電氣自動化(液料灌裝自動配送控制系統(tǒng))-論文

1、摘要本文設計了一個液料灌裝自動配送控制系統(tǒng)。 它以 PLC 西門子 SIEMENS SIMATIC S7-200為核心,配合二通氣動球閥、大儲罐泵電機、電磁閥、液位繼電器等外圍器件, 完成對不同儲罐分別配送至不同液料灌裝機的配送自動控制設計,每個小儲罐有一個 液位繼電器,分別設有高位,中位,低位。當液料到了中位監(jiān)測點的時候,相應的氣 動球閥、大儲罐泵電機、電磁閥就會打開,液料就會從大儲罐自動配送到小儲罐。相 對的到了高位的監(jiān)測點,它就會停止配送,關掉相應的球閥、電機以及電磁閥。而低 位的監(jiān)測點就做為保護和報警的作用。本系統(tǒng)的設計有助于生產的流暢性,也提高了生產產量,電路簡單,制造成本低, 適用

2、中小企業(yè)工廠安裝和使用。關鍵詞:PLC 西門子 SIEMENS SIMATIC S7-200,成本低,中小企業(yè)AbstractThis text designed a liquid to anticipate to infuse to pack an au to go together with to send control system.It takes the SIEMENS SIMATIC of PLC Siemens S7-200 as core and match with two ventilate to move a ball valve and greatly keep a

3、bottle of pump electrical engineering, electromagnetism valve, liquid etc. is after the electric appliances outer circle spare part, completion to the dissimilarity keep a bottle to go together with to send to a different liquid to anticipate to infuse to pack go together with of machine to send an

4、automatic control design respectively, each small keep a bottle to have a liquid after the electric appliances, respectively establish a high, win, low.When the liquid expected the medium monitor order of time, correspond of spirit's moving a ball valve and greatly keeping a bottle of pump elect

5、rical engineering, electromagnetism valve will open, the liquid anticipate meeting from greatly keep a bottle to automatically go together with to send to small keep a bottle.The monitor which oppositely arrives a high order and it will stop go together with to send and turn off homologous ball valv

6、e, electrical engineering and electromagnetism valve.But the monitor of low order and then be used as a protection and report to the police of function.Keyword:The SIEMENS SIMATIC of PLC Siemens S 7-200 and 2 ventilate to move a ball valve and greatly keep a bottle of pump electrical engineering, el

7、ectromagnetism valve, liquid after the electric appliances。目錄第一章 PLC 變頻器的發(fā)展狀況 . 1 1.1PLC 的發(fā)展概況 . 1 1.2PLC 的現狀與發(fā)展趨勢 . 3 1.2.1 可編程序控制器的現狀 . 3 1.2.2 我國可編程序控制器發(fā)展中的問題及對策 . 4 1.3小結 . 6 第二章 PLC 變頻器的應用 . 7 2.1PLC 的特點 . 7 2.1.1 PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的比較 . . 7 2.1.2 PLC的的特點 . . 8 2.2PLC 的應用 . 10 2.2.1 PLC的應用領域 . . 10

8、 2.2.2 PLC應用中需要注意的問題 . . 11 2.3小結 . 13 第三章 可編程序控制器的定義及特點 . 14 3.1可編程序控制器的產生 . 14 3.2可編程序控制器的定義 . 15 3.3可編程序控制器的特點 . 16 3.4可編程序控制器的應用 . 18 3.5可編程序控制器的分類 . 19 第四章 漱口水灌裝機自動配送液料控制系統(tǒng) . 22 4.1設計自動配送有控制系統(tǒng)的原因 . . 22 4.2主要元件的選用 . . 23 4.3自動配送液料控制系統(tǒng)的要求和操作說明 . . 27 4.3.1自動配送液料控制系統(tǒng)的要求 . 27 4.3.2自動配送液料控制系統(tǒng)的操作說明

9、. 27 4.4程序說明 . . 344.5PLC 程序及相關圖紙 . 48 結 論 . 51 參考文獻 . 52 致謝 . 53第一章 PLC 變頻器的發(fā)展狀況1.1 PLC的 發(fā)展概況1.1.1 可編程序控制器的產生PLC 英文全稱 Programmable Logic Controller ,中文全稱為可編程邏輯控 制器。PLC 是在 20世紀 60年代后期問世的, 開始主要應用于汽車制造業(yè), 當時汽 車制造業(yè)生產線的自動控制系統(tǒng)是由繼電器控制系統(tǒng)構成的, 汽車每次改型都要 將生產線中的繼電器控制系統(tǒng)重新設計和安裝。 為了減少重新設計和安裝繼電器 控制系統(tǒng)的經費和時間, 1968年美國通

10、用汽車公司首先提出研制新的控制系統(tǒng) 以取代繼電器控制系統(tǒng),公開招標。1969年美國數字設備公司(DEC 研制出世界上第一臺可編程序控制器, 即 PLC , 在通用汽車公司生產線上應用, 獲得成功。 此后這項技術迅速發(fā)展起來, 并推動了歐洲各國、日本及我國可編程序控制器技術的發(fā)展。 1980年美國電氣 制造商協(xié)會(NEMA 正式命名可編程序控制器(Programmable Controller ,簡 稱 PC 。早期可編程序控制器主要應用于邏輯控制,因此,也稱可編程邏輯控制 器 (Programmable Logic Controller , 即 PLC 。 隨著個人計算機 (Personal

11、Computer 的出現, PC 這個名字已經成為個人計算機的代名詞,為了加以區(qū)別,可編程序 控制器簡稱 PLC 。在 1987年國際電工委員會(International Electrical Committee頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義:一種數字運算操作的電子系統(tǒng),專 為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存 儲程序,執(zhí)行邏輯運算 , 順序控制,定時,計數與算術操作等面向用戶的指 令,并通過數字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產過程 .PLC 是 可編程邏輯電路,也是一種和硬件結合很緊密的語言,在半導體方面有很 重要的應用,可以說有

12、半導體的地方就有 PLC 。PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝 置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順 序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令,并能通過數字式或模擬式 的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體,易于擴展其功能的原則而 設計。國際電工委員會 (IEC在其標準中將 PLC 定義為 :(1可程式邏輯控制器是一種數位運算操作的電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境 應用而設計的;(2它采用一類可編程的存儲器,用于其內部存儲程序,執(zhí)行邏輯運算、 順序控制、定時、計數與算術操作

13、等;(3面向用戶的指令,并通過數字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械 或生產過程?？沙淌竭壿嬁刂破骷?(4其有關外部設備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一個整體,易于擴充 其功能的原則設計。1.1.2 典型的 PLC 產品目前,世界上有 200多架 PLC 廠商, 400多種 PLC 產品,按地域課份成美 國、歐洲和日本等三個流派產品,各流派 PLC 產品都各有特色,如美國和歐洲 的 PLC 技術是在相互隔離情況下獨立研究開發(fā)的,因此美國和歐洲的 PLC 產品 有明顯的差異性,但美國和歐洲的 PLC 產品均以大中型 PLC 而聞名。而日本的 PLC 技術是由美國引進的,對美國的 PLC 產品有

14、一定的繼承性,但主要發(fā)展中 小型 PLC ,其小型 PLC 性能先進,結構緊湊,價格便宜,在世界市場上占有重 要地位。著名的 PLC 產品生產廠家有美國得 A-B(Allen-Bradly公司、 GE(General Electric 公司,日本的三菱電機(Mitsubishi Electric公司、歐姆龍(OMRON 公司 , 德國的 AEG 公司、西門子(SIEMENS 公司,法國的 TE (Telemecanique 公司等。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最 初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。 接下來在各種企業(yè)的生產設備及產 品中不斷擴大了 PLC

15、 的應用。目前,我國自己已可以生產中小型可編程控制器。 上海東屋電氣有限公司生產的 CF 系列、 杭州機床電器廠生產的 DKK 及 D 系列、 大連組合機床研究所生產的 S 系列、 蘇州電子計算機廠生產的 YZ 系列等多種產 品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了應用。此外,無錫華光公司、 上海 鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產廠家。可以預期,隨著 我國現代化進程的深入, PLC 在我國將有更廣闊的應用天地。1.2 PLC的現狀與發(fā)展趨勢1.2.1 可編程序控制器的現狀為了適應日益劇烈的市場競爭, 新一代的可編程序控制器在技術創(chuàng)新方面有 了長足的進展,主要體現在以下方面

16、:(1 執(zhí)行多任務功能的出現所謂執(zhí)行多任務, 就是在一個可編程序控制器系統(tǒng)中, 可同時安裝幾個 CPU 模板,每個 CPU 模板執(zhí)行各自的任務,控制與其執(zhí)行任務相關的 I/O模板。 (2 網絡能力的強化網絡能力的加強,使可編程序控制器已經突破了原有的使用范圍,特別是 引入現場總線、工業(yè)以太網、無線網絡及 Internet 等技術后,可編程序控制器的 應用已今非昔比。 典型的可編程序控制器的網絡拓撲結構為設備控制層、 過程控 制層和信息管理層 3個層次。在設備控制層中,引入了現場總線, 使得工業(yè)生產 過程中的現場檢測儀表、變頻器、 MCC 控制柜等一切現場設備都可直接與可編 程序控制器相連; 在

17、過程控制層中, 傳統(tǒng)意義上的人機界面的功能已經煥然一新, 使可編程序控制器能實現跨地區(qū)的編程、監(jiān)控、診斷、管理,實現整個車間及全 廠范圍的控制;在信息管理層, 向工業(yè)以太網的擴展, 使控制與信息管理融為一 體。 羅克韋爾自動化公司的全方位自動化系統(tǒng)、 西門子公司的全集成自動化系統(tǒng) 和施耐德公司的透明工廠都是這類技術發(fā)展的代表。(3 高速化處理功能隨著網絡能力的強化,可編程序控制器實現的控制功能和控制范圍都在擴 大, 這就要求可編程序控制器實現高速運行和實時通信功能。 高速化包括運算速 度的高速化、與外部設備交換數據的高速化、 編程設備服務處理的高速化、 外部 設備響應的高速化。 為了實現高速化

18、, 有些可編程序控制器已在其內核中設計有 通信功能,借助于無源數據總線, 系統(tǒng)的瓶頸得以消除, 這種結構允許多個處理 器、 網絡能在一個機架中使用而沒有限制, 從而提供了高性能的分布式實時控制 系統(tǒng)的解決方案。(4 大力發(fā)展集成化軟件目前, 可編程序控制器的生產廠商開發(fā)系統(tǒng)硬件費用的比例逐年下降, 而開 發(fā)軟件、 集成等費用的比例逐年上升。 現在的成套軟件將可編程序控制器的編程、 操作員界面、運動控制、程序調試、故障診斷和處理、通信等集成為一體。人 機界面及監(jiān)控軟件集成了所有開放的標準接口, 可直接從生產中獲得大量實時數 據,并對這些數據進行分析和打包, 然后傳送到管理層, 同時它能將過程優(yōu)化

19、數 據和生產細節(jié)的參數迅速地反饋到控制層和現場,從而為集成 ERP 系統(tǒng)鋪平道 路。(5 微型可編程序控制器異軍突起傳統(tǒng)的微型可編程序控制器一般為 864點數字量 I/O, 14點模擬量 I/O, 體積很小, 可直接安裝在機器內。 但現在的微型可編程序控制器除了上述功能外, 在網絡功能和人機接口功能上已可與中大型的可編程序控制器相比, 這一類微型 可編程序控制器是目前發(fā)展最快的。 西門子公司的 LOGO , 羅克韋爾自動化公司 的 PICO 都是這類微型可編程序控制器的代表。(6 信息技術滲入可編程序控制器信息技術滲入可編程序控制器是為了適應工廠控制系統(tǒng)和企業(yè)信息管理系 統(tǒng)日益有機結合的發(fā)展趨

20、勢, 適應在控制層面上讓不同品牌的可編程序控制器之 間、 可編程序控制器與分布式控制系統(tǒng)之間有效交換數據的要求。 實際上多任務 系統(tǒng)的實現、 網絡能力的提高、 軟件集成的發(fā)展使得信息技術很容易的就與可編 程序控制器系統(tǒng)融為一體。(7 加強安全技術隨著可編程序控制器應用領域的擴大,對可編程序控制器系統(tǒng)的可靠性要 求也越來越高, 加強可編程序控制器的安全技術也成為了一個新的發(fā)展方向。 具 有容錯和冗余性能的故障防止型可編程序控制器已經出現, 具備在線插拔的雙通 道的信號模板和電源模板。內藏冗余的 CPU 系統(tǒng)的過程控制器也已出現,這種 過程控制器利用內部測試電路檢查、診斷 I/O模板的運行狀況,而

21、不是采用冗余 的 I/O模板。 GE Fanuc公司推出了三合一的可編程序控制器, 這種可編程序控制 器是目前世界唯一實現全系列兼容、 熱備和三取二表決的高可靠性安全型可編程 序控制器。1.2.2 我國可編程序控制器發(fā)展中的問題及對策目前我國的可編程序控制器的發(fā)展主要面臨著三大問題 :(1是技術層面上的,在國際上可編程序控制器迅速發(fā)展的形勢下,我國還沒有 具有自主知識產權, 能夠參與國際競爭的可編程序控制器產品, 原因主要在于我 國的整個基礎工業(yè)還有一定差距, 如芯片制造、 模具加工等方面限制了我們的發(fā)展。(2是競爭層面上的,實際上也是一個經濟競爭的問題?，F在 95%的國內市場由 外國的可編程

22、序控制器產品所占領,中、 大型可編程序控制器中, 幾乎全部由國 外幾大公司壟斷, 隨著我國使用可編程序控制器領域的不斷擴大, 市場越來越大, 然而國外幾大公司幾乎每年都會針對市場推出新的產品, 一旦人們使用了新的產 品后, 他們就會逐漸的提高產品市場價格, 沒有我國自己的自主知識產權的產品, 在經濟競爭中就只能處于被動。(3是市場秩序層面上的,隨著我國改革開放的不斷深入,特別是加入 WTO 后, 我國巨大的市場份額極大的吸引了國外的大公司, 他們開拓市場的方法都是采用 大范圍建立代理銷售渠道,每個公司的分銷商、 系統(tǒng)集成商都會有數十家, 甚至 上百家之多,造成了我國的分銷商、 系統(tǒng)集成商之間的

23、激烈競爭, 而這些無序的 競爭為國際大公司分而治之、獲取穩(wěn)定的高額利潤創(chuàng)造條件。面對這些問題,我國可編程序控制器的發(fā)展應該采取如下對策:(1 面對如此巨大的市場, 我國應該集中資金和技術力量, 盡快研制生產出具有 自主知識產權的可編程序控制器的系列產品, 就像以前的家電行業(yè)一樣。 其實隨 著我國整個民族工業(yè)的不斷發(fā)展, 特別是近年來芯片工業(yè)的迅速發(fā)展, 推出具有 國際競爭力的可編程序控制器產品已成為可能。(2 繼續(xù)發(fā)揮我國科學技術人員可編程序控制器應用技術的優(yōu)勢,擴大可編程序 控制器的應用領域。特別是我國加入 WTO 后,中國成為 “ 世界制造工廠 ” 的過程 正在加速, 我國在努力將可編程序

24、控制器應用在國民經濟的各個領域同時, 還要 憑借技術和勞動力優(yōu)勢, 進入可編程序控制器在外商投資企業(yè)中的應用, 并逐漸 進入國際上可編程序控制器的應用市場, 讓我國的應用技術優(yōu)勢形成真正的增值 服務,從而帶動我國相關成套設備和軟件產業(yè)的發(fā)展。(3 在擴大可編程序控制器應用的同時,要在軟件集成化上下功夫。針對不同的 工業(yè)生產過程, 形成具有我國特點的系統(tǒng)集成軟件、 人機界面軟件和系統(tǒng)應用軟 件, 在一些我國領先的工業(yè)行業(yè)中制造出具有核心技術的系統(tǒng)應用軟件。 真正形 成具有國際標準的、可進行復制的模塊化軟件。采取上述策略后,我國就能在可編程序控制器的應用上率先實現突破,融入 全球一體化經濟之中,形

25、成具有自主知識產權的軟件產業(yè),進而研制、開發(fā)、生 產出具有自主知識產權,能夠參與國際競爭的可編程序控制器產品。1.3小結隨著微處理器、網絡通信、人 機界面技術的迅速發(fā)展 , 工業(yè)自動化技術日 新月異 , 各種產品競爭激烈 , 新產品不斷涌現。 PLC 也由最初的只能處理開關量而 發(fā)展到可以處理模擬量和數據 , 加之與 DCS 、 PID 調節(jié)器、 工業(yè) PC 等技術相結合 , 使之不再是一種簡單的控制設備 , 而且必將隨著自動控制技術的不斷發(fā)展而發(fā)展 生存下去。第二章 PLC 變頻器的應用2.1 PLC的特點2.1.1 PLC與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的比較PLC 控制電路以 PLC 為中心,包括

26、:PLC ,特殊模塊,接觸器,熱保護,儀表等。 繼電器控制電路以繼電器為主要轉換元件,包括:繼電器,時間繼電器,計數器,接 觸器,熱保護,儀表等。通過實際使用,兩者存在不少的差異:(1 控制方式:繼電器的控制是采用硬件接線實現的,其邏輯功能由傳統(tǒng)的繼電器來完成的,是 利用繼電器機械觸點的串聯或并聯極延時繼電器的滯后動作等組合形成控制邏輯,只 能完成既定的邏輯控制。繼電器的動作一般與電磁有關。PLC 是基于各種 “ 門電路 ” 的一種集成式的控制器。 其式作狀況與計算機更接近些。 對于已經接好的線路,可以通過改變 PCL 的程序來改變控制邏輯和參數,具有更靈活 的運用方式。 PLC 采用存儲邏輯

27、,其控制邏輯是以程序方式存儲在內存中,要改變控 制邏輯,只需改變程序即可,稱軟接線。(2 控制速度:繼電器控制邏輯是依靠觸點的機械動作實現控制,工作頻率低,毫秒級,機械觸 點有抖動現象。PLC 是由程序指令控制半導體電路來實現控制,速度快,微秒級,嚴格同步,無 抖動。(3 延時控制:繼電器控制系統(tǒng)是靠時間繼電器的滯后動作實現延時控制,而時間繼電器定時精 度不高,受環(huán)境影響大,調整時間困難。PLC 用半導體集成電路作定時器,時鐘脈沖由晶體振蕩器產生,精度高,調整時 間方便,不受環(huán)境影響。隨著 PLC 的大量使用,雖然有取代繼電器邏輯控制的趨勢,但事實上,兩者卻從 來沒有抵觸過。 PLC 和繼電器

28、在控制系統(tǒng)中是相輔相成, PLC 是用軟件編程控制,繼 電器可以輔助 PLC 實現具體的控制,所以兩者在很長時間會處在共存階段。2.1.2 PLC的的特點PLC 之所以高速發(fā)展, 除了工業(yè)自動化的客觀需要外, PLC 還有許多獨特的優(yōu)點。 它較好地解決了工業(yè)控制領域中普遍關心的可靠性、通用性、靈活性、使用方便等問 題。主要特點如下:(1可靠性高,抗干擾能力強可靠性高是 PLC 最突出的優(yōu)點之一。 PLC 具有較高的可靠性是因為它采用微電子 技術,大量的開關動作由無觸點的半導體電路完成。在設計制造過程中,采用一系列 硬件和軟件抗干擾措施,如:硬件方面采用隔離、濾波、精選元器件等。在微處理器 與

29、I/O電路之間采用光電隔離措施,有效地抑制了外部干擾對 PLC 的影響,同時可以 防止外部高壓進入 CPU 單元。濾波是抗干擾的又一主要措施,對供電系統(tǒng)及輸出線路 采用多種形式濾波電路可以消除或抑制高頻干擾。軟件方面設置故障檢測程序。 PLC 在每次循環(huán)掃描的內部處理期間,都要檢測硬 件系統(tǒng)是否正常,外部環(huán)境是否正常,如掉電、欠電壓等。當故障出現時,立即把當 前狀態(tài)信息存入指定存儲器,外界環(huán)境正常,恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài),則繼續(xù)執(zhí)行 原來的程序。(2 應用靈活PLC 發(fā)展到今天,已經形成了各種規(guī)模的系列化產品,可以用于各種規(guī)模的工業(yè) 控制場合。除了邏輯處理功能以外, PLC 大多具有完善的數據

30、運算能力,可用于各種 數字控制領域。 多種多樣的功能單元大量涌現, 使 PLC 滲透到了位置控制、 溫度控制、 CNC 等各種工業(yè)控制中。 加上 PLC 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展, 使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。由于 PLC 已實現了產品的系統(tǒng)化、標準的積木式硬件結構和單元化的軟件設計, 使得它不僅可以適應大小不同、功能復雜的控制要求,而且可以適應各種工藝流程變 更較多的場合。 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中的大量中間繼電器、時間繼 電器、計數器及其它專用功能的器件,使控制系統(tǒng)的設計、安裝、接線工作量大大減 少。PLC 的用戶程序大部分可以在實驗室模擬,用模擬

31、的各種試驗開關代替現場的輸 入信號,其輸出狀態(tài)可以通過 PLC 上的發(fā)光二極管指示得知,模擬調試好后再將 PLC 控制系統(tǒng)安裝到現場,進行聯機調試,這樣大大縮短了整個控制系統(tǒng)的調試周期,即 安全又快捷。特別是在老設備控制系統(tǒng)技術改造中更能發(fā)揮其優(yōu)點。(3 功能強,通用性好PLC 不僅具有邏輯運算、定時、計數,順序控制等功能,而且還具有 A/D、 D/A轉換、數值運算、數據處理和通訊聯網等功能;既可以對開關量進行控制,也可以對 模擬量進行控制;既可以對單臺設備進行控制,也可以對一條生產線或全部生產工藝 過程進行控制。 PLC 具有通信聯網功能,可以實現不同 PLC 之間聯網,并可以與計算 機構成

32、分布式控制系統(tǒng)。(4 編程簡單。大多數 PLC 采用梯形圖編程方式。梯形圖與傳統(tǒng)的繼電接觸控制線路圖有許多相 似之處,與常用的計算機語言相比更容易被操作者接受并掌握。操作者通過閱讀 PLC 操作手冊,可以很快熟悉梯形圖語言,并用來編制一般的用戶程序,這也是 PLC 獲得 迅速普及和推廣的重要原因之一。目前,大多數 PLC 仍采用繼電控制形式的 “ 梯形圖編程方式 ” 。既繼承了傳統(tǒng)控制 線路的清晰直觀,又考慮到大多數工廠企業(yè)電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平,所 以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路 原理圖相當接近。通過閱讀 PLC 的用戶手冊或短期培訓,電

33、氣技術人員和技術工很快 就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC 在執(zhí)行梯形圖程序時,用解釋程序將它翻譯成匯編語言然后執(zhí)行(PLC 內部 增加了解釋程序 。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比,執(zhí)行梯形圖程序的時間 要長一些,但對于大多數機電控制設備來說,是微不足道的,完全可以滿足控制要求。 (5體積小、重量輕、功耗低、維護方便PLC 是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產品,其結構緊湊,堅固,體積小,重量 輕,功耗低。并且由于 PLC 的強抗干擾能力,易于裝入設備內部,是實現機電一體化 的 理 想 控 制 設 備 。 以 三 菱 公 司 的 F1-40M 型 PL

34、C 為 例 :其 外 型 尺 寸 僅 為 305×110×110mm ,重量 2.3kg ,功耗小于 25V A ;而且具有很好的抗振、適應環(huán)境溫、 濕度變化的能力。現在三菱公司又有 FX 系列 PLC ,與其超小型品種 F1系列相比:面 積為 47%,體積為 36%,在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活,輸入輸出可達 24128點。 (6系統(tǒng)的設計,工作量小,維護方便,容易改造由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、 計數器等器件,控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時, PLC 的用戶程序可以 在實驗室模擬調試,更減少了現場的調試工作量。并且

35、,由于 PLC 的低故障率及很強的監(jiān)視功能,模塊化等等,使維修也極為方便。特別適合多品種、小批量的生產場合。 2.2 PLC的應用2.2.1 PLC的應用領域目前, PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、 汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾 類。(1開關量的邏輯控制這是 PLC 最基本、 最廣泛的應用領域, 它取代傳統(tǒng)的繼電器電路, 實現邏輯控制、 順序控制,既可用于單臺設備的控制,也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、 印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。(2模擬量控制在工業(yè)生產過程當中,有許多

36、連續(xù)變化的量,如溫度、壓力、流量、液位和速度 等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量,必須實現模擬量(Analog 和數字 量 (Digital 之間的 A/D轉換及 D/A轉換。 PLC 廠家都生產配套的 A/D和 D/A轉換模 塊,使可編程控制器用于模擬量控制。(3運動控制PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說,早期直接用于 開關量 I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構,現在一般使用專用的運動控制模塊。如 可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產 品幾乎都有運動控制功能,廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。(4過程控制

37、過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機, PLC 能編制各種各樣的控制算法程序,完成閉環(huán)控制。 PID 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng) 中用得較多的調節(jié)方法。 大中型 PLC 都有 PID 模塊, 目前許多小型 PLC 也具有此功能 模塊。 PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。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用。(5數據處理現代 PLC 具有數學運算(含矩陣運算、函數運算、邏輯運算 、數據傳送、數據 轉換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較,完成一定的控制操作,也可以利用

38、通信功能傳送 到別的智能裝置,或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng),如無人控制 的柔性制造系統(tǒng);也可用于過程控制系統(tǒng),如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控 制系統(tǒng)。(6通信及聯網PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。 隨著計算機控制的發(fā) 展,工廠自動化網絡發(fā)展得很快,各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能,紛紛推出 各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的 PLC 都具有通信接口,通信非常方便。2.2.2 PLC應用中需要注意的問題PLC 是一種用于工業(yè)生產自動化控制的設備,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

39、,抗干擾能力較強,但 當生產環(huán)境過于惡劣,電磁干擾特別強烈,或安裝使用不當,就可能造成程序錯誤或 運算錯誤,從而產生誤輸入并引起誤輸出,這將會造成設備的失控和誤動作,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 生產廠家提 高設備的抗干擾能力;另一方面,要求設計、安裝和使用維護中引起高度重視,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。因此在使用中應注意以下問 題:(一工作環(huán)境(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 通風散熱的空間應足夠大。(2濕度 :為了保證 PLC 的絕緣性能,空氣的相對濕

40、度應小于 85%(無凝露 。(3 震動 :應使 PLC 遠離強烈的震動源, 防止振動頻率為 1055Hz的頻繁或連續(xù)振動。 當使用環(huán)境不可避免震動時,必須采取減震措施,如采用減震膠等。(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。(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, 當輸入端使用外接直流電源時, 應選用直流穩(wěn)壓

41、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。(二控制系統(tǒng)中干擾及其來源現場電磁干擾是 PLC 控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一,所 謂治標先治本,找出問題所在,才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現場干擾的 源頭。(1干擾源及一般分類影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源,大都產生在電流或電壓劇烈變化的部位,其原因是 電流改變產生磁場,對設備產生電磁輻射;磁場改變產生電流,電磁高速產生電磁波。 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,主要由電網串入、地電位差及空間電磁輻射在信號線上感應的共態(tài)(同方向 電壓疊加所

42、形成。共模電壓通過不對稱電路可轉換成差模電壓,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及由不平衡電路轉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。(2 PLC 系統(tǒng)中干擾的主要來源及途徑強電干擾:PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網供電。由于電網覆蓋范圍廣,它將受 到所有空間電磁干擾而在線路上感應電壓。尤其是電網內部的變化,刀開關操作浪涌、 大型電力設備起停、交直流傳動裝置引起的諧波、電網短路暫態(tài)沖擊等,都通過輸電

43、 線路傳到電源原邊。柜內干擾:控制柜內的高壓電器,大的電感性負載,混亂的布線都容易對 PLC 造成 一定程度的干擾。(三主要抗干擾措施(1電源的合理處理,抑制電網引入的干擾對于電源引入的電網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 減少設備與地之間的干擾,還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。(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。(3對變頻器干擾的抑制變頻器的干擾處理一般有下面幾種

44、方式:加隔離變壓器,主要是針對來自電源的傳導干擾,可以將絕大部分的傳導干擾阻隔 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,還具有防止將設備本身的干擾傳導給 電源,有些還兼有尖峰電壓吸收功能。使用輸出電抗器,在變頻器到電動機之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在 能量傳輸過程中線路產生電磁輻射,影響其它設備正常工作。2.3小結PLC 具有繼電器所沒有的眾多優(yōu)點,有取代繼電器邏輯控制的趨勢,但事實上, 兩者卻從來沒有抵觸過。兩者控制系統(tǒng)中是相輔相成。 PLC 是用軟件編程控制,在應 用中也存在著不少需要注意的問題,而繼電器則可以輔助 PLC 實現具體的控制,所以 兩者在很長時間會

45、處在共存階段。第三章 可編程序控制器的定義及特點3.1可編程序控制器的產生上世紀 60年代,計算機技術已開始應用于工業(yè)控制了。但由于計算機技術本身的 復雜性,編程難度高、難以適應惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價格昂貴等原因,未能在工業(yè)控 制中廣泛應用。當時的工業(yè)控制,主要還是以繼電 接觸器組成控制系統(tǒng)。1968年,美國最大的汽車制造商 通用汽車制造公司(GM ,為適應汽車型號 的不斷翻新,試圖尋找一種新型的工業(yè)控制器,以盡可能減少重新設計和更換繼電器 控制系統(tǒng)的硬件及接線、減少時間,降低成本。因而設想把計算機的完備功能、靈活 及通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來, 制成

46、一種適合于工業(yè)環(huán)境的通用控制裝置,并把計算機的編程方法和程序輸入方式加 以簡化,用 “ 面向控制過程,面向對象 ” 的 “ 自然語言 ” 進行編程,使不熟悉計算機的人 也能方便地使用。即:硬件:減少軟件:靈活 簡單針 對 上 述 設 想 , 通 用 汽 車 公 司 提 出 了 這 種 新 型 控 制 器 所 必 須 具 備 的 十 大 條 件 :1 編程簡單,可在現場修改程序2 維護方便,最好是插件式3 可靠性高于繼電器控制柜4 體積小于繼電器控制柜5 可將數據直接送入管理計算機6 在成本上可與繼電器控制柜競爭 GM10條7輸入可以是交流 115V8輸出可以是交流 115V , 2A 以上,可

47、直接驅動電磁閥9 在擴展時,原有系統(tǒng)只要很小變更10 用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4K 字節(jié)1969年,美國數字設備公司(GEC 首先研制成功第一臺可編程序控制器,并在 通用汽車公司的自動裝配線上試用成功,從而開創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。接著,美國 MODICON 公司也開發(fā)出可編程序控制器 084。1971年,日本從美國引進了這項新技術,很快研制出了日本第一臺可編程序控制 器 DSC-8。 1973年,西歐國家也研制出了他們的第一臺可編程序控制器。我國從 1974年開始研制, 1977年開始工業(yè)應用。 早期的可編程序控制器是為取代繼電器控制線路、 存儲程序指令、完成順序控制而設計的。主要用于

48、:1. 邏輯運算 2. 計時,計數等順 序控制,均屬開關量控制。所以,通常稱為可編程序邏輯控制器(PLC Programmable Logic Controller 。 進入 70年代, 隨著微電子技術的發(fā)展, PLC 采用了通用微處理器, 這種控制器就不再局限于當初的邏輯運算了,功能不斷增強。因此,實際上應稱之為 PC 可編程序控制器。至 80年代,隨大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的發(fā)展,以 16位和 32位 微處理器構成的微機化 PC 得到了驚人的發(fā)展。使 PC 在概念、設計、性能、價格以及 應用等方面都有了新的突破。不僅控制功能增強,功耗和體積減小,成本下降,可靠 性提高,編程和故

49、障檢測更為靈活方便,而且隨著遠程 I/O和通信網絡、數據處理以 及圖象顯示的發(fā)展, 使 PC 向用于連續(xù)生產過程控制的方向發(fā)展, 成為實現工業(yè)生產自 動化的一大支柱。3.2可編程序控制器的定義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。國際電工學會 (IEC 曾先后于 1982.11; 1985.1和 1987.2發(fā)布了可編程序控制器標準草案的第一, 二,三稿。在第三稿中,對 PLC 作了如下定義:可編程序控制器是一種數字運算操作 電子系統(tǒng),專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用了可編程序的存儲器,用來在其內 部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,并通過數字 的,模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P 的外圍設備,都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。 定義強調了 PLC 是:1 數字運算操作的電子系統(tǒng) 也是一種計算機2 專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計3 面向用戶指令 編程方便4 邏輯運算、順序控制、定時計算和算術操作5 數字量或模擬量輸入輸出控制6 易與控制系統(tǒng)聯成一體7 易于擴充3.3可編程序控制器的特點為適應工業(yè)環(huán)境使用,與一般控制裝置相比較, PC 機有以下特點:1. 可靠性高,抗干擾能力強工業(yè)生