西门子6ES7231-0HF22-0XA0售后

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摘要 主要讲述了PLC的基本知识以及基于PLC技术的电机三相异步正反转控制电路的设计，设计通过改变三相电源相序，实现了电动机的正反转控制，但自动化程序不高，控制中仍存在需要改进的地方。

在实际生活应用中，众多机械设备需能够向正反两个方向运行，例如数控机床的正反转，电梯的上升下降等。为达到这一目的，本文基于PLC技术，通过改变三相电源相序，实现了电动机的正反转控制。

1 PLC技术

PLC即可编程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，自1969年入世以来，逐渐成为了使用多、应用广的工业控制器，目前已有多个分支。PLC控制由处理单元CPU、存储器电源单元等组成，抗干扰能力强。其是采用一类可编程的存储器，专为工业现场应用而设计，是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，克服了继电控制系统的接线复杂、功耗高以及灵活性差的缺点，同时又照顾到了维修人员的习惯，能够灵活地应用于生产实践中。

传统的继电器控制技术采用硬件接线实现，若是产生故障，不便于进行维修，PLC控制则采用存储逻辑，以程序的方式存储在内存中，若是发生故障，只需程序即可。PLC内部可编程的结构主要包括编程器、输入输出单元、用户程序存储器、系统程序存储器以及处理单元。

从控制速度上看，传统的继电器控制技术由于实现控制需依据机械动作，因此工作效率较低，速度较慢，在ns量级且在操作过程中易出现抖动现象，有可能造成电器损坏。PLC由于是由程序进行控制，速度相比传统继电器控制技术快，一般速度在μs量级，且在控制时不会出现抖动现象。

在延迟控制中，传统的继电器控制技术依靠设备的滞后性实现，定时精度较差，在操作时不易调整时间。而PLC监视控制是时钟脉冲由晶体振荡器引起的，可操控时间，且精度较高。PLC控制虽与微电脑技术相似，但工作方式却不同。PLC技术采用循环扫描，而微机则采用键盘扫描，PLC技术的工作扫描方式。

2 电机三相异步正反转控制电路的设计

在众多的操作系统中均要求电动机能够实现正反转给操作，从电动机的工做原理中可知，需将三相电源中的任意两个进行对调，就能实现电动机的反向运转，因此电动机实现正反转的实质便是电源进线的调换。但若仅调换进线，容易导致电源短路，因此设置互锁，三相异步电动机正反转的原理设计图，KM1和KM2均是交流接触器主触头，当KM1吸合时，KM2交流接触器主触头就会断开，然后便可实现电机的正转。若是断开交流接触器主触头KM1，KM2就会吸合，此时电动机则会实现反转，的FU1主要用于防止电源短路，圆形代表电机M。

设计得到的程序如下：

0 LD X000

1 OR Y005

2 ANI X002

3 ANI Y004

4 OUT Y005

5 LD X001

6 OR Y004

7 ANI X002

8 ANI Y005

9 OUT Y004

10 END

PLC外部按钮所控制的常开触点主要是左母线的等级以及二等级的X001触点和X002触点，只需按钮便可使得X000或X001任意一个常开触点闭合，输出继电器Y005或继电器Y004就能通过相应线路形成闭合回路，进而使常开接触点Y005或Y004实现自锁功能同时实现电动机的正反转。停止通过PLC外部的按钮实现，按钮通过释放X002常开接触点，使得继电器断电引发电动机停止运转。

3 结束语

论文进行了电机三相异步正反转控制电路的设计，实验证明本设计能较好地实现点击的正反转控制，但在控制中仍存在需改进的地方，如自动化程度不高，在实际操作中仍有较多不便。

  在应用PLC高速计数器时往往会碰到如下一系列问题，计数器与输入计数脉冲信号的脉冲电平不匹配。如旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平，而PLC高速计数器为确保工业现场的高抗干扰性能，却要求接受的是0 - 24v传输脉冲信号、又有的编码器为了提高编码性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反相的编码计数脉冲或者是提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反向的正弦矢量差分、差模信号，但PLC高速计数器要求接收的是单相计数脉冲。而使用者没有选择用到合适的转换接口而放弃了其中一相（编码器本因为要提高系统工业现场抗干扰能力，而提供的双相计数脉冲信号）进行计数。
又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合非单方向匀速运动，其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合，如果接口没有匹配处理好是非常容易发生计数误差的。还有脉冲距离稍长些，脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变。
有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高，而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的前后沿口是有速率要求（脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭），尤其是在应用线数比较高的编码器在低速运行时，由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前级安有变速齿轮，就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动产生机械磨损，使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。
在工业现场的干扰是错综复杂的，由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群，那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。
问题终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲如果没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不、产生累计误差、经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。
所以许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的，而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念，各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度，使得原本为了提高控制精度而设置的功能，却发挥不了本该提的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多。且没有找到问题的真迹在哪里而无从着手，也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。
为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统普遍存在而又常见的有共性的技术问题，专门精心比照分析，研究了许多国外引进的大系统集成项目，自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节，往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件，似乎那些接口件去掉可以工作，有些部件当下去掉确实反映不出有无的变化和必要性。尤其是在当前市场竞争白日化，比价竞争为竞标的不明智压力下。常常是会在做设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。从而往往会形成许多国产化系统先天不足后天失调，在现场系统调试时常常卡口。在现场采取应急措施，此时所采取措施常常是不十分完善的治标不治本小仓贴。系统不也就自然的了，反倒使工程日后无形的维护费用变大，似乎和前期项目投入是互不关联的两家之的事。其实质原因问题还是在自身，非常值得我们反思。
我们对那些可“精简多余”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知，它在构成系统整体集合时存在的必要性，选好对应匹配的接口，是对系统长期稳定运行的。尤其是度要求比较高的机械电气合一的数控项目中尤为重要。
为此我们引进了上而又成熟的接口技术，吸收消化了许多针对性细节的处理方法。专门设计了半国产化的MHM-02A/B型双高速光栅隔离耦合器接口模块和MHM-06双高速差模信号转换器接口模块，而且分别还有多种输入输出方式组合，可以满足国内外现有各种形式的旋转编码器、光栅尺与各种PLC控制器的要求。它已经在许多PLC数控系统上，尤其是在那些“问题系统”上、和在老系统进行数控改造项目上，实际应用得到了验证。使许多项目控制精度有非常显著提高，使理论设计精度与实际得到的效果吻合。的确是“多”而不“余”，着实能解决掉问题，起到事半功倍的效果。

 PLC及其网络发展到现在，已经能够实现NBS或ISO模型要求的大部分功能，至少可以实现4级以下NBS模型或ISO模型功能。

    PLC要提供金字塔功能或者说要实现NBS或ISO模型要求的功能，采用单层子网显然是不行的。因为不同层所实现的功能不同，所承担的任务的性质不同，导致它们对通信的要求也就不一样。在上层所传送的主要是些生产管理信息，通信报文长，每次传输的信息量大，要求通信的范围也比较广，但对通信实时性的要求却不高。而在底层传送的主要是些过程数据及控制命令，报文不长，每次通信量不大，通信距离也比较近，但对实时性及性的要求却比较高。中间层对通信的要求正好居于两者之间。

由于各层对通信的要求相差甚远，如果采用单级子网，只配置一种通信协议，势必顾此失彼，无法满足所有各层对通信的要求。只有采用多级通信子网，构成复合型拓扑结构，在不同级别的子网中配置不同的通信协议，才能满足各层对通信的不同要求。

    PLC网络的分级与生产金字塔的分层不是—一对应的关系，相邻几层的功能，若对通信要求相近，则可合并，由一级子网去实现。采用多级复合结构不仅使通信具有适应性，而且具有良好的可扩展性，用户可以根据投资情况及生产的发展，从单台PLC到网络、从底层向高层逐步扩展。下面列举几个有代表性公司的PLC网络结构。

   OMRON公司的PLC网络

OMRON PLC网络类型较多，功能齐全，可以适用各种层次工业自动化网络的不同需要。

OMRON的PLC网络结构体系大体分为三个层次：信息层、控制层和器件层。信息层是层，负责系统的管理与决策，除了Ethemet网外，HOST bbbb网也可算在其中，因为HOST bbbb网主要用于计算机对PLC的管理和监控。控制层是中间层，负责生产过程的监控、协调和优化，该层的网络有SYSMAC NET、SYSMAC bbbb、Controller bbbb和PLC bbbb网。器件层是层，为现场总线网，直接面对现场器件和设备，负责现场信号的采集及执行元件的驱动，有CompoBus/D、CompoBus/S和Remote I/O网。

Ethernet属于大型网，它的信息处理功能很强，支持FINS通信、TCP/IP和UDP/IP的Socket（接驳）服务、FTP服务。HOST bbbb网是OMRON推出较早、使用较广的一种网。上位计算机使用HOST通信协议与PLC通信，可以对网中的各台PLC进行管理与监控。

SYSMAC NET网属于大型网，是光纤环网，主要是实现有大容量数据链接和节点间信息通信。它适用于地理范围广、控制区域大的场合，是一种大型集散控制的网络。SYSMAC bbbb网属于中型网，采用总线结构，适用于中规模集散控制的网络。Controller bbbb网（控制器网）是 SYSMAC bbbb网的简化，相比而言，规模要小一些，但实现简单。PLC bbbb网的主要功能是各台PLC建立数据链接（容量较小），实现数据信息共享，它适用于控制范围较大，需要多台PLC参与控制且控制环节相互关联的场合。

    CompoBus/D是一种开放、多主控的器件网，开放性是其特色。它采用了美国AB公司的DeviceNet通信规约，只要符合DeviceNet标准，就可以接入其中。其主要功能有远程开关量和远程模拟量的I/O控制及信息通信。这是一种较为理想的控制功能齐全、配置灵活、实现方便的控制网络。CompoBus/S也为器件网，是一种高速ON/OFF现场控制总线，使用CompoBus/S通信协议。CompoBus/S的功能虽不及CompoBus/D，但它实现简单，通信速度快，主要功能有远程开关量的I/O控制。Remote I/O网实际上是PLC I/O点的远程扩展，适用于工业自动化的现场控制。

    Controller bbbb网推出时间较晚，只有新型号PLC（如C200H、CV、CS1、CQM1H等）才能入网，随着Controller bbbb网的不断发展和完善，其功能已覆盖了控制层其它三种网络。

目前，在信息层、控制层和器件层这三个网络层次上，OMRON主推Ethernet、Controller bbbb和CompoBus/D三种网。

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