【正文】 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙 共 46 頁(yè) 第 1 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 1 章 前言 隨著工業(yè)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視科學(xué)、穩(wěn)定以及環(huán)保的生產(chǎn)生活方式；上述生產(chǎn)方式有賴(lài)于生產(chǎn)機(jī)器的穩(wěn)定高效的運(yùn)行，高效的運(yùn)行可以利用一定的技術(shù)手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造達(dá)到目的，相應(yīng)的，由于高效的生產(chǎn)方式，能量消耗的增加必然造成設(shè)備熱能的散失加劇，這些熱能使得設(shè)備的內(nèi)部部件老化程度加快甚至故障，那么相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生了。 水冷以其卓越的散熱效果以及其經(jīng)濟(jì)性而倍受青睞，但是在水資源日益缺乏的今天，一次性的水冷無(wú)論從它的環(huán)保性以及其花費(fèi)來(lái)說(shuō)都不是好的選擇，那么，一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的水循環(huán)系統(tǒng)就滿(mǎn)足上述要求 。 現(xiàn)在的水循環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用，從大的如核電站，鋼鐵機(jī)加工企業(yè)到小的如電子， IT 行業(yè)都有涉及，這其中前者占有絕大部分的份額。近些年，國(guó)家提出的節(jié)能減排的要求更加速了高效環(huán)保的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的發(fā)展，這方面的技術(shù)也越來(lái)越受重視。 在 PLC 還未出現(xiàn)時(shí)候，傳統(tǒng)的工業(yè)控制用的是繼電器控制，這種控制電路有著不可抗拒的不利因素：安裝不便，檢修不易，不經(jīng)濟(jì)，抗干擾能力差； PLC以其安裝方便，經(jīng)濟(jì)耐用，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在近些年發(fā)揮了重大的作用，不少?gòu)S家紛紛把以前煩瑣的線路改造成 PLC 控制。 所以， PLC 及相關(guān)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)及運(yùn)用對(duì)電氣方向的大學(xué)生來(lái)講是必備的技能，基于 PLC 的工業(yè)水循環(huán)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不論從技術(shù)的角度還是從發(fā)展的潛力都有著相當(dāng)大的意義。 本篇論文從主電路的設(shè)計(jì)，控制檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，氣備選擇 PLC的控制線路以及端口的分配和編程集中反映了工業(yè)水循環(huán)的電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)試，運(yùn)用，從理論上描述了 PLC 控制水循環(huán)的運(yùn)行機(jī)制，起到拋磚引玉的作用。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙 共 46 頁(yè) 第 2 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 2 章 可編程控制器的概述 可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PC 或 PLC。它是 20世紀(jì) 70年代以來(lái)，在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起 來(lái)的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)，已被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的支柱產(chǎn)品。為了更好的認(rèn)識(shí)可編程控制器，現(xiàn)在將從以下幾個(gè)方面加以介紹。 可編程控制器的由來(lái)與定義 可編程控制器的由來(lái) 20世紀(jì) 60 年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用于控制領(lǐng)域，但由于計(jì)算機(jī)技術(shù)本身的復(fù)雜性，編程難度高，難以適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境以及價(jià)格昂貴等原因而未能廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制。 1968 年美國(guó)最大的汽車(chē)制造商 —— 通用汽車(chē)公 司，為適應(yīng)汽車(chē)型號(hào)的不斷翻新，想尋找一種方法，在汽車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)以盡可能減少重新設(shè)計(jì)和更換繼電器控制系統(tǒng)，降低成本，縮短時(shí)間。設(shè)想把計(jì)算機(jī)的完備功能、靈活性和通用性等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，做成一種能適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的通用裝置。并把計(jì)算機(jī)的編程方法和輸入方法加以簡(jiǎn)化，用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的“自然語(yǔ)句”進(jìn)行編程，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便使用。裝置的要求充分體現(xiàn)在提出的招標(biāo)指標(biāo)中： 1） 編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序； 2） 維護(hù)方便，最好是插件式； 3） 可靠性高于繼電器控制柜； 4） 體積小于繼電器控制柜； 5） 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6） 在成本上可與繼電器柜競(jìng)爭(zhēng)； 7） 輸入可以是交流 115V； 8） 在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需作很小變更； 9） 輸出交流 115V以上， 2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥； 10） 用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4K。 根據(jù)招標(biāo)要求，一年以后，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司率先研制出第一臺(tái)可編程控 制器，并在通用汽車(chē)公司的裝配線上試用，獲得成功，從而開(kāi)創(chuàng)了工業(yè)控制的新局面。從此，這一更新技術(shù)就以很快的速度迅速地發(fā)展起來(lái) 。 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙 共 46 頁(yè) 第 3 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 可編程控制器的定義 1987 年 2 月，國(guó)際電工委員會(huì)頒布了可編程控 制器標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。該草案對(duì)可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)行操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和識(shí)字運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌渫鈬嘘P(guān)的設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。 可編程控制器的功能與特點(diǎn) 可編程控制器的功能 早期出現(xiàn)的可編程控制器只是用來(lái)取代繼電器控制，它只具備邏輯控制、計(jì)數(shù)等較少功能，人們把它稱(chēng)為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC。隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路及微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展， 20世紀(jì) 70年代中期微處理器和微機(jī)技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品中。使 PLC 不僅具有邏輯控制功能，而且還增加了數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳輸與處理功能，成為具備計(jì)算機(jī)功能的一種通用工業(yè)控制裝置，進(jìn)一步擴(kuò)大了其工業(yè)控制領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的相融，它還可以完成以下功能： 1） 邏輯控制 PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它設(shè)置有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，能夠掃描繼電器觸點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連 接。因此它可以代替繼電器進(jìn)行組合邏輯和順序邏輯控制。 2） 定時(shí)控制 PLC具有定時(shí)控制功能。它為用戶(hù)提供了若干個(gè)定時(shí)器并設(shè)置了定時(shí)指令，定時(shí)值可由用戶(hù)在編程時(shí)設(shè)定，并能在運(yùn)行中讀出或修改，使用靈活，操作方便。 3）計(jì)數(shù)控制 PLC 還具有計(jì)數(shù)功能。它為用戶(hù)設(shè)置了若干個(gè)計(jì)數(shù)器并設(shè)置了計(jì)數(shù)指令，計(jì)數(shù)值可由用戶(hù)在編程時(shí)設(shè)定，并可在運(yùn)行中讀出或修改，使用操作都很靈活方便。 4） 步進(jìn)控制 PLC能完成步進(jìn)控制功能。步進(jìn)控制是指在完成一道工序以后，再進(jìn)行下一步工序，也就是順序控制。 PC為用戶(hù)提供了若干個(gè)移位寄存 器，或者直接有步進(jìn)指令，可用于步進(jìn)控制，編程與使用很方便。 5) A/D、 D/A轉(zhuǎn)換 有些可編程控制器還具有“模數(shù)”轉(zhuǎn)換和“數(shù)模”轉(zhuǎn)換功能，能完成對(duì)模擬量的控制與調(diào)節(jié)。 6) 數(shù)據(jù)處理 有的 PLC 還具有數(shù)據(jù)處理功能，并具有并行運(yùn)算指令，能進(jìn)行并行數(shù)據(jù)傳送、比較和邏輯運(yùn)算， BCD碼的加、減、乘、除、等運(yùn)算，還能 進(jìn)長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙 共 46 頁(yè) 第 4 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 行字“與”、字“或”、字“異或”、求反、邏輯移位、算術(shù)移位、數(shù)據(jù)檢索、比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等操作，并可對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行間接尋址，與打印機(jī)相連而打印出有關(guān)數(shù)據(jù)及梯形圖。 7) 通信與網(wǎng)絡(luò) 有些 PLC 采 用了通信技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程 I/O 控制，多臺(tái)之間可以進(jìn)行同位鏈接，還可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接，接受計(jì)算命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計(jì)算機(jī)。由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和若干臺(tái) PLC 可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜的控制。 8) 對(duì)控制系統(tǒng)監(jiān)控 PLC配置有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，它能夠記憶某些異常情況，或當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)自動(dòng)終止運(yùn)行。在控制系統(tǒng)中，操作人員通過(guò)監(jiān)控命令可以監(jiān)視有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)，可以調(diào)整定時(shí)或計(jì)數(shù)等設(shè)定值，因而調(diào)試、使用和維護(hù)方便。 可編程控制器的特點(diǎn) 1) 可靠性高，抗干擾能 力強(qiáng) 。 2) 編程簡(jiǎn)單，易于掌握 。 3) 組合靈活使用方便 。 4) 功能強(qiáng)，通用性好 。 5) 開(kāi)發(fā)周期短，成功率高 。 6) 體積小，重量輕，功耗低。 ２ .3 傳統(tǒng)控制電路與 PLC 控制電路的比較 在傳統(tǒng)的工業(yè)水循環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制主要是以繼電器為主的控制電路來(lái)達(dá)到目的 ,然而 ,傳統(tǒng)的控制電路有著不可抗拒的不利因素，從繼電器的材料來(lái)看，繼電器的觸點(diǎn)表面是由一層氧化層鍍?cè)谏厦?，通常為銀制，長(zhǎng)期的碰撞和電弧溫度的灼燒熔化導(dǎo)致時(shí)常要去檢修并伴隨著短路停機(jī)的發(fā)生，安全性和抗干擾性較差；同時(shí)，繼電器一旦用得太多，必然伴隨著導(dǎo)線線路的連接增加，檢 查起來(lái)十分不便，并且導(dǎo)線的發(fā)熱導(dǎo)致電流的不穩(wěn)定，對(duì)需要精確控制的系統(tǒng)帶來(lái)了很大的不便。 由于 PLC 的引入使得上述的情況得以解決，通過(guò)端口的設(shè)置及編程使得繼電器為主所構(gòu)成的控制回路可以以編程的形式得以解決，操作較為容易，除主電路外，只需要部分的檢測(cè)和控制電路就可以達(dá)到控制目的，且軟件自身?yè)碛械妮o助繼電器數(shù)量不受限制，體積較小安裝方便，價(jià)格相對(duì)長(zhǎng)期投入的繼電器來(lái)說(shuō)便宜且程序可以改寫(xiě)，方便易行，檢修容易，抗干擾能力優(yōu)于傳統(tǒng)控制電路，是工廠自動(dòng)控制的發(fā)展趨勢(shì)和方向。 可編程控制器發(fā)展概況 可編程控 制器在國(guó)外主要工業(yè)國(guó)家的應(yīng)用與發(fā)展 長(zhǎng) 春 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）紙 共 46 頁(yè) 第 5 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 自從美國(guó)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家分別研制出各自的 PC。 70 年代中期在 PC 中引入了微機(jī)技術(shù)，使其 功能不斷增強(qiáng)，質(zhì)量不斷提高，應(yīng)用日益廣泛。目前 PC 已廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、輕工、機(jī)械、電力等各行各業(yè)，實(shí)現(xiàn)邏輯、數(shù)字、步進(jìn)、機(jī)器人、模擬量等自動(dòng)控制，有人認(rèn)為 PC 已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備。據(jù)資料介紹，美國(guó)一家公司曾對(duì)美國(guó)石油化工、冶金、食品、制藥、機(jī)械等行業(yè) 400 多個(gè)工廠企業(yè)進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果表明， PC 的需求量占 各類(lèi)自動(dòng)化儀表或自動(dòng)化設(shè)備之首。有 82%的廠家使用 PC， 43%的廠家使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，36%的廠家使用專(zhuān)用控制器。進(jìn)入 90 年代，在美國(guó)登記的 PC 公司已有 88 家，產(chǎn)品 377 種。 1971 年日本從美國(guó)引進(jìn) PC技術(shù)，很快研制日本第一臺(tái) DSC8型 PC，早在1984 年日本就有 30 多個(gè) PC 的生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品 60種以上。西歐在 1973 年研制出他們的第一臺(tái) PC，并且發(fā)展很快，年銷(xiāo)售增長(zhǎng)率在 20%以上。目前世界上眾多的 PC制造廠家中，比較著名的幾個(gè)大公司有美國(guó)公司、歌德公司、德州儀器公司、通用電氣公司、德國(guó)西門(mén)子公司、日 本的三菱、東芝、富士和立石公司等。它們的產(chǎn)品控制著世界上大部分的市場(chǎng) 。 在我國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)研制與應(yīng)用 PC 較晚， 1973 年開(kāi)始研制， 1977 年開(kāi)始應(yīng)用， 80年代初期以前發(fā)展較慢， 80 年代隨著成套設(shè)備或?qū)Ｓ迷O(shè)備引進(jìn)了不少 PC,寶鋼一期工程整個(gè)生產(chǎn)線上就使用了數(shù)百臺(tái)的