PLC在大型中央空调主机应急控制系统中的应用文档格式.docx

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October2009Year

摘要

本论文是研究大型中央空调主机应急控制系统是大型中央空调主机遥控系统的一个组成部分的解决问题，旨在解决传统继电器—接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和排除困难等难题。

由于PLC电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点。

因此，在主机遥控部分占据了非常重要的位置，主机遥控系统自20世纪60年代在大型中央空调主机中应用至今，已经成为了大型中央空调主机自动化的核心环节，在各个主要大型中央空调主机国家建造的远洋大型中央空调主机中，几乎都装有主机遥控设备。

主机遥控设备如此广泛的应用，尤其是应急控制系统，如何可靠而高效地实现该控制系统，就成为了一个重要的课题。

将把PLC控制技术应用到改造方案中去，从而大大提高传大型中央空调主机的工作性能。

论文分析了大型中央空调主机的控制原理，制定了可编程控制器改造大型中央空调主机电气控制系统的设计方案，完成了电气控制系统硬件和软件的设计，其中包括PLC机型的选择、I/O端口的分配、I/O硬件接线图的绘制、PLC梯形图程序的设计。

对PLC控制大型中央空调主机控制的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC取代传统继电器—接触器电气控制系统从而提高传播主机工作性能的方法，给出了相应的控制原理图。

随着PLC技术在我国的迅猛发展，我们和国外先进技术的差距会不断缩小。

因此，抓住这个有利时机进一步促进PLC技术的推广与应用，是提高我国工业自动化水平的迫切任务，此次对于大型中央空调主机电气控制系统改造设计，就是希望借鉴国外先进的工业控制技术，应用到工业现场，以提高大型中央空调主机的工作性能。

关键词：

可编程控制器，大型中央空调主机，梯形图，电气自动控制器

Large-scalecentralairconditioninghostPLCinemergencycontrolsystemof

Abstract

Thispaperistoexaminethelarge-scalecentralairconditioninghostemergencycontrolsystemistheairmainengineremotecontrolsystemanintegralpartofthesolution,aimedatresolvingthetraditionalrelay-contactwiththeelectricalcontrolsystemcircuitcomplexity,reliability,poorstability,faultdiagnosisandremovedifficulties,andotherproblems.TheelectricalcontrolsystemandthePLCrelay-Contactorelectricalcontrolsystem,comparedtosimplestructure,convenientprogramming,debuggingcycleshort,highreliability,stronganti-jammingcapability,thefailureratelow,theworkenvironmentdemandsaseriesoflowadvantages.Therefore,insomeremotemainframeoccupyaveryimportantposition,hostremotecontrolsystemsincethe1960sinareintheapplicationdate,theareautomationhasbecomethecenteroftheareinallmajorcountriesintheconstructionofocean-goingvessels,almostallinstalledahostremotecontrolequipment.

Mainframeremotecontrolequipmentsowidelyused,especiallytheemergencycontrolsystem,areliableandefficientwaystoachievethecontrolsystem,hasbecomeaveryimportanttopic.PLCcontroltechnologywillbeappliedtotransformprogramsto,therebygreatlyimprovingtheworkofmainframe-ArePerformance.Airingpapersofthemainframecontrolprinciple,thedevelopmentoftheprogrammablecontrollerareelectricalcontrolsystemdesign,completedtheelectricalcontrolsystemhardwareandsoftwaredesign,includingthechoiceofPLCSystems,I/Oportstheallocation,I/Owiringdiagrammappinghardware,thedesignofproceduresforthePLCladderdiagram.PLCcontrolofthelarge-scalecentralairconditioninghostcontrolprocessweredescribedindetail,discussedusingPLCreplacetraditionalrelay-Contactorelectricalcontrolsystemtoimprovetheperformanceofmainframecommunicationmethodsaregivencorrespondingcontrolschematics.

DecreaseunceasinglywiththefactthatPLCtechnologyswiftnessandviolenceinourcountrydeveloping,weandabroadadvancedtechnologygapwillbe.Therefore,seizingthisopportunetimepromotingPLCtechnologyextensionandapplicationfurther,istoimprovethehorizontalurgentourcountryindustrialautomationmission,systemreformsdesignthistimetothemainengineofaareelectriccontrol,itishopetouseabroadadvancedindustrycontroltechnique,sceneapplyingtoindustryforreference,toimprovethemainengineofaareservicebehaviour.

Keywords:

PLC,large-scalecentralairconditioninghost,ladderdiagram,electricalautomaticcontroller

目录

第一章绪论…………………………………………………………………………6

第二章概述…………………………………………………………………………7

§

2-1可编程控制器的概述………………………………………………………7

2-1-1可编程控制器的产生…………………………………………………7

2-1-2可编程控制器的应用领域………………………………………………8

2-2可编程控制器的结构与工作原理………………………………………8

2-2-1PLC结构与工作原理…………………………………………………8

2-2-2PLC的工作特点………………………………………………………10

2-3PLC型号的选择…………………………………………………………10

2-3-1西门子S7-200系列的介绍……………………………………………10

2-3-2西门子S7-200PLC结构特点…………………………………………12

2-3-3西门子S7-200PLC主要功能…………………………………………13

第三章大型中央空调主机应急控制系统…………………………………………14

3-1大型中央空调主机应急控制系统功能总体设计…………………………14

§

3-2大型中央空调主机应急控制系统硬件设计………………………………17

3-2-1大型中央空调主机应急控制系统硬件…………………………………17

3-2-2大型中央空调主机应急控制系统传感器………………………………18

3-2-3大型中央空调主机应急控制系统I/O分配表…………………………19

3-2-4主机应急控制系统硬件接线图…………………………………………20

3-3大型中央空调主机应急控制系统软件设计………………………………21

3-3-1大型中央空调主机应急控制系统流程图………………………………21

3-3-2大型中央空调主机应急控制系统的梯形图……………………………22

第四章设计总结……………………………………………………………………27

4-1研究成果……………………………………………………………………27

4-2不足之处……………………………………………………………………27

参考文献………………………………………………………………………………28

致谢……………………………………………………………………………………29

第一章绪论

PLC的英文全称是ProgrammableLogicController，中文全称是可编程逻辑控制器，它是一种数字运算操作的电子系统，转为工业环境的应用而设计。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入／输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微电子技术与自动控制技术相结合的产物，它的应用非常广泛，它能方便的直接用于机械制造、冶金、化工、电力、交通、采矿、建材、轻工、环保、食品等各行各也。

即可用于老技术的改造，也可用于新产品的开发和机电一体化。

近年来，可编程控制器发展非常快，不仅应用普及非常快，而且新产品的开发速度也是非常快的。

现在应用于各种工业控制领域的PLC种类繁多，规模大小和功能强弱千差万别，但他们具有以下一些共同的特点。

可靠性高。

可靠性是用户的首选要求，目前各厂家生产的PLC，平均无故障时间都大大超过IEC规定的10万小时，例如：

西门子、ABB、松下、三菱等微小型PLC，而且都有完善的自诊断功能，判断故障迅速。

灵活组态。

可编程控制器是系列化产品，通常采用模块化结构来完成不同的任务组合。

输入输出端口选择灵活，有多种机型，组合方便。

功能强大，除基本的逻辑控制、定时、计数、算术运算功能外，配合特殊功能模块还可实现点位控制、PTO运算、过程运算、数字控制等功能，为方便工厂管理又可以与上位机通信，通过远程模块可以控制远程设备。

因此，PLC几乎是全能的工业控制计算机。

编程方便，易于使用。

PLC的编程可采用与继电器极为相似的梯形图语言，直观易懂，深受现场电气人员的欢迎。

近年来又发展了面向对象的顺控流程图语言（SequentialFunctionChart），使编程更加简单方便。

运行速度快。

传统的机电接触电气控制系统通过大量触点的机械动作进行控制，速度很慢，而且系统愈大速度愈慢。

PLC的控制速度则由CPU工作速度和扫描速度决定。

因此更适合处理高速复杂的控制任务，它与微型计算机之间的差别越来越小[2]。

同时，PLC还具备了网络功能，能进行多台PLC或PLC与PC机之间的联网通讯，使用PLC可以很方便的构成“集中管理、分散控制”的分布式电气控制系统，通过现场总线的PLC通讯网络，可使工厂的各种资源共享，就更适合于工厂自动化的需要，为工厂自动化提供了技术保证。

S7-200系列PLC是西门子公司1995年底推出的具有很高兴能价格比的微型PLC。

由于它具有体积小、运行速度高、功能强等特点，使其在各种自动控制领域得以广泛应用。

本文是根据所学得S7-200PLC知识参考相关书籍文献结合现场实际情况设计的应用在大型中央空调主机应急控制系统，大型中央空调主机应急控制系统是大型中央空调主机遥控系统的一个组成部分，在主机遥控部分占据了非常重要的位置，主机遥控系统自20世纪60年代在大型中央空调主机中应用至今，已经成为了大型中央空调主机自动化的核心环节，在各个主要大型中央空调主机国家建造的远洋大型中央空调主机中，几乎都装有主机遥控设备。

PLC应用的领域非常广泛，现场条件千差万别，控制方案多种多样，只有掌握好基本知识，配合丰富的现场经验才能真正将PLC用熟用透，做出高质量的工程。

第二章概述

2-1可编程控制器概述

可编程控制器（ProgrammableController）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（ProgrammableLogicController），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。

但是为了避免与计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称为PLC。

国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是这样的:

可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计。

它采用一类可编程的储存器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关内外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

2-1-1可编程控制器的产生

20世纪是人类科学技术迅猛发展的一个世纪，电气控制技术也由继电器控制过渡到计算机控制系统。

各种工业用计算机控制产品的出现，对提高级些设备自动控制性能起到了关键的作用。

进入21世纪，各种自动控制产品正在向着控制可靠，操作简单，通用性强，价格低廉的方向发展，使自动控制的实现越来越容易。

自动控制装置的研究，使为了最大限度地满足人们及机械设备的要求。

曾一度在控制领域占主导地位的继电器控制系统，存在着控制能力弱，可靠性低的缺点，并且设备的固定接线控制装置不利于产品的更新换代。

在20世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。

当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。

随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。

为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了10项招标指标，即：

（1）编程方便，现场可修改程序；

（2）维修方便，采用模块化结构；

（3）可靠性高于继电控制装置；

（4）体积小于继电控制装置；

（5）数据可直接送入管理计算机；

（6）成本可与继电器控制装置竞争；

（7）输入可以是交流115V 

；

（8）输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；

（9）在扩展时，原系统只要很小变更；

（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动化装配线上试用，获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。

到1971年，已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等工业。

这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。

1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。

1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。

我国从1974年开始研制，1977年开始应用于工业。

目前世界上已有数百家厂商生产可编程控制器，型号多达数百种。

2-1-2PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1.开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2.模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3.运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4.过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5.数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；

也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6.通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

2-2PLC的结构与工作原理

2-2-1PLC的结构与工作原理

PLC的结构

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

1.主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。

CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。

PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；

另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。

2.输入/输出（I/O）接口

I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。

输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。

输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。

I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。

I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。

3.电源

图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

4.编程器

编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。

除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。

5.输入/输出扩展单元

I/O扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。

6.外部设备接口

此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。

PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷