基于PLC控制的液体混合加热系统方案设计书Word格式文档下载.docx
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1.2可编程控制器的特点3
1.3可编程控制器的基本结构及工作原理5
1.4三菱FX系列PLC简介8
第2章传感器及应用技术12
2.1传感器的概述12
2.2温度传感器12
2.3液位传感器14
第3章PLC控制混合液体加热程序设计15
3.1设计内容15
3.2混合液体装置示意图16
3.3PLC外部接线图16
3.4梯形图17
3.5指令表18
第4章PLC程序的调试19
4.1PLC内存的清除19
4.2程序的写入19
4.3程序的运行20
4.4程序的检验20
致谢22
摘要
随着科学技术的日新月异,自动化程度要求越来越高,原有的生产装置远远不能满足当前高度自动化的需要。
减轻劳动强度,保障生产的可靠性、安全性,降低生产成本,减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题,可编程控制器系统不断满足各个生产领域的生产需要,提高生产效益。
本文主要对可编程控制器的特点,用途和发展进行一些介绍并着重以三菱PLC为例介绍了可编程控制器(PLC)在控制混合液体加热中的应用,根据控制要求,对控制系统的分析给出I/O列表、控制梯形图以及程序的调试,并给出了调试过程和控制系统逻辑控制部分的方法。
另外还对可编程控制器在现代工业中的作用进行了相应的介绍。
关键词:
PLC;
梯形图;
控制系统
第1章可编程控制器概述
1.1可编程控制器的基本概念
1.1.1可编程控制器的定义
可编程控制器一直在发展中,因此直到目前为止,还未能对其下最后的定义,美国电气制造商学会NEMA在1980年给可编程控制器作了如下的定义:
“可编程控制器是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆以存储指令,用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数和演算等功能,并通过数字或模拟的输入和输出,以控制各种机械或生产过程。
一部数字电子计算机若是用来执行PLC之功能者,亦被视同为PLC,但不包括鼓式或机械式顺序控制器。
”国际电工委员会曾于1982年11月颁发了可编程控制器标准草案第一稿,1985年1月又颁发了第二稿,1987年2月颁发了第三稿。
草案中对可编程控制器的定义是:
“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、计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入/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围设备,都按易于工业系统连成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
”
此定义强调了可编程控制器是“数字运算操作的电子系统”,即它也是一种计算机。
它是“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。
这种工业计算机采用“面向用户的指令”,因此编程方便。
它能完成逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作,它还具有“数字量或模拟量的输入/输出控制”的能力,并且容易与“工业控制系统联成一体”,易于“扩充”。
定义还强调了可编程控制器直接应用于工业环境,它具有很强的抗干扰能力,广泛的适应能力和应用范围。
这也是区别于一般微机控制系统的重要特征。
应该强调的是,可编程控制器与以往所讲的鼓式,机械式的顺序控制器在“可编程”方面有质的区别,由于PLC引入了微处理机及半导体存储器等新一代电子器件,并用规定的指令进行编程,能灵活地修改,即用软件方式来实现“可编程”的目的。
1.1.2可编程控制器的发展
1969年美国数字设备公司成功研制世界第一台可编程序控制器PDP-14,并在GM公司的汽车自动装配线上首次使用并获得成功。
接着美国MODICON公司也研制出084控制,从此,这项新技术迅速在世界各国得到推广应用。
1971年日本从美国引进这项技术,很快研制出第一台可编程序控制器DSC-18。
1973年西欧国家也研制出他们的第一台可编程控制器。
我国从1974年开始研制,1977年开始工业推广应用。
进入20世纪70年代,随着微电子技术的发展,尤其是PLC采用通讯微处理器之后,这种控制器就不在不局限于当初的逻辑运算了,功能得到更进一步增强。
进入20世纪80年代,随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅猛发展,以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC,使PLC的功能增强,工作速度快,体积减小,可靠性提高,成本下降,编程和故障检测更为灵活,方便。
1.2可编程控制器的特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强
PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100,因触点接触不良造成的故障大为减少。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。
此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
(2)硬件配套齐全,功能完善,适用性强
PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品,并且已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,用户能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。
PLC的安装接线也很方便,一般用接线端子连接外部接线。
PLC有较强的带负载能力,可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器,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,现代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。
近年来PLC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。
(3)易学易用,深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
(4)容易改造
系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。
这种编程方法很有规律,很容易掌握。
对于复杂的控制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
(5)体积小,重量轻,能耗低
以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,仅相当于几个继电器的大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
它的重量小于150g,功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。
1.3可编程控制器的基本结构及工作原理
1.3.1可编程控制器的基本结构
从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
PLC的结构框图如图1.1所示。
图1.1PLC的结构框图
(1)CPU的构成
CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。
CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。
寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数,它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模。
(2)I/O模块
PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统,输出模块相反。
I/O分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。
常用的I/O分类如下:
开关量:
按电压水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量:
按信号类型分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外,还有特殊IO模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。
(3)电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源输入类型有:
交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VDC)。
(4)底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架,其作用是:
电气上,实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。
(5)PLC系统的其它设备
a.编程设备:
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。
也就是我们系统的上位机。
b.人机界面:
最简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏(或触摸屏)式的一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。
1.3.2可编程控制器的基本原理
(1)扫描技术
当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间,PLC的CPU以一定的
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