1 引 言
在现代化的工业生产设备中,有大量的数字量及模拟量的控制装置,例如电机的启停,电磁阀的开闭,产品的计数,温度、压力、流量的设定与控制等,而PLC技术是解决上述问题的有效、便捷的工具,因此PLC在工业控制领域得到了广泛的应用。下面就PLC工业控制系统设计中的问题进行探讨。
2 PLC系统设备选型
PLC主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器,机群或一个生产过程。不同型号的PLC有不同的适用范围。根据生产工艺要求,分析被控对象的复杂程度,进行I/O点数和I/O点的类型(数字量、模拟量等)统计,列出清单。适当进行内存容量的估计,确定适当的留有余量而不浪费资源的机型(小、中、大形机器)。并且结合市场情况,考察PLC生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况,选定价格性能比较好的PLC机型。
目前市场上的PLC产品众多,国外品牌有德国的SIEMENS;日本的 OMRON、MITSUBISHI、FUJI、Panasonic;美国的GE;韩国的LG等。国产品牌有研华、研祥、合力时等。近几年,PLC产品的价格有较大的下降,其性价比越来越高。PLC 的选型应从以下几个方面入手:
2.1 确定PLC 控制系统的规模
依据工厂生产工艺流程和复杂程度确定系统规模的大小。可分为大、中、小三种规模。
小规模PLC控制系统:单机或者小规模生产过程,控制过程主要是条件、顺序控制,以开关量为主,并且I/O点数小于128 点。一般选用微型PLC,如SIEMENS S7-200等。
中等规模PLC控制系统:生产过程是复杂逻辑控制和闭环控制,I/O点数在128——512 点之间。应该选用具有模拟量控制、PID控制等功能的PLC,如SIEMENS S7-300等。
大规模PLC控制系统:生产过程是大规模过程控制、DCS系统和工厂自动化网络控制,I/O点数在512点以上。应该选用具有通信联网、智能控制、数据库、中断控制、函数运算的PLC,如SIEMENS S7-400等, 再和工业现场总线结合实现工厂工业网络的通讯和控制。
2.2 确定PLC I/O 点的类型
根据生产工艺要求,分析被控对象的复杂程度,进行I/O点数和I/O点的类型(数字量、模拟量等)统计,列出清单。适当进行内存容量的估计,确定适当的留有软硬件资源余量而不浪费资源的机型(小、中、大型机器)。
根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型,是大电流还是小电流,以及PLC输出点动作的频率等,从而确定输出端采用继电器输出,还是晶体管输出,或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式,对系统的稳定运行是很重要的。
电磁阀的开闭、大电感负载、动作频率低的设备,PLC输出端采用继电器输出或者固态继电器输出;各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动/停止应采用晶体管输出。
2.3 确定PLC编程工具
(1)一般的手持编程器编程。 手持编程器只能用商家规定语句表中的语句表(STL)编程。这种方式效率低,但对于系统容量小、用量小的产品比较适宜,具有体积小、价格低、易于现场调试等优点。 这主要用于微型PLC的编程。
(2)图形编程器编程。图形编程器采用梯形图(LAD)编程,方便直观,一般的电气人员短期内就可应用自如,但该编程器价格较高,主要用于微型PLC和中档PLC。
(3)计算机加PLC软件包编程。这种方式是效率高的一种方式,但大部分公司的PLC 开发软件包价格昂贵,并且该方式不易于现场调试,主要用于中PLC系统的硬件组态和软件编程。
触摸屏画面设计
触摸屏画面由ProTool等专用软件进行设计,然后先通过编程电脑调试,合格后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内,各画面之间尽量做到可相互及强制切换。
(1)主画面的设计
一般的,可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面,该画面可进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面,则应在画面中显示被控系统的一些住要参数,以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。
(2)控制画面的设计
该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数,也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的多,其具体画面数量由实际被控设备决定。
(3)参数设置页面的设计
该画面主要是对变频器的内部参数进行设定,同时还应显示参数设定完成的情况,实际制做时还应考虑加密的问题。
(4)实时趋势页面的设计
该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数(如输出频率)等的实时状态。
(5)信息记录页面的设计
该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作,作为凭证。
(6) 节能画面的设计
该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态,以便向用户展示变频节能的好处,也可用来与其它的节电测量作比较。
PLC程序设计
PLC程序由S7-200专用编程软件进行设计,然后通过编程电脑下载到PLC进行联机调试,合格后即可使用。PLC在编程前应先对各功能程序段的地址进行规划,以免重复使用同一地址,造成误动。
(1)逻辑功能的设计
这部分程序主要是完成各变频水泵(或风机)的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能,一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。
(2)PID功能的设计
通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序,具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。
(3)采样程序的设计
采样元件使用标准配置时,应注意采样A/D转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套,实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。
(4)PLC与变频器通信程序的设计
SIEMENS S7-200PLC与SIEMENS 430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成,该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。
(5)其它辅助程序的设计
PLC程序在实际编程过程中,需考虑对一些程序进行修补,尽量减少程序漏洞,反复推敲,不断的总结完善。
结束语
在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个中央空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统,提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。随着微电脑技术的不断发展,触摸屏本身的成本也在不断的降低,再与PLC在系统中使用,实现了整个被控系统自动化程度的质的飞跃,这必将使触摸屏与PLC被更多的应用在未来的各种生产系统中,并成为自动化控制发展的一个亮点。
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