电气自动化(液料灌装自动配送控制系统)-论文

1、摘要本文设计了一个液料灌装自动配送控制系统。 它以 PLC 西门子 SIEMENS SIMATIC S7-200为核心,配合二通气动球阀、大储罐泵电机、电磁阀、液位继电器等外围器件, 完成对不同储罐分别配送至不同液料灌装机的配送自动控制设计,每个小储罐有一个 液位继电器,分别设有高位,中位,低位。当液料到了中位监测点的时候,相应的气 动球阀、大储罐泵电机、电磁阀就会打开,液料就会从大储罐自动配送到小储罐。相 对的到了高位的监测点,它就会停止配送,关掉相应的球阀、电机以及电磁阀。而低 位的监测点就做为保护和报警的作用。本系统的设计有助于生产的流畅性,也提高了生产产量,电路简单,制造成本低, 适用

2、中小企业工厂安装和使用。关键词:PLC 西门子 SIEMENS SIMATIC S7-200,成本低,中小企业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。目录第一章 PLC 变频器的发展状况 . 1 1.1PLC 的发展概况 . 1 1.2PLC 的现状与发展趋势 . 3 1.2.1 可编程序控制器的现状 . 3 1.2.2 我国可编程序控制器发展中的问题及对策 . 4 1.3小结 . 6 第二章 PLC 变频器的应用 . 7 2.1PLC 的特点 . 7 2.1.1 PLC与传统的继电器控制系统的比较 . . 7 2.1.2 PLC的的特点 . . 8 2.2PLC 的应用 . 10 2.2.1 PLC的应用领域 . . 10

8、 2.2.2 PLC应用中需要注意的问题 . . 11 2.3小结 . 13 第三章 可编程序控制器的定义及特点 . 14 3.1可编程序控制器的产生 . 14 3.2可编程序控制器的定义 . 15 3.3可编程序控制器的特点 . 16 3.4可编程序控制器的应用 . 18 3.5可编程序控制器的分类 . 19 第四章 漱口水灌装机自动配送液料控制系统 . 22 4.1设计自动配送有控制系统的原因 . . 22 4.2主要元件的选用 . . 23 4.3自动配送液料控制系统的要求和操作说明 . . 27 4.3.1自动配送液料控制系统的要求 . 27 4.3.2自动配送液料控制系统的操作说明

9、. 27 4.4程序说明 . . 344.5PLC 程序及相关图纸 . 48 结 论 . 51 参考文献 . 52 致谢 . 53第一章 PLC 变频器的发展状况1.1 PLC的 发展概况1.1.1 可编程序控制器的产生PLC 英文全称 Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控 制器。PLC 是在 20世纪 60年代后期问世的, 开始主要应用于汽车制造业, 当时汽 车制造业生产线的自动控制系统是由继电器控制系统构成的, 汽车每次改型都要 将生产线中的继电器控制系统重新设计和安装。 为了减少重新设计和安装继电器 控制系统的经费和时间, 1968年美国通

10、用汽车公司首先提出研制新的控制系统 以取代继电器控制系统,公开招标。1969年美国数字设备公司(DEC 研制出世界上第一台可编程序控制器, 即 PLC , 在通用汽车公司生产线上应用, 获得成功。 此后这项技术迅速发展起来, 并推动了欧洲各国、日本及我国可编程序控制器技术的发展。 1980年美国电气 制造商协会(NEMA 正式命名可编程序控制器(Programmable Controller ,简 称 PC 。早期可编程序控制器主要应用于逻辑控制,因此,也称可编程逻辑控制 器 (Programmable Logic Controller , 即 PLC 。 随着个人计算机 (Personal

11、Computer 的出现, PC 这个名字已经成为个人计算机的代名词,为了加以区别,可编程序 控制器简称 PLC 。在 1987年国际电工委员会(International Electrical Committee颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义: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。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存 储程序,执行逻辑运算 , 顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指 令,并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程 .PLC 是 可编程逻辑电路,也是一种和硬件结合很紧密的语言,在半导体方面有很 重要的应用,可以说有

12、半导体的地方就有 PLC 。PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装 置。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 序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式 的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该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而 设计。国际电工委员会 (IEC在其标准中将 PLC 定义为 :(1可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统,专为在工业环境 应用而设计的;(2它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、 顺序控制、定时、计数与算术操作

13、等;(3面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械 或生产过程。可程式逻辑控制器及;(4其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充 其功能的原则设计。1.1.2 典型的 PLC 产品目前,世界上有 200多架 PLC 厂商, 400多种 PLC 产品,按地域课份成美 国、欧洲和日本等三个流派产品,各流派 PLC 产品都各有特色,如美国和欧洲 的 PLC 技术是在相互隔离情况下独立研究开发的,因此美国和欧洲的 PLC 产品 有明显的差异性,但美国和欧洲的 PLC 产品均以大中型 PLC 而闻名。而日本的 PLC 技术是由美国引进的,对美国的 PLC 产品有

14、一定的继承性,但主要发展中 小型 PLC ,其小型 PLC 性能先进,结构紧凑,价格便宜,在世界市场上占有重 要地位。著名的 PLC 产品生产厂家有美国得 A-B(Allen-Bradly公司、 GE(General Electric 公司,日本的三菱电机(Mitsubishi Electric公司、欧姆龙(OMRON 公司 , 德国的 AEG 公司、西门子(SIEMENS 公司,法国的 TE (Telemecanique 公司等。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最 初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。 接下来在各种企业的生产设备及产 品中不断扩大了 PLC

15、 的应用。目前,我国自己已可以生产中小型可编程控制器。 上海东屋电气有限公司生产的 CF 系列、 杭州机床电器厂生产的 DKK 及 D 系列、 大连组合机床研究所生产的 S 系列、 苏州电子计算机厂生产的 YZ 系列等多种产 品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外,无锡华光公司、 上海 乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的 PLC 生产厂家。可以预期,随着 我国现代化进程的深入, PLC 在我国将有更广阔的应用天地。1.2 PLC的现状与发展趋势1.2.1 可编程序控制器的现状为了适应日益剧烈的市场竞争, 新一代的可编程序控制器在技术创新方面有 了长足的进展,主要体现在以下方面

16、:(1 执行多任务功能的出现所谓执行多任务, 就是在一个可编程序控制器系统中, 可同时安装几个 CPU 模板,每个 CPU 模板执行各自的任务,控制与其执行任务相关的 I/O模板。 (2 网络能力的强化网络能力的加强,使可编程序控制器已经突破了原有的使用范围,特别是 引入现场总线、工业以太网、无线网络及 Internet 等技术后,可编程序控制器的 应用已今非昔比。 典型的可编程序控制器的网络拓扑结构为设备控制层、 过程控 制层和信息管理层 3个层次。在设备控制层中,引入了现场总线, 使得工业生产 过程中的现场检测仪表、变频器、 MCC 控制柜等一切现场设备都可直接与可编 程序控制器相连; 在

17、过程控制层中, 传统意义上的人机界面的功能已经焕然一新, 使可编程序控制器能实现跨地区的编程、监控、诊断、管理,实现整个车间及全 厂范围的控制;在信息管理层, 向工业以太网的扩展, 使控制与信息管理融为一 体。 罗克韦尔自动化公司的全方位自动化系统、 西门子公司的全集成自动化系统 和施耐德公司的透明工厂都是这类技术发展的代表。(3 高速化处理功能随着网络能力的强化,可编程序控制器实现的控制功能和控制范围都在扩 大, 这就要求可编程序控制器实现高速运行和实时通信功能。 高速化包括运算速 度的高速化、与外部设备交换数据的高速化、 编程设备服务处理的高速化、 外部 设备响应的高速化。 为了实现高速化

18、, 有些可编程序控制器已在其内核中设计有 通信功能,借助于无源数据总线, 系统的瓶颈得以消除, 这种结构允许多个处理 器、 网络能在一个机架中使用而没有限制, 从而提供了高性能的分布式实时控制 系统的解决方案。(4 大力发展集成化软件目前, 可编程序控制器的生产厂商开发系统硬件费用的比例逐年下降, 而开 发软件、 集成等费用的比例逐年上升。 现在的成套软件将可编程序控制器的编程、 操作员界面、运动控制、程序调试、故障诊断和处理、通信等集成为一体。人 机界面及监控软件集成了所有开放的标准接口, 可直接从生产中获得大量实时数 据,并对这些数据进行分析和打包, 然后传送到管理层, 同时它能将过程优化

19、数 据和生产细节的参数迅速地反馈到控制层和现场,从而为集成 ERP 系统铺平道 路。(5 微型可编程序控制器异军突起传统的微型可编程序控制器一般为 864点数字量 I/O, 14点模拟量 I/O, 体积很小, 可直接安装在机器内。 但现在的微型可编程序控制器除了上述功能外, 在网络功能和人机接口功能上已可与中大型的可编程序控制器相比, 这一类微型 可编程序控制器是目前发展最快的。 西门子公司的 LOGO , 罗克韦尔自动化公司 的 PICO 都是这类微型可编程序控制器的代表。(6 信息技术渗入可编程序控制器信息技术渗入可编程序控制器是为了适应工厂控制系统和企业信息管理系 统日益有机结合的发展趋

20、势, 适应在控制层面上让不同品牌的可编程序控制器之 间、 可编程序控制器与分布式控制系统之间有效交换数据的要求。 实际上多任务 系统的实现、 网络能力的提高、 软件集成的发展使得信息技术很容易的就与可编 程序控制器系统融为一体。(7 加强安全技术随着可编程序控制器应用领域的扩大,对可编程序控制器系统的可靠性要 求也越来越高, 加强可编程序控制器的安全技术也成为了一个新的发展方向。 具 有容错和冗余性能的故障防止型可编程序控制器已经出现, 具备在线插拔的双通 道的信号模板和电源模板。内藏冗余的 CPU 系统的过程控制器也已出现,这种 过程控制器利用内部测试电路检查、诊断 I/O模板的运行状况,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编程序控制器, 这种可编程序控制 器是目前世界唯一实现全系列兼容、 热备和三取二表决的高可靠性安全型可编程 序控制器。1.2.2 我国可编程序控制器发展中的问题及对策目前我国的可编程序控制器的发展主要面临着三大问题 :(1是技术层面上的,在国际上可编程序控制器迅速发展的形势下,我国还没有 具有自主知识产权, 能够参与国际竞争的可编程序控制器产品, 原因主要在于我 国的整个基础工业还有一定差距, 如芯片制造、 模具加工等方面限制了我们的发展。(2是竞争层面上的,实际上也是一个经济竞争的问题。现在 95%的国内市场由 外国的可编程

22、序控制器产品所占领,中、 大型可编程序控制器中, 几乎全部由国 外几大公司垄断, 随着我国使用可编程序控制器领域的不断扩大, 市场越来越大, 然而国外几大公司几乎每年都会针对市场推出新的产品, 一旦人们使用了新的产 品后, 他们就会逐渐的提高产品市场价格, 没有我国自己的自主知识产权的产品, 在经济竞争中就只能处于被动。(3是市场秩序层面上的,随着我国改革开放的不断深入,特别是加入 WTO 后, 我国巨大的市场份额极大的吸引了国外的大公司, 他们开拓市场的方法都是采用 大范围建立代理销售渠道,每个公司的分销商、 系统集成商都会有数十家, 甚至 上百家之多,造成了我国的分销商、 系统集成商之间的

23、激烈竞争, 而这些无序的 竞争为国际大公司分而治之、获取稳定的高额利润创造条件。面对这些问题,我国可编程序控制器的发展应该采取如下对策:(1 面对如此巨大的市场, 我国应该集中资金和技术力量, 尽快研制生产出具有 自主知识产权的可编程序控制器的系列产品, 就像以前的家电行业一样。 其实随 着我国整个民族工业的不断发展, 特别是近年来芯片工业的迅速发展, 推出具有 国际竞争力的可编程序控制器产品已成为可能。(2 继续发挥我国科学技术人员可编程序控制器应用技术的优势,扩大可编程序 控制器的应用领域。特别是我国加入 WTO 后,中国成为 “ 世界制造工厂 ” 的过程 正在加速, 我国在努力将可编程序

24、控制器应用在国民经济的各个领域同时, 还要 凭借技术和劳动力优势, 进入可编程序控制器在外商投资企业中的应用, 并逐渐 进入国际上可编程序控制器的应用市场, 让我国的应用技术优势形成真正的增值 服务,从而带动我国相关成套设备和软件产业的发展。(3 在扩大可编程序控制器应用的同时,要在软件集成化上下功夫。针对不同的 工业生产过程, 形成具有我国特点的系统集成软件、 人机界面软件和系统应用软 件, 在一些我国领先的工业行业中制造出具有核心技术的系统应用软件。 真正形 成具有国际标准的、可进行复制的模块化软件。采取上述策略后,我国就能在可编程序控制器的应用上率先实现突破,融入 全球一体化经济之中,形

25、成具有自主知识产权的软件产业,进而研制、开发、生 产出具有自主知识产权,能够参与国际竞争的可编程序控制器产品。1.3小结随着微处理器、网络通信、人 机界面技术的迅速发展 , 工业自动化技术日 新月异 , 各种产品竞争激烈 , 新产品不断涌现。 PLC 也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 , 加之与 DCS 、 PID 调节器、 工业 PC 等技术相结合 , 使之不再是一种简单的控制设备 , 而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展 生存下去。第二章 PLC 变频器的应用2.1 PLC的特点2.1.1 PLC与传统的继电器控制系统的比较PLC 控制电路以 PLC 为中心,包括

26、:PLC ,特殊模块,接触器,热保护,仪表等。 继电器控制电路以继电器为主要转换元件,包括:继电器,时间继电器,计数器,接 触器,热保护,仪表等。通过实际使用,两者存在不少的差异:(1 控制方式:继电器的控制是采用硬件接线实现的,其逻辑功能由传统的继电器来完成的,是 利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑,只 能完成既定的逻辑控制。继电器的动作一般与电磁有关。PLC 是基于各种 “ 门电路 ” 的一种集成式的控制器。 其式作状况与计算机更接近些。 对于已经接好的线路,可以通过改变 PCL 的程序来改变控制逻辑和参数,具有更灵活 的运用方式。 PLC 采用存储逻辑

27、,其控制逻辑是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,称软接线。(2 控制速度:继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低,毫秒级,机械触 点有抖动现象。PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制,速度快,微秒级,严格同步,无 抖动。(3 延时控制:继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制,而时间继电器定时精 度不高,受环境影响大,调整时间困难。PLC 用半导体集成电路作定时器,时钟脉冲由晶体振荡器产生,精度高,调整时 间方便,不受环境影响。随着 PLC 的大量使用,虽然有取代继电器逻辑控制的趋势,但事实上,两者却从 来没有抵触过。 PLC 和继电器

28、在控制系统中是相辅相成, PLC 是用软件编程控制,继 电器可以辅助 PLC 实现具体的控制,所以两者在很长时间会处在共存阶段。2.1.2 PLC的的特点PLC 之所以高速发展, 除了工业自动化的客观需要外, PLC 还有许多独特的优点。 它较好地解决了工业控制领域中普遍关心的可靠性、通用性、灵活性、使用方便等问 题。主要特点如下:(1可靠性高,抗干扰能力强可靠性高是 PLC 最突出的优点之一。 PLC 具有较高的可靠性是因为它采用微电子 技术,大量的开关动作由无触点的半导体电路完成。在设计制造过程中,采用一系列 硬件和软件抗干扰措施,如:硬件方面采用隔离、滤波、精选元器件等。在微处理器 与

29、I/O电路之间采用光电隔离措施,有效地抑制了外部干扰对 PLC 的影响,同时可以 防止外部高压进入 CPU 单元。滤波是抗干扰的又一主要措施,对供电系统及输出线路 采用多种形式滤波电路可以消除或抑制高频干扰。软件方面设置故障检测程序。 PLC 在每次循环扫描的内部处理期间,都要检测硬 件系统是否正常,外部环境是否正常,如掉电、欠电压等。当故障出现时,立即把当 前状态信息存入指定存储器,外界环境正常,恢复到故障发生前的状态,则继续执行 原来的程序。(2 应用灵活PLC 发展到今天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业 控制场合。除了逻辑处理功能以外, PLC 大多具有完善的数据

30、运算能力,可用于各种 数字控制领域。 多种多样的功能单元大量涌现, 使 PLC 渗透到了位置控制、 温度控制、 CNC 等各种工业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展, 使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。由于 PLC 已实现了产品的系统化、标准的积木式硬件结构和单元化的软件设计, 使得它不仅可以适应大小不同、功能复杂的控制要求,而且可以适应各种工艺流程变 更较多的场合。 PLC 用软件功能取代了继电器控制系统中的大量中间继电器、时间继 电器、计数器及其它专用功能的器件,使控制系统的设计、安装、接线工作量大大减 少。PLC 的用户程序大部分可以在实验室模拟,用模拟

31、的各种试验开关代替现场的输 入信号,其输出状态可以通过 PLC 上的发光二极管指示得知,模拟调试好后再将 PLC 控制系统安装到现场,进行联机调试,这样大大缩短了整个控制系统的调试周期,即 安全又快捷。特别是在老设备控制系统技术改造中更能发挥其优点。(3 功能强,通用性好PLC 不仅具有逻辑运算、定时、计数,顺序控制等功能,而且还具有 A/D、 D/A转换、数值运算、数据处理和通讯联网等功能;既可以对开关量进行控制,也可以对 模拟量进行控制;既可以对单台设备进行控制,也可以对一条生产线或全部生产工艺 过程进行控制。 PLC 具有通信联网功能,可以实现不同 PLC 之间联网,并可以与计算 机构成

32、分布式控制系统。(4 编程简单。大多数 PLC 采用梯形图编程方式。梯形图与传统的继电接触控制线路图有许多相 似之处,与常用的计算机语言相比更容易被操作者接受并掌握。操作者通过阅读 PLC 操作手册,可以很快熟悉梯形图语言,并用来编制一般的用户程序,这也是 PLC 获得 迅速普及和推广的重要原因之一。目前,大多数 PLC 仍采用继电控制形式的 “ 梯形图编程方式 ” 。既继承了传统控制 线路的清晰直观,又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平,所 以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路 原理图相当接近。通过阅读 PLC 的用户手册或短期培训,电

33、气技术人员和技术工很快 就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC 在执行梯形图程序时,用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行(PLC 内部 增加了解释程序 。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比,执行梯形图程序的时间 要长一些,但对于大多数机电控制设备来说,是微不足道的,完全可以满足控制要求。 (5体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品,其结构紧凑,坚固,体积小,重量 轻,功耗低。并且由于 PLC 的强抗干扰能力,易于装入设备内部,是实现机电一体化 的 理 想 控 制 设 备 。 以 三 菱 公 司 的 F1-40M 型 PL

34、C 为 例 :其 外 型 尺 寸 仅 为 305×110×110mm ,重量 2.3kg ,功耗小于 25V A ;而且具有很好的抗振、适应环境温、 湿度变化的能力。现在三菱公司又有 FX 系列 PLC ,与其超小型品种 F1系列相比:面 积为 47%,体积为 36%,在系统的配置上既固定又灵活,输入输出可达 24128点。 (6系统的设计,工作量小,维护方便,容易改造由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、 计数器等器件,控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时, PLC 的用户程序可以 在实验室模拟调试,更减少了现场的调试工作量。并且

35、,由于 PLC 的低故障率及很强的监视功能,模块化等等,使维修也极为方便。特别适合多品种、小批量的生产场合。 2.2 PLC的应用2.2.1 PLC的应用领域目前, PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、 汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为如下几 类。(1开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、 最广泛的应用领域, 它取代传统的继电器电路, 实现逻辑控制、 顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、 印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。(2模拟量控制在工业生产过程当中,有许多

36、连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度 等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog 和数字 量 (Digital 之间的 A/D转换及 D/A转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D和 D/A转换模 块,使可编程控制器用于模拟量控制。(3运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说,早期直接用于 开关量 I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。如 可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产 品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。(4过程控制

37、过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机, PLC 能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统 中用得较多的调节方法。 大中型 PLC 都有 PID 模块, 目前许多小型 PLC 也具有此功能 模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅 炉控制等场合有非常广泛的应用。(5数据处理现代 PLC 具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算 、数据传送、数据 转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用

38、通信功能传送 到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制 的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控 制系统。(6通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。 随着计算机控制的发 展,工厂自动化网络发展得很快,各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能,纷纷推出 各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口,通信非常方便。2.2.2 PLC应用中需要注意的问题PLC 是一种用于工业生产自动化控制的设备,一般不需要采取什么措施,就可以 直接在工业环境中使用。然而,尽管有如上所述的可靠性较高

39、,抗干扰能力较强,但 当生产环境过于恶劣,电磁干扰特别强烈,或安装使用不当,就可能造成程序错误或 运算错误,从而产生误输入并引起误输出,这将会造成设备的失控和误动作,从而不 能保证 PLC 的正常运行,要提高 PLC 控制系统可靠性,一方面要求 PLC 生产厂家提 高设备的抗干扰能力;另一方面,要求设计、安装和使用维护中引起高度重视,多方 配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。因此在使用中应注意以下问 题:(一工作环境(1温度 : PLC要求环境温度在 055oC,安装时不能放在发热量大的元件下面,四周 通风散热的空间应足够大。(2湿度 :为了保证 PLC 的绝缘性能,空气的相对湿

40、度应小于 85%(无凝露 。(3 震动 :应使 PLC 远离强烈的震动源, 防止振动频率为 1055Hz的频繁或连续振动。 当使用环境不可避免震动时,必须采取减震措施,如采用减震胶等。(4空气 :避免有腐蚀和易燃的气体,例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘 或腐蚀性气体的环境,可将 PLC 安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。(5电源 : PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电 源干扰特别严重的环境中,可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器,以减少设备与地之 间的干扰。 一般 PLC 都有直流 24V 输出提供给输入端, 当输入端使用外接直流电源时, 应选用直流稳压

41、电源。因为普通的整流滤波电源,由于纹波的影响,容易使 PLC 接收到错误信息。(二控制系统中干扰及其来源现场电磁干扰是 PLC 控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一,所 谓治标先治本,找出问题所在,才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的 源头。(1干扰源及一般分类影响 PLC 控制系统的干扰源,大都产生在电流或电压剧烈变化的部位,其原因是 电流改变产生磁场,对设备产生电磁辐射;磁场改变产生电流,电磁高速产生电磁波。 通常电磁干扰按干扰模式不同,分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电 位差,主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态(同方向 电压叠加所

42、形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压,直接影响测控信号, 造成元器件损坏(这就是一些系统 I/O模件损坏率较高的主要原因 ,这种共模干扰可 为直流,亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压,主要由空间电磁 场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压,这种干扰叠加在信 号上,直接影响测量与控制精度。(2 PLC 系统中干扰的主要来源及途径强电干扰:PLC 系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广,它将受 到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化,刀开关操作浪涌、 大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等,都通过输电

43、 线路传到电源原边。柜内干扰:控制柜内的高压电器,大的电感性负载,混乱的布线都容易对 PLC 造成 一定程度的干扰。(三主要抗干扰措施(1电源的合理处理,抑制电网引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为 1:1的隔离变压器,以 减少设备与地之间的干扰,还可以在电源输入端串接 LC 滤波电路。(2正确选择接地点,完善接地系统良好的接地是保证 PLC 可靠工作的重要条件, 可以避免偶然发生的电压冲击危害。 接地的目的通常有两个, 其一为了安全, 其二是为了抑制干扰。 完善的接地系统是 PLC 控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。(3对变频器干扰的抑制变频器的干扰处理一般有下面几种

44、方式:加隔离变压器,主要是针对来自电源的传导干扰,可以将绝大部分的传导干扰阻隔 在隔离变压器之前。使用滤波器,滤波器具有较强的抗干扰能力,还具有防止将设备本身的干扰传导给 电源,有些还兼有尖峰电压吸收功能。使用输出电抗器,在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在 能量传输过程中线路产生电磁辐射,影响其它设备正常工作。2.3小结PLC 具有继电器所没有的众多优点,有取代继电器逻辑控制的趋势,但事实上, 两者却从来没有抵触过。两者控制系统中是相辅相成。 PLC 是用软件编程控制,在应 用中也存在着不少需要注意的问题,而继电器则可以辅助 PLC 实现具体的控制,所以 两者在很长时间会

45、处在共存阶段。第三章 可编程序控制器的定义及特点3.1可编程序控制器的产生上世纪 60年代,计算机技术已开始应用于工业控制了。但由于计算机技术本身的 复杂性,编程难度高、难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因,未能在工业控 制中广泛应用。当时的工业控制,主要还是以继电 接触器组成控制系统。1968年,美国最大的汽车制造商 通用汽车制造公司(GM ,为适应汽车型号 的不断翻新,试图寻找一种新型的工业控制器,以尽可能减少重新设计和更换继电器 控制系统的硬件及接线、减少时间,降低成本。因而设想把计算机的完备功能、灵活 及通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来, 制成

46、一种适合于工业环境的通用控制装置,并把计算机的编程方法和程序输入方式加 以简化,用 “ 面向控制过程,面向对象 ” 的 “ 自然语言 ” 进行编程,使不熟悉计算机的人 也能方便地使用。即:硬件:减少软件:灵活 简单针 对 上 述 设 想 , 通 用 汽 车 公 司 提 出 了 这 种 新 型 控 制 器 所 必 须 具 备 的 十 大 条 件 :1 编程简单,可在现场修改程序2 维护方便,最好是插件式3 可靠性高于继电器控制柜4 体积小于继电器控制柜5 可将数据直接送入管理计算机6 在成本上可与继电器控制柜竞争 GM10条7输入可以是交流 115V8输出可以是交流 115V , 2A 以上,可

47、直接驱动电磁阀9 在扩展时,原有系统只要很小变更10 用户程序存储器容量至少能扩展到 4K 字节1969年,美国数字设备公司(GEC 首先研制成功第一台可编程序控制器,并在 通用汽车公司的自动装配线上试用成功,从而开创了工业控制的新局面。接着,美国 MODICON 公司也开发出可编程序控制器 084。1971年,日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本第一台可编程序控制 器 DSC-8。 1973年,西欧国家也研制出了他们的第一台可编程序控制器。我国从 1974年开始研制, 1977年开始工业应用。 早期的可编程序控制器是为取代继电器控制线路、 存储程序指令、完成顺序控制而设计的。主要用于

48、:1. 逻辑运算 2. 计时,计数等顺 序控制,均属开关量控制。所以,通常称为可编程序逻辑控制器(PLC Programmable Logic Controller 。 进入 70年代, 随着微电子技术的发展, PLC 采用了通用微处理器, 这种控制器就不再局限于当初的逻辑运算了,功能不断增强。因此,实际上应称之为 PC 可编程序控制器。至 80年代,随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化 PC 得到了惊人的发展。使 PC 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,功耗和体积减小,成本下降,可靠 性提高,编程和故

49、障检测更为灵活方便,而且随着远程 I/O和通信网络、数据处理以 及图象显示的发展, 使 PC 向用于连续生产过程控制的方向发展, 成为实现工业生产自 动化的一大支柱。3.2可编程序控制器的定义可编程序控制器一直在发展中,所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会 (IEC 曾先后于 1982.11; 1985.1和 1987.2发布了可编程序控制器标准草案的第一, 二,三稿。在第三稿中,对 PLC 作了如下定义:可编程序控制器是一种数字运算操作 电子系统,专为在工业环境下应用而设计。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 的,模拟的输入和输出,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 的外围设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。 定义强调了 PLC 是:1 数字运算操作的电子系统 也是一种计算机2 专为在工业环境下应用而设计3 面向用户指令 编程方便4 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作5 数字量或模拟量输入输出控制6 易与控制系统联成一体7 易于扩充3.3可编程序控制器的特点为适应工业环境使用,与一般控制装置相比较, PC 机有以下特点:1. 可靠性高,抗干扰能力强工业生