【正文】 試 ,調(diào)試好后再將 PLC 控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) ,進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。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。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(jiān)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。 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(hào)、規(guī)格和性能各不相同。 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。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。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。 小型 PLC 又稱為低檔的 PLC。中型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)通常在 120 點(diǎn)至 512 點(diǎn) 之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為 14 2KB8KB。 可編程控制器應(yīng)用領(lǐng)域 在發(fā)達(dá)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(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)。 PLC 的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大 ,可歸納為如下幾個(gè)方面。 PLC 取代繼電器控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。世界上各主要 PLC 廠家生產(chǎn)的 PLC 幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制 功能。例如 :金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。 PLC 通過模擬量 I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的 A/D,D/A轉(zhuǎn)換 ,并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán) PID 控制 ,可用 PID 子程序來實(shí)現(xiàn) ,也可使用專用的 PID 模塊。 數(shù)據(jù)處 理 現(xiàn)代的 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)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。數(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?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用 PLC 作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動(dòng)作。 通訊聯(lián)網(wǎng) PLC 的通訊包括 PLC 之間的通訊、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通訊。目前 PLC 與 PLC 的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。 16 第三章 熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 太陽能本身是一個(gè)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(gè)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。這種控制方法是一種智能的、非線性的控制方法，對(duì)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。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。統(tǒng)計(jì)出 I/O 總點(diǎn)數(shù)后即可以確定 PLC 的控制規(guī)模 從而確定存儲(chǔ)器 (用于存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù) )的容量。 也可以按照如下方法計(jì)算 ， 再增加 25%～ 30 %的備用量 ， 以便隨時(shí)增加用戶程序。另一種方法是估算法 ， 只有開關(guān)量時(shí) ， 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(shí) ,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(shí)存在時(shí) ， 所需內(nèi)存總數(shù) =模擬量路數(shù) 250 ； 同時(shí) ,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]。 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(diǎn)的編程控制器具有 16 點(diǎn)輸入 ,16點(diǎn)輸出 。 17 ① FX_2n32MRES/UL 簡介 FX_2n32MRES/UL 屬于 FX2N系列 PLC， FX2N系列 PLC 是 FX系列中高級(jí)的模塊。 ② FX_2n32MRES/UL 的特點(diǎn) FX_2n32MRES/UL 屬于 FX2N系列 PLC， FX2N系列 PLC 是 FX 系列中最高級(jí)的模塊。 PLC 硬件控制框圖 上位機(jī)采用 PC 機(jī)，下位機(jī)選用日本三菱公司的 FX2n 系列的 32 點(diǎn)可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)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。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，故障指示燈閃爍且報(bào)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。 圖 3— 1 系統(tǒng)控制框圖 各單元功能作用介紹 電機(jī)類型的選擇 電機(jī)類型選擇的原則如下：對(duì)于有特定要求的工作機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先選擇專用電機(jī)。 對(duì)于一般生產(chǎn)機(jī)械，在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便的電動(dòng)機(jī)。 對(duì)于連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)起動(dòng)制動(dòng)沒有特殊要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先采用普通鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，它廣泛用于各種機(jī)床、水泵和風(fēng)機(jī)等。 由于太陽能熱水器屬于連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)起動(dòng)制動(dòng)沒特殊要求，綜合各方面考慮，本系統(tǒng)微型電機(jī)選用 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。 頻率 為 50HZ。 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(diǎn)觸頭的直動(dòng)式運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)作機(jī)構(gòu) 靈活，手動(dòng)檢察方便，結(jié)構(gòu)緊湊。接線端均有防護(hù)罩覆蓋，使用安全可靠。 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(yuǎn)距離和分?jǐn)嚯娐芳邦l繁起動(dòng)和控制交流電動(dòng)機(jī)，并可與適合的熱繼電器組成電磁起動(dòng)器，以保護(hù)可能發(fā)生操作過負(fù)荷電路。該熱繼電器具有斷相保護(hù)、溫度補(bǔ)償、動(dòng)作指示、自動(dòng)與手動(dòng)復(fù)位，該產(chǎn)品動(dòng)作可靠。該熱繼電器可與 CJX1 系列交流接觸器接插安裝，其實(shí)物圖如圖 3－ 2 示 [18]。 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(jī)器運(yùn)行時(shí)，指示燈顯示綠色，機(jī)器通電不運(yùn)行時(shí)，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。 水箱的選擇 水箱的選用要根據(jù)情況來確定。它包括循環(huán)水箱和補(bǔ)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。 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。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 1000 升的水箱外形尺寸為 :8 X 928 X 1300 毫米。溢水管和透氣孔制成一體，它的作用是保持最高水位平面，同時(shí)讓水中空氣由此處排出，避免帶入管道系統(tǒng)，以致造成氣阻損失。這樣冷水進(jìn)入循環(huán)水箱時(shí)，通過擋板使之?dāng)U散流入不致將箱內(nèi)上部熱水?dāng)嚮臁? 2）補(bǔ)給水箱 補(bǔ)給水箱是供給冷水的水箱。水箱，而是通過補(bǔ)給水箱來補(bǔ)給。補(bǔ)給水箱不宜太大，宜狹而長。通用設(shè)計(jì)中最常用的一 20 種補(bǔ)給水箱結(jié)構(gòu)。 傳感器的選型 通過各種高性能傳感器對(duì)氣候環(huán)境進(jìn)行測(cè)量及數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)量結(jié)果通過接口送至PLC 中， PLC 根據(jù)控制要求對(duì)整個(gè)太陽能熱水器進(jìn)行綜合控制。溫度誤差可以在電路上或軟件上采取補(bǔ)償措施，不同的補(bǔ)償方法，其整體溫度系數(shù)差異較大，但仍與元件本身的溫度特性有關(guān)，一般將敏感元件和電路的溫度系數(shù)合在一起考慮。若污染嚴(yán)重，基點(diǎn)漂移量過大，又不 能再生，只能將傳感器作報(bào)廢處理 [19]。 22 表 3— 2 PLC的輸入端口分配 輸入點(diǎn) 代號(hào) 工程名稱 X0 SB 啟動(dòng)按鈕 X1 SB1 總停按鈕 X2 SL1 溫度開關(guān)（常開） X3 SL2 溫度開關(guān)（常閉） X4 SB2 手動(dòng) 上水 開關(guān) X5 SB3 手動(dòng) 排水開關(guān) X6 SB4 手動(dòng)消音 開關(guān) X7 SB5 手動(dòng)加熱開關(guān) 表 3— 3 PLC的輸出端口分配 輸出點(diǎn) 代號(hào) 工程名稱 Y0 HL 啟動(dòng)指示燈 Y1 HL1 總停指示燈 Y2 HL2 除塵指示燈 Y3 HA 報(bào)警蜂鳴器 Y4 HL3 故障指示燈 Y5 YV1 供水電磁閥 Y6 YV2 排水電磁閥 Y13 KM1 除塵電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器 Y15 YV3 除塵閥 Y14 KM2 除塵電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 主電路的設(shè)計(jì)： 1) 接觸器 KM1 和 KM2 分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。 3) 選擇自動(dòng)開關(guān) Q 為總電源的開關(guān)，即可完成主回路 的短路保護(hù)，又起到隔離三相交流電源的作用，使使用和維護(hù)更加方便。 FU7 FU8 完成 PLC 控制回路的短路保護(hù)。如圖 3－ 6 所示 圖 3－ 6 電氣控制主電路圖 PLC 控制電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)所選的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的控制原理圖及 PLC 外部接線圖，如圖 3－ 6 所示太 陽能熱水器系統(tǒng) PLC I/O 控制原理電路圖。主程序包含有多個(gè)分支程序，這樣既提高了編程的靈活性又減少了不必要的代碼重復(fù)，同時(shí)也方便以后系統(tǒng)擴(kuò)展對(duì)軟件的修改，系統(tǒng)主要是接收上位機(jī)的控制參數(shù)，并完成太陽能熱水器溫度、液位的測(cè)量和控制任務(wù)。 系統(tǒng)軟件指的是操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)等與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的程序。本課題采用日本三菱公司的 PLC，所以系統(tǒng)軟件是由三菱公司提供的，該軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，每個(gè)控制對(duì)象或控制任務(wù)都要有相應(yīng)的控制程序，用這些控制程序來完成對(duì)象的不同要求，這種程序通常稱為 應(yīng)用程序。 系統(tǒng)控制流程圖 建立系統(tǒng)控制流程圖 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求及實(shí)際的控制需要，繪制系統(tǒng)控制流程圖 1）主程序控制系統(tǒng)流程圖 26 圖 3－ 8 主程序控制系統(tǒng)流程圖 水位子程序 溫度子程序 27 2） 水位子程序流程圖 圖 3－ 9 水位子程序流程圖 28 3） 溫度子程序流程圖 圖 3－ 10 溫度子程序流程圖 29 4） 除塵子程序流程圖 圖 3－ 11 除塵子程序流程圖 流程圖簡介 : PLC 投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好起動(dòng)。如果沒有到則系統(tǒng)停止。則調(diào)用溫度子程序和水位自程序。如果水箱內(nèi)的水位低于設(shè)定值。先供水 5 分鐘。如果水箱內(nèi)的水溫低于設(shè)定值。如果水位 過高或者水溫過高。當(dāng)外部環(huán)境溫度超過 4 度時(shí)。除塵時(shí)。然后電機(jī)反轉(zhuǎn) 20秒。則返回從開始的全部動(dòng)作，進(jìn)行下一次大循環(huán)。 30 設(shè)計(jì) PLC 控制原理（梯形圖程序） 程序設(shè)計(jì)：用流程圖表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)作順序，相互間的制約關(guān)系?？刂葡到y(tǒng)的程序的設(shè)計(jì)，主程序的編制及各功能子程序的編制以及程序的調(diào)試。根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖，繪制太陽能熱水器系統(tǒng)控制的梯形圖和編制程序指令表，其完整梯形圖及指令表見附錄。在安裝 PLC 時(shí)，要滿足下列條件 : 環(huán)境溫度在 0～ 50℃的范圍內(nèi)； 環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)在 35％ 85％范圍內(nèi)； 周圍無腐蝕和易燃的氣體； 應(yīng)避免太陽光的直接照射及液態(tài)物質(zhì)的濺射； 應(yīng)避免鐵屑及灰塵； 避免頻繁或連續(xù)的振動(dòng)及沖擊。 盡可能遠(yuǎn)離高壓電源線和高壓設(shè)備，可編程控制器高壓設(shè)備和電源線之間應(yīng)留出至少 200mm的距離。有兩種安裝方法，一是底板安裝，不同的單元有不同的安裝尺寸；另一種是 DIN（ 德國共和標(biāo)準(zhǔn)）軌道固定。在軌道上，先裝好左右夾板，裝上 PLC，然后擰緊螺釘 [20]。如果電源發(fā)生故障，中斷時(shí)間少于 10ms ， PLC 工作不受影響。當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，若 RUN輸入接通，則操作自動(dòng)進(jìn)行。 32 接地 良好的接地是保證 PLC 可靠工作的必要條件。 接地電阻應(yīng)小于 100Ω 。 PLC 的各單元地線應(yīng)相連在一起。輸入接線端子是 PLC 與外部傳感器負(fù)載轉(zhuǎn)換信號(hào)的端口。 輸入器件可以是任何無源的觸點(diǎn)或集電極開路的 NPN 管。 輸入端的一次電路與二次電路之間，采用隔離變壓器