1、 技师专业论文工种：维修电工PLC 在工业自动化生产中的应用姓 名：卢 勇工作单位：云南驰宏资源回收综合利用有限公司身份证号：532233197302013356等 级：高级技师培训学校：日 期：2006 年 7 月1PLC 在工业自动化生产中的应用铅厂熔炼车间卢勇摘要：在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的启停，电磁 阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，而 PLC 技术是解决上述问题的最有效、最便捷的工具，因此 PLC 在工业控制 领域得到了广泛的应用。一直以来，可 编程序控制器简称 PLC 在工业自动化控制方面发挥着巨大作用，为各种各样的自
2、动化控制设备提供了广泛、可靠的控制 应用。关键词：PLC 自动化 控制 应用1、 概述近年来，由于计算机技术和微电子技术的迅速发展，极大的推动了 PLC 系统的发展，使 PLC 的功能日益增强。PLC 是一种固态电子装置，它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC 通过输入/输出（I/O）装置发出控制信号和接受输入信号。由于 PLC 综合了计算机和自动化技术，所以它的发展日新月异，大大超出其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规
3、模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩大了 PLC的功能，使其具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用生产实践中。PLC主要能够为自动化控制应用提供安个可靠和比较完善的解决方案，适合当前自动化工业企业的需要。随着计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域有了翻天覆地的变化，而 PLC 不断地采用新技术以及增强系统的开放性，在工业自动化领域中的应用范围不断扩大。PLC 将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体，成为实现单机、车间、工厂自动化的核心设备，其具有可靠性高、抗干扰能力强、组合灵活、编程简单、维修方便等诸多优点。随着技术的进步，2其控制功能由简单的逻辑控制、顺序控制发展为复杂
4、的连续控制和过程控制，成为自动化领域的三大技术支柱。2、PLC 可编程控制器简介 1) 、PLC 的定义 PLC 又称为可编程逻辑控制器，是一种采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。其结构分为：电源，中央处理单元(CPU)，存储器，输入输出接口电路，功能模块，通信模块等。2) 、PLC 与继电器控制的区别 控制方式的区别：继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联及延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。PLC 采用存储逻
5、辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，称软接线。把整个控制过程简单化，智能化。 控制速度的区别：继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。PLC 是由程序指令控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动、无噪音。更安全，更可靠，更环保。延时控制区别：继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。 PLC 用半导3体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，调整时间方便，不受环境影响。 3) 、PLC 的工作原理 当 PLC 投入运行后
6、，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。 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 PLC 在三相异步电动机控制中的应用 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。 用户
7、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4变化，而且排在上面的梯形图，
8、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。在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 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。 4)
9、、PLC 的应用分类 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几类。 、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。 、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
10、A/D 转换及 D/A 转换。5PLC 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。、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。 、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
11、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。、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。 、
12、通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视6PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 3、PLC 在现代工业生产领域应用实例 1) 、三相异步电动机的-降压起动控制 星形-三角形降压起动用于定子绕组在正常运行时接为三角形的电动机。在电动机起动时将定子绕组接成星形，实现降压起动。正常运转时再换接成三角形接法。图 3.1 -降压起动的继电器控制电路图 图 2.1 中主电路通过三组接触器主触点将电动机的定子绕组接成三角形或星形，即 KM
13、1、KM3 主触点闭合时，绕组接成星形；KM1、KM2 主触点闭合时，接为三角形。 三相异步电动机-降压起动的 PLC 控制 星形-三角形降压起动用于定子绕组在正常运行时接为三角形的电动机。在电动机起动时将定子绕组接成星形，实现降压起动。正常运转时再换接成三7角形接法。有电工基础知识可知，星形连接时起动电流仅为三角形连接时的1/3，相应的起动转矩也是三角形连接时的 1/3。 星三角降压启动 I/O 分配表输入 输出 备注SB1-X0 KM1-Y0SB2-X1 KM2-Y1FR-X2 KM3-Y2根据系统的 I/O 分配表画出该降压启动的 I/O 接线图，图示如下：图 3.2 三相异步电动机降压
14、起动的 I/O 接线图完成前面工序后，就需要进行对系统的 PLC 进行程序编写，一下是该程序的梯形图；82) 、三相异步电动机正反转的 PLC 控制 在图 1 是三相异步电动机正反转控制的电路和继电器控制电路图，图 2与 3 是功能与它相同的 PLC 控制系统的外部接线图和梯形图，其中，KM1 和KM2 分别是控制正转运行和反转运行的交流接触器在梯形图中，用两个起停按钮来分别控制电动机的正转和反转。按下正转启动按钮 SB2，X0 变 ON，其常开触点接通，Y0 的线圈“得电”并自保。使 KM19的线圈通电，电机开始正转运行。按下停止按钮 SB1，X2 变 ON，其常闭点断开，使 Y0 线圈“失
15、电”，电动机停止运行。梯形图如下：在梯形图中，将 Y0 与 Y1 的常闭触电分别与对方的线圈串联，可以保证他们不会同时为 ON，因此 KM1 和 KM2 的线圈不会同时通电，这种安全措施在继电器电路中称为“互锁”。除此之外，为了方便操作和保证 Y0 和 Y1 不会同时为ON，在梯形图中还设置了“按钮互锁”，即将反转启动按钮 X1 的常闭点与控制正转的 Y0 的线圈串联，将正转启动按钮 X0 的常闭触点与控制反转的 Y1 的线圈串联。设 Y0 为 ON，电动机正转，这是如果想改为反转运行，可以不安停止按钮 SB1，直接安反转启动按钮 SB3，X1 变为 ON，它的常闭触点断开，使 Y0线圈“失电
16、”，同时 X1 的敞开触点接通，使 Y1 的线圈“得电”，点击正转变3) 、PLC 在水泵联锁启动改进控制系统中的应用前面列举了几个常见的控制方式，这里通过本人参加改造的一个利用 PLC系统实现水泵联锁启动。对 PLC 在现代工业自动化控制中的应用进一步的说明，本案例是我厂铅循环水泵房软化水热水泵是为烟化炉水套提供冷却水，水套回水又循环至泵房水池。设备为一备一用，设备自投产运行至今已经十年，设备10故障时有发生，导致烟化炉水套缺水。因此存在较大安全隐患。在此背景下，对软化水热水泵进行系统改进，使两台水泵处于联锁状态。在运行泵出现故障时，备用泵自动运行。为烟化炉水套持续供水，杜绝因供水原因导致设
17、备事故的发生。 软化水热水泵联锁改进方案如下：1) 、在原有水泵结构不变的情况下，分别对两台水泵出口阀门进行改进，拆除两台出口管道上的截止阀，每台泵出口阀门安装一台电动阀门及手动阀。2) 、制作电动阀门控制箱，并将阀门的远程信号，运行信号，开到位，关到位信号引入 PLC，参与联系控制。3) 、利用原有水泵 PLC 程序的控制方式，对水泵进行远程启停操作。4) 、编写水泵联锁条件程序及 PLC 操作画面。程序见梯形图（部分）：11联锁控制原理：两台水泵均在 PLC 上操作，水泵现场控制箱置于远程位置，阀门控制箱置于远程位置，PLC 系统联锁启用。当运行泵出现故障时，水泵停止运行，PLC 检测到水泵停止信号，备用泵立即启动，在启动过程中关闭原运行泵的出口电动阀门，打开备用泵出口电动阀门。即完成水泵的备投运行结 论 ：本文通过对 PLC 控制器的功能和现代工业生产中的几个典型应用，说明了伴随着现代工业自动化生产的进程，PLC 在工业自动化控制领域依然发挥着巨大的主导作用，随着 PLC 与现代网络设备的不断联系和应用，其在未来工业自动化控制领域必将获得更广阔的发展空间。为现代化工业生产的自动化和节能控制提供强有力的技术支持。参考文献 1 电气控制与可编程序控制器.北京：机械工业出版社.2 电工基础.北京：中国农业出版社. 3 PLC 原理与应用. 清华大学出版社.
