PLC在現代工業(yè)自動化生產中的應用

1、 技師專業(yè)論文 工種：維修電工PLC在工業(yè)自動化生產中的應用 姓 名：盧 勇 工作單位：云南馳宏資源回收綜合利用有限公司 等 級：高級技師 培訓學校： 日 期：2006年7月PLC在工業(yè)自動化生產中的應用鉛廠熔煉車間盧勇摘要：在現代化的工業(yè)生產設備中，有大量的數字量及模擬量的控制裝置，例如電機的啟停，電磁閥的開閉，產品的計數，溫度、壓力、流量的設定與控制等，而PLC技術是解決上述問題的最有效、最便捷的工具，因此PLC在工業(yè)控制領域得到了廣泛的應用。一直以來，可編程序控制器簡稱PLC在工業(yè)自動化控制方面發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動化控制設備提供了廣泛、可靠的控制應用。關鍵詞：PLC 自動化

2、控制 應用1、 概述近年來，由于計算機技術和微電子技術的迅速發(fā)展，極大的推動了PLC系統(tǒng)的發(fā)展，使PLC的功能日益增強。PLC是一種固態(tài)電子裝置，它利用已存入的程序來控制機器的運行或工藝的工序。PLC通過輸入/輸出（I/O）裝置發(fā)出控制信號和接受輸入信號。由于PLC綜合了計算機和自動化技術，所以它的發(fā)展日新月異，大大超出其出現時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數、數字運算、數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，從而實現生產過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網絡時代的到來，擴大了PLC的功能，使其具有很強的聯

3、網通訊能力，從而更廣泛地應用生產實踐中。PLC主要能夠為自動化控制應用提供安個可靠和比較完善的解決方案，適合當前自動化工業(yè)企業(yè)的需要。隨著計算機技術和通信技術的發(fā)展，工業(yè)控制領域有了翻天覆地的變化，而PLC不斷地采用新技術以及增強系統(tǒng)的開放性，在工業(yè)自動化領域中的應用范圍不斷擴大。PLC將計算機技術、自動控制技術和通訊技術融為一體，成為實現單機、車間、工廠自動化的核心設備，其具有可靠性高、抗干擾能力強、組合靈活、編程簡單、維修方便等諸多優(yōu)點。隨著技術的進步，其控制功能由簡單的邏輯控制、順序控制發(fā)展為復雜的連續(xù)控制和過程控制，成為自動化領域的三大技術支柱。2、PLC可編程控制器簡介 1

4、) 、PLC的定義 PLC又稱為可編程邏輯控制器，是一種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。其結構分為：電源，中央處理單元(CPU)，存儲器，輸入輸出接口電路，功能模塊，通信模塊等。2) 、PLC與繼電器控制的區(qū)別 控制方式的區(qū)別：繼電器的控制是采用硬件接線實現的，是利用繼電器機械觸點的串聯或并聯及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。PLC采用存儲邏輯，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

5、，稱軟接線。把整個控制過程簡單化，智能化。  控制速度的區(qū)別：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、無噪音。更安全，更可靠，更環(huán)保。 延時控制區(qū)別：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。 3) 、PLC的工作原理  當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采

6、樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。   輸入采樣階段：在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化PLC在三相異步電動機控制中的應用 I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。  用戶

7、程序執(zhí)行階段：在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結

8、果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 輸出刷新階段：當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。 4) 、PLC的應用分類&

9、#160; 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幾類。   、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。   、模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。

10、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。   、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。   、過程控制 

11、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。   、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

12、用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)。   、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。  3、PLC在現代工業(yè)生產領域應用實例 1) 、三相異步電動機的-降壓起動控制 星形-三角形降壓起動用于定子繞組

13、在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現降壓起動。正常運轉時再換接成三角形接法。 圖3.1 -降壓起動的繼電器控制電路圖 圖2.1中主電路通過三組接觸器主觸點將電動機的定子繞組接成三角形或星形，即KM1、KM3主觸點閉合時，繞組接成星形；KM1、KM2主觸點閉合時，接為三角形。 三相異步電動機-降壓起動的PLC控制  星形-三角形降壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現降壓起動。正常運轉時再換接成三角形接法。有電工基礎知識可知，星形連接時起動電流僅為三角形連接時的1/3，相應

14、的起動轉矩也是三角形連接時的1/3。 星三角降壓啟動I/O分配表輸入輸出備注SB1-X0KM1-Y0SB2-X1KM2-Y1FR-X2KM3-Y2根據系統(tǒng)的I/O分配表畫出該降壓啟動的I/O接線圖，圖示如下：圖3.2 三相異步電動機降壓起動的I/O接線圖完成前面工序后，就需要進行對系統(tǒng)的PLC進行程序編寫，一下是該程序的梯形圖；2) 、三相異步電動機正反轉的PLC控制  在圖1是三相異步電動機正反轉控制的電路和繼電器控制電路圖，圖2與3是功能與它相同的PLC控制系統(tǒng)的外部接線圖和梯形圖，其中，KM1和KM2分別是控制正轉運行和反轉運行的交流接觸器在梯形圖中，用兩個

15、起停按鈕來分別控制電動機的正轉和反轉。按下正轉啟動按鈕SB2，X0變ON，其常開觸點接通，Y0的線圈“得電”并自保。使KM1的線圈通電，電機開始正轉運行。按下停止按鈕SB1，X2變ON，其常閉點斷開，使Y0線圈“失電”，電動機停止運行。梯形圖如下： 在梯形圖中，將Y0與Y1的常閉觸電分別與對方的線圈串聯，可以保證他們不會同時為ON，因此KM1和KM2的線圈不會同時通電，這種安全措施在繼電器電路中稱為“互鎖”。除此之外，為了方便操作和保證Y0和Y1不會同時為ON，在梯形圖中還設置了“按鈕互鎖”，即將反轉啟動按鈕X1的常閉點與控制正轉的Y0的線圈串聯，將正轉啟動按鈕X0的常閉觸點與控制反轉的Y1的

16、線圈串聯。設Y0為ON，電動機正轉，這是如果想改為反轉運行，可以不安停止按鈕SB1，直接安反轉啟動按鈕SB3，X1變?yōu)镺N，它的常閉觸點斷開，使Y0線圈“失電”，同時X1的敞開觸點接通，使Y1的線圈“得電”，點擊正轉變3) 、PLC在水泵聯鎖啟動改進控制系統(tǒng)中的應用前面列舉了幾個常見的控制方式，這里通過本人參加改造的一個利用PLC系統(tǒng)實現水泵聯鎖啟動。對PLC在現代工業(yè)自動化控制中的應用進一步的說明，本案例是我廠鉛循環(huán)水泵房軟化水熱水泵是為煙化爐水套提供冷卻水，水套回水又循環(huán)至泵房水池。設備為一備一用，設備自投產運行至今已經十年，設備故障時有發(fā)生，導致煙化爐水套缺水。因此存在較大安全隱患。在此

17、背景下，對軟化水熱水泵進行系統(tǒng)改進，使兩臺水泵處于聯鎖狀態(tài)。在運行泵出現故障時，備用泵自動運行。為煙化爐水套持續(xù)供水，杜絕因供水原因導致設備事故的發(fā)生。 軟化水熱水泵聯鎖改進方案如下：1) 、在原有水泵結構不變的情況下，分別對兩臺水泵出口閥門進行改進，拆除兩臺出口管道上的截止閥，每臺泵出口閥門安裝一臺電動閥門及手動閥。2) 、制作電動閥門控制箱，并將閥門的遠程信號，運行信號，開到位，關到位信號引入PLC，參與聯系控制。3) 、利用原有水泵PLC程序的控制方式，對水泵進行遠程啟停操作。4) 、編寫水泵聯鎖條件程序及PLC操作畫面。程序見梯形圖（部分）：聯鎖控制原理：兩臺水泵均在PLC上操作，水泵現場控制箱置于遠程位置，閥門控制箱置于遠程位置，PLC系統(tǒng)聯鎖啟用。當運行泵出現故障時，水泵停止運行，PLC檢測到水泵停止信號，備用泵立即啟動，在啟動過程中關閉原運行泵的出口電動閥門，打開備用泵出口電動閥門。即完成水泵的備