浅谈三菱PLC在喷泉控制中的应用正文复习过程Word文档下载推荐.docx
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贺清
摘要：
PLC在现代化工业中的应用越来越广泛。
从钢铁、石油电力、化工等各方面都体现着它的用途。
它是一门专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可编程的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式输入或输出来控制各种类型的机械或者生产过程。
PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、配套齐全、功能完善、适用性强、易学易用、维护方便、容易改造、体积小、重量轻、能耗低等特点。
1.PLC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。
传统的继电器控制系统主要存在以下两个缺点，一是可靠性差，排除故障困难，因为它是接触控制，所以当触点发生磨损和断裂等损坏情况时很难做出相应处理；
二是灵活性差，总体成本较高。
继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装，接线工作量极大，工艺发生变化时相应的改动更是复杂。
因此当市场需要适应新的变化时，PLC就应运而生了。
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）在1987年2月对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。
1.1PLC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30万小时，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。
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。
（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”，既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。
（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。
为了适应各种工业控制需要，除了一些小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各个模块连接起来，系统的模块和功能可根据用户的需要自行组合。
（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）丰富的I/O接口模块
为了实现与工业生产过程控制中的各种工业现场设备的相互连接，PLC除具有普通计算机的基本部分（如CPU，存储器等）外，还有丰富的I/O接口模块。
对不同的工业现场信号（交流或直流，开关量或模拟量，电压或电流，脉冲或电位，强电或弱电），设计有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。
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。
1.2PLC的应用
由于PLC自身的特点和优势，PLC已经在工业控制中得到大量广泛的应用，包括机械，冶金，化工，电力，建筑等，应用范围也在不断扩大。
PLC的主要应用领域包括以下几个方面。
（1）逻辑控制
逻辑控制是PLC最基本的应用，它可以取代传统的继电器控制装置，可实现组合逻辑控制，定时控制和顺序逻辑控制等功能。
PLC的逻辑控制功能已相当完善，可用于单机控制，也可用于多机群控制及自动生产线控制，其应用领域已普及各行各业。
（2）运动控制
PLC使用专用的运动控制模块，可对直线运动或圆周运动的位置，速度和加速度进行控制，实现单轴，双轴和多轴位置控制，并使顺序控制和运动控制有机结合在一起。
（3）闭环过程控制
过程控制是指对温度，压力，流量等连续变化的模拟量的闭环控制。
PLC通过其模拟量I/O模块，及数据处理运算功能，实现对模拟量的闭环控制。
现代的大中型PLC一般都有PID闭环控制功能，这一功能可以用PID子程序或专用的PID模块进行控制。
（4）数据处理
现代PLC具有数学运算，数据传送转换排序和查表功能，可以完成数据的采集分析处理等操作。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，也可以用通信功能传送到其他智能装置，或将他们打印制表。
（5）通信网络
PLC的通信包过主机与远程I/O之间的通信，多台PLC之间的通信，PLC与其他智能设备之间的通信。
PLC与其他智能设备一起可以组成“集中管理，分散控制”式的分布式控制系统。
2.三菱PLC在喷泉控制中的应用
本公司所辖小区内因园林规划需要，需安装一座自动喷泉。
喷泉的喷头组合如图1所示。
图1喷泉喷嘴组合示意图
2.1设计要求：
本系统需具备手、自动运行模式切换以及过载、缺水保护和故障报警功能。
A、B、C三组喷头各需水泵各一台。
2.2喷水花样要求：
系统启动后，A组先喷5s，之后B、C组同时喷，5s后B组停止，再过5sC组停止，而A、B组同时喷，再过2s，C组也开始喷；
A、B、C同时喷5s后全部停止，再过3s重复前面过程；
当按下停止键后系统马上停止。
本设计选用日本三菱公司生产的FX系列PLC。
根据以上要求，画出
PLC控制电路原理图，如图2所示
时序图，如图3所示
图2PLC控制电路原理图
图3喷泉控制时序图
2.3控制程序设计：
本程序使用了LD、OR、AND、ANI、ORB等指令和X、Y、M、T、等软原件。
程序控制梯形图如图4所示。
程序运行分析如下：
输入继电器X12、X13为自动、手动模式切换输入点，两者通过红转换开关SA与输入COM端连接。
（a）自动运行模式：
当转换开关SA置于自动位置时，X12接通时，辅助继电器M100动作。
如此时按下自动启动按钮SB1，则M0得电自锁。
由T0——T5所组成的时序电路开始运行。
Y0——Y3按照时间顺序轮换运行，驱动接触器KM1——KM3工作。
如需停止自动运行，则按下SB2按钮，M0复位，时序电路停止运行，Y0——Y3复位，KM1——KM3停止运行。
（b）手动运行模式：
当转换开关SA置于手动位置时，X13接通时，辅助继电器M101动作。
自动运行回路不能正常运行。
分别按下SB3、SB4、SB5按钮，Y0——Y3分别动作，驱动接触器KM1——KM3工作。
分别按下SB6、SB7、SB8按钮，Y0——Y3复位，KM1——KM3停止运行。
（c）故障状态：
当出现电机发热、断相等情况时，热继电器FR常开触点闭合。
PLC输入继电器X10动作。
如果水池缺水时，水位开关SL常开触点闭合，PLC输入继电器X11动作。
只要出现以上两种情况之一，M20都会得电动作。
此时无论处于手动运行模式还是自动运行模式，Y0——Y3均不得电。
KM1——KM3不运行。
同时因为X10、X11的动作，驱动Y3动作，蜂鸣器报警。
3.总结
PLC在喷泉自动控制中的应用与传统的继电器控制电路相比较，电路布线比较简单，系统运行的稳定性高，而且维护和改造方便。
是实现机电控制的最理想的控制设备。
PLC采用继电气控制形式的梯形图编程方式。
既继承了传统控制线路的清晰直观，又接近电器工作人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。
本次设计由PLC和传统控制电器相结合，通过调试达到控制目的。
在今后的工作中，我将继续努力学习电气控制技术，努力做一名合格的电气技术人员，为祖国的电气事业贡献自己的一份力量。
由于水平有限，本文不足之处还望斧正。
参考文献
《PLC原理与编程实例分析》作者：
程子华刘小明国防工业出版社
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