PLC畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC控制的電源開(kāi)關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要iabstractii第1章 plc 簡(jiǎn)介1 1.1 plc定義，特點(diǎn)及發(fā)展歷程 1.2 常見(jiàn)plc型號(hào)及各自特點(diǎn)1.3 plc分類及主要性能1.4系統(tǒng)總體方案概述第2章 硬件系統(tǒng)分析 2. 1 引言2.2電氣控制方案設(shè)計(jì)2.3 plc型號(hào)的選擇2.4特殊功能模塊的選擇2.4.1技術(shù)參數(shù)2.4.2fx2n-4a/d模塊的接線方式2.4.3緩沖寄存器及設(shè)置2.4.4檢測(cè)參數(shù)設(shè)置2.5 i/o口設(shè)計(jì)2.6系統(tǒng)外部連線電路設(shè)計(jì)第3章 軟件系統(tǒng)分析3.1系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)3.2系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)3.3程序語(yǔ)言介紹3.4編寫(xiě)程序第4章 體會(huì)心得致謝參考文獻(xiàn)附錄基于plc控制的電源開(kāi)關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)分析及

2、軟件分析摘要：隨著人們對(duì)供電可靠性要求越來(lái)越高，很多場(chǎng)合需要用兩路電源來(lái)保證供電的可靠性，這就需要一種雙電源切換器在兩路電源之間進(jìn)行可靠切換。采用可編程控制器(plc)解決這類問(wèn)題具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在電氣自動(dòng)化方面具有廣闊的應(yīng)用前景和很大的市場(chǎng)潛力。與傳統(tǒng)繼電控制系統(tǒng)相比較，可編程控制器(plc)的優(yōu)勢(shì)在于：體積小型化，高度集成，同時(shí)還有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)通訊功能。plc作為新一代的工業(yè)控制裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能全面、可靠性高。本課題是基于可編程控制器的雙電源開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，用以實(shí)現(xiàn)雙電源開(kāi)關(guān)的自投自復(fù)，缺相和欠壓保護(hù)，使之可以適應(yīng)用電要求較高企業(yè)的需求。本文分析了基于plc的雙電源開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)理念

3、，設(shè)計(jì)方法，主要闡述了系統(tǒng)硬件、軟件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：plc定義；plc的性能；雙電源切換；應(yīng)用plc-based design of dual-power switch abstract: with increasing demands for high reliability, a number of occasions the need to use two power supplies to ensure reliability of electricity supply, which requires a dual power switch between the two reliab

4、le switching power supply. the use of programmable logic controller (plc) to solve this problem has a unique advantage in electrical automation applications have broad prospects and great market potential. relay control system with the traditional, compared to programmable logic controller (plc) has

5、 the advantage of being: the volume of smaller, highly integrated, but also the number of computing, data processing and data communication functions. plc as a new generation of industrial control devices, simple structure, the performance of a comprehensive, high reliability. this topic is based on

6、 the programmable logic controller design of dual-power switch, dual power switch for the automatic switch from the complex, lack of phase and under-voltage protection, so that electricity can be adapted to the needs of demanding enterprises. this paper analyzes the plc-based dual-power switch desig

7、n, design methods, mainly on the system hardware and software design. key words: dual-power switch; plc; data processing; missing phase and undervoltage protection第1章 plc簡(jiǎn) 介1.1plc定義，特點(diǎn)及發(fā)展plc產(chǎn)生到現(xiàn)在，已發(fā)展到第四代產(chǎn)品，其過(guò)程基本如下：第一代plc（1969-1972）:大多用一位機(jī)開(kāi)發(fā)用磁芯存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，只具有單一的邏輯控制功能，機(jī)種單一，沒(méi)有形成系統(tǒng)化。第二代plc（1973-1975）：采用8位微處理

8、及半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 ，增加了數(shù)字運(yùn)算、傳送、比較等功能，能實(shí)現(xiàn)模擬量的控制，開(kāi)始具備自診斷功能，初步形成系列化。第三代plc(1976-1983):隨著高性能微處理器及位片式cpu在plc中大量使用, plc的處理速度大大提高，從而促使它向多功能及聯(lián)網(wǎng)通訊方向發(fā)展，增加了多種特殊功能，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、三角函數(shù)運(yùn)算、表處理、脈寬調(diào)制輸出等，自診斷功能及容錯(cuò)技術(shù)發(fā)展迅速。第四代plc(1983年至今)：不僅全面使用16位、32位高性能微處理器，高性能位片式微處理器，risc(reduced instruction set computer)精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)cpu等高級(jí)cpu等高級(jí)cpu，而且在一臺(tái)plc中配

9、置多個(gè)微處理器，進(jìn)行多通道處理，同時(shí)生產(chǎn)了大量?jī)?nèi)含微處理器的智能模塊，使第四代plc產(chǎn)品成為具有邏輯控制功能、過(guò)程控制功能、運(yùn)算控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、聯(lián)網(wǎng)通訊功能的真 1.2 常見(jiàn)plc型號(hào)及各自特點(diǎn) 1.2.1 三菱系列結(jié)構(gòu)靈活 不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動(dòng)性方面可與wlan媲美。傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定 可以很平順的在線觀賞dvd影片，它所提供的14mbps帶寬可以為很多應(yīng)用平臺(tái)提供保證。最新的電力線標(biāo)準(zhǔn)homeplug av傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了200mbps；為了確保qos，homeplug av采用了時(shí)分多路訪問(wèn)（t

10、dma）與帶有沖突檢測(cè)機(jī)能的載體偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（csma）協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。范圍廣 無(wú)所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。雖然無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，其必需布設(shè)n多個(gè)ap才能滿足需求，而且同樣不能避面信號(hào)盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。由此，運(yùn)營(yíng)商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每一處有電力線的地方。這一技術(shù)一旦全面進(jìn)入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來(lái)極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。低成本 充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需任何布線

11、，節(jié)約了資源。無(wú)需挖溝和穿墻打洞，避免了對(duì)建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時(shí)也節(jié)省了人力。相對(duì)傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，plc成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費(fèi)用一般為50-80元/月左右，這樣的價(jià)格和很多地方的adsl包月相持平。1.2.2 西門(mén)子系列一、開(kāi)放性controlnet已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)。在國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)會(huì)所確定的8種國(guó)際網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中排名第三位，僅僅次于以太網(wǎng)和devicenet。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)為iec61158。這種標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)的好處就是使得用戶可以選擇不同的設(shè)備供應(yīng)商來(lái)提供他們最好的設(shè)備，而這些設(shè)備可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一

12、起，協(xié)調(diào)有序地工作。隨著芯片技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，現(xiàn)代的自控系統(tǒng)已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的單機(jī)應(yīng)用，在一個(gè)現(xiàn)代化的自控系統(tǒng)中，已經(jīng)不再可能完全由某一家公司提供全部的設(shè)備，即便某家公司有這個(gè)能力，他所提供的產(chǎn)品也未必都是最好最合適的，這就不可避免的要使用到不同廠家的產(chǎn)品，用戶在設(shè)計(jì)之初，必須選擇一個(gè)具有廣泛支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)，只有這樣，所有的設(shè)備才能很好地集成為系統(tǒng)，而controlnet是用戶最好的選擇。二、高效率控制網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)高速確定的傳輸要求，網(wǎng)絡(luò)波特率已經(jīng)不再是主要因素，網(wǎng)絡(luò)模式成為決定網(wǎng)絡(luò)效率的關(guān)鍵。controlnet采用了全新的網(wǎng)絡(luò)模式，即生產(chǎn)者/消費(fèi)者(

13、producer/consumer)模式，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模式采用的是源/目的模式，每發(fā)送一個(gè)信息就需要一個(gè)確定的源/目的地址數(shù)據(jù)包，這種模式的最大弊病在于不確定性，同樣的信息如果要傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上多個(gè)節(jié)點(diǎn)，必須重復(fù)傳輸多次，這極大地浪費(fèi)了網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低了網(wǎng)絡(luò)效率，而采用生產(chǎn)者/消費(fèi)者模式，網(wǎng)絡(luò)不需要單獨(dú)的源/目的地址，代之以數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，因此不同的消費(fèi)者（信息接收者）可以根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)同時(shí)接收來(lái)自生產(chǎn)者（信息產(chǎn)生者）的信息，如果某些信息是它所不需要的，它可以忽略，而只處理那些它所需要的信息，這種全新的網(wǎng)絡(luò)模式是對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模式的革命，它極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的效率。該模式同時(shí)也被devicenet和foundat

14、ionfieldbus所采用，代表了下一代網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)。三、多功能由于controlnet采用了全新的生產(chǎn)者/消費(fèi)者(producer/consumer)模式，使得它具有了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所無(wú)法想象的高功能，具體說(shuō)來(lái)，這包括：用同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)性要求不同的信息的傳遞。傳統(tǒng)上，在plc處理器之間所使用的網(wǎng)絡(luò)不能用于擴(kuò)展i/o機(jī)架或從站，反之亦然，但是controlnet可以同時(shí)滿足這兩方面要求，因此在現(xiàn)場(chǎng)只需要構(gòu)成一個(gè)完整的控制層網(wǎng)絡(luò)，該功能同時(shí)也為在controlnet上實(shí)現(xiàn)i/o的共享提供了可能。在controlnet上，用戶可以根據(jù)需要，構(gòu)成主從、多主和對(duì)等通訊網(wǎng)絡(luò)，甚至可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上混合構(gòu)

15、成主從、多主和對(duì)等通訊網(wǎng)絡(luò)，這為網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供了極大的靈活性。controlnet上的節(jié)點(diǎn)，可以根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的特性選擇采用巡檢、定時(shí)和逢變則報(bào)等多種工作方式，這極大地降低了網(wǎng)絡(luò)上無(wú)用信息的傳輸，有效地利用了網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高了網(wǎng)絡(luò)效率。四、確定性和可重復(fù)性controlnet區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是其確定性，由于controlnet采用了生產(chǎn)者/消費(fèi)者的網(wǎng)絡(luò)模式，使得其網(wǎng)絡(luò)速度和效率不隨網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)數(shù)目和網(wǎng)絡(luò)距離而變化，并且用戶可以預(yù)先組態(tài)網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)的信息傳輸時(shí)間(毫秒級(jí))，使用者無(wú)需編寫(xiě)通訊程序便可確保全部信息在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)得到傳輸。controlnet采用的時(shí)間片技術(shù)從原理上杜絕

16、了網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞的可能。確定性和可重復(fù)性在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。五、靈活性controlnet具有靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它可以方便地構(gòu)成星型、樹(shù)型、總線型和環(huán)形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；距離可長(zhǎng)達(dá)成30公里。controlnet可以采用多家廠商提供的通訊介質(zhì)，包括適用于各種環(huán)境的同軸，光纖電纜。controlnet是一個(gè)本質(zhì)安全的網(wǎng)絡(luò)，它可以應(yīng)用于各種環(huán)境場(chǎng)合。六、強(qiáng)大方便的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，診斷功能及可靠性controlnet具有極強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及診斷功能用戶可以從網(wǎng)上任何一個(gè)plc節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編程口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程和組態(tài)。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件為圖形化winnt軟件，用戶界面相當(dāng)友好。一旦某一節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障可及時(shí)

17、發(fā)現(xiàn)。大大提高網(wǎng)絡(luò)診斷功能。controlnet具有可選的冗余配置，采用不同路徑的冗余網(wǎng)絡(luò)配置，controllogix同時(shí)偵聽(tīng)兩條網(wǎng)絡(luò)上的信息，而選擇其中信息質(zhì)量更好的網(wǎng)絡(luò)信息，極大地提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。七、i/o共享傳統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)無(wú)法實(shí)現(xiàn)i/o共享，但在controlnet上，每個(gè)plc處理器可以擁有它自己的i/o，也可以擁有共同的i/o，這也就是說(shuō)，一個(gè)i/o機(jī)架可以同時(shí)屬于多個(gè)plc處理器。八、擴(kuò)展性能由于controlnet是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的完全開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)，故而具有良好的可擴(kuò)展性，選擇controlnet為今后集中擴(kuò)展系統(tǒng)的構(gòu)成創(chuàng)立了良好的基礎(chǔ)。九、基本指標(biāo)控制層系統(tǒng)使系統(tǒng)的重要部分，為了

18、確保系統(tǒng)的可靠性，本方案采用controlnet的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為冗余網(wǎng)絡(luò)，傳輸介質(zhì)可選同軸電纜或者光纖1.3 分類及主要性能(一)小型plc小型plc 的i/o 點(diǎn)數(shù)一般在128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量i/o以外，還可以連接模擬量i/o 以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。(二) 中型plc中型plc 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其i/o 點(diǎn)數(shù)一般在2561024 點(diǎn)之間，i/o 的處理方式除了采用一般plc 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過(guò)程中直接讀輸入刷新輸出，它

19、能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。(三) 大型plc一般i/o 點(diǎn)數(shù)在1024 點(diǎn)以上的稱為大型plc，大型plc 的軟硬件功能極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化，大型plc 還可以采用冗余或三cpu 構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機(jī)器的可靠性更高。二：主要特點(diǎn)(一) 高可靠性1. 所有的i/o 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與plc 內(nèi)部電路之間電氣上隔離2. 各輸入端均采用r-c 濾波器其濾波時(shí)間常數(shù)一般為1020ms.3. 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾4. 采用性能

20、優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源5. 對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選6. 良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況cpu立即采用有效措施以防止故障擴(kuò)大7. 大型plc 還可以采用由雙cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三cpu 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高1.4 系統(tǒng)整體方案概述1.4.1設(shè)計(jì)要求 雙電源開(kāi)關(guān)主要用在重要會(huì)議室、機(jī)場(chǎng)、賓館等緊急供電的雙電源系統(tǒng)，當(dāng)一路電源（主電源）出現(xiàn)故障的時(shí)候，另一路電源（備用電源）可以實(shí)現(xiàn)快速、自動(dòng)地投切轉(zhuǎn)換，這是雙電源開(kāi)關(guān)的基本功能。而基于plc的雙電源開(kāi)關(guān)，不僅要實(shí)現(xiàn)上述功能，而且要對(duì)三相電源各相進(jìn)行缺相檢測(cè)，同時(shí)還要對(duì)電源各相進(jìn)行精確的電壓檢測(cè)，當(dāng)電源電壓不在指定的范圍

21、內(nèi)運(yùn)行時(shí)，必須進(jìn)行自動(dòng)切換。由此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)plc電路的時(shí)候，還必須用到plc的特殊功能模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電壓模擬量的模數(shù)轉(zhuǎn)換，供plc去處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電源電壓的欠壓保護(hù)。1.4.2 設(shè)計(jì)的基本原則 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便；保證控制系統(tǒng)的安全、可靠；考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇plc時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有裕量。其次，如果以提高產(chǎn)品產(chǎn)量和安全為目標(biāo)，則應(yīng)將系統(tǒng)可靠性放在設(shè)計(jì)的重點(diǎn)；如果要求系統(tǒng)改善信息管理，則應(yīng)將系統(tǒng)通信能力與總線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)加以強(qiáng)化。在總體方案設(shè)計(jì)之前，應(yīng)深入了解控制系統(tǒng)要求，搜集資料，并密切關(guān)注機(jī)械設(shè)計(jì)部分與電氣控制部分配合，從而擬訂出相

22、應(yīng)的電氣控制方案。1.4.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容plc控制系統(tǒng)是由plc與用戶輸入、輸出設(shè)備連接而成的，用以完成預(yù)期控制目的與相應(yīng)的控制要求。因此，plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容應(yīng)該包括：（1）根據(jù)設(shè)備的控制要求，以及所提出的各項(xiàng)控制指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)預(yù)算，首先進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。（2）根據(jù)控制要求基本確定數(shù)字i/o點(diǎn)和模擬通道數(shù)，進(jìn)行i/o點(diǎn)初步分配，繪制i/o使用資源圖。（3）進(jìn)行plc系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)，主要為plc選型。plc是控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇plc對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)起著重要的作用。選擇plc應(yīng)包括機(jī)型的選擇、容量的選擇、i/o模塊的選擇、電源模塊的選擇等。（4）選擇用戶輸

23、入設(shè)備（按鈕、操作開(kāi)關(guān)、傳感器）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號(hào)燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象，這些設(shè)備屬于一般的電器元件，其選擇的方法參考相應(yīng)的書(shū)籍。（5）設(shè)計(jì)控制程序。在深入了解與掌握控制要求、主要控制的基本方式以及應(yīng)完成的動(dòng)作、必要的保護(hù)和連鎖等方面情況之后，對(duì)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可用狀態(tài)流程圖的形式全面地表達(dá)出來(lái)。必要時(shí)還可將控制任務(wù)分成獨(dú)立的幾個(gè)部分，這樣可以化繁為簡(jiǎn)，有利于編程和調(diào)試。程序設(shè)計(jì)主要包括繪制控制系統(tǒng)流程圖、設(shè)計(jì)梯形圖、編制語(yǔ)句表清單。1.4.4plc控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟 在對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，最重要的工作就是深入了解和分析系統(tǒng)的控制要求，只有這樣

24、才可能提出準(zhǔn)確合理的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個(gè)階段的設(shè)計(jì)任務(wù)。plc控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟如圖1所示：圖1 plc控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟1.4.5總體方案的確定 在基于plc的雙電源開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，必須只能有一個(gè)電源與負(fù)載接通，且在一路電源故障時(shí)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。又由于在重要的會(huì)議室、機(jī)場(chǎng)、賓館等緊急供電場(chǎng)所，各用電設(shè)備的總功率較大，必須使用發(fā)電機(jī)設(shè)備供電。那么根據(jù)設(shè)計(jì)要求，可設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)方案如下圖2所示：圖2 總體方案框圖在圖2中， a為主電源，b為備用電源，分別與plc連接，作為plc輸入檢測(cè)信號(hào)。首先進(jìn)行主電源a的輸入檢測(cè)，當(dāng)plc檢測(cè)a無(wú)任意相缺相時(shí)，相應(yīng)的邏輯開(kāi)關(guān)會(huì)閉合，使fx2n-

25、4a/d接受經(jīng)過(guò)plc基本單元檢測(cè)后傳過(guò)來(lái)的無(wú)缺相的電壓信號(hào)，則隨后進(jìn)行a電源的三相回路欠壓檢測(cè)，如果此時(shí)主電源a良好的話，相應(yīng)的狀態(tài)指示燈會(huì)亮，說(shuō)明此刻主電源狀態(tài)良好，同時(shí)主電源與負(fù)載接通。在主電源a出現(xiàn)故障后（即主電源a出現(xiàn)缺相或者欠壓時(shí)），此時(shí)會(huì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，使備用電源b啟動(dòng)，同時(shí)主電源會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)。備用電源b啟動(dòng)后，同樣要進(jìn)行三相回路的缺相檢測(cè)和欠壓檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程同a。檢測(cè)無(wú)故障后，隨即實(shí)現(xiàn)備用電源與負(fù)載的接通。第2章 硬件系統(tǒng)分析2.1 引言隨著plc控制的普及與應(yīng)用，plc產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的plc產(chǎn)品主要有：美國(guó)ab、ge、modicon

26、公司，德國(guó)西門(mén)子公司，以及日本omron、三菱公司等的plc產(chǎn)品。因此plc的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價(jià)格等各有自己的特點(diǎn)，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇plc，對(duì)于提高plc控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。選擇恰當(dāng)?shù)膒lc產(chǎn)品去控制一臺(tái)機(jī)器或一個(gè)過(guò)程，不僅應(yīng)考慮控制系統(tǒng)目前的需求，還應(yīng)考慮那些包含于控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展目標(biāo)的需要。如果能夠考慮到未來(lái)的發(fā)展將會(huì)用最小的代價(jià)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行革新和增加新的功能。若考慮周到，則存儲(chǔ)器的擴(kuò)充需求也許只要再安裝一個(gè)存儲(chǔ)器模塊即可滿足；如果具有可用的通信口，就能滿足增加一個(gè)外圍設(shè)備的需求。對(duì)局域網(wǎng)的考慮可允許在未來(lái)將單個(gè)控制器

27、集成為一個(gè)廠級(jí)通信網(wǎng)。若未能合理估計(jì)現(xiàn)在和將來(lái)的目標(biāo)，plc控制系統(tǒng)會(huì)很快變?yōu)椴贿m宜的和過(guò)時(shí)的。2.2 電氣控制方案設(shè)計(jì)電氣控制過(guò)程分析：根據(jù)總體方案框圖，設(shè)計(jì)電氣控制方案如圖3、圖4、圖5、圖6所示。又如圖3的電氣控制過(guò)程圖中，ka1,ka2,ka3分別作為主電源a的三相檢測(cè)（如圖3所示），有且當(dāng)ka1,ka2,ka3線圈同時(shí)得電時(shí)（即無(wú)任意相缺相），才會(huì)驅(qū)動(dòng)km3線圈，使動(dòng)和觸點(diǎn)km3閉合，從而進(jìn)行a的三相欠壓檢測(cè)（如圖6所示）。又當(dāng)三相欠壓檢測(cè)后，電壓在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，驅(qū)動(dòng)ka4,使觸點(diǎn)ka4閉合，此時(shí)主電源狀態(tài)顯示燈hl1亮，說(shuō)明此時(shí)a電源狀態(tài)良好，同時(shí)驅(qū)動(dòng)ka5線圈，使動(dòng)合觸點(diǎn)ka5閉

28、合，允許a電源的投入使用。而后ka5閉合時(shí)，使km1得電，負(fù)載與電源a接通。其次，主電源輸入檢測(cè)回路（圖3）中的常閉觸點(diǎn)ka5分別與發(fā)電機(jī)啟動(dòng)控制回路（圖4）中的延時(shí)繼電器線圈和備用電源檢測(cè)回路（圖5）中的三相檢測(cè)回路相連接。目的是，如果主電源a狀態(tài)良好的話，那么常閉觸點(diǎn)ka5會(huì)得電斷開(kāi)，同時(shí)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)控制回路（圖4）中的延時(shí)繼電器線圈便不會(huì)得電，則不會(huì)啟動(dòng)發(fā)電機(jī)；同時(shí)在備用電源檢測(cè)回路（圖5）中的三相檢測(cè)回路中，也會(huì)由于ka5的作用，不會(huì)進(jìn)行備用電源的輸入檢測(cè)，避免備用電源的誤動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的連鎖保護(hù)作用。圖3 主電源檢測(cè)回路 在如圖4所示的發(fā)電機(jī)啟動(dòng)控制回路中，在主電源故障后，由于在

29、主電源檢測(cè)回路中的ka5不能得電，ka5常閉觸點(diǎn)不能斷開(kāi)，所以延時(shí)繼電器線圈會(huì)得電延時(shí)閉合。在這里延時(shí)繼電器的作用是防止在主電源電壓波動(dòng)的情況下，發(fā)電機(jī)會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)的動(dòng)作，使發(fā)電機(jī)啟動(dòng)。在延時(shí)時(shí)間到了以后，即確認(rèn)主電源故障無(wú)誤，延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)。圖4 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)控制回路 圖5所示的備用電源檢測(cè)回路，ka6,ka7,ka8分別作為備用電源b的三相檢測(cè)時(shí)，有且當(dāng)ka6,ka7,ka8線圈同時(shí)得電時(shí)（即無(wú)任意相缺相），才會(huì)驅(qū)動(dòng)km4線圈，使動(dòng)合觸點(diǎn)km4閉合，從而進(jìn)行b的三相欠壓檢測(cè)（如圖6所示）。又當(dāng)三相欠壓檢測(cè)模塊fx2n-4a/d檢測(cè)到電壓在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)，驅(qū)動(dòng)ka9,使觸

30、點(diǎn)ka9閉合，此時(shí)備用電源b狀態(tài)顯示燈hl2亮，說(shuō)明此時(shí)b電源狀態(tài)良好，同時(shí)驅(qū)動(dòng)ka10線圈，使觸點(diǎn)動(dòng)合ka10閉合，允許b電源的投入使用。 圖5 備用電源檢測(cè)回路圖6 電源欠壓檢測(cè)控制2.3 plc型號(hào)的選擇目前，國(guó)內(nèi)外眾多的生產(chǎn)廠家提供了多種系列功能各異的plc產(chǎn)品，所以要全面權(quán)衡利弊、合理地選擇機(jī)型才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不可盲目貪大求全，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：（1）對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的選擇盲目選擇點(diǎn)數(shù)多的機(jī)型會(huì)造成一定浪費(fèi)。要先弄清除控制系統(tǒng)的i/o總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的1520留出備用量（為系統(tǒng)的改造

31、等留有余地）后確定所需plc的點(diǎn)數(shù)。另外要注意，一些高密度輸入點(diǎn)的模塊對(duì)同時(shí)接通的輸入點(diǎn)數(shù)有限制，一般同時(shí)接通的輸入點(diǎn)不得超過(guò)總輸入點(diǎn)的60；plc每個(gè)輸出點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力也是有限的，有的plc其每點(diǎn)輸出電流的大小還隨所加負(fù)載電壓的不同而異；一般plc的允許輸出電流隨環(huán)境溫度的升高而有所降低等。在選型時(shí)要考慮這些問(wèn)題。plc的輸出點(diǎn)可分為共點(diǎn)式、分組式和隔離式幾種接法。隔離式的各組輸出點(diǎn)之間可以采用不同的電壓種類和電壓等級(jí)，但這種plc平均每點(diǎn)的價(jià)格較高。如果輸出信號(hào)之間不需要隔離，則應(yīng)選擇前兩種輸出方式的plc。（2）對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇對(duì)用戶存儲(chǔ)容量只能作粗略的估算。在僅對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制的系統(tǒng)中，

32、可以用輸入總點(diǎn)數(shù)乘10字/點(diǎn)輸出總點(diǎn)數(shù)乘5字/點(diǎn)來(lái)估算；計(jì)數(shù)器/定時(shí)器按（35）字/個(gè)估算；有運(yùn)算處理時(shí)按（510）字/量估算；在有模擬量輸入/輸出的系統(tǒng)中，可以按每輸入/（或輸出）一路模擬量約需（80100）字左右的存儲(chǔ)容量來(lái)估算；有通信處理時(shí)按每個(gè)接口200字以上的數(shù)量粗略估算。最后，一般按估算容量的50100留有裕量。在缺乏經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇容量時(shí)留有裕量要大些。（3）對(duì)i/o響應(yīng)時(shí)間的選擇plc的i/o響應(yīng)時(shí)間包括輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在23個(gè)掃描周期）等。對(duì)開(kāi)關(guān)量控制的系統(tǒng)，plc和i/o響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的要求，可不必考慮i/o響應(yīng)問(wèn)題

33、。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)、特別是閉環(huán)系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問(wèn)題。（4）根據(jù)輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型不同的負(fù)載對(duì)plc的輸出方式有相應(yīng)的要求。例如，頻繁通斷的感性負(fù)載，應(yīng)選擇晶體管或晶閘管輸出型的，而不應(yīng)選用繼電器輸出型的。但繼電器輸出型的plc有許多優(yōu)點(diǎn)，如導(dǎo)通壓降小，有隔離作用，價(jià)格相對(duì)較便宜，承受瞬時(shí)過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較強(qiáng)，其負(fù)載電壓靈活（可交流、可直流）且電壓等級(jí)范圍大等。所以動(dòng)作不頻繁的交、直流負(fù)載可以選擇繼電器輸出型的plc。（5）對(duì)在線和離線編程的選擇離線編程示指主機(jī)和編程器共用一個(gè)cpu，通過(guò)編程器的方式選擇開(kāi)關(guān)來(lái)選擇plc的編程、監(jiān)控和運(yùn)行工作狀態(tài)。編程狀態(tài)時(shí)，cpu只為編程器服務(wù)，而不對(duì)

34、現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。專用編程器編程屬于這種情況。在線編程是指主機(jī)和編程器各有一個(gè)cpu，主機(jī)的cpu完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制，在每一個(gè)掃描周期末尾與編程器通信，編程器把修改的程序發(fā)給主機(jī)，在下一個(gè)掃描周期主機(jī)將按新的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)輔助編程既能實(shí)現(xiàn)離線編程，也能實(shí)現(xiàn)在線編程。在線編程需購(gòu)置計(jì)算機(jī)，并配置編程軟件。采用哪種編程方法應(yīng)根據(jù)需要決定。（6）據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型若plc控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則plc需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求plc應(yīng)具有連接其他plc、上位計(jì)算機(jī)及crt等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。（7）對(duì)plc結(jié)構(gòu)形式的選擇在相同功能和相同i

35、/o點(diǎn)數(shù)據(jù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇plc的結(jié)構(gòu)形式。由以上幾個(gè)基本原則和對(duì)圖1分析可知作為輸入信號(hào)的觸點(diǎn)有ka1、ka2、ka3、ka6、ka7、ka8共六個(gè)觸點(diǎn)，作為輸出信號(hào)的有ka4、ka10、km1、km2、km3、km4共六個(gè)觸點(diǎn)，所以可選用fx2n-32mr基本單元，輸入和輸出點(diǎn)數(shù)分別為8個(gè)。2.4 特殊功能模塊的選擇2.4.1 技術(shù)參數(shù)因?yàn)橐獙?duì)三相電源的三線檢測(cè)，所以選用帶4點(diǎn)模擬量輸入的模數(shù)轉(zhuǎn)換特殊功能模塊fx2n-4a/d。fx2n-4a/d為12位高精度模擬量輸入模塊，具有4輸入a/d轉(zhuǎn)

36、換通道，輸入信號(hào)類型可以是電壓（-10+10v）、電流（-20+20ma）和電流（+4+20ma），每個(gè)通道都可以獨(dú)立地指定為電壓輸入或電流輸入。且fx2n系列可編程控制器最多可連接8臺(tái)fx2n-4a/d。fx2n-4ad模擬量輸入模塊是fx2n系列plc專用的模擬量輸入模塊。該模塊的4個(gè)輸入通道，通過(guò)輸入端子變換，可以任意選擇電壓或電流輸入狀態(tài)。輸入?yún)?shù)為：電壓輸入時(shí)，輸入信號(hào)為dc-10 v+10 v，輸入阻抗為200 k，分辨率為5 mv；電流輸入時(shí)，輸入信號(hào)為dc-20 ma+20 ma，輸入阻抗為250 ，分辨率為20 a。fx2n-4ad將接收的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位二進(jìn)制的數(shù)字量，

37、并以補(bǔ)碼的形式存于16位數(shù)據(jù)寄存器中，數(shù)值為-2048+2047，傳輸速率15 ms/kbit，綜合精度為量程的1%。fx2n-4ad的工作電壓為dc 24 v，模擬量與數(shù)字量之間采用光電隔離技術(shù)，但各通道之間沒(méi)有隔離。它消耗plc主單元或有源擴(kuò)展單元5 v電源槽30 ma的電流。它占用基本單元的8個(gè)映像表，即軟件上占8個(gè)i/o點(diǎn)數(shù)，在計(jì)算plc的i/o時(shí)，可以將這8個(gè)點(diǎn)作為plc的輸入點(diǎn)來(lái)計(jì)算。fx2n-4ad模塊內(nèi)部有一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，它由32個(gè)16位的寄存器組成，其內(nèi)容可以通過(guò)plc的from和to指令來(lái)讀出或?qū)懭搿?.4.2 fx2n-4a/d模塊的接線方式 模擬量輸入通過(guò)雙絞屏蔽電

38、纜來(lái)接收，電纜應(yīng)遠(yuǎn)離電源線或其他可能產(chǎn)生電氣干擾的電線，如圖；如果電壓輸入有電壓波動(dòng)，或外部接線中有電氣干擾，可以接一個(gè)平滑電容器（0.10.47f，25v），如圖;如果使用電流輸入，將v+和v-短接，如圖；如果存在過(guò)多的電氣干擾，連接fg的外殼地端和fx2n-4a/d模塊的接地端，如圖；連接fx2n-4a/d模塊的接地端與主單元的接地端，在可行的情況下使用三級(jí)接地，如圖。2.4.3 緩沖寄存器及設(shè)置模擬量輸入輸入模塊fx2n-4a/d的緩沖寄存器bfm，是特殊功能模塊工作設(shè)定與主機(jī)通訊用的數(shù)據(jù)中介單元，時(shí)from/to指令讀和寫(xiě)操作目標(biāo)。fx2n-4a/d的緩沖寄存器區(qū)由32個(gè)16位的寄存器

39、組成，編號(hào)為bfm#0#31。fx2n-4a/d模塊bfm分配表bfm內(nèi)容*#0初始化通道*#1ch1平均值采樣次數(shù)（取值范圍14096）默認(rèn)值為8*#2ch2*#3ch3*#4ch4#5ch1分別存放4個(gè)通道的平均值#6ch2#7ch3#8ch4#9ch1分別存放4個(gè)通道的當(dāng)前值#10ch2#11ch3#12ch4#13#14#16#19保留#15a/d轉(zhuǎn)換速度的設(shè)置當(dāng)設(shè)置為0時(shí)，a/d轉(zhuǎn)換速度為15ms/ch當(dāng)設(shè)置為1時(shí)，a/d轉(zhuǎn)換速度為6ms/ch#20恢復(fù)到默認(rèn)值或調(diào)整值#21禁止零點(diǎn)合增益調(diào)整#22零點(diǎn)和增益調(diào)整#23零點(diǎn)值#24增益值#25#28保留#29出錯(cuò)信息#30識(shí)別碼k20

40、10#31不能使用 在bfm#0號(hào)中寫(xiě)入十六進(jìn)制四位數(shù)字h0000使各通道初始化，最低位數(shù)字控制通道ch1，最高位數(shù)字控制ch4。h000中每位數(shù)值表示的含義如下：位（bit）=0 :設(shè)定輸入范圍-10+10v位（bit）=1 :設(shè)定輸入范圍+4+20ma位（bit）=2 :設(shè)定輸入范圍-20+20ma位（bit）=3 :關(guān)閉該通道 bfm#21的b0、b1分別置為1、0，則增益和零點(diǎn)的設(shè)定值禁止改動(dòng)。要改動(dòng)時(shí)必須設(shè)置為0、1。缺省設(shè)定為0、1。 2.5 i/o口設(shè)計(jì) i/o口地址表地址元件注釋x0ka1主電源u1相輸入檢測(cè)x1ka2主電源v1相輸入檢測(cè)x2ka3主電源w1相輸入檢測(cè)x3ka6

41、備用電源u2相輸入檢測(cè) x4ka7備用電源v2相輸入檢測(cè)x5ka8備用電源w2相輸入檢測(cè)y0km3主電源a欠壓與過(guò)壓檢測(cè)y1ka5主電源a工作正常y2km1主電源a投入工作y3km4備用電源b欠壓與過(guò)壓檢測(cè)y4ka10備用電源b工作正常y5km2備用電源b投入工作控制 (工作)狀態(tài)說(shuō)明：正常工作時(shí)，對(duì)于a電源，成立的條件是，三相任意相無(wú)缺相現(xiàn)象，同時(shí)電壓的范圍在指定的工作電壓范圍之內(nèi)，此時(shí)狀態(tài)指示燈hl1亮，在此情況下，即使電源b狀態(tài)良好，也會(huì)因?yàn)閎電源控制回路動(dòng)斷觸點(diǎn)km1的作用使b電源不會(huì)投入使用。又如果a電源出現(xiàn)故障的話，在a電源控制回路的km1線圈則不會(huì)得電，那么連接在b控制回路的動(dòng)斷

42、觸點(diǎn)km1不會(huì)動(dòng)作，使b投入使用。此后，如果a電源恢復(fù)正常的話，a電源控制回路km1線圈得電，使電源b斷開(kāi)，如此循環(huán)。2.6 系統(tǒng)外部連線電路設(shè)計(jì) 作為輸入信號(hào)的ka1、ka2、ka3、ka6、ka7、ka8分別接在plc的x0x6，作為輸出信號(hào)的ka4、ka10、km1、km2、km3、km4分別接在plc的y0y6，對(duì)應(yīng)的接線如下圖所示。fx2n-4a/d在接受外部電路經(jīng)降壓和整流的電壓信號(hào)后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)傳送到plc中，plc在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的數(shù)字處理以實(shí)現(xiàn)電源的過(guò)壓與欠壓的檢測(cè)。第3章 軟件程序設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)主電源檢測(cè)過(guò)程：plc初始化判斷主電源a輸入是否缺相無(wú)缺相則進(jìn)行

43、主電源a的過(guò)壓與欠壓檢測(cè)主電源狀態(tài)良好主電源投入使用與負(fù)載接通。備用電源的檢測(cè)過(guò)程：a有缺相或有過(guò)壓與欠壓現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)延時(shí)后確認(rèn)無(wú)誤，起動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行備用電源b的缺相檢測(cè)進(jìn)行備用電源b的過(guò)壓與欠壓檢測(cè)備用電源狀態(tài)良好備用電源投入使用，與負(fù)載接通。相應(yīng)控制流程圖如下所示：（3.2 系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì) 圖7 梯形圖三相缺相檢測(cè)采樣信號(hào)回路中，作為u1和u2的三相缺相檢測(cè)的開(kāi)關(guān)量采樣信號(hào) 的 ka1-ka3和 ka6-ka8，其常開(kāi)觸點(diǎn)分別作用于plc的輸入端的 xo-x2、x3-x5。在 plc梯形圖程序中，輔助繼電器 y0作為三相電源 u1的三相缺相檢測(cè)，其接通條件為常開(kāi)輸入 xo、x1和 x2的“與”邏輯 ；同理，內(nèi)部中間繼電器 y3作為三相電源 u2的三相缺相檢測(cè)，其接通條件為常開(kāi)輸入x3、x4和 x5的 “與”邏輯。3.3程序語(yǔ)言介紹在可編程控制器中有