【文章內(nèi)容簡介】 順序控制等功能 ,而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此 ,它既可對開關(guān)量進行控制 ,也可對模擬量進行控制 ,既可控制1臺生產(chǎn)機械、1條生產(chǎn)線 ,也可控制1個生產(chǎn)過程。PLC 還具有通訊聯(lián)絡(luò)功能，與上位計算機構(gòu)成分布式控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)遙控功能?？煽啃愿?抗干擾能力強。大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。針對 PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的 ,故采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施。硬件方面 ,隔離是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出電路一般用光電耦合器來傳遞信號 ,使外部電路與CPU之間無電路聯(lián)系 ,有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響,同時,還可以防止外部高電壓竄入CPU模塊濾波是抗干擾的另一主要措施,在PLC的電源電路和 I/O模塊中,設(shè)置了多種濾波電路,對高頻干擾信號有良好的抑制作用。軟件方面,設(shè)置故障檢測與診斷程序。采用以上抗干擾措施后 ,一般 PLC平均無故障時間高達4萬～5萬h。編程方法簡單,容易掌握PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言。該語言編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修方便。PLC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、時間繼電器、計數(shù)器等部件,控制柜的設(shè)計、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大都可以在實驗室模擬調(diào)試,調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場,進行聯(lián)機統(tǒng)調(diào)。在維修方面,PLC的故障率很低,且有完善的診斷和實現(xiàn)功能,一旦PLC外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障,就可根據(jù)PLC上發(fā)光二極管或編程器上提供的信息 ,迅速查明原因。若是PLC本身問題,則可更換模塊,迅速排除故障,維修極為方便。體積小、質(zhì)量小、功耗低。由于PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品,因而結(jié)構(gòu)緊湊,堅固,體積小,質(zhì)量小,功耗低,而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力。因此,PLC很容易裝入機械設(shè)備內(nèi)部,是實現(xiàn)機電一體化較理想的控制設(shè)備[12]。 PLC的分類目前，PLC應(yīng)用廣泛，國內(nèi)外生產(chǎn)廠家眾多，所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品更是品種繁多，其型號、規(guī)格和性能各不相同。通常，可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進行大致的分類。按結(jié)構(gòu)形式分按照結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和模塊式兩種。前者具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價格低的優(yōu)點，易于裝在工業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，通常適于單機工作。一般小型和超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)，如日本三菱FX系列的PLC。后者配置靈活，裝載和維修方便，功能易于擴展，其缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價也較高。一般大、中型PLC都采用這種結(jié)構(gòu)，如日本三菱公司的AN系列。２、按功能、點數(shù)分按功能、輸入輸出點數(shù)和存儲器容量不同，PLC可分為小型、中型和大型三類。小型PLC又稱為低檔的PLC。這類PLC的規(guī)模較小，它的輸入輸出點數(shù)一般從20點到128點。中型PLC的I/O點數(shù)通常在120點至512點之間，用戶程序存儲器的容量為2KB8KB。大型PLC又稱為高檔的PLC，I/O點數(shù)在512點以上，其中I/O點數(shù)大于8192點的又稱為超大型PLC，用戶程序存儲器容量在8KB以上。 可編程控制器應(yīng)用領(lǐng)域在發(fā)達的工業(yè)國家 ,PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。隨著 PLC性能價格比的不斷提高 ,一些過去使用專用計算機的場合 ,也轉(zhuǎn)向使用 PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴大 ,可歸納為如下幾個方面。開關(guān)量的邏輯控制　這是 PLC 最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC 取代繼電器控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)邏輯控制。例如：機床電氣控制，沖床、鑄造機械、運輸帶、包裝機械的控制，注塑機的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機、連鑄機、飛剪的控制，電鍍生產(chǎn)線、啤酒灌裝生產(chǎn)線、汽車配裝線、電視機和收音機的生產(chǎn)線控制等。運動控制　PLC可用于對直線運動或圓周運動的控制。早期直接用開關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機構(gòu) ,現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家生產(chǎn)的 PLC 幾乎都有運動控制功能。PLC的運動控制功能廣泛地用于各種機械。例如:金屬切削機床、金屬成型機械、配裝機械、機器人和電梯等。閉環(huán)過程控制　過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量 I/O模塊實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的 A/D,D/A轉(zhuǎn)換 ,并對模擬量進行閉環(huán) PID 控制 ,可用 PID 子程序來實現(xiàn) ,也可使用專用的 PID 模塊。PLC 的模擬量控制功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于塑料擠壓成型機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，還廣泛地應(yīng)用于輕工、化工、機械、冶金、電力和建材等行業(yè)。數(shù)據(jù)處理　現(xiàn)代的PLC具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存貯在存儲器中的參考值比較 ,也可以用通訊功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑵浯蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用在大、中型控制系統(tǒng) ,如柔性制造系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)等。機器人控制　機器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動化的 3大支柱之一?，F(xiàn)在許多機器人制造公司，選用 PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。隨著PLC體積進一步縮小，功能進一步增強，PLC在機器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。通訊聯(lián)網(wǎng)　PLC的通訊包括PLC之間的通訊、PLC與上位計算機和其他智能設(shè)備之間的通訊。PLC和計算機具有接口，用雙絞線、同軸電纜或光纜將其聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)信息的交換，并可構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。目前PLC與PLC的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。PLC與計算機之間的通訊，一些PLC生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線 ,并向標準通訊協(xié)議靠攏[13]。第三章 熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計方案太陽能本身是一個不斷變化、而影響其變化的因素又較多、極其復(fù)雜的非線性變量，太陽熱水系統(tǒng)工程是一個非線性系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此采用傳統(tǒng)的控制方法難以得到較佳的控制效果。而模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種新的控制方法。這種控制方法是一種智能的、非線性的控制方法，對那些無法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)可以取得較滿意的控制效果，解決一些用傳統(tǒng)控制方法無法解決的問題。太陽能熱水器控制器采用PID控制算法，這種算法對固定參數(shù)的線性定常系統(tǒng)是非常有效的。通過調(diào)整PID控制器的參數(shù)，一般都能得到比較滿意的控制效果。根據(jù)控制系統(tǒng)要求 ,首先確定 PLC 的控制規(guī)模 ,估算出所需要的I/O點數(shù) (數(shù)字輸入/輸出量、模擬輸入/輸出量) ,再增加10%～20%的備用量，以便隨時增加控制功能，保證系統(tǒng)投入運行后能夠替換個別故障點或彌補遺漏的點數(shù)。統(tǒng)計出I/O總點數(shù)后即可以確定 PLC 的控制規(guī)模 從而確定存儲器(用于存儲用戶程序和數(shù)據(jù))的容量。存儲器容量除了根據(jù)PLC 的控制規(guī)模確定。也可以按照如下方法計算，再增加25%～30 %的備用量，以便隨時增加用戶程序。一種方法是根據(jù)編程實際使用的節(jié)點數(shù)計算，即編完程序之后，根據(jù)節(jié)點數(shù)計算出實際使用容量。另一種方法是估算法，只有開關(guān)量時，所需內(nèi)存總數(shù)=開關(guān)量(輸入/輸出)總數(shù)10；只有模擬量輸入時,所需內(nèi)存總數(shù)=模擬量路數(shù)120在模擬量輸入、輸出同時存在時，所需內(nèi)存總數(shù)=模擬量路數(shù)250；同時,應(yīng)考慮PLC提供的內(nèi)部繼電器和寄存器的數(shù)量,以便節(jié)省資源[14]。 PLC的選型因為本系統(tǒng)是對開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng),并對控制速度要求不高,選用核心部件為三菱公司的FX_2n32MRES/UL系列32點編程控制器,該編程控制器具有自診斷功能,采用循環(huán)掃描工作方式,這完全能滿足要求。FX_2n32MRES/U屬微型編程控制器、輸入輸出控制方式為循環(huán)掃描方式、編程語言為梯形圖語言、32點的編程控制器具有16點輸入,16點輸出。考慮到該PLC所需的輸入、輸出點數(shù)及類型，選用三菱FX_2n32MRES/UL可編程控制器作為該系統(tǒng)的核心，它含有16個輸入點（漏型）和16個輸出點（繼電器型），足夠設(shè)計所用[15]。①FX_2n32MRES/UL簡介FX_2n32MRES/UL屬于FX2N系列PLC，F(xiàn)X2N系列PLC是FX系列中高級的模塊。它擁有無以匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，F(xiàn)X2N是從16到256路輸入、輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。②FX_2n32MRES/UL的特點FX_2n32MRES/UL屬于FX2N系列PLC，F(xiàn)X2N系列PLC是FX系列中最高級的模塊。它擁有無以匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，F(xiàn)X2N是從16到256路輸入、輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。 PLC硬件控制框圖上位機采用PC機，下位機選用日本三菱公司的FX2n系列的32點可編程控制器，實現(xiàn)對太陽能熱水器的控制，完成太陽能熱水器的溫度、液位等控制功能。為提高系統(tǒng)的安全性，需要有報警點輸入并且用聲光信號顯示故障類型，同時發(fā)出警報提醒值班人員及時處理事故。當(dāng)故障出現(xiàn)時，故障指示燈閃爍且報警電鈴響起，操作人員可以按下“消音”按鈕以解除鈴響，但故障指示燈仍在閃爍，直到故障消除，故障指示燈才停止閃爍。系統(tǒng)控制框圖如圖3—1。圖3—1 系統(tǒng)控制框圖 各單元功能作用介紹電機類型的選擇電機類型選擇的原則如下：對于有特定要求的工作機械，應(yīng)優(yōu)先選擇專用電機。如可工作于高濕度，有鹽霧、霉菌、凝露等環(huán)境的船用電動機；有較高的效率及節(jié)能指標的紡織電動機；有作為激振動力源，如用于糧食加工機械或振動篩、振動輸送機的振動異步電動機；在化工、橡膠、紡織、造紙等工業(yè)中有時要求軟機械特性和寬調(diào)速范圍的電動機，當(dāng)負載增加時電動機的出軸轉(zhuǎn)速隨之降低而輸出力矩增加，保持與負載平衡，并允許較長時間堵轉(zhuǎn)的三相力矩電動機等。對于一般生產(chǎn)機械，在滿足生產(chǎn)機械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格便宜、維護方便的電動機。從一般要求看，交流電動機優(yōu)于直流電動機，交流異步電動機優(yōu)于交流同步電動機，鼠籠式異步電動機優(yōu)于繞線式異步電動機。對于連續(xù)運行，負載平穩(wěn)，對起動制動沒有特殊要求的生產(chǎn)機械，應(yīng)優(yōu)先采用普通鼠籠異步電動機，它廣泛用于各種機床、水泵和風(fēng)機等。大中功率的空壓機和皮帶輸送機等生產(chǎn)機械要求有較大的起動轉(zhuǎn)矩，應(yīng)采用深槽式或雙鼠籠式異步電動機[17]。由于太陽能熱水器屬于連續(xù)運行，負載平穩(wěn)，對起動制動沒特殊要求，綜合各方面考慮，本系統(tǒng)微型電機選用Y系列三相異步電動機。電壓為220V。頻率為50HZ。功率為10w。交流接觸器的選擇本系統(tǒng)選用正泰公司生產(chǎn)的CJX1系列交流接觸器，該接觸器為雙斷點觸頭的直動式運動結(jié)構(gòu)，動作機構(gòu)靈活，手動檢察方便，結(jié)構(gòu)緊湊。觸頭，磁系統(tǒng)采用封閉結(jié)構(gòu)，能提高壽命。接線端均有防護罩覆蓋，使用安全可靠。安裝可用螺釘緊固，也可扣裝在35毫米的安裝軌上，裝卸方便。CJX1系列交流接觸器適用于交流50Hz（或60Hz），額定電壓至660V，在AC3使用類別下工作電壓為380V，供遠距離和分斷電路及頻繁起動和控制交流電動機，并可與適合的熱繼電器組成電磁起動器，以保護可能發(fā)生操作過負荷電路。熱繼電器的選擇本系統(tǒng)所用的熱繼電器為正泰公司生產(chǎn)的NR4(JRS2)系列，NR4(JRS2)系列熱過載繼電器適用于交流50Hz/60Hz、額定電壓690V、1000V。該熱繼電器具有斷相保護、溫度補償、動作指示、自動與手動復(fù)位，該產(chǎn)品動作可靠。另外，該產(chǎn)品符合：、IEC6094741等標準，可靠性較高。該熱繼電器可與CJX1系列交流接觸器接插安裝，其實物圖如圖3－2示[18]。圖3－2 NR4(JRS2)系列熱過載繼電器電磁閥的選擇電磁閥選用SSFKC024型電磁閥，原產(chǎn)地: 浙江宋氏閥控，該產(chǎn)品主要用于太陽能熱水器等潔具類，工作電壓適用范圍廣、交直流3220V，使用可靠，完全可以達到使用要求，供水閥、排水閥、除塵閥實物圖分別如圖所示。 圖3－3 供水閥 圖3－4 排水閥 圖3－5 除塵閥發(fā)光指示燈的選擇指示燈選用兩色二極管指示燈，當(dāng)機器運行時，指示燈顯示綠色，機器通電不運行時，指示燈顯示紅色，要求指示燈質(zhì)量可靠，根據(jù)要求，選用TLL0501－HMC型指示燈。隔離變壓器的選擇本生產(chǎn)線選用BK－100型號隔離變壓器，該隔離變壓器變比1：1，電壓220V AC。水箱的選擇水箱的選用要根據(jù)情況來確定。水箱是熱水器重要組成部分。它包括循環(huán)水箱和補給水箱，循環(huán)水箱與集熱器上下水管相連，供熱水循環(huán)之用。補給水箱只與循環(huán)水箱相通，當(dāng)循環(huán)水箱水位低時，以補給冷水之用。1）循環(huán)水箱循環(huán)水箱容量大小是根據(jù)熱水器裝置日產(chǎn)熱水量而定。為了便于加工提高經(jīng)濟性和通用性，循環(huán)水箱已標準化。目前循環(huán)水箱以容積分為500升和1000升二種，外形均為方形。容積500升的水箱外形尺寸為: 778 X 778 X 880毫米。容積1000升的水箱外形尺寸為:8 X 928 X 1300毫米。循環(huán)水箱的上部均裝有漲水管及透氣孔，其位置稍高于水位。溢水管和透氣孔制成一體，它的作用是保持最