PLC控制柜知识.docx

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PLC控制柜知识

∙  PLC控制柜的组成部分

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∙  1、空开：

一个总的空气开关，这个是整个柜体的电源控制。

相信每个柜子都必须要有的一个东西。

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∙  2、PLC：

这个要根据工程需要选择。

打个比方如果工程小可以直接就是一个一体化的PLC但如果工程比较大可能就需要模块、卡件式的，同时还可能需要冗余（也就是两套交替使用）。

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∙  3、24VDC的电源：

一个24VDC的开关电源，大多数的PLC都是自带24VDC的电源，根据是否确实需要来定是否要这个开关电源。

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∙  4、继电器：

一般PLC是可以直接将指令发到控制回路里，但也可能先由继电器中转。

打个比方，如果你PLC的输出口带电是24VDC的，但是你的控制回路里画的图需要PLC供的节点却是220VAC的，那么你就必须在PLC输出口加上一个继电器，即指令发出时继电器动作，但后让控制回路的节点接到继电器的常开或常闭点上。

也是根据情况选择是否使用继电器。

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∙  5、接线端子：

这个肯定是每个柜子都必不可少的东西根据信号数量可以配置。

如果只是一个单纯的PLC控制柜基本就是需要这些玩意，如果你的控制柜内还需要有其他的东西就看情况增加。

比方说你有可能要对某些现场的仪表或者小控制箱供电，可能你就得要增加空开数量。

或者你要PLC接至上位机，可能就需要增加交换机什么的。

视情况而定。

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∙  PLC控制柜可完成设备自动化和过程自动化控制，实现完美的网络功能，性能稳定、可扩展、抗干扰强等特点，是现代工业的核心和灵魂。

可以根据用户需求量身设计PLC控制柜、变频柜等，满足用户要求，并可搭配人机界面触摸屏，达到轻松操作的目的。

设备更可与dcs总线上位机modbus、profibus等通讯协议的数据传输；工控机、以太网等实现的控制和监控。

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∙  PLC应用领域

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∙  典型应用：

水处理、恒压供水、空压机、风机水泵、中央空调、港口机械、机床、锅炉、造纸机械、食品机械等等。

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∙  PLC控制柜概述

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∙  PLC综合控制柜具有过载、短路、缺相保护等保护功能。

它具有结构紧凑、工作稳定、功能齐全。

可以根据实际控制规摸大小，进行组合，既可以实现单柜自动控制，也可以实现多柜通过工业以太网或工业现场总线网络组成集散（DSC）控制系统。

PLC控制柜能适应各种大小规模的工业自动化控制场合。

广泛应用在电力、冶金、化工、造纸、环保污水处理等行业中。

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∙  PLC控制柜使用条件

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∙  供电电源：

DC直流24V，两相交流220v，（-10%，+15%），50HZ

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∙  防护等级：

IP41或IP20

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∙  环境条件：

环境温度在0℃-55℃，防止太阳光直接照射；空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。

远离强烈的震动源，防止震动频率为10-55HZ的频繁或连续震动。

避免有腐蚀和易燃的气体。

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∙  基本结构

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∙  可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：

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∙  一、电源

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∙  可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

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

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∙  二、中央处理单元（CPU）

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∙  中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。

它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

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∙  为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

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∙  三、存储器

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∙  存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

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∙  存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

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∙  四、输入输出接口电路

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∙  1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

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∙  2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

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∙  五、功能模块

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∙  如计数、定位等功能模块。

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∙  六、通信模块

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∙  工作原理：

当可编程逻辑控制器投入运行后，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，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

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∙  1、输入采样阶段

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∙  在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

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∙  2、用户程序执行阶段

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∙  在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

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∙  即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

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∙  在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。

即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。

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∙  3、输出刷新阶段

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∙  当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

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∙  功能特点：

可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。

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∙  1、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

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∙  2、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

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∙  3、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。

∙摘要：

本文介绍了基于西门子触摸屏与PLC闭环控制的变频器节能改造系统，　触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用，可以让操作者在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。

并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能。

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∙　　西门子触摸屏结合西门子PLC在闭环控制的变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势。

触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用，可以让操作者在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。

并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数，实现报警、记录等功能。

一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。

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∙           图1触摸屏结合PLC控制的变频节能系统示意图

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∙2、闭环控制的变频节能系统用途

　　闭环控制的变频节能系统用途很广，各种场合的变频节能系统的拖动方式及控制方式各有不同，具体应用时应根据实际情况选择设计。

下面列举一些：

中央空调节能：

冷冻泵、冷却泵、主机、却塔风机、风机盘管等。

恒压供水：

水厂一、二级泵，供水管网增压泵、大厦供水水泵等

锅炉：

引风机、送风机、给水泵等，变频节能系统的控制调节预处理信号由锅炉自动控制系统、DCS或多冲量控制系统给出。

汽轮机：

循环泵、凝结泵等，其控制调节预处理信号由汽轮机自动控制系统及DCS给出。

纯水处理系统：

软化水泵、增压泵等。

洁净室：

增压风机、FFU群控等等。

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∙3、整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用

（1）PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列：

由CPU224XP、DIDO模块、AIAO模块组成。

PLC作为控制单元，是整个系统的控制核心。

其主要的作用要体现以下几方面：

①完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。

②完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。

③向触摸屏提供所采集及处理的数据，并执行触摸屏发出的各种指令。

④将PID运算的数据结果转换成模拟信号，作为调节变频器的输出频率的控制信号。

⑤通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。

（2）触摸屏采用SIEMENS公司MP370：

其主要作用如下

①可实时显示设备和系统的运行状态。

②通过触摸向PLC发出指令和数据,再通过PLC完成对系统或设备的控制。

③可做成多幅多种监控画面，替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等，且功能更加强大。

（3）变频器：

采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部的部分参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC。

（4）压力、温度等传感器：

将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC。

（5）电气元件：

给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。

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∙4、触摸屏画面设计

　　触摸屏画面由ProTool等专用软件进行设计，然后先通过编程电脑调试，合格后再下载到触摸屏。

触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内，各画面之间尽量做到可相互及强制切换。

（1）主画面的设计

　　一般的，可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面，该画面可进入到各分画面。

各分画面均能一步返回主画面。

若是将被控主系统画面作为主画面，则应在画面中显示被控系统的一些住要参数，以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。

（2）控制画面的设计

　　该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数，也可将变频器参数的设定做在其中。

该种画面的数量在触摸屏画面中占的最多，其具体画面数量由实际被控设备决定。

（3）参数设置页面的设计

　　该画面主要是对变频器的内部参数进行设定，同时还应显示参数设定完成的情况，实际制做时还应考虑加密的问题。

（4）实时趋势页面的设计

　　该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数（如输出频率）等的实时状态。

（5）信息记录页面的设计

　　该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。

另外该画面还可记录各设备启停操作，作为凭证。

（6）节能画面的设计

　　该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态，以便向用户展示变频节能的好处，也可用来与其它的节电测量作比较。

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5、PLC程序设计

　　PLC程序由S7-200专用编程软件进行设计，然后通过编程电脑下载到PLC进行联机调试，合格后即可使用。

PLC在编程前应先对各功能程序段的地址进行规划，以免重复使用同一地址，造成误动。

（1）逻辑功能的设计

　　这部分程序主要是完成各变频器、水泵（或风机）的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能，一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。

（2）PID功能的设计

　　通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序，具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。

（3）采样程序的设计

　　采样元件使用标准配置时，应注意采样AD转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套，实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。

（4）PLC与变频器通信程序的设计

　　SIEMENSS7-200PLC与SIEMENS430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成，该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。

（5）其它辅助程序的设计

　　PLC程序在实际编程过程中，需考虑对一些程序进行修补，尽量减少程序漏洞，反复推敲，不断的总结完善。

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结束语

　　在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个中央空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统，提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。