【文章內(nèi)容簡介】 是通用微型計算機適應 工業(yè)生產(chǎn)控制要求發(fā)展起來的一種控制設備，硬件構(gòu)成方面總線標準化程度高、兼容性強，而軟件資源豐富，特別是有實時操作系統(tǒng)的支持，故對要求快速、實時性強、模型復雜、計算工作量大的工業(yè)對象控制占優(yōu)勢 ,但是使用工業(yè)控制器控制生產(chǎn)工藝過程，要求開發(fā)人員有較高的計算機專業(yè)知識和微機軟件編程的能力。但比較 PLC 使用的技術(shù)人員熟悉的梯形圖語言編輯，易學易懂便于推廣。 從可靠性方面來看， PLC 控制系統(tǒng)是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的，并采用了一系列抗干擾措施，具有很高的可靠性而工業(yè)控制計算機雖然能夠在艱苦的工作環(huán)境下可靠的運行，但 畢竟是由通用機發(fā)展而來，在整體結(jié)構(gòu)上一定要完全適應現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境。 PLC 控制系統(tǒng)用戶程序是在 PLC 監(jiān)控程序的基礎上運行的，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)控制計算機用戶程序則必須考慮抗干擾問題。這也正是 PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。 選擇 PLC 控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 ：由于控制器產(chǎn)品設計和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度快。基于信號處理和程序運行的速度， PLC 經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護。更能滿足各個領域大、中、小型工業(yè)控制項目。 ：所有的 I/O 輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場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)良的開關電源。對采用的元器件進行嚴格的篩選。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) ,以及實現(xiàn)電源模塊冗余、 IO 模塊冗余，使可靠性更進一步提高。 ：靈活控制器 產(chǎn) 品種類繁多，規(guī)模可分大、中、小等。 I/O 卡件種類豐富，可根據(jù)自控工程實現(xiàn)功能要求不同，而進行不同的配置。滿足控制工程需要前提下， I/O 卡件可靈活組合。 I/O 卡件：控制器針對不同的工業(yè)自控工程的現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等 ,有相應的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：按鈕、行程開關、接近開關、傳感器及變送器、電磁線圈、河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 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 機對話的接口模塊 。 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接 口模塊，等等。 ：為了適應各種工業(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)?？刂破鞯母鱾€部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，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)價廉，性價比高。 ，維修方便：可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用 模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。 ：邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、順序控制、 PID 控制數(shù)據(jù)計算、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， PLC 會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進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)品的品種會更 豐富、規(guī)格更齊全，從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破。從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(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化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。 總上所述，對備選的幾種控制系統(tǒng)進行比較分析，本次畢業(yè)設計題目所要求控制系統(tǒng)需要有較高的實時性、可靠性、同時應該遵循系統(tǒng)配置簡單并具有豐富的 I/O 卡等功能，因此本次畢業(yè)設計選用 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 的選型 輸入輸出點統(tǒng)計 此次畢業(yè)設計樓宇控制系統(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)、門禁系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)五個方面根據(jù)其控制方式的不同，其輸入輸出點也互不相同，下面我們就分別分析一下五種控制系統(tǒng)的輸入輸出點。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 10 樓宇照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 PLC 9 個輸出點，廚房燈需要 1 個輸出信號，客廳燈需要 1 個輸出信號，臥室燈需要 1 個輸出信號，衛(wèi)生間燈需要 1 個輸出信號，樓道燈需要 1 個輸出信號。節(jié)日彩燈需要 4 個輸出信號，共計 9 個。系統(tǒng)需要 PLC 6 個輸入點，控制廚房燈的開關需要 1 個輸入信號，控制客廳燈的開關需要 1 個輸入信號，控制臥室燈的開關需要 1 個輸入信號，控制衛(wèi)生間燈開關需要 1 個輸入信號，控制樓道燈的開關需要 1 個輸入信號，控制節(jié)日彩燈的開關需要一個輸入信號。共計 6 個。 樓宇消防控制系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 PLC 2 個輸出點，泵需要 1 個輸出信號，排風扇排除煙霧需要 1 個輸出信號，系統(tǒng)需要 PLC 2 個輸入點，控制報警器開關需要 1 個輸入信號，煙霧傳感器接收信號需要 1 個輸入信號。 樓宇水壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 PLC 3 個輸出信號， 1水泵運行需要 1 個輸出信號，2水泵運行需要 1 個輸出信號， 3水泵運行需要一個輸出信號，系統(tǒng)需要 PLC 4 個輸入信號，供水啟動控制按鈕需要 1 個輸入信號，供水停止控制按鈕需要 1 個輸入信號，壓力變速器控制壓力下限需要 1 個輸入信號，壓力變速器控制壓力上限需要 1 個輸入信號。 門禁系統(tǒng) ,系統(tǒng)需要 2 個輸出點，開門一個輸出信號，關門一個輸出信號，開門刷卡需要一個輸入信號。 空調(diào) 系統(tǒng)，系統(tǒng)需要 2 個輸出 點，溫度達到一定的下限開閥門一個，關閥門一個。需要一 個輸入信號溫度過高一個，溫度過低一個。 PLC 型號的選取 目前市面上比較流行的 PLC 產(chǎn)品型號有很 多，例如：歐姆龍 C 系列，西門子 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)品門類齊、型號多、功能強、適應面廣。大致可以分成微型、小型、中型和大型四大類產(chǎn)品。整體式結(jié)構(gòu)的微型 PLC 機是以 C20P 為代表的機型。疊裝式（或稱緊湊型）結(jié)構(gòu)的微型機以 CJ 型機最為典型，它具有超小型和超薄型的尺寸。小型 PLC 機以 P 型機和 CPM 型機最為典型，這兩種都屬堅固整體型結(jié)構(gòu)。具有體積更小、指令更豐富、性能更優(yōu)越，通過 I/O 擴展可實現(xiàn) 10140 點輸入輸出點數(shù)的靈活配置，并可連接可編程終端直接從屏幕上進 行編程， CPM 型機是 OMRON 產(chǎn)品用戶目前選用最多的小型機系列產(chǎn)品。 OMRON 中型機以 C200H 系列最為典型，主要有 C200H、 C200HS、C200HX、 C200HG 和 C200HE 等型號產(chǎn)品。中型機在程序容量，掃描速度和指令功能等方面都優(yōu)于小型機，除具備小型機的基本功能外，它同時可配置更完善的接口單元模塊，河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 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上位計算機、下位 PLC 機及各種外部設備組成具有各種用途的計算機控制系統(tǒng)和工業(yè)自動化網(wǎng)絡。在一般的工業(yè)控制系統(tǒng)中，小 型 PLC 機要比大、中型機的應用更廣泛。在電氣設備的控制應用方面，一般采用小型 PLC 機都能夠滿足需求。 德國西門子（ SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應用也相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領域都有應用。西門子（ SIEMENS）公司的 PLC 產(chǎn)品包括 LOGO，S7200， S7300， S7400，工業(yè)網(wǎng)絡， HMI 人機界面，工業(yè)軟件等。 S7200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制 有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。 FX 系列 PLC 家族中最先進的系列。由于 FX2n 系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應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是近代功能非常強的小型機。主機控制單元內(nèi)有高速計數(shù)器?？奢斎腩l率高達 10KHZ 的脈沖。并可同時輸入兩路脈沖。另外輸出頻率可調(diào)的脈沖信號。該機有 8 個中斷源的中斷優(yōu)先權(quán)管理。主機控制單元還配有 RS232 口，可實現(xiàn) PLC 與 PC 機之間的通訊。 除了主機控制單元以外，與之配套的還有擴展單元、 能單元和鏈接單元。擴展單元為 I/O 擴展點數(shù)的模塊，由 E8E40 系列組成。利用此模塊可以將 I/O 點數(shù)擴展至 152 點。智能單元主要為 A/D、 D/A 模塊。當需要對模擬量進行測量和控制時，可以連接智能單元。鏈接單元，通過遠程 I/O 可實現(xiàn)主 FP 系統(tǒng)進行 I/O 數(shù)據(jù)通訊，從而實現(xiàn)一臺主控制單元的控制。 三菱 PLC 是目前銷量世界領先的 PLC 產(chǎn)品，三菱的 FX 系列，是 PLC 家族中最先進的 PLC 產(chǎn)品，也是最大眾化的 PLC 產(chǎn)品。另外我們學習的課程中也主要是 三菱 FX 系列PLC 產(chǎn)品。因此此次設計中我選擇三菱 FX 系列的 PLC。 另外根據(jù)輸入輸出點統(tǒng)計，所以此次設計中我們選用三菱 FX2n48mr 型的 PLC。 河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 12 3 電路設計 電氣主回路設計 本設計中主要設計了樓宇的電氣主回路和控制電路。電氣主回路中主要針對樓宇水壓控制系統(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)的電氣主回路進行設計?？刂苹芈分兄饕槍刂婆_和 PLC 的外圍接線進行了設計。 樓宇水壓控制系統(tǒng)電氣主回路設計 樓宇水壓電路的設計，采用三個單相電機， PLC 通過控制接觸器的常開觸電，從而控制電機的得電和失電，從而控制電機是否運行。當 1 電機運行供水時， PLC 檢測，是否欠壓，如果欠壓， PLC 控制 2 電機運行，此時，若仍然欠壓， PLC 將控制 3 電機的運行。從而增加水壓。反之，當三個電機同時運行時， PLC 將檢測時候過壓，若過壓，將減少電 機運行，直到壓強保持正常為止 。 圖 31 樓宇水壓控制系統(tǒng)電器主回路圖 水泵的供電電路設計說明：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，電源的主接線進線用一個空氣開關進行電源隔離；同時該空開還起到短路保河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 13 護的作用，對水泵進行短路保護和 電流速斷保護。 水泵的 供電 控制采用 一個接觸器控制 ，當給接觸器的線圈通電時，接觸器的主觸點閉合，水泵電源接通，水泵 開始轉(zhuǎn)動給供水系統(tǒng)提供水壓源；當接觸器的線圈供電斷開時，接觸器的觸點在彈簧的作用下復位斷開 ，水泵的電源斷開，水泵停轉(zhuǎn)，此時，水泵從供水系統(tǒng)中解裂開， 不再 給供水系統(tǒng)提供壓力。 熱繼電器對電機進行過熱保護 ，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接入水泵的接觸器線圈的供電回路中，當水泵過負荷運行超過一點時間后熱繼電器動作，熱繼電器的常閉觸點斷開，水泵接觸器線圈的供電斷開，水泵停轉(zhuǎn) ，從而達到對水泵進行過負荷保護的目的。 樓宇消防系統(tǒng)電氣主回路設計 樓宇消防系統(tǒng) 電氣主回路，主要有報警電路，火警報警探測電路，以及排風，高壓水泵，三部分組成。探測電路主要是由 MQ2 煙霧傳感器和三極管組成 的 信號放大電路為 PLC 提供一個信號，從而到達探測 火災的目的。報警電路主要由指示燈和蜂鳴器組成，當 PLC為其提供信號后，指示燈閃爍，蜂鳴器發(fā)聲，從而到達報警的目的。 排風、高壓水泵電路，是當 PLC 為其提供信號后，控制接觸器的常開觸電閉合，從而為增壓電機供電，促使增壓電機轉(zhuǎn)動，從而達到排風和滅火的作用 。 排風，高壓水泵電路 圖 32 排風、高壓水泵 電氣主回路圖 高壓水泵的供電電路設計說明：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，電源的主接線進線用一個空氣開關進行電源隔離；同時該空開河南理工大學畢業(yè)設計（論文）說明書 14 還起到短路保護的作用，對高壓水泵進行短路保護和 電流 速斷保護。 高壓水泵的 供電 控制采用 一個接觸器控制 ，當給接觸器的線圈通電時，接觸器的主觸點閉合，高壓水泵電源接通，高壓水泵開始轉(zhuǎn)動給供水系統(tǒng)提供水壓源；當接觸器的線圈供電斷開時，接觸器的觸點在彈簧的作用下復位斷開 ， 高壓水泵的電源斷開，高壓水泵停轉(zhuǎn)，此時，