基于PLC的工业水循环电控系统设计.doc

基于PLC的工业水循环电控系统设计.doc

《基于PLC的工业水循环电控系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的工业水循环电控系统设计.doc（48页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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 III

第一章绪论 1

1.1PLC的概述 2

1.2PLC的产生和发展 2

1.3PLC的特点和应用技术 3

1.4传统控制电路与PLC控制电路的比较 5

第二章电气图设计 6

2.1工业水循环的一般流程概述 6

2.2工艺流程要求 6

2.3主电路的设计 7

2.4控制检测电路的设计 11

2.5电气柜及控制台的安装接线 16

第三章程序设计 18

3.1PLC程序设计及其梯形图 18

3.2PLC程序代码 20

3.3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 44

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。

1.1PLC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、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电磁干扰；对有些模块设置了连锁保护、自诊断电路等。

B．软件方面PLC采用的是扫描工作方式，减少了由于外界环境干扰引起故障；在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境正常后，便可恢复到故障前的状态，继续原来的工作。

2．编程简单、使用方便

目前，大多数的PLC采用的编程语言是梯形图语言，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。

梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。

3．功能完善、通用性强

现代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和D/A转换、数值运算、数据处理、PID控制、通信联网等许多功能。

同时，由于PLC产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。

4．设计安装简单、维护方便

由于PLC是用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。

PLC的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。

在维修方面，由于PLC的故障率极低，维修工作量很小；而且PLC具有很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据PLC上的指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。

5．体积小、重量轻、能耗低

由于PLC采用了集成电路，其结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备。

（二）PLC的应用领域

目前，在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩展。

从应用类型看，PLC的应用大致可归纳为以下几个方面：

1．开关量逻辑控制

利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机控制、生产自动线控制等，例如：

机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。

这是PLC最基本的应用，也是PLC最广泛的应用领域。

2．运动控制

大多数PLC都有拖动步进机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模块。

这一功能广泛用于各种机械设备，如各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。

3．过程控制

大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能，有的小型PLC也具有模拟量输入输出。

所以PLC可实现模拟量控制，而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制，用于过程控制。

这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理以及闭环位置控制和速度控制等方面。

4．数据处理和通信联网

现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，如计算机数值控制设备。

PLC的通信包括PLC与PLC、PLC与计算机、PLC与其他智能设备之间的通信，PLC系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化系统发展的需要。

1.4传统控制电路与PLC控制电路的比较

在传统的工业水循环系统中，系统的控制主要是以继电器为主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，从继电器的材料来看，继电器的触点表面是由一层氧化层镀在上面，通常为银制，长期的碰撞和电弧温度的灼烧熔化导致时常要去检修并伴随着短路停机的发生，安全性和抗干扰性较差；同时，继电器一旦用得太多，必然伴随着导线线路的连接增加，检查起来十分不便，并且导线的发热导致电流的不稳定，对需要精确控制的系统带来了很大的不便。

由于PLC的引入使得上述的情况得以解决，通过端口的设置及编程使得继电器为主所构成的控制回路可以以编程的形式得以解决，操作较为容易，除主电路外，只需要部分的检测和控制电路就可以达到控制目的，且软件自身拥有的辅助继电器数量不受限制，体积较小安装方便，价格相对长期投入的继电器来说便宜且程序可以改写，方便易行，检修容易，抗干扰能力优