电气控制综合实训.docx
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电气控制综合实训.docx
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电气控制综合实训
电气控制综合实训
班级:
电气0851
姓名:
吴沙沙吴晓东邢永虎
学号:
080429313608042931370804293138
柜号:
24号
指导老师:
吴国中刘茜
课程名称:
电气控制综合实训
提交日期:
2009年12月31日
概要
本文介绍了以微处理器为基础的通用工业控制装置PLC(ProgrammableLogicController)可编程序控制器为核心,用电气控制线路来实现三相异步电动机正反转,多种液体混合控制线路,利用电气控制柜实现三相异步电动机正反转,和实现多种液体按特定顺序,特定比例混合,并充分搅拌的自动控制过程。
通过PLC进行程序的编制和调试,设计、制作了三相异步电动机正反转,多种液体混合控制系统。
目录
前言
第一章PLC的介绍.................................6
1.PLC的基本概念与基本结构...................6
1.1.1PLC的基本概念.........................6
1.1.2PLC的基本结构.........................6
2.PLC的特点与应用领域........................8
1.2.1PLC的特点.............................8
1.2.2PLC的应用领域.........................9
第二章PLC的工作原理.............................11
第三章PLC程序设计.................................13
3.1PLC编程语言的国际标准.....................13
3.2S7-200的程序结构..........................14
第四章电气控制线路...............................15
4.1.常见低压电器元件..........................15
4.2电气控制线路的组成.........................22
4.3电气控制线路的工作原理.....................23
第五章项目制作
(一)..............................24
5.1.1电气控制柜内电气布置图.................24
5.1.2元器件的识别记录表.....................25
5.1.3元器件的测试报告表....................26
5.2利用控制柜实现电动机起保停的控制.........27
5.2.1PLC控制原理图.........................27
5.2.2所用元器件清单表.......................28
第六章彩灯喷泉控制.................................29
6.1彩灯喷泉PLC控制原理图...................29
6.2彩灯喷泉PLC控制接线图....................30
6.3查线中出现的问题及解决办法................30
6.4元器件检测安装及接线....................31
第七章项目制作
(二)多种液体混合系统控制............32
7.1多种液体混合机的控制要求................32
7.2多种液体混合机的流程图..................33
7.3多种液体混合机的控制原理图.............34
7.4PLC控制程序............................35
7.5绘制多种液体混合机PLC控制系统接线.....37
7.6多种液体混合机PLC控制调试的步骤..........38
7.7查线中出现的问题及解决方法............38
总结..............................................39
致谢..............................................40
参考文献...........................................41
前言
本实训通过用低压电器对三相异步电机的控制,让我们更加的了解了低压电器在电路中的保护作用,并使我们对电气的控制更加熟悉,从三相异步电机的启动,正反转,Y-△启动等项目使我们对电控有了更深的认识,在实训中我们还了解了PLC的基本知识,了解了西门子的S7-200.并用其完成了三种液体混合的项目。
本报告是在《电工技能实训指导》、《电气控制与可编程技术》等参考文献的基础上,在指导老师的悉心指导下,结合我自己总结的的实训经验与体会编写的。
全书共3章,分为三相异步电动机的控制、PLC的基础知识介绍、多种液体混合机PLC控制,另有附录。
本报告在编写过程中,受到了吴国中、刘茜老师的悉心指导,在此谨向他们表达最诚挚的感谢!
第一章PLC的介绍
1.1PLC的基本概念与基本结构
1.1.1PLC的基本概念
可编程控制器(ProgrammableLogicController)简称PLC或PC,是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适合复杂的控制任务。
PLC之所以有生命力,在于它更加适合工业现场和市场的要求:
高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。
比之单片机,它的输入输出端更接近现场设备,不需添加太多的中间部件或需要更多的接口,这样节省了用户时间和成本。
PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件,而上端一般是面向用户的微型计算机。
人们在应用它时,可以不必进行计算机方面的专门培训,就能对可编程控制器进行操作及编程。
用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务
国际电工委会在1985年的PLC标准草案第3稿中,对PLC做了如下定义:
“可编程序控制器是一种数学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,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令,并通过数字式、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设备,都应按易与使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
”从上述定义可以看出,PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机,除了能完成各种各样的控制功能外,还有与其他计算机通信联网的功能。
1.1.2PLC的基本机构
PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。
PLC的特殊功能模块用来完成默写特殊任务的。
1.CPU模块
CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成。
在PLC控制系统中,CPU相当于人的大脑和心脏,它不断的采集输入信号,执行用户程序,刷新系统的输出;存储器用来存储程序和数据。
2.I/O模块
输入模块和输出模块简称为I/O模块,它们相当于人的眼、耳、手、脚,是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号,开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号;模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。
开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备;模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。
CPU模块的工作电压一般是5v,而PLC外部的输入/输出电路的电源电压较高,例如DC24v和AC220v。
从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件,或使PLC不能正常工作。
在I/O模块中,用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路。
I/O模块除了传递信号外,还有电平转换与隔离的作用。
3.编程器
编程器用来生成用户程序,并用它来编辑、检查、修改用户程序,监视用户程序的执行情况。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表程序,因此又叫做指令编程器。
它的体积小,价格便宜,一般用来个小型PLC编程,或者用于现场调试和维护。
使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序,并且可以实现不同编程语言之间的相互转换。
程序被编译后下载到PLC,也可以将PLC中的程序上传到计算机。
程序可以存盘或打印,通过网络或电话线,还可以实现远程编程和传送。
4.电源
PLC使用AC220v电源或DC24v电源。
内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。
小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24v电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
1.2PLC的特点与应用领域
1.2.1LC的特点
1.编程方法简单易学
梯形图是使用最多的PLC编程语言,其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似,梯形图语言形象直观,易学易懂,熟悉继电器电路图的电气技术人员只要花几天P时间就可以熟悉梯形图语言,并用来编制用户程序。
2.可靠性高,抗干扰能力强
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。
3.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。
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。
4.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、不懂计算机算机从事工业控制打开了方便之门。
5.系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造
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。
6.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,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。
1.2.2PLC的应用领域
PLC已近广泛地应用在很多的工业部门,随着其性能价格比的不断提高,PLC的应用范围不断扩大,主要有以下几个方面:
1.开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域,它取代传统的继电器
电路,实现逻辑控制、顺序控制,既可用于单台设备的控制,也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.模拟量控制
在工业生产过程当中,有许多连续变化的量,如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量,必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块,使可编程控制器用于模拟量控制。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说,早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能,广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机,PLC能编制各种各样的控制算法程序,完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块,目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5.数据处理
现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。
第二章PLC的工作原理
PLC作为一种特殊形式的计算机控制系统,是利用计算机技术对传统的硬件逻辑控制系统“继电器控制”进行"硬件软化"的结果。
但在运行方式上,PLC的软件逻辑也与继电器控制系统的硬件逻辑存在根本性的区别。
继电器控制系统的硬件逻辑采用的是并行运行的方式,即如果一个继电器的线圈通电或者放电,该继电器的所有触点(不论是常开还是常闭、也不论其处于继电器线路的哪个位置上)都会立即同时动作;而PLC的软件逻辑是通过CPU逐行扫描执行用户程序来实现的,即如果一个逻辑线圈被接通或断开,该线圈的所有触点并不会立即动作,必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的这种差异,PLC在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模板等方面作了特别的考虑。
1、循环扫描:
PLC采用了一种不同于普通微型计算机的运行方式---循环扫描方式。
因为继电器控制中各类触点的动作时间一般超过100ms,因此只要PLC运行整个用户程序的时间“扫描周期”小于100ms,其运行结果与继电器控制就没有什么差别。
2、建立I/O映像区:
PLC在输入输出操作上采用定时采样、定时输出的方式。
即在一个扫描周期的固定时刻(一般在扫描周期的开始或结束)采样所有的输入点,采样结果存入RAM中一个区域(输入映像区)。
这样在执行程序时,所需的现场讯息全部从输入映像区中取用,不直接从现场取样。
同样控制讯息输出也不是采取生成一个就
输出一个的方法,而是先将它们存放在RAM中的一个区域(输出映像区),扫描周期结束时再将输出映像区中控制讯息集中输出。
通过建立I/O映像区,使PLC成为一个真正的数字采样控制系统;虽然PLC不可能像继电器控制那样随时根据现场输入实时控制现场输出状态,但只要采样周期足够短,即采样频率足够高,这样的采样系统应该完全符合实际系统的需要。
3、特殊功能模板:
由于PLC在扫描周期方面限制了用户程序的长度,这对于一般的数字量控制应该不成问题。
但实际的生产过程对PLC提出了更多得要求:
仿真量处理、死循环控制、网络通讯、高速I/O等。
对于模拟量输入输出以及简单的控制,一般是利用PLC的主CPU和一定的硬件支持,通过相应的软件来实现;其它情况由于牵涉到比较的计算量和CPU运算时间,以及PLC扫描周期的限制,一般采用自带CPU的专用模板,由模板系统软件完成相应的控制任务。
这样,这些模板与PLC主CPU并行工作,两者之间通过总线接口进行联系,主CPU定期向模板发送命令,模板也定期将自身的状态讯息发送给主CPU。
第三章PLC程序设计
3.1PLC编程语言的国际标准
与个人计算机相比,PLC的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。
各厂家的PLC编程语言和指令系统的功能和表达方式也不一致,有的甚至有相当大的差异,因此各厂家的PLC互不兼容。
IEC是为电子技术的所有领域制定全球标准的世界性组织。
IEC于1994年5月公布了PLC标准(IEC61131-3),它由以下5部分组成:
通用信息、设备预测是要求、编程语言、用户指南和通信。
其中的第三部分(IEC61131-3)是PLC的编程语言标准。
IEC61131-3是世界上第一个,也是迄今为止唯一的工业控制系统的编程语言标准。
IEC61131-3详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言:
1.顺序功能图
这是一种位于其他编程语言之上的图形语言,用来编制顺序控制程序。
顺
序功能图提供了一种组织程序的图形方法,步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元件。
2.梯形图
梯形图是使用得最多的PLC图形编程语言。
梯形图与继电器控制系统的电
路图相似,具有直观易懂的优点,很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握,特别适用于数字量逻辑控制。
有时把梯形图称为电路或程序。
梯形图由触电、线圈和用方框表示的功能块组成。
出点代表逻辑输入条件,例如外部的开关、按钮和内部条件等。
线圈通常代表逻辑输出结果,用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的标志位等。
功能块用来表示定时器、计数器或者数学运算等指令。
3.功能快图
这是一种类似于数学逻辑电路的编程语言,有数字电路基础的很容易掌握。
该程序语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系,方框的左侧为逻辑运算的输入变量,右侧为输出变量,输入、输出端的小圆圈表示“非”运算,方框被“导线”连接在一起,信号从左向右流动。
4.语句表
S7系列PLC将指令表称为语句表。
PLC的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式,由指令组成指令表程序或语句表程序。
语句表比较适合熟悉PLC和程序设计的经验丰富的程序员使用。
5.结构文本
结构文本是为IEC61131-3标准创建的一种专用的高级编程语言。
与梯形图相比,它能实现复杂的数学运算,编写的程序非常简洁和紧凑。
6.编程语言的相互转换和选用
在S7-200的编程软件中,用户可以选用梯形图、功能快图和语句表来编程,
编程软件可以自动切换用户程序使用的编程语言。
梯形图与继电器电路图的表达方式极为相似,梯形图中输入信号和输与信号之间的逻辑关系一目了然,易于理解。
语句表程序较难阅读,其中的逻辑关系很难一眼看出。
在设计复杂的数字量控制程序时建议使用梯形图语言。
但是语句表输入方便快捷,还可以为每一条语句加上注释,便于复杂程序的阅读。
在设计通信、数学运算等高级应用程序时,建议使用语句表。
梯形图的一个网络中只能有一块独立电路。
在语句表中,几块独立电路对应的语句可以放在一个网络中,但是这样的网络不能转换为梯形图。
梯形图程序一定能装换为语句表。
国内很少有人使用功能快图语言。
7.SIMATIC指令集与IEC61131-3指令集
STEP7-Micro/WIN编程软件提供了两种指令:
SIMATIC指令集与IEC61131-3指令集,前者由西门子公司提供,它的某些指令不是IEC61131-3中的标准指令。
通常SIMATIC指令的执行时间短,可以使用梯形图、功能快图和语句表语言,而IEC61131-3指令集只提供前两种语言。
IEC61131-3指令集的指令较少,其中的某些指令可以接受多种数据格式。
例如SIMAT-IC指令集的加法指令分为ADD_1(整数相加)、ADD_DI(双字整数相加)与ADD_R(实数相加)等,IEC61131-3的加法指令ADD则未作区分,而是通过检验数据格式,由CPU自动选择正确的指令。
因为IEC指令要检查参数中的数据格式,可以减少程序设计中的错误。
在IEC61131-3指令编辑器中,有些指令是SIMATIC指令集中的指令,它们作为IEC61131-3指令集的非标准扩展,在编程软件的指令树内用红色的“+”号标记。
3.2S7-200的程序结构
S7-200CPU的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。
1.主程序
主程序(OB1)是程序的主体,每一个项目都必须并且只能有一个主程序。
在
组程序中可以调用子程序和中断程序。
主程序通过指令控制整个应用程序的执行,每个扫描周期都要执行一次主程序。
STEP7-Micro/WIN的程序编辑器窗口下部的标签用来选择不同的程序。
因为各个程序都存放在独立的程序块中,个程序结束时不需要加入无条件结束指令或无条件返回指令。
2.子程序
子程序是可选的,仅在被其他程序调用时执行。
同一个子程序可以在不同的地方被多次调用。
使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。
设计得好的子程序容易移植到别的项目中去。
3.中断程序
中断程序用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作,或者不能事先预测何时发生的中断事件。
中断程序不是由用户程序调用,而是在中断事件发生时由操作系统调用。
中断程序是用户编写的。
因为不能预知何时会出现中断事件,所以不允许中断程序改写可能在其他程序中使用的存储器。
第4章电气控制线路
4.1.1常见低压电器元件
1.熔断器
(1)熔断器的用途熔断器是一种用于短路保护的电器,它具有分段能力高,安装体积小,使用维护方便等优点,他还可以起到使电路与电源隔离的作用。
(2)熔断器结构及工作原理熔断器主要由熔体和安装体的熔管或熔座两部分组成。
熔体由易熔金属铅锡合金制成丝状或片状。
熔管由陶瓷、绝缘刚纸或玻璃纤维制成,在熔体熔断时兼有熄弧作用。
熔断器的熔体与被保护电路串联。
正常情况下,熔断器的熔体相当于一根导线;而当电路发生短路时,熔体中流过很大的短路电流,电流产生的热量达到熔体的熔点是,熔体熔断切断电路,达到保护目的。
(3)熔断器的种类及型号含义常用的熔断器有RC1A系列瓷插实熔断器,RL1和RLS系列螺旋式熔断器,RM7系列无填料封闭管式熔断器,RT0系列有填料封闭管式熔断器。
此外,还有RS0系列快速熔断器,主要用于半导体整流元件的短路保护。
熔断器型号含义
(4)熔断器的选用熔断器在使用中应选用恰当。
才能既保证电路正常工作又起到保护作用。
熔断器的额定电压应大于或等于被保护线路的工作电压,熔断器额定电压应大于或等于所装熔体的额定电流。
熔体额定电流是指相当长时间流过熔体而不熔断的电流。
熔体额定电流IN可以按以下几种情况选择:
1)电炉和照明等点阻性负载,熔断器可用作过载保护,IN应稍大于或等于电路的工作电流。
2)一台电动机
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