PLC在油务系统中应用

1、目录摘要2前言3第一章绪论41 1究与课题的目的和意义412可编程控制器plc的产生与发展51. 3国内外plc现状及发展趋势61.3.1国外可编程控制器现状 61.3.2国内可编程控制器现状 61.3.3可编程控制器的发展趋势 7第二章plc概述及其系统组成92.1 plc概述 92.2 plc的系统组成与各部分的作用 92.2.1中央出来单元（cpu）92.2.2存储器102.2.3 i/0单元102.2.4电源部分102.2.5扩展接口和通信接口112.2.6编程器11第三章 本系统中可编程序控制器的选取及特点123.1 plc系统选型三菱fx系列 123.2三菱fx系列plc特性 12

2、3.3fx系列plc内元器件及功能13第四章油务系统中plc的运用 164.1控制对象与功能 164.1.1控制对象164.1.2基本功能164.2系统总体方案164.2.1控制方式164.2.2设备配置164.2.3系统结构164.2.4系统软件164.3系统实现 18第五章全文总结及致谢 21参考文献 22plc在油务系统中应用孙以胜三变科技股份有限公司 317100摘 要摘要： 油务系统（变压器油输送站）在变压器制造行业中占十分重要地位。目前多采用传统的继电接触器控制，其控制线路十分复杂，存在着控制柜庞大笨重、安装接线与调试的工作量极大、查找与排除故障、可靠性差的明显缺陷。由于plc可以

3、用软件功能替代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器等器件，因而控制系统的设计、安装与调试的工作量将大大减少，且具有可靠性极高、维修维护方便等特点，因此利用plc实现油务系统控制具有较高的应用价值。 本文研究的主要工作：介绍可编程控制器plc的产生和发展趋势，它的组成和各部分的功能。油务系统的构造和组成，传统的电气控制系统，主要是通过继电器接触器控制，这种控制存在许多不足，所以采用目前控制比较简单、可靠的可编程控制器（plc）来代替传统的继电器接触器方式控制。文章通油务系统的工作原理进行了控制系统的硬件设计和软件设计。再根据软硬件设计对可编程控制器进行选取，并分析所采用的可编程控制器的特

4、点。关键词：plc 、通信、监控系统，数据采集前 言油务系统（变压器油输送站）在变压器制造行业中占十分重要地位。目前多采用传统的继电接触器控制，其控制线路十分复杂，存在着控制柜庞大笨重、安装接线与调试的工作量极大、查找与排除故障、可靠性差的明显缺陷。由于plc可以用软件功能替代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器等器件，因而控制系统的设计、安装与调试的工作量将大大减少，且具有可靠性极高、维修维护方便等特点，因此利用plc实现油务系统控制具有较高的应用价值。可编程序控制器是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置。进入20世纪80年代以来，由于计算机技术和微电子技术的迅速

5、发展，极大地推动了可编程序控制器的发展，使其功能日益增强，更新换代明显加快。目前，它广泛应用在陆地各种机械和生产过程的自动控制中，为工业自动化提供了有力的工具。应用较多的场合有:电动机的起停、电磁阀的开闭、产品的计数以及温度、压力、流量的设定与控制等。随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能。 早期的可编程序控制器在功能上只能进行逻辑控制，替代以继电器、接触器为主的各种顺序控制。因此，称它为可编程序逻

6、辑控制器(programmable logic controller ) ,简称plc。 随着技术的发展，国外一些厂家采用微处理器(microprocessor)作为中央处理单元，使其功能大大增强。它不仅具有逻辑运算功能，还具有算术运算、模拟量处理和通信联网等功能。plc这一名称已不能准确反映它的特性。因此，1980年美国电气制造商协会(nema)将它命名为可编程序控制器(programmable controller)，简称pc。但由于个人计算机(personal computer)也简称pc，为避免混淆，可编程序控制器仍习惯称为plc。 1982年国际电工委员会(iec)颁布了可编程序控制

7、器标准草案第一稿;1985年提交了第二稿。1987年2月在第三稿中对可编程序控制器定义如下:“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，是专门为在工业环境下应用设计的。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作的指令，并能通过数字式模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。事实上，可编程序控制器是一种以微处理器为核心，带有指令存储器和输入/输出接口， 随着计算机技术、通信技术和自动控制技术的迅速发展，可编程序控制器将传统的继电器控制技术与新兴的计

8、算机技术和通信技术融为一体，具有可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优点，以及良好的工业环境工作性能和自动控制目标实现性能。所以在设计新船时或对旧船进行技术改造时，应大力推广应用plc技术。第一章 绪 论1.1 研究本课题的目的和意义目前许多油务系统都是以继电器接触器为主要控制元件，鉴于如下因素有必要采用plc技术来取代传统的继电器接触器控制技术。 继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触点的串联或并联，及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑，其接线多而复杂、体积大、功耗大、故障率高，一旦系统构成后，想再改变或增加功能都很困难。另外，继电器触点数目有限，每个只有4-8对

9、触点。因此灵活性和扩展性很差。而plc采用存储逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，故称为“软接线”。因此灵活性和扩展性都很好。 电源接通时，继电器控制线路中各继电器同时都处于受控状态，即该吸合的都应吸合，不该吸合的都因受某种条件限制不能吸合，它属于并行工作方式。而plc的控制逻辑中，各内部器件都处于周期性循环扫描过程中，属于串行工作方式。 继电器控制逻辑使用了大量的机械触点，连线也多。触点开闭时会受到电弧的损坏，并有机械磨损，寿命短，因此可靠性和可维护性差。而plc采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，体积小、寿命长、可靠性高。plc还

10、配有自检和监督功能，能检查出自身的故障，并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。 继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，触点的开闭动作一般在几十ms数量级。另外，机械触点还会出现抖动问题。而plc是由程序指令控制半导体电路来实现控制，属于无触点控制，速度极快，一般一条用户指令的执行时间在s数量级，且不会出现抖动。 继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控制。一般来说，时间继电器存在定时精度不高，定时范围窄，且易受环境湿度和温度变化的影响，调整时间困难等问题。plc使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡器产生，精度相当高，且定时时

11、间不受环境的影响，定时范围一般从0.001 s到若干天或更长。用户可根据需要在程序中设置定时值，然后由软件来控制定时时间。 使用继电器控制逻辑完成一项控制工程，其设计、施工、调试必须依次进行，周期长，而且修改困难。工程越大，这一点就越突出。而用plc完成一项控制工程，在系统设计完成以后，现场施工和控制逻辑的设计(包括梯形图设计)可以同时进行，周期短，且调试和修改都很方便。从以上几个方面的比较可知，plc在性能上比继电器控制逻辑优异，特别是可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。但在很小的系统中使用时，价格要高于继电器系统，这可从维修费用减少中得到补偿

12、。因此，研究基于plc技术的起货机的自动控制系统很有必要。1.2 可编程控制器plc的产生与发展可编程控制器(programmable controller )，又称为可编程逻辑控制器(programmable logic controller, plc)根据国际电工委员会(iec)在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其定义如下 “可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部

13、设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 1969年，美国数字设备公司(dec)研制出第一台plc，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，己经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。虽然plc问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，plc也迅速发展，其发展过程大致可分四代： 第一代在19691972年。这个时期的产品，cpu由中小规模集成电路组成，存

14、储器为磁芯存储器。其功能也比较单一，仅能实现逻辑运算、定时、计数等功能，其中plc特有的编程语言梯形图一直沿用至今，成为可编程控制器的第一用户语言。典型产品有:美国dec公司的pdp-14，日本富士公司的usc-4000，日本omron公司的scy 022。 第二代在1973 1975年。这个时期的产品已开始使用微处理器作为cpu plc(可变成逻辑控制器)成为真正意义上的pc(可编程控制器)(尚未正式命名)，而存储器采用半导体存储器。其功能上有所增加，能够实现数字运算、传送、比较等功能，并初步具备自诊断功能，可靠性有了一定提高。典型产品有：美国哥德公司的modicon184, 284, 38

15、4系列，原西德西门子的symatic s3, s4系列，日本富士的sc系列等，我国在1974年也开始研制自己的plc。 第三代在19761983年。这个时期，plc进入了大发展阶段，美国、日本、原西德各有几十个厂家生产plc。这个时期的产品已采用8位和16位微处理器作为cpu部分产品还采用了多微处理器结构。其功能显著增强，速度大大提高，并能进行多种复杂的数学运算，具备完善的通讯功能和较强的远程i/o能力，具有较强的自诊断功能并采用了容错技术。1980年，美国电气制造协会(nema)将plc正式命名为可变成控制器(pc)。典型产品有:美国哥德公司的584,684,884系列，原西德西门子的sym

16、at ics5系列，日本三菱公司的f,fx系列，日本omron公司的c系列等。 第四代为1993年到现在。这个时期的产品除采用16位以上的微处理器作为cpu外，内存容量更大，有的已达数兆字节;可以将多台plc链接起来，实现资源共享;可以直接用于一些规模较大的复杂控制系统;编程语言除了可使用传统的梯形图、流程图等，还可使用高级语言:外设多样化，可以配置crt和打印机等。典型产品有美国德州仪器公司的t1560、t1565等。1.3 国内外plc现状及发展趋势长期以来，plc始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。作者通过调查、阅读资料，对国内外plc

17、市场及研究现状进行了总结，并将关于plc未来发展趋势的权威观点概括阐述如下。1.3.1国外可编程控制器现状 目前，全世界约有plc生产厂家约200家，生产300多个品种。全球plc发运件数1998年为1456万件，1999年为1620万件，2000年达到1778万件。在1995年发运的plc中，按最终用户分:汽车占23%，粮食加工占16.4%，化学药品占14.6%，金属、矿山占11.5%，纸浆、造纸占11.3%，其他占23.2%。而且随着plc与ipc, dcs集成，plc逐渐成为占自动化装置及过程控制系统最大市场份额的产品。200()年plc的销售额在控制市场份额中超过50%。在全球plc制

18、造商中，根据美国automation research corp ( arc)调查，世界plc领导厂家的五霸分别为siemens(西门子)公司、allen-bradley(a-b)公司、schneider(施耐德)公司、mitsubishi(三菱)公司、omron(欧姆龙)公司，他们的销售额约占全球总销售额的三分之二。从西门子公司的simatic s7-400的性能可对plc窥见一斑:simatic s7-400是匣式封装模块，可卡在导轨上安装，由i/o总线和通信总线建立电气连接，模块可在工作或加电时替换或插、拔，可快速安装维护，修改方便，其主要性能有： cpu存储器容量64k字节，可扩展到1

19、.6m字节。 位和字处理速度80ns至200ns。 最高系统计算能力可以有4个cpu同时计算。 强大的扩展能力57-400中央控制器最多能连接21个扩展单元。 每个cpu上多点接口(mpi)能力，可同时连接编程装置、操作员接口系统等。 cpu上的sinec-l2-dp附加有分散i/o的集成性能。 提供与计算机和其它siemens产品或系统的连接接口。 高可靠性，完善的自诊断和清除故障功能。1.3.2国内可编程控制器现状 我国的plc生产目前也有一定的发展，小型plc已批量生产:中型plc己有产品;大型plc已经开始研制。有的产品不仅供应国内市场，而且还有出口。国内plc形成产品化的生产企业约3

20、0多家，主要生产单位有:苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海香岛机电制造有限公司、天津市自动化仪表厂、杭州通灵控制电脑公司、北京机械工业自动化所和江苏嘉华实业有限公司等。但是国内产品市场占有率不超过10% ， 1996年中国plc销售约9万套，进口8万套，总计约合人民币15亿元。另一方面，国产plc许多仍停留在全套引进或以仿制为主的阶段上，这种方式在研究开始是必要的，但是停留在这个水平上是绝对不可取的。当然，国内产品在价格上占有明显的优势。对于国内plc的认识，可以从江苏嘉华实业有限公司生产的jh 120系列产品窥见一斑，其主要性能有： 1.输入输出从20点到120点任意配置 2.内置32个

21、定时器、31个计数器、几百个中间继电器和数据寄存器，可方便地完成逻辑控制、定时、计数控制、高速计数、数据处理、模拟量控制等功能 3.编程简便，108条指令功能齐全 4 .din标准卡槽安装，可拆端子排接线 5 .高可靠性，强抗干扰用于各种工业环境 总体来说，国产plc的发展有一定的基础。但从产品结构上看，我国自主研制及引进技术生产的plc大都属于中低档产品，至今没有形成主流产品和完整的系列产品。1.3.3可编程控制器的发展趋势自60年代末引入plc技术以来，plc由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，以后又与dcs、工业pc机和pid调节器等技术相结合，利用其不同的性能和特点，相

22、互渗透和融合、集成以及网络化，构成各种新型的自动控制系统，以满足各种自动控制的要求。总体来讲，plc的发展趋势主要表现在以下几个方面： 1.微型、小型plc功能明显增强 很多有名的plc厂家相继推出高速、高性能、小型、特别是微型的plc。三菱的fxos14 (8个24vdc输入，6个继电器输出)，其尺寸仅为58mmx89mm，仅大于信用卡几个毫米，而功能却有所增强，使plc的应用领域扩大到远离工业控制的其它行业，如快餐厅、医院手术室、旋转门和车辆等，甚至引入家庭住宅、娱乐场所和商业部门。 2.向开放性转变，编程语言多样化 传统plc存在严重的缺点，主要是plc的软、硬件体系结构是封闭而不是开放

23、的，绝大多数的plc是专用总线、专用通信网络及协议，编程虽多为梯形图，但各公司的组态、寻址、语文结构不一致，使各种plc互不兼容。国际电工协会(iec)在1993年颁布了iec61131-3可编程序控制器的编程软件标准，为各plc厂家编程的标准化铺平了道路。我国也在1995按照这个标准制定了可编程控制器的国家标准。 3.向集成化、通讯化、网络化发展 由于控制内容的复杂化和高难度化，使plc向集成化方向发展，plc与pc集成、plc与dcs集成、plc与pid集成等，并强化了通讯能力和网络化。网络化和强化通信能力是plc的重要发展方向。尤其是以pc为基础的控制产品增长率最快。plc与pc集成，即

24、将计算机、plc及操作人员的人-机接口结合在一起，使plc能利用计算机丰富的软件资源，而计算机能和plc的模块交互存取数据。以pc机为基础的控制方法使得用户编程更加方便，而且提供开放的体系结构，用户可以根据需要选择各类、各厂家的plc或i/o设备进行互联，从而可以降低生成成本和提高生产率。 4.plc的新进展软plc 计算机软、硬件技术的迅速发展，推动了自动控制技术又取得了一系列新的进展。目前有许多工业用自动控制产品、机电一体化产品开始转向以计算机为平台的控制方式。德国工业界最新推出了以计算机为平台的soft plc，可以说是这方面的优秀代表。软plc又有人称作“pcplc”,“嵌入式plc”

25、，顾名思义，软plc实际利用软件来实现传统plc的功能。软plc的特点是: .基于工业计算机的柔性可编程逻辑控制技术，可以充分利用最新计算机的高速、大容量、丰富功能及各种软件资源。软plc是开放可编程控制器，在实时控制、网络控制和分级控制领域可获得广泛的应用。软plc是实时多任务操作系统，能提供强有力的指令，更加快速的扫描和安全的操作。开放的结构容易连接中i/o模块、pid模块、运动控制模块和装置、网络。软 plc最大的优势是具备柔性扩展能力，用户可以选择不同厂家生产的各种硬件产品，充分利用每一软件的最佳特性，组成最佳的控制系统。同时与硬件的连接也十分方便。有很多的i/o卡可以直接内连接到so

26、ft plc计算机总线上。从而在软、硬件两方面可以达到工控机和plc性能的完美结合，方便了性能扩展和人机交流，是plc未来的一大发展趋势。第二章 plc概述及其系统组成2.1 plc概述 可编程程序控制器(programmable controller)，其早期主要应用于开关量的控制，现代的可编程控制器是以微处理器为基础，高度集成的新型工业控制装置，是计算机技术与工业控制技术相结合的产品。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类

27、型机械的生产过程。而有关的外围设备，都应按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 plc自问世以来，经过多年的发展，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，以16位和32位微处理器构成的微机plc得到了惊人的发展，使plc在概念、设计、性能价格以及应用等方面都有了新的突破。不仅控制功能增强，功耗、体积减少，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且远程i/o和通信网络、数据处理以及图像显示也有了长足的发展，所有这些己经使plc应用十连续生产的过程控制系统，使之成为最受欢迎的工业控制类产品。它较好的解决了工业控制领域中普遍关，自的可靠、安全、灵活、方便、经济等

28、问题。2.2 plc的系统组成与各部分的作用 plc是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，plc可分为整体式和组合式。 整体式plc是将中央处理器(cpu)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的i/0扩展单元与主机配合使用。主机中，cpu是plc的核心，i/0单元是连接cpu与现场设备之间的接口电路，通信接口用于plc与编程器和上位机等外部设备的连接。 组合式plc将cpu单元、输入单元、输出单元、智能i/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相连。装有cpu单元

29、的底板称为cpu底板，其它称为扩展底板。cpu底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过l0m。无论哪种结构类型的plc，都可以根据需要进行配合与组合。它主要是由cpu、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。2.2.1中央处理单元(cpu) 中央处理单元一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内，cpu通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。它是plc的运算、控制中心。它按照系统程序所赋予的功能，完成以下任务: (1)接收并存储从编程器输入的用户程序和数据； (2)诊断电源、plc内部电路的工作状态和编程的语法错误; (3)用扫描

30、的方式接收输入信号，送入plc的数据寄存器保存起来; (4) plc进入运行状态后，根据存放的先后顺序逐条读取用户程序，进行解释和执行，完成用户程序中规定的各种操作; (5)将用户程序的执行结果送至输出端。2.2.2存储器 根据存储器在系统中的作用，可以把它们分为以下3种: (1)系统程序存储器:和各种计算机一样，plc也有其固定的监控程序、解释程序，它们决定了plc的功能，称为系统程序，系统程序存储器就是用来存放这部分程序的。系统程序是不能有用户更改的，故所使用的存储器为只读存储器rom或eprom。 (2)用户程序存储器:用户根据控制功能要求而编制的应用程序称为用户程序，用户程序存放在用户

31、程序存储器中，由于用户程序需要经常改动、调试，故用户程序存储器多为可随时读写的ram。由于ram掉电会失去数据，因此使用ram作用户存储器的plc，都用后备电池保护ram，以免电源掉电时，失去用户程序。当用户程序调试修改完毕，不希望被随意改动时，可将用户程序写于eprom。目前较先进的plc采用快闪存储器作用户程序存储器，快闪存储器可随时读写，掉电时数据不会失去，不需要后备电池保护。 (3)工作数据存储器:工作数据是经常变化、经常存取的一些数据。这部分数据存储在ram中，以适应随机存取的要求。在plc的工作数据存储区中，开辟有元件映像寄存器和数据表。 元件映像寄存器用来存储plc的开关量输入/

32、输出和定时器。计数器、辅助继电器等内部继电器的on/off状态。数据表用来存放各种数据，它的标准格式是每一个数据占一个字。它存储用户程序执行时的某些可变参数值，如定时器和计数器的当前值和设定值。它还用来在存放a/d转换得到的数字和数字运算的结果等。根据需要，部分数据在停电时用后备电池维持其当前值，在停电时可以保持数据的存储器区域称为数据保持区。2.2.3i/0单元 i/0单元也称为i/0模块。plc通过i/0单元与工业生产过程现场相联系。输入单元接收用户设备的各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关、行程开关以及其他一些传感器的信号。通过接口电路将这些信号转换成中央处理器能够识别和处理的信

33、号，并存到输入映像寄存器。运行时cpu从输入映像寄存器读取输入信息并进行处理，将处理结果放到输出映像寄存器。输出映像寄存器由输出点对应的触发器组成，输出接口电路将其由弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器、指示灯被控设备的执行元件。2.2.4电源部分 plc一般使用220v的交流电源，内部的开关电源为plc的中央处理器、存储器等电路提供5v, +12v, +24v的直流电源，使plc能正常工作。 电源部件的位置形式可有多种，对于整体式结构的cpu，通常电源封装到机壳内部:对于模块式plc，有的采用单独电源模块，有的将电源与cpu封装到一个模块中。 2.2.5扩展接口和通

34、信接口扩展接口用于将扩展单元以及功能模块与基本单元相连，使plc的配置更加灵活以满足不同控制系统的需要。 为了实现“人机”或“机机”之间的对话，plc配有多种通信接口。plc通过这些通信接口可以与监视器、打印机和其他的plc或计算机相连。 当plc与打印机相连时，可将过程信息、系统参数等输出打印;当与监视器crt相连时，可将过程图像显示出来:当与其他plc相连时，可以组成多机系统或连成网路，实现更大规模的控制:当与计算机相连时，可以组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合性控制。2.2.6编程器 编程器的作用是提供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。 编程器有简易型和智能型两类。简易型的

35、编程器只能联机编程，且往往需要将体形图转化为机器语言助记符后，才能输入。它一般由简易键盘和发光二级管或其他显示管件组成。智能型的编程器又称为图形编程器，它可以联机编程，也可以脱机编程，具有lcd或crt图形显示功能，可以直接输入梯形图和通过屏幕对话。 还可以利用pc作为编程器，plc生产厂家配有相应的编程软件，使用编程软件可以在屏幕上直接生成和编辑梯形图、语句表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的互相转换。程序被下载到plc，也可以将plc中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。现在已有些plc不再提供编程器，而且提供微机编程软件了，并且配

36、有相应的通信连接电缆。第三章 本系统中可编程序控制器的选取及其特点3.1 plc系统选型三菱fx系列 目前plc使用性能较好的日本的三菱、siemens公司、欧姆龙、美国的ab公司，根据性价比的选择，根据被控对象的i/0点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能等方面的考虑，采用三菱系列plc。 fx系列是日本的三菱小型可编程序控制器，可以单机运行，由于它具有多种功能模块和人机界面(hmi)可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成plc网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务，同时具有可靠性高，运行速度快的特

37、点，继承和发挥了它在大、中型plc领域的技术优势，有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性能价格比高，所以在规模不太大的领域是较为理想的控制设备。3.2 三菱fx系列plc特性 (1)三菱fx系列plc介绍 fx系列plc功能强、速度快、扩展灵活，具有模块化、紧凑的结构。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动控制，应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测、自动化控制有关的工业及民用领域，包括电力设施、民用设施、机械、机床等领域。fx系列具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、操作便捷、内置丰富的集成功能、实时特性，良好的通信能力，丰富的扩展模块。fx系列的强大功能使其无

38、论是在独立运行中，或相连成网络都能实现复杂控制功能。所以它具有极高的性价比。fx-2n系列是功能很强大的微型plc，可扩展到多达128i/o点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得fx-2n在体积、通信和特殊功能模块和能源控制等重要的应用方面非常完美。fx-2n其特点有：1、紧凑、高性能和低成本 显示模块和扩展板使系统升级变得很容易。2、高速运算 基本指令:0.55到0.7s/指令。应用指令:3.7至几百s/指令。3、可靠的、大规模的寄存器规格 eeprom寄存器达8000步。便于电池的安装，维护也很方便。4、多样化的元件资源辅助继电器：1536点，定时器：256点，计数

39、器：235点和数据寄存器：8000点5、电源使用范围很宽世界上任何地方的标准电压都适合。可使用直流电源单元。6、增加了过程控制在系统要求精确控制时使用pid指令。7、网路能力完全补充的网路模块使数据通信更容易并可支付。8、容易安装使用din导轨或便利的安装孔直接安装表盘。9、实时时钟使用标准型号实时时钟满足你的时间灵敏度应用要求。10、定位和脉冲输出功能一个plc单元中每相能同时输出2点100khz脉冲。plc配备有7条特殊的定位指令，包括零返回、绝对零、绝对或相对驱动以及特殊脉冲输出控制。11、网路和数据通信功能通过连接扩展板或允许使用某些fx网路模块的特殊适配器能实现多种通信和数据链接。3

40、.3 f系列plc内的元器件及功能f系列plc共有20条指令，一般都是针对某一元器件状态而言，这些元器件的功能是相互独立的，每种元器件用的、一定的字母来表示。例如x表示输入继电器，y表示输出继电器，t表示定时继电器，c表示计数器，m表示辅助继电器，s表示状态继电器，d表示数据寄存器等，每个元器件都有一定的编号，并存放在指定地址的内存单元中，供编程调用。表4-3是元件地址的有效范围，全部按八进制编制的。表4-3 元件地址的有效范围f-20f-40基本单元点数扩展单元点数基本单元点数扩展单元点数输入继电器x00-131214-1712400-413500-5131212414-427514-527

41、1212输出继电器y30-37840-478430-437530-53788440-447540-54788定时器t50-578450-457550-55788计数器c60-678*460-467560-56788辅助继电器m100-157*160-1774816100-177200-277*300-37712664特殊继电器m70、71、72、76、77570、71、72、76、775三菱f系列各元器件功能：1.输入继电器x 输入继电器是plc中专门用来接收以外部开关发来的信号，它与plc内部的输入端子相连。输入继电器编号按plc型号而定。2.输出继电器y 输出继电器是专门用来将plc输出信

42、号传给外部负载，它只能在程序内部使用指令驱动，外部信号无法直接驱动。根据负载类型和用户要求，输出继电器有三种类型，即继电器输出、晶闸管输出及晶体管输出。3.辅助继电器m plc中备有许多辅助继电器，它和输出继电器一样，只能由程序驱动。每一个辅助继电器有无限常开常闭触点，专供plc编程使用，其作用相当于继电器控制线路中的中间继电器。辅助继电器的触点不能直接输出驱动外部负载，它是专供plc内部编程使用。辅助继电器可以分为两种：一种是通用型，另一种是掉电保护型。4.移位寄存器 移位寄存器由辅助继电器m组成。5.定时器t plc中的定时器t相当于继电器控制系统中的延时继电器，它可以提供无限对常开常闭延

43、时触点，供编程使用。6.计数器c 计数器的计数次数是由编程时设定系数k值决定的。7.几种特殊用途的辅助继电器（1）m70 （运行监视） 当plc处于运行状态时，m70接通。（2）m71 （初始化脉冲） 当m70接通后，第一个执行周期m71接通，用于计数器，移位寄存器等初始化（复位）。（3）m72 （100ms时钟脉冲） 产生间隔为100ms的时钟脉冲。（4）m76 （电池电压下降监视） 当电池电压降低到一定值时，m76接通。（5）m77 （禁止全部输出） 当m77接通，全部输出继电器y的输出自动断开，但其他继电器、定时器、计数器仍继续工作。第四章 油务系统中plc的应用41 控制对象与功能41

44、1控制对象控制对象油务系统更新改造后，控制系统采用二级结构，由上位机（工控机）和下位机（变频器，plc，监视器）组成，需要采样75个模拟量，635个开关量。模拟量包括温度，油位，压力等，开关量包括各种设备的运行常态与保护装置的动作状态。上位机采用主动与被动两种方式，通过rs232串口与下位机进行通信。该系统能够根据油位高低，油管路油压高低等条件自动启动或关闭系统，进行实时数据采集，连续运行监视，超限及事故报警并紧急停机，利用变频器带动电机可达到更好的性能。412基本功能基本功能主要包括：数据采集与处理，运行过程的自动保护，统计报表与查询，人机界面，工程管理，通信，以及多媒体视频联动等功能。42

45、 系统总体方案油务系统由4套自动化屏（lcu），2台工控机，60台摄象机等。421控制方式由后台监控机控制全部过程。现场单元控制全过程。由运行人员控制每一步操纵。422设备配置设备主要组成，主控站工控机监控设备，现场控制单元（遥控器，lcu），微机保护装置（含电机保护，油管压保护，线路保护等保护装置），多媒体工业电视系统。423系统结构采用开放式分布方式，使其具备互换性，扩展性和可移植性。在系统结构上，分油站主控和现场控制。油站主控层由设在控制室的主工控机，人机接口设备，以太网网络设备等设备组成，与现场控制单元（plc），遥控系统构成局域网。负责完成油泵站，电磁阀，供配电系统，公用设备等全站设

46、备的监控及控制。现场控制单元：油站的现场由plc，mt506mv5wv彩色触摸屏，电接点压力表，多功能仪器，uhz57/c型磁性液位计，网络设备及附件构成。每个现场控制单元能够通过输入/输出接口与生产过程设备相联，对所管辖生产设备进行完善的监控，通过以太网通信接口及相关设备与主控层工控机交换信息。同时它具有相对的独立性，能够脱离主控层，由遥控器，彩色触摸屏直接完成生产过程实时数据的采集和处理，各种设备状态的监视，调整和控制等功能。通过现场总线modbus网，现场控制单元还可与对应的微机保护单元，多功能仪器，压力表等设备通信。424系统软件以三菱plc编程软件（elsoft应用程序gx leve

47、loper），组态王6.51版软件及microsoft xp为操作系统，软件贴近工程应用对象，并提供给使用者在集成环境下简便快速的生成工具，用于构成控制系统和完成系统现场调试和维护。plc的编程语言采用在windows窗口下的梯形图，语句表，编程方便简洁，能实时跟踪和调试程序。多媒体工业电视系统：油泵位置，运行状况图象主要由前端设备（摄象机等）及控制设rs232指令，数据等应答元件存贮，cpu数据通讯程序osrs485cpurs232元件存贮信息，指令数据通讯程序程序程控器元件存贮程序os数据，元件，读os485pcip信号转换接口485adp工控机工控机程控器485adpos485pcip信

48、号转换接口o备（多媒体工控机，视频控制器）组成。（以下是系统示意图） ：rs485系统图4-1系统图4-2遥控器遥控器滤油房控制柜无线接收装置主变控制柜无线接收装置配变控制柜plc之间的通讯控制输出系统图4-343系统实现系统硬件说明：上位机通过两个rs232串口与下位机进行通信，com1为编程口，上位机通过编程电缆向下位机写入plc程序，并主动进行数据的读写，即发送工作命令与读取数据进行处理。其中plc的rs422为编程口，com2为上位机与下位机的通信口，rs485为通信口，上位机的rs232接口，必须经过一个rs232/rs485的转换器与下位机的rs485接口相连接，才能完成上位机与下

49、位机的通信。两块fx2n4a/d模块，主要采集包括温度，油位，压力等模拟量，经过a/d转换后，由fx2n485bd模块的rs485接口上传至上位机。 编程实现：该系统的特点：监测的模拟量与开关量特别多，数据采集后，需要进行变比处理。在程序的开始部分，首先初始化数据区，设置系统参数以及填充变比系数表格，其次判断运行模式以及开机条件，在条件满足的情况下，按照预置的开机号和开机台数自动执行开机动作。开机时需要监视泵组的启动过程，应特别处理图象曲线，油务系统正常运行后，即正常采集数据，遇到紧急情况，下位机直接停机，同时向上位机报告。运行条件不满足或已到上位机规定的停机时间，则执行停机状态，等待判断。现

50、场设备现场传感器遥控系统变送器a/d 2plc编程电缆rs232/rs485rs485rs422com2com1上位机遥控器（硬件框图4-4）：组态王通过rs485与fx2n(plc)通信:上位机与下位机的通信问题常常是工控机监控系统中的关键问题,解决不好,则整个系统将不能协调运行.在本例中上位机与下位机之间只有一种通讯方式,即上位机主动,其中上位机又有两种方式:一是上位机对下位机进行写命令操作,二是上位机主动读取.在油泵启动时下位机监测启动过程,对大量的启动数据处理完成后,发中断告知上位机启动的油泵号,上位机接到信号后读取启动数据,显示启动曲线,模拟图形,正常运行上位机间隔5秒内读取下位机中

51、的数据.为了实现6.51版组态王与fx2n(plc)的通信,需要进行以下三个步骤的操作:i/o驱动程序配置,fx2n(plc)的参数设置和6.51版组态王中进行数据的读写操作.i/o驱动配置:6.51版组态王中安装亚当模块(adam-4520-1,2)的驱动程序:在开始使用组态i/o驱动之前,需要通过i/o驱动配置程序(i/o dirver configuration)来配置它,要启动i/o驱动配置程序,则必须首先启动系统配置实用工具(scd:system configuration utility),然后添加要使用的组态王驱动到亚当模块配置中.就能启动该驱动的i/o配置程序.配置i/o驱动程

52、序:由一些通道,设备和巡检仪等配置组成.通道是i/o驱动器和字段设备或系统之间的逻辑连接,有8个通道可用.以”channel”为例,在其端口设置对话框中,根据工程需要又进行如下设置;端口为com1,波特率为9600,数据位为7,停止位为1,奇偶校验位为奇校.验. fx2n(plc)的参数设置:为使plc支持485接口,需要先对plc的参数设置.在对其设置中要特别注意这几点:协仪要选用专用协仪,数据长度和奇偶校验要和组态王的设置匹配,建议数据位为7,采用偶校验.h/w类型一定要设置成rs485协仪因为组态王i/o驱动发出的是485协仪格式数据包.总数检查一定要选中因从i/o驱动发出的数据包始终有校验.站号设置用于连接多个plc时指定plc之用.在进行组态界面读写数据操作之前,还需向plc输入一段示例程序.在这段程序中,如果m0为1则会输出y0,如果m1闭合则会将几个整数放入d10 d11 d12寄存器中,d1寄存器中的数值会以秒为单位不断递进 （.程序见图）图4-5把参数和程序写入plc后,还有一点要注意:将plc断电同时把plc通信口(rs232/rs485/rs422)连接到工控机的com口上,最后接通plc的电源. 在组态界面进行读写数据操作: 如d1的数据.定义数据