基于PLC的工业水循环电控系统设计

摘要工业水冷系统，不仅安全实用，而且水的吸热量大，被广泛应用于工业生产现场；在国家越来越重视可持续性发展的今天，循环水的应用不仅仅令工厂节约了大量的成本，而且在发展与环境方面做到了协调平衡的作用，减少了资源的浪费，降低了污染。传统的水循环控制系统不仅设计安装复杂，更重要的是由于设备的老化速度快，可靠性较差，抗干扰能力不强，靠继电器线圈控制的回路检修不便，浪费了宝贵的生产时间。近年来流行的PLC控制回路解决了上述问题，不论从设计安装及可靠性，还是抗干扰性都优于传统的控制系统。本文提出了一个基于PLC的工业水循环的电控系统的解决方案，详细介绍了PLC发展及其特点，工艺流程的设计及其软件的设计。关键词：水循环；电气控制；PLC；目录摘要.................................................................................................................I第一章绪论...................................................................................................11.1PLC的概述.......................................................................................21.2PLC的产生和发展...........................................................................21.3PLC的特点和应用技术...................................................................31.4传统控制电路与PLC控制电路的比较.........................................5第二章电气图设计.......................................................................................62.1工业水循环的一般流程概述...........................................................62.2工艺流程要求...................................................................................62.3主电路的设计..................................................................................72.4控制检测电路的设计....................................................................112.5电气柜及控制台的安装接线........................................................16第三章程序设计.........................................................................................183.1PLC程序设计及其梯形图.............................................................183.2PLC程序代码.................................................................................203.3程序运行过程描述........................................................................26第四章总结与展望.....................................................................................30致谢...............................................................................................................31参考文献.......................................................................................................32附件1主电路接线图..................................................................................33附件2控制检测电路图..............................................................................34附件3电气布置图及电气装配图..............................................................35附件4PLC端口分配接线图....................................................................40附件5PLC程序梯形图............................................................................41附件6电气元件明细表..............................................................................441第一章绪论随着工业的发展，人们越来越重视科学、稳定以及环保的生产生活方式；上述生产方式有赖于生产机器的稳定高效的运行，高效的运行可以利用一定的技术手段对设备进行改造达到目的，相应的，由于高效的生产方式，能量消耗的增加必然造成设备热能的散失加剧，这些热能使得设备的内部部件老化程度加快甚至故障，那么相应的冷却系统也就应运而生了。水冷以其卓越的散热效果以及其经济性而倍受青睐，但是在水资源日益缺乏的今天，一次性的水冷无论从它的环保性以及其花费来说都不是好的选择，那么，一个经济高效的水循环系统就满足上述要求。现在的水循环系统已经得到了广泛的运用，从大的如核电站，钢铁机加工企业到小的如电子，IT行业都有涉及，这其中前者占有绝大部分的份额。近些年，国家提出的节能减排的要求更加速了高效环保的水循环冷却系统的发展，这方面的技术也越来越受重视。在PLC还未出现时候，传统的工业控制用的是继电器控制，这种控制电路有着不可抗拒的不利因素：安装不便，检修不易，不经济，抗干扰能力差；PLC以其安装方便，经济耐用，可靠性高，抗干扰能力强等优点在近些年发挥了重大的作用，不少厂家纷纷把以前烦琐的线路改造成PLC控制。所以，PLC及相关系统电路设计及运用对电气方向的大学生来讲是必备的技能，基于PLC的工业水循环电控系统的设计不论从技术的角度还是从发展的潜力都有着相当大的意义。本篇论文从主电路的设计，控制检测电路的设计，电气设备的选择，PLC的控制线路以及端口的分配和编程集中反映了工业水循环的电控系统的设计，调试，运用，从理论上描述了PLC控制水循环的运行机制，起到抛砖引玉的作用。前面我们提到传统的电路的控制主要是以继电器组成的控制电路来达到目的,然而,传统的控制电路有着不可抗拒的不利因素：安装不便，检修不易，不经济，抗干扰能力差，与之相反，PLC优点在于安装方便，经济耐用，可靠性高，抗干扰能力强等优点，了解两者的优劣就是本章的所要达到的目的。21.1PLC的概述PLC是在电气控制技术和计算机技术的基础上开发出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中，成为最重要、最普及、应用场合的工业控制装置，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD\CAM）之一。可编程序控制其定义如下:可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储运算、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，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，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。定义强调了PLC应用于工业环境，必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和广阔的应用范围，这是区别于一般微机控制系统的重要特征。同时，也强调了PLC用软件方式实现的“可编程”与传统控制装置中通过硬件或硬接线的变更来改变程序有本质区别。1.2PLC的产生和发展在可编程序控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是传统的电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。从1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的要求，研制成功了世界上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，取得很好的效果，从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程序控制器仅有逻辑运算、定时、计数等功能，只是用来取代传统的继电器，通常称为可编程序控制器（ProngrammableLogicController）.随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速的发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方3便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理和联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。自从第一台PLC研制出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂家，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲和日本等三个流派产品。各流派PLC都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在国际市场上占有重要地位。世界上著名的PLC生产厂家主要有美国A-B公司，GE公司，日本的三菱电动机公司，欧姆龙公司，德国的AEG公司、西门子公司，法国的TE公司等。从近年的统计数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导的控制装置。1.3PLC的特点和应用技术（一）PLC的特点PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点。它较好的解决了工业领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。主要有以下特点：1．可靠性高、抗干扰能力强可靠性高、抗干扰能力强是PLC最重要的特点之一。PLC的平均无故障时间可达几十万个小时，之所以有这么高的可靠性，是由于它采用了一系列的硬件和软件的抗干扰措施：A．硬件方面I/O通道采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制高频干扰；对PLC等重要部件采用良好的导电