《电气控制与PLC》课件第10章

第10章PLC可编程控制器在工业电气控制

系统中的应用与分析

PLC可编程控制器在各种电气控制设备和控制系统中的应用，已非常普遍。主要应用于工业自动化的过程自动化控制、各种工业电气化设备的电气自动化控制、电力和交通系统、工业与民用建筑的电气系统、城市供用电系统、工业与民用建筑的给排水系统、电梯控制系统、中央空调系统、建筑消防系统等的电气自动化控制。本章主要介绍三菱FX系列PLC在工业货物传送机、水泵、自动门电气控制系统中的应用及控制系统分析、西门子S7-200系列PLC在工业混料控制系统和空调电气控制系统的应用及控制系统分析。第10章PLC可编程控制器在工业电气控

制系统中的应用与分析10.1三菱FX系列PLC在工业电气控制系统中的应用与分析10.1.1三菱FX系列PLC在货物传送机电气控制系统中的应用与分析10.1.2三菱FX系列PLC在水泵电气控制系统中的应用与分析10.1.3三菱FX系列PLC在自动门电气控制系统中的应用与分析10.2西门子S7-200系列PLC在工业电气控制系统中的应用与分析10.2.1西门子S7-200系列PLC在混料控制系统中的应用与分析10.2.2西门子S7-200系列PLC在空调控制系统中的应用与分析10.1三菱FX系列PLC在工业电气控制系统中的应用与分析10.1.1三菱FX系列PLC在货物传送机电气控制系统中的应用与分析一般的货物传送机主要由多台皮带传送机组成，此处所举货物皮带传送机事例由5台三相异步电动机M1～M5控制，具体如图10-1所示。图10-15条皮带传送机构成的货物皮带传送机顺序控制系统控制系统的具体工作原理图如图10-2所示。10.1.1三菱FX系列PLC在货物传送机电气控制系统中的应用与分析图10-2（a）为货物皮带传送机5台三相异步电动机M1～M5的顺序启停控制梯形图，图10-2（b）为货物皮带传送机5台三相异步电动机M1～M5的顺序启停控制的接线图。图10-2货物皮带传送机顺序控制的梯形图和接线图10.1.1三菱FX系列PLC在货物传送机电气控制系统中的应用与分析启动时，按下图10-2（b）中启动按钮SB1，则图10-2（a）启停控制梯形图的输入继电器X0闭合一下，启动信号控制继电器Y0（输出继电器）闭合并自锁，时间继电器T0接通，图10-2（b）中启动信号灯HL0亮5秒后，每隔5秒执行图10-2（a）顺序启停控制梯形图中的位左移指令SFTL一次，电动机依次从电动机M1到电动机M5每隔5秒启动一台。停止时，按图10-2（b）中停止按钮SB2，则图10-2（a）启停控制梯形图的输入继电器X1闭合一下，输入继电器X1上升沿时执行图10-2（a）顺序启停控制梯形图中的位右移指令SFTR一次，电动机按从M5首先停止，同时停止信号控制继电器Y6（输出继电器）闭合并自锁，时间继电器T1接通，电动机按从M5到M1每隔3秒停止一台，电动机全部停止后，停止信号灯HL1灭。10.1.2三菱FX系列PLC在水泵电气控制系统中的应用与分析某供水系统由4台水泵构成，4台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统图如图10-3所示。４台三相异步电动机M1～M4驱动4台水泵，在供水系统供水运行时要求4台水泵轮流运行控制，正常要求2台运行2台备用。为了防止备用水泵长时间不用造成锈蚀等问题，要求4台水泵中2台运行，并每隔8小时切换一台，使4台水泵轮流运行。图10-3（a）为4台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统运行时序图，图10-3（b）为4台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统接线图，图10-3（c）为4台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统梯形图。如图10-3（a）所示三菱PLC控制系统运行时序图，每隔8小时有一台水泵电动机停止运行，同时有一台水泵电动机启动运行，并且在每8小时中都有2台水泵电动机在运行。如图10-3（b）和图10-3（c）所示，当开关SA接通运行位置时，输入继电器X0闭合，在输入继电器X0上升沿时，PLC执行SFTL(P)上升沿位左移指令，1号水泵电动机M1和2号水泵电动机M2工作，3号水泵电动机M3和4号水泵电动机M4不工作。图10-34台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统图10.1.3三菱FX系列PLC在自动门电气控制系统中的应用与分析某工业建筑的自动化车间的自动门控制示意图如图10-4所示。图10-34商店自动门示意图它主要由微波人体检测开关SQ1(进门检测X0)，SQ2(出门检测X1)和门限位开关SQ3(开门限位X2)，SQ4(关门限位X3)，门控电机M和接触器KM1(开门Y0)，KM2(关门Y1)组成。当人接近大门时，微波检测开关SQ1，SQ2检测到人就开门，当人离开时，检测不到人，经两秒后自动关门。10.1.3三菱FX系列PLC在自动门电气控制系统中的应用与分析自动门PLC控制工作原理分析：在自动化车间开门期间（上午8时到下午18时）检测开关SQ1，SQ2只要检测到人就开门；下午18时到19时，工作人员只能出不能进，只有出门检测开关SQ2检测到人才开门，而进门检测开关SQ1不起作用。图10-5为商店自动门PLC控制接线图和梯形图。图10-5自动化车间自动门三菱FX系列PLC控制接线图和梯形图10.2西门子S7-200系列PLC在工业电气控制系统中的应用9.2.1西门子S7-200系列PLC在工业混料罐控制系统中的应用混料罐系统的工作原理图如图10-6所示。控制要求：系统开始工作时，液面应处于最低位，按下起动按钮，打开A阀门，液体A流入混料罐当液面上升到中间位置时，关闭A阀门，打开B阀门，B液体流入混料罐，当液面上升到最高位时，关闭图10-6混料罐系统工作原理图B阀门，启动搅拌机，2分钟后停止搅拌，打开C阀门，当液面降至最低位后，延时5秒钟关闭C阀门，完成一次工作过程。在工作过程中若没有按下停止按钮，则系统在2秒钟后自行起动上述工作循环；否则，当一次循环过程结束后系统停止运行。按下复位按钮，系统恢复至初始状态。系统的I/O地址分配，见表10-1所示。表10-1混料罐控制系统I/O分配表设系统的初始状态为S0.0，工作过程可划分为6个顺控段：A阀门打开、B阀门打开、搅拌机工作、C阀门打开、延时5秒钟和延时2秒钟，分别由S0.1、S0.2、…、S0.6表示。系统功能图及控制程序如图10-7所示。图10-7混料罐控制程序

程序中需要重点理解的是对停止过程的处理。当I0.1为“1”时，置位M1.0，但此时并不停止整个系统的工作。也就是说用置位指令来记录“停止按钮曾经被按下”。只有当系统运行到S0.6表示的顺控段时，才对M1.0进行检测。如果此时M1.0为“1”，则立即转移至S0.0，返回至初始状态，用S0.0将M1.0复位；否则当T39延时时间到后，转移至S0.1，重新开始一次工作循环。系统复位是指系统恢复至初始状态。可以看出，复位过程实际上是打开C阀门使液面下降的过程。同时C阀门应在S0.4和S0.5所表示的顺控段中打开，因此将S0.4、S0.5常开触点及复位按钮相“或”组成Q0.2的输出电路。

注意：虽然Q0.2在S0.4和S0.5所表示的顺控段中为“1”，但程序中不能在S0.4和S0.5的程序段中分别输出Q0.2，只能使用置位、复位指令或图示“或”的方法。因为在PLC程序中，一个元件在多个梯级中多次输出时，仅有最后一个梯级的逻辑功能有效，其他均无效，这是由PLC扫描方式决定的。10.2.2S7-200系列PLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析在此以某单位中央空调监控系统为例，下位机采用S7-200系列PLC，用梯形图编写控制程序。在该系统中，上位机的监控界面采用力控组态软件实现。1．系统的监控点表根据上述空调机组和水系统中的监控内容，可列出中央空调系统的监控点表，见教材表10-2所示。2．PLC硬件选型及系统配置现场控制器采用S7-200系列PLC。由表10-2所示的系统监控点数，再考虑一定的裕量，可得出该系统的硬件选型及点数对照表，见表10-3所示。表10-3PLC硬件模块选型及点数对照表模块名称型号及订货号数量数字量I/O点数模拟量I/O点数CPU模块CPU2246ES7214-1AD23-0XB0114/10

模拟量输入/输出扩展模块EM2356ES7235-0KD22-0XA05

4/1模拟量输出扩展模块EM2326ES7232-0HB22-0XA01

0/2S7-200PLC控制系统的硬件配置图如图10-8所示。图10-8PLC硬件系统配置图各模块I/O编制范围见表10-4所示。表10-4系统各模块编址范围3．PLC控制系统I/O地址表S7-200PLC控制系统I/O端口分配表如教材表10-5所示。其中控制系统I/O端口部分地址分配见下表所示。表10-5控制系统I/O端口部分地址分配表4．中央空调系统的启停控制程序设计中央空调的启动过程一般是先启动风系统，然后是水系统。具体启动顺序：新风阀、回风阀、排风阀→送风风机→回风风机→冷却塔风机→冷却水阀→冷却水泵→冷冻水阀、冷冻水调节阀→冷冻水泵→冷水机组。中央空调的停止过程则与启动过程相反。中央空调系统控制的主程序如图10-9所示。SBR0为启停控制子程序、SBR4送风温度温度控制子程序、SBR5为湿度控制子程序。图10-9中央空调系统控制主程序中央空调系统启停控制的各子程序如图10-10和图10-11所示。图10-10为启停控制子程序1，图10-11为中央空调系统启停控制子程序2。图10-10程序中，各设备按照新风阀、回风阀、排风阀→送风风机→回风风机→冷却塔风机→冷却水阀→冷却水泵→冷冻水阀、冷冻水调节阀→冷冻水泵→冷水机组的顺序来顺序启动、逆序停止。时间间隔为5秒。图10-10中央空调系统启停控制子程序1图10-11中央空调系统启停控制子程序25．温度控制与湿度控制

中央空调启动后，开始实施温度控制和湿度控制。送风温度控制的思路：送风温度传感器检测送风温度并送至PLC中，与其设定值比较后经PI运算计算出阀门开度，送至冷水调节阀执行器。温度控制子程序如图10-12所示。图10-12中央空调系统送风温度控制子程序

中央空调送风湿度控制思想：通过送风湿度传感器检测送风湿度，并送入PLC与设定之比较，当相对湿度在0.55～0.65之间，关闭加湿阀。当湿度低于0.55时开启加湿阀加湿。湿度控制子程序如图10-13所示。

图10-13中央空调系统送风湿度控制子程序本章小结1、PLC可编程控制器在各种电气控制设备和控制系统中的应用，已非常普遍。主要应用于工业自动化的过程自动化控制、各种工业电气化设备的电气自动化控制、电力和交通系统