基于plc论文设计完整版.docx

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基于plc论文设计完整版

简易自动响铃装置是生活中常见的报警装置，报警装置在生产和生活中是随处可见的，它虽然并不复杂，但是在日常的生产生活中起着十分重要的作用，比如一些容易发生危险的地方，人多的场合，如果将要发生危险，报警装置可以提前通知人们，达到防患于未然，在小的方面应用也很多，在这就不一一列举，以前报警装置一模拟电路为主，但由可编程器件构成的电路现在明显比模拟电路优点多，可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

所以可编程逻辑器件现在是主流！

根据钢铁厂排放废酸水处理的要求，本文提出了钢铁厂废酸水PH值的控制；介绍了欧姆龙公司的CPM2AH型小型可编程控制器，及上位工控机组态王6.5在本控制系统中的应用。

关键词：

响铃，可编程器件，PLC，PH值，废酸水，组态王

Abstract

Simpleautomaticringingdeviceisthecommonlifeofthealarmdevice,alarmdeviceisinproductionanddailylifeeverywhere,whileitisnotcomplicated,butindailyproductionplaysanimportantroleinlife,suchasanumberofrisk-proneplaces,peopleandmoreoccasionstobedangerousifthealarmdevicecaninformpeopleinadvance,totakepreventivemeasures,theapplicationinsmallandtherearemanythatdonotlisttheminthepast,ananalogcircuit-basedalarmHowever,thecircuitformedbyaprogrammabledeviceisnowsignificantlymorethantheadvantagesofanalogcircuits,programmablelogiccontrollerisadigitalcomputingoperatetheelectronicsystemsinindustrialenvironmentsforapplications.Itusesaprogrammablememory,usedtoimplementlogicinitsinternalmemoryoperations,sequencecontrol,timing,countingandarithmeticinstructionssuchasoperationand,throughdigital,analoginputandoutput,controlvariousmachinesorproductionprocess.Sonowthemainstreamprogrammablelogicdevice!

Accordingtorequirementofsteelfactorydealingwithwasteacidwater,thisarticleputsforwardhowtocontrolthePHofsteelfactorydealingwithwasteacidwater.IntroducingCPM2AHsmallprogrammablecontrollerofOMRONcompany,andkingview6.5whichappliesinthiscontrolsystem.

目录

绪论

1.可编程逻辑器件的简介··············································4

2.可编程逻辑器件的应用与特点········································5

3可编程逻辑器件的几大生产厂家······································7

第一章整体方案的选择

1产品现状分析······················································6

2方案选择··························································6

3.PLC与单片机系统做比较············································7

4.废酸水处理工艺···················································11

5废酸水处理控制系统特点及控制指标·································11

6.控制系统硬件设计·················································11

第二章电路设计

1.所用控制单元·····················································13

2.I/O分配·························································16

3.梯形图设计·······················································16

4.运行过程分析·····················································17

5.源程序··························································18

6.电路安装调试·····················································20

第三章总结与展望

1.总结·····························································20

2.致谢·····························································21

3.参考文献·························································21

4.附录·····························································23

绪论

1.可编程逻辑器件的简介

可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。

但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。

国际电工学会（IEC）曾先后于1982年、1985年和1987年发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿，对PLC作了如下定义：

可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

定义强调了PLC是：

1数字运算操作的电子系统——也是一种计算机；

2专为在工业环境下应用而设计；

3面向用户指令——编程方便；

4逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作；

5数字量或模拟量输入输出控制；

6易与控制系统联成一体；

7易于扩充。

近年来，我国小型冷轧钢厂的发展速度较快。

这些冷轧钢厂大多为乡镇民营企业，年产

冷轧钢材在30万t以内，生产过程中排放的酸洗废水主要为热轧钢材酸洗除锈过程中的余

酸清洗废水，通常与少量的板卷表面处理过程中产生的含油碱性废水混合排放。

综合废水污

染物浓度高，呈暗棕色，含铁盐、油及表面活性物质酸雾净等，酸腐蚀性较强。

由于普遍缺

少污染治理措施，小型冷轧钢厂的排污问题给地方环保工作造成一定压力。

本文介绍江西某钢厂废酸水处理控制系统的设计与实现。

众所周知，以PLC为主体的控

制系统与单片机、牛顿数据采集模块相比，具有运行稳定可靠，控制功能强，网络化等优点，

成为工业控制应用的主流。

本工程采用欧姆龙公司的CPM2AH型小型可编程控制器，及上位

工控机组成控制系统。

上位机监控制软件采用北京亚控科技发展有限公司的6.5“组态王”

组态软件，实现对废酸水处理系统的过程监控及数据处理

2.PLC特点

（1）可靠性高，抗干扰能力强

工业生产一般对控制设备要求很高，应具有很强的抗干扰能力和高的可靠性，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间长，故障修复时间短。

这是PLC控制优于微机控制的一大特点。

例如日本的三菱公司F1、F2系列平均故障间隔时间长达30万h，而A系列的可靠性比F1、F2系列更高。

在PLC设计中，可以从硬件和软件两方面采取措施，防止以上故障的发生，以提高其可靠性。

主要措施有：

①硬件措施有：

屏蔽:

对电源变压器、CPU编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。

滤波:

对供电系统及输入/输出线路采用多种形式的滤波，如LC式π型滤波

网络，以消除高频干扰和削弱各种模块之间的相互影响。

电源的调整与保护:

对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压影响。

隔离:

在微处理器与输入/输出电路之间，采用光电隔离，有效地隔离输入/输出间电的联系，减少故障和误动作的可能。

联锁:

所有输出模块都受开门信号控制，而这个信号只在规定的各种条件都满足时才有效，这样就有效地防止了产生不正常输出的可能性。

采用模块式结构:

这种结构有助于故障情况下短时修复。

设置环境检测和诊断电路:

这种分电路与软件配合，可以实现灵活保护与故障指示等功能。

②软件措施有：

故障检测:

软件定期地检测外界环境，对诸如掉电、强干扰信号等情况能及时进行处理。

信息保护和恢复:

对偶发性故障只要故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的工作。

设置了警戒时钟WDT:

如果程序每循环执行时间超过了WDT规定时间，预示了程序进入死循环，立即报警。

加强对程序的检查和检验:

一旦程序有错，立即报警并停止执行。

对程序及动态数据进行电池后备:

停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会因此而丢失。

这样，PLC的可靠性、抗干扰能力大大提高。

例如美国通用电气公司制成的PC控制模块平均无故障率可达1千万小时之多，组成系统后的平均无故障率可达4至5千万小时。

（2）编程简单，使用方便

这是PLC优于微机的另一个特点。

目前大多数PLC采用继电控制形式的“梯形图编程方式”，即有传统控制线路的清晰直观，又适合电气技术人员的读图习惯和微机应用水平，易于接受，与常用的汇编语言相比，更受欢迎。

这了进一步简化编程，当今的PLC还针对具体问题设计了诸如步进梯形指令、功能指令等。

PLC是为车间操作人员而设计的，一般只要很短时间的训练即能学会使用。

而微电脑控制系统则要求具有一定知识的人员操作。

当然，PLC的功能开发，需要有软件专家的帮助。

（3）控制程序可变，具有很好的柔性

在生产工艺流程改变或生产线设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只要改变程序就可以满足要求。

所以PLC取代继电器控制，而且具有继电器所不具备的无可比拟的优点。

因此PLC除应用于单机控制外，在柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS），以至工厂自动化（FA）中也被大量采用。

（4）功能完善

现代PLC具有数字和模拟量输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录和显示功能，使用设备水平大提高。

（5）扩充方便，组合灵活

PLC产品具有各种扩充单元，可以方便地适应不同工业控制需要的不同输入输出点及不同输入输出方式的系统。

（6）减少了控制系统设计及施工的工作量

由于PLC采用软件编程来达到控制功能，而不同于继电器控制采用接线来达到控制功能，同时PLC又能率先进行模拟调试，并且操作化功能和监视化功能很强，这些都减少了许多的工作量。

（7）体积小、重量轻，是“机电一体化”特有的产品

一台收录机大小的PLC具有相当于1.8m高的继电器控制柜的功能，一般节电50％以上。

由于PLC是工业控制的专用计算机，其结构紧密、坚固、体积小巧，并由于具备很强的抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现“机电一体化”较理想的控制设备。

由于PLC具备了以上特点，它把微计算机技术与继电器控制技术很好地融合

在一起，最新发展的PLC产品，还把直接数字控制（DDC）技术加进去，并具有

监控计算机联网的功能。

因而它的应用几乎覆盖了所有的工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一体化的新一代产品，又适用于生产过程控制，实现工业生产的优质、高产、节能与降低成本。

总之，PLC技术代表了当前电气控制的世界先进水平，PLC与数控技术和工业机器人已成为机械工业自动化的三大支柱。

3可编程逻辑器件的几大生产厂家

德国西门子公司：

它有SS系列的产品。

有SS－95U、100U、115U、135U及155U。

135U、155U为大型机，控制点数可达6000多点，模拟量可达300多路。

最近还推出S7系列机，有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400机（大型）。

性能比S5大有提高。

本OMRON公司：

它有CPM1A型机，P型机，H型机，CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等，大、中、小、微均有，特别在中、小、微方面更具特长，在中国及世界市场，都占有相当的份额。

美国GE公司、日本FANAC合资的GE－FANAC的90－70机也是很吸引人的。

据介绍。

它具有25个特点。

诸如，用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言，等等。

它有914、781／782、771／772、731／732等多种型号。

另外，还有中型机90－30系列，其型号有344、331、323、321多种；还有90－20系列小型机，型号为211。

美国莫迪康公司（施奈德）的984机也是很有名的。

其中E984－785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点。

小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点，在最大与最小之间，共20多个型号。

美国AB（Alien－Bradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。

可编程控制器也是它的重要产品。

它的PLC－5系列是很有名的，其下有PLC－5/10，PLC－5/11，……PLC－5/250多种型号。

另外，它也有微型PLC，SLC－500即为其中一种。

有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。

日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的。

其小型机FI前期在国内用得很多，后又推出FXZ机，性能有很大提高。

它的中、大型机为A系列。

AIS、AZC、A3A等。

日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。

基本箱体有E-20、E-28、E－40、E－64。

其I/O点数分别为12/8、16/12、24/16及40/24。

另外，还有扩展箱体，规格与主箱体相同其EM

系列为模块式的，可在16～160之间组合。

日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EX－PLUS小型机在国内也用得很多。

它的编程语言是梯形图，其专用的编程器用梯形图语言编程。

另外，还有EX100系列模块式PLC，点数较多，也是用梯形图语言编程。

日本松下公司也生产PLC。

FPI系列为小型机，结构也是箱体式的，尺寸紧凑。

FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0•l微秒。

日本富士公司也有PLC。

其NB系列为箱体式的，小型机。

NS系列为模块式。

美国IPM公司的IP1612系列机，由于自带模拟量控制功能，自带通讯口，集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入，12出，但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。

新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。

国内厂家规模多不大。

最有影响的算是无锡的华光。

、它也生产多种型号与规格的PLC，如SU、SG等，发展也很快，在价格上很有优势。

第一章整体方案的选择

1产品现状分析

声光报警系统在现在的生产生活中应用是非常广泛的，其结构大致分为感应端和反应端，感应电路来检测某些要感应的参数，然后把它们转换成声音和光信号来告知人们，比如火灾报警器，当发生火灾时它会告知人们此处有火灾，需要尽快逃离，虽然只是一个报警器，但往往在应用中起很大的作用，来避免一些不必要的损失，本设计是一个噪音报警器，也就是说当外部噪音超过某个标准时它就会自动报警来提醒人们，现在的报警器大都是由模拟电路构成的，其结构比较复杂，电路繁琐，而且容易出故障，成本比较高，可靠性不高，在应用过程中往往达不到监测的目的，而由PLC构成的报警器结构简单实用，反应速度快，能适应很多环境，是现在报警系统的主流。

2方案选择

根据设计要求，要设计一个简易自动响铃报警系统，所以我选用欧姆龙公司的CPM1A系列的P型机，外部电路是有一个声光报警器和一个声控开关构成，声控开关来触发PLC电路报警，声光报警器由PLC电路触发，形成一个简易的报警

系统。

其中电路每5分钟会响一次来提示人们它在工作中，为了节约能源，我们

还让它每响三次休息10分钟，电路有两个开关来控制它的启动与停止，声控开关来感应噪音的大小，如果超标，不管电路处在什么状态，都将开始报警。

3.PLC与单片机系统做比较

单片计算机是将电子计算机的基本环节,如:

CPU（又称中央处理器,主要由运算器,控制器组成）,存储器,总线,输入输出接口等,采用集成电路技术集成在一片硅基片上.由于单片计算机体积很小（仅手指般大小）,功能强（具有一个简单计算机的功能）,因而广泛用于电子设备中作控制器之用.目前,大到导弹火箭国防尖端武器,小至电视机微波炉等现代家用电器,内中都毫无例外地运用单片计算机作为控制器.因此,从控制的观点,我们也常称它为单片控制器.

单片微控制器的工作离不开软件,即固化在存储器中的已设计好的程序.所有带单片微控制器的电子设备,它的工作原理当然与具体设备有关.但它的最基本的原理是一样的,即:

1）从输入接口接收来自外界的信息存入存储器。

这些信息主要包括二部分:

来自诸如温度压力等传感器的信息；来自人工干预的一些手动信息,如开关按钮等操作。

2）单片微控制器中的CPU根椐程序对输入的数椐进行高速运算处理。

3）将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构,如继电器,电机,灯泡等。

当前这个过程不断重复着,即系统中的微电脑不断监视着各种信息,并及时作出不同的处理使系统正常运行。

单片机就不用太细说了。

最简单的输出/输入构成。

如输出用LED，输入用开关。

并且能实现最基本的运行条件，如应有供电、时钟附属电路等。

而PLC（ProgrammableLogicController）即可编程逻辑控制器，是工业控制计算机。

采用梯形图、助记符、功能图等编程语言，完成逻辑运算、顺序控制、记数、定时、计算及模拟量处理等功能。

具有光电隔离的输入输出端子，可代替大量的定时器、记数器、继电器，具有极高的可靠性。

通过各种扩展模块，可增加输入/输出点数，增加模拟量功能如可直接接热电偶等，增加通信功能及特殊通信协议等，具有较高的使用灵活性。

最主要的差别：

PLC包括操作系统及强电的光电隔离的输入/输出，方便应用并具有极高的可靠性与抗干扰能力、扩展能力及使用方便性，所以PLC在这些方面还是优于单片机，而且成本较低。

4废酸水处理工艺

   本工程对酸性废水处理采用石灰中和法，而废酸液含硫酸和硫酸亚铁，可以采用回收工艺。

废酸液产出量较小，采用回收工艺投资大，设备维修率高，回收产品质量不稳定。

从投入产出比看，回收工艺投资大，运行成本高，回收产出低，经济性差，不采用。

5废酸水处理控制系统特点及控制指标

   5.1PH控制过程特点

   酸碱中和过程通常呈现严重非线性和滞后性，主要表现为PH值中和点附近增益很大，此时添加中和剂略有变化，就能引起PH值较大幅度变化，而当PH值远离中和点时增益很小，PH值变化较缓慢，加入大量中和剂才能使PH值上升或下降。

加上处理过程一般大容器和循环管路中进行，使系统存较大时滞，给PH值控制带来极大困难，浪费大量中和剂，为此PH值被公认为最难控制变量之一。

   5.2控制目标

   一级中和反应，出口PH控制为：

5～6；

   二级中和反应，出口PH控制为：

7～8；

   最终废水排放PH值控制7～8，COD控制150mg/L，废水排放指标符合国家污水综合排放二级标准。

6控制系统硬件设计

   6.1硬件结构

   工艺要求，整个系统采用二级计算机控制方式，基础自动化级采用欧姆龙公司最新推出CPM2AH系列PLC，实现各种工作泵启、停和联锁控制；实现对PH值、石灰乳槽液位进行控制。

监控级为台湾研华生产工业控制机，完成对系统组态、监控、报警、制表等功能。

（1）系统检测点配置 

4～20mA输入5点，4～20mA输出2点;继电器输入信号：

30点，继电器输出信号：

30点。

（2）监控级配置

   监控级配置台湾研华工控机一台，运行标准组态和监控软件，以实现对系统组态与监测。

运行环境为WINDOWS2000，并配置打印机一台，交流稳压电源和UPS电源各一台。

   （3）基础自动化级配置

   基础自动化配置CPM2AH系列PLC一套，2个I/O扩展模块，北京宏拓PC-7413板卡、PC-7423板卡各一块。

运行I/O控制站软件，完成对I/O信号采集