1、1实用可编程序控制器的典型电气控制王青龙 摘 要 可编程控制器在现代 工业生产中发挥着及其重要的作用：它和CAD.机器人技术一起，已成为现代工业的三大支柱。可编程控制器是 20世纪 60 年代末，随着计算机技术的发展而兴起的工业通用控制器。它通过传统的继电器控制手段，满足现代企业寻求高生产.低成本和强灵活性的迫切需求。可编程控制器借助于工程技术人员非常熟悉的继电器梯形图设计方法，以满足不同设备多变的控制要求，从而使所设计飞控制系统具有通用化.标准化和柔性化以及高可靠性等特点，可缩短控制系统的设计.安装和调试以及升级更新周期，降低生产成本。自 20 世纪 60 年代末美国首先研制成功可编程控制器
2、后，其应用范围迅速拓广。可编程控制器由于其在控制方面的意义日趋明显，并在发电、化工、等行 业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用。它具有功能强大、使用可靠、 维修简单等许多优点，并且在很多地方已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。与此同时,智能化中央空调也正被广泛地应用,在将其俩双双结合的情况下,不仅促进了的,也提高了人民生活水平。 关键词 PLC 控制系统 智能化 编程 控制器1.1 引言 随着我国的不断发展，高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为 一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备2自动化系统开始。本文主要针对我们本次的毕业设计智能化小型中央空调阐述 PLC
3、控制设计与智能化中央空调(冷冻站)系统的关系。 1.2 系统及工艺简介 现介绍如下：我们本次的设计中有两套中央空调系统，由三台冷却水泵、三台冷冻水泵、一台冷却塔风机、两台冷水机 组等主要设备组成两套制冷系统（因系统小，冷却塔功率大，实验室要求等，本系统较一般两套制冷系统不同的是两台冷水机组却只选择一个冷却塔，经核定，这并不其效果）其中冷水机组是由设备生产厂成套供应的。根据本次设计的实验室要求，我们选择了 2*5 匹全封闭式压缩机冷水机组。它一般是根据空气调节原理及等由微处理器自动控制。冷水机组由压缩机、冷凝器与蒸发器组成。压缩机把制冷剂压缩，压缩后的制冷机进入冷凝器，被冷却水冷却后， 变成液体
4、，析出的热量由冷却水带走，并在冷却塔里排入大气。液体制冷 剂由冷凝器进入蒸发器蒸发吸收热量，使冷冻水降温，然后冷冻水进入冷风机盘管吸收空气中的热量。 如此循环不已，把室内的热量带出，达到降低环境温度的目的。因此，中央空调冷冻系统的工艺控制要求为： （1）测量冷冻水供回水温度及流量，从而计算空调实际的冷负荷，根据实际的冷负荷来决定冷水机组的开启台数，达到最佳节能状态。 （2）各设备的程序联动：启动：冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组。停止：冷水机组冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机。3当其中一台冷却水泵/冷冻水泵出现故障时，备用冷却水 泵/ 冷冻水泵会自动投入工作。 （3）测量冷冻水系统供回水管的压差P
5、=P1 P2 控制其旁通 阀(TV)的开口度，使其维持压差。 （4）因我们本次设计的实验室的目的是为给同学们更形象生动的理解中央空调系统，所以设计过程中，我们还会考虑到在合适并重要的位置处装上便于观察制冷剂或水流情况的窥视镜。 1.3 PLC 原理及应用 中央空调冷冻系统的控制有 3 种控制方式：早期的继电器控制系统、直接数字式控制器 DDC 以及 PLC(可编程序控制器)控制系统。继电器控制系统由于故障率高，系统 复杂，功耗高等明 显的缺点已逐渐被人们所淘汰，直接数字式控制器 DDC 虽然在智能化方面有了很大的发展。但由于DDC 其本身的抗干扰能力和分级分步式结构的局限性而限制了其应用范围。
6、相反，PLC 控制系统以其运行可靠、使用与 维护 均很方便，抗干扰能力强，适合新型高速结构这 些显著的优点使其逐步得到广泛的应用。 可编程控制器是计算机家族中的一员。于上个世纪中后叶被发明后，在机床、各种流水线的输送机械、发电、化工、电子等行业工艺设备的电气控制方面得到了广泛的应用，早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）, 即简称为 PLC。 4PLC 具有功能 强大、使用可靠、 维修简便等许多优 点。对于传统的继电器电路来说，它难以实现 复杂逻辑功能的和数字式控制，而且要实现一定规模的逻辑控制功能不仅设计繁琐，难以实现升级，并易
7、发故障， 维修复杂，现 在已被大中型设备 的控制系统所抛弃。而 PLC 正被广泛的应用并且已逐步取代了继电器电路的逻辑控制。随着技术不断的飞跃发展，PLC 也不断得到完善和 强 大，同 时它的功能也大大超 过了逻辑控制的范围，如联 网通信功能和自诊 断功能等。因此今天 这种装置被我们称作可编程控制器，不过我们还是习惯简称这种装置为 PLC。 2 PLC 的体系结构2.1 PLC 结构图 PLC 实质上是一种被 专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一致的。如图所示： 5图 2.1.1 PLC 硬件的基本结构 PLC 主要是模 块式的，包含 CPU 模块、I/O 模块等，PLC 一端接传
8、感器，另一端接执行器，从传感器得到的数据经 PLC 读、运算等处理下达给执行器， 执行器动作。PLC 相当于 继电器的作用，其好处是可靠性高，自动化程度高、可进行网络化等。 2.2 PLC 的选型及设置 6为了满足以上所介绍的空调工艺要求，整个控制系统需要可编程序控制器的输入、输出点分别 是 112 点和 32 点，其中模拟量输入、 输出为 6点和 4 点。根据 PLC 的 I/O 原理使用原则，即留出一定的 I/O 点以做扩展时使用，以及系统设计中实际 所需的 I/O 点数。 选用 华光电子工业有限公司的 SU5/B 型。主机：SU5/B；输入模块：U25N 、U01AD；输出模块：U05T
9、 、U01DA。这 种机型的 I/O 点数为 256 点，有 RS422 通讯端口，其编程指令有 143 条，并配有相应的编程软件 S62P，不仅可以通过手持编程器对其编程。而且可以通过 PC 机对其进行编程输入。该软件还能在 PLC 运行时监控其运行状况。 2.3 软件设计 制冷系统的启动/停止是用于制冷系统的手动启动/停止控制。也可以通过温度设定，依据冷负荷的需要自动开启制冷系统。每台设备均设有自动、手动 、备用三种运行状态，自动用于联锁集中控制；手 动用于调试或检修；备用状态用于热备用。三台水泵二工一备。其中备用泵循环轮换，提高设备的保养率。各台设备按工 艺要求顺序自动启动/ 停止时，采
10、用每台设备启动后经 15s 左右延时，再启 动下一台设备。一是考虑水泵稳定运行有个过程，二是避免数台电动机同 时启动，冲 击变压器，影响供电质量。 为提高中央空调系统的经济性、可靠性及可维护性，需采用控制产品对中央空调系统的各个设备进行控制。早期的中央空调控制器多为就地式专用控制器和 DDC 控制器，它们具有控制功能简单、不易联网及信息集成度不高等缺点。随着计 算机技术、控制技 术和网 络技术的发展， 现在7的中央空调系统都倾向于采用先进、实用、可靠的可编程控制器(PLC)来进行控制。 3 PLC 控制系统主要功能与特点 3.1 PLC 控制系统功能说明 如空气处理机 PLC 控制原理简图所示
11、： 1. 当启动空气处理机时，PLC 发出控制指令。首先开户回风门和新风门到设定位置，然后启动 送风机，同 时通过控制变频 器，从而 调节风机的转速。 2. 露点温度与系统设定值相比较后,用 PID 方式调节冷水电动阀,控制冷水流量, 使送风温度达到设定值。 3. 送风机转速的快慢是由回风温度与系统设定值相比较后，用 PID方式控制变频器，从而调节风 机的转速，达到 调节回 风温度的目的。 4当过滤网前后压差超出设定值时， PLC 发出过滤 堵塞报警信号。 5当空气处理机停止运行后，新风门、回风门和冷水 电动阀回复到全关位置，并关停冷水环泵。 8上位机监控系统主要完成对工艺参数的检测、各机组的
12、协调控制以及数据的处理、等任务，下位 PLC 主要完成数据采集、 现场设备 的控制及连锁等功能。除此以外，PLC 系统还有如下功能： 数据显示功能 显示机组的运行参数，包括冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水出口温度、冷却水入口温度、蒸汽压力、蒸汽 阀门开度，以及溶液泵、冷剂泵等所有屏蔽泵的运行状态和各种故障报警的详细信息。 数据的存储及检索功能 对重要的数据进行在线存储，数据的存储时间最长为 10 年。可以通过历史报表或者历史趋势曲线的方式检索历史数据。 控制功能 9根据设定的参数，并考虑经验运行数据， PLC 应用反 馈数据 (如室内温度等) 进行 PID 调节，以保 证运行参数满足系统要求
13、。控制系统有三种运行方式：就地手动、软手 动和自动。就地手 动就是通 过就地手动操作设备对机组进行控制，软手动 是通过 PLC 对机组进行手 动控制，自 动则是根据编好的控制程序自动控制相关设备的启、停及调节量。采用程序控制方式，杜绝冷剂污染，有效便捷地实现冷水、冷却水的变频控制。通过有效合理地开、停控制，达到启动速度快、停机 时间短的目的，即能节省能耗，还能避免结晶，从而提高中央空调系统的安全性和 经济性。 连锁与保护功能 各机组相关设备的启、停具有一定的连锁关系和时间顺序，该功能由PLC 的连锁程序完成。同时， 为保证机组的可靠运行，对相关参数采取了一定的保护措施，如冷水、冷却水与机组的连
14、锁控制、冷却水系统与冷却塔的连锁控制等。 3.2 系统特点 灵活性 本控制系统选用可利用公司的小型一体化 PLC 代替传统空调主机控制系统中的单片机，较大程度地提高了系统配置及控制的灵活性，能更好地满足不同用户的不同需求。同时，明 显缩短了程序开 发周期。 高可靠性 10PLC 控制核心能 够在恶劣的环境中长期可靠、无故障运行，并且易接线、易维护 、隔离性好、抗腐 蚀能力强，能适 应较宽的温度变化范围，平均无故障时间间隔(MTBF)大于 15 年。 强大的功能用 PLC 改造 门的电气控制系统 用 PLC 改造老式 继电器 接触式大门的电路接线，是现代普遍采用的技术。该门 的控制电动机过 去是
15、正反转工作，使用的久留接触器， 现在改造电路是全部采用 PLC 控制。 1.可靠性高，抗干扰能力 强。能在 恶劣的环境中可靠的工作，控制设备具有很强的抗干扰能力（如电磁干扰，电源电压波动，机械震动，温度 变化等）。PLC 的平均无故障间隔时间（MTBF）高，如日本三菱公司的F1，F2 系列 PLC 平均无故障间隔时间长达 30 万小 时。与继电器相比，采用 PLC 控制后，大量的开关动作有无触点的电子线 路来完成，用 软件程序代替了继电器的复杂连线，既方便灵活，可靠性也大大提高了。 2.控制系统构成简单，通用性强。 PLC 是一种存 储程序控制器，其输入和输出设备与继电接触器控制系统类似，但他们可连接在 PLC 的 I/O端。例如，对开关量的输入，可将无源触点开关接到 PLC 的输入端，而PLC 的输出具有很 强的驱动 能力，可直接 驱动接触器等执行元件。由于PLC 是采用软 件编程来实现 控制功能， 对同一控制 对象，当控制要求改 变要改变控制系统时，不必改 变 PLC 的硬件设备，只要改变编程软件的程序，当同一台 PLC 用于不同的控制 对象时，也只是输入与输出的不同，应
