【文章內(nèi)容簡介】 由于PLC采用了反復掃描的工作方式,使之與工業(yè)現(xiàn)場的機器需要反復執(zhí)行一系列操作的工作方式相似。PLC的這些特點使得它更適合對邏輯順序關系進行控制，工業(yè)現(xiàn)場的機器的運行主要是按邏輯順序關系進行的，因此非常適合用PLC來控制工業(yè)現(xiàn)場機器。另外PLC的程序可以與機器的動作一一對應,直觀明了,易于編寫和修改,所以成為現(xiàn)代工業(yè)電氣自動化的領先技術。三、PLC的應用領域隨著科學技術的不斷進步，PLC在自動控制技術中的應用越來越廣泛，主要（1）開關邏輯控制開關邏輯控制是PLC的基本控制功能，可用它來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制裝置，如機床的電氣控制、電動機的控制等；也可以取代順序控制和程序控制，如高爐上料系統(tǒng)、電梯控制、輸送貨物控制、自動化生產(chǎn)線作業(yè)流程控制等。（2）閉環(huán)過程控制早期的PLC只具有簡單的邏輯控制功能，現(xiàn)代的PLC功能日益強大，大型PLC都具有模擬量控制單元，具有用于過程控制的各種專用模塊或子程序（如PID控制模塊等）。AB公司的1771CFM可組態(tài)流量計模塊，可用于電力管理、自動化、食品飲料和石油與天然氣中各種流量的測試和控制。此外，還有1771QH力矩控制模塊、1771TCM溫度控制模塊等。GE公司的PROLOOP過程控制器，可執(zhí)行PID控制、比例控制和級聯(lián)控制，且有單回路、多回路和自動調(diào)試的三種方式。（3）機械加工的數(shù)字控制 PLC和機械加工中的數(shù)字控制（NC）及計算機數(shù)控（CNC）組成一體，實現(xiàn)數(shù)值控制，如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM112系列，已將CNC功能與PLC融為一體，專家預言，CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制與管理系統(tǒng)。（4）機器人控制隨著工廠自動化網(wǎng)絡的形成，工業(yè)機器人應用領域越來越廣，機器人的控制同樣可用PLC來實現(xiàn)，如美國JEEP公司焊接自動生產(chǎn)線上使用的29個機器人，每臺都用一個PLC控制。（5）構成多級分布式控制系統(tǒng)隨著計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展，國外正在興起工廠自動化（FA）網(wǎng)絡系統(tǒng)，許多著名的PLC制造商都建立了自己的多級分布式控制系統(tǒng)，并開始逐步向制造自動化通信協(xié)議MAP靠攏。多級分布式控制系統(tǒng)一般分為四級：第一級為實時控制，主要是順序控制；第二級為協(xié)調(diào)控制，用于協(xié)調(diào)各種機械的配合問題；第三極為PLC的裝入、管理數(shù)據(jù)的采集與之調(diào)度；第四極為數(shù)據(jù)處理，由上位計算機處理各種數(shù)據(jù)。四、可編程序控制器與計算機之間的通信近年來，工廠自動化網(wǎng)絡得到了迅速的發(fā)展，相當多的企業(yè)已經(jīng)在大量地使用可編程設備，如PLC、工業(yè)控制計算機、變頻器、機器人、柔性制造系統(tǒng)等。將不同廠家生產(chǎn)的這些設備連在一個網(wǎng)絡上，相互之間進行數(shù)據(jù)通信，由企業(yè)集中管理，已經(jīng)是很多企業(yè)必須考慮的問題。本設計任務不包含對壓濾機的通信問題進行考慮，但是，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，工作效率越來越高，設備的自動化程度也在不斷的提高，通信是各個設備之間進行數(shù)據(jù)交換的必要途徑。在工程自動化中，計算機的通信功能作為各級之間接口是十分必要的。可編程序控制器與計算機聯(lián)網(wǎng)構成的綜合系統(tǒng)，可使可編程序控制器與計算機互補功能的不足。對于控制，可編程序控制器對現(xiàn)場，對設備都極為方便，對打印圖表，圖形顯示，中文輸出就遜色一些，而這些功能正是計算機的特長?？删幊绦蚩刂破髋c計算機聯(lián)網(wǎng)時，計算機通常僅用于編程，修改參數(shù)，系統(tǒng)管理方面，而不直接參與控制過程，而可編程序控制器在第一線脫機運行，即使計算機發(fā)生故障，也不會影響生產(chǎn)過程的正常運行?？删幊绦蚩刂破髋c計算機之間的通信一般是通過RS－485口和RS－232C口進行的，信息交換的方式為字符串方式，運用RS－485和RS－232C通信，容易配置一個與計算機進行通信的系統(tǒng)。將所有軟元件的數(shù)據(jù)和狀態(tài)由可編程序控制器送入計算機，由計算機采集這些數(shù)據(jù)，進行分析及運行狀態(tài)監(jiān)測，用計算機改變可編程控制器設備的初始值和設定值，從而實現(xiàn)計算機對可編程控制器的直接控制，一旦確定了可編程控制器的控制指令格式就能很方便地與計算機聯(lián)機，可以這樣說，凡具有RS－232口并能輸入輸出字符串地計算機都可以用于通信。第三章 壓濾機控制系統(tǒng)總體設計第一節(jié) 壓濾機控制系統(tǒng)設計流程如何設計可編程控制器的軟硬件，并構成控制系統(tǒng)，是實現(xiàn)選煤廠壓濾機控制系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關鍵，是整個控制系統(tǒng)設計的核心。在對現(xiàn)場設備進行參觀學習和對控制對象進行詳細的分析后，編寫了整個控制系統(tǒng)的設計流程（）分析控制要求 確定I/O設備選擇PLC分配I/O點數(shù)I/O接線圖的設計繪制工藝流程圖確定外圍電氣裝置設計梯形圖PLC外圍硬件線路設計繪制程序指令表編寫程序控制面板的設計程序調(diào)試 編寫設計說明書根據(jù)在控制系統(tǒng)設計流程，還要對每步的設計任務做出詳細的分析。（一）分析了解被控對象的工藝條件和控制要求，從中抽象出控制任務。① 本設計以平頂山七星選煤廠的新型壓濾機為控制對象。② 確定控制操作的基本方式（手動、自動、連續(xù)、單步等），應完成的動作（動作順序、動作條件），以及必須的保護和連鎖等。（二）根據(jù)控制任務對PLC控制系統(tǒng)的要求，統(tǒng)計控制系統(tǒng)所需輸入信號（轉(zhuǎn)換開關、位置采樣信號、按紐等）和輸出信號（接觸器、輸出繼電器、電磁閥等）的點數(shù)，選擇合適的PLC類型。（三）分配PLC的輸入/輸出接點，編制PLC輸入/輸出端子分配表，并畫出I/O端子接線圖。（四）設計控制系統(tǒng)梯形圖。根據(jù)狀態(tài)流程圖并參考電氣控制原理圖編制梯形圖程序，梯形圖的編制是整個軟件設計的核心工作。（五）將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令語句。為方便程序輸入，使用簡易編程器將程序輸入PLC時，將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令語句。當使用輔助編程軟件在計算機上編程，通過RS232接口電纜將程序輸入到PLC中時。（六）輸入調(diào)試程序。將程序輸入到PLC中，CPU的自診斷功能可查到輸入程序中的語法錯誤，對于有邏輯輸入錯誤還需要設計者認真檢查，或在模擬調(diào)試中發(fā)現(xiàn)并予以改正。在輸入程序無誤時，可進行系統(tǒng)調(diào)試。對調(diào)試中出現(xiàn)的問題要逐一解決，直到調(diào)試成功。（七）各項任務都進行完畢時，要對各項設計內(nèi)容進行整理，編寫設計說明書。第二節(jié) 壓濾機控制系統(tǒng)的設計中還應考慮其它因素（1）系統(tǒng)組成方案。（2）系統(tǒng)總的I/O點數(shù)。以此選擇PLC框架個數(shù)和I/O模塊數(shù)量。（3）控制系統(tǒng)的工藝流程，復雜程度。根據(jù)控制的復雜程度選定存儲器容量。（4）輸入/輸出設備規(guī)格。包括控制信號類型、大小，負載設備的性質(zhì)。以此確定輸入/輸出模塊類型。（5）CPU選擇。由存儲器容量、輸入/輸出點數(shù)和模塊類型、運算功能和運算速度等因素選擇合適的PLC機型。（6）根據(jù)輸入信號和輸出控制設備類型，選擇合適的I/O模塊。（7）按照模塊化、結構化設計方法設計系統(tǒng)程序。第四章 PLC的選型第一節(jié) 壓濾機控制系統(tǒng)的工作過程分析壓濾機是選煤廠壓濾車間的重要設備，主要是對煤泥水進行加壓過濾，提取產(chǎn)品煤泥。選煤廠的煤泥水經(jīng)管道注入攪拌桶，在攪拌電機的攪拌下，使煤泥水不至于沉淀。在壓濾機處于保壓狀態(tài)后，開啟入料泵電機，把煤泥水打入壓濾機，壓濾機在保壓狀態(tài)下對煤泥水進行加壓過濾。等加壓過濾完成后，按下“暫停按鈕”開始卸壓，卸壓完成后就重新啟動高壓油泵電機，由活塞帶動回程閥回程。當回程到位時，觸動回程停止接近開關，回程接近開關發(fā)信號給PLC，使回程結束。進入拉板階段，拉板電機啟動，拉板的往復靠兩個定時器T0和T1來完成。當濾板拉完后，拉板器前進觸動前端限位開關，前端限位開關給PLC一個信號，使拉板器返回，拉板器返回到末端時，觸動拉板停止接近開關，接近開關給PLC一個信號，PLC做出停機指令，一個工作流程結束，進入下一個工作流程。 壓濾機的工作過程分壓緊、保壓、回程、拉板四個階段。開始工作時先啟動油泵電機，主接觸器得電，油泵工作，同時壓緊電磁閥得電，將板框壓緊。濾室內(nèi)壓力開始上升，當液壓系統(tǒng)達到壓力上限25MPA時，電接點壓力表接通上限電路油泵電機自動停止，此時壓濾機進入自動保壓狀態(tài)，保壓指示燈點亮。進入保壓狀態(tài)后，按下“進料啟動”按紐啟動進料泵，慢慢開啟進料閥，料漿通過止推板上的進料孔進入濾室，在規(guī)定的壓力下進行加壓過濾。保壓期間，當油壓降至電接點壓力表的下限（21MPA）時油泵電機重新啟動，壓緊電磁閥動作，壓力回升，達到25MPA時油泵電機又停止，如此循環(huán)。進料過濾形成濾餅后，按下“暫?！卑粹o來清除保壓狀態(tài)，再按下“松開濾板”按紐，油泵電機重新啟動，回程電磁閥動作，活塞回程，濾板松開，當活塞碰到回程限位開關后，回程電磁閥斷電。 煤泥和水分離后，須將煤泥卸下。此時系統(tǒng)進入拉板階段，按下“拉板卸餅”按紐后，啟動拉板油泵電機，使前進電磁閥得電，液壓系統(tǒng)驅(qū)動拉板架前進。定時時間到后（一般為5S，期間卸下濾渣），后退電磁閥自動得電，驅(qū)動拉板架后退，同時啟動第二個定時器，第二個定時器定時時間到后，拉板機構再自動返回拉第二塊濾板，如此循環(huán)往返，直到拉完全部濾板，碰到前端限位開關后，后退電磁閥動作，拉板架后退，碰到拉板停止接近開關自動停機。當拉板時出現(xiàn)異常情況時，可以通過“拉線開關”中斷拉板動作，排除故障后再次拉動“拉線開關”使PLC控制動作復位。 第二節(jié) 可編程控制器PLC的選型在PLC出現(xiàn)以前，現(xiàn)場設備的控制多采用繼電接觸器控制系統(tǒng)。所謂繼電接觸器控制系統(tǒng)也就是由各種自動控制電器組成的電器控制線路。其特點是結構簡單、價格低廉、抗干擾能力強，能在一定范圍內(nèi)滿足單機和自動生產(chǎn)線的需要。但是它有明顯的缺點，主要體現(xiàn)在有觸點的控制系統(tǒng)，觸點繁多，組合復雜，因而可靠性差。此外它是采用固定接線的專用裝置，靈活性差，不能滿足程序經(jīng)常改變，控制要求比較復雜的場合。伴隨著微電子技術和計算機技術的快速發(fā)展，極大的推動了可編程控制器的發(fā)展，功能日益增強，由于PLC 的可靠性高、編程簡單、通用性好、功能強大、體積小功耗低等優(yōu)點，使PLC廣泛的應用在各種機械和生產(chǎn)過程的自動控制中，隨著PLC的成本不斷下降，又進一步促進了PLC的廣泛應用。但并不是所有的控制都必須使用PLC，還可以使用計算機控制或繼電接觸器控制，那就要根據(jù)被控對象的具體情況來確定使用哪種控制系統(tǒng)。選煤廠壓濾機控制系統(tǒng)中所需要的I/O點數(shù)較多，控制要求較復雜；現(xiàn)場處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高的可靠性；如果考慮到今后的發(fā)展，還需要完成與其它設備實現(xiàn)通信或聯(lián)網(wǎng)等。因此，該控制系統(tǒng)中應首選PLC控制。PLC系統(tǒng)是以PLC為核心的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結構包括PLC和輸入、輸出設備。完成系統(tǒng)的設計主要是指PLC的選型和程序設計。由于PLC應用在不同的場合，有不同的工藝流程，對控制功能有不同的要求等。因此，對PLC的選型一般可以從以下幾個方面來考慮：一、可編程序控制器物理結構及控制方式的選擇根據(jù)物理結構，可以將可編程序控制器分為整體式和模塊式。整體式每一I/O點的平均價格比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般使用整體式可編程序控制器。模塊式的可編程序控制器的功能擴展方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)等的選擇，比整體式可編程序控制器靈活的多，模塊式可編程序控制器還具備多種特殊I/O模塊供用戶選用，可完成各種特殊的控制任務，在判斷故障范圍和維修時更換模塊等也很方便。因此較復雜，要求較高的系統(tǒng)一般采用模塊式可編程序控制器。系統(tǒng)如有模擬量閉環(huán)控制、快速響應、高速計數(shù)、通信聯(lián)網(wǎng)和運動控制等特殊要求，可以選用有相應特殊I/O模塊的可編程序控制器計數(shù)，也可以選用內(nèi)置相應功能的整體式可編程序控制器?？刂品绞娇煞譃閱螜C空控制、集中控制和分布式控制等，而在本次壓濾機控制系統(tǒng)的控制對象主要是單臺壓濾機，因此控制方式為單機控制。由以上分析可知該控制系統(tǒng)中的I/O點數(shù)相對較少，且輸入/輸出量均為開關量，邏輯關系也并不是很復雜，屬于小型控制系統(tǒng)。因此在該控制系統(tǒng)中我選用整體式PLC來控制單臺壓濾機。二、 CPU的能力CPU的能力是可編程序控制器最重要的性能指標，也是選擇時首要考慮的問題。實際上I/O點數(shù)，響應速度和軟件功能都屬于CPU的能力，后面分點提出，這里只說明除此之外的CPU能力?？删幊绦蚩刂破鞯腃PU能力還應包括處理器的個數(shù)，根據(jù)處理器的個數(shù)和位數(shù)就可粗略了解該可編程序控制器的基本特征；CPU的存儲器的性能，存儲器是存放程序和數(shù)據(jù)的地方，從使用角度考慮存儲器的性能主要是可供用戶使用的存儲器能力。它應包括存儲器的最大容量，可擴展性，存儲器的種類。存儲器的容量選擇在下一點將單獨提出，存儲器擴展性和種類多少則體現(xiàn)了系統(tǒng)構成的方便和靈活；中間標志，計時器和計數(shù)器的能力，這一性能實際上也體現(xiàn)了軟件功能。中間標志的多少和類型對系統(tǒng)的使用性能具有一定關系，如果構成的系統(tǒng)龐大，控制功能復雜，就需要較多的中間標志。對于計時器和計數(shù)器不但要知道它們的多少，還要知道它們的計時和計數(shù)范圍。其它的性能參數(shù)，包括電流消耗，工作環(huán)境要求，壽命時間等?？傊?，CPU的能力是一種綜合的性能指標，而且要根據(jù)實際需要進行選擇，以滿足工作應用的要求。三、 I/O點數(shù)的確定I/O點數(shù)是可編程序控制器的一個簡單明了的性能參數(shù)，也是應用計算機賽最直接的參數(shù)。在機型選擇時必須注意一下問題：產(chǎn)品手冊上給出的最大I/O點數(shù)的確卻含義，由于各公司的習慣不同，所給出的最大I/O點數(shù)含義并不完全一樣，有的給出的時I/O總點數(shù)，即包括輸入也包括輸出，也就是手冊上給出的點數(shù)是輸入點數(shù)和輸出點數(shù)之和，有的則分別給出最大輸入點數(shù)和最大輸出點數(shù)。要分清模擬量I/O點數(shù)和數(shù)字量I/O點的關系。有的產(chǎn)品模擬量I/O點數(shù)要占數(shù)字量I/O點數(shù)，有的產(chǎn)品則分別獨立給出且互相并無影響。遠程I/O的考慮，對于較大的控制系統(tǒng)，控制對象較為分散，一般都要采用遠程I/O，在選擇機型時，要注意可編程序控制器是否具有遠程I/O的能力和能驅(qū)動遠程I/O點數(shù)。智能I/O的考慮，在機型選擇考慮I/O點數(shù)的同時，還要考慮智能I/O的能力，具有智能I/O模板可方便的解決高速計數(shù)，閉環(huán)控制等特殊的控制功能。I/O點數(shù)的余量，無論如何，在系統(tǒng)硬件設計中要留