可编程控制器在生活中的应用邹业清3708.docx
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可编程控制器在生活中的应用邹业清3708
‘
《电工电子学》
课外拓展阅读报告
《可编程控制器在日常生活中的应用》
姓名:
邹业清
指导教师:
邓力
学号:
20123708
专业班级:
热能与动力工程03班
动力工程学院
2014年6月
摘要
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller).简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
在我们学习PLC的时候,我们感觉到了PLC强大的功能,但是我们只是对它的原理,结构等进行了一些简单的原理。
那么我们又该如何去运用PLC呢?
在本学习报告中,我看了一些关于可编程控制前在日常生活中的应用,如在可编程控制器在自动门控制装置中的应用和可编程控制器在恒压供水控制系统中的应用。
其实可编程控制器在电梯的升降啊,洗衣机等生活常用的一些东西都有运用。
通过对这些文献的学习,便有了这篇学习阅读报告,
1.可编程控制器的介绍
1.1可编程控制器(PLC)的定义
可编程逻辑控制器简称PLC(英文全称:
ProgrammableLogicController)。
随着科学技术的发展,为适应多品种,小批量生产的需求而产生发展起来的一种新型的工业控制装置。
PLC是一种数字运算操作的电子的电子系统,专门在工业环境下应用而设计。
它采用可以编制程序的存储器,用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口,控制各种类型的机械设备或生产过程。
1.2可编程控制器的组成
1.2.1中央处理单元(CPU)
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢,是PLC的核心起神经中枢的作用,每套PLC至少有一个CPU。
1.2.2.存储器
系统程序存储器是存放系统软件的存储器;用户程序存储器是存放PLC用户程序应用;数据存储器用来存储PLC程序执行时的中间状态与信息,它相当于PC的内存。
1.2.3.输入输出接口(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。
1.2.4.通信接口
通信接口的主要作用是实现PLC与外部设备之间的数据交换(通信)。
通信接口的形式多样,最基本的有UBS,RS-232,RS-422/RS-485等的标准串行接口。
可以通过多芯电缆,双绞线,同轴电缆,光缆等进行连接。
1.2.5.电源
PLC的电源为PLC电路提供工作电源,在整个系统中起着十分重要的作用。
一个良好的、可靠的电源系统是PLC的最基本保障。
一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
电源输入类型有:
交流电源(220VAC或110VAC),直流电源(常用的为24VDC)。
1.3可编程控制器的特点
1.可靠性高,抗干扰能力强
2.硬件配套齐全,功能完善,适用性强
3.易学易用,深受工程技术人员欢迎
4.容易改造
5.体积小,重量轻,能耗低
2.可编程控制器在日常生活中的应用
2.1PLC在自动门控制装置中的应用
2.1.1自动门控制装置的控制功能介绍
自动门控制装置早期是由继电器控制系统来控制,但由于继电器控制系统故障率高,可靠性低,维修不方便,且能实现功能较单一,所以被PLC控制系统代替。
本文所设计的PLC控制系统,可以实现如下控制功能:
1当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关Kl或K2时,开门执行机构KMl动作,电动机正转,到达开门限位开关K3位置时,电机停止运行。
2自动门在开门位置停留8秒后,自动进入关门过程,关门执行机构KM2被起动,电动机反转,当门移动到关门限位开关K4位置时,电机停止运行。
3在关门过程中,当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关I(2或Kl时,应立即停止关门,并自动进入开门程序。
4在门打开后的8秒等待时间内,若有人员由外至内或由内至外通过光电检测开关l<2或Kl时,必须蘑新开始等待8秒后,再自动进入关门过程,以保证人员安全通过。
自动门控制装置由门内光电探测开关KI、门外光电探测开关I(2、开门到位限位开关K3、关门到限位开关K4、开门执行机构KMl(使直流电动机正转)、关门执行机构KM2(使直流电动机反转)等部件组成。
2.1.2自动门控制装置的I/0配置图
本系统采用的是三菱公司的FXIS系列的PLC进行设计。
2.1.3自动门控制系统的梯形图设计
2.1.4自动门装置控制过程分析
1开门过程:
当X1、X2期中任意一个接收到检测开关信号,输出继电器Yl被驱动并自锁,此时直流电机正转,执行开门动作。
当门打开到指定位置,碰撞开门限位开关K3,给输
入继电器x3一个信号,Yl被断开,直流电机停止正转,门打开之后停止动作。
同时由X3的常开触点给定时器1U一个信号,-ID开始计时,计时时间8S。
2关门过程:
当哟计满8S之后,_IU常开触点会给Y2一个信号,此时直流电机反转,执行关门动作。
当门关闭到指定位置,碰撞关门限位开关K4,则x4的常闭触点断开,Y2输出继电器线圈断开,电动机停止反转,门关闭。
3关门过程中若Kl或者K2检测到有信号,此时x1,X2的常闭触点立刻断开,切断Y2的信号,停止关门动作。
同时给Yl一个输入信号,执行开门动作。
4在开门等待过程中,若Kl或者K2检测到有输入信号,此时,Yl线圈已断开,Yl的常闭点闭合,则M0线圈被驱动,M0的常闭点断开,1D线圈断开,,ID所计数复位为0,而此时,ID的常闭点闭合,又驱动了,ro重新开始计数,即重新等待8s,之后进入关门动作。
2.2可编程控制器在恒压供水控制系统中的应用
2.2.1供水系统的功能与设计
随着异步电机变频调速技术的不断发展,恒压供水系统被广泛地应用到工业、农业、科研和民用等的各个领域,取得了显著的节能效果,极大地减轻了环境污染。
由于用变频器驱动的交流异步电动机能够快速平稳地进行调速,使得供水系统不仅能够精确地保持设定的水压值,而且在启停供水系统时没有冲击。
与其它方法相比,除了节能、卫生、安全、静音、调整方便、维修量小等特点外,还适于多系统集中控制。
供水系统的普遍特点是负荷(用水量)波动较大,且随机性很强。
整个系统的设计既要考虑生产和生活的供水要求,同时还要保障消防用水。
系统在功能上包括自动调节恒压供水和应急消防供水两部分,如图所示。
恒压供水系统的设计
在变频调速恒压供水系统中,主要由PLC、变频调速器、软启动器、压力变送器、水位传感器和现场的水泵机组一起组成一个完整的闭环控制系统。
此外还包括空气开关、断路器、接触器和中间继电器等系统保护电器,实现对变频器、电机和PLC的有效保护,以及对电机的切换控制。
PLC和变频器作为系统控制的核心,根据给水母管压力与压力设定值的偏差变化情况,自动控制给水泵的投入台数和电机转速,实现闭环自动调节恒压供水。
其中控制参量的PID算法可消除控制参量的静态误差、突变、滞后等现象,缩短系统稳定的时间。
控制系统设有手/自动切换开关。
选择手动方式时,可分别通过现场控制柜的按钮控制各台泵的单独运行与停止,便于系统调试、定期检修和临时供水。
选择自动工作方式时,PLC首先使第一台给水泵变频启动,转速从0开始随频率的提高而上升,此时安装在给水母管上的压力变送器将母管压力反馈给PLC,与预先设定的给定压力进行比较,通过PID运算,调节变频器的输出频率,以维持水压恒定,这种跟踪调节是精确而平滑的,称为细调节。
如果该台调速泵调到最大供水量(即对应于50Hz的最高频率)仍达不到压力给定值,则延时一段时间(避免瞬时干扰信号)控制第一台泵进入工频运行,变频器频率从50Hz迅速下降到0Hz,同时使第二台泵变频启动,如水压仍不能满足要求,则重复上述过程启动第三台泵。
如此反复,直到压力符合要求;反之,如果变频泵运行降到0Hz时母管压力仍大于给定压力值,则延时一段时间后关闭一台工频水泵,使变频器频率从0Hz迅速上升到50Hz,对水压进行调节,直到母管压力达到设定值,这种调节方式称为粗调节。
这样,水泵切换过程是平稳的,不会出现楼上用户短时停水的现象。
在单泵运行或多泵并联运行状态下,根据先开先停的原则,只要任意一台泵连续运行超过规定时间(如24小时),便可通过程序控制自动实现停机轮休,以延长泵组的使用寿命。
由PLC控制变频调速装置,通过测量给水母管的压力,将其转换成4~20mA的模拟量信号,进而控制变频器的输出频率,调节水泵电机转速,使其自动适应水量变化,稳定供水压力。
系统运行中,总有一台水泵处于变频调速状态,而其它为工频恒速或停机等待状态,保持有一台泵由变频电源驱动,实现水压的细调节,以保证调节时间不大于10s,水压波动不超过0101MPa。
当控制系统出现故障而失灵时,可将变频器切至手动操作方式。
有些变频恒压供水装置在水压高时直接切除一台工频泵,再由变频泵进行调节。
这种切泵的方式显然存在供水水压的剧烈变化。
在实际设计中,将变频器以工频运行方式转换到正在以工频运行的工频泵上,再逐渐降低频率,实现变频恒压供水的无冲击切泵,使水压过渡平稳,防止出现水压大幅度波动及水压为0的短时断水现象,提高了供水质量。
在系统工作过程中,由于切换时接触器吸合和释放存在着延时,水泵电机在切换到电网时会产生较大的电流冲击,设计中可适当使切换频率大于50Hz,就可以尽量减小冲击电流。
若无人值班时突然停电,在恢复供电后水泵无法启动而造成断水。
设计中可设置为变频自启动方式,在电源恢复后,PLC控制报警器报警,然后按自动运行方式变频启动水泵,直到稳定地运行在给定水压值。
为防止变频器50Hz驱动与市电50Hz驱动时电机输出功率不同而造成反复加泵/减泵现象,程序中加泵/减泵的切换点设置为不是刚好等于设定值,加泵时压力值为“设定值-Δ”,减泵时判断点为“设定值+Δ”。
其中Δ根据水压控制的精度要求而进行相应的设置。
在供水系统中,通常将压力变送器的模拟输出信号送到PLC的A/D转换模块,再将转换的数字量输入到PLC中进行处理。
由于A/D转换模块价格都比较高,增加了系统的成本。
在实际设计中采用以压频转换器LM331为核心的压频转换电路,将压力变送器输出的0~10V模拟电压信号转换成对应的频率信号送入PLC的高速计数器中进行计数,计数结果作为水压检测值。
PLC将其与水压设定值比较后经内部PID运算,得出控制量,由PLC输出PWM信号,再经低通滤波后作为变频器所需的控制电压。
这样既能实现相应的检测和控制功能,又省去了价格昂贵的A/D转换模块,提高了整个系统的性价比。
消防供水系统的设计
消防供水系统的可靠性要求很高,无火险时,一台小泵就能维持消防供水管网的水压,一旦出现火情可手动投入消防运行。
必要时也可设置火警自动检测、报警与启动控制。
接到火警信号后,控制系统立即起动消防水压(即第二恒压设定值)控制,软启动器依次启动大功率消防泵,以满足消防对供水的需要。
系统在工作时,由水位传感器检测水池的水位。
如水池水位下降到下限,则PLC控制进水阀打开,开始进水。
在水池水位上升到上限时,进水阀自动关闭,停止进水,使蓄水池的水位保持在上限和下限之间,保证供水的需要。
2.2.2系统的保护功能
水泵维护和轮换功能
为了防止某一台长期不运行的水泵锈死,系统自动每周(或每十天,具体时间可根据实际情况确定)依次轮流启动每一台消防大泵作短时间(如半小时)维护运行一次。
同时控制系统定时巡检每一台泵的运行时间,如果某一台泵休息时间太长,则将该泵投入运行,而运行时间最长的泵进入休息状态。
系统尽量使每一台泵的运行时间接近,避免某一台泵因运行时间过长,而易出现故障的现象,提高了整个系统的可靠性和运行寿命。
故障检测与报警功能
该系统设有水位检测与报警,变频器故障检测与报警,超压(水压)检测与报警及故障处理功能。
蓄水池高、低水位的检测与报警是分别采用一只浮球液位开关,当水池中水位高于高位报警设定值时或水池水位低于低位报警设定值时,二者分别给PLC发送开关信号,PLC接收到此信号后,发出报警信号,通知操作人员处理。
超压报警只是在特殊情况下(如压力传感
器失灵等)出现,当实测压力大大超过设定水压时,则PLC发出报警信号,通知操作人员处理。
3.可编程控制器的前景
3.1外观:
小型化、模块化、集成化
外形、体积缩小,意味着便于安装维护,系统集成时占用柜体空间就越少。
体积小并不意味着用户对功能的要求在降低,相反用户对于功能的要求越来越多,这就意味着产品的集成度要求更高。
下一代PLC应集成更多的操作与维护功能,如内置CPU显示屏,可快速访问各种文本信息和详细的诊断信息,以提高设备的可用性,同时也便于全面了解工厂的所有信息;集成短接片,方便用户更为灵活便捷地建立电位组。
集成屏蔽夹,对模拟量信号进行适当屏蔽,可确保高质量地识别信号并有效防止外部电磁干扰。
在结构上,用户充分认可PLC模块化带来的灵活扩展性。
为满足各种自动化应用的需求,各种带CPU和存储器的智能I/O模块,既能扩展PLC功能,又使用灵活,延伸了PLC的应用范围。
对于模块化的设置,用户要求模块间的连接要可靠牢固,具有一定程度的抗振动,接线方式最好是用可插拔的端子,换模块时无需借助任何工具即可实现快速安装,这样不仅极大简化了电缆的接线操作,同时还节省了更多的接线时间。
3.2性能:
更快、更可靠、更智能、更多功能
随着计算机技术的快速发展并进入自动化领域,“32位处理器,纳秒级的处理速度,数万I/O点”,用户相信这些第五代PLC已经具备的特点,将以“更快”的方式体现在下一代PLC中,从而让未来的PLC拥有PC一样的运算能力和数据处理能力。
PLC以可靠性高、抗干扰能力强而著称,但现代工业对可靠性要求越来越高,用户仍然希望下一代PLC的故障检测与处理能力将会更强。
据统计,在PLC控制系统的故障中,CPU和I/O仅占20%,而输入输出设备、线路故障占80%。
前者可通过PLC软件本身的软硬件实现检测、处理,而外围故障须加强研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块,进一步提高系统的可靠性。
多种自动化技术的深入应用,已经为各种控制融合创造了条件。
为适合更多设备的应用,用户展望下一代PLC将具有更高的硬件软件的集成度。
此外,用户要求新一代产品具备更好的向上兼容性,便于系统的无缝升级,从而在最大程度上确保投资回报和投资安全性。
如今PLC应用领域早已超越了开关量、逻辑控制和离散量监控,已发展成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的多功能控制器,具有越来越强的模拟处理能力,以及其他过去只有在计算机才能具有的高级处理能力,如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。
从这种意义上说,未来的PLC将从“控制器”晋升为新一代多功能控制平台.
4.学习报告心得体会与总结
本学期我们学习了电工电子学
(二)电机与电气控制,我总体感觉这本书的内容比上学期的电工电子学
(1)要有趣的多。
因为实验课时做PLC实验的时候,我因为连线的问题纠结了很久,所以多PLC也比较感兴趣,在有空闲的时间的时候就看了一些关于可编程控制器(PLC)的一些在日常生活中的应用。
首先是对上课学习内容的巩固,在老师讲的时候我对PLC还不是很懂,所以自己上网去查一些关于可编程控制器的资料,在XX百科和维基百科上得到了很好的解释,然后由于维基百科推荐的一些参考文献中,我又点开了一些链接,所以对PLC的在日常生活中的应用有了一些简单的了解。
其实也有老师要我们学习报告的缘故啦,我也就因此阅读了一些关于PLC的文献资料等等,然后写下了这篇学习报告。
总的来说,这篇学习报告,分为4个部分,第一个是关于PLC的一些介绍,很简单的向我们展示了PLC的定义,组成和特点等等,然后第二个部分讲的是关于PLC在日常生活中的运用,我在网上和文献上看到的自动门的运用和在恒压供水控制系统中的应用就摘抄下来在这篇学习报告上。
其实关于PLC的运用是十分广泛的,如在洗衣机上运用,电梯啊之类的很常见的。
最后,我觉得如果能够有时间自己去做一个关于PLC运用的实验那真是完美了。
参考文献
【1】恋包头,可编程控制器,XX百科,2013-09-05Aladdin
【2】深圳市尖山子电子设备有限公司,下一代PLC的发展趋势,2014-05-13。
【3】维基百科,可编程逻辑控制器,可编程逻辑控制器
【4】廖文辉编著。
2001。
可编程控制器应用基础篇。
全华科技图书。
【5】王永华.现代电气控制及PLC应用技术,北京航空航天大学出版社.2003
【6】阮友德.电气控制与PLC实训教程,人民邮电出版社.2006
【7】汪道辉.逻辑与可编程控制系统.机械工业出版社,2001
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