【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是通用微型計(jì)算機(jī)適應(yīng) 工業(yè)生產(chǎn)控制要求發(fā)展起來(lái)的一種控制設(shè)備，硬件構(gòu)成方面總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高、兼容性強(qiáng)，而軟件資源豐富，特別是有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，故對(duì)要求快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜、計(jì)算工作量大的工業(yè)對(duì)象控制占優(yōu)勢(shì) ,但是使用工業(yè)控制器控制生產(chǎn)工藝過(guò)程，要求開(kāi)發(fā)人員有較高的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)和微機(jī)軟件編程的能力。但比較 PLC 使用的技術(shù)人員熟悉的梯形圖語(yǔ)言編輯，易學(xué)易懂便于推廣。 從可靠性方面來(lái)看， PLC 控制系統(tǒng)是專門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的，并采用了一系列抗干擾措施，具有很高的可靠性而工業(yè)控制計(jì)算機(jī)雖然能夠在艱苦的工作環(huán)境下可靠的運(yùn)行，但 畢竟是由通用機(jī)發(fā)展而來(lái)，在整體結(jié)構(gòu)上一定要完全適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境。 PLC 控制系統(tǒng)用戶程序是在 PLC 監(jiān)控程序的基礎(chǔ)上運(yùn)行的，軟件方面的抗干擾措施在監(jiān)控程序里已經(jīng)考慮的很周全，而工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用戶程序則必須考慮抗干擾問(wèn)題。這也正是 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在。 選擇 PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) ：由于控制器產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是基于控制為前提，信號(hào)處理時(shí)間短，速度快?；谛盘?hào)處理和程序運(yùn)行的速度， PLC 經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護(hù)。更能滿足各個(gè)領(lǐng)域大、中、小型工業(yè)控制項(xiàng)目。 ：所有的 I/O 輸入輸出信號(hào)均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用 RC 濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為 10~20ms。各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源。對(duì)采用的元器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況， CPU 立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。大型控制器還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,以及實(shí)現(xiàn)電源模塊冗余、 IO 模塊冗余，使可靠性更進(jìn)一步提高。 ：靈活控制器 產(chǎn) 品種類(lèi)繁多，規(guī)?？煞执蟆⒅?、小等。 I/O 卡件種類(lèi)豐富，可根據(jù)自控工程實(shí)現(xiàn)功能要求不同，而進(jìn)行不同的配置。滿足控制工程需要前提下， I/O 卡件可靈活組合。 I/O 卡件：控制器針對(duì)不同的工業(yè)自控工程的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等 ,有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 9 控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人 機(jī)對(duì)話的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接 口模塊，等等。 ：為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型控制器以外，絕大多數(shù)控制器均采用模塊化結(jié)構(gòu)。控制器的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 ：質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，性價(jià)比高。 ，維修方便：可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與 PLC 相應(yīng)的 I/O 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用 模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 ：邏輯控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、順序控制、 PID 控制數(shù)據(jù)計(jì)算、通訊和聯(lián)網(wǎng)。其它：還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊， CRT 模塊。 21 世紀(jì)， PLC 會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更 豐富、規(guī)格更齊全，從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破。從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來(lái)看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。 總上所述，對(duì)備選的幾種控制系統(tǒng)進(jìn)行比較分析，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目所要求控制系統(tǒng)需要有較高的實(shí)時(shí)性、可靠性、同時(shí)應(yīng)該遵循系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單并具有豐富的 I/O 卡等功能，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 的選型 輸入輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)樓宇控制系統(tǒng)模型主要包括樓宇照明系統(tǒng)、樓宇消防系統(tǒng)、樓宇水壓系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)五個(gè)方面根據(jù)其控制方式的不同，其輸入輸出點(diǎn)也互不相同，下面我們就分別分析一下五種控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 樓宇照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 PLC 9 個(gè)輸出點(diǎn)，廚房燈需要 1 個(gè)輸出信號(hào)，客廳燈需要 1 個(gè)輸出信號(hào)，臥室燈需要 1 個(gè)輸出信號(hào)，衛(wèi)生間燈需要 1 個(gè)輸出信號(hào)，樓道燈需要 1 個(gè)輸出信號(hào)。節(jié)日彩燈需要 4 個(gè)輸出信號(hào)，共計(jì) 9 個(gè)。系統(tǒng)需要 PLC 6 個(gè)輸入點(diǎn)，控制廚房燈的開(kāi)關(guān)需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，控制客廳燈的開(kāi)關(guān)需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，控制臥室燈的開(kāi)關(guān)需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，控制衛(wèi)生間燈開(kāi)關(guān)需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，控制樓道燈的開(kāi)關(guān)需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，控制節(jié)日彩燈的開(kāi)關(guān)需要一個(gè)輸入信號(hào)。共計(jì) 6 個(gè)。 樓宇消防控制系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 PLC 2 個(gè)輸出點(diǎn)，泵需要 1 個(gè)輸出信號(hào)，排風(fēng)扇排除煙霧需要 1 個(gè)輸出信號(hào)，系統(tǒng)需要 PLC 2 個(gè)輸入點(diǎn)，控制報(bào)警器開(kāi)關(guān)需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，煙霧傳感器接收信號(hào)需要 1 個(gè)輸入信號(hào)。 樓宇水壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 PLC 3 個(gè)輸出信號(hào)， 1水泵運(yùn)行需要 1 個(gè)輸出信號(hào)，2水泵運(yùn)行需要 1 個(gè)輸出信號(hào)， 3水泵運(yùn)行需要一個(gè)輸出信號(hào)，系統(tǒng)需要 PLC 4 個(gè)輸入信號(hào)，供水啟動(dòng)控制按鈕需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，供水停止控制按鈕需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，壓力變速器控制壓力下限需要 1 個(gè)輸入信號(hào)，壓力變速器控制壓力上限需要 1 個(gè)輸入信號(hào)。 門(mén)禁系統(tǒng) ,系統(tǒng)需要 2 個(gè)輸出點(diǎn)，開(kāi)門(mén)一個(gè)輸出信號(hào)，關(guān)門(mén)一個(gè)輸出信號(hào)，開(kāi)門(mén)刷卡需要一個(gè)輸入信號(hào)。 空調(diào) 系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 2 個(gè)輸出 點(diǎn)，溫度達(dá)到一定的下限開(kāi)閥門(mén)一個(gè)，關(guān)閥門(mén)一個(gè)。需要一 個(gè)輸入信號(hào)溫度過(guò)高一個(gè)，溫度過(guò)低一個(gè)。 PLC 型號(hào)的選取 目前市面上比較流行的 PLC 產(chǎn)品型號(hào)有很 多，例如：歐姆龍 C 系列，西門(mén)子 S7 系列，松下電工 FP1 系列，三菱 FX2N系列等等。 歐姆龍 C 系列 PLC 產(chǎn)品門(mén)類(lèi)齊、型號(hào)多、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類(lèi)產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的微型 PLC 機(jī)是以 C20P 為代表的機(jī)型。疊裝式（或稱緊湊型）結(jié)構(gòu)的微型機(jī)以 CJ 型機(jī)最為典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型 PLC 機(jī)以 P 型機(jī)和 CPM 型機(jī)最為典型，這兩種都屬堅(jiān)固整體型結(jié)構(gòu)。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過(guò) I/O 擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn) 10140 點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進(jìn) 行編程， CPM 型機(jī)是 OMRON 產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機(jī)系列產(chǎn)品。 OMRON 中型機(jī)以 C200H 系列最為典型，主要有 C200H、 C200HS、C200HX、 C200HG 和 C200HE 等型號(hào)產(chǎn)品。中型機(jī)在程序容量，掃描速度和指令功能等方面都優(yōu)于小型機(jī)，除具備小型機(jī)的基本功能外，它同時(shí)可配置更完善的接口單元模塊，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 11 如模擬量 I/O 模塊、溫度傳感器模塊、高速記數(shù)模塊、位置控制模塊、通訊聯(lián)接模塊等?？梢耘c上位計(jì)算機(jī)、下位 PLC 機(jī)及各種外部設(shè)備組成具有各種用途的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小 型 PLC 機(jī)要比大、中型機(jī)的應(yīng)用更廣泛。在電氣設(shè)備的控制應(yīng)用方面，一般采用小型 PLC 機(jī)都能夠滿足需求。 德國(guó)西門(mén)子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國(guó)的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門(mén)子（ SIEMENS）公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO，S7200， S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)， HMI 人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制 有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列。由于 FX2n 系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力 。 FP1 是日本松下電工公司生產(chǎn)的小型 PLC 產(chǎn)品。有 C1 C1 C2 C C56。 FP1是近代功能非常強(qiáng)的小型機(jī)。主機(jī)控制單元內(nèi)有高速計(jì)數(shù)器。可輸入頻率高達(dá) 10KHZ 的脈沖。并可同時(shí)輸入兩路脈沖。另外輸出頻率可調(diào)的脈沖信號(hào)。該機(jī)有 8 個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)管理。主機(jī)控制單元還配有 RS232 口，可實(shí)現(xiàn) PLC 與 PC 機(jī)之間的通訊。 除了主機(jī)控制單元以外，與之配套的還有擴(kuò)展單元、 能單元和鏈接單元。擴(kuò)展單元為 I/O 擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)的模塊，由 E8E40 系列組成。利用此模塊可以將 I/O 點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展至 152 點(diǎn)。智能單元主要為 A/D、 D/A 模塊。當(dāng)需要對(duì)模擬量進(jìn)行測(cè)量和控制時(shí)，可以連接智能單元。鏈接單元，通過(guò)遠(yuǎn)程 I/O 可實(shí)現(xiàn)主 FP 系統(tǒng)進(jìn)行 I/O 數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)一臺(tái)主控制單元的控制。 三菱 PLC 是目前銷(xiāo)量世界領(lǐng)先的 PLC 產(chǎn)品，三菱的 FX 系列，是 PLC 家族中最先進(jìn)的 PLC 產(chǎn)品，也是最大眾化的 PLC 產(chǎn)品。另外我們學(xué)習(xí)的課程中也主要是 三菱 FX 系列PLC 產(chǎn)品。因此此次設(shè)計(jì)中我選擇三菱 FX 系列的 PLC。 另外根據(jù)輸入輸出點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，所以此次設(shè)計(jì)中我們選用三菱 FX2n48mr 型的 PLC。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 12 3 電路設(shè)計(jì) 電氣主回路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中主要設(shè)計(jì)了樓宇的電氣主回路和控制電路。電氣主回路中主要針對(duì)樓宇水壓控制系統(tǒng)的電氣主回路，樓宇消防系統(tǒng)電氣主回 路，樓宇空調(diào)系統(tǒng)電氣主回路，樓宇門(mén)禁系統(tǒng)的電氣主回路以及樓宇照明系統(tǒng)的電氣主回路進(jìn)行設(shè)計(jì)?？刂苹芈分兄饕槍?duì)控制臺(tái)和 PLC 的外圍接線進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 樓宇水壓控制系統(tǒng)電氣主回路設(shè)計(jì) 樓宇水壓電路的設(shè)計(jì)，采用三個(gè)單相電機(jī)， PLC 通過(guò)控制接觸器的常開(kāi)觸電，從而控制電機(jī)的得電和失電，從而控制電機(jī)是否運(yùn)行。當(dāng) 1 電機(jī)運(yùn)行供水時(shí)， PLC 檢測(cè)，是否欠壓，如果欠壓， PLC 控制 2 電機(jī)運(yùn)行，此時(shí)，若仍然欠壓， PLC 將控制 3 電機(jī)的運(yùn)行。從而增加水壓。反之，當(dāng)三個(gè)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)， PLC 將檢測(cè)時(shí)候過(guò)壓，若過(guò)壓，將減少電 機(jī)運(yùn)行，直到壓強(qiáng)保持正常為止 。 圖 31 樓宇水壓控制系統(tǒng)電器主回路圖 水泵的供電電路設(shè)計(jì)說(shuō)明：水泵采用單相水泵，所以電源取三相電源的一相電源和零線供電，電源的主接線進(jìn)線用一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)進(jìn)行電源隔離；同時(shí)該空開(kāi)還起到短路保河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 13 護(hù)的作用，對(duì)水泵進(jìn)行短路保護(hù)和 電流速斷保護(hù)。 水泵的 供電 控制采用 一個(gè)接觸器控制 ，當(dāng)給接觸器的線圈通電時(shí)，接觸器的主觸點(diǎn)閉合，水泵電源接通，水泵 開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)給供水系統(tǒng)提供水壓源；當(dāng)接觸器的線圈供電斷開(kāi)時(shí)，接觸器的觸點(diǎn)在彈簧的作用下復(fù)位斷開(kāi) ，水泵的電源斷開(kāi)，水泵停轉(zhuǎn)，此時(shí)，水泵從供水系統(tǒng)中解裂開(kāi)， 不再 給供水系統(tǒng)提供壓力。 熱繼電器對(duì)電機(jī)進(jìn)行過(guò)熱保護(hù) ，將熱繼電器的主接線端接入水泵的供電線路中，取熱繼電器的常閉觸點(diǎn)接入水泵的接觸器線圈的供電回路中，當(dāng)水泵過(guò)負(fù)荷運(yùn)行超過(guò)一點(diǎn)時(shí)間后熱繼電器動(dòng)作，熱繼電器的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，水泵接觸器線圈的供電斷開(kāi)，水泵停轉(zhuǎn) ，從而達(dá)到對(duì)水泵進(jìn)行過(guò)負(fù)荷保護(hù)的目的。 樓宇消防系統(tǒng)電氣主回路設(shè)計(jì) 樓宇消防系統(tǒng) 電氣主回路，主要有報(bào)警電路，火警報(bào)警探測(cè)電路，以及排風(fēng)，高壓水泵，三部分組成。探測(cè)電路主要是由 MQ2 煙霧傳感器和三極管組成 的 信號(hào)放大電路為 PLC 提供一個(gè)信號(hào)，從而到達(dá)探測(cè) 火災(zāi)的目的。報(bào)警電路主要由指示燈和蜂鳴器組成，當(dāng) PLC為其提供信號(hào)后，指示燈閃爍，蜂鳴器發(fā)聲，從而到達(dá)報(bào)警的目的。 排風(fēng)、高壓水泵電路，是當(dāng) PLC 為其提供信號(hào)后，控制接觸器的常開(kāi)觸電閉合，從而為增壓電機(jī)供電，促使增壓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而達(dá)到排風(fēng)和滅火的作用 。 排風(fēng)，高壓水泵電路 圖 32 排風(fēng)、高壓水泵 電氣主回路圖 高壓水泵的供電電路設(shè)計(jì)說(shuō)明：高壓水泵采用單相高壓水泵，所以電源取三相電源的一相電源和零線供電，電源的主接線進(jìn)線用一個(gè)空氣開(kāi)關(guān)進(jìn)行電源隔離；同時(shí)該空開(kāi)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 14 還起到短路保護(hù)的作用，對(duì)高壓水泵進(jìn)行短路保護(hù)和 電流 速斷保護(hù)。 高壓水泵的 供電 控制采用 一個(gè)接觸器控制 ，當(dāng)給接觸器的線圈通電時(shí)，接觸器的主觸點(diǎn)閉合，高壓水泵電源接通，高壓水泵開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)給供水系統(tǒng)提供水壓源；當(dāng)接觸器的線圈供電斷開(kāi)時(shí)，接觸器的觸點(diǎn)在彈簧的作用下復(fù)位斷開(kāi) ， 高壓水泵的電源斷開(kāi)，高壓水泵停轉(zhuǎn)，此時(shí)，