电气与PLC智能控制技术 课件 第12章 PLC在电气控制系统中的应用与分析

第12章PLC在电气控制系统中

的应用与分析

PLC在各种电气控制设备和控制系统中的应用，已经非常普遍。主要应用于工业自动化流水线生产过程的自动化控制及智能控制、各种工业电气化设备的电气自动化控制系统及智能控制系统、电力和交通系统的电气自动化控制系统及智能控制系统、工业与民用建筑的供电与照明控制系统及智能控制系统、城市供用电系统、楼宇智能化系统等。本章主要介绍三菱FX系列PLC在工业货物传送机、水泵、自动门电气控制系统中的应用及控制系统分析、西门子S7-200系列PLC在工业混料控制系统和空调电气控制系统的应用及控制系统分析。第12章PLC在电气控制系统

中的应用与分析12.1三菱FX系列PLC在电气控制系统中的应用与分析12.1.1三菱FX系列PLC在货物传送机电气控制系统中的应用与分析12.1.2三菱FX系列PLC在水泵电气控制系统中的应用与分析12.1.3三菱FX系列PLC在自动门电气控制系统中的应用与分析12.2西门子S7-200SMART系列PLC在电气控制系统中的应用与分析12.2.1西门子S7-200SMARTPLC在工业混料罐控制系统中的应用与分析12.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析12.1三菱FX系列PLC在电气控制系统中的应用与分析12.1.1三菱FX系列PLC在货物传送机电气控制系统中的应用与分析一般的货物传送机主要由多台带式传送机组成，此处所举货物带式传送机事例由5台三相异步电动机M1～M5控制，具体如图12-1所示。

图12-15条带式传送机构成的货物带传送机顺序控制系统控制系统的具体工作原理图如图12-2所示。12.1.1三菱FX系列PLC在货物传送机电气控制系统中的应用与分析

图12-2a)为货物带式传送机5台三相异步电动机M1～M5的顺序启停控制梯形图，图12-2b)为货物皮带传送机5台三相异步电动机M1～M5的顺序启停控制的接线图。起动时：按下图12-2b)中启动按钮SB1→则图12-2a)启停控制梯形图的输入继电器X0闭合一下→启动信号控制继电器Y0（输出继电器）闭合并自锁→时间继电器T0接通→图12-2b）中启动信号灯HL0亮5秒后→每隔5秒执行图12-2a)顺序启停控制梯形图中的位左移指令SFTL一次→电动机依次从电动机M1到电动机M5每隔5秒启动一台→电动机全部启动后→启动信号灯灭。停止时：按下停止按钮SB2→则起停控制梯形图的输入继电器X1闭合一下→输入继电器X1上升沿时执行顺序启停控制梯形图中的位右移指令SFTR一次→电动机按从M5首先停止→同时停止信号控制继电器Y6（输出继电器）闭合并自锁→时间继电器T1接通→图12-2b)中停止信号灯HL1亮3秒→每隔3秒执行顺序启停控制梯形图中的位右移指令SFTR一次→电动机按从M5到M1每隔3秒停止一台→电动机全部停止后→

停止信号灯HL1灭。当运行中按下急停按钮SB3时→则起停控制梯形图的输入继电器X2闭合→全部复位指令ZRST执行→电动机M5到M1全部停止运行。

图12-2货物带式传送机顺序控制的梯形图和接线图

12.1.2三菱FX系列PLC在水泵电气控制系统中的应用与分析

某工业企业供水系统由4台水泵构成，由４台三相异步电动机M1～M4驱动4台水泵。在供水系统供水运行时要求4台水泵轮流运行控制，正常要求2台运行2台备用。为了防止备用水泵长时间不用造成锈蚀等问题，要求4台水泵中2台运行，并每隔8小时切换一台，使4台水泵轮流运行。4台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统图如图12-3所示,图12-3a)为4台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统运行时序图,图12-3b)

为4台供水泵轮流工作时PLC控制系统接线图,图12-3c)

为4台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统梯形图。如图12-3a)所示，每隔8小时有一台水泵电动机停止运行，同时有一台水泵电动机启动运行，并且在每8小时中都有2台水泵电动机在运行。如图12-3b)和图12-3c)所示，当开关SA接通运行位置时→输入继电器X0闭合→在输入继电器X0上升沿时→PLC执行SFTL(P)上升沿位左移指令→1号水泵电动机M1和2号水泵电动机M2工作→3号水泵电动机M3和4号水泵电动机M4不工作→同时特殊辅助继电器M8014产生1分钟定时计数脉冲→定时计数器C0开始计数→当计数达到480分钟时，刚好是8小时。开关SA接通停止位置时→继电器X1闭合→PLC执行全部复位指令ZRST→所有水泵电机停止工作。

图12-34台供水泵轮流工作时的三菱FX系列PLC控制系统图12.1.3三菱FX系列PLC在自动门电气控制系统中的应用与分析

某工业企业的自动化车间的自动门控制示意图如图12-4所示，它主要由微波人体检测开关SQ1(进门检测X0)，SQ2(出门检测X1)和门限位开关SQ3(开门限位X2)，SQ4(关门限位X3)，门控电机M和接触器KM1(开门Y0)，KM2(关门Y1)组成。当人接近大门时，微波检测开关SQ1，SQ2检测到人就开门，当人离开时，检测不到人，经两秒后自动关门。图12-4某工业企业自动化车间的自动门控制示意图12.1.3三菱FX系列PLC在自动门电气控制

系统中的应用与分析自动门PLC控制工作原理分析：在自动化车间开门期间（上午8时到下午18时）检测开关SQ1，SQ2只要检测到人就开门；下午18时到19时，工作人员只能出不能进，只有出门检测开关SQ2检测到人才开门，而进门检测开关SQ1不起作用。图12-5为自动化车间自动门三菱FX系列PLC控制接线图和梯形图。

如图12-5b)所示，在自动化车间开门期间（上午8时到下午18时）的时间控制，由三菱FX系列PLC内部的数据寄存器D8015控制上午的8时，同时由三菱FX系列PLC内部的数据寄存器D8015控制下午的18时和19时。当PLC内部的数据寄存器D8015定时计数到达上午8时→开门回路输出继电器Y0回路可以接通→此时微波人体检测开关SQ1如检测到有人进入→则进门检测输入继电器X0接通→开门回路输出继电器Y0回路接通→并自锁→输出继电器Y0驱动接触器KM1开门→

开门到达门限位置时→门限位开关SQ3动作使输入继电器X2断开,输出继电器Y0断开，开门停止。

当PLC内部的数据寄存器D8015定时计数到达下午18时→进门检测输入继电器X0回路关断→在PLC内部的数据寄存器D8015定时计数大于下午18时→小于下午19时时→进门检测输入继电器X0回路一直处于关断状态→只有出门检测开关SQ2检测到人才开门→而进门检测开关SQ1不起作用→工作人员只能出不能进。SQ4为关门限位检测开关，当关门限位到位时X3断开→使关门输出继电器Y1回路关断→关门停止。

图12-5自动化车间自动门三菱FX系列PLC控制接线图和梯形图12.2西门子S7-200SMART系列PLC在电气控制系统中的应用与分析12.2.1西门子S7-200SMART系列PLC在工业混料罐控制系统中的应用与分析

某工业企业的混料罐系统的工作原理图如图12-6所示。控制要求：系统开始工作时，液面应处于最低位，按下起动按钮→打开A阀门→液体A流入混料罐当液面上升到中间位置时→关闭A阀门→打开B阀门→B液体流入混料罐→当液面上升到最高位时→关闭B阀门→起动搅拌机→2分钟后停止搅拌→打开C阀门→

当液面降至最低位后→延时5秒钟关闭C阀门→完成一次工作过程。在工作过程中若没有按下停止按钮，则系统在2秒钟图12-6工业企业混料罐系统的工作原理图后自行起动上述工作循环；否则,当一次循环过程结束后系统停止运行。按下复位按钮，系统恢复至初始状态。系统的I/O地址分配，见表12-1所示。表12-1工业混料罐S7-200SMART系列PLC控制系统I/O分配表名称类型地址名称类型地址起动按钮输入I0.0液位低传感器输入I0.5停止按钮输入I0.1A阀门电磁阀输出Q0.0复位按钮输入I0.2B阀门电磁阀输出Q0.1液位高传感器输入I0.3C阀门电磁阀输出Q0.2液位中传感器输入I0.4搅拌机输出Q0.312.2.1西门子S7-200SMART系列PLC在工业

混料罐控制系统中的应用与分析

系统功能图及控制程序如图12-7所示。程序中需要重点理解的是对停止过程的处理。当I0.1为“1”时，置位M1.0，但此时并不停止整个系统的工作。也就是说用置位指令来记录“停止按钮曾经被按下”。只有当系统运行到S0.6表示的顺控段时，才对M1.0进行检测。如果此时M1.0为“1”，则立即转移至S0.0，返回至初始状态，用S0.0将M1.0复位；否则当T39延时时间到后，转移至S0.1，重新开始一次工作循环。系统复位是指系统恢复至初始状态。可以看出，复位过程实际上是打开C阀门使液面下降的过程。同时C阀门应在S0.4和S0.5所表示的顺控段中打开,因此将S0.4、S0.5常开触点及复位按钮相“或”组成Q0.2的输出电路。

此处要注意的是：虽然Q0.2在S0.4和S0.5所表示的顺控段中为“1”，但程序中不能在S0.4和S0.5的程序段中分别输出Q0.2,只能使用置位、复位指令或图示“或”的方法。因为在PLC程序中，一个元件在多个梯级中多次输出时，仅有最后一个梯级的逻辑功能有效，其他均无效，这是由PLC扫描方式决定的。

图12-7混料罐控制功能图及S7-200SMART系列PLC控制程序12.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析

在此以某单位中央空调监控系统为例，下位机采用S7-200系列PLC，用梯形图编写控制程序。在该系统中，上位机的监控界面采用力控组态软件实现。1．系统的监控点表

根据上述空调机组和水系统中的监控内容，可列出中央空调系统的监控点表，见教材表12-2所示。2．PLC硬件选型及系统配置

现场控制器采用S7-200系列PLC。由表12-2所示的系统监控点数，再考虑一定的裕量，可得出该系统的硬件选型及点数对照表，见表12-3所示。表12-3S7-200SMARTPLC硬件模块选型及点数对照表模块名称型号及订货号数量数字量I/O点数模拟量I/O点数CPU模块CPU2246ES7214-1AD23-0XB0114/10

模拟量输入/输出扩展模块EM2356ES7235-0KD22-0XA05

4/1模拟量输出扩展模块EM2326ES7232-0HB22-0XA01

0/212.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析S7-200SMARTPLC控制系统的硬件配置图如图12-8所示。图12-8西门子S7-200SMARTPLC硬件系统配置图各模块I/O编制范围见表12-4所示。表12-4西门子S7-200SMARTPLC控制系统各模块编址范围模块CPU224EM232EM235(1)EM235(2)EM235(3)EM235(4)EM235(5)输入地址I0.0～I0.7I1.0～I1.5

AIW0AIW2AIW4AIW6AIW8AIW10AIW12AIW14AIW16AIW18AIW20AIW22AIW24AIW26AIW28AIW30AIW32AIW34AIW36AIW38输出地址Q0.0～Q0.7Q1.0～Q1.1AQW0AQW2AQW4（AQW6）AQW8（AQW10）AQW12（AQW14）AQW16（AQW18）AQW20（AQW22）3．PLC控制系统I/O地址表S7-200SMART控制系统I/O端口分配表如表12-5所示。

表12-5西门子S7-200SMARTPLC控制系统I/O分配表(部分数据，其他见教材本表）12.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析

4．中央空调系统的起停控制程序

中央空调的起动过程一般是先起动风系统，然后是水系统。具体起动顺序：新风阀、回风阀、排风阀→送风风机→回风风机→冷却塔风机→冷却水阀→冷却水泵→冷冻水阀、冷冻水调节阀→冷冻水泵→冷水机组。

中央空调的停止过程则与起动过程相反。停止过程：冷水机组→冷冻水泵→冷冻水阀、冷冻水调节阀→冷却水泵→冷却水阀→冷却塔风机→回风风机→送风风机→新风阀、回风阀、排风阀。中央空调系统控制的主程序如图12-9所示。SBR0为起停控制子程序、SBR4送风温度温度控制子程序、SBR5为湿度控制子程序。

图12-9中央空调系统控制主程序12.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析12.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析

中央空调系统启停控制的各子程序分别如图12-10和图12-11所示。图12-10为起停控制子程序1，图12-11为中央空调系统起停控制子程序2。如图12-10中央空调系统启停控制子程序1所示,M2.0、M6.0为中间变量,当上位机“起动”命令发出后，M2.0为1，各设备顺序起动；当上位机“停止”命令发出后，M6.0为1，各设备顺序停止。此程序中还包含了3个子程序SBR1、SBR2、SBR3，具体如图12-10中央空调系统起停控制子程序1（续）所示。

图12-10中央空调系统起停控制子程序112.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析

如图12-10中央空调系统起停控制子程序1（续）所示，各设备按照新风阀、回风阀、排风阀→送风风机→回风风机→冷却塔风机→冷却水阀→冷却水泵→冷冻水阀、冷冻水调节阀→冷冻水泵→冷水机组的顺序来顺序起动、逆序停止。时间间隔为5秒。图12-10中央空调系统起停控制子程序1（续）12.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析

如图12-11中央空调系统启停控制子程序2和图12-11中央空调系统启停控制子程序2（续）所示，起动时，SBR1将新风风门、排风风门和回风风门的开度初始化为50%，SBR2将冷却塔风机的频率设定为35Hz。SBR3将冷水调节阀开度初始化为50%。停止时，SBR1将新风风门、排风风门和回风风门的开度设定为0%，SBR2将冷却塔风机的频率设定为20Hz。SBR3将冷水调节阀开度设定为0%。

图12-11中央空调系统启停控制子程序212.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析图12-11中央空调系统启停控制子程序2（续）12.2.2西门子S7-200SMARTPLC在中央空调电气控制系统中的应用与分析

5．温度控制与湿度控制

中央空调起动后，开始实施温度控制和湿度控制。送风温度传感器检测送风温度并送至PLC中，与其设定值比较后经PI运算计算出阀门开度，送至冷水调节阀执行器。温度控制子程序如图12-12所示。此控制程序中,控制参数Kc=0.25、Ts=0.1、TI=15。PID指令控制回路表首地址为VB100。采用定时中断0（中断事件10）调用PID控制程序，定时时间设定为200ms，相应的中断服务程序为INT_0。M1.2为中间变量，实施联锁控制，即系统启动后方可进行温度调节。VD200中存放经优化算法后计算出的最佳送风温度设定值。此例中省略了最佳送风温度设定的优化算法。在中断服务程序中，CPU读取输入变量AIW4送风温度当前值，并经标准化后存入控制回路表的VD100中。执行PID指令后，指令输出值被换算后送至AQW8经D/A转换后输出。

图12-12中央空调系统送风温度控制子程