plc 的选型

plc 的选型 第一章 任务书及 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 第一节 设计目的„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第二节 设计任务书„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第二章 可编程序控制的基本组成和工作原理„„„„„„„„„„„ 6 第一节 可编程序控制的基本组成„„„„„„„„„„„„„„„ 6 第二节 PLC的基本工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 第三章 可编程控制器概述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 第一节 PLC的特点和应用 „„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 一、PLC的主要特点„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 二、PLC的应用范围„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 第二节 PLC与其它工业控制系统的比较„„„„„„„„„„„„ 10 一、PLC控制系统与继电器控制系统的比较„„„„„„„„„„„ 10 二、PLC控制系统与微型计算机控制系统的比较„„„„„„„„„ 11 第四章 PLC的选型及系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 第一节 PLC的选型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 一、PLC的选型依据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 二、机型的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 14 第二节 PLC系统的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 一、生产线工艺过程分析和系统控制要求„„„„„„„„„„„„ 15 二、主电路的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 19 三、硬件的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 19 四、系统统控制的I/O分配图和梯形图„„„„„„„„„„„„„ 21 五、系统控制程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 六、系统控制的电气原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 七、课程设计总结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 PLC在砂处理生产线上的应用 八、程序附图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22 通过设计，使我们所学的理论知识与生产实践更紧密地结合起来，是对 以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。在作课程设计的过程 中，可以综合性地运用几年内所学知识去分析、解决问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，所学知识得到疏 理和运用，使自己的实践动手能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争、 去创造的自信心。 本课程设计是在学完可编程控制器课程之后综合利用所学可编程控制 器知识完成一个可编程控制器应用系统设计。该课程设计的主要任务是通过 解决一、两个实际问题，巩固和加深“可编程控制器原理与应用”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握可编程控制器应用电路的一般设计方法， 提高电子电路的设计和实验能力，加深对可编程控制器软硬知识的理解，获 得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。 本课题把PLC作为开发工具，设计要求具备一定的PLC硬、软件的设计能力。通过本课题的设计，使我们了解了用PLC进行设计的基本方法和步骤。由于设计主要是独立完成的，因此培养了我们分析问题、综合运用知识 去解决问题的能力，以及独立工作的能力。 （一）应用背景与需求 砂处理生产线由混砂机、带式输送机及其配套设备、生产及除尘等用电 设备组成，主要完成型砂、新砂及粘土、煤粉的输送任务。砂处理生产线的 主要用电设备是连续工作制，采用传统的继电器控制系统，需要采用大量中 间继电器，可靠性差，难以保证系统长时间连续工作。虽然用继电器构成一 个控制系统的直接投资比PLC少，但从系统的寿命及其维修费用来考虑，用 PLC取代继电器是合适的。本例论述采用PLC实现砂处理生产线的控制问题。 工艺过程： 1、型砂输送系统中，输送带的工艺流程如图（1）所示。 - 2 - PLC在砂处理生产线上的应用 皮带PD-1 皮带PD-2 皮带PD-3 松砂SS-1 皮带PD-4 图（1）型砂输送带工艺流程 1）、启动时应逆工艺流程延时启动，其启动顺序如图（2）所示。 2）、停止时，全部设备同时停机。 延时5S 延时5S 延时5S 延时5S SS-1 PD-4 PD-3 PD-2 PD-1 图（2）型砂输送带启动顺序 2、旧砂输送系统中，输送带的工艺流程如图（3）所示。 振动给料ZG 皮带PD-5 破碎机PS 圆盘给料机YG 皮带PD-6 皮带PD-8 提升机TS 皮带PD-7 图（3）旧砂输送带工艺流程 1）、启动时应逆工艺流程延时启动，其启动顺序如图（4）所示。 2）、停止时应顺工艺流程延时停止，其停止顺序如图（5）所示。 延时5S 延时5S 延时5S 延时5S PD-8 TS PD-7 PD-6 YG 延时5S 延时5S 延时5S PD-5 ZG PS 图（4）旧砂输送带启动顺序 延时5S 延时55S 延时10S ZG PD-5、PS、YG PD-6 PD-7 延时10S 延时15S PD-8 TS - 3 - PLC在砂处理生产线上的应用 图（5）旧砂输送带停止顺序 3、混砂机的碾混系统为循环工作方式，其工艺流程及控制要求如图（6）所 示。 延时30S 起动 回转定量器HZ工作10S 气压加水5S 新砂给料XSG工作50S 延时40S 延时110S 延时10S 缺料门关 缺料门开 图（6）碾混系统的工艺流程 （二）任务及要求 1、画出本控制的I/O分配图 2、画出控制梯形图 3、写出指令 4、设计控制电路图 5、上机调试 6、编写课程设计说明书一份（不少于15页）内容包括： 1) 控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的选择：为何采用PLC控制？说明继电器接触器控制的缺点， 为何PLC控制可克服此缺点？两种控制方法有什么不同？PLC控制与微机控制的区别是什么？ 2）如何选型，怎样定输入、输出点数，阐明自己的观点。 3）分析所编的程序并阐述系统的工作原理。 4）编写指令语句表。 （三）参考资料 1、赵明等《工厂电气控制设备》，北京.机械工业出版社 1998 第二版 2、上海工业自动化仪表研究所《三菱超小型F1系列可编程控制器》 1990 3、王兆义《可编程控制器的选型问题》上海电器技术NO2：29—33 4、宫淑贞《可编程控制器原理及应用》人民邮电出版社，2002 5、谢克明《可编程控制器原理与程序设计》电子工业出版社，2003 6、高钦和《可编程控制器应用技术与设计实例》人民邮电出版社，2004 - 4 - PLC在砂处理生产线上的应用 _______________ PLC由中央处理单元、存储器、输入输出单元、电源、编程器五部分组 成。其结构框图如下。 可编程控制器的基本结构 1、中央处理单元（简称CPU） CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制 及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现 场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 2、存储器（RAM、ROM） 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的 存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存 放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成 用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电 时，可有效地保持存储的信息。EPROM、EEPROM都是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。 3．输入输出单元（I/O单元） I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开 - 5 - PLC在砂处理生产线上的应用 关、按钮、传感器等。PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电 器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。 4．电源 PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电 源转换成内部工作电压。PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源 （220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。 5．编程器 编程器是PLC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLC的 存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对 PLC编程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。 PLC PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周 而复始不断循环。PLC的扫描过程分为内部处理、通信操作、程序输入处理、 程序执行、程序输出几个阶段。当PLC处于停状态时，只进行内部处理和通 信操作服务等内容。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序 输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。PLC的工作过程可分为三个阶段：输入处理、程序处理和输出处理如图所示。 1．输入处理 输入处理也叫输入采样。在 此阶段，顺序读入所有输入端子 的通端状态，并将读入的信息存 入内存中所对应的映象寄存器。 在此输入映象寄存器被刷新。接 着进入程序执行阶段。在程序执 行时，输入映象寄存器与外界隔 离，即使输入信号发生变化，其 映象寄存器的内容也不会发生 变化，只有在下一个扫描周期的 输入处理阶段才能被读入信息。 2．程序执行 根据PLC梯形图程序扫描 原则， PLC在程序执行阶段， 总是按先左后右，先上后下的顺 序对每条指令进行逐句扫描，执 行程序。遇到程序跳转指令，根 - 6 - PLC在砂处理生产线上的应用 据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状 态时，PLC从输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从 输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有 关器件寄存器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随 着程序执行过程而变化。 3.输出处理 程序执行完毕后，将Y映象寄存器中的寄存器的通/断状态向输出锁存器传送，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信 号，驱动外部负载。 PLC经过以上三个阶段的工作过程，称为一个扫描周期（或称工作周 期），然后PLC又重新执行上述过程，周而复始地进行。每执行一遍所需的 时间称为扫描周期。 为了提高工作的可靠性，及时接收外来的控制命令，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的 通信。因此，还要进行整个扫描的过程。 每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和 CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有 故障。此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出 点，然后停机。诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发 来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程显示等。处理完通信后， PLC继续先往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号， 完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。PLC就这样不断地反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、 出现故障等才停止工作。 特点 1、可靠性高，抗干扰能力强 （1）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。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采 用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。 - 7 - PLC在砂处理生产线上的应用 2、丰富的I/O接口模块 PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电 压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈； 控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。 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，梯形图语言 的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。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。 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可 归纳为如下几类。 1开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻 辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化 流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电 镀流水线等。 2模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和 速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量 （Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接 - 8 - PLC在砂处理生产线上的应用 用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动 控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界 上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机 床、机器人、电梯等场合。 4过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算 机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般 闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许 多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。 过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、 数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。 这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可 以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用 于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如 造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 PLC 一、 PLC继电器 1、功能强，性能价格比高 一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能， 可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的相比，具有很高的性能价格比。 可篇程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。 2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的 各种硬件装置供用户选用。用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功 能、不规模的系统。楞编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子 连接外部接线。PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交 流接触器。 3、可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于 触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继 电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统 的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 4、系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电 - 9 - PLC在砂处理生产线上的应用 器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的 梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。这种编程方法很有规律，很容易掌 握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时 间要少得多。 5、编程方法简单 梯形图是使用得最多的可编程序控制器的编程语言，其电路符号和表达 方式与继电器电路原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂，熟悉继电 器电路图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编 制用户程序。梯形图语言实际上是一种面向用户的一种高级语言，可编程序 控制器在执行梯形图的程序时，用解释程序将它“翻译”成汇编语言后再去 执行。 PLC 1、应用范围：微机除了用在控制领域外，还大量用于科学计算、数据 处理、计算机通信等方面。而PLC主要应用于工业控制。 2、使用环境：微机对环境要求很高，一般要在干扰小，具有一定的温 度和湿度要求的机房内使用。而PLC适用于工程现场的环境。 3、输入输出：微机系统的I/O设备与主机之间采用微机联系，一般不 需要电气隔离。而PLC一般控制强电设备，需要电气隔离，输入输出均用“光 -电”耦合，输出还采用继电器，晶闸管或大功率晶体管进行功率放大。 4、程序设计：微机具有丰富的程序设计语言，例如：汇编语言、FORTRAN语言、PASCAL语言、C语言等，其语句多，语法关系复杂，要求使用者必须 具备一定水平的计算机硬件和软件的知识。而PLC提供给用户的编程语句数量少，逻辑简单，易于学习和掌握。 5、系统功能：微机系统一般配有较强的系统软件，例如：操作系统， 能进行设备管理、文件管理、存储器管理等。它还配有许多应用软件，以方 便用户。而PLC一般只有简单的监控程序，能完成故障检查，用户的程序输 入和修改、用户程序的执行与监视等功能。 6、运算速度和存储容量：微机运算速度快，一般为微秒级。因有大量 的系统软件和应用软件，故存储容量大。而PLC因接口的响应速度慢而影响数据处理速度。一般接口响应速度为2ms，PLC的巡回检查速度为每千字8ms。 PLC的软件少，编程简短，故内存量少。 7、价格：微机是通用机，功能完善，故价格较高。而PLC是专用机，功能较少，其价格是微机的十分之一。 从以上几个方面的比较可知：PLC是一种用于工业自动化控制的专用微 机控制系统，结构简单，抗干扰能力强，易于学习和掌握。价格也比一般的 微机系统便宜。 - 10 - PLC在砂处理生产线上的应用 第四章 PLC的选型及系统设计 PLC的选型 一、PLC的选型依据 PLC机型选择方法的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可 靠、维护使用最方便以及性能价格比最优化的机型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功 能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统， PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可 编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工 程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任 务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、 所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能 价格比的PLC和设计相应的控制系统。 一、输入输出（I/O）点数的估算 I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再 增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时， 还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。 二、存储器容量的估算 存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容 量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储 器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶 段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一 定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。 存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公 式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟I/O点数的100 倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余 量。 三、控制功能的选择 该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处 理速度等特性的选择。 (1) 运算功能 简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算 功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据 传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放 - 11 - PLC在砂处理生产线上的应用 系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通 信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业 网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所 需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应 用需要数据传送和比较，当用于模拟量 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 和控制时，才使用代数运算，数 值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。 (2) 控制功能 控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应 根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用 单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出 单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。例如采 用PID控制单元、高速计数器、带速度补偿的模拟单元、ASC码转换单元等。 (3) 通信功能 大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，应是开放的通信网络。PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口 （RS2232C/422A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符 合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。 (4) 编程功能 离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。完成编程后，编程器切换到 运行模式，CPU对现场设备进行控制，不能进行编程。离线编程方式可降低 系统成本，但使用和调试不方便。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程 器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到 的程序运行。这种方式成本较高，但系统调试和操作方便，在大中型PLC中常采用。 五种标准化编程语言：顺序功能图（SFC）、梯形图（LD）、功能模块图（FBD）三种图形化语言和语句表（IL）、结构文本（ST）两种文本语言。选用的编程语言应遵守其标准（IEC6113123），同时，还应支持多种语言编程 形式，如C，Basic等，以满足特殊控制场合的控制要求。 (5) 诊断功能 PLC的诊断功能包括硬件和软件的诊断。硬件诊断通过硬件的逻辑判断 确定硬件的故障位置，软件诊断分内诊断和外诊断。通过软件对PLC内部的性能和功能进行诊断是内诊断，通过软件对PLC的CPU与外部输入输出等部件信息交换功能进行诊断是外诊断。 (6) 处理速度 - 12 - PLC在砂处理生产线上的应用 PLC采用扫描方式工作。从实时性要求来看，处理速度应越快越好，如 果信号持续时间小于扫描时间，则PLC将扫描不到该信号，造成信号数据的 丢失。 处理速度与用户程序的长度、CPU处理速度、软件质量等有关。目前， PLC接点的响应快、速度高，每条二进制指令执行时间约0、2～0、4Ls，因此能适应控制要求高、相应要求快的应用需要。扫描周期（处理器扫描周期） 应满足：小型PLC的扫描时间不大于0、5ms/K；大中型PLC的扫描时间不大于0、2ms/K。 (1) PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制 室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。 整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统； 模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制 系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。 (2) 输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考 虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出 模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用 电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频 繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还 有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要 求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考 虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。 (3) 电源的选择 PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。 (4) 存储器的选择 由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证 应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储 器。 (5) 冗余功能的选择 1．控制单元的冗余 (1)重要的过程单元：CPU（包括存储器）及电源均应1B1冗余。 (2)在需要时也可选用PLC硬件与热备软件构成的热备冗余系统、2重化或3 - 13 - PLC在砂处理生产线上的应用 重化冗余容错系统等。 2．I/O接口单元的冗余 (1)控制回路的多点I/O卡应冗余配置。 (2)重要检测点的多点I/O卡可冗余配置。 (3）根据需要对重要的I/O信号，可选用2重化或3重化的I/O接口单元。 (六) 经济性的考虑 选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可 扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意 的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增 加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板 等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理 的性能价格比。 PLC是一种计算机化的高科技产品，相对继电器而言价格相对较高。因 此，在应用PLC之前，首先应考虑是否有必要使用PLC。如果被控制系统很简单，I/O点数很少，或者I/O点数虽多，但是控制要求并不复杂，各部分 的相互联系也很少，就可以考虑采用继电器控制的方法，而没有必要使用 PLC。 在下列情况下，可以考虑使用PLC： 1、系统的开关量I/O点数很多，控制要求复杂。如果用继电器控制， 需要大量的中间继电器时间继电器，计数器等器件。 2、系统对可靠性的要求高，继电器控制不能满足要求。 3、由于生产工艺流程或产品的变化，需要经常改变系统的控制关系， 或需要经常修改多项控制参数。 4、可以用一台PLC控制多台设备的系统； 遵行以上原则，为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求， 以提高生产效率和产品质量。因此，本控制系统采用PLC控制。 第二节 PLC系统的设计 PLC控制系统的一般设计步骤可以分为以下几步：熟悉控制对象，PLC 选型及确定硬件配置，设计PLC的外部接线，设计控制程序，程序调试和编 制技术文件。设计过程如下： - 14 - PLC在砂处理生产线上的应用 1、型砂输送系统中，输送带的工艺流程如图（1）所示。 皮带PD-1 皮带PD-2 皮带PD-3 松砂SS-1 皮带PD-4 图（1）型砂输送带工艺流程 1）、启动时应逆工艺流程延时启动，其启动顺序如图（2）所示。 2）、停止时，全部设备同时停机。 延时5S 延时5S 延时5S 延时5S SS-1 PD-4 PD-3 PD-2 PD-1 图（2）型砂输送带启动顺序 采用计时器来实现上述控制要求，，由该图可知，启动时送入启动信号，则各设备按控制要求顺序启动，停止或 者发生异常情况时只要解除启动信号，则全部设备同时停机。 输入信号 输出信号 输入点编号 输入点编号 名称 代号 名称 代号 停止 X1 SB1 PD-4接触器 Y0 KM1 PD-4 X2 SB2 SS-1接触器 Y1 KM2 SS-1 X3 SB3 PD-3接触器 Y2 KM3 PD-3 X4 SB4 PD-2接触器 Y3 KM4 PD-2 X5 SB5 PD-1接触器 Y4 KM5 PD-1 X6 SB6 定时器 T0 KT KT1 定时器 T1 KT2 定时器 T2 KT3 定时器 T3 由上表可知，输入有6点,输出9点,I/O总数为15而三菱公司FX系列机型2NFX-32MR-001满足I/O总数，从而确定FX-32MR-001机型更为适合。 2N2N 2、旧砂输送系统中，输送带的工艺流程如图（3）所示。 - 15 - PLC在砂处理生产线上的应用 振动给料ZG 皮带PD-5 破碎机PS 圆盘给料机YG 图（3）旧砂输送带工艺流程 皮带PD-6 皮带PD-8 提升机TS 皮带PD-7 1）、启动时应逆工艺流程延时启动，其启动顺序如图（4）所示。 2）、停止时应顺工艺流程延时停止，其停止顺序如图（5）所示。 延时5S 延时5S 延时5S 延时5S PD-7 PD-6 YG PD-8 TS 延时5S 延时5S 延时5S PD-5 ZG PS 图（4）旧砂输送带启动顺序 延时5S 延时延时10S ZG 55S PD-5、PS、YG PD-6 PD-7 延时10S 延时15S PD-8 TS 图（5）旧砂输送带停止顺序 采用计时器和辅助继电器来实现上述控制要求， ，由该图可知，启动时送入启动信号，则各设备按控制要求顺 序启动，停止或者发生异常情况时只要解除启动信号，则全部设备同时停机。 输入信号 输出信号 输入点编号 输入点编号 名称 代号 名称 代号 启动 X0 SB0 PD-8接触器 Y0 KM PD-8 X1 SB1 TS接触器 Y1 KM1 TS X2 SB2 PD-7接触器 Y2 KM2 PD-7 X3 SB3 PD-6接触器 Y3 KM3 PD-6 X4 SB4 YG接触器 Y4 KM4 YG X5 SB5 PS接触器 Y5 KM5 PS X6 SB6 PD-5接触器 Y6 KM6 - 16 - PLC在砂处理生产线上的应用 PD-5 X7 SB7 ZG接触器 Y7 KM7 ZG X10 SB10 停止 X11 SB11 由上表可知，输入有10点,输出8点,I/O总数为18，而三菱公司FX系列2N机型FX-32MR-001满足I/O总数，从而确定FX-32MR-001机型更为适合。 2N2N 3、混砂机的碾混系统为循环工作方式，其工艺流程及控制要求如图（6）所 示。 延时30S 起动 回转定量器HZ工作10S 气压加水5S 新砂给料XSG工作50S 延时40S 延时110S 延时10S 缺料门关 缺料门开 图（6）碾混系统的工艺流程 根据碾混系统循环工作方式的特点，采用移位寄存器来实现上控制要求， ，由该图可知，启动时送入启动信 号，则各设备按控制要求顺序启动，停止或者发生异常情况时只要解除启动 信号，则全部设备同时停机。 输入信号 输出信号 输入点编号 输入点编号 名称 代号 名称 代号 启动 X0 SB0 回转定量器接触器 Y0 KM1 新砂给料接触器 Y1 KM2 气压加水接触器 Y2 KM3 缺料门开接触器 Y3 KM4 缺料门关接触器 Y4 KM5 由上表可知，输入有1点,输出5点,I/O总数为6，而三菱公司FX系列机2N型FX-16MR-001满足I/O总数，从而确定FX-16MR-001机型更为适合。 2N2N 对梯形图的控制过程说明如下： 1）系统启动时，启动信号有效，使M100产生一单脉冲，将移位寄存器初始 位置M0置“1”，从而Y0和Y1同时接通，回转定量器HZ和新泵给料XSG同时工作。 2）PLC的内部继电器M100接通一个扫描周期后断开，当T0产生一个脉冲时移位寄存器数据端“0”存入M0，而M0原来的“1”移入M1，使64继续接 - 17 - PLC在砂处理生产线上的应用 通，Y1因有自锁因此也继续接通。 3）当T0产生的下一个脉冲来到时，M1的“1”移入M2，M0的“0”移入M1，从而使Y0继开，HZ停止工作，由于每隔5S来一个脉冲，因此HZ工作着10秒。 4）以后由定时器T0每隔5秒产生一个脉冲，使移位寄存器右移一位，当经 过50秒后，也送入10个脉冲，则“1”也移动了10步，移入M10，则M10的常闭接点断开，使Y1断开，新泵给料XSG停止工作。 5）此后，再继续送入6个脉冲，即再过了30秒后，“1”移入到M16，使Y2接通，气压加水开始工作，由于一个脉冲只有5秒，因此气压加水也只工作 5S。 6）再继续送入22个脉冲，即110秒后，“1”移入到M38中，使Y3接通，卸料门打开。 7）再继续送入8个脉冲后，“1”移入到M46中，使Y4接通，卸料门关闭。 8）再继续送入2个脉冲后，“1”移入到M60中，数据端M60端的“1”又移入到M0中，接通Y0和Y1，使HZ和XSG又工作„„,如此反复循环工作。 4、设计PLC的外部接线： 正确选择PLC对于保证整个控制系统的技术与经济性能指标起着重要的 作用。选择PLC，包括机型的选择，容量的选择，I/O模块的选择，电源模 块的选择等。 根据被控制对象系统的要求，及PLC的输入量，输出量的类型和点数， 确定出PLC的型号和硬件配置。对于整体式PLC，应该确定基本单元和扩展 单元的型号;对于模块式PLC，应确定框架(或基板)的型号，及所需模板的型 号和数量。 PLC硬件配置确定后，应对I/O点进行分配，确定外部输入输出元件与 PLC的I/O点的连接关系，完成I/O点地址定义表。 分配好与各输入量和输出量相对应的元件后，设计出PLC的外部接线图，其它部分的电路原理图，接线图和安装所需要图纸，以便进行硬件装配。具 体设计如下。 根据砂处理生产线控制系统中的控制要求,。 (一)、按钮开关SB 按钮开关是一种结构简单，应用广泛的手动主令电器，用以接通或断开 控制回路中的电流，在控制电路中发出手动指令远距离控制其他电器，再由 其他电器去控制主电路或转移各种信号，也可以直接用来转换信号电路和电 器联锁电路等。 - 18 - PLC在砂处理生产线上的应用 选择开关SA （二）、选择开关 选择开关是由多组相同结构的开关元件叠装而成，可以控制多回路的一 种主令电器，它由操作机构、定位装置和触点三部分组成。 （三）、续流二极管 PLC的输入端或输出输出常常接有感性元件。如果是直流感性元件，应 在其两端并联续流二极管；如果是交流元件，应在其两端并联阻容电路（也 称灭弧罩，有系列产品可供选择）。从而抑制电路断开时产生的电弧对PLC 内部输入、输出元件的影响。 其工作原理是：正常通电时，电源电压为正，二极管不通，当电源断开， 电压变负时，负载上产生很大的反电动势，并联二极管可使负载间的电压等 于二极管管压降，接近于零这样电路中总的电压的变化将会很少，就不易产 生弧光，从而起到保护负载的作用。 熔断器 （四）、熔断器 熔断器是一种用于过载与短路保护的电器，当超出限定值的电流通过熔 断器的熔体是将其熔化而分断电路。具有结构简单、体积小、重量轻、使用 方便、价格低廉等优点，获得广泛的使用。其工作原理是：熔断器接入电路 时，熔体是串接在电路中，负载电流流经熔体，由于电流的热效应使温度上 升，当电路发生过载或短路时，电流大于熔体允许的正常发热电流，使熔体 温度急剧上升，超过其熔点而熔断，将电路切断，有效保护电路和设备。 （五）、时间继电器 时间继电器可分为空气式时间继电器，电子式时间继电器，数字式时间 继电器，但在交流电路中常采用空气式时间继电器，它是利用空气阻尼作用 而达到动作延时的目的。 其工作原理是：当吸引线圈通电后就将动铁心吸下，使动铁心与活塞杆 之间有一段距离，在释放弹簧的作用下，活塞杆就向下移动，在伞形活塞的 表面固定有一屋橡皮膜，因此当活塞身下移动时，在膜上面造成空气稀薄的 空间，活塞受到下面空气的压力，不能迅速下移，当空气由进气孔进入时， 活塞才逐渐下移，移动到最后位置时，杠杆使微动开关动作。 （六）、热继电器 热继电器是利用测量元件被加热到一定程度而动作的一种继电器。热继 电器的测量元件通常用双金属片，它是由主动层和被动层组成的。主动层材 料采用较高膨胀系数的铁镍铬合金，被动层材料采用膨胀系数很小的铁镍铬 合金。主动层和被动层可采用热和压力使其结合成双金属片，也可采用冷结 合。因此双金属片在受热后将被动层方向弯曲。 电磁分离器 （九）、皮带机 - 19 - PLC在砂处理生产线上的应用 皮带机由驱动张紧装置、皮带线体和电器控制装置组成，其中驱动装置 包括电动机。皮带输送机输送平稳，物料与输送带间没有相对运动，能够避 免输送物的损坏。适用于大多数规则和不规则物品的输送，如：箱装、袋装、 散件、小件、颗粒粉料等。 砂处理生产线采用可编程控制器进行控制，其突出的特点是：体积小， 重量轻，能在恶劣的环境下可靠工作，性能价格比高。 采用PLC控制，电器控制部分设计，制作周期非常短，通过程序，即可 改变程序，即可改变各种工作循环状态，使用非常方便，灵活。 采用PLC内部计时器和计数器，可方便控制延时的长短和精度，这与触 点式的时间继电器相比有无可比拟的优越性。 - 20 - PLC在砂处理生产线上的应用 7型砂输送系统程序 - 21 - PLC在砂处理生产线上的应用 8砂输送系统程序 - 22 - PLC在砂处理生产线上的应用 - 23 - PLC在砂处理生产线上的应用 - 24 - PLC在砂处理生产线上的应用 - 25 - PLC在砂处理生产线上的应用 9碾混系统程序 - 26 -