工程实例

可编程控制器原理及应用可编程控制器工程实例授课学院：重庆邮电大学自动化学院授课教师：罗志勇可编程控制器原理及应用一、PLC控制系统的设计步骤1、PLC控制系统设计的基本原则1.最大限度地满足工艺流程和控制要求。2.监控参数、精度要求以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并降低系统的复杂性和开发成本。3.保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。4.考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。可编程控制器原理及应用2、PLC控制系统设计的基本步骤所有电气控制系统都是在遵循以上设计原则的基础上，实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求。不论所设计系统的大小，一般都要按照图中的基本步骤来进行。可编程控制器原理及应用1.首先，根据系统需完成的控制任务，对被控对象的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、控制规律、功能和特性进行详细分析，归纳出工作循环图或状态流程图。然后，明确其控制要求和设计要求，明确划分控制的各个阶段及各阶段的特点，阶段之间的转换条件，最后归纳出各执行元件的动作顺序表。2.根据控制要求确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），确定PLC的I/O点数。3.选型。PLC是控制系统的核心部件，选型一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC和外设。可编程控制器原理及应用4、进行合理的PLC变量规划（I/O点以及所用到的内部元件定义），绘制电气原理图。这一步是非常重要的一步。开关量，变量规划实际上是把PLC的I/O分配给实际的元器件，给实际的元器件赋予一定的PLC地址，模拟量，输入输出的路数与实际电路也是一一对应的。在PLC控制系统中，电气原理图中应增加PLC的I/O连接图。此外，还有一部分“软件程序”，即梯形图。5.PLC控制程序设计。6.控制柜设计和现场施工。采用PLC控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。7.试运行、验收、交付使用，并编制技术文件。可编程控制器原理及应用3、选用PLC控制系统的依据继电器-接触器控制系统PLC控制系统微机控制系统选取哪一种更合适？提供以下几点依据：1.输入、输出量以开关量为主，也可有少量模拟量。2.I/O点数较多。70年代，I/O点数应在70点以上80年代，降为40点左右现在，10点以上可编程控制器原理及应用3.控制对象工艺流程比较复杂，逻辑设计部分用继电器控制难度较大。4.有较大的工艺变化或控制系统扩充的可能性。5.现场处于工业环境，而又要求控制系统具有较高的工作可靠性。6.系统的调试比较方便，能在现场进行。7.现场人员有条件掌握PLC技术。可编程控制器原理及应用4、PLC的选型PLC的选型基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修、备件的通用性。1.可编程控制器控制系统I/O点数估算根据被控对象的输入信号与输出信号的总点数，选择相应规模的可编程控制器并留有10%～15%的I/O裕量。2.内存估计用户程序所需内存容量要受到下面几个因素的影响：开关量输入输出点数、模拟量输入输出点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。（1）开关量输入输出的点数开关量输入——所需存储器字数＝输入点数×10开关量输出——所需存储器字数＝输出点数×8可编程控制器原理及应用（2）模拟量输入输出总点数具有模拟量控制的系统就要用到数字传送和运算的功能指令，这些功能指令内存利用率较低，因此所占内存数要增加。模拟量——所需存储器字数＝模拟量通道数×100这些经验公式的算法是在10点模拟量左右，当点数小于10时，内存字数要适当加大，点数多时，可适当减小。（3）程序结构推荐下面的经验计算公式：总存储器字数＝（开关量输人点数+开关量输出点数）×l0+模拟量点数×150。然后按计算存储器字数的25%考虑裕量。3.响应时间系统响应时间＝输入滤波时间+输出滤波时间+扫描周期。可编程控制器原理及应用·选择CPU处理速度快的PLC·优化应用软件，缩短扫描周期·采用高速响应模块，其响应时间不受PLC扫描周期的影响，而只取决于硬件的延时4.性价比要高在功能方面，所有PLC一般都具有常规的功能，但对于某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否能完成控制任务。在价格方面，不同厂家的PLC产品价格差异不大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC价格相差40%以上。因此，在选择机型时，这些因素需要综合考虑。还存在个人喜好问题，另外，可能政治因素也会成为选择的原因。可编程控制器原理及应用5.结构型式的选择整体式：把PLC的I/O和CPU放在一块大印刷电路板上，节省插接环节，结构紧凑，体积小，价格便宜，小型PLC控制系统多采用的结构。模块式：模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式方便灵活。维修方便。因此，对于较复杂的要求较高的系统，一般选用模块式结构。PLC的主机选择以后，根据需要，相应配套模块也就选定。如通讯模块、模拟量单元、显示输出单元等。四、系统调试模拟调试联机调试将程序下载到PLC主机，断开主电路，只对控制电路进行调试硬件模拟调试断开主电路，试手动软件模拟调试电脑上模拟调试可编程控制器原理及应用二、小型SBR废水处理PLC电气控制系统目的：SBR废水处理技术是一种高效废水回用的处理技术，采用优势菌技术达到节约水资源的目的。特点：设备体积小，性能稳定，工程投资少。系统组成：污水处理池、清水池、中水水箱、电控箱以及水泵、罗茨风机、电动阀门和电磁阀等，图如下：可编程控制器原理及应用污水处理的两个阶段：污水处理的第一阶段：当污水池中的水位处于低水位或无水状态时，电动阀会自动开起纳入污水。相反，电动阀自动关闭，污水池中污水呈微氧和厌氧状态。污水处理的第二阶段：采用能降解大分子污染物的曝气法，可使污水脱色、除臭、平衡菌群的pH值并对污染物进行高效除污，即好氧处理过程。SBR废水处理系统动力设备SBR中动力设备均采用三相交流异步电动机，电动机和电磁阀（AC220V选配）选配防水防潮型。1#清水泵：立式离心泵LS50-10-A，扬程10m，流量29m3/h，1kW。2#清水泵：立式离心泵LS40-32.1，扬程30m，流量16m3/h，3kW。曝气罗茨风机：TSA-40，0.7m3/min，1.1kW。电动阀：阀体D97A1X5-10ZB-125mm，电动装置LQ20-1，AC380V，60W。SBR废水处理电气控制系统设计要求PLC为系统的控制核心;可执行手动/自动两种方式;电动阀上电动机为正、反转双向运行;接地应满足要求;可编程控制器原理及应用必要的保护措施;绘制电气原理图;选择电器元件编制元器件目录表;绘制接线图;电控柜布置图和配线图;控制面板布置图和配线图等;采用梯形图或指令表编制PLC控制程序;SBR废水处理电气控制原理图设计1.主电路设计1)交流接触器KM1、KM2、KM3分别控制1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3；交流接触器KM4、KM5控制电动阀电动机M4.2)电动机M1、2、3、4由热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现过载保护。3)QF为电源总开关。可编程控制器原理及应用4)熔断器FU1、FU2、FU3、FU4分别实现各负载回路的短路保护。FU5、FU6分别完成交流控制回路和PLC控制回路的短路保护。2.交流控制电路设计（右图）1)控制电路有电源指示HL。2)隔离变压器TC的选用标准型、变比1：1、容量100VA隔离变压器。3)1#清水泵M1、2#清水泵M2、曝气风机M3分别有运行指示灯HL1、HL2、HL3。4)4台电动机M1、M2、M3、M4的过载保护，分别由4个热继电器FR1、FR2、FR3、FR4实现，KA1将220V交流信号转换成直流24V信号送入PLC完成过载保护控制功能。5)上水电磁阀YA1和指示灯HL1、排空电磁阀YA2，分别由中间继电器KA2和KA3触点控制。可编程控制器原理及应用3.主要参数计算1)断路器QF脱扣电流。断路器过电流脱扣值按电动机起动电流的1.7倍整定。IQF＝1.7IN=1.7×6A＝10.2A≈10A，选用IQF＝10A的断路器。2)熔断器FU熔体额定电流IFU。以曝气风机为例，IFU≥2IN3)热继电器自行计算参数。4.PLC控制电路设计1)硬件结构设计。确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置。2)绘制PLC控制电路原理图(右图)，绘制PLC控制电路，编制I/O接口功能表。可编程控制器原理及应用3)KM4和KM5接触器线圈支路，设计了互锁电路，以防止误操作故障。4)PLC输入回路中，信号电源由PLC本身的24V直流电源提供，所有输入COM端短接后接入PLC电源DC24V的（＋）端。5)PLC采用继电器输出。6)绘制出最终的电气原理图。7)编制原理图的元器件目录表。5.PLC控制程序设计1)程序设计。2)系统静态调试。空载静态调试.3)系统动态调试及运行。在动态带负载状态下调试.可编程控制器原理及应用SBR废水处理系统电气工艺设计按设计要求设计绘制电气装置总体配置图、电器板电器元器件平面图、控制面板电器平面图及相关电气接线图。1)先根据控制系统要求和电气设备的结构，确定电器元器件的总体布局以及电控箱内装配板与控制面板上应安装的电器元件。2)绘制电控箱电器板元件布置图、电器面板元件布置图、电气接线图等，如下图所示：可编程控制器原理及应用三、五层电梯自动控制系统1.电梯的基本结构主要由轿厢、对重、曳引机、控制柜/箱、导轨等主要部件组成2.电梯的电力拖动部分电梯主拖动类型有可控硅供电（SCR—M）的直流拖动、交流双速电机拖动，交流调压调速（ACVV）拖动、交流变频调速（VVVF）等，以交流变频调速（VVVF）最有前途。3.电梯的电气控制部分电梯的电气控制有继电器控制和计算机控制两种方式。继电器控制故障率高，基本上已淘汰。计算机控制分为PLC控制与微机控制两种方式。PLC以其体积小、功能强、故障率低等诸多优点得到广泛应用。可编程控制器原理及应用三、五层电梯的逻辑设计1.主体设计：五层电梯的简化模型和控制柜示意图。本例中着重电梯的升降逻辑，不调节主电机升降速度。可编程控制器原理及应用2输入、输出点分配表输入点对应信号输出点对应信号X1外呼按钮1↑Y0KM1电机正转X2外呼按钮2↑Y1——X3外呼按钮2↓Y2KM2电机反转X4外呼按钮3↑Y3KV线圈及故障X5外呼按钮3↓Y4上行指示X6外呼按钮4↑Y5上行指示X7外呼按钮4↓Y6开门指示X10外呼按钮5↓Y7开门指示X11内呼按钮去1楼Y101↑外呼指示X12内呼按钮去2楼Y112↑外呼指示X13内呼按钮去3楼Y122↓外呼指示X14内呼按钮去4楼Y133↑外呼指示X15内呼按钮去5楼Y143↓外呼指示X161楼平层信号Y154↑外呼指示X172楼平层信号Y164↓外呼指示X203楼平层信号Y175↓外呼指示X214楼平层信号Y20内呼按钮去1楼指示X225楼平层信号Y21内呼按钮去2楼指示X23上下限位Y22内呼按钮去3楼指示X24轿厢内开门按钮Y23内呼按钮去4楼指示X25轿厢内关门按钮Y24内呼按钮去5楼指示X26热继电器Y25LED层显示a段X27Y26LED层显示b段Y27LED层显示c段Y30LED层显示d段Y31LED层显示e段Y32LED层显示f段Y33LED层显示g段可编程控制器原理及应用四.PLC控制的恒压变频供水系统1.总体方案PLC电动机组供水管网变频控制器工频电网压力传感器保护报警给定反馈-可编程控制器原理及应用2.楼层及供水系统模型供水系统分两路，一路为变频器调速系统提供的生活用水，一路为消防用水。楼底层放置水源水箱（实际生活中水源水箱可放在地下室中），顶部放置消防水箱。水箱内有水位检测仪，当高位水箱（或水源蓄水池）液面高于溢流水位时自动报警；当夜面低于最低报警水位时