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按鈕開關(guān)（文字符號SB）

按鈕開關(guān)：一種短時接通或斷開小電流電路的電器，它不直接控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出手動“指令”去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?，故稱“主令電器”。

按鈕開關(guān)的外觀

1.按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)

按鈕開關(guān)的結(jié)構(gòu)：由按鈕帽、復(fù)位彈簧、固定觸點(diǎn)、可動觸點(diǎn)、外殼和支柱連桿等組成。

常開觸頭（動合觸頭）：是指原始狀態(tài)時（電器未受外力或線圈未通電），固定觸點(diǎn)與可動觸點(diǎn)處于分開狀態(tài)的觸頭。

常閉觸頭（動斷觸頭）：是指原始狀態(tài)時（電器未受外力或線圈未通電），固定觸點(diǎn)與可動觸點(diǎn)處于閉合狀態(tài)的觸頭。

常開(動合)按鈕開關(guān)，未按下時，觸頭是斷開的，按下時觸頭閉合接通；當(dāng)松開后，按鈕開關(guān)在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位斷開。在控制電路中，常開按鈕常用來啟動電動機(jī)，也稱啟動按鈕。

常閉(動斷)按鈕開關(guān)與常開按鈕開關(guān)相反，末按下時，觸頭是閉合的，按下時觸頭斷開；當(dāng)手松開后，按鈕開關(guān)在復(fù)位彈簧的作用下復(fù)位閉合。常閉按鈕常用于控制電動機(jī)停車，也稱停車按鈕。

復(fù)合按鈕開關(guān)：將常開與常閉按鈕開關(guān)組合為一體的按鈕開關(guān)，即具有常閉觸頭和常開觸頭。未按下時，常閉觸頭是閉合的，常開觸頭是斷開的。按下按鈕時，常閉觸頭首先斷開，常開觸頭后閉合；當(dāng)松開后，按鈕開關(guān)在復(fù)位彈簧的作用下，首先將常開觸頭斷開，繼而將常閉觸頭閉合。復(fù)合按鈕用于聯(lián)鎖控制電路中。

按鈕開關(guān)外觀

按鈕開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖

　按鈕開關(guān)符號

（1) 數(shù)據(jù)長度

功能指令可處理l6位數(shù)據(jù)和32位數(shù)據(jù)，例如：

圖1 16位/32位數(shù)據(jù)傳輸指令梯形圖表達(dá)式

（2) 指令類型

FX系列PLC的功能指令有連續(xù)執(zhí)行型和脈沖執(zhí)行型兩種形式。連續(xù)執(zhí)行型的如：

圖2 32位連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸指令梯形圖表達(dá)式

上圖程序是連續(xù)執(zhí)行方式的例子，當(dāng)X1為ON時，上述指令在每個掃描周期都被重復(fù)執(zhí)行一次。

脈沖執(zhí)行型的如：

可編程控制器目前常用的編程語言有以下幾種：梯形圖語言、助記符語言、順序功能圖、功能塊圖和某些高級語言。手持編程器多采用助記符語言，計(jì)算機(jī)軟件編程采用梯形圖語言，也有采用順序功能圖、功能塊圖的。

（1）梯形圖語言

梯形圖的表達(dá)式沿用了原電氣控制系統(tǒng)中的繼電接觸控制電路圖的形式，二者的基本構(gòu)思是*的，只是使用符號和表達(dá)方式有所區(qū)別。

【例1】某一過程控制系統(tǒng)中，工藝要求開關(guān)1閉合40S后，指示燈亮，按下開關(guān)2后燈熄滅。采用三菱 FX_2N系列 PLC實(shí)現(xiàn)控制，圖1-5(a)為實(shí)現(xiàn)這一功能的梯形圖程序，它是由若干個梯級組成的，每一個輸出元素構(gòu)成一個梯級，而每個梯級可由多條支路組成。

梯形圖從上至下按行編寫，每一行則按從左至右的順序編寫。CPU將按自左到右，從上而下的順序執(zhí)行程序。梯形圖的左側(cè)豎直線稱母線(源母線)。梯形圖的左側(cè)安排輸入觸點(diǎn)(如果有若干個觸點(diǎn)相并聯(lián)的支路應(yīng)安排在左端)和輔助繼電器觸點(diǎn)（運(yùn)算中間結(jié)果），右邊必須是輸出元素。

梯形圖中的輸入觸點(diǎn)只有二種：動合觸點(diǎn)( ）和動斷觸點(diǎn)（），這些觸點(diǎn)可以是PLC的外接開關(guān)對應(yīng)的內(nèi)部映像觸點(diǎn)，也可以是PLC內(nèi)部繼電器觸點(diǎn)，或內(nèi)部定時、計(jì)數(shù)器的觸點(diǎn)。每一個觸點(diǎn)都有自己特殊的編號，以示區(qū)別。同一編號的觸點(diǎn)可以有常開和動斷兩種狀態(tài)，使用次數(shù)不限。因?yàn)樘菪螆D中使用的“繼電器”對應(yīng)PLC內(nèi)的存儲區(qū)某字節(jié)或某位，所用的觸點(diǎn)對應(yīng)于該位的狀態(tài)，可以反復(fù)讀取，故人們稱PLC有無限對觸點(diǎn)。梯形圖中的觸點(diǎn)可以任意的串聯(lián)、并聯(lián)。

梯形圖中的輸出線圈對應(yīng)PLC內(nèi)存的相應(yīng)位，輸出線圈包括輸出繼電器線圈、輔助繼電器線圈以及計(jì)數(shù)器、定時器線圈等，其邏輯動作只有線圈接通后，對應(yīng)的觸點(diǎn)才可能發(fā)生動作。用戶程序運(yùn)算結(jié)果可以立即為后續(xù)程序所利用。

　記符時，必須先弄清PLC的型號及內(nèi)部各器件編號、使用范圍和每一條助記符的使用方法。

（3）順序功能圖

順序功能圖常用來編制順序控制程序，它包括步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。順序功能圖法可以將一個復(fù)雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)。對于這些小狀態(tài)的功能依次處理后再把這些小狀態(tài)依一定順序控制要求連接成組合整體的控制程序。圖1-6所示為采用順序功能圖編制的程序段，

（4）功能塊圖

功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，用類似與門、或門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方塊左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓點(diǎn)表示“非”運(yùn)算，信號自左向右流動。類似于電路一樣，方框被“導(dǎo)線”連接在一起。圖1-7所示為功能塊圖示例。

在數(shù)控機(jī)床中,通常用可編程控制器(PLC)對機(jī)床開關(guān)量信號進(jìn)行控制。PLC可靠性高,使用方便。但在大多數(shù)數(shù)控機(jī)床,特別是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床中,要求的輸入輸出點(diǎn)數(shù)并不多,通常在60點(diǎn)以下,因此,為了降低數(shù)控機(jī)床成本,在基于工業(yè)PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)中,可以采用開關(guān)量I/O板加外接繼電器,配合主機(jī)的軟件對機(jī)床開關(guān)進(jìn)行控制。但如果PC機(jī)采用單任務(wù)操作系統(tǒng)(如DOS),數(shù)控系統(tǒng)的所有任務(wù)運(yùn)行都置于一個總體的消息循環(huán)中,軟件的模塊化和可維護(hù)性較差,系統(tǒng)故障的風(fēng)險(xiǎn)相對集中,而且不能充分利用PC機(jī)系統(tǒng)資源。而采用非實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)(如Windows)時,Win32API的設(shè)計(jì)沒有考慮到實(shí)時環(huán)境的開發(fā)用途,其系統(tǒng)調(diào)用的效率不高,不能滿足數(shù)控系統(tǒng)PLC控制的實(shí)時性要求。

為此,本文提出一種基于RT-Linux操作系統(tǒng)的嵌入式PLC,利用RT-Linux的開放性、模塊化和可擴(kuò)展性的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性和多線程/多任務(wù)的系統(tǒng)環(huán)境,在保證實(shí)時性的同時,使故障風(fēng)險(xiǎn)相對分散。

數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC的硬件結(jié)構(gòu)

數(shù)控系統(tǒng)硬件建立在通用工業(yè)PC的開放體系之上,數(shù)控系統(tǒng)嵌入式PLC硬件包括:工控機(jī)及其外圍設(shè)備,基于ISA總線的開關(guān)量輸入輸出接口卡,光電隔離模塊,繼電器輸出模塊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工控機(jī)采用RedHatLinux810+RTLinux311操作系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面、數(shù)控代碼處理、軌跡規(guī)劃、參數(shù)管理以及PLC控制都通過工控機(jī)由軟件來實(shí)現(xiàn),不需要獨(dú)立的PLC控制器,減少了數(shù)控系統(tǒng)對硬件的依賴,有利于提高系統(tǒng)的開放性。

I/O輸入輸出信息通過PC機(jī)I/O接口卡實(shí)現(xiàn)主機(jī)與伺服接口模塊和I/O接口模塊之間的信息交換,PC機(jī)I/O接口卡基于ISA或者PCI總線。

軟起動器還具有其它集成式功能，如可調(diào)限流、電機(jī)過載和本征設(shè)備保護(hù)及可選熱敏電阻電機(jī)保護(hù)。由于這些功能，無需再購買和安裝如過載繼電器等保護(hù)設(shè)備，因此，電機(jī)額定值越高，這些功能也越重要。內(nèi)部本征設(shè)備保護(hù)可防止晶閘管熱過載及功率方面的缺陷。另一個選擇，可使用半導(dǎo)體保險(xiǎn)絲防止晶閘管短路。由于集成式狀態(tài)監(jiān)控和故障監(jiān)控，該緊湊型軟起動器具有許多不同的診斷功能。使用 4 個 LED 和繼電器輸出，來指示工作狀態(tài)以及電源或相位故障、負(fù)載缺失、不允許的脫扣時間/等級設(shè) 置、熱過載或設(shè)備故障等，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和診斷。起動器額定功率達(dá) 250 kW（400 V 時），可用于三相電網(wǎng)中的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。超小外形尺寸、低功率損耗和簡單起動僅僅是 SIRIUS 3RW40 軟起動器的眾多優(yōu)點(diǎn)中的三個。 “增安型”防護(hù) EEx e，符合 ATEX 指令 94/9/EU S0 到 S12 規(guī)格的 3RW40 軟起動器適合起動帶“增安”型保護(hù) EExe 的防爆電機(jī)。關(guān)于產(chǎn)品目錄 IC 10 中的 SIRIUS 開關(guān)單元，請參見“附錄”->“標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證”->“防爆認(rèn)證”。功能性緊湊型 SIRIUS 3RW40 軟起動器所需的空間僅為用于比較額定值 wye-delta 起動的接觸器所需空間的三分之一。這不僅節(jié)約了控制柜和標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌的空間，還*省去了 wye-delta 起動器所需的布線工作。

PLC有兩種基本的工作模式，即運(yùn)行(RUN)模式與停止(STOP)模式。在運(yùn)行模式，PLC通過反復(fù)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應(yīng)隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作模式。

除了執(zhí)行用戶程序外，在每次循環(huán)過程中， PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個階段（見圖1-5）。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度*，從外部輸入-輸出關(guān)系來看，處理過程似乎是同時完成的。