西安建筑科技大学plc控制系统设计－锅炉除灰除渣系统
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西安建筑科技大学plc控制系统设计－锅炉除灰除渣系统,毕业设计
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毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 1 页 西安建筑科技大学 毕业设计（论文）任务书 课题名称： PLC控制系统设计锅炉除灰除渣系统 学 院： 信 控 学 院 专 业： 自 动 化 姓 名： 杨 琛 学 号： 201051422 教师 (签字 )： 二五 年 三 月 二十八 日 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 2 页 一、毕业设计（论文）的目的与要求 毕 业设计是自动化专业教学计划中重要的实践性教学环节，它是实现教学、科研和社会实践的重要结合， 是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析 、 解决实际问题的能力，完成基本 工程 训练和初步培养从事科学研究 能力 的重要环节。 要求毕业设计的学生，能积极主动地接受设计任务，并能独立自主地完成设计工作。通过毕业设计，应能使学生受到综合运用所学知识和技术并解决实际问题的训练，使学生的创造性和实际动手能力得以充分发挥，从而具备系统分析、设计、开发与研究的能力。 二毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术 参数） 1了解 PLC的工作原理及发展状况； 2了解西门子公司 SIMATIC S7-200系列 PLC的硬件结构； 3掌握并应用 SIMATIC S7 编辑软件进行程序设计，熟练掌握S7-200系列可编程控制器的指令系统； 4熟练掌握工业通用组态软件“组态王”的组态原则及操作画面的绘制； 5以锅炉除灰除渣系统为背景，西门子 S7-200 CPU226 作为控制器，用“组态王”软件绘制操作界面，实现上下位机的监控。 三、毕业设计（论文）题目应完成的工作 1按实际的 I/O点数进行地址分配，并画出硬件线路图。 2根据除灰除渣系统的具体要求编写相应梯形图程序，并通过实验装置加以实现。 3用组态王软件设计操作界面，实现上下位机通信，要求对现nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 3 页 场各设备能进行手动及自动控制，并能通过实验装置进行现场模拟。 四、毕业设计（论文）进程的安排 序 号 设计（论文）各阶段任务 日 期 备 注 1 安排设计内容，拟定设计题目 1周 2 查找相关书籍和资料 2 4周 3 明确设计任务，选择设计方案 5周 4 PLC程序设计与调试 6 8周 5 上位机操作界面设计与系统调试 9 13周 6 撰写 毕业论文 14 15周 7 毕业设计答辩 16周 五、应收集的资料及主要参考文献： 收集的资料及文献应涉及以下几个方面： 1 S7-200 系列 PLC 工作原理及程序设计； 2锅炉除灰除渣系统控制方法； 3工业组态软件“组态王”的使用 六、任务执行日期： 自 2005 年 3 月 28 日起，至 2005 年 6 月 25 日止。 七、审核批准意见 指导教师（签字） 教研室主任（签字） 主管院长（主 任）（签字） nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 4 页 PLC 控制系统设计 锅炉 除灰 除渣系统 专业：信息与控制学院 班级 ： 2001 级 4 班 作者：杨琛 学号： 22 指导教师：何波 PLC 控制系统设计 锅炉 除灰 除渣系统 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 5 页 摘要 本文主要介绍了锅炉 除灰 、除渣系统方案 .可编程控制器 PLC的发展 ,组成 ,工作原理并简要介绍了其在 除灰 、除渣系统中的应用 。 工业控制组态软件产生的背景、市场主要产品、未来发展趋势 。 以北京亚控科技发展有限公司开发推出的组态王系列产品为主，系统阐述了组态软件的系统组成、其强大的组态功能以及具体的使用方法。通过气力 除灰 系统、锅炉除渣控制系统的实现，把组态王强大的监控和显示功能与西门子 S7-200 系列可编程控制器（ PLC）的现场控制完美的结合在一起，利用 siemens PPI 通信协议实现上位机与下位机的关联，形成了 完整的工业过程组态模拟控制系统。 关键词 : 除灰 ,除渣 ,组态王 ,PLC nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 6 页 The PLC control system design Removing dusts and residue system of boiler Abstracts This text mainly introduced the removing to blow the dusts and the residue of boiler .The development of the programmable controller PLC, constitute, working principle and the synopsis to introduce its applications at removing to blow the dust and the residue. Main product, future development and trend of output background, market of Kingview software. With Peking Yatai science and technology development limited company development release the series product of Kingview software is lord, elaborated that the constitute of the Kingview software, its powerful function and concrete operation method by the numbers. Through the physical strength divided by the ash system and removing the remnant control system .these three systems of realize, supervise and King View is mighty showing the function and the perfect combination in control in the spot of the programmable controller in series S7-2000s of Siemenss . making use of the correspondence of PPI as well harmoniously the argument realizes the connection of the top and bottom a machine, became three sets of complete controls system. Keywords: Removing dusts, Removing residue, Kingview, PLC nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 7 页 目 录 1 除灰 ，除渣系统概述 .1 1 1除灰 系统方案概述 .1 1 1 1 气力 除灰 方案概述 .3 1 1 2 气力 除灰 系统的特点及优越性 .5 1 2除渣系统方案概述 .6 1 3组态软件和 PLC在 除灰 、除渣系统中的应用 .9 2 PLC.10 2 1 PLC 的介绍 .10 2 1 1 PLC的起源及发展 .10 2 1 2 PLC的多元化及发展趋势 .12 2 1 3 PLC的结构及其工作原理 .14 2 2西门子 S7-200 PLC介绍 .17 2 3 S7-200系列 PLC的特点 .18 3 工业组态软件 .19 3 1组态软件的介绍 .19 3 1 1 组态软件的发展概况 .19 3 1 2 组态软件的功能特点 .20 3 2组态王 6.0版本 .21 3 2 1 组态王软件的介绍 .21 3 2 2组态王软件的组成和特点 .21 4 组态王软件在 除灰 ， 除灰 系统中的实现 .24 4 1创建新工程 .24 4 2 I/O 设备配置 .26 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 8 页 4 3 系统安全管理 .31 4 4 定义 数据词典 .36 4 5 画面组成与制作 .39 4 6 编写 命令语言 .42 4 7 动画连接 .43 5总结 .49 致谢 .50 参考文献 .51 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 1 页 1 除灰 、 除渣系统概述 1 1 除灰 渣系统概述 锅炉系统对燃烧残渣及灰 灰 （主要是脱硫 除灰 技 术）的要求主要是为了符合 中华人民共和国大气污染防治法 中的 GB13271 91锅炉大气污染物排放标准 的要求而提出的 。 当前锅炉的 除灰 技术种类繁多，技术原理各自有其特点。 (1)静电水膜 除灰 灰 技术 静 电水膜 除灰 灰 技术，是利用麻石水膜 除灰 器主体改造，在原 除灰 器筒体内加装电量电极，高电压电量电极与筒体内壁下流水膜构成对电极水膜 作为 收 灰 极，这即形成了静电水膜 除灰 技术。当烟 灰 气流切向进入静电水膜 除灰 器后，形成在静电场作用下的螺旋上升气流，同时由于高电压电极产生负电晕放电，高电压电极附近的气体被电离形成正离子和自由 电子。正离子很快注入高压电晕电极，而自由电子在电场作用下向筒壁水膜方向漂移，并被空气分子吸附形成负离子，烟 灰 气流中的 灰 粒在电场、自由电子和负离子作用下，依据电场荷电和扩散荷电机理被荷上负电荷，这些荷负电荷的 灰 粒同时受到离心力和静力的作用，迅速向筒壁方向趋进而被水膜收集。利用 除灰 器内旋风的离心力和施加高压后的电场力，使粉 灰驱向筒壁水膜而将其除去，从而使烟 灰 气流得到高效率的净化。 其特点是： 超高压供电 。 脉冲供电 。 电复合技术，即静电 除灰 技术同其它 除灰 技术设备相结合 。 予荷电与予凝并技术。 水膜 除灰 技 术将电 除灰 技术集于一身，也就是将电 除灰 的新技术和水膜 除灰 器的有机结合，达到静电 除灰 器的效率指标。特别适用水膜 除灰 器nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 2 页 改造静电水膜 除灰 器，且不用改动原水膜 除灰 器主 体风机、水泵及引风系统。 静 电水膜 除灰 器是将电 除灰 最新技术与水膜 除灰 器有机结合于同一 除灰 装置，以静电 除灰 器 30的投资达到静电 除灰 器同等高效的 除灰 效率，且运行费用比静电 除灰 器节约 90。该设备投资少，效率高、运行费用低，高科技含量大，广泛应用于电力、冶金、化工等领域的燃煤锅炉 。 (2)湿式脱硫 除灰 技术 适用范围 燃煤工业锅炉、自备电站、集中供热 锅炉烟气脱硫 除灰 主要技术内容 基本原理 该设备是以自激水、喷淋 除灰 和沸腾泡沫 除灰 为基础而开发的 除灰 装置。按自激水冲击式和沸腾泡沫层脱硫 除灰 机理制成。锅炉排出的烟气进入进烟口后高速冲向水面，在惯性力和重力的作用下，粗颗粒落入。 水体中，折流穿过筛板上形成的沸腾泡沫层，并经过由筛板上方的喷淋装置喷出的高密度喷淋水的逆流洗涤，完成主要的脱硫 除灰 过程。为避免烟气带水，在脱硫 除灰 过程完成后，设有脱水装置，带有液滴的烟气流过旋流板将雾滴抛向筒壁，形成的液膜沿筒壁流入灰斗。经过多级脱硫 除灰 和旋 流板脱水装置后的烟气从 除灰 器顶部的出烟口切向排出，被捕获的烟 灰 和脱硫反应生成物沉积于底部的灰斗内，由浓浆泵定时排出。 关键技术 a兼融了自激水、沸腾泡沫层和逆流洗涤的多种脱硫 除灰 机理，强化了传质过程，脱硫 除灰 效率高。 b优化了脱水除雾装置的结构，提高了脱水效果，经脱硫 除灰 器净化后的烟气无带水现象，烟气的含湿量降低，确保了引风机的安全运行。 c针对腐蚀和磨损问题，对内壁而由洗涤水浸泡和过流的部分，选用了不同的防腐防磨材料配方，并对防腐防磨层的厚度进行了优化，提高 了使用寿命。 d利用坚流沉降逆流取水原理，设计了罩式取水装置，最大限度降低nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 3 页 了循环水的含 灰 浓度，确保导流的正常运行。 (3)布代 除灰 袋式 除灰 器是一种高效 除灰 设备，其 除灰 机理主要是过滤，用附着在袋上的一次 灰 来过滤二次 灰 ，其原理实质上是利用灰 灰 来过滤灰 灰 ，其优点是 除灰 效率非常高，在实际应用中能达到 99.99%。 布袋 除灰 器不受烟 灰 比电阻的影响，而且去除亚微米颗粒物的能力比电 除灰 器的还要好 。 近年来，袋式 除灰 技术有了长足的进步，主机、滤料、自动控制和应用技术的水平都有很大提高，使得袋式 除灰 器对于烟气的高温、高湿 、高浓度、微细粉 灰 、吸湿性粉 灰 、易燃易爆粉 灰 等不利工况条件有了更强的适应性，并且在加强清灰提高效率、降低消耗、减少故障、方便维修方面达到一个新的高度。 综合上述三种 除灰 技术，各有其优越性， 除灰 效果显著，但整个系统结构复杂，成本比较高昂。因此本设计选用气力 除灰 技术。 1 1 1 气力 除灰 方案概述 每台锅炉的气力 除灰 系统各有 除灰 管线 三 条，一条为复合斜多管飞灰发送装置，另两条为空预器飞灰发送装置 。 (1)复合斜多管飞灰发送装置 复合斜多管飞灰发送装置设有一个主灰斗和两个副灰斗，每个灰斗均设有料位检测装置，只要有任意 一个料位计指示料位高（料位超过设定值），则进行一次气力 除灰 过程。除了料位信号外，还设有时间信号，当时间信号到时也自动进行一次气力 除灰 过程。 (2)空预器飞灰发送装置 每台锅炉空气预热器设有两个灰斗，即两套飞灰发送装置。两套装置公用一条输灰管，任意一台发送器料位高信号到，则两台发送器同时发送。同时，每套发送装置还设有时间信号，当发送时间到时，系统将自动进行一次发送过程。 (3)飞灰发送过程 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 4 页 复合斜多管飞灰发送过程与空预器飞灰发送过程相同，现以复合斜多管飞灰发送过程为 ： 当任意料位高信号或时间信号到时，该系统 将进行飞灰发送过程。 首先对总的输送气源压力和仪用气源压力进行判断，如果两个压力中有任意一个为低信号，则停止发送过程，并进行报警。 压力信号满足时，同时关闭三个灰斗的进料阀，然后给密封圈加压（密封阀得电）。 密封压力信号进行检测，如果密封压力信号在 2 秒种之内仍然为低信号时，则发送过程停止，并进行密封压力低报警。 密封压力信号满足后，打开出料阀，并对出料阀开到位信号进行检测。如果在 5 秒钟之内到位信号没有到，则停止发送过程，并进行出料阀未到位报警。 出料阀开到位信号检测到以后，应依次打开进气阀和补气阀 ，之后对该系统管线压力进行检测，如果在 40 秒钟之内检测到的管线压力仍然为高信号，则表明灰并没有被吹掉或有堵灰情况发生，此时应停止 除灰 过程，并进行报警。 当灰被吹掉之后，表明 除灰 的目的已经达到，之后应该依次关掉补气阀、进气阀以及密封阀，最后打开三个灰斗的进料阀， 除灰 过程结束。 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 5 页 开 始是 否 满 足 除 灰 条 件 ?Y E SN O密 封 圈 加 压气 源 压 力 到 否 ?N ON ON ON OY E SY E SY E SY E S密 封 压 力 到 否 ?打 开 出 料 阀关 闭 进 料 阀出 料 阀 开 到 位 否 ?打 开 进 气 阀延 时 3 秒 打 开 补 气 阀气 力 除 灰 4 0 秒管 道 压 力 低 ?关 闭 进 气 阀关 闭 补 气 阀关 闭 出 料 阀密 封 圈 泄 压打 开 进 料 阀停 止 除 灰 过 程 并 报 警图 1.1 除灰 流程示意图 1 1 2 气力除灰 系统的特点及其优越性 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 6 页 系统功能齐全，在必要的时间，既可与 除灰 控制中心联系构成集控中心，同时又可在本系统局部范围内实现手 动操作，因此操作管理都非常灵活方便。 其技术特点有以下四点： (1)适用于从多处向一处集中送灰。无须借助干灰集中设备，几只，十几只，甚至几十只灰斗可以公用一条输送母管，将粉煤灰同时送入或依次送入灰库。 (2)由于系统内的压力低于外部大气压力，所以不存在跑灰、冒灰现象，故系统漏风不会污染周围环境。 (3)料用的受灰器布置在系统始端，真空度低料设备的气封性要求较低。 (4)料设备结构简单，体积小，占用空间高度小 ，适用 于电 除灰 器下空间狭小不能安装仓泵的场合。 该技术比较其他 除灰 技术的优点： (1)设备简单，占 地面和小，甚至可以充分利用空间，设备的投资和维护费用少 。 (2)需要的操作人员都较少，还可实现无人管理的全自动化，因此需要的人工费用少 。 (3)送的物料不受气候和管道布置周围条件的影响，生产车间的布置也比较容易 。 (4)管 道能够灵活地布置，从而使工厂设备的配置更合理化 。 (5)气消耗量少，能耗低 。 (6)系统具有一套严格的控制、报警装置（如堵灰报警、压力过高报警等）从而可保证该系统安全可靠的运行。 1 2 除渣系统概述 使系统处于自动状态，然后按动“系统选择”按钮对 A、 B 系统进行选择，在“系统允许运行”灯亮 的前提下，按动系统启动按钮，系统开始启动，启动顺序如下： nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 7 页 按照 A、 B 系统的选择，从 2#斗式提升机开始，间隔 5 秒钟按下列顺序进行启动： D2 P4 M6 M5 M4 G1 D1 P3。若启动过程无故障，当3#电液动平板闸门开到位 5 秒钟后，“系统运行”灯亮，表明系统启动过程已经结束，进入正常工作状态。正常工作时运行的设备显示为红色。 在启动过程中如果某设备有故障发生 ,选择 A 系统为例，则按启动顺序，除进行报警外 ，其 对 应的 B 系统的设备将自动启动，而在其之后的设备仍按照原来的 A系统进行启动。例如 M6A启动时发生故障，则 M6B将自动启动。 由图 4 可以看出，从 1#渣仓到渣库中间还有 2个渣仓，因此可以将公用除渣系统分为 3部分。 D2、 P4：其中 P4A 只有在 D2A 运行时才打开， P4B 只有在 D2B 运行时才打开。启动 D2A 时若发生故障，则自动启动 D2B，之后将打开 P4B；若启动 D2B 时发生故障，则自动启动 D2A，之后将打开 P4A。当 D2A 启动后若 P4A 发生故障，除报警外，自动停止 D2A，同时自动启动 D2B；同理当D2B启动后若 P4B发生故障，除报警外，自动停止 D2B，同时自动启动 D2A。只有 D2A运行且 P4A开到位或 D2B 运行且 P4B开到位时，才能启动 6#埋刮板。 从 6#埋刮板到电动给料机：电动给料机 G1A只有在 M4A运行时才运行，G1B 只有在 M4B 运行时才运行。三通分料器 S1（ S2），只有在 M5B（ M6B）运行时才打向 B 侧，其余时刻均打向 A 侧。只有在 M6A 运行且 S2 已 A 侧到位，或 M6B 运行且 S2 已 B 侧到位时才能启动 5#埋刮板；同理，只有在M5A运行且 S1已 A侧到位，或者 M5B运行且 S1已 B 侧到位时才能启动 4#埋刮板；只有 M4A运行并且 G1A 运行或者 M4B运行并且 G1B运行时才能启动 1#斗式提升机。 D1、 P3：其中 P3A 只有在 D1A 运行时才打开， P3B 只有在 D1B 运行时才打开。启动 D1A 时若发生故障，则自动启动 D1B，之后将打开 P3B；若启动 D1B 时发生故障，则自动启动 D1A，之后将打开 P3A。当 D1A 启动后若 P3A 发生故障，除报警外，自动停止 D1A，同时自动启动 D1B；同理当D1B启动后若 P3B发生故障，除报警外，自动停止 D1B，同时自动启动 D1A。 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 8 页 系统正常启动后，“系统运行”灯将亮。如果在系统运行过程中某设备由于故障而停止时，系统运行灯将呈红色闪烁状态。在操作界面中设有“允许自动切换”按钮，按动此按钮，在按钮旁将显示出“ YES” 或“ NO”。当显示为“ YES”时，如果系统运行时有设备突然停止，则其备用系统将自动启动，即可以实现自动切换；当显示为“ NO”时，系统不能自动切换，此时若按动“系统停止”按钮，系统将按与启动顺序相反的顺序停止，若按动“系统启动”按钮，系统将重新启动。 系统停止时，按动“系统停止”按钮，则系统按照与启动顺序相反的顺序停止。 对“程控 /手动”按钮进行操作，使系统处于手动状态（ MAN），单击相应设备旁的操作按钮，即可弹出其手操画面，通过此操作画面可以对相应设备进行远程手动操作。 界面中有状态指示灯及操作按钮，当“程 控允许”灯亮时表示此设备允许 PLC 进行控制，“就绪”灯亮时表示控制室相应设备的供电系统准备就绪。只有当“程控允许”和“就绪”指示灯均亮，并且系统运行状态为“手动”（ MAN）时，才允许对该设备进行远程手动操作。单击“手动启动”按钮，设备启动，正常工作时“运行”指示灯亮；单击“手动停止”按钮，设备停止，“运行”指示灯灭。其它设备远程手动操作界面与之类似。 系统中还设有“复位”按钮，当有故障发生时 （相应的设备呈闪烁状态），应对其进行记录，待故障被排除后，按动“ 复位 ” 按钮，即可消除故障状态。 在除渣系统中， 2#渣仓 和渣库分别设有两套风机 除灰 系统（ 1#和 3#风机系统），每套系统有 除灰 风机和摇动风机，操作人员可以根据需要对其进行远程手操或远程自动控制。 风机系统的远程手动操作与其它设备的手操过程完全相同，在此不再赘述。 风机系统的自动控制如下所述： 当 2#斗式提升机 D2A或 D2B 运行 2秒后， 3#风机启动， 3#摇动风机在nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 9 页 3#风机运行期间每隔 10 分钟运行 2 分钟；当 D2A 和 D2B 都不运行时， 3#风机系统停止运行。同理，当 1#斗式提升机 D1A 或 D1B 运行 2 秒后， 1#风机启动， 1#摇动风机在 1#风机运行期间每隔 10分钟运行 2分钟； 当 D1A和 D1B都不运行时， 1#风机系统停止运行。 除渣系统图： 1 # 渣 仓2 # 渣 仓渣 库3 # 渣 仓公 用 除 渣 系 统电 液 动 平 板 闸 门 P埋 刮 板 输 渣 机 M斗 式 提 升 机 D电 动 给 料 机 GP 3 AP 3 BD 1 BD 1 A D 2 BD 2 AG 1 BG 1 AM 4 BM 4 AM 5 BM 5 AM 6 BM 6 AP 4 AP 4 BS 1S 2图 1.3除渣系统图 1 3 组态软件和 PLC 在 除灰 、除渣系统中的应用 在现代化的生产过程中，仅仅有上述基础系统是不够的，大趋势决定了要向集中控制，自动控制 和远程控制的方向发展，所以在上述系统的基础上还要应用 PLC 和组态王软件来实现系统的集中控制和远程控制。 使用 PLC 实施自动控制，使用计算机运用组态王软件实现远程控制，集中控制和智能控制。数据采集可通过 PLC完成，如西门子 S7-200系 列，通过 Profibus-DP协议与组态王通讯，上位采用组态王开发监控画面并进行监控，以实现实时控制和动态监控。组态王可读取 PLC监测到的设备运行状态、模拟量采样数据等信息，根据这些实时数据，在屏幕上动态显示整个装置的运行情况 ,一旦发现故障报警信息，系统即显示明显报警画面，向 PLC发出相应动作指令，保存并记忆故障发生的时间、方位和原因等原始数据，还可根据客户需求保存历史数据、定时、实时打印 数据。 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 10 页 2 PLC 2.1 PLC 的介绍 PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电 气制造商协会 NEMA（ National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于 1984年首先将其正式命名为 PC（ Programmable Controller），并给 PC作了如下定义： PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入 /输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行 PC之功能 ，亦被视为 PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。 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，第二稿 ,并在 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。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，其软件需根据控制要求进行设计编制。 长期以来， PLC 始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。 2 1 1 PLC 的起源及发展 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 11 页 在 20世纪 60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车 的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样，继电器控制装置就经常的需要重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一状况，美国通用汽车公司在 1969年公开招标，要求用新的控制装置来取代继电器控制装置，并提出十项招标指标： (1)编程方便，可随时修改程序。 (2)维修方便，采用模块化结构。 (3)可靠性高于继电器控制装置。 (4)体积小于继电器控制装置。 (5)数据可直接输入管理计算机。 (6)成本可于继电器控制装置竞争 。 (7)输入可以是交流 115v。 (8)输出为交流 115v,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等。 (9)在扩展时，原系统只要很小的变更。 (10)用户程序存储器容量至少能扩展到 4k。 1969年，美国数字设备公司（ DEC） 研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快在美国其他工业领域得到了广泛的推广应用。到 1971年，已经成功的应用于食品，饮料，造纸，冶金的工业领域。这一新型工业控制 装置的出现。也受到了世界其他国家的高度重视。 1971 年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。 1973年，西欧国家也分别研制出他们的第一台 PLC。我国从 1974 年开始研制，于 1977 年开始工业应用。 可编程控制器自问世以来，发展极为迅速。 1971 年，日本开始生产可编程控制器。 1973 年，欧洲开始生产可编程控制器。到现在世界各国的一nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 12 页 些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器装置。可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。 早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规 模集成电路组成，它采用了一些计算机技术，但简化了计算机的内部电路，对工业现场环境适应性较好，指令系统简单，一般只具有逻辑运算的功能。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，在 20 世纪 70年代中期，美、日、德等国的一些厂家在可编程控制器中开始更多地引入微机技术，微处理器及其它大规模集成电路芯片成为其核心部件，使可编程控制器的性能价格比产生了新的突破。现在的可编程控制器都采用了微处理器（ CPU）、只读存储器（ ROM）、随机处理器（ RAM）或是单片机作为其核心。近来，可编程控制器的发展 更为迅速，更新换代周期大约为三 年左右，其结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，可编程控制器在规模和功能上将向两大方向发展，一方面大型可编程控制器不断高速、大容量和高功能方向发展。另一方面，发展简易经济的超小型可编程控制器，以适应单机控制、小型自动化的需要。 我国研制与应用 PLC起步较晚， 1973年开始应用， 20世纪 80年代初期以前发展较慢， 20世纪 80年代随着成套设备或专用设备引进了不少PLC，例如宝钢一期工程整个生产线上就使用了数百台的 PLC，二期工程将使用更多的 PLC。近几年来国外 PLC产品大量进入我国市场，我国已有许多单位在消化吸收引进 PLC的技术的基础上，仿制或研制了 PLC产品。 20世纪 80年代中后期，我国开发应用 PLC技术发展迅速，例如资料介绍东风汽车公司装备系统从 1986年起，全面采用 PLC对老设备进行更新改造，至 1991年止一共改造设备 1000 多台，并取得了明显的经济效益。 1995年广州第二电梯厂，已把 PLC成功的应用于技术要求复杂的高层电梯控制上，并已投入批量生产。广东佛山市中联自动控制工程公司，近几年来已为多个厂家设计制造了 PLC控制装置既是套，成功应用于陶瓷窑炉、瓷砖输 送线和其他自动控制生产设备上。从近几年召开的学术会议及有关文献介绍可见，我国研制尤其是应用 PLC技术日益广泛，更加成熟 。 2 1 2 PLC 的多元化及其发展趋势 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 13 页 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 2561024 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，nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 14 页 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。 PLC 作为工控机的一员，在主要工业国家中成为自动化系统的基本电控装置 。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等特点。据统计 ， 当今世界 PLC 生产厂家约 150 家，生产 300 多个品种。预计到 2000 年，销售额约为 86 亿美元，占工控机市场份额的 50%， PLC 将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。 在 PLC 未来的发展中，主要有以下几点发展趋势： (1)向高性能、高速度、大容量发展。 (2)向微型 PLC发展。 (3)大力开发智能型 I/O模块和分布式 I/O子系统。 (4)PLC 编程语言的标准化。 (5)PLC 通信的易用化和“傻瓜化”。 (6)PLC 的软件化与 PC（个人计算机）化。 (7)PLC 与现场总线的结合 。 2 1 3 PLC 的结构及其工作原理 PLC由中央处理单元，存储器，输入单元，输出单元，电源五部分组成。 如图： nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 15 页 ?CPU?图 2.1 PLC的结构 (1)中央处理单元 中央处理单元是 PLC的控制中枢，核心部件，其性能决定了 PLC的性能。 组成：由控制器，运算器和寄存器组成，这些电路都集中在一块芯片上，通过地址总线，数据总线，控制总线，与存储器的输入，输出接口电路相连。 常用芯片：通用微 处理器，单片机，位片式微处理器。 作 用：处理和运行用户程序，进行逻辑和数学运算，控制整个系统，使之协调的工作。具体有： 接收并存储从编程器键入的用户程序和数据，用扫描方式接收现场输入设备的状态或数据，并将输入状态或数据存入输入印象区或数据寄存器。 诊断电源、 PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误。 PLC 进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户程序，经指令解释后按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启闭有关的控制电路，分时、分渠道地去执行数据的存取，传送，组合，比较和变换等操作，完成用户程序中规定的逻辑或算术运算等任务。 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 16 页 根据运算结果，更换有关影象区的状态和输出状态寄存器的内容，根据输出状态寄存器或数据寄存器的内容实现对输出的控制。 (2)存储器 存储器是具有记忆功能的半导体电路。其作用是存放系统程序，用户程序，逻辑变量和其它一些信息。由存储体、地址译码电路、读写控制电路、数据寄存器组成。可分为只读存储器 ROM和随机存储器 RAM。 ROM为只读存储器，存放 PLC制造厂家写入的系统程序，并永远驻留在 ROM中，PLC去电后再上电， ROM内容不变。 RAM为可读写的存储器，读出时其内容不被破坏，写 入时，新写入的内容覆盖原有的内容。为防止掉电后信息丢失，配有后备锂电池。除此而外， PLC还有 EPROM、 EEPROM存储器。 (3)输入单元 输入单元是 PLC与工业生产现场被控设备相连的输入接口，是现场信号进入 PLC 的桥梁。其作用是接收主令元件，检测元件传来的信号。输入类型有直流输入，交流输入，交直流输入。输入接口采用光电耦合电路，目的是把 PLC 与现场电路隔离，提高 PLC的抗干扰能力。接口电路内部有滤波，电平转移，信号锁存电路。各 PLC生产厂家都提供了多种形式的 I/O部件或模块供用户选用。 (4)输出单元 输出单元也是 PLC与现场设备之间的连接部件，把输出信号送给控制对象的输出接口。其作用是将中央处理器送出的弱电信号转换成现场需要的电平信号，驱动被控设备的执行元件。输出类型包括继电器输出，晶体管输出，晶闸管输出。输出接口电路也采用光电耦合，每一点输出都有一个内部电路，由指示电路，隔离电路，继电器组成。输出接口电路也有输出状态锁存、显示、电平转移和输出接线端子排，输出部件或模块也有多种类型供选用。 (5)电源 电源的作用是将交流电转换成 PLC内部所需的直流电源。目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电源供电。 nts 毕业设计（论文）报告纸 共 51 页 第 17 页 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： PLC的 CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果
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