PLC自动化冷库设计

摘要在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。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之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。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。关键词：传感器可编程控制器AbstractInthebasicsubjectresearch,thesensorhastheprominentstatus.Themodernsciencetechnologysdevelopment,enteredmanynewdomains:Forexamplemustobserveoverathousandlightyearsmacroscopicallytheboundlessuniverses,microscopicallymustobserveslightlytothecmgranuleworld,onlongitudinalmustobserveishundredsofthousandsofyearheavenlybodyevolution,shorttosinstantaneousresponse.Inaddition,butalsoappearedtodeepenedthematerialtoknowthatdevelopedthenewenergy,thenewmaterialandsoontohavetheinfluentialroleeachkindofviolentengineeringresearch,likesuperhightemperature,ultralowtemperature,ultrahighvoltage,ultrahighvacuum,megagaussfield,ultraweakmagnetismdangandsoon.Obviously,mustgaintheinformationwhichthemassivehumansenseorganisunabletogaindirectly,hasnotadaptedthesensorisimpossible.Manybasicscienceresearchsbarrier,firstliesintheobjectinformationthegainexistencedifficulty,butsomenewmechanismsandthehighsensitivityexaminationsensorsappearance,willoftencauseinthisdomainthebreakthrough.Somesensorsdevelopment,oftenissomeedgedisciplinedevelopmentpioneer.PCisanumbercharacterstyleelectronicinstallation,ithasusedtheprogrammablememorysaveinstruction.Usesfortocarryoutsuchaslogic,inturn,thetime,functionsandsooncountingandcalculation,andthroughdigitaleitherthesimilarinput/outputmodule,controleachkindofmachineryortheworkingroutine.IfadigitalcomputerisengagedincarriesoutfunctionofthePC,alsoregardsasPC,butnotincludingdrumtypeorsimilarmechanicaltypesequencecontroller.Theprogrammablecontrollerisonekindofdigitaloperationoperationelectronicsystem,fordesignsspeciallyintheindustryenvironmentapplication.Itusesakindofprogrammablememory,usesinitsinternallystoredprogram,theactuatinglogicoperation,thesequentialcontrol,fixedtime,countingandarithmeticoperationandsoonfaceusersinstruction,andthroughdigitaleithersimulationtypeinput/outputcontroleachtypemachineryorproductionprocess.Theprogrammablecontrollerandtherelatedexternalinstrumentation,pressconnectawholeeasywiththeindustrialcontrolsystem,easytoexpanditsfunctiontheprincipledesign.Keyword:SensorPLC目录第1章绪论1第2章自动化冷库的外形2第3章冷库的组成33.1主库33.2制冷压缩机房及设备间43.3其他设施43.3.1冷库的呼叫系统43.3.2货梯电源43.3.3消防设施5第4章自动化冷库的电机选用6第5章自动化冷库编程控制的选用75.1PLC的概述75.2PLC的定义75.3PLC的特点75.3.1PLC的主要特点75.3.2PLC的主要功能85.4PLC工作原理95.5PLC内部处理阶段95.6三菱系列PLC105.7三菱PLC各部分名称10第6章冷库冷藏程序的编写126.1输入输出地址表126.2状态流程图126.3程序接线图136.4程序梯形图14第7章结束语16致谢17参考文献18第页共17页0第1章绪论目前,我国中、小型冷库的控制系统主要采用人工或集中式控制。由于制冷设备多，操作频繁，这不仅需要消耗大量的人力物力，而且能量额外浪费严重，控制品质和效率都得不到保证。与此同时科技学术的发展和计算机技术的广泛应用，使由继电器组成的顺序控制系统逐渐衰落。由于人们对机械控制的安全性、可靠性要求越来越高，继电器控制的弱点就越来越明显。可编程序控制器（PLC）最早是根据顺序逻辑控制的需要而发展起来的，是专门为工业环境应用而设计的数字运算操作的电子装置。鉴于其种种优点，目前，许多的控制方式已由原来的直流调速逐渐过度到了交流变频调速。因此，PLC控制技术和变频调速技术就成为现代自动化控制行业的一个热点。针对冷库系统的高可靠性要求利用PLC构成冷库制冷控制系统，不仅可以实现制冷系统的集散控制，节省大量的人力物力，提高控制品质和效率，同时也可以完成制冷生产工艺的实时监控，从而实现对整个冷库运行过程进行自动监控和管理的目的。第页共17页1第2章自动化冷库的外形冷库的外形多种多样，一般根据其容量以及所占地面积而设计。大多以方形、白色为主，也有因美观或其他原因而设计成其他形状或颜色。下面是冷库的外观和冷库房外观：第页共17页2第3章冷库的组成冷库，特别是大中型冷库是一个建筑群，主要由建筑主体(主库)、其他设施组成，现概述如下。3.1主库主库主要由下列单元组成。(1)冷却间。冷却间是用来对食品进行冷却加工的库房。水果、蔬菜在进行冷藏前，为除去田问热，防止某些生理病害，应及时逐步降温冷却。鲜蛋在冷藏前也应进行冷却，以免骤然遇冷时，内容物收缩，蛋内压力降低，空气中微生物随空气从蛋壳气孔进入蛋内而使鲜蛋变坏。此外，牲畜屠宰后也可加工为冷却肉(中心温度O4C)作短期储藏，肉味较冻肉鲜美。对于采用二次冻结工艺来说，也需将屠宰处理后的家畜胴体送入冷却间冷却，使食品温度由35降至40C，再进行冻结。冷却间的室温为0-2C，达到冷却要求温度的食品称为“冷却物”，可转入冷却物冷藏问。当果蔬、鲜蛋的一次进货量小于冷藏间容量的5时，也可不经冷却直接进入冷藏间。(2)冻结间。对于需长期储藏的食品，需要将其由常温或冷却状态迅速降至一15一18C的冻结状态，达到冻结终温的食品称为“冻结物”。冻结间是借助冷风机或专用冻结装置用以冻结食品的冷间，它的室温为-23-30C(国外有采用一40C或更低温度的)。冻结间也可移出主库而单独建造。(3)再冻问。它设于分配性冷库中，供外地调入冻结食品中品温超过-8C的部分在入库前再冻之用。再冻间冷分配设备的选用与冻结间相同。(4)冷却物冷藏间。这种冷藏间又称高温冷藏间，室温为4-2C，相对湿度8595，因储藏食品的不同而异。它主要用于储藏经过冷却的鲜蛋、果蔬；由于果蔬在储藏中仍有呼吸作用，库内除需保持合适的温湿度条件外，还要引进适量的新鲜空气。如储藏冷却肉，储藏时间不宜超过15天。(5)冻结物冷藏间。又称低温冷藏间，室温在一18-25，相对湿度9598，用于较长期的储藏冻结食品。在国外有的冻结物冷藏间温度有降至-28-30C的趋势，日本对冻金枪鱼还采用了-45-50C所谓超低温的冷藏间。(6)气调保鲜间。气调保鲜主要是针对果蔬的储藏而言。果蔬采收后，仍然保持着旺盛的生命活动能力，呼吸作用就是这种生命活动最明显的表现。在一定范围内，温度越高，果蔬呼吸作用越强，衰老越快。所以多年来生产上一直采用降温的办法来延长果蔬的储藏期。目前国内外正在发展控制气体成分的储藏，简称“CA”储藏，即在果蔬储藏环境中适当降低氧的含量和提高二氧化碳的第页共17页3浓度，来抑制果实的呼吸强度，延缓成熟，达到延长储藏的目的。一般情况下，气体成分控制如下：氧气为25；二氧化碳为04。(7)制冰间。它的位置宜靠近设备间，水产冷库常把它设于多层冷库的顶层，以便于冰块的输出。制冰间宜有较好的采光和通风条件，要考虑到冰块入库或输出的方便，室内高度要考虑到提冰设备运行的方便，并要求排水畅通，以免室内积水和过分潮湿。(8)穿堂。穿堂是食品进出的通道，并起到沟通各冷间、便于装卸周转的作用。库内穿堂有低温穿堂和中温穿堂两种，分属高、低温库房使用。目前冷库中较多采用库外常温穿堂，将穿堂布置在常温环境中，通风条件好，改善了工人的操作条件，也能延长穿堂使用年限。常温穿堂的建筑结构一般与库房结构分开。(9)其他。如电梯问、挑选间、包装间、分发间、副产品冷藏间、次品冷藏问、楼梯问等。3.2制冷压缩机房及设备间(1)制冷压缩机房。它是冷库主要的动力车间，安装有制冷压缩机、中间冷却器、调节站、仪表屏及配用设备等。目前国内大多将制冷压缩机房设置在主库附近，且单独建造，一般采用单层建筑。国外的大型冷库常把制冷压缩机房布置在楼层内，以提高底层利用率。对于单层冷库，也有在每个库房外分设制冷机组，采用分散供液的方法，而不设置集中供冷的制冷压缩机房。(2)设备间。它安装有壳管卧式冷凝器、储氨器、气液分离器、循环储液桶、氨泵等制冷设备，其位置紧靠制冷压缩机房。在小型冷库中，因机器设备不多，制冷压缩机房与设备间可合为一间，水泵房也包括在设备间内。(3)变、配电间。它包括变压器间、高压配电间、低压配电间(大型冷库还设有电容器间)。变、配电间应尽量靠近负荷大的机房间，当机房间为单层建筑时，一般多设在机房间的一端。变压器间也可单独建筑，高度不得小于5m，要求通风条件良好。在小型冷库中，也可将变压器放在室外架空搁置。变、配电间内的具体布置视电器工艺要求而定。3.3其他设施3.3.1冷库的呼叫系统冷库的呼叫系统是为了防止人员被误关在冷间内而设置的，其控制原理包括呼叫、呼叫确认、呼叫回应和呼叫解除几个部分。新规范中没有要求冷库必需装设呼叫系统。由于现在的冷藏门有较大改进，在库内可以方便地将门开启，因而设计人员可根据需要进行设计。但如果有安装呼叫系统，冷间内门上方要设置常明灯。3.3.2货梯电源工程建设标准强制性条文的房屋建筑部分第3-5-1页规定电梯电源应专用，机房照明电源与电梯第页共17页4电源分开。因此按负荷的重要性，将货梯主机电源和桥箱的照明、报警、通风电源，归为电梯电源从变配电所低压配电屏单独引出电源，货梯机房照明、空调、插座电源和井道插座、照明电源另从照明回路引出。3.3.3消防设施冷库的消防设施可分为库内监控警报、室内消防设备、消防报警三部分。第页共17页5第4章自动化冷库的电机选用一、压缩机组组合式冷库压缩机组的设计选型：无论何种品牌的压缩机组的选型,都是根据组合式冷库的蒸发温度及冷库有效工作容积来确定，另外还要参考冷冻或冷藏物品的冷凝温度、入库量、货物进出库频率等参数。通常高温组合式冷库制冷量计算公式为：冷库容积901.16+正偏差，正偏差量根据冷冻或冷藏物品的冷凝温度、入库量、货物进出库频率确定，范围在100-400W之间；中温组合式冷库制冷量计算公式为：冷库容积951.16+正偏差，正偏差量范围在200-600W之间；冷库压缩机组制冷量计算公式为：冷库容积1101.2+正偏差,正偏差量范围在300-800W之间。冷库压缩机组的品牌选用主要根据用户对某种品牌的了解程度、维护方便、项目投资的数额各方面来考虑，目前国内通常选用法国的美优乐、美国的谷轮以及德国的比泽尔，这三种品牌的压缩机组性能都很稳定，而且三者在国内都有合资生产企业第页共17页6第5章自动化冷库编程控制的选用考虑到通用性，同时使用点位控制较为方便，因此我们采用可编程序控制器(PLC)对停车进行控制。当停车的动作流程改变时，只需改变PLC程序即可实现，非常方便快捷。最为主要的原因在于液压系统本身包括液压站，都是随车运动的。如果采用传统的继电器逻辑线路控制，不但结构复杂，控制柜体积亦大；而且各个继电器均在运动中动作，易受震动干扰，可靠性差。为此，我采用(PLC)对机械进行控制。5.1PLC的概述可编程序控制器是六十年代末在美国首先出现的，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，由此日本称它为顺序控制器（SequenceController)。5.2PLC的定义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（NationalElectricalManufactoryAssociation）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（ProgrammableController），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之功能着，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。5.3PLC的特点5.3.1PLC的主要特点1.高可靠性（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。第页共17页7（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。（4）采用性能优良的开关电源。（5）对采用的器件进行严格的筛选。（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2.丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮行程开关接近开关传感器及变送器电磁线圈控制阀直接连接另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC以外绝大多数PLC均采用模块化结构PLC的各个部件包括CPU电源I/O等均采用模块化设计由机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4.编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5.安装简单维修方便PLC不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。第页共17页85.3.2PLC主要的功能（1）逻辑控制（2）定时控制（3）计数控制（4）步进（顺序）控制（5）PID控制（6）数据控制5.4PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描、不断循环”的方式进行工作的。即PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描。如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直到程序结束，然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。周而复始。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段，并进行周期性循环。5.5PLC内部处理阶段PLC系统内部的工作原理可分为5个步序：内部处理、通讯服务、输入处理、程序执行、输出处理。PLC的工作模式分为运行模式（RUN）与停止模式（STOP）两种。当PLC处于RUN模式时，PLC按步序从内部处理开始，到输出处理结束一个执行周期，一个执行周期结束后，将立即开始下一个周期的执行，即返回到第一个步序-内部处理，如此一直循环下去；当PLC处于STOP模式时，PLC按步序从内部处理开始，只执行前两个步序，即到通讯服务结束一个执行周期。PLC的这种运行方式称为循环扫描方式，而每执行一个执行周期所需时间称为循环扫描时间或扫描周期。在PLC的存储器中，设置了一区域用于存放输入/输出信号的状态及当前值，它们分别称为输入映像区和输出映像区。PLC的其它地址元件也有对应的映像存储区，它们统称为元件映像存储区。通过建立元件映像存储区，使PLC成为一个真正的数字采样控制系统；虽然PLC不可能像继电器控制柜那样随时根据现场输入实时控制现场输出状态，但只要采样周期足够短，即采样频率足够高，这样的采样系统应该完全符合实际系统的需要。1.内部处理：PLC完成对自身硬件的自检测，当发现自身硬件有问题或硬件配置与实际对不上时，PLC将产生错误指示。HaiwellPLC对此种错误以主机上的ERR错误指示灯闪烁指示。2.通讯服务：PLC处理与计算机、PLC、编程器及别的智能设备的通讯。输入采样程序执行输出刷新一个扫描周期第页共17页93.输入处理：PLC在输入操作上采用定时采样的方式。即在一个扫描周期的固定时刻（一般在扫描周期的开始）一次性集中采样所有的外部输入点，采样结果用二进制的形式存入到RAM中一个区域（输入映像寄存器区）。这样在执行程序时，所需的现场讯息全部从输入映像区中取用，不直接从现场取样。4.程序执行：PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中顺序排列。在无跳转指令的情况下，CPU从第一条指令开始执行，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束，执行指令时，从元件映像存储区中读出元件的状态及当前值，并据指令的需要进行相应的逻辑运算及赋值操作，最后的运算结果写入到线圈或输出类指令对应的元件映像存储区中。5.输出处理：PLC在输出操作上采用定时输出的方式。即在一个扫描周期的固定时刻（一般在扫描周期的结束）先将它们存放在RAM中的一个区域（输出映像寄存器区），扫描周期结束时再将输出映像区中控制信息集中输出。以上是PLC的工作过程,若PLC的I/O响应时间小于扫描周期的话,就不叫PLC了,没有实时性可言,而PLC本身就是要的是实时性,这样控制精度才高,才能按用户的程序要求作出实时的响应5.6三菱系列PLCFX系列的可编程控制器的系统配置灵活，用户除了可以选用不同的系列之外，还可以选用多种基本单元、扩展单元和扩展模块，组成不同I/O点和不同功能的控制系统，各种不同的配置都可以获得很高的性价比。FX系列的硬件配置就像模块式可编程控制器一样灵活，因为它的基本单元采用整体式结构，又具有比模块式可编程控制器更高的性价比。日本三菱电机公司生产的可编程序控制器主要有F、F1、F2系列，FX0、FX2系列以及A系列。F、F1、F2系列是整体式结构的小型PLC。FX系列是继F、F1、F2系列之后推出的新产品。FX系列兼有整体式PLC简单、实用及模块式PLC功能强大，组合灵活的优点。FX1N系列是功能很强大的微PLC，可扩展到多达128I/O点，并且能增加特殊功能模块或扩展板。通信和数据链接功能选项使得FX1N在体积、通信和特殊功能模块等重要的应用方面非常完美。FX1S系列PLC把优良的特点都融合进一个很小的控制器中。FX1S适用于最小的封装，提供多达30个I/O，并且能通过串行通信传输数据，所以它能用在紧凑型PLC不能应用的地方。FX2n系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能,它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。5.7三菱PLC各部分的名称35mm宽DIN导轨第页共17页10安装孔4个（4.5）电源、辅助电源、输入信号用的装卸式端子台（带盖板）输入指示灯扩展单元、扩展模块、特殊单元、特殊模块、接线插座盖板输出用的装卸式端子台输出动作指示灯DIN导轨装卸用卡子面盖板外围设备接线插座、盖板第页共17页11第6章冷库冷藏程序的编写6.1输入输出地址表输入输出名称地址名称地址冷藏启动X1压缩机组制冷运行Y1冷藏停止X2压缩机组恒温运行Y2温度限定开关X3冷库指示灯(绿)Y3库门位置开关X4冷库指示灯(红)Y4冷库呼叫系统X5库内警报铃Y5冷库消防警报X6自动消防报警Y6呼叫/警报解除X76.2状态流程图第页共17页126.3程序接线图第页共17页136.4程序梯形图第页共17页14第页共17页15这里用PLC程序模拟了的自动化控制，从按下启动按钮压缩机组制冷启动、冷库指示灯（绿）常亮，直至温度限定开关或库门位置开关动作