工业控制技术的发展0001

《工业控制技术的发展0001》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业控制技术的发展0001（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2工业控制技术的发展工业控制技术是一种运用计算机、控制理论、仪器仪表和其它信息技术，对工业 生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降 低消耗、确保安全等目的的综合性技术。可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC，是一种以微处 理器为核心的自动化装置，在工作环境中使用数字操作的电子系统，使用可编程存储 器内部存贮用户设计的指令，用这些指令来实现逻辑运算、顺序操作、定时计时以及 算术运算，并通过数字或模拟I/O来控制各种类型的机械或过程。随着现代科学技术的迅猛发展，工业控制技术也口新月异。到目前为止，工业控 制技术己

2、经历了三次飞跃：第一次是在五、六十年代，从传统的电气传统控制发展到以模拟信号为主的电子 装置和自动化仪表的控制系统，这次飞跃是以微电子技术的进步为基础。第二次则是在七、八十年代，集散型控制系统(DCS)的出现，把分散的、单回路 的测控系统采用计算机进行了统一的管理，用各种IPO功能模块代替了控制室的仪表， 利用计算机高速运算的强大功能，集中实现了回路的调节、工况连锁、参数显示报警、 历史数据存储、工艺流程动态显示等多种功能，在大型控制系统中往往还带有操作指 导和专家系统等软件。DCS对工业控制技术的发展起到了极大的推动作用，这次飞跃 是以计算机技术的飞速发展为基础的。第三次是进入九十年代以后，

3、现场总线(Field bus)技术的兴起和逐渐成熟，使 其成为自动化领域的主导技术。现场总线控制系统FCS是在计算机网络技术飞速发展 的推动下形成的，人们称之为3C ( Computer Communication Control)技术。3烤房控制系统拟定要求(1) 生产效率能够大幅度提高生产效率，有效的替代人力进行重复性负重劳动。(2) 生产安全性整个生产过程安全稳定，降低事故发生率;一旦有误动作发生。(3) 实时监控能力正常生产时全线为全自动，工作人员只需通过操纵计算机即可对整个生产线进行 全面监控。(4) 生产出错处理能力一旦生产出现误动作，主控PC可立即停止生产线运行，并对误动作或出错

4、进行相应定 位，便于出错后使用文本显示器对出错动作进行人工调试。3烤房控制集中系统模块在烤房集中控制系统中，烤房的现场控制是关键，而烤现场控制主要由PLC系统完 成，如何合理而有效地使用PLC技术就成了设计的重点和难点。众所周知，PLC的特点是控制稳定可靠，编程简单，但程序内存和指令资源有限， 不能进行过于复杂的编程;而烤房集中控制工艺参数繁多，各烤房控制复杂，不易相互 协调。所以，PLC编程的易用性和控制上的复杂性就形成了一对矛盾。假如采用常规的PLC统一集中控制方式，需将所有工位的执行机构都集中接到一 台总的PLC上，生产线只需要一台满足输入输出点数的大型PLC即可，但是这样的 控制方式并

5、不合理，不仅仅因为是投资巨大(一台大型PLC的价格远远大于多台小型 PLC的价格的总和)，不利于PLC程序代码编写与调试，而且按照现代控制理论，在 单一的控制系统中配置的控制单元越多，控制越不可靠。因此，为了降低PLC程序代码复杂度和增强控制的可靠性，这条生产线控制系统 采取了集中-分散式控制方式，即每个烤房使用一台PLC,单独对该烤房的所有执行 机构进行控制，同时通过远程主控PC对所有分散的PLC进行统一控制和调度。从结构上，烤房集中控制系统采用的是基于以太网的上/下位机的控制网络结构。 从功能上，可以将整个烤房集中控制系统可分为控制系统硬件模块和软件模块。(1)集中控制系统硬件模块硬件模块

6、包括鼓风机、循环风机、电动窗开启、电气设备、计算机控制设备和监视 设备。(分别介绍鼓风机、循环风机、电动窗开启作用)。电气设备主要包括PLC(扩展机)、传感器、继电器、电源以及连接线路等。计算机控制设备主要包括主控PC、界面PC、动画PC以及交换机。(2)控制系统软件模块软件模块包括PLC程序、主控PC程序、界面PC程序。PLC程序负责执行生产线上执行动作的全过程的数据采集、数据处理、逻辑运算 和顺序控制。主控PC程序负责执行各个烤房的执行动作的命令收发、状态显示、参数存储和参 数提取。界面PC程序负责操作命令的发送和错误状态的显示。4.电气设备电气设备主要包括控制柜内设备、外部设备以及配电柜

7、设备等。4.1控制柜内部设备防爆控制柜位于集中控制室内，主要放置PLC为核心的关键电气控制元件，主要包括: PLC、串口服务器、交流接触器、电源以及连接线路。(1)PLCPLC是控制柜的核心部件，每个烤房的有一台PLC，它连接所有的输入输 出信号线。本系统使用的是三菱系列(写出型号)PLC，它共有*个输入/输出点、 一个外围端口、一个RS-232C端口和一个扩展端口，如图*所示。(画出三菱机型)图 2-6 PLC串口服务器串口服务器是网线与串口线的转换器，它一端通过专用的串口线与PLC的外围端 口连接，另一端通过以太网线与控制室的交换机相连。串口服务器使用的电源为5V 直流电压源。(4)固态继

8、电器固态继电器SSR (Solidstate Relays)是一种无触点通断电子开关，为四端有源器 件。PLC输出信号驱动固态继电器，由固体继电器驱动负载(电磁换向阀、电源接触 器)。(5) 电源电源负责给PLC、串口服务器、电磁阀及传感器供电。2.3.2控制柜外部设备控制柜外部设备包括温度传感器、湿度传感器。(1)温度传感器写出温度传感器性能*(2)湿度传感器 写出湿度传感器性能*2.3.3配电柜设备配电柜设备是控制系统电力供给的枢纽，主要设备包括电源接触器、热过载继电 器、闸刀开关等。(1) 交流电源接触器交流接触器是一种自动化的控制电器，主要用于频繁接通或分断交、直流电路， 具有控制容量

9、大，可远距离操作，配合继电器可以实现定时操作，联锁控制，各种定 量控制和失压及欠压保护，广泛应用于自动控制电路。(2) 热过载继电器热过载继电器是一种基于电热效应的过流保护继电器，用于对交流电源过载保护。2.4计算机控制设备计算机控制设备主要包括主控PC、界面PC、交换机以及UPS。2.4.1 主控 PC主控PC是整个生产线控制系统的大脑，它负责所有的控制命令收发、控制算法 的调度以及实时数据的存储。2.4.2 界面 PC界面PC是生产线控制系统的操作平台，它向操作人员提供用户界面和状态反馈。 2.4.3交换机交换机是控制网络的中心枢纽，它负责所有PC与下位的串口服务器进行连接。 2.6设备间

10、的互连与通讯所有硬件设备的结构连接如图2-8所示。（该图中只画一台主控PC,右边竖框的机械设备改为烤房设备，液压设备方框删除。最 下边房框送料带改为循环鼓风机；液压站改为电动风窗，机械手改为鼓风机并在前面加一台 变频器；中间方框霍尔传感器、光电传感器、压力继电器改为温度、湿度传感器）2.61 PC与PLC的连接PC可以通过TCP/IP以太网连接远程PLC的通信串口，对多个PLC进行控制，如图2-9 所示。串口服务番串口服务器 串口服务番 串口服务器 串口服务器串口服务器图2-9 PC与PC和PLC的连接（只画一台主控PC）PC是通过交换机和串口服务器与下位的PLC进行连接的。串口服务器是一种基

11、于Modbus/TCP通讯协议转换器。它可以将串口设备接入采用Modbus协议的网络，让串口设备支持Modbus/TCP协议支持一个以太网和RS-232C/485 口来连接各种类型的支持Modbus协议的设备。通过Modbus/TCP和Modbus/ASCII/RTU协议转换，PLC可以使用外部端口与PC实现无缝通讯。2.6.3 PLC与固态继电器的连接PLC是通过其输出端与固态继电器直接连接的。PLC输出信号驱动固态继电器， 由固体继电器驱动负载(变频器、接触器)。控制柜内使用两种固态继电器一种是 输入24V的直流固态继电器;另一种是输入24V的交流固态继电器。2.6.4 PLC与文本显示器

12、的连接PLC与文本显示器的通信是基于HOST-Link的通信协议。HOST-Link协议是OMRON 公司定义的一种针对RS232/485的通信协议，用于其他设备与OMRON公司PLC的通信。HOST-Link协议具体细节请见3.2节。2.6.5 PLC与传感器的连接PLC是通过其输入端与各种传感器直接连接的。当传感器(霍尔传感器和光电传 感器)产生电平信号时，直接送到PLC的输入端。3.2主控PC程序设计主控PC是整个控制系统的大脑，它将PLC、界面PC和动画PC连接成一个有机 的整体。3.2.1主控PC程序的思路与结构(1) 主控PC程序的设计思路主控PC程序的设计，是一件庞大而复杂的系统

13、工程，因此如何搭建一个既清晰 合理又功能强大的程序框架是不容易的，因此程序的整体设计是非常关键。按照现代经典程序设计方法，首先必须分析主控PC程序的实际需求，需要实现 哪些功能，且与其他设备之间关系如何;其次将划分程序模块，每个模块独立承担相 应功能。再次，设计并调试程序模块;最后，综合所有程序模块，进行整体性能优化。(2) 主控PC的程序结构对于PLC而言，主控PC是PLC的上位机，它负责向PLC发送控制命令，写入 执行时间参数，并从PLC读取当前工作状态、完成工作状态以及自检时间参数。对于主控PC自身而言，主控PC需要对来自各种状态的数据和命令进行存储、计 算和转发。因此，从整体结构上，主

14、控PC程序主要分为下面几个模块：1) PLC通讯模块2) 数据库模块其中，PLC通讯模块负责主控PC与PLC进行控制命令和数据的相互传输，数据 库模块负责主控PC对内部收发的命令和数据进行存储、计算和转发。3.2.2主控PC程序的开发环境主控PC程序是在Microsoft Windows操作系统下 通过Visual C+ 6.0开发环境， 采用面向对象的程序设计方法实现的。作为面向对象编程语言的代表，Visual C+不仅具有C语言的一切优点之外，也 是Microsoft Visual Studio开发组件中最强大的编程工具。一方面Visual C+是当今最流行的系统级开发语言，另一方面，它能

15、够和Microsoft的操作系统无缝结合， 开发出高效灵活的Windows应用程序。由于主控PC程序主要涉及到网络通讯和数据库的访问而Visual C+拥有强大网 络支持功能和方便的数据库访问功能，因此非常适宜此类程序的开发。下面根据上述部分，详细介绍每个模块程序流程和技术实现方法。323 PLC通讯模块PLC通讯模块中，主控PC主要负责向PLC发送控制命令，写入执行时间参数， 并从PLC读取当前工作状态、完成工作状态以及自检时间参数。(1) 主控PC与PLC的通讯连接主控PC是通过交换机和串口服务器与下位的PLC进行连接的。其中，主控PC 与交换机是通过基于TCP/IP的以太网线直接连接的。由于基于Modbus/TCP协议的 串口服务器可以将以太网接口与RS-232C接口进行转换，因此以太网线就通过串口服 务器与PLC的RS-232C外部端口连接的。因此主控PC可以与PLC实现无缝通讯。(2) 主控PC与PLC的通讯协议多台PLC与主控PC的通讯也是采用HOST-Link协议通信的。HOST-Link协议是OMRON公司定义的一种针对RS232/485的通信协议 用于其 他设备与OMRON公司PLC的通信。通过该协议，PLC可以很方便的接收上位主控 PC的控制命令，并将执行状