关于PLC知识学习的读书笔记

关于PLC知识学习的读书笔记
PLC（可编程逻辑控制器）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装置，也可以看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。

PLC的发展也是与计算机技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关，正是这些高新技术的发展推动了可编程控制器的发展。

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。

通过文献【1】了解到PLC 控制系统怎样具体应用在工业环境中，而且在使用现有设备的情况下怎样与矿井综合自动化系统衔接。

在特大型现代化矿井，综合矿井排水系统的控制系统应具有以下功能：可靠的水位监测系统，根据警戒水位的到达和系统故障类型及时发出报警和自动启动排水泵，传感器应具备工作安全可靠、性能稳定等特点。

控制系统应能对水泵的起动和运行状态进行实时监测和控制。

若水泵在起动或运行中出现电流、压力、温度异常等现象时，可发出故障报警信号并使该水泵停止，根据排水需要启动另外的水泵。

控制系统应能可靠控制排水闸阀、配水闸阀（选择水仓）、电磁阀、液压站等排水辅助设备；各部位传感器应能向PLC 准确传送有效信号，使控制系统对排水泵进行适时控制和保护。

文献【1】中的潘北矿主排水泵控制系统主控设备选用西门子S7－300PLC 进行控制。

在水位测量中，矿井采用PROBE 超声波液位计，测量范围0～5m。

在选定排水泵、排水管路后，首先由PLC 对排水泵的状态、供电开关状态、各传感器到位反馈进行检测，如果满足启泵条件，则起动真空泵、打开电磁阀进行抽真空；当真空度满足起动水泵要求后，给排水泵主电动机开关发出信号启动主电动机，当电动机电流接近额定电流且水泵出水口的压力达到工作压力时，电流检测装置和带电触点的压力表将分别发出信号，起动液压站电机，打开选定排水管路上的液动阀门至设定位置，实现排水泵正常排水。

起动过程中如有任一环节不满足起动排水泵要求，系统将停止起动过程，并发出故障报警。

对排水泵的运行状态实时监测。

若排水泵在运行中出现电流、压力异常等现象时，可发出故障报警信号并使该排水泵停运，工作人员根据排水需要起动备用排水泵或将所有备用排水泵的选择开关按下由系统依次选择。

排水泵起动和运行期间，主电动机的店里参数监测和保护功能实现由高压供电开关完成。

排水系统中的排水闸阀、配水闸阀为液压控制且由开、关位置的传感器向PLC 提供“打开到位”和“关闭到位”两个信号，电磁阀、液压站电机等排水辅助设备均有自动和手动控制功能，使控制系统对排水泵进行适时控制和保护。

PLC 控制系统与矿井综合自动化系统的衔接时，因S7－300 有很强的通信功能，CPU 模块集成有MPI 和DP 通信接口，有Profibus－DP 和工业以太网的通信模块，以及点对点通信模块。

通过Profibus－DP 或AS－i 现场总线，CPU 与分布式I ／O 模块之间可周期性的自动交换数据（过程映像数据交换）。

在自动化系统之间，PLC 与计算机和HMI（人机接口）站之间，均可以交换数据。

数据通信可周期性的自动进行。

控制系统与矿井综合自动化系统的衔接是比较简单的，实现自动化排水增加的是与上位机联络的通信电缆及井下分站等设备。

PLC可以用在各行各业之中。

通过文献【2】了解到PLC 在汽轮鼓风机控制系统上的应用。

武钢能源总厂热力厂1＃鼓风机站新7＃号机组采用陕西鼓风机AV80－15 轴流压
缩机和德国西门子公司提供的大型汽轮机组，为了给武钢4＃5＃高炉送风的配套设备，其下位机控制系统采用西门子的PLC S7－400 系统，上位机采用的是WinCC 监控软件。

该汽轮鼓风机采用西门子公司的SIMATIC S7－400 可编程控制器的414－4H 型CPU，采取冗余模式连接。

整个汽轮鼓风机的控制系统，主要有以下几大部分：汽轮转速调节系统、风机防喘振调节系统、静叶调节系统。

汽机调速系统。

汽机转速调节系统通过Woodward 公司的505 调节器实现，505 接收现场来的两路转速信号后与设定转速比较后经内部PID 调节后输出一路4～20mA 信号给调速电磁阀，通过改变电流的大小来改变调速汽门的开度，通过汽门开度的大小控制进入的蒸汽量，达到控制转速的功能。

另外该汽轮机组还配有PROTECT203 超速保护系统，当203 接受的3 路转速信号中有两路转速信号超速时，就发出信号给505，使505 发出一个停机信号，从而对机组形成了保护。

静叶调节系统VOTH 电液伺服阀接收来自静叶手操输出的4～20mA 控制信号与位移传感器4211 所测得的实际信号所转换的电流，通过比较和PID 运算，发出信号从而驱动伺服油缸SM 左右运动达到静叶调节的目的。

同时伺服控制器还送出一路4～20mA 信号到控制室指示静叶角度。

逻辑控制部分。

汽轮风机启动应该满足一系列条件方可允许启动：即机组无停机条件，静叶最小位，逆止阀全关，防喘振阀全开，润滑油，调节油压力正常，润滑油冷油器温度正常等条件满足后方可开机。

当机组转速达到4000rpm 时，投入自动操作，即投入创世达的防喘振控制系统。

然后通过该控制器关闭两个放风阀，使风机向高炉送风。

本台汽机启动逻辑控制较为复杂，控制程序和西门子汽机配套，用S7－GRAPH 顺控程序编程。

通过文献【2】还了解到为了保障机组的安全。

还应有相应的许多停机联锁保护。

比如润滑油压、调节油压、汽机真空、轴系振动、轴系位移、汽机超速停机，手动停机等等，任何一个条件不满足时，都要进行联锁保护停机。

如果有停机条件触发，通过程序发出一个停机标志给505调速器，然后通过505 发出一个停机信号给汽机3 个电磁阀，达到汽机部分停机的目的。

同时发出信号分别使放风阀快开，静叶回到最小位，止回阀强制关闭，保护来风机的安全。

该系统监控软件上位机采用Windows XP 作为操作平台，用西门子公司的SIMA TIC WinCC6．0 工业控制组态软件对过程数据和画面进行编程。

编制了机组全貌、轴系监测、动力油系统、润滑油系统、汽机系统、风机系统、机组启动、机组停车、工况监视、历史趋势等显示和操作画面，以及编制了报警程序和打印程序。

另外编写了所有自控操作界面，方便操作员在仪表室内进行操作。

通过文献【3】知道了、介绍了西门子PLC 在布袋除尘系统中的应用，并通过WinCC 组态软件监控整个控制系统，同时从画面上参与过程控制。

文献【3】中梅山钢铁RH 精炼炉布袋除尘系统是炼钢厂整个除尘系统的重要组成部分。

所要完成的核心工作过程包括以下三方面：清灰系统，除尘器本体卸、输灰系统和储灰仓卸灰系统。

作者在分析了此三方面的控制功能需求后选型了西门子公司的PLC S7-300。

其中包括PS：6ES7307，其中包含的模块如下CPU：6ES7315，CP：6GK7343，DI：6ES7321，DO：6ES7322，AI：6ES7331，AO：6ES7332 等模块，实现除尘器本体的卸输灰、清灰、排风机的启停、除尘器进出口压差检测等设备的控制功能。

通过Profibus－DP 接口连接远程I／O站，扩展I／O 模块。

WinCC 提供良好的人机界面和监控管理视窗，与PLC 之间的通信采用以太网。

该控制系统采用的是有源背板总线。

PLC 背板总线是负责CPU 和机架上的模块（信号模块，功能模块）之间数据交换的。

有源背板总线能使系统实现热插拔，卸下其中任一模块不会影响后面模块的通信，如果是无源背板总线，卸下任一模块会导致通信中断。

有源背板总线一般用在系统要求稳定性比较高的场合，当其中一个模块出现故障不会影响到系统的正常运行，这样带来的弊端是成本相对比较高。

在一些控制要求不是特别复杂的系统中，现场设备对系统的稳定性要求又比较低时，通常采用无源背板总线。

在系统的编程中，首先进行输入／输出变量与中间变量的定义，接着初始化程序，给设备状态赋初值，最后编写输灰系统中的设备控制要
求的程序。

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

而太阳能槽式发电技术是目前国际上发电规模最大，且已经实现商业。

文献【4】中提出了一种对太阳实现追踪的控制系统，该系统采用PLC 为追踪控制系统的主控制器。

通过计算太阳高度角驱动电机带动太阳光槽式聚光反射镜，始终跟踪太阳，达到最大聚光反射较果，提高太阳光利用效率。

槽式太阳能热发电系统主要是借助槽形抛物面聚光器将太阳光聚焦反射到接收集热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机进行发电，是一种分散型发电系统。

在太阳光的采集工程中，要求聚光器始终与太阳保持一个最佳角度，因此必须采取跟踪控制装置，使聚光器跟踪太阳。

文献【4】中设计为单轴追踪太阳高度角，太阳能槽体水平放置，由东向西从0 度到180 度转动，PLC 中程序计算出太阳位置控制
电机跟踪太阳。

学习到此系统采用欧姆龙公司CP1L 控制器来构建平台，Y2－80M－6型电机为执行机构。

PLC 通过程序对电机进行启动和停止控制，对太阳角度实现全自动追踪。

圆盘与槽体同轴转动。

位置传感器检测圆盘转动角度从而确定太阳能槽体转动角度向PLC 传送到位信号停止电机转动。

整个系统由控制部分、检测部分、操作部分和机械传动部分四大部分组成。

控制部分主要有编程器和CP1L 型PLC 组成。

PLC 通过程序计算电机启动时间，并在相应的时刻启动电机。

机械部分由电机和太阳能槽体组成，电机带动太阳能槽体从水平0°到180°转动。

检测部分主要由位置光电传感器构成。

系统的操作面板主要有电源开关，是整个系统的供电开关，在系统运行前电源开关置：“ON”。

6 个常开按钮主要用于自动运行和人机交互，便于用户调整系统工作状态和系统复位。

工作指示灯亮表明系统工作自动状态中；复位完毕指示灯亮表明系统已复位，这是系统工作前必须条件。

系统的检测模块安装在定位盘靠近边缘5cm 处，定位盘随电机转动而旋转，每当定位盘旋转到特定角度时，检测模块就会向PLC 发送到位信号。

PLC 根据检测信号控制电机启停。

电源电路主要为PLC 控制器及外围器件和电机提供工作电源。

学习到PLC 控制器与电机的工作电压不同，PLC 控制器的工作电压为220V 交流电；电机额定电压为三相380V 工业电。

执行机构及机械传动部分，主要包括电机以及相应的支撑结构。

电机由PLC 输出信号控制。

文献【4】的设计选用具有14 点的I/O 通道区的欧姆龙PLC，特别检测定位系统主要由光电传感器来实现功能。

选用FESTO公司SOEG-E/S 型透射光电传感器。

检测系统实现对太阳的角度跟踪方位确定。

在与槽体同轴上有一个直径1m 的定位盘，定位盘转动角度与槽体同轴转动，在定位盘上均匀地打有14个直径为5mm 的圆孔。

在边缘上安装直射型光电传感器，如图4 所示。

当定位盘上的圆孔经过光电传感器时，光电传感器输出信号就会发生改变，PLC 通过光电传感器的输出信号的变化来检测圆盘转动的角度。

整个圆盘圆周上一共有144 个孔，每当一个孔到达光电传感器时，就相当槽体转动了2.5°。

这样从太阳升起到落下，槽体一天从早到晚转动180°，PLC 通过计算圆孔来检测槽体旋转角度。

PLC与新技术可交互。

文献【5】采用最新触摸屏技术，结合PLC技术研制了制药过程中无水溶剂的计量问题综合考虑成本及系统特点，选用北京昆仑通态嵌入版触摸屏。

PLC 选用三菱FX2N，内嵌高速计数器计数器。

考虑到生产使用需求，计量溶剂体积，选用椭圆齿轮流量计。

2．2 工作原理如图2 所示，通过压力传感器检测溶剂储罐压力，经FX2N －4AD模块，将检测到的压力模拟量转换为数字量。

PLC 编程控制储罐内压力，设备维护或进溶剂期间，排空气动阀打开释放一部分N2，降低储罐内压力；通过触摸屏组态画面设定压力，压力足够将溶剂打到使用点。

触摸屏PLC 通讯触摸屏软件MCGSE 通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。

包括数据采集和发送设备指令。

设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。

MCGSE 负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中各个部分，完成
整个系统的通讯过程。

每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。

触摸屏与PLC 通讯需通过设备驱动程序设置，打开三菱FX2N 设备驱动程序出现设备窗口，如图3 所示，设备属性窗口中设置通讯参数，并将触摸屏变量与PLC 变量建立连接，进行数据读取与操作。

设置完毕，对应设置三菱PLC 通讯参数，调试完毕后可以通过触摸屏监视现场设备运行情况，实时取料量，取料时间，取料累计，打印报表。

此外可以设置管理权限，防止误操作，便于管理。

触摸屏组态组态是创建和配置图形对象、数据对象和各种构件的工作环境，又称为对象的编辑窗口。

主要包括组成工程框架的五大窗口，即：主控窗口、用户窗口、设备窗口、运行策略窗口、实时数据库窗口。

分别完成工程命名和属性设置、动画设计、设备连接、编写控制流程、定义数据变量等项组态操作。

参考文献：
1.赵华华,廖志明“现场总线在列车通信网络中的应用”《工业控制计算机)2007年20卷第7期
2.张锡阳，周忠海“现场总线技术在翻车机系统中的应用”《工业控制计算机}2008年21卷第4期
3.徐丹,赖晓阳“Profibus与CAN现场总线转换接口及从站单元设计”《工业控制计算机》2008年21卷第5期
4.屈敏，赵建华“车载CAN总线计算机监控系统的设计与应用”《工业控制计算机}2008年21卷第11期
5.葛锁良,何明,岳胜“基于工业以太网+现场总线的通讯网络设计”《工业控制计算机》2OO8年21卷第12期。