兩種液體混合的設(shè)計

1、天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)（設(shè)計、論文）兩種液體混合的設(shè)計系 別 電氣工程系專 業(yè) 電氣自動化班 級 電氣09-1 姓 名 王磊 指導(dǎo)教師 王紅雷 2012年7月1日摘 要 多種液體自動混合是工業(yè)中經(jīng)常遇到的一個工藝流程。它一般要求多種液體在不同時刻向容器中注入不同的量。液體向容器中注入的量可以采用液體傳感器sl1、sl2、sl3，進(jìn)行控制。即當(dāng)某種液體向容器中注入，到達(dá)sl3時停止注入該液體。關(guān)閉yv1，然后注入另一種液體。到達(dá)液位sl1時停止。上述過程的控制如果采用傳統(tǒng)的手動控制液體流量的話，肯定是會產(chǎn)生誤差的，其誤差會導(dǎo)致整個混合的報廢。這在工業(yè)生產(chǎn)中肯定是不能允許的。 隨著微處理器技術(shù)的

2、發(fā)展，可編程序控制器得到了迅速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品 日趨完善。它不僅以良好的性能特點滿足了工業(yè)生產(chǎn)控制的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息處理技術(shù)融為一體，使得其功能日趨完善化。伴隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。此外，應(yīng)用plc技術(shù)實現(xiàn)各種規(guī)定的工序動作，可以簡化控制線路，節(jié)省成本，提高生產(chǎn)率。在工業(yè)生產(chǎn)中多種液體混合是工業(yè)中常通到的一個工藝流程，在此，將對兩種液體的混合實際案例行分析，以充分的說明了plc控制技術(shù)的重要性，以及多處優(yōu)點。 關(guān)鍵詞：可編程序控制器，液體混合，plc，發(fā)展趨勢，液位傳感器

3、目 錄摘 要i一plc簡介3二plc控制器的特點4三plc的應(yīng)用領(lǐng)域5四plc應(yīng)用中需要注意的問題6五plc控制器的發(fā)展趨勢11六可編程序控制器的工作原理13七plc控制系統(tǒng)的程序設(shè)計16結(jié) 論21參考文獻(xiàn)231 plc簡介可編程序控制器(又稱可編程控制器)是以自動控制技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前已被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。由于早期的可編程序控制器只能進(jìn)行計數(shù)、定時以及對開關(guān)量的邏輯控制，因此，它被稱為可編程序邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱plc。后來，可編程序控制器采用微處理器作為其控制核心，它的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)

4、超出邏輯控制的范疇，于是人們又將其稱為 programmable controller，簡稱 pc。但個人計算機(jī)(personal computer)也常簡稱pc，所以為了避免混淆，可編程序控制器仍被稱為plc。 1987年，國際電工委員會(iec)在可編程序控制器國際標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿中，對可編程序控制器定義如下：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制各種機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個

5、整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。 自從1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制出了世界上第一臺plc，并在美國gm公司的汽車自動裝配生產(chǎn)線上獲得試用成功以來，由于plc優(yōu)越的性能，其技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。1971年，日本引進(jìn)了這項技術(shù)并開始生產(chǎn)plc。1973年，原西德和法國也研制出自己的plc。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，到20世紀(jì)80年代中期，plc的處理速度和可靠性大大提高，不僅增加了多種特殊功能，而且體積進(jìn)一步縮小，成本大幅度下降。到20世紀(jì)90年代中期之后，plc幾乎完全計算機(jī)化，其速度更快，功能更強，plc的各種智能化模塊不斷被開發(fā)出來。為了推動plc的應(yīng)用，一些廠家還推出了plc的

6、計算機(jī)輔助編程軟件。 現(xiàn)在，plc不僅能進(jìn)行邏輯控制，還在模擬量的閉環(huán)控制、數(shù)字量的智能控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、通信聯(lián)網(wǎng)及集散控制等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。如今大中型，甚至小型plc都配有a/d、d/a轉(zhuǎn)換及算術(shù)運算功能，有的還具有pid功能。這些功能使plc的應(yīng)用具有了硬件基礎(chǔ)。另外，plc還具有較強的通信功能，可與計算機(jī)或其他智能裝置進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，從而方便地實現(xiàn)集散控制。 目前，世界上一些著名電器生產(chǎn)廠家?guī)缀醵荚谏a(chǎn)plc，產(chǎn)品功能日趨完善，換代周期越來越短。為了進(jìn)一步擴(kuò)大plc在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，適應(yīng)大、中、小型企業(yè)的不同需要，plc產(chǎn)品大致向兩個方向發(fā)展：小型plc向體積縮小，

7、功能增強，速度加快，價格低廉的方向發(fā)展，使之能更加廣泛地取代繼電器控制，更便于實現(xiàn)機(jī)電一體化；大、中型plc向高可靠性、高速度、多功能、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，將plc系統(tǒng)的控制功能和信息管理功能融為一體，使之能對大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合性的自動控制。 我國從20世紀(jì)70年代中期開始研制和開發(fā)國產(chǎn)plc，許多企業(yè)在plc的應(yīng)用方面進(jìn)行了積極的探索，取得了成功的經(jīng)驗和良好的效益。隨著plc產(chǎn)品性能價格比的不斷提高，中小企業(yè)普及應(yīng)用plc的投資已經(jīng)完全可以承受?？梢灶A(yù)見，plc技術(shù)的推廣應(yīng)用會使我國的工業(yè)自動化水平產(chǎn)生極大的飛躍。 2 plc控制器的特點1. 靈活性和通用性強 繼電器控制系統(tǒng)的控制電路要

8、使用大量的控制電器，需要人工布線、焊接組裝來完成的連接。如果工藝要求稍有變化，控制電路必須隨著做相應(yīng)的變動，耗時且費力。由于plc是利用存儲在機(jī)內(nèi)的程序?qū)崿F(xiàn)各種控制功能的，因此，在plc控制的系統(tǒng)中，當(dāng)控制功能改變時只需要修改程序，外部接線改動及少，甚至可不必改動。一臺plc可以通過改變程序而應(yīng)用于不同的控制系統(tǒng)中，其靈活性和通用性是繼電器控制電路無法比擬的。2. 抗干擾能力強、可靠性高 2.1硬件方面的抗干擾措施1.對電源變壓器、cpu、編程器等主要部件，均采用嚴(yán)格措施進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。2.對供電系統(tǒng)及輸入電路采用多種形式的濾波，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各部分之間的相互影響。 3

9、.對plc內(nèi)部所需的+5 v電源采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以消除由于交流電網(wǎng)的波動引起的過電壓、欠電壓的影響。4.采用光電隔離措施，有效地隔離了內(nèi)部與外部電路間的直接電聯(lián)系，以減少故障和誤動作。5.采用模塊式結(jié)構(gòu)的plc，一旦某一模塊有故障，可以迅速更換模塊，從而盡可能縮短系統(tǒng)的故障停機(jī)時間。 2.2軟件方面的抗干擾措施1.plc通過監(jiān)控程序定時地對電源及強干擾信號等進(jìn)行檢測。當(dāng)檢測到故障時，立即轉(zhuǎn)入故障處理程序，保存當(dāng)前狀態(tài)，禁止對程序的任何操作，以防存儲信息被破壞。待故障排除后，立即恢復(fù)到故障前的狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行程序。2.plc設(shè)置了監(jiān)視定時器，如果程序每次循環(huán)的執(zhí)行時間超過

10、了規(guī)定值，表明程序已進(jìn)入死循環(huán)，則立即報警。3.加強對程序的檢查和校驗，發(fā)現(xiàn)錯誤立即報警，并停止程序的執(zhí)行。4.利用后備電池對用戶程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，確保停電時信息不丟失。由于采取了以上措施，plc的抗干擾能力和可靠性得到了提高。2.3編程語言簡單易學(xué) 2.4plc與外部設(shè)備的連接簡單，使用方便2.5plc具有完善的功能和較強的擴(kuò)展能力 3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：3.1開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，

11、也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3.2工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量），plc采用相應(yīng)的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。3.3運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。3.4數(shù)據(jù)

12、處理plc具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。3.5通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的plc都具有通信接口，通信非常方便。4 plc應(yīng)用中需要注意的問題plc是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動化控制的設(shè)備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能力較強，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，電磁干擾特別強烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯誤或運算錯誤，從

13、而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會造成設(shè)備的失控和誤動作，從而不能保證plc的正常運行，要提高plc控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求plc生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求設(shè)計、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問題：4.1工作環(huán)境4.1.1溫度plc要求環(huán)境溫度在055oc，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。4.1.2濕度為了保證plc的絕緣性能，空氣的相對濕度應(yīng)小于85%（無凝露）。4.1.3震動應(yīng)使plc遠(yuǎn)離強烈的震動源，防止振動頻率為1055hz的頻繁或連續(xù)振動。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動

14、時，必須采取減震措施，如采用減震膠等。4.1.4空氣避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將plc安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。4.1.5電源plc對于電源線帶來的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中，可以安裝一臺帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。一般plc都有直流24v輸出提供給輸入端，當(dāng)輸入端使用外接直流電源時，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因為普通的整流濾波電源，由于紋波的影響，容易使plc接收到錯誤信息。4.2.控制系統(tǒng)中干擾及其來源現(xiàn)場電磁干擾是plc控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素

15、之一，所謂治標(biāo)先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場干擾的源頭。4.2.1干擾源及一般分類影響plc控制系統(tǒng)的干擾源，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產(chǎn)生磁場，對設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；磁場改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。通常電磁干擾按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是信號對地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓疊加所形成。共模電壓通過不對稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測控信號，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng)i/o模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流，亦可為交流。差模干擾是指作用于

16、信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。4.2.2plc系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑1.強電干擾plc系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊。2.柜內(nèi)干擾控制柜內(nèi)的高壓電器，大的電感性負(fù)載，混亂的布線都容易對plc造成一定程度的干擾。3.來自信號線引入的干擾與plc控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信

17、息之外，總會有外部干擾信號侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過變送器供電電源或共用信號儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號引入干擾會引起i/o信號工作異常和測量精度大大降低，嚴(yán)重時將引起元器件損傷。4.來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（emc）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯誤的接地，反而會引入嚴(yán)重的干擾信號，使plc系統(tǒng)將無法正常工作。5.來自plc系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對

18、模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等。6.變頻器干擾（1）是變頻器啟動及運行過程中產(chǎn)生諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；（2）是變頻器的輸出會產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。4.3主要抗干擾措施4.3.1電源的合理處理，抑制電網(wǎng)引入的干擾對于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為1：1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接lc濾波電路。4.3.2正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)良好的接地是保證plc可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是

19、為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是plc控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。plc控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對plc系統(tǒng)的干擾主要是各個接地點電位分布不均，不同接地點間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點接地，如果電纜屏蔽層兩端a、b都接地，就存在地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層內(nèi)又會出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響plc

20、內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。plc工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響plc的邏輯運算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測量精度下降，引起對信號測控的嚴(yán)重失真和誤動作。4.3.3安全地或電源接地將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導(dǎo)入地下，不會對人造成傷害。4.3.4系統(tǒng)接地plc控制器為了與所控的各個設(shè)備同電位而接地，叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于4，一般需將plc設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)端接在一起，作為控制系統(tǒng)地4.3.5信號與屏蔽接地一般要求信號線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生

21、傳導(dǎo)干擾的場合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地環(huán)路”。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時，應(yīng)在plc側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c接點。4.3.6對變頻器干擾的抑制加隔離變壓器，主要是針對來自電源的傳導(dǎo)干擾，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。使用濾波器，濾波器具有較強的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。使用輸出電抗器，在變頻器到電動機(jī)之間增加交流電抗器主要是減少

22、變頻器輸出在能量傳輸過程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。5 plc控制器的發(fā)展趨勢工業(yè)控制計算機(jī)(簡稱工控機(jī))是以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置，目前已成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，工控機(jī)是實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的最佳配套產(chǎn)品，而工業(yè)可編程序控制器(plc)則在工控領(lǐng)域中占有主要的地位。plc具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。 plc的定義有許多種。國際電工委員會（iec）對plc的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計

23、數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。從結(jié)構(gòu)上，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。5.1我國工業(yè)控制計算機(jī)的發(fā)展20世紀(jì)40年代末50年代初，我國的流程工業(yè)規(guī)模很小，設(shè)備陳舊，必要的調(diào)節(jié)主要靠最簡單的測量儀表由人工操作運行。50年代末60年代初，我國研制

24、生產(chǎn)的傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器等，基本上能顯示過程狀態(tài)，實現(xiàn)調(diào)節(jié)意圖，最終命令執(zhí)行器完成對工藝流程的調(diào)節(jié)要求。70年代初，我國自行研制的工控機(jī)開始應(yīng)用于工業(yè)過程控制，它部分地取代了原來控制室內(nèi)的儀表。但由于受當(dāng)時電子器件性能的限制，工控機(jī)本身的可靠性遠(yuǎn)不如現(xiàn)在，工控機(jī)帶來的控制集中引起“危險”集中。70年代末，分散型控制系統(tǒng)(dcs)進(jìn)入工控領(lǐng)域，解決了“危險”集中的問題，還解決了一些復(fù)雜的控制。dcs可建立通信網(wǎng)絡(luò)，為大工廠生產(chǎn)帶來許多方便，但其價格一直居高不下。80年代初，適應(yīng)性較強的總線型工控機(jī)(std)應(yīng)運而生，std總線技術(shù)的推廣和應(yīng)用，使工控機(jī)的功能更加強化。5.2工業(yè)plc

25、控制器(plc)發(fā)展趨勢plc作為工控機(jī)的一員，在主要工業(yè)國家中成為自動化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價格適宜等特點。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)今世界plc生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機(jī)市場份額的50%，plc將在工控機(jī)市場中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢頭。plc在60年代末引入我國時，只用作離散量的控制，其功能只是將操作接到離散量輸出的接觸器等，最早只能完成以繼電器梯形邏輯的操作。新一代的plc具有pid調(diào)節(jié)功能，它的應(yīng)用已從開關(guān)量控制擴(kuò)大到模擬量控制領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用于航天、冶金、輕工、建材等行業(yè)。但plc也面臨著其它

26、行業(yè)工控產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，各廠家正采取措施不斷改進(jìn)產(chǎn)品，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：5.2.1微型、小型plc功能明顯增強很多有名的plc廠家相繼推出高速、高性能、小型、特別是微型的plc。三菱的fxos14點(8個24vdc輸入，6個繼電器輸出)，其尺寸僅為58mm×89mm，僅大于信用卡幾個毫米，而功能卻有所增強，使plc的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到遠(yuǎn)離工業(yè)控制的其它行業(yè)，如快餐廳、醫(yī)院手術(shù)室、旋轉(zhuǎn)門和車輛等，甚至引入家庭住宅、娛樂場所和商業(yè)部門。5.2.2集成化發(fā)展趨勢增強由于控制內(nèi)容的復(fù)雜化和高難度化，使plc向集成化方向發(fā)展，plc與pc集成、plc與dcs集成、plc與pid集成等，并強化了通

27、訊能力和網(wǎng)絡(luò)化，尤其是以pc為基的控制產(chǎn)品增長率最快。plc與pc集成，即將計算機(jī)、plc及操作人員的人機(jī)接口結(jié)合在一起，使plc能利用計算機(jī)豐富的軟件資源，而計算機(jī)能和plc的模塊交互存取數(shù)據(jù)。以pc機(jī)為基的控制容易編程和維護(hù)用戶的利益，開放的體系結(jié)構(gòu)提供靈活性，最終降低成本和提高生產(chǎn)率。 5.2.3向開放性轉(zhuǎn)變我國的plc生產(chǎn)目前也有一定的發(fā)展，小型plc曾存在嚴(yán)重的缺點，主要是plc的軟、硬件體系結(jié)構(gòu)是封閉而不是開放的，絕大多數(shù)的plc是專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議，編程雖多為梯形圖，但各公司的組態(tài)、尋址、語文結(jié)構(gòu)不一致，使各種plc互不兼容。國際電工協(xié)會(iec)在1992年頒布了ie

28、c1131-3可編程序控制器的編程軟件標(biāo)準(zhǔn)，為各plc廠家編程的標(biāo)準(zhǔn)化鋪平了道路?，F(xiàn)在開發(fā)以pc為基、在windows平臺下，符合iec1131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的新一代開放體系結(jié)構(gòu)的plc正在規(guī)劃中。小型plc已批量生產(chǎn)；中型plc已有產(chǎn)品；大型plc已開始研制。國內(nèi)plc形成產(chǎn)品化的生產(chǎn)企業(yè)約30多家，國內(nèi)產(chǎn)品市場占有率不超過10%，主要生產(chǎn)單位有：蘇州電子計算機(jī)廠、蘇州機(jī)床電器廠、上海蘭星電氣有限公司、天津市自動化儀表廠、杭州通靈控制電腦公司、北京機(jī)械工業(yè)自動化所和江蘇嘉華實業(yè)有限公司等。國內(nèi)產(chǎn)品在價格上占有明顯的優(yōu)勢。 隨著微處理器、網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)界面技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)日新月異，

29、各種產(chǎn)品競爭激烈，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。plc也由最初的只能處理開關(guān)量而發(fā)展到可以處理模擬量和數(shù)據(jù)，加之與dcs、pid調(diào)節(jié)器、工業(yè)pc等技術(shù)相結(jié)合，使之不再是一種簡單的控制設(shè)備，而且必將隨著自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展生存下去。plc在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。6 可編程序控制器的工作原理6.1掃描周期與工作過程plc采用循環(huán)掃描的工作方式，它可以看成是一種由系統(tǒng)軟件支持的掃描設(shè)備，不論用戶程序運行與否，都周而復(fù)始地進(jìn)行循環(huán)掃描，并執(zhí)行系統(tǒng)程序規(guī)定的任務(wù)。每一個循環(huán)所經(jīng)歷的時間稱為一個掃描周期，每個掃描周期又分為五個工作階段，每個工作階段完成不同的任務(wù)。工

30、作過程如圖a所示。 圖a plc循環(huán)掃描過程6.1.1公共處理階段在每次掃描開始之前，cpu都要進(jìn)行監(jiān)視定時器復(fù)位、硬件檢查、用戶內(nèi)存檢查等操作。如果有異常情況，除了故障顯示燈亮以外，cpu還判斷并顯示故障的性質(zhì)；如果屬于一般性故障，則只報警不停機(jī)，等待處理；如果屬于嚴(yán)重故障，則停止plc的運行。公共處理階段所用的時間一般是固定的，不同機(jī)型的plc有所差異。 6.1.2執(zhí)行程序階段在執(zhí)行程序階段，cpu將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行。cpu從輸入映像寄存器和元件映像寄存器中讀取各繼電器當(dāng)前的狀態(tài)，根據(jù)用戶程序給出的邏輯關(guān)系進(jìn)行邏輯運算，運算結(jié)果再寫入元件映像寄存器中的掃描時間不是固定的，其原因主要取決于

31、用戶程序中所用語句的條數(shù)及每條指令的執(zhí)行時間。因此，執(zhí)行用戶程序的掃描時間是影響掃描周期時間長短的主要因素，而且，在不同時段執(zhí)行用戶程序的掃描時間也不盡相同。6.1.3掃描周期計算處理階段若預(yù)先設(shè)定掃描周期為固定值(可由用戶設(shè)定)，則進(jìn)入等待狀態(tài)，直至達(dá)到該設(shè)定值時掃描再往下進(jìn)行。若設(shè)定掃描周期為不定(即取決于用戶程序的長短等)，則要進(jìn)行掃描周期的計算。掃描周期計算處理所用的時間很短。plc在正常工作的情況下，掃描周期t為 t = (運算速度×程序步數(shù))+ i/o刷新時間 + 故障診斷時間 由于i/o刷新時間和故障診斷時間相對用戶程序執(zhí)行時間要小得多，因此掃描時間主要由用戶程序的長短

32、和cpu的運算速度決定。一般掃描時間達(dá)每秒鐘可掃描數(shù)十次以上，這對于一般的工業(yè)設(shè)備控制通常沒什么影響。但對控制時間要求較嚴(yán)格，響應(yīng)速度要求快的系統(tǒng)，則應(yīng)考慮plc的運算速度；并且應(yīng)精確計算響應(yīng)時間，精心編排程序，合理安排指令的順序；盡可能減少掃描周期造成的響應(yīng)延時等不良影響。由于plc是采用循環(huán)掃描的工作方式，因此它的輸入/輸出響應(yīng)速度受掃描周期的影響較大。6.1.4i/o刷新階段在i/o刷新階段，cpu與輸入/輸出電路直接打交道。從輸入電路中讀取各輸入點的狀態(tài)，并寫入輸入映像寄存器中，也就是刷新輸入映像寄存器的內(nèi)容。自此輸入映像寄存器就與外界隔離，無論輸入點的狀態(tài)怎樣變化，輸入映像寄存器的內(nèi)

33、容都保持不變，直到下一個掃描周期的i/o刷新階段才會寫進(jìn)新內(nèi)容。另外，cpu還將所有輸出繼電器元件映像寄存器的狀態(tài)傳送到相應(yīng)的輸出鎖存電路中，再經(jīng)輸出電路的隔離和功率放大部分傳送到plc的輸出端，驅(qū)動外部執(zhí)行元件動作。i/o刷新階段的時間長短取決于i/o點數(shù)的多少。外設(shè)端口服務(wù)階段這個階段里，plc檢查是否有對編程器或計算機(jī)等的通信請求，若有，則進(jìn)行相應(yīng)處理。例如，接收由編程器送來的程序、命令和各種數(shù)據(jù)，并把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯信息等發(fā)送給編程器進(jìn)行顯示。如果有對計算機(jī)的通信請求，則也在這段時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送任務(wù)。 完成上述各階段的處理后，又返回公共處理階段，周而復(fù)始地進(jìn)行掃描。p

34、lc信號的傳遞過程如圖b所示。 plc執(zhí)行用戶程序的過程中，輸入映像寄存器的狀態(tài)是不變的，而元件映像寄存器的內(nèi)容則隨程序的執(zhí)行在改變。前一步的計算結(jié)果隨即作為下一步的計算條件，這一點與輸入映像寄存器完全不同。另外，程序的執(zhí)行是由上而下進(jìn)行的，所以各梯級中的繼電器線圈不可能同時改變狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序的結(jié)果要保持到下一個掃描周期的用戶程序執(zhí)行階段。 環(huán)掃描工作方式也為plc提供了一條死循環(huán)自診斷功能。在plc內(nèi)部設(shè)置了一個監(jiān)視定時器(wdt)，其定時時間可設(shè)置為大于用戶程序的掃描時間，在每個掃描周期的公共處理階段將監(jiān)視定時器復(fù)位。正常情況下，監(jiān)視定時器不會動作。如果由于cpu內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入

35、死循環(huán)，那么掃描周期將超過監(jiān)視定時器的定時時間。這時監(jiān)視定時器(wdt)動作使plc運行停止，以提示用戶排查故障。 plc的主要性能指標(biāo)1.存儲容量系統(tǒng)程序存放在系統(tǒng)程序存儲器中。這里說的存儲容量指的是用戶程序存儲器的容量。用戶程序存儲器的容量決定了plc可以容納用戶程序的長短，一般以字為單位來計算。中、小型plc的存儲容量一般在8 k字以下；大型plc的存儲容量可達(dá)到256 k字2 m字；也有的plc用存放用戶程序的指令條數(shù)來表示容量。2.輸入/輸出(i/o)點數(shù)i/o點數(shù)指plc面板上的輸入、輸出端子的個數(shù)。i/o點數(shù)越多，外部可接的輸入器件和輸出器件就越多，控制規(guī)模就越大。因此，i/o點

36、數(shù)是衡量plc性能的重要指標(biāo)之一。3.掃描速度掃描速度是指plc執(zhí)行程序的速度。一般以掃描1 k字所用的時間來衡量掃描速度。plc用戶手冊一般給出執(zhí)行各條指令所用的時間，用戶可以通過比較各種plc執(zhí)行相同的操作所用的時間，來衡量掃描速度的快慢。4.編程指令的種類和條數(shù)這也是衡量plc能力強弱的主要指標(biāo)。編程指令種類及條數(shù)越多，其功能就越強，即處理能力、控制能力越強。 5.內(nèi)部器件的種類和數(shù)量內(nèi)部器件包括各種繼電器、計數(shù)器/定時器、數(shù)據(jù)存儲器等。其種類越多，數(shù)量越大，存儲各種信息的能力和控制能力就越強。 6.擴(kuò)展能力大部分plc可以用i/o擴(kuò)展單元進(jìn)行i/o點數(shù)的擴(kuò)展；有的plc可以使用各種功能

37、模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展等。7.智能單元的數(shù)量plc不僅能完成開關(guān)量的邏輯控制，而且利用智能單元可完成模擬量控制、位置和速度控制以及通信聯(lián)網(wǎng)等功能。智能單元種類的多少和功能的強弱是衡量plc產(chǎn)品水平高低的一個重要指標(biāo)，各個生產(chǎn)廠家都非常重視智能單元的開發(fā)。近年來智能單元的種類日益增多，功能也越來越強。 8.支持軟件為了便于對plc的編程和監(jiān)控，各plc生產(chǎn)廠家相繼開發(fā)出各類計算機(jī)支持的編程和監(jiān)控軟件。性能優(yōu)越的plc支持軟件可方便地實現(xiàn)用戶軟件的編制和修改，同時也可以對plc的工作狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)控。 7 plc控制系統(tǒng)的程序設(shè)計7.1初始狀 此時各閥門關(guān)閉，容器是空的。 yv1=yv2=yv3=of

38、f sl1=sl2=sl3=offmoff7.2起動操作 按下起動按鈕，開始下列操作： 1 yv1=on,液體a流入容器；當(dāng)液面到達(dá)si3時，yell=off，yv2on； 2液體b流入，液面達(dá)到sl1時，yv2=off，mon，開始攪拌； 3混合液體攪拌均勻后（設(shè)時間為l0s），moff，yv3on，放出混合液體； 4當(dāng)液體下降到名 sl2時，sl2從on變?yōu)閛ff，再過20s后容器放空，關(guān)閉yv3，yv3=off，完成一個操作周期；5只要沒按停止按鈕，則自動進(jìn)入下一操作周期。按一下停止按鈕，則在當(dāng)前混合操作周期結(jié)束后，才停止操作，使系統(tǒng)停止于初始狀態(tài)。7.3系統(tǒng)設(shè)計 按照控制要求，輸入點有

39、5個，即一個啟動按鈕、一個停止按鈕和三個液面指示傳感信號。輸出點共4個，即3個電磁閥yv1、yv2和yv3，一臺電動機(jī)m。因該系統(tǒng)所需程序容量不大，故仍選用小型機(jī)控制。現(xiàn)以cpm1a機(jī)為例，實現(xiàn)上述控制。i/o分配見表1。 i/o分配見表輸 入（input）輸 出（output）sb1啟動 00000電磁閥yv101000sb2停止00001電磁閥yv201001sl1傳感器00002電磁閥yv301002sl2傳感器00003電動機(jī)m01003sl3傳感器00004i/o連接圖 梯形圖控制系統(tǒng)程序1、ld 000002、or 010003、or tim0004、and-not 000045、

40、and-not 000026、out 010007、ld 000048、and-not 010039、out 0100110、ld 0000211、and-not 0100212、out 0100313、tim 001 #010014、ld tim00115、or 01002 16、and-not tim00217、out 0100218、and-not 0000319、tim 002 #020020、end程序說明按鈕sb1（00000）、sb2（00001），四個液位傳感器sl1（00002）、sl2（00003）、sl3（00004）按下啟動按鈕sb1（00000）電磁閥yv1得電，常開觸點01000閉合形成自鎖；當(dāng)a液體到達(dá)sl3時yv1就off yv2就onsl3（00004）動作，電磁閥yv2(01001)得電動作當(dāng)液體b流入，液面達(dá)到sl1時，yv2（01001）就off，m（01003）就on，開始攪拌且時間10s。sl1（00002）動作，電動機(jī)（01