基于plc的分段液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-23 21:21 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 出廢 水 圖 鍋爐示意圖 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器 (PLC)的選型 PLC 概述 可編程控制器，英文稱 Programmable Controller，簡稱 PLC，本課題中用 PLC作為它的簡稱。 PLC 是用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計(jì)算機(jī)。它通過運(yùn)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的控制。 PLC 基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行入出信息變換時(shí)，大多只考慮信息本身，信息入出 的物理過程一般不考慮的。而 PLC 則要考慮信息入出的可靠性、實(shí)時(shí)性，以及信息的實(shí)際使用。特別要考慮怎么適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境，如便于安裝，便于維修及抗干擾等問題 ,入出信息變換及可靠的物理實(shí)現(xiàn)，可以說是 PLC 實(shí)現(xiàn)控制的兩個(gè)基本要點(diǎn)。 PLC 可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多、強(qiáng)的多。 PLC 有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的 I/O 接口、通信接口，有大容量的內(nèi)存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能： 9 ○ 1 邏輯處理功能； ○ 2 數(shù) 據(jù)運(yùn)算功能； ○ 3 準(zhǔn)確定時(shí)功能； ○ 4 高速計(jì)數(shù)功能； ○ 5 中斷處理（可以實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)外中斷）功能； ○ 6 程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能； ○ 7 聯(lián)網(wǎng)通信功能； ○ 8 自檢測(cè)、自診斷功能。 可以說，凡普通小型計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)的功能， PLC 幾乎也都可以做到。 像 PLC 這樣。集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為 PLC 的 廣泛應(yīng)用提供了可能，同時(shí)，也為自動(dòng)門行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化及智能化創(chuàng)造了條件 。 PLC 的選型 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng) 。 1． 輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù)的估算 I/O 點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%～ 20%的可擴(kuò)展 。 余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商 PLC 的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。 根據(jù)估算的方法故本課題的 I/O 點(diǎn)數(shù)為輸入 31 點(diǎn)，輸出 33 點(diǎn)。 2． 存儲(chǔ)器容量的估算 存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為 了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來替代。 存儲(chǔ)器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100 倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。 因此本課題的PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲(chǔ) 2020 條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 10 3． 控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的自動(dòng)門控制的 需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 （ 1） 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場(chǎng)合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲(chǔ)器容量。 （ 2） 編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器有 各自的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)化編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)（ IEC6113123），同時(shí)，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如 C， Basic等，以滿足特殊控制場(chǎng)合的控制要求。 （ 3）診斷 功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對(duì) PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對(duì) PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對(duì)操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時(shí)間。 4． 機(jī)型的選擇 目前，國內(nèi)眾多的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從。通過對(duì)輸入 /輸出點(diǎn)的選擇、對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇、對(duì) I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇以及輸出負(fù)載的特 點(diǎn)選型的分許。我們決定使用我們學(xué)校已經(jīng)有的三菱公司生產(chǎn)的 FX2N 系列的 FX2N32MR 型號(hào)的可編程 PLC,如圖 所示 。該型號(hào) PLC 是 FX 系列 PLC 家族中最先進(jìn)的系列。它具備如下特點(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11 靈活性和控制能力。 圖 三菱 FX2N— 32MR PLC 液位傳感器的選型 傳感器 的 英文名稱 SENSOR， 國家標(biāo)準(zhǔn) GB766587 對(duì)傳感器下的定義是： “能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成 ”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信
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