会议室换气扇PLC系统控制设计文档格式.docx

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1PLC的基础知识

1.1PLC概述 

可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术、通讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境下而设计的工业控制装置，涉及到很多自动控制、电器方面的知识。

经过30多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应用。

目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。

其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。

下面是PLC的基本单元结构图：

图1.1PLC基本单元物理结构图

PLC的具有可靠性高、功能性强和编程简单等优点，所以深受设计人员的喜爱。

PLC就如同一部计算机与继电器控制设备相结合的新型高性能控制装置。

PLC的基本单元包括中央控制器（PLC）、存储器、输入单元和输出单元。

采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型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，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

1.2PLC的工作原理 

PLC的工作原理：

电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：

噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。

扫描技术：

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

1、输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2、用户程序执行阶段 

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；

或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；

或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；

相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

3、输出刷新阶段 

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是PLC的真正输出。

1.3 

PLC的主要特点

（1）高可靠性

所有的I/O 

接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 

内部电路之间电气上隔离。

各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms。

各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。

采用性能优良的开关电源。

对采用的器件进行严格的筛选。

良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。

大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

（2）丰富的I/O接口模块 

（3）采用模块化结构为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型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口等均采用模块化设计由机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

（4）编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说 

不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

（5）安装简单维修方便 

PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现 

场的各种设备与PLC 

相应的I/O 

端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和 

故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。

2会议室换气扇设计目标及要求

2.1课程设计（论文）目的

PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。

课程设计的目的和任务：

全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。

2.2设计内容

利用PLC控制会议室换气扇，实现全自动运行。

该系统由进气扇K1、排气扇K2、停止开关S0、启动开关S1、气流传感器S2、气流传感器S3、风扇指示灯H1、风扇指示灯H2等组成，自动控制室内的空气换气，要求室内压力不能大于1个大气压。

按下启动开关S1，系统开始工作。

由于要求室内压力不能大于1个大气压，所以，排气扇必须先行工作5s，且安装在排气扇上的气流传感器S3发出闭合信号后，进气扇才能工作，如果进气扇或排气上工作10s后，安装在各自风扇上的气流传感器没有信号，则显示风扇工作的指示灯闪动报警。

2.3设计要求

1、设计系统的PLC外部接线图

2、系统的操作面板

3、设计好顺序功能图

4、系统的梯形图

5、系统调试

6、撰写课程设计论文

3硬件电路设计

图3-1PLC硬件组成框图

会议室换气扇PLC控制系统设计采用PLC控制系统将大大提高工作效率，和适应工作环境的能力。

车辆进出停车场是由PLC为中心控制系统工作的。

PLC是图3-2PLC的外部接线

整体模块，图集中了驱动电路、检测电路和保护电路以及通讯联网功能。

因此在运用中，硬件也相对简单，提高了控制系统的可靠性。

另外它的编程语言也相对简单。

图中接线用指示灯代替了进气扇、排气扇、风扇指示灯，用开关代替了气流传感器。

图3-3顺序功能图

说明：

X1是启动开关，X2是气流传感器s2，X3是气流传感器S3，X0是停止开关，Y1是排气扇K1，Y2是排气扇K2，Y11是风扇报警灯H1，Y12是风扇报警灯H2。

表3I/O分配表

输入

X000

停止开关

X001

启动开关

输出

Y001

排气扇K1

Y002

排气扇K2

Y011

风扇指示灯H1

Y012

风扇指示灯H2

风扇指示灯

报警灯H1报警灯H2

排气扇K1排气扇K2

操作面板

启动X1停止X2

图4-3系统控制面板设计

说明：

此操作面板有两个开关按钮组成，X1为启动开关S1，X2为停止开关S2，操作简单易懂，控制较为方便。

K1是排气扇，K2是排气扇，H1、H2是风扇报警灯。

按下启动开关S1，系统开始工作，按下停止开关X2，系统停止工作。

安装在各自风扇上的气流传感器没有信号，则显示风扇工作的指示灯闪动报警。

4软件设计

图4-1会议室排风扇指令图

图4-2会议室排风扇梯形图

5课题总结及展望 

5.1 

课题总结 

本文研究的主要内容是基于PLC的会议室排风扇控制系统，在前人的基础上做了进一步的研究，吸取了前人研究的精华，补充了前人研究的不足。

本系统是基于PLC的自动控制系统，由于PLC本身的特点使自动控制系统更加稳定，提高了系统的可靠性。

在老师的正确指导下，以及整组同学的积极配合和不断努力下，经过了十多天的学习与研究，终于完成了这一份艰难的课程设计。

本来以为自己对可编程序控制器原理的知识掌握的还比较好，但是到做课程设计的时候才发现自己存在着诸多不足，其中就有很多基础知识都不是很完善，很多知识都掌握的不是很扎实。

值得鼓励的是我们全体组员不懈努力，我们一直地突破，一直地完善，一直地积极地寻找各种解决问题的方法。

我很兴奋，因为整个过程都是我们自己去设计的。

尽管有过争执，有过激励的争辩，但是我可以很骄傲地说，这个设计是我们自己的东西，是我们自己努力而完成的。

5.2 

展望 

由于本系统的实现技术要求比较高，而且课题研究的时间仓促，以及本人能力有限，因此还有很多地方存在着不足之处：

（1）本系统中的硬件部分不能实现集中控制，这样就增加了程序的编写难度，也相应的增加了系统的成本。

（2）系统稳定性需要加强，复位电路有时会出现不能自动复位的情况，由于本人能力有限未能找出其中的原因，尽管这种情况不常发生，但是一旦发生就影响系统的运行。

（3）在功能上需要更加完善，本系统没有设置报警装置，如果系统发生故障，系统不能做出报警动作，这样也会影响系统的跟踪质量。

参考文献

[1]廖常初.可编程序控制器应用技术（第五版）.重庆大学出版社，2007.

[2]张万忠.可编程控制器应用技术.北京：

化学工业出版社，2002

[3]廖常初.PLC编程及应用.北京：

机械工业出版社，2002

[4]廖常初主编.FX系列PLC编程及应用[M].北京：

机械工业出版社，2005.

[5]张凤珊.电器控制及可编程控制器.北京：

中国轻工业出版社.2001

[6]宋德玉主编.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.北京：

冶金工业出版社，2001

[7]陈在平.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京：

机械工业出版社，2003

[8]王红．可编程控制器使用教程．北京：

电子工业出版社，2003

[9]王兆义.可编程控制器使用技术.北京：

机械工业出版社，2004

[10]史国生.电气控制与可编程控制器技术.北京：

化学工业出版社，2003

[11]阮友德.电气控制与PLC实训教程.北京：

人民邮电出版社，2006

致谢

首先，我要感谢我的导师给了我一个展示自我的平台，让我把大学期间所学的专业知识系统地展示出来，在论文整理期间给了我很大的帮助及关怀使我一生受益。

其次，整个论文期间，还得到了许多其他老师和同学们及朋友们的关心、鼓励和热情的帮助，在此一并向他们致以谢意。

由于本人能力有限，做出的系统存在不少的问题，希望有更多的人参与其中，最终能做出性能好、精度高的停车场管理系统，以适应越来越多的私家车对停车位的需求。

希望有更多的人参与到这项研究中来，性能好、精度高、低成本的控制系统是我们的目标。

最后，愿老师工作顺利，桃李满天下，愿我的同学朋友学业有成，事业有成！

再次感谢他们所有人对我的帮助。

附录

调试接线图及调试监控梯形图