三菱PLC电气控制综合实训.doc
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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作电气控制综合实训报告班 级: 姓 名: 学 号: 柜 号:14号(三菱)课程名称: 电气控制综合实训 指导老师: 老师 实训日期: 2011.11.14-2011.12.16概 要 在前面两个学期进行了“电工电子基本技能实训1”、“电工电子基本技能实训2”等实训项目训练后,我们已具备了电子基本理论知识与初级产品的线路设计、原理图绘制、产品的组装、调试等能力。再此基础上,这学期我们主要解决三相异步电动机的Y/启动,多种液体混合机控制和彩灯喷泉控制。通过这次实训,我们主要是学会使用PLC来控制电路的运行。三人一小组,合理分配工作,自主完成任务,
2、做到相互协调,认真负责。通过这次实训加深对PLC的理解,并会使用各种常用指令,学会编程,能自己编一个程序并能运行。目 录前 言 . .4第一章 PLC的基础知识介绍11 PLC的基本概念与基本结构.512 PLC的发展. . .613 PLC的特点、工作原理及工作方式.814 PLC的编程的基本知识和应用领域.10第二章 三相异步电动机的控制2. 1 低压电器的介绍. . .1222 三相异步电动机的起保停.1623 三相异步电机动的正反转.172. 4 三相异步电动机的Y-启动.19第三章 多种液体混合机PLC控制 3. 1 工艺流程及原理.213. 2 安装及接线.223. 3 PLC编程
3、及调试.223. 4 混合液体控制的程序.23第四章 彩灯喷泉PLC控制4. 1 工艺流程及原理.264. 2 安装及接线. .2643 PLC编程及调试.274. 4 彩灯喷泉控制的程序.28总结 .32参考文献 . . .34前 言通过五个星期的电子实习,使我对电子元件及PLC的装机与调试有一定的感性和理性认识,打好了日后学习电子技术课的入门基础。实习使我获得了PLC的使用和调试技能,培养了我理论联系实际的能力,提高了我分析问题和解决问题的能力,增强了独立工作的能力。培养了我与其他同学的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。 这次我们主要有这三个实训项目:(1) 三相异步电动机的Y/启动。(
4、2) 多种液体混合机控制。(3) 彩灯喷泉控制。项目一与以前的实训项目没多大区别,主要还是按照原理图将一个个元器件用导线连接起来,要求也是和以前一样,要求横平竖直,不过不同的地方就是我们这次是在电气控制柜里做,让我们熟悉不同的环境下接线。 项目二和项目三就与以前不同了,不同之处就是这次我们使用了PLC来控制主电路,可以在电脑上看见运行的情况,这和我们不断接触新知识有关,只有不断学习,才能不断进步。第一章 PLC 的 基 础 知 识 介 绍1.1 PLC的基本概念与基本结构 PLC的概念 PLC = Programmable logic Controller,可编程逻辑控制器,一种数字运算操作的
5、电子系统,专为在工业环境应用而设计的。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。是工业控制的核心部分。是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来,它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强,逐渐适合复杂的控制任务 。 PLC之所以有生命力,在于它更加适合工业现场和市场的要求:高可靠性、强抗各种干扰的 能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。比之单片机,它的输入输出端更接近现场设备,不需添加太多的中间部件或需要更多的接口,这样节省了用户时间和成本。PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管
6、和晶闸管等控制部件,而上端一般是面向用户的微型计算机。人们在应用它时,可以不必进行计算机方面的专门培训,就能对可编程控制器进行操作及编程。用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制任务PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为: a.电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 b.中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控
7、制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式
8、系统。这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。 c.存储器 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。 d.输入输出接口电路 (1)现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路,作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 (2)现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成,作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 e.功能模块 如计数、定位等功能模块 f.通信模块 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等12 PLC的发展PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子
9、装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、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,它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活,易学易用、体积小,重量轻,价格便宜的特点。 PLC技术发展呈现新的动向:a.产品规模向大、小两个方向发展 大:I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小:由整体结构向小型模块化结构发展,增加了配置的灵活性,降低了成本。
10、b.PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 c.不断加强通讯功能 d.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外,还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 e.编程工具丰富多样,功能不断提高,编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件,采用梯形图、功能图、语句表等编程语言,亦有高档的PLC指令系统 f.发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 (7):追求软硬件的标准化。PLC的历史起源:1968年美国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年,美国数字设备公司研制出了第一台可编程
11、控制器 PDP14 ,在美国通用汽车公司的生产线上试用成功,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这是第一代可编程序控制器,称Programmable,是世界上公认的第一台PLC。 1969年,美国研制出世界第一台PDP-14 1971年,日本研制出第一台DCS-8 1973年,德国研制出第一台PLC 1974年,中国研制出第一台PLC 发展:20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器,使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能,完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后,为了方便和反映可编程控制器的功能
12、特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC)。 20世纪70年代中末期,可编程控制器进入实用化发展阶段,计算机技术已全面引入可编程控制器中,使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初,可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多,产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为3040%。在这时期,PLC在处理模拟量能力
13、、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期,可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元,使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。13 PLC的特点、工作原理及运作方式PLC的特点a.可靠性高,抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PL
14、C平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说,使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。b.配套齐全,功能完善,适用性强PLC发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现
15、代PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。c.易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。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。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。d.系统的设计、建造工
16、作量小,维护方便,容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。e.体积小,重量轻,能耗低以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。PLC内部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称,但PLC内部并非实体上具有这些硬件,而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑,并借由输出元件连接外部
17、机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤,“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下: 步骤一“输入状态检查”:PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态(1 或0 代表开或关),并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”:将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算,若程式执行中需要输入接点状态,CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置,暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”:将步骤二中
18、之输出状态更新至PLC输出部接点,并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期,而完成所需的时间称为PLC 之反应时间,PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间,则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前,输出与输入状态会被更新一次,因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。14 PLC的编程的基本知识和应用领域PLC基本编程种类共分为三种:a.顺序功能图b.题型图c.功能块图d.语句表e.结构文本a.编程语言的相互转换和选用b.SIMATIC指令集于IEC61131-3指令集程序的结构可分为:主程序、子程序、中断程序、PLC的应用领域目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、
19、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。a.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。b.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
20、编程控制器用于模拟量控制。c.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。d.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
21、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。e.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。f.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
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