plc课程设计通风机.doc

中北大学可编程控制器课程设计说明书
1 引言

1.1 设计任务与要求

在一个通风系统中，有4台电动机驱动4台风机运转。为了保证工作人员的安全，一般要求至少3台电动机同时运转。因此，用绿、黄、红三色柱状指示灯来对电动机的运行状态进行指示。要求当3台及以上电动机同时运行时，绿灯亮，表示系统通风良好；当两台电动机同时运行时，黄灯亮，表示通风状况不佳，需要改善；少于两台电动机运行时，红灯亮起并闪烁，发出警告表示通风太差，需要马上排除故障或进行人员疏散。
由控制任务可知，这是一个对通风机运行状态进行监视的问题。显然，必须把4台通风机的各种运行状态的信号输入到PLC中(由PLC外部的输入电路来实现)；各种运行状态对应的显示信号是PLC的输出。

2. PLC概况

首先介绍一下可编程控制器（PLC）和PLC控制系统的基本知识，包括PLC的产生和发展、特点、技术指标、基本结构、工作原理及PLC控制系统等相关知识。
2. 1 PLC的基本概念
可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC
2.2 PLC发展概况
PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。
目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。
2.3 PLC技术发展动向
1. 产品规模向大、小两个方向发展
大： I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描 速度高速化。小： 由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。
2. PLC在闭环过程控制中应用日益广泛
3. 不断加强通讯功能
4. 新器件和模块不断推出
高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。
5. 编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化
有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。
6. 发展容错技术
采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。
7.追求软硬件的标准化。

3. 设计过程
为了讨论问题方便，设四台通风机分别为A、B、C、D，红灯为F1, 绿灯为F2.。由于各种运行情况所对应的显示状态是惟一的，故可将几种运行情况分开进行程序设计。

3.1红灯常亮的程序设计
当4台通风机都不开机时红灯常亮。设灯常亮为“1”、灭为“0”，通风机开机为“1”、停为“0” (下同)。其状态表为：由状态表可得Fl的逻辑函数： (1)
根据逻辑函数(1)容易画出其梯形图如下图所示。

3.2.绿灯常亮的程序设计
能引起绿灯常亮的情况有5种，列状态表为下左表：由状态表可得F2函数的逻辑表达式为：
(2)
根据这个逻辑函数直接画梯形图时，梯形图会很烦琐，所以要先对逻辑函数(2)进行化简。
例如将(2)化简成下式：F2=AB(D+C)+CD(A十B) (3)
再根据(3)画出的梯形图如下右图所示。

3.3红灯闪烁的程序设计
设红灯闪烁为“1”，列状态表为左下表：由状态表可得F1的逻辑函数为：

（4）

将(4)化简为：
(5)

由(5)画出的梯形图如右下图所示。其中M8012能产生100ms即2.5Hz的脉冲信号。

3.4绿灯闪烁的程序设计
设绿灯闪烁为“1”，列状态表左下表为：由状态表可得F2的逻辑函数为：

将上式化简为:
(7)

根据(7)画出其梯形图如右下图所示。

4. 选择PLC机型
4.1 PLC的类型
PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型PLC的I/O点数固定，因此用户选择的余地较小，用于小型控制系统；模块型PLC提供多种I/O卡件或插卡，因此用户可较合理地选择和配置控制系统的I/O点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中型控制系统。

4.2输入输出模块的选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。可根据应用要求，合理选用智能型输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。

4.3电源的选择

PLC的供电电源，除了引进设备时同时引进PLC应根据产品说明书要求设计和选用外，一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采用不间断电源或稳压电源供电。如果PLC本身带有可使用电源时，应核对提供的电流是否满足应用要求，否则应设计外接供电电源。为防止外部高压电源因误操作而引入PLC，对输入和输出信号的隔离是必要的，有时也可采用简单的二极管或熔丝管隔离。

4.4存储器的选择

由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个I/O点至少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高的存储器。

4.5 经济性的考虑

选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。
输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响，在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比。
三菱PLC是日本三菱公司推出的系列，是三菱厂家的典型产品。常见输入继电器用“X”表示、输出用电器用“Y”表示；另外有数字，为该类器件的序号。根据所需用户输入输出设备及I/O点数，选择型PLC就可满足控制系统的要求。

5.作I/O点分配

本例只有A、B、C、D4个输入信号，F1,F2,F3两个输出；
作出I/O分配如表所示；

I/O分配：
输入
输出
A
B
C
D
F1
F2
F3
M0.0
M0.1
M0.2
M0.3
M0.4
QO.O
Q0.1

由I/O分配及上几个图，综合在一起便得到总梯形图。

6. 梯形图及指令表

用三菱PLC编程软件GX Developer 进行编程和仿真。根据设计要求和I/O分配表，绘制梯形图和指令表如下：

6.1梯形图

6.2指令表

7.总结

一学期的学习即将结束。通过此次课程设计，我更深入的理解了《PLC编程及应用》的使用方法。在完成课程设计期间虽然遇到一些困难，但经过努力解决了困难，自己的能力已得到极大提高。
对“通风机工作状态PLC控制设计”课题设计中。首先，自己很认真的调整字体大小、图片样式、段落格式、页眉页脚，最终做出相对满意的Word排版。其次，在对“通风机工作状态PLC控制设计”课题的构思中，通过自己的独立思考，与同学的热枕交流，向老师的诚恳咨询，多次查阅相关资料，不但极大的丰富了学识，还让自己做出了更合理、更科学的课程设计。最后，在对课程设计的实践操作中，自己使用电脑上最基本的绘图软件，通过不断的设计，多次的修改，最终画出自己满意的“通风机工作状态PLC控制设计”课题的I/O端口设置和状态转移图，并通过截图软件截图，再插入任务书中，调整大小，最终完成。在写指令表时，先插入表格，输入文字，隐藏表格边框，以达到条理分明。梯形图是用PLC软件编程后的截图做成的。
此次课程设计已经结束，自己深刻体会到可编程控制器应用技术在现实生活中的强大的实用功能，并为之赞叹。因此，在以后的学习工作中，我会继续对《PLC编程及应用》的学习，去更深的研究PLC的使用方法。使PLC更好的服务于自己日后的工作。

参考文献：
[1] 王阿根. 电气可编程序控制原理与应用.清华大学出版社.2010
[2] 何有华. 可编程序控制器及常用控制电路. 冶金工业出版社.2002
[3] 郭纯生. 可编程序控制器编程实战与提高. 电子工业出版社.2006
[4] 谢克明 夏路易. 可编程控制器. 电子工业出版社.2003

11