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PLC工业控制实训系统实例重点解析
xiao_xiao1 发表于 2008/12/10 11:56:24 468 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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可编程控制器（PLC）是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。在电力工业中，应用可编程控制器的场合比比皆是。例如电厂输煤系统、锅炉燃烧系统、汽轮机和锅炉的起动及停车系统、废水处理系统、发电机和变压器监控系统、整个电力网的联网通讯、调度及控制、利用可编程控制器进行软动控制等等。作为电力职业技术学院，在教学中让学生掌握现代自动化控制最先进的技术以适应电力系统以及社会各企业对高技能人才的需要是非常必要的。
武汉电力职业技术学院电力工程系供用电技术教研室本着“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”的职业教育办学理念，与湖北华茂机电技术工程公司联合开发、研制的PLC工业控制实训系统（如图1所示），注重实用性，兼顾超前性、通用性，努力营造工业现场环境，创造工业现场气氛，所组成的工控系统与生产现场所使用的设备完全一样，在国内尚属首例。
已经引起相关部门的关注。该装置已被欧姆龙自动化（中国）统辖集团作为CP1H应用范例登载在中国电工技术学会“培训部”的宣传图册上。
2 系统简介
该实训系统最大的特点就是对学员的训练可做到由浅入深，由易到难，设计巧妙的控制对象，在学生实验（训）中起到了非常好的效果。实训系统采用日本欧姆龙公司目前最新、最具优势的PLC——CP1H-40CDR-A作为控制中心主体，同时配有触摸屏、变频器、温度控制器等具备通讯功能的控制设备以及工业现场常用的传感器、旋转编码器、接近开关等等，系统的最下层还配有一台三相异步电动机、一台直流电机及一个加热器等控制对象。实训项目从最基本的PLC编程、变频器、温控器及触摸屏单独的实际训练（包括控制对象）开始，逐步深入通过RS232口和485口进行各设备间的相互通信，形成闭环控制系统。可编程控制器主机可准确地处理来自传感器、计时器、温度调节器、开关等控制部件的信息，有效控制机器与设备的运转。以可编程控制器为中心，配合触摸式画面的可编程终端便于对生产对象的控制与参数的变更，作为操作者与机器设备人机交互的界面，在提高生产效率方面可发挥重要的作用。
在工业控制领域，各种生产设备、控制器以及智能仪器仪表等往往分散在工厂、车间的不同地方，如何将这些控制设备连接起来，完成对现场信息的实时采集、通信以及对设备的实时控制、监视和远程维护；如何把厂房处于不同地理位置上的PLC与PLC、PLC与计算机或PLC与智能装置间通过传输介质连接起来，实现通讯，以构成功能更强、性能更好的控制系统等等，这些都是工厂自动化网络解决的问题。
根据工业现场的实际情况，该实训系统还具备强大的网络通讯配置供学生实训用：最上层采用以太网（Ethernet）来实现高层数据传送，以太网模块使得PLC可以作为工厂局域网的一个节点，在网络上的任何一台计算机都可以实现对它的控制。通过以太网通讯模块与上位机通讯，实现上位机的监控等操作，同时通过现场总线模块DRM21实现PLC与PLC间的数据共享。SCU串行通信模块实现与第三方设备如DCS、锅炉等通讯，创造一个远程监控环境；中间控制层网络（Controller Link），是OMRON推出的FA（工厂自动化）领域用于在PLC间、计算机和PLC间进行大容量数据交换的网络，而计算机也可作为一个节点对PLC进行监控，编程运行组态软件；最后通过设备层网络（Device Net）实现对底层控制设备的远程控制。
学生们通过PLC工业控制实训系统的训练，加强了综合实践能力的培养，对于提高学生动手能力，提供了有利的条件。对增强学生岗位适应性，缩短上岗前的培训时间（“零距离”技能型人才），使学生真正成为对企业有用的高技能型人才具有独特的作用。
3 控制实例
电力生产设备大多是由电动机作为原动机进行拖动的，通过对电动机的状态进行控制从而达到对生产设备进行启动、停止的控制，改变生产设备的工作速度、运动方向等等。“PLC工业控制实训系统”具备了这些方面的功能。该系统通过变频调速器可对电动机进行速度调节，达到对生产设备的运动速度的调节；也可通过变频调速器配合接近开关，将电动机的运行信息输入到可编程控制器，可编程控制器根据这些信息对电动机的状态进行控制（启动、停止、调速、正反转等），形成一个真实的工业闭环控制系统。通过触摸屏可以对电动机的状态进行控制和监视，同时还可以对变频调速器、PLC中的计数器和定时器的参数进行在线修改。下面对这个闭环控制系统作一简单介绍。
（1）控制要求
①当按下启动按钮SB1时，电动机以5Hz频率对应的速度正向启动；
②当转过200圈时，电动机以30Hz频率对应的速度加速运转；
③运转200圈，电动机还是以30Hz频率对应的速度由正转变为反转；
④反转100圈，电动机停转（也可以通过手动停止按钮SB2控制电动机停转）。
（2）控制系统的组成
该控制系统由PLC、变频调速器、三相异步电动机、接近开关、触摸屏等组成。其框图如图2所示。
图2 控制系统框图
该控制系统的接线如图3所示。
系统中，PLC与变频器之间通过RS485通信口采用Modbus—RTU简易主站功能进行串行通信；PLC与触摸屏之间通过RS232通信口进行通信。
图3 电动机控制系统接线图
4 程序的实现
首先要对变频器本体的参数进行设定：选择RS485通信口进行通信；波特率选9600bps等等。然后对PLC进行设定：设定通信波特率9600bps、8位二进制/偶数校验/停止位1（8.1.E.9600）、串行网关等等，如图4所示。
图4 PLC设定
实现该控制的部分梯形图程序如图5所示。
图5 梯形图程序
程序说明：通过安装在CP1H上的串行端口1向地址为1的变频器发送指令，以改变变频调速器的参数，达到对电动机状态的控制。
当按下和输入端0.00相连接的启动按钮SB1时，变频器开始驱动所带的电动机以5Hz频率对应的速度开始低速正向启动；电动机每转一圈，检测元件接近开关会产生一个脉冲，这时在PLC的0.03输入端（与接近开关相连）就会有一个信号输入，计数器CNT0000的当前值会自动减1，当电动机转过200圈时，通过程序的执行，变频调速器的频率参数由5Hz改写为30Hz，电动机将以30Hz频率对应的速度加速运转；当电动机提速运行转过200圈时，执行程序将变频调速器的参数由正转改写为反转（频率参数仍然保持为30Hz），这时电动机就会由正转运行变为反转运行；当反转运行100圈时，电动机会自动停转。
除此之外，还可以由触摸屏对参数进行修改和适时干预程序的执行。