【文章內(nèi)容簡介】 趨勢。 一方面， PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成設備控制任務之外，還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息交流，成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分。 1. PLC 向網(wǎng)絡化技術發(fā)展 PLC 向網(wǎng)絡化技術發(fā)展，其中有兩個趨勢： 一方面， PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成設備控制任務之外， 還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息交流，成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分 ； 另一方面，現(xiàn)場總線技術得到廣泛的采用， PLC 與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設備，比如智能化儀表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅(qū)動執(zhí)行機構等，通過一根傳輸介質(zhì) (比如雙絞線，同軸電纜，光纜 )連接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構成一個現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡與單純的 PLC 遠程網(wǎng)絡相比，配置更靈活，擴容更方便，造價更低，性能價格比更安徽理工大學畢業(yè)設計 4 好，也更具開放 性 意義。 2. PLC 向高性能小型化發(fā)展 PLC 的功能正越來越豐富，而體積則越來 越小。比如 西門子 的 S7200 系列 PLC，最小的機種，體積僅為 609070 2mm ，相當于一個繼電器，但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及 16 位四則運算等能力，還具有可調(diào)電位器時間設定功能。 PLC 已不再是早期那種只能進行開關量邏輯運算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數(shù)運算， PID調(diào)節(jié)，溫度控制，精確定位，步進驅(qū)動，報表統(tǒng)計等。從這種意義上說， PLC 系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng) )的差別已經(jīng)越來越小 了。用 PLC 同樣可以構成一個過程控制系統(tǒng)。 3. 預測發(fā)展前景 （ 1）增強抗干擾性 如 果 生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，或是電磁干擾異常強烈則也可造成 PLC 控制系統(tǒng)的運算或是控制錯誤，導致在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤而不能保證正常的生產(chǎn)運行，因此，提高 PLC 的可靠性是其未來發(fā)展的主要方向，其一方面要提高抗干擾能力同時在設計、安裝以及使用過程中引起重視，盡量減少對其造成負面影響。 （ 2） 進一步網(wǎng)絡化、數(shù)字化 目前用于火電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的 DCS 雖技術日益成熟但近年來其發(fā)展日趨緩慢，PLC 的產(chǎn)生及發(fā)展使其與 DCS 相互吸 收彼此特點，逐步同化，并逐步發(fā)展成為新的控制系統(tǒng) —— FCS 系統(tǒng)，其既保留了原來系統(tǒng)的特性又實現(xiàn)了工業(yè)自動化技術的發(fā)展，并使數(shù) 作為通用工業(yè)控制計算機， 30 年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍。其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步。其應用領域從小到大，實現(xiàn)了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。 PLC 的優(yōu)點是外部接線簡單，內(nèi)部程序可變，在不改變接線的 情況下，可以重新設計程序，而且相應的施工周期較短，內(nèi)部軟繼電器是寄存器，沒有觸動，故障率低，壽命長，抗干擾能力強，執(zhí)行時間短，應用指令多，可實現(xiàn)復雜的控制功能等等。傳統(tǒng)繼電器的不足之處是有觸動系統(tǒng)，故而故障率高，平均修復時間長，壽命短，功耗大，如需改變系統(tǒng)功能將需重新的接線，工作量相對較大且容易出錯，執(zhí)行時間長等等。然而 PLC 對于高壓控制元件的控制卻沒有繼電器等系統(tǒng)的優(yōu)點，在許多工廠的電力系統(tǒng)中有許多的高壓電力設備所需的控制系統(tǒng)只能通過大型的繼電元件來實現(xiàn)動作，而對于要實現(xiàn)自動化程度較高的工廠生產(chǎn)線而言，這 種繼電系統(tǒng)卻沒有 PLC 系統(tǒng)的結構簡單，操作容易，方便快捷等優(yōu)點，然而將這兩種系統(tǒng)相結合卻可以實現(xiàn)對工廠電氣系統(tǒng)的控制，使之更科學，更簡潔，更加具有高速的運行速度，讓工廠的自動安徽理工大學畢業(yè)設計 5 化成度更高。 從工業(yè)革命時期到現(xiàn)在電氣控制已經(jīng)發(fā)展了一個相當長的時間，再發(fā)展也不會有什么突出的表現(xiàn)，而 PLC 技術的發(fā)展還處于一個不斷創(chuàng)新的階段，所以 PLC 的發(fā)展與電氣控制的發(fā)展已然成為一種主從關系，即 PLC 的發(fā)展帶動電氣控制的發(fā)展，而未來PLC 的發(fā)展其中有兩個趨勢。一方面， PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng) 發(fā)展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成設備控制任務之外，還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息交流，成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分 PLC 向網(wǎng)絡化技術發(fā)展，其中有兩個趨勢：一方面， PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)不再是自成體系的封閉系統(tǒng)，而是迅速向開放式系統(tǒng)發(fā)展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 網(wǎng)絡系統(tǒng)，完成設備控制任務之外，還可以與上位計算機管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息交流，成為整個信息管理系統(tǒng)的一部分；另一方面，現(xiàn)場總線技術得到廣泛的采用， PLC 與其他安裝在現(xiàn)場的智能化設備，比如智能化儀 表，傳感器，智能型電磁閥，智能型驅(qū)動執(zhí)行機構等，通過一根傳輸介質(zhì) (比如雙絞線，同軸電纜，光纜 )連接起來，并按照同一通信規(guī)約互相傳輸信息，由此構成一個現(xiàn)場工業(yè)控制網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡與單純的 PLC 遠程網(wǎng)絡相比，配置更靈活，擴容更方便，造價更低，性能格比更好，也更具開放性意義。 PLC 的功能正越來越豐富，而體積則越來越小。比如西門子的 S7200 系列 PLC，最小的機種，體積僅為 609070 2mm ，相當于一個繼電器，但卻具有高速計數(shù)、斜坡、交替輸出及 16 位四則 運算等能力，還具有可調(diào)電位器時間設定功能。 PLC 已不再是早期那種只能進行開關量邏輯運算的產(chǎn)品了，而是具有越來越強的模擬量處理能力，以及其他過去只有在計算機上才能具有的高級處理能力，如浮點數(shù)運算， PID調(diào)節(jié)，溫度控制，精確定位，步進驅(qū)動，報表統(tǒng)計等。從這種意義上說， PLC 系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng) )的差別已經(jīng)越來越小了。用 PLC 同樣可以構成一個過程控制系統(tǒng)。 如果生產(chǎn)環(huán)境過于惡劣，或是電磁干擾異常強烈則也可造成 PLC 控制系統(tǒng)的運算或是控制錯誤，導致在某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤而不能保證正常的生產(chǎn)運行，因此，提高PLC 的可靠性是其未來發(fā)展的主要方向，其一方面要提高抗干擾能力同時在設計、安裝以及使用過程中引起重視，盡量減少對其造成負面影響。 目前用于火電系統(tǒng)控制系統(tǒng)的 DCS 雖技術日益成熟但近年來其發(fā)展日趨緩慢， PLC 的數(shù) 字化、智能化控制得到進一步的發(fā)展和應用，因此其近年來在火電廠的應用日益廣泛。 PLC 產(chǎn)品還可以用于離散、制程和混合式自動化產(chǎn)品領域，并在各個制造行業(yè)保持穩(wěn)固增長?；趯Ω咦詣踊潭群透吣苄У男枰圃鞓I(yè)會越來越多地應用PLC。在制造過程中，以最低生產(chǎn)設備生命周期成本來實現(xiàn)適應性和靈活 性的日益增安徽理工大學畢業(yè)設計 6 加的需求，給 PLC 的創(chuàng)新與發(fā)展提供了不竭的動力。一些新興行業(yè)的運用以及新能源產(chǎn)生、儲存和基礎設施建設的需要，無疑給 PLC 帶來了巨大的機遇。 為 了 能夠更廣泛的適應未來各種工業(yè)生產(chǎn)過程中控制場所的需要， PLC 控制系 統(tǒng)作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要部分其產(chǎn)品將會更加豐富，規(guī)格也會更加齊全， 并將在人類電氣自動化發(fā)展過程中發(fā)揮更加廣泛的作用。 隨著社會的日益進步，人們對生活水平要求的不斷提高，未來的 PLC 與電氣 制的目標將朝著工業(yè)自動化水平更高的方向發(fā)展，在西方國家這一目標已經(jīng)得到一定的實現(xiàn)， 而我國正朝著這一目標努力前進。一個國家的發(fā)達水平與該國家的工業(yè)自動化程度有著密不可分的關系，而電、氣、水的控制又與工業(yè)自動化的成度密不可分，而要實現(xiàn)這一系列的動作控制無疑通過 PLC 控制系統(tǒng)的統(tǒng)一集中控制是最能體現(xiàn)自動化優(yōu)勢的。 課題 研究設計的目的和意義 電機是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的拖動設備之一，交流異步電機由于結構簡單、維修容易等優(yōu)點，被廣泛應用于工農(nóng)業(yè)及其他生產(chǎn)當中。但隨著工農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，對電動機運行的要求也不斷提高，很多的生產(chǎn)過程中都要求電動機能根據(jù)不同的工況，運行在不同的速度。早期工業(yè)生產(chǎn)中，對于 一些要求調(diào)速精度高的系統(tǒng)，采用了直流電動機，但直流電動機存在啟動轉(zhuǎn)矩小，換向電刷容易老化產(chǎn)生火花等問題。人們又根據(jù)交流電動機的運行特點，得出了傳統(tǒng)的交流電動機調(diào)速方法，是利用轉(zhuǎn)子回路串電阻分段控制的交流繞線式電機繼電器接觸器系統(tǒng)，設備陳舊、技術落后。而且這種控制方式存在著很多的問題 : （ 1） 轉(zhuǎn)子回路串接電阻，消耗電能，造成能源浪費。 （ 2） 電阻分級切換，為有級調(diào)速，設備運行不平穩(wěn)，容易引起電氣及機械沖擊。 （ 3） 繼電器、 接觸器頻繁動作，電弧燒蝕觸點，影響接觸器使用壽命，維修成本較高 。 （ 4） 交流繞線異步電動 機的滑環(huán)存在接觸不良問題，容易引起設備事故。 （ 5） 電動機依靠轉(zhuǎn)子電阻獲得的低速，其運行特性較軟。 上述問題使提升機運行的可靠性和安全性不能得到有效的保障。因此，需研制更加安全可靠的控制系統(tǒng)，使可調(diào)速系統(tǒng)的運行有更好的可靠性和安全性。 就計算機技術在工業(yè)現(xiàn)場應用情況而言，可編程控制器 (PLC)是目前作為工業(yè)控制最理想的機型，它是采用計算機技術、按照事先編好并儲存在計算機內(nèi)部一段程序來完成設備的操作控制。采用 PLC 控制，硬件簡潔、軟件靈活性強、調(diào)試方便、維護量小， PLC 技術己經(jīng)廣泛應用于各種控制系統(tǒng)。 本設 計將在 PLC 電控系統(tǒng)的基礎上配合變頻調(diào)速裝置，運用現(xiàn)在先進的矢量控安徽理工大學畢業(yè)設計 7 制技術，適合和現(xiàn)在工業(yè)應用領域的絕大部分控制要求。 安徽理工大學畢業(yè)設計 8 2 PLC 的基礎知識 PLC 的概述 PLC 的定義 PLC 的技術從誕生之日起 ,就不斷地發(fā)展 ， PLC 的定義也經(jīng)過多次變動 。 1987 年國際電工委員會 IEC 頒布了可編程控制器最新的定義 ： 可編程控制器（ PLC）是一種能夠直接應用于專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲 器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)核算數(shù)計算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各類的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。 可見， PLC 的定義實際是根據(jù) PLC 的硬件和軟件技術進展而發(fā)展的。這些發(fā)展不僅改進了 PLC 的設計，也改變了恐怖感知系統(tǒng)的設計理念。 的硬件發(fā)展 （ 1）采用新的先進的微處理器和電子技術達到快速的掃描時間。 （ 2）小型的、低成本的 PLC，可以代替 4~10 個繼電器，現(xiàn)在 獲得了更大的發(fā)展動力。 （ 3）高密度的 I/O 系統(tǒng)，以低成本提供了節(jié)省空間的接口。 （ 4）基于微處理器的智能 I/O 接口擴展了分布式控制能力，典型的接口有 PID、網(wǎng)絡、 CAN 總線、現(xiàn)場總線、 ASCII 通信、定位、主機通信模塊和語言模塊等。 （ 5）包括輸入 /輸出模塊和端子的結構設計改進，使端子更加集成。 （ 6）特殊接口允許某些期間可以直接接到控制器上，如熱電偶、熱電阻、應力測量級快速響應脈沖等。 （ 7）外部設備改進了操作員界面技術，系統(tǒng)文檔功能成為 PLC 的標準功能。 以上這些硬件的改進，使 PLC 的產(chǎn)品系列豐富和發(fā) 展， PLC 從最小只有 10 個 I/O點的微型 PLC，發(fā)展到可以達到 8000 個 I/O 點的大型 PLC。 的軟件進展 （ 1） PLC 引入了面向?qū)ο蟮木幊坦ぞ?，并根?jù)國際電工委員會的 IEC611313的標準形成了多種語言。 （ 2） 小型 PLC 也提供了強大的編程指令，并且延伸了應用領域。 （ 3） 高級語言如 BASIC 和 C 語言在某些控制器模塊中已經(jīng)可以實現(xiàn)，并在與外部通信和處理數(shù)據(jù)時提供了更大的編程靈活性。 安徽理工大學畢業(yè)設計 9 （ 4） 形圖邏輯中可以實現(xiàn)高級的功能塊指令，使用戶用簡單的編程方法實現(xiàn)復雜的軟件功能。 （ 5）診斷和錯誤檢測功能 是從簡單的系統(tǒng)控制器的過賬診斷擴大到對所控制的機器和設備的過程診斷。 （ 6）浮點算術可以進行控制應用中計量、平衡和統(tǒng)計的所牽涉的復雜計算。 （ 7）數(shù)據(jù)處理指令得到簡化和改進，可以進行涉及大量數(shù)據(jù)存儲、跟蹤和存取復雜控制，以及數(shù)據(jù)采集和處理功能。 PLC 的特點 PLC 發(fā)展如此迅速是因為它具有一些其他控制系統(tǒng)所不及的一些特點。 可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 PLC 的可靠性高，表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） PLC 不需要大量的活動部件和電子元件，接線大大減少，與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維 修時間縮短，使可靠性得到提高。 （ 2） PLC 采用一系列可靠性設計方法進行設計。 （ 3） PLC 有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、編程的出錯大大降低及為工業(yè)惡劣操作環(huán)境而設計的硬件，使可靠性大大提高。 PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面： （ 1）操作方便。對 PLC 的操作包括程序的