483647 计数器）32 位双向*2C220-C234 15 点（-2147483648+2147483647 计数器）计数器32 位高速双向*2C235-C255 中的 6 点16 位通用1D0-D199 200 点16 位保持用*2D200-D511 312 点16 位保持用*3D512-D7999 7488 点（D1000 后可以 500 点为单位设置）16 位保持用D8000-D8195 106 点数据寄存器（使用 1对时 32位）16 位保持用V0-V7,Z0-Z7 16 点JAMP,CALL 分支P0-P127 128 点输入、计时中断I0-I8 9 点指针技术中断I010-I060 6 点(续)嵌套 主控N0-N7 8 点10 进制（K）16 位：-32768+32767 32 位：-2147483648+2147483647常数16 进制（H）16 位：0FFFF 32 位：0FFFFFFFF注：*1. 非电池后备区。通过参数设定可以变为电池后备区。*2. 电池后备区，通过参数设定可以变为非电池后备区。*3. 电池后备固定区，区域特性不可改变。2.6.3 FX2N-32MR 的功能表 2-2 FX2N-32MR 的功能及说明功 能说 明内置式 24V 直流电源24V、400MA 直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。时钟功能和小时表功能在所有的 FX2n PLC 中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。传续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。输人滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号在基本单元中000 到017元件注解记录功能元件注解可以记录在程序寄存器中。在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。RUN/STOP 开关面板上运行/停止开关易于操作。远程维护通过调制解调器通信可以监测、上载或卸载程序和数据到远处的编程软件上。密码保护使用一个八位数字密码保护你的程序。2.6.4 FX2N-32MR 可编程控制器的软元件地址分配表 2-3 FX2N-32MR 可编程控制器的软元件地址分配FX2N-32MR输入继电器 XX000X017 16 点输出继电器 YY000Y017 16 点辅助继电器 MM0M499 500 点普通用途*1状 态 SS0S499 500 点普通用途*1供初始状态用 S0S9供返回原点 S10S19FX2N-32MR定 时 器 TT0T199 200 点 100MS供例行程序用 T192T199计 数 器 C16 位增计数C0C99 100 点普通用途*1C100C199 100 点供停电保持用*2数据寄存器 D，V，ZD0D199 200 点普通用途*1嵌 套 指 针N0N7 8 点主控用K16 位 32 76873 767常 数H16 位 0FFFFH注：内的软元件为有电池后备的软元件。*1. 非后备软元件。利用参数设定，可变为后备软元件。*2. 后备软元件。利用参数设定，可以变为非后备软元件。(续) 31212321第三章 可编程控制器用于电机控制的电路及软件设计3.1 电动机的正、反、停控制电路及软件设计3.1.1 系统配置三相异步电动机正反停控制的电路如图3-1所示。PLC控制的输入/输出配置及接线如图3-2所示，电动机在正反转切换时，由于接触器动作的滞后，可能会造成相间短路，所以在输出回路利用接触器的常闭触点采取了互锁措施。（A）主电路 （B） 控制电路图 3-1 三相异步电动机正反停控制原理图正转反转过载停止正转反转输出输入0LDX210ANIX01ORY011ANIX12ANIX312ANIY03ANIX013OUTY14ANIX114END5ANIY16OUTY07LDX38ORY19ANIX2图 3-2 PLC I/O 接线图3.1.2 程序设计采用PLC控制的梯形图如图3-3（A）所示。对应的指令程序如图3-3（B）所示。类似继电接触控制，图中利用PLC输入继电器X2和X3的常闭触点，实现双重互锁，以防止反转换接时的相间短路。按下正向启动按钮SB2时，输入继电器X2的常开触点闭合，接通输出继电器Y0线圈并自锁，接触器KM1得点吸合，电动机正向启动，并稳定运行。按下反转启动按钮SB3时，输入继电器X3的常闭触点断开Y0线圈，KM1失电释放，同时X3的常开触点闭合接通Y1线圈并自锁，接触器KM2得点吸合，电动机反向启动，并稳定运行。(A) 梯形图 （B） 指令表图 3-3 三相异步电动机正反停控制的梯形图及指令表233211 3按下停机按钮SB1,或过载保护（FR）动作，都可使KM1或KM2失电释放，电动机停止运行。3.1.3 运行及调试1. 按正转按钮SB2，输出继电器Y0接通，电动机正转。2. 按停止按钮SB1，输出继电器Y0断开，电动机停转。3. 按反转按钮SB3，输出继电器Y1接通，电动机反转。4. 模拟电动机过载，将热继电器FR的触点断开，电动机停转。5. 将热继电器FR触点复位，再重复正、反、停操作。3.2 三相异步电动机Y-降压启动控制及软件设计3.2.1 系统配置三相异步电动机Y-减压启动控制的电路如图3-4所示。PLC控制的输入/输出配置及接线如图3-5所示（A）主电路 （B）控制电路图 3-4 三相异步电动机 Y-降压启动控制原理图电源运行运行启动过载停止输出输入图 3-5 PLC I/O 接线图3.2.2 程序设计采用PLC控制的梯形图如图3-6（A）所示，对应的指令程序如图3-6（B）所示。图中输出继电器Y1(Y接)和Y2（接）的常闭接点实现电器互锁，以防止Y换接时的相间短路。按下启动按钮SB2时，输入继电器X0的常开触点闭合，并通过主控触点（M100常开触点）自锁，输出继电器Y1接通，接触器KM3得电吸合，接着Y0接通，接触器KM1得电吸合，电动机在Y接方式下启动；同时定时器T0开始计时，8s后T0动作使Y1断开，Y1断开后，KM3失电释放，互锁解除使输出继电器Y2接通，接触器KM2得电吸合，电动机便在接方式下运行。按下停机按钮SB1或过载保护（FR）动作，不论是启动或运行情况下都可使主控接点断开，电动机停止运行。(A) 梯形图 （B） 指令表图 3-6 三相异步电动机 Y-减压启动控制的梯形图及指令表3.2.3 运行及调试1. 按启动按钮SB2，输出继电器Y1、Y0接通，电动机定子绕组接成Y形减压启动，延时8s后，输出继电器Y1断开，Y2接通，电动机定子绕组接成形全压运行。2. 按停止按钮SB1,主控接点断开，电动机停转。3. 重新启动电动机。4. 模拟电动机过载，将热继电器 FR 常闭触点断开，电动机停转。0LDX011ORY01ORM10012OUTY02ANIX113LDIY23ANIX214OUTY04MCN0K80M10017LDIY17LDIT018OUTY28ANIY219MCRN09OUTY121END10LDY1第四章 射流偏转器的设计要求及操作规范4.1 射流偏转器的设计要求4.1.1 射流偏转器结构和构造简介射流偏转器由锅底盘、三角形钢架、横向和垂直支撑作为承力构件。总高16m，内表面与水平面约成60角，下半部镶有厚度约150mm的钢筋混凝土隔声板，上半部镶复合吸声板，不仅要满足吸声隔声需要，还可抵御厦门地区50年一遇的最大风力及飞机发动机起飞功率下喷射尾流形成的最大风压(由发动机在起飞功率下喷射尾流曲线导出的最大值)。底部设有行走机构、轮压自动平衡机构、制动机构、运行防倾复机构、工作状态防倾复机构，以及开启状态防倾复机构，还设有电气控制系统及安全警报系统。4.1.2 射流偏转器的工作状态1. 关闭状态：此时飞机处在试车位置，当自然风速在25节以下(包括25节相当于6级风)时，飞机可进行正常试车，此时应考虑全部发动机在起飞功率下，喷射尾流形成的风压对偏转器的影响。还应考虑在非试车状态下，左右来风50年一遇的风压对偏转器的影响。2. 行走状态：当飞机进入试车位置或退出试车位置前，需移动射流偏转器，此时移动速度为10m/min左右，只需考虑风速在25节(相当于6级风)时对偏转器的影响。3. 开启状态：此时射流偏转器处于闲置位置，应考虑当地50年一遇最大风力对射流偏转器的影响。4.1.3 射流偏转器与推拉门式声屏障的开闭顺序关系关闭顺序：飞机进入射流偏转器关闭固定推拉门关闭开启顺序：推拉门开启射流偏转器开启飞机退出4.1.4 安全措施1. 轨道两端设置车挡，底盘端部设置缓冲器，以保证偏转器安全停靠。2. 在工作位置和闲置位置应有防倾覆和防水平力设施。3. 射流偏转器行走机构发生故障不能运行时，可以利用飞机牵引车将其拖走。为此需在底盘两端设置牵引环(应与牵引车挂钩相匹配)。4. 底盘上部应预留安放灭火器材的位置。5. 轨道部位保证飞机的平稳进出。6. 其它满足安全运行的设施。4.1.5 电气控制采用手持遥控方式(同时设有就地手动控制备用)，控制半径150m。为防止意外，每次启动时，闭合电源优先。控制的程序必须满足上述第4条要求达到安全联锁。4.1.6 行走机构整体要求启、停和运行平稳，安全可靠，经久耐用、使用方便，便于保养和维护修理。4.1.7 设计深度要求能据以编制预算、安排材料设备订货和非标制造、施工及安装、工程验收、正常使用和维护。4.2 液压系统控制1. 走行马达共计16个，单个马达转矩4157N.m；2. 车轮踏面直径500mm，运行速度10m/min；3. 受力：整车重量(加自重150T) 585T射流偏转器长75m，宽l0m，高16m；4. 油路制动；5. 两侧马达要求同步；6. 夹轨器伸缩油缸共计22个，控制其夹紧和松放两种工况；7. 走行马达考虑两种工况：(一)动力走行；(二)在无动力驱动时通过拖车拖走工况；8. 走行工况，车受风压考虑6级风压(0.104KN/m2)。4.3 射流偏转器的电气系统操作规程在需要射流偏转器走行时，可由手持遥控器或操作台面板进行控制。其具体的操作规程如下：1. 打开电源开关QF2,此开关为三相断路器，当此开关拨至接通电源位置时，电路通电。2. 按下电机起动按钮SB1，在PLC的控制下，两个泵站电机延时相继Y-起动。在电机起动的同时，声光报警器闪烁并且响起警铃。3. 此时轨钳处于夹紧状态，控制面板上22个信号灯的亮灭分别表示22个夹轨器的放松与夹紧，当电源接通时，夹轨钳处于夹紧状态，22个信号灯应熄灭。为了保证机构正常走行，按下轨钳放松按钮SB6至22个信号灯都发亮再松开按钮SB6,表示22个夹轨钳已经完全放松。4. 在确保轨钳松开的状态下，按下低速前进按钮SB2或低速后退按钮SB3，这时机构进入低速前进或低速后退状态。5. 当走行约5秒后，按下高速前进按钮SB8或高速后退按钮SB9，转为高速前进或高速后退状态。6. 走行机构高速前进或后退至规定距离时，操作者按下低速前进按钮SB2或低速后退按钮SB3，则机构由高速运行状态转为低速运行状态。7. 至目标点后，按下走行停止按钮SB4，则机构停止走行；若未及时按下停止按钮，则此时走行机构碰到行程开关，机构应能自动停止走行。当机构停止位置不在目标点时，可以根据位置按下低速前进按钮SB2或低速后退按钮SB3，对停车位置进行调整，当位置合适时按下走行停止按钮SB4。8. 在机构走行过程中，如需要中途停车，可由操作者按下走行停止按钮SB4，这时机构停车，但电机及油泵仍在运转;如果遇到紧急情况需紧急停止，可按下紧急停止按钮SB0，此时电机亦停止运转。9. 当机构停止走行且当前不需要继续走行时，可按下轨钳夹紧按钮SB5至控制面板上的22个信号灯都熄灭，再松开夹紧按钮SB5，此时22个夹轨钳已经完全夹紧。10. 当轨钳完全夹紧后，需要使电机停止运转，可按下停转按钮SB0。11. 当以上程序运行完成后，拨下电源开关QF2，则整个电路断电。以上步骤除电源开关QF2外，操作面板控制按钮和遥控器按钮的功能及操作顺序相同。此外，为了使机构安全运行，在电路中设置了多个急停按钮，当出现意外或紧急情况时，可直接按下急停按钮，使电机停止运转并且机构停止走行。第五章 射流偏转器的电气系统可编程控制器软件设计5.1 射流偏转器电气系统的主电路图 图 5-1 射流偏转器电气系统的主电路2005年6月施亮射流偏转器电气系统得主电路图北京石油化工学院CBACBA4325.2 射流偏转器电气系统的控制电路图，I/O 接线图 根据上一章节中的射流偏转器电气系统的操作规程，设计出如图5-2的控制电路图，图5-3 PLC I/O接线图。图 5-2 射流偏转器电气系统的控制电路图2005年6月北京石油化工学院施亮射流偏转器电气系统的控制电路图夹紧放松后退前进电机启动4321CBAABC图 5-3 射流偏转器电气系统的 PLC I/O 接线图6北京石油化工学院施亮 射流偏转器的电气系统PLC I/O接线图Y13补油KM8KM16高速行走（后退）KM15KM14KM13KM12KM11SB0SB10SB11SB12SB13SB14SB15SB16KAO报警Y12高速行走（前进）放松COMFU4220VCOM高速行走（前进）高速行走（后退）补油回路走行停止4个限位开关低速行走（后退）低速行走（前进）电机启动遥控停止（轨钳）放松（轨钳）夹紧SB10-SB16急停按钮电机停止SB9SB8K2KA6SB6KA5SB5K1SB4KA3KA2SB3SB2SQ4SQ3SQ2SQ1KA3SB3KA2SB2KA1SB1X9X8X7X6X5X4X3X2X1KM0KM1KMY0KM0KMY1KM1KM10FR1FR2Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11FX2N-32MR电机M1 Y/启动电机M2 Y/启动卷线机放线（前进）卷线机收线（后退）夹紧Y0X05.3 射流偏转器的电气系统可编程序控制器的梯形图图 5-4 射流偏转器电气系统的梯形图5.4 射流偏转器的电气系统可编程序控制器的指令表根据图 5-4，可以得到如表 5-1 的指令表表 5-1 射流偏转器电气系统的指令表1LDX131ANIX02ORYO32ANIX33LDIX433OUTY64MPS34LDX35OUTYO35ORY76OUTY1136ANIX07MRD37ANIX28ANDTO38OUTY79ORY139LDX510ANIY240ORY811OUTY141OUTY812MRD42LDX613ANIY143ORY914OUTT044OUTY9K10045LDX817OUTY246ORY918MRD47ANIX019ANDT148ANIX920ORY349OUTY921ANIY450LDX922OUTY351ORY1023MPP52ANIX024ANIY353ANIX825OUTT154OUTY10K30055LDX1028OUTY456OUTY029LDX257END30ORY6(续)第六章 结 论射流偏转器的电气系统的可编程软件设计，在配合硬件设计，即射流偏转器的电气系统整体设计的情况下，基本上满足厦门机场的飞机试验场提出的设计要求，即行走机构在开启时电动机采用 Y形启动，之后可以转为快速行走，并可以在设定位置停止或在任意位置急停。轨钳可夹紧可放松，同时，卷线器，警示系统等也由该可编程控制器进行控制。该题目的设计来源于生产实际，设计完成后也将投入实际运行当中。本设计所用原则正确，技术上完全可以实现，且具有较好的扩展能力。设计以可编程控制器（PLC）为核心，选用三菱公司生产的 FX2N-32MR 对射流偏转器行走机构的电动机进行控制。FX2N-32MR 可编程控制器价格适中，有较好的扩展性，在以后的实际生产操作中，遇到问题，可以及时修正，并可以进行程序升级。参参 考考 文文 献献1 方承远编.工厂电气控制技术： 机械工业出版社，2001；2 何立民编.单片机高级教程：北京航空航天大学出版社，2000 3 电工手册：上海科技出版社，19984 高 峰编.单片微机应用系统设计及应用技术：机械工业出版社，20045 康华光编.电子技术基础：高等教育出版社，19996 袁希光编.传感器技术手册 ：国防工业出版社，20007 陈立定编.电气控制与可编程序控制器得原理及应用：机械工业出版社，20048 李俊秀编.可编程控制器应用技术实训指导：化学工业出版社，20029 邱阿瑞编.实用电动机控制：人民邮电出版社，199810王英健编.电工技术实用教程：中南大学出版社，200411何巨兰编.电机与电气控制：机械工业出版社，2004致 谢在论文结束之际，向我的导师