PLC在东风4系列内燃机车控制电路中的应用研究_毕业设计论文.doc

PLC在东风4系列内燃机车控制电路中的应用研究 第一章 绪论 第一节 课题背景 目前，在东风4系列内燃机车电气系统的控制中，仍然沿用触头联锁方式，以形成电器线圈得电的逻辑关系。尤其是在众多条件下形成的“与”逻辑电路中，不得不串接许多触头。例如，在机车控制电路中，牵引发电机励磁接触器LC的线圈电路中共串有控制器KZ5、控制器KZ2、方向转换开关1HKf、方向转换开关2HKf、牵引发电机过流继电器LJ、接地继电器DJ、励磁机励磁接触器LLC、压力继电器4YJ、压力继电器3YJ、中间继电器2ZJ、电空接触器1C、电空接触器2C、电空接触器3C、电空接触器4C、电空接触器5C、电空接触器6C等16对触头。这种联锁方式的线路，布线十分复杂，可靠性差，查找故障困难，维修不方便。部分触头因长期超过额定值通电而频繁烧损。 机车控制电路承担着对机车各功能的控制及保护任务，控制电路中的逻辑关系全部由硬件元（器）件构成，需要串联许多触头，形成触点联锁方式的线路。这种触点联锁方式的线路，受机车恶劣条件的影响，致使控制电路接线复杂，元器件出现故障的几率较大，可靠性较差，故障不易查找，维护工作量大，维修不方便。部分触点因长期在大电流通电的情况下动作，直接影响机车效能的发挥，影响到机车的利用率，同时，复杂的机车逻辑电路也给增设安全保护装置带来诸多不便。 近几年来，PLC应用技术发展迅速，在工业的诸多领域都得到广泛应用，PLC技术已成为工业自动化控制的支柱之一。PLC作为一种可编程的逻辑控制器件，它具有的强大的逻辑控制、运算功能及完善的故障自诊断功能，又特别适合于在工作条件恶劣的环境下运行，以丰富的软件资源代替了大量的硬件元（器）件，简化线路结构，保证电路的可靠性。在众多领域中的广泛应用取得了十分显著的效益。 将PLC用于内燃机车电气系统控制中，根据PLC的可靠性高，抗干扰能力强，控制系统结构简单，适应性强，应用灵活，编程方便，易于使用，控制系统设计、安装、调试方便，维修方便，维修工作量小，功能完善，扩展能力强，体积小，重量轻，易于实现机电一体化等特点。以其内部的软连锁代替触头连锁，实现机车控制电路中的逻辑器件的以软代硬，解决机车控制电路中存在的问题。 此种举措不仅能够大大解决布线复杂，线路可靠性差，故障不易查找，维护工作量大，维修不方便的问题，而且也能够提高机车控制电路的智能化水平，扩大故障诊断和保护范围。同时，还具有显示和记录的功能，提高机车运行效率，设备利用率和取得好的经济效益。将PLC应用于内燃机车控制电路已势在必行。 第二节 可编程控制器的分析 一、可编程序控制器的基本结构分析 （一） PLC的系统结构 目前PLC种类繁多，功能和指令系统也各不都相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专业计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电机相似。I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 如图1-1所示，PLC控制系统由输入量、PLC、输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其他各种运算，处理后送到输出端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构由控制部分、输入和输出部分组成。 图1-1 PLC硬件结构图 （二）PLC各部分的作用 1.中央处理器 CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部分有条不紊地工作，它的基本功能就是从内存中取指令和执行指令。CPU作为整个PLC的核心起着总指挥的作用，是PLC的运算和控制中心。其主要功能如下： （1）诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 （2）采集由现场输入装置送来的状态和数据，并送入PLC的寄存器中。 （3）按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按令规定的任务完成各种运算和操作。 （4）将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 （5）响应各种外部设备（编程器、打印机、上位计算机、图形监控系统、条码判读器等）的工作请求。 目前PLC中所用的CPU多为单片机，其发展趋势是芯片的工作速度越来越快，位数越来越多（8位、16位、32位至48位），RAM的容量越来越大，集成度越来越高，并采用多CPU系统来简化软件的设计和进一步提高工作速度。 2.存储器 PLC的存储器分为两大部分： 一部分是系统程序存储器，用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。系统程序根据PLC功能的不同而不同。生产厂家在PLC出厂前已将其固化在只读存