【文章內(nèi)容簡介】 福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 圖 PLC 原理圖 PLC 的構(gòu)成 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、 底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU 模塊 CPU 是 PLC 的核心組成部分，與通用微機(jī)的 CPU 一樣，它在 PLC 系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，故稱為“電腦”。其功能是： 1． PLC 中系統(tǒng)程序賦予的功能，接收并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 2． 用掃描方式并接受現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)，并存入映像寄存器。 3． 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤。在 PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀去用戶程序，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去開啟和關(guān)閉有關(guān)控制的電路。 外存接口 其他接口 鍵盤與顯示 A/D,D/A 計(jì)算機(jī) 其他設(shè)備 EPROM 儲(chǔ)存器 中央處理器 CPU RCM RAM 輸入接口光耦合 輸出接口晶體管開關(guān) 基于 PLC 與組態(tài)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 I/O 模塊 I/O 模塊是 CPU 與現(xiàn)成 I/O 裝置或其他外部設(shè)備之間的連接部件。 PLC 提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 模塊和各種用途 I/O 元件供用戶選用。如輸入 /輸出電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串 /并行轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳送、誤碼校驗(yàn)、 A/D 或 D/A變換以及其他功能模塊等。 I/O 模塊將外部輸入信號(hào)變換成 CPU 能接受的信號(hào)，或?qū)?CPU 的輸出信號(hào)變換成需要的控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象，以確保整個(gè)系統(tǒng)正常工作。 其中輸入信號(hào)要通過光電隔離，通過濾波進(jìn)入 CPU 控制板， CPU 發(fā)出輸出信號(hào)至輸出端。輸出方式有三種：繼電器方式、晶體管方 式、晶閘管方式。 電源模塊 根據(jù) PLC 的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，它對(duì)電源并無特殊要求，它可使用一般工業(yè)電源。 PLC 的特點(diǎn) 和功能 PLC 能如此迅速發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動(dòng)化的客觀需要外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它較好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域中普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。其主要特點(diǎn)如下： 1. 控制功能強(qiáng) 一臺(tái)小型可編程序控制器內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，它具有很高的性能價(jià)格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制與 集中管理。 2. 編程方便、簡單 梯形圖是可編程序控制器使用最多的編程語言，其電路符號(hào)、表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象、直觀、簡單、易學(xué)，熟悉繼電器電路圖 的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 3. 設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試周期短 可編程序控制器用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少，縮短了施工周期。可編程序控制器的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將 PLC 控制系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行修改程序就可以解決，大 大縮短了設(shè)計(jì)和投運(yùn)周期。 福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 三菱 FX2N 是 三菱 PLC 是 FX 家族中最先進(jìn)的系列。具有高速處理及可擴(kuò)展大量滿足單個(gè)需要的特殊功能模塊等特點(diǎn)，為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。三菱 FXPLC 是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當(dāng) FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出 16～ 25 點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 PLC。 FX 系列 PLC 擁有無以匹及的速度，高級(jí)的功能邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)； FX2N 是從 16 路到 256 路輸 入 /輸出的多種應(yīng)用的選擇方案； FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于 FX 系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出 1625 點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 PLC。在基本單元上連接擴(kuò)展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行 16256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。可選用 16/32/48/64/80/128點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小 8點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展。可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。內(nèi)置 800 步 RAM（可輸入注釋）可使用存儲(chǔ)盒，最大可擴(kuò)充 至 16K 步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個(gè)可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取， 16 位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取， 7 段顯示器輸出等數(shù)據(jù)處數(shù)。 圖 三菱 FX2N 系列 梯形圖設(shè)計(jì) 梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入許多功能 強(qiáng)大又使用靈活的指令，它比較直觀、形象、對(duì)基于 PLC 與組態(tài)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 于那些熟悉繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)的人來說、容易被 接受。繼電器梯形圖多半實(shí)用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù) PLC 用戶都首選使用梯形圖編程。 指令是用英文名稱的縮寫字母來表達(dá) PLC 的各種功能的助記符號(hào)，類似于計(jì)算機(jī)匯編語言，由指令構(gòu)成的能夠完成控制任務(wù)的指令組合就是指令表，每一條指令一般由指令助記符號(hào)和作用器件編號(hào)組成，比較抽象，通常都先用其他方式表達(dá)，然后改寫成相應(yīng)的語句表，編程設(shè)備簡單，價(jià)格便宜。 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言類似于計(jì)算機(jī)常用的程序框圖，但有他自己的規(guī)則，描述控制過程比較具體，包括每一框前的輸入信號(hào)，框內(nèi)的判斷和工作內(nèi)容，框后的輸出狀態(tài)。這種方式 容易構(gòu)思，是一種常用的程序表達(dá)式。 福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 8 第三章 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)硬件的 設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本系統(tǒng)選用三菱 FX2N 系列 PLC 及其相關(guān)輸入輸出量模塊和變頻器， 一臺(tái) 抽水 電機(jī)、 繼電器 、接觸器 及電磁閥門這些 構(gòu)成 了 被控對(duì)象 。 組態(tài)軟件部分選用組態(tài) 王 軟件。 變頻器的選型和接線 各國使用的交流供電電源，無論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均 200V/60Hz（ 50Hz）或 100V/60Hz（ 50Hz）。通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換 為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“ 變頻器 ”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（ DC）。然后再把直流電（ DC）變換為三相或單相交流電（ AC），我們把實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（ inverter）。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流 /過壓 /過載保護(hù)等功能。 變頻器也可用于家電產(chǎn)品。使用變頻器的家電產(chǎn)品中不僅有電機(jī)（例如空調(diào)等），還有熒光燈等產(chǎn)品。用于電機(jī)控制的變頻器，既可以改變電壓，又可以改變頻率。但用于熒光燈的變頻器主要用于調(diào)節(jié)電源供電的頻率。汽車上使用的由電池（直流電）產(chǎn)生交流電的設(shè)備也進(jìn)行出售。變頻器的工作原理被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。例如計(jì)算機(jī)電源的供電，在該項(xiàng)應(yīng)用中，變頻器用于抑制反向電壓、頻率的波動(dòng)及電源的瞬間斷電。變頻器的發(fā)熱主要來自于 IGBT， IGBT 的發(fā)熱有集中在開和關(guān)的瞬間。 因此開關(guān)頻率高時(shí)自然變頻器的發(fā)熱量就變大了。有的廠家宣稱降低開關(guān)頻率可以擴(kuò)容， 就是這個(gè)道理。 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)選用 FRA540 系列變頻器， 其接 線圖 所示。變頻器主要是用來控制抽水電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用過設(shè)定的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的調(diào)速。 基于 PLC 與組態(tài)的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 變頻器接線圖 PLC 的選型 變頻器的運(yùn)行與關(guān)斷由 PLC 的 1 個(gè)輸出點(diǎn)，控制變頻器使電機(jī)正轉(zhuǎn)需 1 個(gè)輸出信號(hào)控制，報(bào)警器的控制需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)量一共 3 個(gè)?？刂破饎?dòng)和停止需要 2 個(gè)輸入點(diǎn)，變頻器極限頻率的檢測信號(hào)占用 2 個(gè)輸入點(diǎn)，共需 4個(gè)輸入點(diǎn)。系統(tǒng)所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)量共為 7 個(gè)點(diǎn)。本系統(tǒng)選用 FX2N16MR型 PLC。 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要除了單元式的 小型 PLC 外，絕大多數(shù)的 PLC采用模