【正文】 活方便。 ③計(jì)數(shù)控制,PLC 具有計(jì)數(shù)控制功能,它可以提供若干個(gè)計(jì)數(shù)器,設(shè)置了計(jì)數(shù)指令,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以在運(yùn)行時(shí)讀出,也可以在運(yùn)行時(shí)修改。 ④步進(jìn)控制, PLC具有步進(jìn)控制功能,可以在一道工序完成后,再進(jìn)行下一步工序,并且設(shè)置了移位寄存器。 ⑤“模數(shù)”和“數(shù)?！鞭D(zhuǎn)換功能,有些PLC 具有“模數(shù)”(A/D) 和“數(shù)?！?D/A) 轉(zhuǎn)換功能,能完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。 ⑥通信和聯(lián)網(wǎng):有些PLC 采用了通信技術(shù),可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的I/0 控制,即PLC 之間同位鏈接或由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái)PLC 可以構(gòu)成“集中管理,分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)。采用繼電器控制。繼電器控制邏輯自20世紀(jì)20 年代問(wèn)世以來(lái),一直是機(jī)電順序控制的主流,由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,價(jià)格低廉,所以使用范圍甚廣。其缺點(diǎn)是動(dòng)作速度慢,可靠性差,采用微電腦技術(shù)的PLC 的出現(xiàn),使得繼電器控制邏輯更加遜色, PLC與繼電器控制系統(tǒng)的比較如下：　　 (1) 控制方式：　　 繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。　　 PLC采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，稱軟接線?！　?(2) 控制速度　　 繼電器控制邏輯是依觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，毫秒級(jí)，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象?！　?PLC是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級(jí)，嚴(yán)格同步，無(wú)抖動(dòng)?！　?(3) 延時(shí)控制　　 繼電器控制系統(tǒng)是時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí)間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難?！　?PLC用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間方便，不受環(huán)境影響。采用單片機(jī)控制。PLC適合工業(yè)場(chǎng)合，單片機(jī)更多的適應(yīng)民用場(chǎng)合，因其可靠性、穩(wěn)定性較PLC有一定差距，但是綜合成本低，適合大批量使用，而PLC不行，PLC更多適用于較大的工程或者需要非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)場(chǎng)合。PLC是一個(gè)帶有CPU、存儲(chǔ)器、I/O、系統(tǒng)軟件和支持系統(tǒng)的專用面向過(guò)程控制的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)是一個(gè)帶CPU、內(nèi)存的裸計(jì)算機(jī)。PLC系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格高，但只要編寫簡(jiǎn)單的用戶程序就可以直接在工業(yè)上應(yīng)用。單片機(jī)功能靈活，但開發(fā)應(yīng)用都要從底層做起，功能由開發(fā)者水平?jīng)Q定，應(yīng)用也不只是在過(guò)程控制。通過(guò)將PLC 控制與繼電器、單片機(jī)等控制進(jìn)行區(qū)別比較, 可以看出,PLC 是一種更適合用于工業(yè)自動(dòng)化控制的微電腦,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),環(huán)境適應(yīng)范圍廣,控制可靠性高,易于學(xué)習(xí)和掌握,控制邏輯修改容易,調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn),正好符合鍋爐控制需要安全可靠、性能優(yōu)越的要求，因此在本次畢設(shè)中用它來(lái)完成對(duì)燃油鍋爐電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。PLC的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言；助記符語(yǔ)言；流程圖（SFC）語(yǔ)言。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路是先弄清楚鍋爐的工作過(guò)程，然后按照鍋爐工作要求畫出整個(gè)系統(tǒng)的大概流程示意圖，最后再使用梯形圖語(yǔ)言編程序。系統(tǒng)流程見圖21，詳細(xì)程序梯形圖見附錄3。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)總電路接通開 始燃油預(yù)熱引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)噴 油點(diǎn) 火水泵電機(jī)1啟動(dòng)水泵電機(jī)2啟動(dòng)排 水停機(jī)結(jié)束壓力正常？水位偏低？水泵電機(jī)1壞？水位偏高？水位危險(xiǎn)？圖2 程序流程圖3 可編程控制器 可編程控制器的分類目前，在中國(guó)市場(chǎng)最具競(jìng)爭(zhēng)力的PLC有西門子和三菱公司。三菱公司的產(chǎn)品有：Q系列 、QnA系類、AnS 系列、A系列，此四種系列為模塊式大型PLC，最大容量為8K點(diǎn)；FX 系列為小型PLC，單元式，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)。西門子公司產(chǎn)品有：S7200為微型PLC，單機(jī)最大容量為256點(diǎn)；S7300為小到中型PLC單機(jī)最大容量為11K點(diǎn)；S7400為大到超大型PLC，單機(jī)可組態(tài)點(diǎn)數(shù)過(guò)萬(wàn)點(diǎn)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求以及學(xué)校提供的可試驗(yàn)條件，選擇使用三菱FX2N系列PLC。 可編程序控制器的組成及各部分的作用 PLC的基本組成PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，只不過(guò)它比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程想連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語(yǔ)言，故PLC與計(jì)算機(jī)的組成十分相似。從硬件結(jié)構(gòu)看，它也有中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、電源等。如圖31所示。 輸入接口編 可編程控制器程編程器 器 單板機(jī) 電源接口擴(kuò)展 輸出 存儲(chǔ)器及接口 接口 后備電池圖 31 PLC結(jié)構(gòu)圖PLC的輸入/輸出示意圖如圖32所示：圖32 輸入∕輸出示意圖 PLC各組成部分的作用(1)中央處理器CPU 與一般的計(jì)算機(jī)一樣，CPU是PLC的核心，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC進(jìn)行工作，起主要任務(wù)有：控制從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過(guò)I/O部件接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷PLC內(nèi)部電路的工作故障和編程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等；PLC進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算術(shù)運(yùn)算等；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像存儲(chǔ)器的內(nèi)容，再經(jīng)過(guò)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。(2)存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩部分。系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來(lái)存放由PLC生產(chǎn)廠商編寫的系統(tǒng)程序，并固化在ROM內(nèi)，用戶不能直接更改。它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。系統(tǒng)程序質(zhì)量的好壞，很大程度上決定了PLC的性能，其內(nèi)容主要包括三部分，第一部分為系統(tǒng)管理程序，它主管控制PLC的運(yùn)行，使整個(gè)PLC按部就班的工作；第二部分為用戶指令解釋程序，通過(guò)用戶指令解釋程序，將PLC的編程語(yǔ)言變?yōu)闄C(jī)器語(yǔ)言指令，再有CPU執(zhí)行這些指令；第三部分為標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)用，它包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序。(3)輸入/輸出接口 它是PLC與外界連接的接口。輸入接口用來(lái)接收和采集兩種類型的輸入信號(hào)，一類是由按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、繼電器觸頭、接近開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)等的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器等來(lái)模擬量輸入信號(hào)。輸出接口用來(lái)連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件。(4)電源 小型整體式可編程序控制器內(nèi)部有一個(gè)開關(guān)式穩(wěn)壓電源。此電源一方面可為CPU板、I/O板及擴(kuò)展單元提供工作電源；另一方面可為外部輸入元件提供電源。(5)外部設(shè)備 編程器:它的作用是為用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。盒式磁帶機(jī):用以記錄程序或信息。打印機(jī):用以打印程序或制表。EPROM寫入器:用以將程序?qū)懭氲接脩鬍PROM中。高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng):用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀況。 PLC的工作過(guò)程及特點(diǎn) PLC的工作過(guò)程 PLC的工作過(guò)程是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。 PLC的工作過(guò)程可分為三部分：第一部分是上電處理。機(jī)器上電后對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模塊配置檢查，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。第二部分是掃描過(guò)程。PLC上電處理完成以后進(jìn)入掃描過(guò)程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新。當(dāng)CPU處于STOP方式時(shí)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診檢查。當(dāng)CPU處于RUN方式時(shí)，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。第三部分是出錯(cuò)處理。PLC每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定PLC自身的動(dòng)作是否正常，如CPU、電池電壓、程序存儲(chǔ)器、I/O、通信等是否異?；虺鲥e(cuò)，如檢查出異常時(shí)，CPU面板上的LED及異常繼電器會(huì)接通，在特殊寄存器中會(huì)存入出錯(cuò)代碼，當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)，CPU被強(qiáng)制為STOP方式，所有的掃描停止。當(dāng)PLC處于正常工作時(shí)，它將不斷重復(fù)的掃描工作過(guò)程，如果我們對(duì)遠(yuǎn)程I/O特殊模塊和其他通信服務(wù)暫不考慮，這樣掃描過(guò)程就只剩下了“輸入采樣”，“程序執(zhí)行”、“輸出刷新”三部分。(1)輸入采樣階段 PLC在輸入采樣階段，首先掃描所有輸入端子，并將各輸入狀態(tài)存入內(nèi)存中各對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器中。此時(shí)，輸入映像寄存器被刷新。接著，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段，才重新寫入輸入端的新內(nèi)容。(2)程序執(zhí)行階段 根據(jù)PLC梯形圖程序掃描原則，PLC按先左后右，先上后下的步序語(yǔ)句逐句掃描。但遇到程序跳轉(zhuǎn)指令，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序的跳轉(zhuǎn)地址。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，PLC就從輸入映像寄存器中“讀入”上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器“讀入”對(duì)應(yīng)元件映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果再存入元件映像寄存器中。(3)輸出刷新階段 在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 PLC的特點(diǎn) PLC具有邏輯運(yùn)算功能，可以實(shí)現(xiàn)各種通斷控制。①定時(shí)控制 ②計(jì)數(shù)控制 它為用戶提供幾十個(gè)甚至上千個(gè)計(jì)時(shí)器，其計(jì)時(shí)時(shí)間設(shè)定值，既可以由用戶設(shè)定，也可以由操作人員在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)人—機(jī)對(duì)話裝置實(shí)時(shí)設(shè)定。 ③步進(jìn)控制 ④PID控制 PLC可以解模擬量輸入和輸出模擬量信號(hào)。通常采用專門的PID控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。⑤數(shù)據(jù)處理 ⑥通信和聯(lián)網(wǎng)PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活，方便的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的，這就使得PLC具有其他控制器所無(wú)法相比的特點(diǎn)。 FX2N4AD模擬轉(zhuǎn)換器(1)特點(diǎn)：① 提供12位高精度分辨率 ② 4通道電壓輸入（10V～+10V）或電流輸入（20～20mA）。③ 每一通道都可以指定電壓或電流輸入。④ FX2N最多可連接8臺(tái)。⑤ FX2N4AD的性能指標(biāo)如表31所示表31 FX2N4AD的性能指標(biāo)項(xiàng) 目電壓輸入 電流輸入根據(jù)是電流輸入還是電壓輸入，使用端子有不同模擬量輸入范圍DC10～+10V（輸入電阻200KΩ）絕對(duì)最大電壓輸入VDC20～20mA（輸入電阻250Ω）絕對(duì)最大輸入30mA數(shù)字輸出范圍帶符號(hào)位12位二進(jìn)制分辨率5mV(10V1/2000)20181。A(20mA1/1000)綜合精確度 （相對(duì)于最大值）轉(zhuǎn)換速度15ms（1～4）通道（高速轉(zhuǎn)換方式為6ms（1～4）通道）隔離方式光電隔離及采用DC/AC轉(zhuǎn)換器使輸入和PLC電源間隔離模擬量用電源DC24（110%）V55mA輸入輸出占有點(diǎn)數(shù) 程序上為8點(diǎn)（計(jì)輸入或輸出點(diǎn)均可） 有PLC供電的消耗功率為5V 30mA(2)FX2N4AD的緩沖寄存器（BFM）分配可編程序控制器的基本單元與FX2N4AD之間的數(shù)據(jù)通信是由FROM/TO指令來(lái)執(zhí)行的。FROM是基本單元從FX2N4AD讀數(shù)據(jù)的指令。TO是基本單元將數(shù)據(jù)寫到FX2N4AD的指令。實(shí)際上讀寫操作都是對(duì)FX2N4AD的緩沖寄存器BFM進(jìn)行的操作。緩沖區(qū)由32個(gè)16位的寄存器組成，編號(hào)為BFM0～31，F(xiàn)X2N4AD BFM分配表如表32所示。表32 FX2N4AD BFM分配表BFM內(nèi) 容0初始化通道，表示HOOO0，缺省值為HOOO0。最低位數(shù)字控制通道1，最高位控制通道4。其中，O=0時(shí)設(shè)定輸入范圍10～+10V；O=1時(shí)設(shè)定輸入范圍+4～+20mA；O=2時(shí)設(shè)定輸入范圍20～20mA；O=3時(shí)關(guān)閉該通道1通道1各通道平均值取樣次數(shù)的指定。取樣次數(shù)范圍從1到4096，若設(shè)定該值范圍時(shí)按缺省設(shè)定值8次處理2通道23通道34通道45通道1采樣輸入的平均值6通道27通道38通道49通道1采樣輸入的前值10通道211通道312通道413～14沒(méi)使用15轉(zhuǎn)換速度的選擇：置“0”時(shí)為15ms/通道，置“1”時(shí)為6ms/通道16～19沒(méi)使用20置1時(shí)，設(shè)定值均回復(fù)到缺省設(shè)定值。置“0”時(shí)，設(shè)定不改變21增益和零點(diǎn)的設(shè)計(jì)值調(diào)整是否可改動(dòng)：（b0,b1）置（1，0），則禁止改動(dòng)。置1允許改動(dòng)。零點(diǎn)：數(shù)字量輸出為0時(shí)的輸入值。增益：數(shù)字輸出為+1000時(shí)的輸入值。22零點(diǎn)和增益的調(diào)節(jié)b7b6b5b4b3b2b1b0G4O4G3O3G2O2G1O123零點(diǎn)值需要調(diào)整的輸入通道由BFM22的GO（增益零點(diǎn)）位的狀態(tài)指定。例如，若BFM22的GO1位置為1，則BFM23和24的設(shè)定值即可送入通道1的增益和零點(diǎn)寄存器。各通道的增益和零點(diǎn)既可統(tǒng)一調(diào)整，也可獨(dú)立調(diào)整。24增益值25～28沒(méi)使用29錯(cuò)誤狀態(tài)信息b15b14b13b12b1