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清梳联PLC控制系统分析

清梳联是纺纱工艺的道工序，完成棉包的开松、除杂、混合、输送和梳理等任务，制成合格的棉条（称作“生条”）供精梳和并条工序。清梳联的除杂效率可达99%，是纺出品质优良的棉纱、化纤纱或混纺纱的基础。

清梳联系统由一组开清棉机联合机（抓棉机、混棉机、除杂机等）和6～12台梳棉机组合而成，以抓棉喂入为尾端、棉条输出为始端对原棉进行循序加工。在加工过程中，首先必须实现各机组之间的联锁控制，保证后方机台对前方机台喂棉不脱节、不跑空，提高单机的运转效率，制出合格的棉条；其次各机组需要配备用于操作和运行状态显示的人机界面，以实现安全防范、故障报警和处理等联锁控制，保证生产的正确性和可靠性。因此，从系统控制角度看，需要将整个清梳联系统当作一个整体，即采用一个PLC对整个系统进行控制，而各单元机可通过现场总线以远程I/O的方式进行控制。

2. 控制系统方案

系统由一个主PLC（Premium）和若干个从PLC（Micro）加Magelis XBTG触摸屏组成，通过FIPIO现场总线实现远程I/O方式控制。主PLC带FIPIO通讯接口（联接各单元机）和以太网接口（联接工厂自动化系统），所有控制程序均在主PLC上编写；从PLC仅执行对主PLC的I/O映像和人机界面功能，无控制程序。

3. 控制系统简介

Premium PLC是施耐德电气公司推出的先进的中型可编程控制器，采用模板式结构，具有高可靠性、大存储容量、以及强大的系统扩充能力，开关量I/O大容量可达2048点 （本系统大为1024点） ，模拟量I/O大容量可达256路（本系统大为80路）；中央处理器部分采用先进的多处理器技术，具有高效的数据处理能力和处理速度（每条布尔指令0.12s）；同时，集成了伺服控制、PID闭环控制、称重系统、“透明工厂”等先进控制技术，是面向未来的理想的自动化平台。本系统采用嵌装Ethernet 和FIPIO接口的TSXP572823M CPU。

Premium PLC的FIPIO接口可连接多达127个从站，传输速率为1Mbps，采用屏蔽双绞线以菊花链方式与各从PLC相联；通过功能强大的PL7 Pro编程软件进行简单配置，即可实现Micro PLC （TSX3721/22 CPU模块加TSXFPP10 FIPIO扩展卡）中64个字（32个输入字和32个输出字，见下图）在Premium PLC内存中的I/O映像，这64个字的数据交换是周期性高速自动执行的，无需编写任何通讯程序。因此，主PLC对从PLC的远程I/O的控制可以当作对自身内存的读写操作，实现对清梳联系统的整体控制。

Magelis XBT-G触摸屏是施耐德电气公司新推出的高可靠性人机界面产品，有多种屏幕尺寸（5.7”～12.1”）和色彩（黑白、彩色），采用先进的100MHz RISC CPU技术，通过bbbbbbs环境下的VijeoDesigner VJD SPUL软件配置用户界面，可提供丰富的功能和大量数据的处理、以及与PLC的高速同步链接。本系统采用5.7”蓝屏触摸屏（XBT G2110），通过Uni-bbbway总线与Micro PLC编程端口相联。

Premium PLC的以太网接口集成了施耐德电气公司先进的内置WEB Server的“透明工厂”技术，通过与工厂自动化系统网络的连接，以浏览网站的方式方便地访问系统的数据，实现“管控一体化”；更可以通过英特网等公共网络的远程访问监控系统的运行状况，降低系统维护成本。

本文介绍了密码锁的基本原理以及工作流程，然后以一次解锁过程为例，把解锁过程分为几个程序块，然后分别对程序块进行编程。具体说明了可编程序控制器在密码锁中的作用。程序涉及到了密码锁工作的绝大部分过程。利用PLC控制的密码锁提高了系统的稳定性，保证密码锁能够长期稳定运行。

关键词 密码锁；可编程序控制器；梯形图

随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变得尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，被撬的事件屡见不鲜， 同时，机械锁一般配有金属钥匙，带起来太重，万一弄丢了，锁可能也就没用了。电子锁保密性高，密码泄露了，换个密码，锁照样能用；使用灵活性好，万一忘记密码，可以通过功能键，给用户提示密码；安全系数高，能够防止不法分子多次试探密码；性价比好，因此，密码锁受到了广大用户的青睐。

出于安全、方便等方面的需要，许多智能锁（如指纹辩识、IC卡辩识）已相继问世，但这些产品的特点是针对特定指纹或有效卡，只能适用于保密要求高且仅供个别人使用的箱、柜、房间等，而且卡片式IC卡还有易丢失等特点，加上其成本一般比较高，一定程度上限制了这类产品的普及和推广。本数字密码锁成本则相对较小。

远古时代，锁初的样式只是用于捆绑物品的绳子和绳结，以表示主人对物品的占有。在古希腊的传说里，马其顿国王的王子亚历山大侵入阿拉伯半岛，占领了格尔diao恩。在城市的街道中心有的神殿中摆放有一辆古老的战车，战车上是的“格尔diao斯绳结”，根据传说解开绳结的人就是亚洲的统治者。亚历山大都无法解开它。后，他拔出了宝剑，用亚历山大的方式，一剑将绳结砍为两断。

很难说亚历山大的方式是不是真正地打开了绳结，但是的偷车贼们，在面对坚固的方向盘锁无从下手，干脆用锯子把方向盘锯开，他们会不会想到，他们的祖师爷，居然会是烜赫一时的亚历山大？

不过锁具的发源，却并不是从亚历山大的王国开始。的专家们，普遍认为锁具的发源中心有两个：一是两河流域及埃及，后传到希腊、罗马甚至整个西欧，直至英伦三岛，再到美国；另一个中心就是中国，北上传入朝鲜，东进传入日本，南下传至越南等地。这一切变化，都发生在人类有了房间和房门以后。

初限定房门的只是粗陋的木栓——它逐渐演变成了更为结实的金属锁栓，为了能把它们插在锁里固定住，机构中便使用了发条和簧片——这些装置的结构位置加以改变，各种制式的锁具便诞生了出来，为了打开它们，我们需要特定的钥匙。

早期的各种机械锁定装置是基于各种力学原理的基础之上创造出来的。钥匙的功能就是使锁内的锁定机构发生相应的变动，在开锁(jiema)的过程中，只有当钥匙编码和锁编码经机构内鉴别确认一致匹配时，才能通过传动机件使锁栓、锁舌动作，释放锁扣，顺利jiema。

机械锁具的安全性能，依靠两条机械原理，一是依靠锁内固定的障碍物，阻止假钥匙进入并旋转，第二则利用一个或多个可移动的限位物，安装在锁内，由钥匙决定它是否在之前预定开启的位置上，其数量越多，则编码越复杂，安全性能也相应提高。

机械锁里这些原理，已经诞生了上千年，仍被不断地改进着，锁钥机械结构编码的发展，直至，仍在伴随着我们的生活。虽然越来越多的电子元器件被用于新的锁具，但是机械门锁在设计上一定会继续下去。尽管电子设备的成本在已经被大大降低，但是随着材料工艺的发展，电子锁要完全取代机械锁，还需要相当长的时日。 　　
　　电子锁是采取电子电路控制，以电磁铁或者卫星电机和锁体作为执行装置的机电一体化锁具，相比传统的机械锁具，电子所不使用金属钥匙，保密性、精度都有很大提高。

电子锁的发明思路，源自古代发明的自动机械，例如古希腊数学家赫伦的液压自动门，中国古代诸葛亮的木牛流马，它们以重力或蒸汽压力驱动，广泛的用途乃是用在古代墓道的地下机关。电子工业的诞生，使得以微小电量驱动机械成为可能，于是有了电子锁一日千里的跃进。

据有关资料介绍，电子锁的研究从30年代就开始了，在某些特殊场所早就有所应用。研究这种锁的初衷，是提高锁的安全性，因为电子锁的密钥量（密码量）极大，可以和机械锁配合，避免因钥匙被仿制而出现的问题。在安全性极高的前提下，它的另一个特点——无需钥匙却被越来越多的人所欣赏。因为人们携带的钥匙很多已成为累赘，而电子锁只需记住一组密码，无需携带金属钥匙，免除了人们的烦恼。电子锁的种类繁多，从大的方面讲可能有数十种，例如数码锁、指纹锁、卡片锁、磁卡锁、生物锁等等。但能谈上的上实用一些或者大众化一些的还是按键式电子密码锁。这是一种操作方式类似于按键电话机的电子锁，通过键盘上的数码按键一次输入一组密码，如果密码与内部已约定的密码相同，则输出一个电信号，以驱动电磁铁或者小马达将门闩打开，完成一个开锁过程。进入20世纪80年代后，随着电子锁专用集成电路的出现，电子锁的体积缩小，可靠性提高，廉价产品开始出现。实用性已经具备，可以说已经有了冲击机械锁市场的条件。　　

1 密码锁介绍
1.1 密码锁功能分析
这部分阐述了密码锁的各种动作功能和控制要求，给出了完整的密码锁操作规程，并介绍了密码锁运行系统种所包括的人工操作步骤。
1.1.1. 密码锁基本功能
在进行上、下位机程序编写之前，首先要做的工作是确定密码锁本身所具备的功能及在进行某种操作后所具有的状态。

在实际生活中，我们用到密码锁的地方很多，有密码箱。保险柜等等。本文是设计密码锁在自动门上的应用，

我们在门上装上密码按键，也就是从0到9这十个数字。在PLC中它分别表示SB0-SB9这十个按钮，键盘上还有确认键，密码修改键，还有个按钮在门中，用门把手来控制是否启动密码锁。它的基本控制过程为
1、 当输入密码40812453后，再按确认键，门上绿色指示灯亮，表示密码正确，这时将门把手向下扭动，即可打开门。
2、 当输入密码错误超过三次时，红灯闪烁，同时发出警报声
3、 当再次锁上门时，可根据需要看是否启动密码锁，如果需要，则将把手向上扭动,密码锁启动，否则不启动密码锁
4、 如果密码泄露，可启动密码2。密码为198728，启动密码2后。密码1失效，在正常情况下,也可以选择启动密码1或密码2。
5、 在密码确认前，如果失误将密码安错，可按修改键，重新输入密码。
密码锁的工作流程图如图1所示。

图1 密码锁工作流程图
1.2 PLC的选型原则
当某一个控制任务决定由PLC来完成后，选择PLC就成为重要的事情。一方面要选择多大容量的PLC ,另一方面是选择什么公司的PLC及外设。

对个问题，首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。控制系统输出点的类型非常关键，如果他们之中既有交流220V的接触器、电磁阀，又有24V的指示灯，则后选用的PLC的输出点数有可能大于实际电数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组输出只能有一种电源的种类和等级。所以一旦它们是交流220V的负载负载使用。则直流24V的负载只能使用其他的输出端了。这样有可能造成输出点浪费，增加成本。所以要尽可能选择相同等级和种类的负载，比如使用交流220V的指示灯等。一般情况下继电器输出的PLC使用多，但对于要求高速输出的情况，就要使用无触点的晶体管输出的PLC了。

对第二个问题，则有以下几个方面要考虑：
（1）功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求；或对PLC的位置控制有特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。
（2）价格方面 不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价当然是必须考虑的因数。
PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。

1.3 PLC的概述
1.3.1 PLC的产生
20世纪20年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差.

20世纪60年代末期，美国的qiche制造业竞争激烈，各生产厂家的qiche型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用qiche公司公开向社会招标，对qiche流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：
（1） 编程方便，可现场修改程序
（2） 维修方便，采用插件式结构
（3） 可靠性高于继电器控制装置
（4） 体积小于继电器控制盘
（5） 数据可直接送入管理计算机
（6） 成本可与继电器控制盘竞争
（7） 输入可以是交流150V以上
（8） 输出为交流115V，容量要求在2A以上，可直接驱动接

一、模拟量部分介绍
（一）模拟量输入
CX2N系列控制器将多路模拟量输入结合在一起，常用的模拟量输入和温度类型有(4-20mA/0-20mA/0-10V/NTC10K/PT100等)。模拟量输入通道是12位A／D转换。根据plc内部指令，读取相对应电压输入值或电流输入值，是一种具有多可定制为20路输入，高jingque度的结合控制器，通过简易的调整或内部计算可根据环境的需求来进行相对应的修正。
CX系列plc-AD的技术指标

 
(二)模拟量输出
CX2N系列控制器将多路模拟量输输出结合在一起，常用的模拟量输出类型有(0-5V/0-10V/0-20mA等)。模拟量输出通道是12位D／A转换模块，是一种具有高jingque度的输出。通过简易的调整可改变模拟量输出的范围。
CX系列plc-2DA的技术指标
 
二、特殊检测以及控制端
（一）380V特殊检测端
在CX系列可编程控制器硬件的右侧，可以连接1路特殊380v的电压检测，对应了内部的寄存器，寄存器中0-4000的数字量对应着0-380V的电压值。
（二）电子膨胀阀特殊控制端
CX系列可编程控制器特殊端子，分别特殊命名了：MA-MCA-MC-MD-MDB-MB等端子的特殊使用。
（四）编程举例
CX-系列PLC控制器, 型号CX2N -48MR，可编程控制器中的D0和D1分别接收这两个通道输入量平均值数字量，并编梯形图程序。
梯形图
 
案例 ：制冷冷库温度控制
一、动作要求分析
该制冷系统使用两台压缩机组，系统要求温度在低于12℃时不起动机组，在温度高于12℃时两台机组顺序起动，温度降低到12℃时停止其中一台机组。要求先起动的一台停止，温度降到7.5℃时两台机组都停止，温度低于5℃时，系统发出超低温报警。
二、硬件设计
在这个控制系统中，温度点的检测可以使用带开关量输出的温度传感器来完成，但是有的系统的温度检测点很多，或根据环境温度变化要经常调整温度点，要用很多开关量温度传感器，占用较多的输入点，安装布线不方便，把温度信号用温度传感器转换成连续变化的模拟量，那么这个制冷机组的控制系统就是一个模拟量控制系统。对于一个模拟量控制系统，采用可编程控制器控制，控制性能可以得到极大的改善。在这里可以选用CX2N-48MR-20AD-10A410NTC10模拟量输入单元，就能方便的实现控制要求。