淺談三菱PLC在噴泉控制中的應(yīng)用(正文)

1、淺談三菱PLC在噴泉控制中的應(yīng)用湖南省技師綜合評審維修電工職業(yè)文章（國家職業(yè)資格二級）文章類型：論文文章題目：淺談三菱PLC在噴泉控制中的應(yīng)用 姓 名： 賀 清 準(zhǔn)考證號： 所在省市： 工作單位：淺談三菱PLC在噴泉控制中的應(yīng)用單位： 姓名： 賀清摘要：PLC在現(xiàn)代化工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。從鋼鐵、石油電力、化工等各方面都體現(xiàn)著它的用途。它是一門專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入或輸出來控制各種類型的機(jī)械或者生產(chǎn)過程。PLC具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、配套齊全、

2、功能完善、適用性強(qiáng)、易學(xué)易用、維護(hù)方便、容易改造、體積小、重量輕、能耗低等特點。1. PLC簡介可編程序控制器，英文稱Programmable Logic Controller，簡稱PLC。但由于PC容易和個人計算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)主要存在以下兩個缺點，一是可

3、靠性差，排除故障困難，因為它是接觸控制，所以當(dāng)觸點發(fā)生磨損和斷裂等損壞情況時很難做出相應(yīng)處理；二是靈活性差，總體成本較高。繼電器本身并不貴，但是控制柜內(nèi)部的安裝，接線工作量極大，工藝發(fā)生變化時相應(yīng)的改動更是復(fù)雜。因此當(dāng)市場需要適應(yīng)新的變化時，PLC就應(yīng)運而生了。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、

4、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。 可編程序控制器一直在發(fā)展中，所以至今尚未對其下最后的定義。國際電工學(xué)會（IEC）在1987年2月對PLC作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，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)的外圍設(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

5、原則設(shè)計。定義強(qiáng)調(diào)了PLC是：1 數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)也是一種計算機(jī)； 2 專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計；3 面向用戶指令編程方便；4 邏輯運算、順序控制、定時計算和算術(shù)操作；5 數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制；6 易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體；7 易于擴(kuò)充。1.1 PLC特點(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)一般對控制設(shè)備要求很高，應(yīng)具有很強(qiáng)的抗干擾能力和高的可靠性，能在惡劣的環(huán)境中可靠地工作，平均故障間隔時間長，故障修復(fù)時間短。這是PLC控制優(yōu)于微機(jī)控制的一大特點。例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障間隔時間長達(dá)30萬小時，而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。在PLC設(shè)計中，可以從硬件和軟件兩

6、方面采取措施，防止以上故障的發(fā)生，以提高其可靠性。主要措施有：硬件措施有：屏蔽:對電源變壓器、CPU編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。濾波:對供電系統(tǒng)及輸入/輸出線路采用多種形式的濾波，如LC式型濾波。以消除高頻干擾和削弱各種模塊之間的相互影響。電源的調(diào)整與保護(hù):對微處理器這個核心部件所需的+5V電源，采用多級濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動和過電壓、欠電壓影響。隔離:在微處理器與輸入/輸出電路之間，采用光電隔離，有效地隔離輸入/輸出間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作的可能。聯(lián)鎖:所有輸出模塊都受開門信號控制，而這個信號只在規(guī)定的各種條件都滿足時

7、才有效，這樣就有效地防止了產(chǎn)生不正常輸出的可能性。采用模塊式結(jié)構(gòu):這種結(jié)構(gòu)有助于故障情況下短時修復(fù)。設(shè)置環(huán)境檢測和診斷電路:這種分電路與軟件配合，可以實現(xiàn)靈活保護(hù)與故障指示等功能。軟件措施有：故障檢測:軟件定期地檢測外界環(huán)境，對諸如掉電、強(qiáng)干擾信號等情況能及時進(jìn)行處理。信息保護(hù)和恢復(fù):對偶發(fā)性故障只要故障條件出現(xiàn)時，不破壞PLC內(nèi)部的信息，一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的工作。設(shè)置了警戒時鐘WDT:如果程序每循環(huán)執(zhí)行時間超過了WDT規(guī)定時間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報警。加強(qiáng)對程序的檢查和檢驗:一旦程序有錯，立即報警并停止執(zhí)行。對程序及動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備:停電后，利用后備電池供電

8、，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會因此而丟失。這樣，PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高。（2）編程簡單，使用方便這是PLC優(yōu)于微機(jī)的另一個特點。目前大多數(shù)PLC采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”，既有傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又適合電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和微機(jī)應(yīng)用水平，易于接受，與常用的匯編語言相比，更受歡迎。這了進(jìn)一步簡化編程，當(dāng)今的PLC還針對具體問題設(shè)計了諸如步進(jìn)梯形指令、功能指令等。PLC是為車間操作人員而設(shè)計的，一般只要很短時間的訓(xùn)練即能學(xué)會使用。而微電腦控制系統(tǒng)則要求具有一定知識的人員操作。（3）控制程序可變，具有很好的柔性在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)線設(shè)備更新的情況下，不必改變PLC的硬設(shè)備，只

9、要改變程序就可以滿足要求。所以PLC取代繼電器控制，而且具有繼電器所不具備的無可比擬的優(yōu)點。因此PLC除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），以至工廠自動化（FA）中也被大量采用。（4）功能完善現(xiàn)代PLC具有數(shù)字和模擬量輸入輸出、邏輯和算術(shù)運算、定時、計數(shù)、順序控制、功率驅(qū)動、通信、人機(jī)對話、自檢、記錄和顯示功能，使用設(shè)備水平大提高。 （5）擴(kuò)充方便，組合靈活PLC產(chǎn)品具有各種擴(kuò)充單元，可以方便地適應(yīng)不同工業(yè)控制需要的不同輸入輸出點及不同輸入輸出方式的系統(tǒng)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了一些小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個部件，包括CP

10、U，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各個模塊連接起來，系統(tǒng)的模塊和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。（6）減少了控制系統(tǒng)設(shè)計及施工的工作量由于PLC采用軟件編程來達(dá)到控制功能，而不同于繼電器控制采用接線來達(dá)到控制功能，同時PLC又能率先進(jìn)行模擬調(diào)試，并且操作化功能和監(jiān)視化功能很強(qiáng)，這些都減少了許多的工作量。（7）豐富的I/O接口模塊為了實現(xiàn)與工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的各種工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的相互連接，PLC除具有普通計算機(jī)的基本部分（如CPU，存儲器等）外，還有豐富的I/O接口模塊。對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號（交流或直流，開關(guān)量或模擬量，電壓或電流，脈沖或電位，強(qiáng)電或弱電），設(shè)計有相應(yīng)的I/O模塊與工

11、業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備直接連接。由于PLC是工業(yè)控制的專用計算機(jī)，其結(jié)構(gòu)緊密、堅固、體積小巧，并由于具備很強(qiáng)的抗干擾能力，使之易于裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，因而成為實現(xiàn)“機(jī)電一體化”較理想的控制設(shè)備。由于PLC具備了以上特點，它把微計算機(jī)技術(shù)與繼電器控制技術(shù)很好地融合在一起，最新發(fā)展的PLC產(chǎn)品，還把直接數(shù)字控制（DDC）技術(shù)加進(jìn)去，并具有監(jiān)控計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的功能。因而它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有的工業(yè)企業(yè)，既能改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化的新一代產(chǎn)品，又適用于生產(chǎn)過程控制，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、節(jié)能與降低成本。1.2 PLC的應(yīng)用由于PLC自身的特點和優(yōu)勢，PLC已經(jīng)在工業(yè)控制中得到大量廣泛的應(yīng)用，包括機(jī)械

12、，冶金，化工，電力，建筑等，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。PLC的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下幾個方面。（1） 邏輯控制 邏輯控制是PLC最基本的應(yīng)用，它可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置，可實現(xiàn)組合邏輯控制，定時控制和順序邏輯控制等功能。PLC的邏輯控制功能已相當(dāng)完善，可用于單機(jī)控制，也可用于多機(jī)群控制及自動生產(chǎn)線控制，其應(yīng)用領(lǐng)域已普及各行各業(yè)。（2） 運動控制 PLC使用專用的運動控制模塊，可對直線運動或圓周運動的位置，速度和加速度進(jìn)行控制，實現(xiàn)單軸，雙軸和多軸位置控制，并使順序控制和運動控制有機(jī)結(jié)合在一起。（3）閉環(huán)過程控制 過程控制是指對溫度，壓力，流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過其模擬量I/O

13、模塊，及數(shù)據(jù)處理運算功能，實現(xiàn)對模擬量的閉環(huán)控制。現(xiàn)代的大中型PLC一般都有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用PID子程序或?qū)Ｓ玫腜ID模塊進(jìn)行控制。（4）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算，數(shù)據(jù)傳送轉(zhuǎn)換排序和查表功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集分析處理等操作。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值進(jìn)行比較，也可以用通信功能傳送到其他智能裝置，或?qū)⑺麄兇蛴≈票?。?） 通信網(wǎng)絡(luò) PLC的通信包過主機(jī)與遠(yuǎn)程I/O之間的通信，多臺PLC之間的通信，PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。PLC與其他智能設(shè)備一起可以組成“集中管理，分散控制”式的分布式控制系統(tǒng)。2. 三菱PLC在噴泉控制中的應(yīng)用本公司所轄小區(qū)內(nèi)因園林規(guī)

14、劃需要，需安裝一座自動噴泉。噴泉的噴頭組合如圖1所示。圖1 噴泉噴嘴組合示意圖2.1設(shè)計要求：本系統(tǒng)需具備手、自動運行模式切換以及過載、缺水保護(hù)和故障報警功能。A、B、C三組噴頭各需水泵各一臺。2.2噴水花樣要求：系統(tǒng)啟動后，A組先噴5s，之后B、C組同時噴，5s后B組停止，再過5s C組停止，而A、B組同時噴，再過2s，C組也開始噴；A、B、C同時噴5s后全部停止，再過3s重復(fù)前面過程；當(dāng)按下停止鍵后系統(tǒng)馬上停止。 本設(shè)計選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC。根據(jù)以上要求，畫出PLC控制電路原理圖，如圖2所示時序圖，如圖3所示圖2 PLC控制電路原理圖圖3 噴泉控制時序圖 2.3控制程序設(shè)計

15、：本程序使用了LD、OR、AND、ANI、ORB等指令和X、Y、M、T、等軟原件。程序控制梯形圖如圖4所示。 程序運行分析如下：輸入繼電器X12、X13為自動、手動模式切換輸入點，兩者通過紅轉(zhuǎn)換開關(guān)SA與輸入COM端連接。（a） 自動運行模式：當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA置于自動位置時，X12接通時，輔助繼電器M100動作。如此時按下自動啟動按鈕SB1，則M0得電自鎖。由T0T5所組成的時序電路開始運行。Y0Y3按照時間順序輪換運行，驅(qū)動接觸器KM1KM3工作。如需停止自動運行，則按下SB2按鈕，M0復(fù)位，時序電路停止運行，Y0Y3復(fù)位， KM1KM3停止運行。（b） 手動運行模式：當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA置于手動位

16、置時，X13接通時，輔助繼電器M101動作。自動運行回路不能正常運行。分別按下SB3、SB4、SB5按鈕，Y0Y3分別動作，驅(qū)動接觸器KM1KM3工作。分別按下SB6、SB7、SB8按鈕，Y0Y3復(fù)位，KM1KM3停止運行。（c） 故障狀態(tài)：當(dāng)出現(xiàn)電機(jī)發(fā)熱、斷相等情況時，熱繼電器FR常開觸點閉合。PLC輸入繼電器X10動作。如果水池缺水時，水位開關(guān)SL常開觸點閉合，PLC輸入繼電器X11動作。只要出現(xiàn)以上兩種情況之一，M20都會得電動作。此時無論處于手動運行模式還是自動運行模式，Y0Y3均不得電。KM1KM3不運行。同時因為X10、X11的動作，驅(qū)動Y3動作，蜂鳴器報警。3. 總結(jié) PLC在噴泉自動控制中的應(yīng)用與傳統(tǒng)的繼電器控制電路相比較，電路布線比較簡單，