《毕业设计(论文)-供暖气水恒压补水控制系统.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计(论文)-供暖气水恒压补水控制系统.doc（75页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：供暖气水恒压补水控制系统学生姓名：学 号：专 业：自动化班 级：自05-3指导教师：内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）供暖气水恒压补水控制系统摘 要工业锅炉属于高温、高压设备,其安全性必须放在首位。在锅炉运行时,必须保证补水压力保持在给定恒压点附近，以及把锅炉的热量及时的传送出去。本文对系统采用了PLC控制的变频调速控制方式。传感器实时的把管网的压力和锅炉的出入口温度传送给PLC,经过PLC内部的PID运算然后控制补水部分和循环部分的变频器，实时的控制管网的压力和锅炉的温度。设计利用PLC和变频器实现自动恒压补水的控制系统。采用PLC
2、内置的PID调节器，选用两台变频器分别控制补水部分的水泵和循环部分的水泵。补水部分用两个水泵，一备一用。循环部分用也用两个水泵，一备一用。基于PLC和变频器技术的恒压供水系统的组成和工作原理，给出了控制系统的硬件组成和软件设计方案。由于系统采用了可编程控制器与变频调速技术，因此具有很高的可靠性，抗干扰能力强，节能效果明显。关键词：PLC；变频器；恒压补水；PID；锅炉；Constant pressure for water supplied control system used for HeatingAbstractIndustrial boiler is classified to hig
3、h temperature and high pressure equipment, so its safety must be put prime consideration. When the boiler runs, water supplied pressure should be maintained in the vicinity of a given constant pressure, moreover, the thermal energy generated in the boiler should be sent away as soon as possible. Thi
4、s dissertation adopts PLC control frequency conversion to drag motors, The sensor transfers the temperature of the boiler and the pressure of the tunnel to the internal PLC in a real-time way, after PID calculation by PLC, PLC controls the frequency convertor contained in water supplied system and w
5、ater circulation system , which controls the pressure of the tunnel and the temperature of the boiler. This design utilizes PLC and frequency convertor automatic to actualize the automatic constant pressure water controlled system. The system adopts the PLC built-in PID adjustor and chooses two freq
6、uency convertor to control the pump of the water supplied part and the pump of water circulation part respectively. The water supplied part comprises two water pumps, one for utilization and the other for accident.The dissertation based on PLC and frequency convertor technology and introduced the co
7、mposition and the theory of constant pressure water supplied system, it also introduced the hardware and software design proposal.Since the system uses a programmable logic controller with VVVF technology, the system possesses high reliability, strong anti-interference ability and remarkable energy-
8、saving function.Keywords: PLC; Frequency convertor; Constant pressure water supplied system; PID; Boiler;目录摘 要IAbstractII目录III第一章 引言11.1设计背景11.2 系统的工艺流程及工作原理21.2.1系统的工艺流程21.3 本章小结3第二章 系统设计42.1系统设计中的PLC概述42.2系统设计中PID概述42.2.1 PID介绍42.2.2PID控制器的改进92.2.3经验凑试法整定PID参数102.3系统组成112.4本章小结12第三章 硬件设计133.1 PLC介
9、绍143.1.1 PLC简介143.1.2 PLC的基本结构143.1.3 PLC的特点163.1.4 PLC的功能173.2 PLC的选型193.3变频器介绍223.3.1变频器的分类233.3.2变频器的构成253.3.3变频器的控制方式283.4变频器选型303.4.1变频器内部功能参数设置313.5检测装置设备选型323.5.1温度传感器选型323.5.2压力传感器选型343.6 电源设计353.7电路设计363.6.1 主电路设计393.6.2控制电路的实现413.7 本章小结45第四章 软件设计464.1主要控制功能464.2 软件的实现464.3 程序流程图484.4本章小结48
10、结束语49参考文献50附录52致谢6970第一章 引言1.1设计背景目前，我国北方地区冬季生活供暖仍然以锅炉供暖为主，锅炉房自动控制系统配置相对落后，电机的控制主要依赖值班人员的手工操作，采用独立的电机对锅炉的循环及补水部分进行手动控制，对于循环泵和补水泵电机，不是让电机实时的根据系统的需要进行动态调节，只是对电机开关进行简单的开或关动作，控制过程繁琐，耗电耗煤，手动控制无法对锅炉供水温度和管网压力变化及时做出适当的反应。锅炉内部产生的热量是在时刻变化，这样，当锅炉内部产生热量多的时候也因为循环泵的问题不能有效地传递出去，造成了很大的资源浪费，同时，由于没有对管道内部的压力进行控制，使管道的压
11、力产生震荡，对设备在一定程度上造成了很大的损坏。针对这一系列的问题，采用PLC控制的变频调速系统对其进行改造，对循环泵、补水泵进行自动控制，稳定性得到大大的提高，节能效果显著；减少了对电器和机械的冲击，延长了其使用寿命，有效的减少了维护量。因此，采用PLC控制的变频调速系统不仅可大大节约能源，促进环保，而且可以提高生产自动化水平，具有显著的经济效益和社会效益恒压补水是指在小区供暖系统中用水量发生变化时，始终保持回水压力不变，这样既保证了供水能力，使系统管网压力稳定，又使供暖质量大大提高。用变频调速来实现恒压供水，与用调节阀门来实现恒压供水相比较，节能效果十分显著。其优点是：起动平稳,起动电流可
12、限制在额定电流以内,从而避免了起动时对电网的冲击；由于泵的平均转速降低了,从而可延长水泵的使用寿命；可以消除起动和停机时的水锤效应；在锅炉和其它燃烧重油的场合，恒压供油可使油的燃烧更加充分，大大地减少了对环境的污染。变频技术的迅猛发展使变频调速在各个领域得到了广泛的应用。变频调速恒压供水系统具有节能、安全、高品质的供水质量等优点，为人民生产、生活带来极大的方便，也为企业带来巨大的经济效益。交流变频器的诞生和PLC及PID控制的综合运用为水泵转速的平滑性连续恒定调节提供了方便。PID控制恒压供水调速系统实现水泵电机无级调速，依据设定量与用水量的变化自动调节系统的运行参数，在用水量发生变化时保持水
13、压恒定以满足用水要求，是当前先进、合理的节能型供水系统。在我们日常工作实践中，采用PID调节变频调速恒压供水系统主要选用两种方式：1、利用PLC自身的PID调节指令完成变频调速恒压供水控制。2、利用变频器内置的PID功能配合PLC完成变频调速恒压供水控制。1.2 系统的工艺流程及工作原理1.2.1系统的工艺流程锅炉设备是一个复杂的控制对象，在保证锅炉运行安全性和稳定性和经济性方面，采用变频器控制电动机从而实现锅炉系统的恒压补水和循环系统的稳定性。水由锅炉加热后经过管道输送到用户，然后循环流动回到锅炉进行再加热，如此循环，此过程中循环遇到的管道压力由循环电机提供。循环水泵的作用是将锅炉中的热水抽
14、送到任意高度的热用户，并促使热水克服系统阻力不断循环运行。同时，在循环过程中，由于水的汽化，管道渗漏，或者用户的不合理使用等造成循环系统总水量发生变化，需要及时的对系统进行补水。锅炉管网压力的控制采用水泵变频恒压供水，通过安装在管网上的压力变送器，把管网压力信号变成420mA的标准信号送入PLC（可编程控制器），PLC通过PID程序运算后，输出转速信号送给变频器，由变频器控制水泵电机的转速，调节水泵的供水量，使供水管网上的压力保持在给定的压力值上。当用水量超过或少于运行泵的供水量时，通过PLC控制切换进行加泵或减泵，即根据用水量的多少由PLC控制工作泵的数量增减以及变频器对运行泵的转速调节，实
15、现恒压供水的目的。温度传感器采集到信号，作为循环系统PID的反馈信号，同时，系统内部程序给出循环泵控制部分的给定，在PLC内部进行PID运算，然后系统将结果输出到PLC模拟扩展EM235的输出端口，输出420mA电流信号，信号然后送到循环泵变频器，作为变频器模拟量控制的输入，系统启动后,当温度反馈大于温度给定时，循环泵变频调速运行，PLC 对出、回水温度差进行PID运算，如果该台水泵在最高运行频率下运行，PLC 准备发出换泵指令，该状态由PLC 定时，维持一段时间后，系统开始换泵操作。PLC 对变频器发出复位信号，断开当前水泵变频接触器，经过短暂延时后闭合当前水泵工频接触器，使该循环泵投入工频
16、运行；然后再闭合备用水泵变频接触器，撤除复位信号，再向变频器发出运行指令，使备用泵变频调速运行；直到满足温差动态恒定。.循环泵投入工频运行后,由热继电器进行过载保护. 每台泵的变频回路接触器和工频回路接触器之间在内部软件互锁的基础上加入外部电气互锁,以防止PLC 故障或其它原因造成的工频回路接触器和变频回路接触器的同时吸合,导致工频电源与变频器输出端相接而损坏变频器。系统的工艺流程示意图如图1.1。 图1.1 系统的工艺流程图1.3 本章小结本章首先分析了课题的研究背景，提出了研究的目的及意义。其次阐述了系统的工作原理和系统的工艺流程。最后叙述了系统的设计目标，完成后应具备的功能和达到的技术要
17、求。第二章 系统设计2.1系统设计中的PLC概述 PLC 能控制大量的过程参数, 例如: 温度、压力、流量、液位和速度等, PID使PLC 具有闭环控制的功能, 即一个具有PID 控制能力的PLC 可用于控制过程。当过程控制中某个变量出现偏差时, PID 控制算法会计算出正确的输出, 把变量保持在设定值上。以PLC 为主机的控制系统丰富了系统的控制功能, 提高了系统的可靠性。在有模拟量的控制系统中, 经常用到PID 运算来执行PID 回路的功能, PID 回路指令使这一任务的编程和实现变得非常容易。对于PLC内部的PID运算，其输出作为控制补水泵变频器和循环泵变频器的信号。实际中用水量大部分时
18、间处于较低的状态，也就是说大部分时间只有一台水泵工作，这就存在着某台水泵寿命缩短的隐患，因此需长时期用一台水泵工作的情况下需要两台水泵交替工作。2.2系统设计中PID概述PID(Proportional-Integral-Derivative),即比例、积分、微分，指的是一项流行的线性控制策略。在PID控制中，差值信号（受控系统的压力与实际压力之间的差值）在加到压力控制电源驱动电流之前先分别以三种方式（比例、积分、微分）被放大。比例增益向错误信号提供瞬时响应。积分增益求出错误信号的积分，并将错误减低到接近零的水平。积分增益还有助于过滤掉实测压力信号的噪音，微分增益使驱动依赖于实测压力的变化率，
19、正确用微分增益能缩短响应定位点改变或其他干扰所需的稳定时间。然而，在许多情况下，比例积分（PI：Proportional-Integral,没有微分增益）控制策略也可以产生满足要求的结果，而且通常要比完全的PID控制器更容易调整到稳定的运行状态，并获得符合要求的稳定时间。2.2.1 PID介绍S7200系列的PLC都有配套的STEP7-MICRO/WIN32编程软件，该软件可以在PC机上运行，为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供良好的编程环境。STEP7一Micro/WIN提供了PID指令向导，指导使用者定义一个闭环控制过程的PID算法，该算法程序由编程软件自动插入到主程序中。在稳态运行时
20、，PID控制器调节其输出值以驱使误差为零。误差由给定点（SP,希望值）与过程变量（PV，实际值）之差来确定。PID控制的原理基于下面的方程，它描述了输出M（t）与比例项、积分项和微分项的运算参数关系： 式(2.1) 输出 比例项积分项微分项式中：为回路控制算法的输出（为时间的函数）；为回路增益；e为误差（给定值与过程变量之差）；为回路控制算法输出的初始值。为了在数宇式计算机中实现这一控制功能，上式所描述的连续函数必须先进行离散化，即误差进行周期性的采样井什算输出值。这一离散形式可表达为下列方程： 式(2.2) 输出 比例项 积分项 微分项式中：为在采样时刻计算出的回路控制输出值；为回路增益；为
21、在采样时刻n的回路误差；为上次误差（即在采样时刻n-1的误差）；为积分项的比例系数；为回路输出的初始值；比为微分项的比例系数。由此方程可看出，积分项包括自第一次采样到当前采样时刻的所有误差；微分项由本次和上次采样值所诀定；而比例项仅由本次采样值所诀定。在数字计算机中要存储所有采样的误差值是不实际的，也是不必要的。因为自第一个采样时刻开始，每次采样获得一个误差，要由数字计算机来计算一次输出，所以只需将上一次的误差值和上一次的积分项存储。利用数字计算机的迭代运算，可将上式化为递推形式。简化形式如下： 式(2.3)输出 比例项 + 积分项 + 微分项式中：为在采样时刻计算出的回路控制输出值；为回路增
22、益；为在采样时刻的回路误差；为上次误差（即在采样时刻n-1的误差）；为积分项的比例系数；MX为上次（即在采样时刻n1）积分项；为微分项的比例系数。CPU将上述简化形式再进一步组合、简化，即得下面的方程，用来实际计算回路控制的输出值： 式(2.4)输出 比例项积分项微分项式中：为在采样时刻n所计算出的回路控制输出；为在采样时刻n所算出的比例项；为在采样时刻所算出的积分项；为在采样时刻n所算出的微分项。1.比例项比例项MP为增益(用于控制输出的敏感度）和误差（为给定值SP与过程变量PV在给定采样时刻的差值）的乘积。CPU采用的计算比例项的方程如下 ： 式(2.5)式中：为在采样时刻n的回路控制输出
23、中的比例项；为回路增益；为在采样时刻n的给定值为在采样时刻n的过程变量值。2.积分项积分项MI正比于历次采样时刻的误差的累积值。采用的计算积分项的方程如下： 式(2.6)式中：为在采样时刻n的回路控制输出中的积分项；为回路增益；为采样周期；为积分时间常数；为在采样时刻的给定值；为在采样时刻的过程变量值； MX为在采样时刻n-1的积分项（也称为积分和）。积分和MX是所有采样时刻的积分项的总和。每计算一次，积分和MX就以的值更新一次（它可被进一步调整或限幅。积分和的初始值通常调定为，还有几个常数与积分项有关，即增益、采样周期和积分时间常数。3.微分项微分项正比于误差的变化。其方程为： 式(2.7)
24、为了实现在给定值改变时控制输出的无扰动切换，假定给定值为常数，则可将上式化为计算过程变量的变化，而不是计算误差的变化，如下： 式(2.8)即为： 式(2.9)式中： 为在采样时刻n的回路控制输出中微分项；为回路增益；为采样周期；为微分时间常数；为在采样时刻n的给定值；回为在采样时刻n-1的给定值；为在采样时刻n的过程变量值；为在采样时刻n-1的过程变量值。为了下一个采样时刻计算微分项之用，应将过程变量值（而不是误差）存储起来。第一采样时刻时将初始化为值。S7-200 PID功能输入一般需模拟输入，以反映被控制的物理量的实际数值反馈。用户设定的调用目标值为给定。PID运算的实质就是根据反馈与给定
25、的相对差值，按照PID运规律计算出结果，输出到变频器驱动水泵电机变速运。在S7-200中PID功能是通过PID指令功能块现的。通过定时（按照采样时间）执行PID功能块。按照PID运算规律，根据当时的给定、反馈、比积分微分数据，计算出控制量。PID功能块根据一个PID回路表交换数据，这个表是在数据存区中开辟的，长度为36字节。因此每个PID功能在调用时需要指定两个要素：PID控制回路号，及控制回路表的起始地址（以VB表示）。选择的是西门子S7-200系列的CPU226，S7-200 CPU226回路表包含9个参数，用来控制和监视PID运算。这些参数分别是过程变量当前值,程变量前值，给定值，输出变
26、量，增益，采样时间，积分时间，微分时间和积分项前值MX。36个字节的回路见表2.1.若要以一定的采样频率进行PID运算，采样时间必须输入到回路表中。且PID指令必须编入定时发生的终端程序中，或者在主程序中由定时器控制PID指令的执行频率。若不需要微分项（即为PI算法），则应将微分时间常数设置为0。若不需要比例项（即为ID算法或I算法），则应将回路增益设置为0。 表2.1 PID指令回路表地址偏移变量名称格式类型描述+0过程变量双字-实数输入过程变量 0.0-1.0+4给定值双字-实数输入给定值 0.0-1.0+8输出变量双字-实数输入/输出输出值0.0-1.0+12增益双字-实数输入增益是比例
27、常数+16采样时间双字-实数输入单位为秒 正数+20积分时间双字-实数输入单位为分钟 正数+24微分时间双字-实数输入单位为分钟 正数+28积分项前值MX双字-实数输入/输出积分前项 必须在0.0-1.0+32过程变量前值双字-实数输入/输出最近一次PID运算过程变量值，必须在0.0-1.0之间对于PID回路的控制，有些控制系统只需要比例、积分、微分其中的一种或几种控制类型。通过设置相关的参数即可选择所需的回路控制类型。回路控制的功能组合的选择可通过对相关参数（常数）的设定来完成。若不需要积分项（即为PD算法），则应将积分时间常数设置为无穷大，由干积分和的初始值不一定为0，故即使无积分作用，积
28、分项也并不是一定为0。2.2.2PID控制器的改进计算机控制是一种比较准确的控制方式，只要系统偏差存在且.大于传感器的精度范围，计算机就不断进行控制量增量的计算，并输出相应的控制信号给执行机构，改变执行机构的状态，这样容易产生某些动作过于频繁而引起振荡。为避免控制动作过于频繁以消除振荡，在实际工程应用中，通常在PID控制系统中增加一个死区环节，如图2.2所示，相应的算式为 式（2.10）图2.2带死区的PI D控制能够框图其中为人为设定的一个死区，是一个可调参数，其具体数值可根据实际控制对象由试验确走。太小，使调节过于频繁，达不到稳定控制量的目的；太大，则系统将产生较大的滞后。在锅炉的燃烧控制
29、系统中，为避免风机和炉排转速频繁地改变，可适当地为出水温度设定一个死区，如土1。在锅炉控制系统中，当启动/停止电机或大幅度改变温度、压力等设定值时，由于短时间内产生很大的偏差，往往会产生严重的积分饱和现象，以致造成很大的超调和长时间的振荡。为克服这个缺点，可采用积分分离的方法，即偏差e(k)较大时，取消积分作用;当偏差e(k)较小时才将积分作用投入。亦即：判e(k)时，采用PD控制；当e(k)时，采用PID控制。积分分离阀值应根据具体对象及控制要求确定。例如出水温度的控制，可以选定为5或10等，依据控制精度要求而定。综上所述，锅炉控制系统中燃烧控制和水泵控制所采用的PID控制方式，作出死区设定
30、和积分分离两项改进措施，以达到稳定控制温度和压力等信号的目的。2.2.3经验凑试法整定PID参数PID控制器参数整定主要整定比例系数、积分时间和微分时间等参数。增大比例系数一般会加快系统的响应，在有静差的情况下有利于消除静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变差。增大积分时间常数，相当于减小积分系数，积分作用减弱，有利于减小超调，减小振荡，但系统静差的消除将随之变慢。增大微分时间常数有利于加快系统响应，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在凑试时，可参考3个参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例，后积分，再微分的整定步骤。(1) 首先整定比例部分。即
31、将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直到反应快，超调小的响应曲线。如果系统没有消除静差或静差已小到允许范围内，并且响应曲线己属满意，那么只须用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。(2) 如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则须加入积分环节，整定时首先置积分时间为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为减小(如缩小为原值的0.8倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据控制效果反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程和整定参数。(3) 若使用比例积分调节器(PI控制器)消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意
32、，则可加入微分环节，构成完整的PID控制器。在整定时，可先置微分时间为零。在第二步整定的基础上，增大，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。2.3系统组成系统运行时，按下1，2号循环泵选择开关和1，2号补水泵选择开关，系统可以开始运行，温度传感器采集到信号，作为循环系统PID的反馈信号，同时，系统内部程序给出循环泵控制部分的给定，在PLC内部进行PID运算，然后系统将结果输出到PLC模拟扩展EM235的输出端口，输出420 mA 的标准电流信号，信号然后送到循环泵变频器，作为变频器模拟量控制的输入，系统启动后,当温度反馈大于温度给定时，循环泵变频调速运行，
33、PLC 对出、回水温度差进行PID运算，如果该台水泵在最高运行频率下运行，PLC 准备发出换泵指令，该状态由PLC 定时，维持一段时间后，系统开始换泵操作。PLC断开当前水泵变频接触器，对变频器发出复位信号，经过短暂延时后闭合当前水泵工频接触器，使该循环泵投入工频运行；然后再闭合备用水泵变频接触器，撤除复位信号，再向变频器发出运行指令，使备用泵变频调速运行；直到满足温差动态恒定。.循环泵投入工频运行后,由热继电器进行过载保护. 每台泵的变频回路接触器和工频回路接触器之间在内部软件互锁的基础上加入外部电气互锁,以防止PLC 故障或其它原因造成的工频回路接触器和变频回路接触器的同时吸合,导致工频电
34、源与变频器输出端相接而损坏变频器.补水部分压力传感器采集到信号，作为补水系统PID的反馈信号，同时，系统内部程序给出补水泵控制部分的给定，在PLC内部进行PID运算，然后系统将结果输出到PLC模拟扩展EM235的输出端口，输出420 mA 的标准电流信号，信号然后送到补水泵变频器，作为变频器模拟量控制的输入，系统启动后,当压力反馈大于压力给定时，补水泵变频调速运行，PLC 对压力信号进行PID运算，如果该台水泵在最高运行频率下运行，PLC 准备发出换泵指令，该状态由PLC 定时，维持一段时间后，系统开始换泵操作。PLC断开当前水泵变频接触器，对变频器发出复位信号，经过短暂延时后闭合当前水泵工频
35、接触器，使该循环泵投入工频运行；然后再闭合备用水泵变频接触器，撤除复位信号，再向变频器发出运行指令，使备用泵变频调速运行；直到满足压力动态恒定。.补水泵投入工频运行后,由热继电器进行过载保护. 每台泵的变频回路接触器和工频回路接触器之间在内部软件互锁的基础上加入外部电气互锁,以防止PLC 故障或其它原因造成的工频回路接触器和变频回路接触器的同时吸合,导致工频电源与变频器输出端相接而损坏变频器。另外，系统还采用了两个电磁阀，一个是在补水系统的蓄水池的进水口处，蓄水池内有两个浮球开关，一个处于高位、一个处于低位。通过二者在不同水位的不同的继电器接点输出作为PLC的输入，从而控制补水系统的蓄水池的电
36、池阀，水池水位低时，打开电池阀开始注水，水池水位高时，关闭电池阀，注水结束。另一个电池阀在锅炉的上部，当系统管网的压力高于危险压力时，打开这个电池阀，开始放水，并且开始报警。整个系统由可编程序控制器（PLC）、变频器（循环部分和补水部分各一台）、温度传感器2台、压力传感器1台、温度变送器2台、循环部分电机2台和补水部分电机2台组成。2.4本章小结 本章主要根据系统的工艺要求，介绍了系统用到的PID算法，最后对系统的组成进行分析，便于下章对系统各部分进行选型确定。第三章 硬件设计随着PLC功能的不断完善和提高，PLC几乎可以完成工业领域的所有控制任务。但是PLC还是有最适合它的应用场合，所以接到
37、一个控制任务以后，要分析被控对象的控制过程和要求，看看用什么控制设备来完成该任务最合适。其实现在的可编程不仅处理开关量，而且对模拟量的处理能力也很强。所以在很多情况下也可以取代工业控制计算机（IPC）作为主控器。控制对象以及控制装置确定后，还要进一步确定PLC的控制范围。一般来说，能够反映生产过程的运行情况，能用传感器直接测量的参数，控制逻辑复杂的部分都由PLC控制来完成。当某一个控制任务决定由PLC来完成后。选择PLC就成为最重要的事情。一方面是选择多大容量的PLC，另一方面是选择什么公司的PLC以及外设。首先要对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O模拟量I/O以
38、及这些I/O点的性质。I/O点的性质主要是指他们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压。控制系统输出点的类型非常关键，如果它们之中既有交流220V的接触器、电磁阀、指示灯，则最后选用的PLC的输出点有可能大于实际点数。因为PLC的输出点一般是几个一组共用一个公共端，这一组的输出只能有一个电源的种类和等级。对于第二个问题，则有以下几个方面要考虑：1、功能方面：所有PLC一般都具有常规的功能，但是对于某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表以及上位机之间灵活方便的通讯要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量有特殊要求的；或对PLC的位置控制有
39、特殊要求等。这就要求用户对市场上流行的PLC品种有一个详细的了解，以便做出正确的选择。2、价格方面：不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。在使用PLC较多的情况下，这样的差价必须是需要考虑的。3、个人喜好方面：有些工程技术人员对某种品牌的PLC熟悉，所以一般比较喜欢使用这种产品。3.1 PLC介绍3.1.1 PLC简介 可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller），是一种在传统的继电器控制系统的基础上，与3C 技术（Computer，Control，Communication）相结和而不断
40、发展完善起来的新型工业控制装置，具有使用方便、编程简单、可靠性高、易于雏护等优点，在工业控制领域应用得十分广泛。目前已从小规模的单机顺序控制发展到过程控制、运动控制等诸多领域，无论是老设备的技术改造还是新系统的开发，设计人员都倾向于采用它来进行设计。PLC的应用面广，功能强大、使用方便，己经成为当代工业自动化的主要装置之一在工业生产的所有领域得到了广泛的应用，在其他领域（例如民用和家庭自动化）的应用也得到了迅速的发展。3.1.2 PLC的基本结构 PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（见图3.1）。有的PLC还可以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。1、CPU模块 CP
41、U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模块相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。2、I/O模块 PLC要想取代继电器控制，首先要解决外部设备的直接输入问题。由于当时主要集中在开关量控制，也就是开关量（触点的开闭状态）如何直接接入PLC并被PLC所识别，对此就需要解决以下几个问题：有源接入，无源接入，绝缘问题，隔离问题和互相干扰问题。PLC就是一个计算机控制系统，在其发展过程，人们曾将计算机直接用于工业控制，但是由于以下两大问题没有解决好而难以发展：一是I/O（输入/输出）问题，计算机不能直接和工业现场设
42、备连接限制了应用；二是计算机的I/O功能，开关逻辑处理不够丰富和强大。现在的PLC成功的解决了这两个方面的问题，可以让PLC和外部设备直接进行物理的连接。计算机的内部提供了丰富的从位逻辑到双字运算的强大的运算功能，使其能够完成复杂的控制功能，这也是PLC能够迅速发展的原因。输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为I/O模块,它们是系统的眼、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、压力继电器等过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
43、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。图3.1 PLC控制系统示意图CPU模块的工作电压一般是5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。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、光电晶闸管、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，并用它进行编辑、检查
44、、修改和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。只能输入和编辑指今表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型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的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。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，还可以实现远程编程和传送。4、电源PLC一般使用220V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC5V，+12V，-12V， 24V等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的
45、电子传感器（如接近开关）提供24V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。3.1.3 PLC的特点1、编程方法简单易学梯形图是使用得最多的PLC的编程语言，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需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，PLC在执行梯形图程序时，将它“翻译”成汇编语言后再去执行。2、功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能购继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PL
46、C可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品己经标准化、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，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方使快速地适应工艺条件的变化。4、可靠往高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由子触点接触不良，容易出现故障。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元件，接线可减少到继电器控制系统的十分之一到百分之一，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC使用了一系列硬件和软仲抗扰扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已彼广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。5、系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很客易掌握。对于