锅炉辅助系统的plc设计(编辑修改稿)

锅炉辅助系统的plc设计(编辑修改稿)内容摘要：

工作，于 1980 年首先将其正式命名 PC(Programmable Controller)，并给出了其定义。 以后国际电工委员会 (IEC)又先后颁布了 PLC标准的草案第一稿、第二 第 11 页 稿，在 1987 年 2 月通过了对它的定义 :“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它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。 可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 ” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为 工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。 但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件则需根据控制要求进行设计编制。 PLC 分类及其 发展概况 随着工业可编程控制器的迅猛发展， PLC 发展呈现出多元化，其种类繁多且各有特点。 PLC 按照信息点数来分可分为小型 PLC，中型 PLC 和大型 PLC。 (1)小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量 I/O 以外，还可以连接模拟量 I/O 以及其他各种特殊功能模块。 它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。 (2)中型 PLC 中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 256～ 1024 点之间。 I/O 的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。 它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 (3)大型 PLC 一般 I/O 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。 大型 PLC 的软、硬件功能极强。 具有极强的自诊断功能。 通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。 大型 PLC 还可以采用三 CPU 构成 第 12 页 表决式系统，使机器的可靠性更高。 PLC 按结构形式还可以分为整体式，模块式和叠装式三种。 (1)整体式 PLC：整体式 PLC 是将电源、 CPU、 I/O部件都集中在一个机箱内。 其结构紧凑、体积小、价格低。 一般小型 PLC 采用这种结构。 整体式 PLC 由于不同 I/O 点数的基本单元和扩展单元组成。 基本单元内有 CPU、 I/O 和电源。 扩展单元内只有 I/O 和电源。 整体式 PLC 一般配备有特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使 PLC 的功能得以扩展。 (2)模块式 PLC：模块式结构式将 PLC 各部分分成若干个单独的模块，如电源模块、 CPU 模块、 I/O 模块合格功能模块。 模块式 PLC 配置灵活，装配方便，便于扩展和维修。 一般大、中型 PLC 宜采用模块式结构。 (3)叠装式 PLC： 将整体适和模块式结合起来，称为叠装式 PLC。 它除了基本单元外还有扩展模块和特殊功能模块，配置比较方便。 叠装式 PLC 集整体式PLC 与模块式 PLC 有点于一身，它结构紧凑、体积小、配置灵活、安装方便。 随 着 PLC 功能的不断完善，性能价格比的不断提高， PLC 的应用面也越来越广。 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电子、机械制造、汽车、船舶、装卸、造纸、纺织、环保、娱乐等各行各业。 可编程控制器的发展与计算机技术、半导体技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，这些高新技术的发展推动了 可编程逻辑控制器的发展。 而 可编程逻辑控制器 的发展又对这些高新技术提出了更高、更新的要求，促进了它们的发展。 今后， 可编程逻辑控制器 主要在下面几个方面发展：（ 1）小型化、专业化、低成本方向 发展。 （ 2）系列化、标准化、模块化方向发展。 （ 3）高速大容量、高性能方面发展。 （ 4）网络化方面发展。 可编程逻辑控制器的主要功能和特点： 随着 PLC 的不断发展， 可编程逻辑控制器 已从小规模的单机顺序控制发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域，能组成工厂自动化的 可编程逻辑控制器 综合控制系统。 PLC 的功能来看，它的应用范围大致包括以下几个方面： 第 13 页 (1)逻辑控制： PLC 具有逻辑运算功能，可以实现各种通断控制。 (2)定时控制： PLC 具有定时控制功能。 它为用户提供几十个甚至上千个计时器，其计时时 间设定值既可以由用户在编制用户程序时设定，也可以由操作人员在工业现场通过人一机对话装置实时地设定，完成定时或延时控制。 计时器的实际计时值也可以通过人一机对话装置实时地读出或修改。 (3)计数控制： PLC 具有计数控制功能。 它为用户提供几十个甚至上千个计数器，其计数设定值的设定方式同计时器计时时间设定值的一样。 一般计数器的计数频率较低，如需对频率较高的信号进行计数，则需要选用高速计数器模块，其最高计数频率可达 5OkHz。 或者选用具有内部高速计数器的 PLC，例如日本三菱公司的 FX 系列 PLC 可以提供计数频率最高达 1OkHz 的内部高速计数器。 计数器的实际计数值也可以通过人一机对话装置实时地读出或修改。 (4)步进 (顺序 )控制： PLC 具有步进 (顺序 )控制功能。 在新一代的 PLC 中，还可以采用 IEC 规定的用于顺序控制的标准化语言―― 顺序功能图编制用户程序，使得 PLC 在实现按照事件或输入状态的顺序控制相应输出的场合显得更简便。 (5)PID 控制： PLC 具有 PID 控制功能。 PLC 可以接模拟量输入和输出模拟量信号。 为了既能完成对模拟量的 PID 控制，又不加重 PLC 的 CPU 负担，因此，一般选用专门的 (PID)控制模块实现 PID 的控制。 (6)数据处理： PLC 具有数据处理能力。 它能进行这种算术运算、数据比较、数据传送、数制转换、数据显示和打印、数据通信等功能。 新一代的大、中型PLC 还能进行函数运算、浮点运算等。 (7)通信和联网：新一代的各类 PLC 都具有通信功能。 它既可以进行 远程 控制，又能实现 PLC 和 PLC、 PLC 和计算机之间的通信。 因此，使用 PLC 可以很方便地构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，是实现工厂自动化的理想控制器。 (8)其它： PLC 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，例如 :定位控制模块， CRT模块 等。 可 编程逻辑控制器 主要有下面几个特点：（ 1）可靠性高，抗干扰能力强。 （ 2）适应性强，应用灵活。 （ 3）编程方便，易于使用。 （ 4）控制系统设计、安装、 第 14 页 调试方便。 （ 5）维修方便、维修工作量小。 （ 6）网络化。 可编程逻辑控制器 的基本组成和工作原理： PLC 实质上是一种工业控制计算机，只不过它比一般的计算机具有更强的工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言，故 可编程逻辑控制器 与计算的组成十分相似。 从硬件结构看，它也有中央处理器（ CPU）、存储器、输入 /输出（ I/O）接口、电源等组成。 可编程控制 器的基本组成如下图所示 : 图 可编程控制器的基本组成图 PLC 各部分的作用 （ 1）中央处理单元 中央处理单元是 PLC 的核心部分，它包括微处理器和控制接口电路。 微处理器是 PLC 的运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算、协调控制系统内部各部分的工作。 它的运行是按照系统程序所赋予的任务进行的。 其主要任务有：控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；用扫描的方式通过I/O 部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中；诊断电源、 PLC 内部电路的工作故障和编程中的语法错误 等； PLC 进入运行状态后，存储器逐条读取用户指令，经过命令解释后按指令规定的任务进行数据传递、逻辑运算或数字运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像寄 第 15 页 存器的内容，再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。 （ 2）存储器 PLC 系统中的存贮器配有系统程序存贮器和用户程序存储器。 系统程序存储器 ： 系统程序存储器用于存放 PLC 生产厂家编写的系统程序，并固化在 PROM 或 EPROM 存储器中，用户不可访问或修改。 系统程序相当于个人计算机的操作系统，它关系到 PLC 的性能。 系统程序包括系统监控程序、 用户指令解释程序、标准程序模块、系统调用、管理等程序以及各种关系参数等。 用户程序存储器 ： 用户程序存储器 由 用户程序区、数据区、参数区 三部分构成。 用户程序区用于存放用户竟编程器输入的应用程序。 为了调试和修改方便，总是先把用户程序存放在随机读写存储器 RAM 中，经过运行考核，修改完善，达到设计要求后，再把它固化到 EPROM 中，替代 RAM 使用。 （ 3）输入、输出单元 输入、输出单元是可编程序控制器的 CPU 与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。 输入单元将现场的输入信号，经过输入单元接口电路的转换，变换 为中央处理器能接受和识别的低电压信号，送给中央处理器进行运算；输出单元则将中央处理器输出的低电压信号变换为控制期间所能接受的电压、电流信号，以驱动信号灯、电磁阀、电磁开关等。 所有输入、输出单元均带有光耦合电路，其目的是把 PLC 与外部电路隔离开来，以提高 PLC 的抗干扰能力。 （ 4）编程器 编程器是 PLC 的重要外部设备。 它的作用是供用户进行程序的编程、编辑、调试和监视等。 编程器有简易型和智能型两类。 简易型编程器只能联机编程，且往往需要将梯形图转换位语句表格式，才能送入。 智能编程器由程图形编程器，它可以联机，也可 以脱机编程，具有 LCD（液晶显示器）或（ CRT）图形显示功能，可直接输入梯形图和通过屏幕对话。 （ 5）电源单元 电源单元是 PLC 的电源供给部分。 它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。 有的电源单元还向外提供 24V 隔离直流电源，可供 第 16 页 开关量输入单元连接的现场无源开关等使用。 （ 6）外围接口 外围接口主要包括：扩展接口、通信街口、智能 I/O 接口。 PLC 除上述五部分外，随机型的不同还有多种外部设备，其作用是帮助编程，实现监控以及网络通讯，常用的外部设备有编程器，打印机，盒式磁带录音机，计算机等。 PLC 的工作原理简述如下： 可编程控制器是一种工业控制计算机，故他的工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，即使通过执行反应控制要求的用户程序实现的。 但 CPU 是以分时操作方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能最一件事。 所以程序的执行是按程序顺序依次完成相应各电器的动作，便成为时间上的串行 ，由于计算速度极高。 各电器的动作似乎是同时完成的，但实际输入― 输出响应是滞后的。 概括 而言， PLC 的工作方式是一个不断循环的顺序扫描方式。 每一次扫描所用的时间称为一个扫描周期或工作周期。 CPU 从第一条指令开始，按顺序逐条的执行用户程序直道用户程序结束，然后返回第一条指令开始新的一轮扫描。 PLC 工作的全过程可用图 所示的运行框图来表示。 第 17 页 电 源 O N内 部 处 理输 入 处 理 （ 输 入 传 送 ， 远 程 I / O ）通 信 服 务 （ 外 设 ， C P U ， 总 线 服 务 ）更 新 时 钟 ， 特 殊 寄 存 器C P U 运 行 方 式执 行 程 序输 出 处 理执 行 自 诊 断P L C 正 常存 放 自 诊 断 错 误 结 果致 命 错 误。