电气一体化Word文档格式.docx

1、2.24冶金行业 （5）2.3三菱PLC在洗煤厂的实际应用方案 （6）2.31系统设计思路 （6）2.32系统控制设计结构 （6）2.33系统主要功能 （7）2.4和利时PLC在智能楼宇电量采集系统中的应用 （7）2.41系统设计 （8）2.42 PLC硬件配置 （10）第三章 楼宇智能化的目的和优点 （12）第四章 楼宇智能化系统的组成部分和功能 （13）4.1楼宇智能化系统的组成部分 （13）4.2楼宇智能化系统的功能 （13）第五章PLC系统设计时的故障防范 （14）结论 （16）致谢 （17）参考文献 （18）绪论智能建筑是信息时代的必然产物，建筑物智能化程度随科学技术的发展而逐 步提

2、高。当今世界科学技术发展的主要标志是 4C技术（即Computer计算机技 术、Control控制技术、Communication通信技术、CRT图形显示技术）。将4C 技术综合应用于建筑物之中，在建筑物内建立一个计算机综合网络， 使建筑物智 能化。4C技术仅仅是智能建筑的结构化和系统化。智能建筑是“通过对建筑物的 4个基本要素，即结构、系统、服务和管理， 以及它们之间的内在联系，以最优化的设计，提供一个投资合理又拥有高效率的 幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑物能够帮助大厦的主人， 财产的管理者和拥有者等意识到，他们在诸如费用开支、生活舒适、商务活动和 人身安全等方面得到最大利

3、益的回报。建筑智能化的目的是：应用现代4C技术构成智能建筑结构与系统，结合现代 化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。第一章：PLC与楼宇智能化的含义1.1什么是PLC?PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机 相同，基本构成为：a.电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良 好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制 造也十分重视压波动在+10%（+15%范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连 接到交流电网上去b.中央处理单元（CPU） 中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢

4、。它按照 PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分 别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序， 经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内 的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型 PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三 CP

5、U的表决式系统。这样，即使某个 CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。c. 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。d、输入输出接口电路 1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。 2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输 出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。e、 功能模块 如计数、定位等功能模块.f、 通信模块 如以太网、RS485 Profibus-DP 通讯模块等。1.2什么是楼宇智能化?楼宇智能工程其前身叫做空调过程控制系统。

6、主要是对空调的参数监测。但是现在由于国内的发展。好多安防（比如门禁、可视对讲系统都集成进来了） 。楼宇智能化控制采用的是计算机集散控制， 所谓计算机集散控制就是分散 控制集中管理。它的分散控制器通常采用直接数字控制器（ DDC，利用上位计算机进行画面的监控和管理。主要手段是动画、曲线、文本、数据库、脚本、和 各种专用控件等。楼宇智能化包括：空调与通风监控系统、给排水监控系统、照 明监控系统、电力供应监控系统、电梯运行监控系统、综合保安系统、消防监控 系统和结构化综合布线系统。第二章：PLC在楼宇智能化中的实际应用2.1在智能建筑中的应用智能建筑自1984年1月出现以来（美国康涅狄格州哈特福德市

7、的都市大 厦），在欧、美、日及世界各地得到迅速发展，其中以美国、日本兴建最多，目 前，美国有智能大厦几万幢。 日本自1984年以来，在许多大城市建设了 “智能化街区”、“智能化群楼”，新建的建筑中有 80沖上为智能化建筑。新加坡政 府为推广智能建筑，拨巨资进行专项研究，计划将新加坡建成“智能城市花园”。 印度也于1995年起在加尔各答的盐湖开始建设“智能城”。其他国家如法国、瑞 典、英国、泰国等国家也不断兴建智能建筑。中国香港智能建筑发展也较早，相继出现了汇丰银行大厦、立法会大厦、中银大厦等一批智能化程度较高的智能建筑。中国大陆第一幢智能大厦是 1989年建成的北京发展大厦。1986年智能建筑

8、被列为国家“七五”重点科技攻关项 目，开始进行可行性研究阶段，该项目1991年通过鉴定，1992年中国进入了智 能大厦的高速发展阶段，其发展速度和规模在世界上绝无仅有。 目前，全国已有上千幢智能大厦。智能建筑在中国已成为建筑市场的大趋势，也是建筑业中新的“经济增长 点”。各类建筑（楼、馆、场等）的智能化工程投资，约占工程总投资的 5%-8%有的已高达10%居住小区的智能化系统建设投资平均在每平方米 60元左右（占 土建投资的5 %-8%，如按中国每年竣工面积计算总投资为几十亿元。智能建筑 这个新的“经济增长点”促成智能建筑相关企业迅速增长。粗略估计，目前全国 从事智能建筑的企业超过3000 家

9、,产品供应商近3000家。中国有152家设计院 和127家系统集成商具有智能建筑专项设计资质。智能建筑随着经济的持续稳健增长，其数量和水平正逐年提高，深圳居民 对智能建筑的认可度也越来越高。目前深圳的安防覆盖率居全国之首。 深圳还是 国家发改委选定的全国社区信息化建设试点城市，深圳信息化社区的技术装备程 度走在全国前列。深圳智能建筑及相关行业的企业有数千家， 一些国际上最新的 技术、产品都能在深圳同步上市。比如，深圳地区是全国安防产业的重要发源地 和产品集散地，吸引许多国外知名品牌中国总代理都在此落户，并集中了全国 70流右的安防一级代理商，各类安防企业的年营业额超过 30亿元。目前，发达国家

10、的智能建筑已从早期的追求功能完备齐全，向高技术化、 实用化和节能化方向发展。在深圳，智能建筑也已进入高技术化、实用化发展阶 段，从事楼宇智能化产品开发与制造、 楼宇智能化系统集成工程设计与施工、 智 能化社区管理的企业逐渐走向专门化和专业化。2.2在其它行业中的应用2.21纺织机械PLC在纺织设备上应用已普及，清花、梳棉、并条、精梳、粗纱、络筒、 并纱、捻线、整经、浆纱、无梭织机等均已采用。 纺织行业是小型 PLC最主要的应用行业，设备上用的 PLC的I /0点数范围81024点，其中约85% 为8112点。随着一些主要的纺织生产企业已经完成了自动化改造，该行业未来几年 PLC的需求增长速度预

11、计将会放缓。2.22印刷机械本行业中PLC主要用来完成各机组离合压与水辊电机的协调准确控制。 印刷机械的自动化水平整体较欧美有较 大的差距。 国外的印刷机械已经将PLC作为标准配置，而国内还有超过三分之一的印刷机械在使用继电器控制，行业有较大的设备更新需求。2.23包装机械目前国内包装机械行业基于 PLC的控制系统仍占主导地位，拥有高度自动 化和大型化的成套包装机械设计、生产能力的厂商不多。PLC通常处于设备底层，为设备提供可靠的、实时的控制。越来越多的包装设备厂商考虑在其设备中配备先进的自动化产品，以提 高产品的技术含量，提升市场竞争力。2.24冶金行业中国已经存在超过6,000家冶金企业，

12、PLC的应用规模超过5亿元人民币, 主要以大型PLC为主。PLC目前是冶金行业主控制器市场的主流产品，且预计在短期内这一地位不 会动摇。 受到国家宏观调控的影响，未来几年冶金行业的增长速度将会放缓，该行业对PLC的需求也将受到相应的影响。2.3三菱PLC在洗煤厂的实际应用方案2.31系统设计思路根据洗煤厂工艺控制流程和实际要求，将系统分为三级控制具体技术思 路如下：a.控制运算级 第一级以日本三菱公司的新型 Q系列PLC为控制核心，实现 对洗煤厂设备的顺序启车、顺序停车、故障逻辑停车以及特殊要求的单台设备控 制，对模拟量信号合格介质悬浮液密度、合格介质悬浮液磁性物含量、重介旋流 器入口压力、合

13、介桶液位的PID调节.b.集中监控管理级 第二级由两台工业控制计算机联网作为系统人-机交互窗口，组态软件采用“组态王”工控软件，实现对工艺运行数据的采集、图形 监视、动态显示、记录分析、参数报警、日报表打印以及对现场设备逻辑启停等 功能，两台计算机可以监控不同的画面， 并具有相同的操作功能。计算机操作站 放置在中央集控室，可以随时了解电机、水泵、仪器设备的运行状况，便于生产 调度指挥。该系统还配有生产调度模拟盘，显示全厂生产线设备的运行、停止状 态0c.现场信号工作站 现场有70个工作站，可对现场电机、水泵等进行启停及启停显示、报警。现场信号工作站有三种工作状态：（1）自动状态时工作站所 控制

14、的设备由集控室控制；（2）手动状态时信号工作站所控制的设备不受中央集 控室控制由信号工作站控制；（3）零位状态时信号工作站所控制的设备不受中央 集控室和工作站控制，用于设备检修。现场工作站设备出现故障时能向集控室发 出故障信号。在70个信号工作站中有16个信号工作站要有准备好信号输入，以 便在自动状态时通知中央集控室此工作站已经准备就绪，中央集控室根据 16个工作站全部准备就绪的信号发出启车信号后启动生产线。2.32系统控制结构设计a控制系统软硬件配置系统控制级PLC（下位机）以三菱公司的 Q系 列PLC为系统控制核心；采用 GX DEVELOPER Ver 8.（编程软件完成PLC系统组 态

15、编程（程序结构设计、地址定义、梯形图编写）程序调试。监控站（上位机）采用基于 Win dows2000操作系统，选用“组态王”组 态软件完成监控画面组态、变量定义、设备运行状态画面组态、实时 历史曲线画面组态、报表组态。现场液位传感器采用超声波液位计，能精确的采集现场液位信号，再通 过富士变频器对水泵进行控制，从而实现对液位的 PID调节。整个控制系统实际I/O点总计如下：数字量I/O点数:DI 90点DO 58点模拟量I/O通道:Al 8点AO 8点b系统组网和PLC编程 两个监控站（上位机）之间采用以太网通讯，“组态王”组态时只需将两台计算机设定为“ Web通讯。其中一台计算机预装有 GX

16、DEVELOPER Ver 8.敢件，完成PLC程序设计、开发、调试工作以及和上位机的 通讯。如果需要可以随时对程序运行监控和编辑。c PLC程序结构 PLC程序编程可分为五部分：第一部分是设备的逻辑顺 序启车；第二部分是设备的逻辑停车；第三部分是设备故障逻辑停车；第四部分 是设备非连锁状态的单机运行；第四部分是模拟量的 PID调节（PID调节编程可 以参考 PID Control Instructions） 。2.33系统主要功能a监控功能洗煤厂重介洗选生产线全部设备的运行状态可以通过两台 上位机操作站监控并动态模拟显示。通过上位机发出启车信号自动启动洗煤生产 线的设备，对生产线的设备故障进

17、行自动诊断，根据故障点位置按逻辑程序自动 停车。中央集控室上位机可以单机启车。b调节控制功能 洗煤厂各设备间的耦合程度高，单台设备故障会直接 影响整条生产线生产，因此在PLC编程中对合格介质悬浮液密度、合格介质悬浮 液磁性物含量、重介旋流器入口压力、合介桶液位等工艺参数PID调节作了优化 编程，使其能在上位机轻松实现手/自动无扰动切换，从而不会影响生产线生产。c报警功能 系统具有故障报警（水泵、电机等启停故障）和密度、液 位、压力等工艺参数超限报警.d系统联锁功能 系统可以现场操作、计算机联动和自动运行，并相互 联锁。e通讯状态显示功能 系统可以显示PLC与两台上位机之间的通讯状态。f报表记录

18、功能 系统可以准确的记录每台设备的运行情况 （启动时间、 停止时间、值班操作员）可以根据需要打印该报表。g曲线功能 系统可以对密度、液位、压力等工艺参数，以实时曲线、 历史曲线的形式直观的显示在上位机画面上。h权限功能 为防止误操作和非专业人员随意改动参数，该系统分为三 级权限分别为操作员（只能对一部分画面进行操作）、管理员（增加减少用户名 修改密码）、工程师（最高权限）2.4和利时PLC在智能楼宇电量采集系统中的应用智能型电力仪表是电力监控中不可或缺的设备，它可以进行三相电量的测试 并进行显示、进行能量累积、电力品质分析、故障报警、并集合数字输入、输出 和网络于一身，以实现远程数据采集与控制

19、。电力监控系统对于整个配电网络尤 其重要。采用基于和利时公司 LM PLC的电力监控系统，可通过通讯的方式实现 对所有现场电力监控仪表数据的采集和设定，通过 DP网络将数据上传到LK PLC监控站，再由LK PLC通过工业以太网与上位计算机进行通讯，实现对所有电力 数据的集中监视和控制。配电室作为智能建筑系统的电力中心， 向整栋大楼提供照明、消防、公用设 备及办公设备的用电。智能型电力仪表就是可以对整个供电网络进行测量， 分析及显示的仪器。由于智能建筑的供电网络很庞大，所以使用的智能型电力仪表数 量也比较多。这就需要一套可靠的监控系统与所有的智能仪表进行数据交换， 实现对整个配电网络进行监控，

20、从而实现电力的故障报警和优化管理。使用和利时LK系列和LM系列PLC的电量采集系统因其可靠性高、自由通讯 数据通讯量大、通讯编程灵活而得到采用。电量采集系统实现了对电力仪表中各个数据的采集功能，数据包括频率、相 电压、线电压、相（线）电流、有功/无功/视在功率、功率因数、绝对有功电度和 绝对无功电度等。其中LM系列PLC使用自由口通讯与所有的智能电力仪表进行 通讯，并实现对仪表数据的储存和上传。LK系列PLC完成对所有LM系列PLC中 仪表数据的统计和汇总，最后通过以太网将数据传送到上位监控计算机，实现对 全部供电系统状态的监视。2.41系统设计电力采集系统一般由以LK和LM系列PLC为核心的

21、通讯机柜组成。系统装置 如图2-1所示。电力监控柜里配置有1套LK系列PLC，10套LM系列PLC及电源。 每套LM系列PLC均有一个RS485接口和一个PROFIBUS-D接口，其通过 RS485 串口与智能仪表进行通讯，再通过PROFIBUS-D总线将读上来的仪表数据传送到 LK系列PLC中。LK系列PLC通过以太网通讯将汇总的配电室内的所有数据传送 到上位监控计算机。由于需要采集的仪表数量很多，且每块仪表读取的数据量大，所以采用多套 LM系列PLC与仪表连接进行数据采集。LM系列PLC的RS232和RS485串口具有 自由口通讯功能，可以针对仪表支持的协议自由进行编程， 参数的设定和更改

22、都 很方便，在此针对仪表支持的 MODBURTU协议进行主站编程。LK系列PLC拥有 16M的数据存储空间，支持 PROFIBUS-D和以太网（MODBUTCP）通讯，可以方便 的与LM系列PLC和上位计算机进行连接。使用 LK系列PLC汇总LM系列PLC读 取的数据大大优化了网络结构囹口电力釆集系统结构示意圏2.42PLC硬件配置以生产楼电量监控系统为例，使用的 PLC设备如下:表3-1 PLC设备清单序号PLC型号型号说明数星1LK2O3CPU 块，266MHZ* 程J? SMB - 掉电保持区，支持以衣网，PROHBUS-DPj串口（RS232和賂4阳）通讯UC31PROFIBUSDP通

23、信接口欖块*LK1Q1本地背板，单匚巩;插槽，1C槽，隼成一个以太网E PEOFIB1尽DF接口和两个串口4iraioMVDC电源，为LK系列PIT供电5LM3109CPU镇块，自24Db】6继电器DO, RS232和RB阴串口, FGVAC供电:c6LM3401PROFIBUS-DPM站通讯欖块10LM系列PLC使用PowerPro2.1.3B编程软件进行程序编写。PowerPro2.1.3B 编程软件具有十分全面的功能：程序语言标准化。具有IL、LD ST FBD SFC CFC六种编程语言。 内部器件变量化。定时器和计数器采用变量方式代替，实现无限点调用。程序组织模块化。方便进行程序的重

24、用，阅读和调试等，确保程序安全。 参数设定简便化。可以对特殊的功能块进行不同的参数设定以满足使用要求。编程监控一体化。具有视图和仿真调试功能，十分方便对程序进行编写和调 试。从程序中可以看出所有数据的采集和存储都是由 LM系列PLC完成的。通过RS485进行询问帧数据的发送，并对返回的数据进行 CRC校验判断，若返回的数据不正确，则不进行数据存储，只有返回数据正确时才将数据放到相应的寄存器 中。LK系列PLC将所有的仪表数据进行汇总放到连续的寄存器当中， 其16M的数 据存储区可以轻易的存储下所有 LM中仪表的数据。 使用LK系列PLC的目的主 要是优化网络结构，提高整套系统的通讯的可靠性和维

25、护的简易程度。第三章：楼宇智能化的目的和优点楼宇智能化系统（BAS）对整个建筑的所有公用机电设备，包括建筑的中央空 调系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯系统，进行集中监测和遥控 来提高建筑的管理水平，降低设备故障率，减少维护及营运成本。设计楼宇智能 化系统的主要目的在于将建筑内各种机电设备的信息进行分析、 归类、处理、判断，采用最优化的控制手段，对各系统设备进行集中监控和管理，使各子系统设 备始终处于有条不紊、协同一致和高效、有序的状态下运行，在创造出一个高效、 舒适、安全的工作环境中，降低各系统造价，尽量节省能耗和日常管理的各项费 用，保证系统充分运行，从而提高了智能建筑的高水平的

26、现代化管理和服务， 使投资能得到一个良好的回报。楼宇机电设备监控系统，作为智能建筑楼宇自动化 系统非常重要的一部分，担负着对整座大厦内机电设备的集中检测和控制，保证 所有设备的正常运行，并达到最佳状态。a最大程度地节省能源 运用计算机系统中的多样的能源管理程序，通过各种附加条件，自动运转设施及装备，从而最大程度地节省能源。（在设计合理、 运转正常及维护及时的情况下，最大可节能 30%）。 2 、有效的楼宇管理及设施保护在中央系统，可以清楚地知道所控设施的运转情况和故障发生，通过 对设施的有效管理及正确的保修管理，可以维持设施及装备的最适合的状态，延 长设备的寿命，使管理人员的最少化，从而对建筑

27、物的设施进行有效地管理及保 护。b高业务的效率及生产性 建筑内的温湿度、空气质量、环境自动控制在最适的状态，提供舒适的工作环境，从而提高了人员的工作效率。 智能建筑节能是世界性的大潮流和大趋势，同时也是中国改革和发展的迫切需求， 这是 不以人的主观意志为转移的客观必然性，是 21世纪中国建筑事业发展的一个重 点和热点。节能和环保是实现可持续发展的关键。可持续建筑应遵循节约化、生 态化、人性化、无害化、集约化等基本原则，这些原则服务于可持续发展的最终 目标。最近几年，未来的楼宇被人们认为将会是充满了各种各样的智能设备。 楼宇控制网络中的传感器、执行器、阀门等都是智能的。楼宇的基础设施能无缝 隙的

28、将数据网和控制网连接起来，形成整体的楼宇网络。整体的楼宇网络将成为未来楼宇控制的典范。整体的楼宇网络概念已 不再是一个对将来的期望，今天它正在发生中。提供智能设备、子系统和系统的 厂家正在如指数般的成长。这种推动力主要来自于业主们，他们对楼宇物业集成 度的要求越来越高，这也是合理的。因为在今天，楼宇自控子系统如门禁、闭路 电视、电梯、空调暖通、保安和消防中的智能产品都已问世了。第四章：楼宇智能化系统的组成部分和功能4.1楼宇智能化系统的组成部分建筑设备运行管理的监控，包括：（1）暖通空调系统的监控（HVAC）;给排水系统监控；（3）供配电与照明系统监控火灾报警与消防联动控制、电梯运行管制公共安

29、全技术防范，包括：（1）电视监控系统；（2）防盗报警系统；（3）出入口控制及门禁系统；（4）安保人员巡查系统；（5）汽车库综合管理系统；（6）各类重要仓库防范设施；（7）安全广播信息系统。4.2楼宇智能化系统的功能制定系统的管理、调度、操作和控制的策略；存取有关数据与控制的参数；管理、调度、监视与控制系统的运行；显示系统运行的数据、图象和曲线；打印各类报表；进行系统运行的历史记录及趋势分析；统计设备的运行时间、进行设备维护、保养管理等。第五章：PLC系统设计时的故障防范在现代化的工业生产中，大量采用了可编程序控制系统，可编程序控制器能 在恶劣的工作环 境下正常工作，但其构成的控制系统由于设计、安装、干扰等 因素有时会出现故障。有些问题是在系统设计时考虑不周造成的。 根据实践中的 经验和教训，本文阐述可编程序控制系统 设计时应注意的问题。1、一个系统中使用的成熟技术至少应占到 75沖上“成熟技术”一是经过一定的生产实践考验的可编程序控制器产品或类似设计， 或者确定能在未来的生产实践中，经得起考验；二是设计工作人员对于需要使用 的技术要有经验或有掌握它的能力。设计与配置一个可编程序控制系统选用的技 术与设计方案切实可行。因为一个生产过程控制系统，一旦