PLC控制的综合实训屏系统设计实例分析

时间:2022-03-15 08:01:49

PLC控制的综合实训屏系统设计实例分析

摘要:针对学生电工、维修电工基本技能实训需求,结合PLC技术,对电工实训低压配电屏电机控制系统进行了基于PLC技术的二次设计和改造,分析和阐述了PLC引入的步骤、具体设计实例及预期效果。

关键词:PLC;实训屏;系统设计

作者简介:罗宇(1969-),女,重庆人,重庆电力高等专科学校实训部,讲师,工程师。(重庆 400053)

中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)05-0113-02

PLC作为先进的、应用最广的工业控制器已风靡全球,而三相异步电动机广泛应用于现代工业生产和民用生活中。PLC在三相异步电动机控制中的应用与传统的继电器控制相比,具有控制速度快、可靠性高、灵活性强、功能完善等优点,PLC能够为自动化控制应用提供安全、可靠和比较完善的解决方案,适合工业生产对自动化控制的需求。因此,PLC在现代工控领域扮演了举足轻重的角色。

《低压配电屏电机控制安装实训》是重庆电力高等专科学校电气、热动主干专业的专业基础实践课程“电工工艺实训”的核心模块。它体现了电工技术的综合性、现代性和现场性,对高职学生专业电工知识的学习和电工、维修电工基本技能的提升具有极其重要的意义。基于PLC的电机控制在工控领域的广泛应用,有必要对现有的低压配电实训屏进行二次设计和改进,在电工基本技能模块中引入PLC技术,采用PLC少量开关量逻辑控制指令来替代继电器电机控制功能。实现了模块化设计,单元式组合,可视性强,为学生搭建了一个实用的开放式的电工工艺实训平台,构筑了一座从学校(基础理论)走向社会(工程实践)的桥梁。

一、PLC工作运行及其系统设计要点

1.PLC工作运行

PLC主要由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口组成。因其类型的不同,其功能指令语句也大同小异。PLC工作运行是按“顺序扫描,不断循环”的方式进行。即CPU依据用户控制要求编制的程序,沿程序语句指令的序号进行周期性循环扫描,若无跳转语句则从第一条开始,逐条顺序执行程序直至程序结束。随即又循环重返第一条语句,开始下一轮顺序扫描。PLC每顺序扫描一次,必经过输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。这三个阶段即为一个周期。

2.PLC控制系统设计要点

(1)提出系统控制要求。依据生产工艺过程,了解并细化被控对象工作特征(如需完成的动作顺序、动作条件、必备的保护和连锁,操作方式要求自动、连续、单周期、单步等),分析被控对象机械与电气间的配合,提出被控对象对PLC控制系统的控制要求。

(2)明确输入/输出设备。参照系统控制要求,明确系统所需的输入设备(如转换开关、按钮等)和输出设备(如指示灯),进而确定PLC的I/O分配对应表和I/O接线图。

(3)设计软件及硬件。进行PLC软件设计,完成控制柜(台)等硬件设计及现场施工。

(4)联机调试及整理技术文件。

二、基于PLC的触点互锁电机正反转控制系统设计实例

1.触点互锁电机正反转控制系统的控制要求

按启动按钮SB1,电动机作星形连接启动,电机正转;按启动按钮SB2,电动机作星形连接启动,电机反转。在电机正转时,反转按钮SB2被锁定;在电机反转时,正转按钮SB1被锁定。如需正反转切换,应首先按下停止按钮SB3,使电机处于停止工作状态,方可对其做旋转方向切换。

2.控制系统I/O分配表(见表1)及输入/输出接线图(见图1)

3.控制系统软件设计(见图2)

PLC连上编程器并接通电源后,其电源指示灯亮,编程器开关置于“PROGRAM”,即PLC处于编程状态。编程器显示PASSWORD!此时按住“Cltr”键并按下“Montr”键,待屏幕显示地址号0000,即可输入程序。

注意:输入程序前,需将存储器内容清零,再将控制程序写入PLC。程序输入到PLC指令如表2所示。

4.控制系统硬件设计

依据PLC控制系统的设计步骤,完成PLC系统程序设计后,便进入控制柜(低压配电屏)等硬件设计阶段。基于PLC特点,控制系统程序设计与硬件设计也能并行实施。

(1)PLC硬件组成。PLC选用三菱FX系列,PLC控制单元包括CPU模块、数字量I/O模块、模拟量I/O模块、通信模块和继电器;系统的各控制信号或输入信号均是“开关量”或“模拟量”。如开关量输入的控制按钮部分以及模拟量输入的外部传感器接口单元。PLC(FX系列)将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中,从而形成了一个功能强大的微型PLC。

(2)电源配置。输入AC 220V;输出AC 0V~250V ;交流可调电源及DC 5V/DC 12V/DC 24V各1路(由模块电源组建);另配置1台直流稳压电源(0V~50V可调),电源还需配置漏电及过流、过载等保护装置。

(3)控制系统故障预设。实训屏控制系统故障预设,若采用计算机模拟程序控制,改造成本高,而利用开关控制,不仅能达到同样效果,而且成本较低。因此在实训屏上另加置一故障预设模板,模板上由多个开关组成,各开关串联在电路中即可完成对电机各种控制线路的故障设置,且具有多种故障组合。

技能考核前,考评员只需操作开关即可设置故障,考核中考生先通电观察故障现象,随后断电,用表计判断故障并排除故障,然后通电验收,最后断电,拆线完成考核。结束后,考评员只需很短时间操作开关就可复位设置故障,又能进行下一轮考核。

控制系统故障预设模板灵活、方便、快捷,避免了故障现象过于直观,保证了电工与维修电工考核的公平、公正和高效。

(4)控制系统实训屏模块间辅助设施。设计与控制系统实训屏配套的设施是各式不同的机架和模板箱,要求统一标准规格和设计尺寸,以保证与实训屏布局合理、方便、实用。

实训元器件采用导轨和机架固定,开放式安装于屏柜。既便于组装和拆卸,又便于学生识别和测试元件及其参数;一个机架与不同的模板箱搭配可完成不同的实训项目。

每一单元都有各自的输入和输出接口,均采用接线端子排,以便于接线;为规避相互干扰,输入、输出信号与电源均要求分开。这样才能保证控制系统实训屏良好的扩展性,紧跟自控领域的发展需求;实训内容充实且选择灵活,使学生实训的选择更有针对性;开放式设计,便于学生认识、掌握。

三、设计改进后的预期效果

充实和丰富电工工艺实训内容,将基本电工元件(接触器、开关、按钮等)与工控自控模块(PLC控制模块)以及基本电工测量仪表(电压表、电流表等)恰当组合,实现模块化设计,实施单元式组合。学生根据自己的设计,把抽象的图形符号与具体器件有机结合,去控制或操作器件,实现其设计功能。这有助于激发学生的实训和创新热情;有助于他们将电工实训知识、技能融入到以后的工程实践中,使学生真正能够学有所用。

四、结论

基于PLC的电工实训屏的改进设计,为学生构筑了一个有实际意义的开放式电工实训操作平台,构建了一座从基础理论走向工程实践的桥梁,为初次接触工程实践项目的学子使用计算机从事工业自动控制打开了便捷之门。

参考文献:

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[3]周四六.可编程控制器应用基础[M].北京:人民邮电出版社,

2006.

[4]三菱公司.FX2系列可编程序控制器使用手册[K].2001.

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