PLC三相电热器控制机械制造工业自动化机械制造工业自动化.pdf

目录 第一章 控制工艺流程分析.1 1.1 电热器的发展.1 1.2 三相电热器控制工艺分析.1 第二章 系统总体方案设计.3 2.1 系统硬件组成.3 2.2 系统变量定义及分配表.3 2.3 系统接线图设计.4 第三章 控制系统梯形图程序设计.5 3.1 控制程序流程图设计.5 3.2 控制程序设计思路.6 第四章 监控系统设计.9 4.1 PLC 与上位监控软件通讯.9 4.2 上位监控系统组态设计.9 第五章 梯形图.11 课程设计心得.12 参考文献.13 附录.14 PLC 控制系统课程设计 第一章 控制工艺流程分析 1.1 电热器的发展 电加热是将电能转换为热能的过程。自从发现电源通过导线可以发生热效应之后，世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造。电热的发展及普及应用也与其它行业一样，遵循着这样一个规律：从先进的国家逐步推广到世界各国；从城市逐步发展到农村；由集体使用发展到家庭、再到个人；产品由低档发展到高档。十九世纪处于萌芽阶段的电热电器大都是拙劣的，最早出现是用于生 活的电热电器，1893 年电慰斗的雏型首在美国出现并使用，接着到 1909 年出现电灶的使用，那是在炉灶中放置电加热器，也就是说加热从柴禾转移到电气，即 从电能转变为热能。但是真正电热电器工业的急速发展，却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后。1910 年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作的电慰 斗，这就从根本上改善了电慰斗结构，使用慰斗迅速得到普及。到 1925 年在日 本出现在锅中安装电热元件的产品，成为现代电饭锅的原形。在这阶段工业上也 出现实验室用电炉，熔胶炉、暖气器等电热产品。1910 年至 1925 年是电热电器 历史上的大发展阶段，在家庭和工业方面，电热电器各种品种的出现和普及应用 都得到了急速的发展，而尤以家庭方面为甚。所以镍铬合金的发明是奠定了电热电器工业发展的基础。1.2 三相电热器控制工艺分析 电加热器是一种消耗电能转换为热能，来对需加热物料进行加热。在工作中低温流体介质通过管道在压力作用下进入其输入口，沿着电加热容器内部特定换热流道，运用流体热力学原理设计的路径，带走电热元件工作中所产生的高温热能量，使被加热介质温度升高，电加热器出口得到工艺要求的高温介质。电加热器内部控制系统依据输出口的温度传感器信号自动调节电加热器输出功率，使输出口的介质温度均匀；当发热元件超温时，发热元件的独立的过热保护装置立即切断加热电源，避免加热物料超温引起结焦、变质、碳化，严重时导致发热元件烧坏，有效延长电加热器使用寿命。三相电的最大用途是驱动电热器。如果是单相或者两项交流电构不成稳定的具有固定旋转方向的旋转磁场，四相、五相甚至更多的相当然好，但费用昂贵不经济，那就只有选三相交流电了。三相电的产生是 因为其能为电电热器带来较好的性能。三相并不是产生旋转磁场的最小相数，1 PLC 控制系统课程设计 两个在空间上垂直，在相位上差 90 度的交流线圈同样可以产生旋转磁场，但这会造成电机极距下线圈无法均布，从而不但降低了电机容量，还会产生主磁场的严重崎变。三相供电系统具有很多优点，为各国广泛采用。在发电方面，相同尺寸的三相发电机比单相发电机的功率大，在三相负载相同的情况下，有利于电热器的工作；在传输方面，三相系统比单相系统节省传输线，三相变压器比单相变压器经济三相电应是工厂用的三相动力线，是三根火线，火线之间的电压是 380V，而每根火线与零线是 220V,也就是我们用的市电。三根火线相位不同，相 差 120 度。2 PLC 控制系统课程设计 第二章 系统总体方案设计 2.1 系统硬件组成 PLC 基本组成包 括中央处理器（CPU）变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 、存储器、输入/输出接 口（缩写为 I/O，包 括输入接口、输出接 口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设 备编程器及电源模块 组成，见图 1。PLC 内部各组成单元之间图 2-1 PLC 的基本组成 通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成 PLC 控制系统。2.2 系统变量定义及分配表 3 PLC 控制系统课程设计 2.3 系统接线图设计 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 图 2-2PLC 系统接线图 4 PLC 控制系统课程设计 第三章 控制系统梯形图程序设计 3.1 控制程序流程图设计 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 3.2 控制程序设计思路 1控制电路如图所示。5 PLC 控制系统课程设计 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 图 3-2 控制电路图 2 COS 切在 1 的位置。6 PLC 控制系统课程设计 (1)按住 PB5，风扇运转 MCl、PLl 动作 ，电热器导电 MC2、PL2 动作 ，PL4 熄 灭。(2)放开 PB5，风扇停止运转，电热器断电 PL4 动作 。(3)此时按 PBl、PB2、PB4 均无作用。3 COS 切在 2 的位置。(1)按 PBl，风扇运转 MCl、PLl 闪烁，PL4 熄灭。5 秒后 PLl 闪烁 5 次，PLl亮，此时方可按 PB2，电热器导电 MC2、PL2 动作。(2)按 PB4 时电热器断电，15 秒后 PLl 闪烁 15 次，风扇停止运转，PL4 亮。(3)此时按 PB5 没有作用。4热继电器(TH RY)动作时，风扇停止运转，电热器断电，PL4 亮，BZ 响，PL3 闪烁 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 ON 05s，OFF 05s 5热继电器先复位，警报同前 BZ 响、PL3 闪烁 ，按 PB3，Bz 停响，PL3 熄 灭。6先按 PB3 时，Bz 停响，PL3 亮；热继电器复位，PL3 熄灭。7 PLC 控制系统课程设计 第四章 监控系统设计 4.1 PLC 与上位监控软件通讯 上位机是指：人可以直接发出操控命令的计算机，一般是 PC，屏幕上显示各种信号变化（液压，水位，温度等）。下位机是直接控制设备获取设备状况的的计算机，一般是 PLC/单片机之类的。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应设备。下位机不时读取设备状态数据（一般模拟量），转化成数字信号反馈给上位机。简言之如此，真实情况千差万别不离其宗。上下位机都需要编程，都有专门的开发系统。在概念上,控制者和提供服务者是上位机,被控制者和被服务者是下位机,也可以理解为主机和从机的关系,但上位机和下位机是可以转换的,两机如何通讯，一般取决于下位机。TCP/IP 一般是支持的。但是下位机一般具有更可靠的独有通讯协议，购买下位机时，会带一大堆手册光盘，告诉你如何使用特有协议通讯。里面 会举大量例子。一般对编程人员而言一看也就那么回事，使用一些新的 API 罢 了。多语言支持功能模块，一般同时支持数种高级语言为上位机编程。通常上位机和下位机通讯可以采用不同的通讯协议，可以有 RS232 的串口通讯，或者采用 RS485 串行通讯，当用计算机和 PLC 通讯的时候不但可以采用传统的 D 形式的串行通讯，还可以采用更适合工业控制的双线的 PROFIBUS-DP 通讯，采用封装好的程序开发工具就可以实现 PLC 和上位机的通讯。当然可以自己编写驱动类的接口协议控制上位机和下位机的通讯。4.2 上位监控系统组态设计 在使用工控软件中，我们经常提到组态一词，组态英文是“Configuration，其”意义究竟是什么呢？简单的讲，组态就是用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。与硬件生产相对照，组态与组装类似。如要组装一台电脑，事先提供了各种型号的主板、机箱、电源、CPU、显示器、硬盘、光驱等，我们的工作就是用这 8 PLC 控制系统课程设计 些部件拼凑成自己需要的电脑。当然软件中的组态要比硬件的组装有更大的发挥 空间，因为它一般要比硬件中的“部件”更多，而且每个“部件”都很灵活，因为软部件都有内部属性，通过改变属性可以改变其规格（如大小、性状、颜色等）。变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用 BASIC,C,FORTRAN 等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错 误，不能保证工期。组态软件的出现，解决了这个问题。对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如 DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软件就叫工控组态软件。其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已。如 AutoCAD，PhotoShop，办公软件(PowerPoint)都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数 据文件保存作品，而不是执行程序。组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别。但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。虽然说组态就是不需要编写程序就能完成特定的应用。但是为了提供一些灵活 性，组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类 BASIC 语言，有的甚至支持 VB。在当今工控领域，一些常用的大型组态软件主要有：WinCC，iFix，Intouch，组态王，力控，易控等。9 PLC 控制系统课程设计 第五章 梯形图 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 10 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 PLC 控制系统课程设计 课程设计心得 经过两周的课程设计，我们亲身体会到做 PLC 程序设计的艰辛和努力，在设计过程中，我们遇到了不少困难，也有许多从未遇到的难题，但是我们坚持并努力的克服了，在寻求答案的过程中我学习到了更多知识，这都是在这次课程设计中学习到的宝贵经验，相信在以后的学习生活中，我们会继续运用好这种精神，让学习和工作变得更加有乐趣也更加积极向上的学习新知识。设计的过程本身就是收集知识找寻答案的过程，这个过程中可能有时一筹莫展，有时无从下手，但是一旦找到了灵感，找到了方法，其实事情本来很简单，只是以前从来没想到而已，所以，在以后的学习和工作中，试着尝试换一种方式，用崭新的思维重新思考下，或许就有了更大的收获。最后，衷心的感谢老师在百忙中辅导我们的课程设计，没有老师的指导我们是无法完成的，感谢老师。11 PLC 控制系统课程设计 参考文献 1 张伟林.电气控制与 PLC 应用 M.北京:人民邮电出版社,2006.2 周美兰.PLC 电气控制与组态设计 M.北京:科学出版社,2003.3 洪志育.例说 PLCM.北京:人民邮电出版社,2006.4 吕卫阳.PLC 5 连建华.PLC 工程应用实例分析 M.北京:中国电力出版社,2007.应用技术 M.北京:国防工业出版社,2009.12 PLC 控制系统课程设计 附录 0 LDI X006 1 ANI X000 2 OUT M5 3 AND X005 4 OUT M102 5 AND M5 6 OUT M101 7 LD X001 8 OR Y001 9 ANI X006 10 AND X000 11 OUT M103 12 LD M103 13 ANI M5 14 ANI T2 15 OR M101 16 OUT Y001 17 LD M103 18 ANI Y002 19 OUT T1 K50 22 OUT M100 23 LD T1 24 OR M2 25 AND M103 26 OUT M2 27 LD M103 28 AND M2 29 OUT M104 30 LD Y002 31 OR X002 34 AND M104 35 OR M102 36 OUT Y002 37 LD X004 38 OR M1 39 AND M104 40 OUT M105 41 LD M105 42 OUT T2 K150 45 OUT M1 46 LD M3 47 AND M4 48 OR X006 49 OUT M3 50 LDI M3 51 OR M4 52 ANI X003 53 OUT M4 54 LD M3 55 AND M4 56 LDI M2 57 AND M100 58 ORB 59 OR M1 60 OUT M106 61 LD M106 62 ANI T4 63 OUT T3 K5 66 OUT T4 K10 69 LD M106 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作 13 72 OUT Y000 73 LDI M1 74 AND M2 75 OR T3 76 ORI M106 77 AND Y001 78 OUT Y003 79 LD Y002 80 OUT Y004 81 LD T3 82 AND M4 83 ORI M4 84 AND M3 85 OUT Y005 86 LDI Y001 87 ANI Y002 88 OUT Y006 89 END PLC 控制系统课程设计 32 ANI M5 33 ANI M1 70 ANI M100 71 ANI M1 14 变量定义及分配表系统接线图设计第三章控制系统梯形图程序设计控制程序流程图设计控制程序设计思路第四章监控系统设计与上位监控软件通讯上位监控系统组态设计第五章梯形图课程设计心得参考文献附录控制系统课程设计第后世界上就许多发明家从事于各种电热电器的研究与制造电热的发展及普及应用也与其它行业一样遵循着这样一个规律从先进的国家逐步推广到世界各国从城市逐步发展到农村由集体使用发展到家庭再到个人产品由低档发展到高档使用接着到年出现电灶的使用那是在炉灶中放置电加热器也就是说加热从柴禾转移到电气即从电能转变为热能但是真正电热电器工业的急速发展却是在用作电热元件的镍铬合金的发明之后年美国首先研制成功用镍铬合金电热丝制作