基于PLC的电解铝生产过程中氧化铝粉输送的自动控制系统.doc

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1、北华大学毕业设计（论文） 摘要PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编

2、程控器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。本论文中论述的一个以可编程序控制器(PLC)为自动控制设备的核心，设计出一个电解铝生产过程中氧化铝粉输送的自动控制系统。电解铝厂生产过程的控制系统，主要由氧化铝输送及电解槽的控制两大部分组成。而氧化铝的输送自动控制系统一般包括由卸料库到料仓的输送，再从料仓到压力罐的输送，最后由压力罐到电解槽的输送这三大部分。氧化铝物料输送是一个极为重要的环节，尤其目前趋向于大型预焙槽发展，随着生产规模的不断扩大，氧化铝的物料输送技术及环节控制将直接影响铝电解生产的稳定和氧化铝单耗。目前氧化铝物料输送技术主要有稀相输送、浓相输送

3、和超浓相输送三大技术类型。20世纪60年代发展起来的浓相输送技术，能够较好地满足这方面的要求，浓相输送技术是由压力罐系统、浓相管和PLC自动控制设备等组成。它的工作原理是：物料进入压力罐中后经压缩空气加压呈沸腾状态，并维持这一状态，确保物料进入特制的浓相管中就被压缩空气分割成一段一段的料栓向前流动，实现物料的输送。关键词：可编程序逻辑控制器；浓相输送；压力罐系统关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。如有可能，应尽量用汉语主题词表等词表提供的规范词。不用此信息时，删除此框。AbstractEnglish full name of the PLC Pro

4、grammable Logic Controller, Programmable Logic Controller full name in Chinese is the traditional basis of the order of the controller into the microelectronics, computer technology, automatic control technology and communication technology and the formation of a new generation of industrial control

5、 devices, aim is to replace the relay, the implementation of logic in mind, the counting sequence control functions, flexible program-controlled system. International Electrotechnical Commission (IEC) issued the provisions of the PLC: Programmable Logic Controller is a digital computing operation of

6、 electronic systems for the industrial environment applications. It uses programmable memory, used in its internal storage implementation of the logical, sequential control, timing, counting and arithmetic instructions such as operation and, through digital, analog input and output, the control of v

7、arious types machinery or production processes.Discussed in this paper a programmable logic controller (PLC) automatic control equipment for the core of the design process of an aluminum production of alumina powder delivery of automatic control systems. Aluminum factory production process control s

8、ystem, mainly by the alumina carrier and the control of two major components electrolyzer. The automatic control system for the delivery of alumina generally include delivery of silo discharge database to further pressure from the hopper to transport cans, and finally from the pressure tank to the d

9、elivery of these three most of the electrolytic cell. dense phase conveying and dense phase conveying three super type of technology. 60 years of the 20th century developed the dense phase conveying technology, to better meet these requirements, dense phase conveying technology is by the pressure po

10、t system, dense phase control and PLC control equipment component. Its working principle is: after the material into the pressure pot was boiling by the compressed air pressure, and maintain this state, to ensure that material into a special tube in the dense phase was divided into a section of the

11、compressed air feed forward movement of bolt to achieve the delivery of materiaKey Words：Programmable Logic Controller; Thick Transports; Head Tank System- 2 -目录摘要1Abstract2引言11 课题背景21.1 概论21.2 课题的意义32 PLC控制系统概述32.1 PLC32.1.1 PLC的定义32.1.2 PLC的工作原理32.1.3 PLC的构成42.2 典型的PLC产品53 系统设计53.1 工艺过程及控制方案53.1.1

12、 工艺过程53.1.2 控制方案73.2 PLC的选型93.2.1 美国A-B公司 SLC 500概述93.2.2 SLC500的性能介绍103.2.3 控制功能的选择113.2.4 系统参数的估算123.2.5 机型的选择123.2.6 系统的硬件组成153.2.7 AB的PLC的CPU双冗余设计183.2.8 控制电路193.2.9 控制面板223.2.10 PLC的I/O电路及外部接线223.2.11 控制系统接触器控制回路243.3 技术指标253.4 软件设计293.4.1 PLC编程语言的选择293.4.2 A-B可编程控制器系统软件303.4.3 控制系统的程序框图313.4.4

13、 控制系统的流程图333.4.5 手动操作程序以及指导书384 PLC应用系统的调试及维护394.1 系统调试与检查394.1.1 调试方法与步骤394.1.2 故障检查394.1.3 PLC的维护45结论46参 考 文 献47附录A手动操作程序以及指导书48附录B梯形图控制程序框图51致谢52北华大学毕业设计（论文）引言PLC已经广泛应用于钢铁、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，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关

14、系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。PLC在功能上比记录仪强上很多，但是在简单的控制和记录上面，可能记录仪显得的简单和经济实惠型，而且PLC又需要编程，需要电脑或者触摸屏等等。但是记录仪作为一个成品，稳定性显得的比较的好。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点

15、。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。因此PLC控制系统在电解铝行业中的应用也更是如此。近年由于大中型预焙新型槽结构的采用，这就要求开发新的控制系统和设备与之适应。经过工业应用表明，以PLC为主要控制器的该系统可靠性能高、控制功能全，便于维护，完全满足铝电解控制要求，具有较高的推广价值。目前铝电解自动控制系统的研究工作以达到了一个相对成熟阶段，从早期的槽电压或槽表观电阻的恒区域调节、定时下料控制，到引进日本160KA的自适应控制技术，以及国际国内的氧化铝浓度模糊控制等等，都在控制理论及实际应用中取得了比较满意的效果。而在硬件方面一直沿用自制工控机或单片机

16、作为主控制器构成控制系统。这样的控制系统，虽然价格便宜，但是可靠性不高，往往出现“死机”、误动作等现象。为了解决此类以及更多的问题，我们采用PLC作为主控制器。这种新型铝电解智能控制系统，使软件、硬件达到了完美组合。1 课题背景1.1 概论随着国内电解铝生产规模的急剧扩张，对氧化铝原料的需求大幅度增长。由于国内氧化铝生产发展的速度跟不上电解铝生产发展的速度，所以对国外原料的依赖程度不断增加。专家预测到2005年中国电解铝生产能力将达到650万吨，国内市场对氧化铝的需求量在1300万吨以上。氧化铝是电解铝生产的基本原料。铝电解是一个电解槽数量多、高能耗、高粉尘、强磁场、环境恶劣、劳动强度大的生产

17、过程。本课题主要研究的是电解铝生产过程的氧化铝粉的输送控制系统。发展工业自动化是提高企业整体素质最有效的途径之一。从整体上看，我国传统产业在技术装备、能源和原料消耗、产品质量和管理水平等方面，与发达国家相比仍存在着很大差距，尤其是技术装备水平与发达国家的差距有扩大的趋势。在这样严峻的形势下，大范围设备更新，国力承受不了:维持设各的现状，拼设备生产，后果不堪设想，唯有应用电子技术改造传统产业，把电子技术与传统产业技术结合起来，才是提高企业素质、提高整体效益的最现实、最有效的途径。我国铝厂综合自动化技术的发展比国外晚，八十年代以前，国内铝电解槽生产过程主要以人工操作和经验管理为主，劳动强度大，生产

18、条件差，工作环境恶劣。后来采用引进日本七十年代的自动控制技术即集中控制、集中管理的方式，此控制技术的控制周期长，实时性不强，系统故障率高，劳动生产效率低。随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器Programmable Logic Controller（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在，仍常常将PLC简称PC。随着工业技术的发展，在全球工业计算机控制领域，围绕开放与再开放过程控制系统、开放式

19、过程控制软件、开放性数据通信协议，已经发生巨大变革，几乎到处都有PLC。长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它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，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。由于采用PLC生产过程控制技术，生产的自动化程度大大提高，从而提高了工作效率，节约了产品成本，经济效益显著。可见PLC控制系统在电解铝行业中将会长期占据主要控制

20、系统地位。1.2 课题的意义传统产业的改造提升对一个国家来说，具有重要的战略意义。特别是我国加入WTO后，传统产业的改造提升直接关系到我国产业国际竟争力和现代化进程。大力发展工业自动化是加快传统产业改造提升的有效途径。我国铝厂综合自动化技术的发展比国外晚。面对激烈市场竞争所带来的局面，企业只有紧紧把握市场运行的脉搏，充分结合自身的特点，面向世界经济的大潮，不断融入新技术、新方法，推陈出新。同时，随着PLC供应商的不断努力，并进一步在制造和控制技术方面实现新的突破，所推出的新一代PLC将能够更加满足各种工业自动化控制应用的需要。我们要抓住这个科技发展、世界和平的有利时期，积极发展我国的工业(包括

21、本课题涉及到的控制领域)，把PLC控制系统技术真正的灵活应用到我国的各行各业中去。2 PLC控制系统概述2.1 PLC 2.1.1 PLC的定义可编程控制器，英文称Programmable Logic Controller，简称PLC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于

22、扩充其功能的原则设计。2.1.2 PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为二个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新二个阶段。完成上述二个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述二个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，

23、该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。2.1.3 PLC的构成PLC的硬件组成与微型计算机相似，其主机由CPU板、存储器、输入/输出（I/O）模块、电源等几大部分组成；可配备如编程器、图形显示器、通信接口等外部设备

24、。从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。组成机构简图如下图2-1所示：图2-1 PLC的硬件组成2.2 典型的PLC产品1、 国外施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum等；罗克韦尔（A-B公司），SLC、MicroLogix、Control Logix等；西门子公司， SIMATIC S7-400/300/200系列；GE公司日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。2、 国内PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产

25、。3 系统设计3.1 工艺过程及控制方案3.1.1 工艺过程氧化铝粉的输送工艺流程主要分为三大模块：一是卸库到2000T上层缓冲料仓的输送；二是上层2000T缓冲料仓到下层2000T料仓的输送，这一部分包括上层2000T缓冲料仓氧化铝的除尘系统；三是压力罐的进料与打料的输送过程。当除尘系统启动后，开始启动离心风机和罗茨风机，同时卸库开始向溜槽卸氧化铝粉料，溜槽中的氧化铝粉在离心风机提供的风力下进入空气提升机。当空气提升机的氧化铝粉到达规定料位时，开始启动空气提升机的提升，将提升机的氧化铝粉送入2000T上层缓冲料仓。上层缓冲料仓的氧化铝粉到达高料位时停止提升机的输送过程，同时停止相应的罗茨风机

26、和离心风机等控制设备，待上层缓冲料仓的料位下降到低料位时再继续启动提升机的输料过程。除尘系统在提升机停止后，开始启动除尘器的排灰风机，向2000T上层缓冲料仓排出收集的氧化铝粉。同时启动2000T上层缓冲料仓向2000T下层料仓的打料过程，待2000T下层料仓的氧化铝粉到达高料位时停止。向料仓打料的整个工艺过程如下图3-1所示：除尘器启动离心风机关闭罗茨风机启动离心风机启动罗茨风机关闭除尘器关闭图3-1 向料仓打料工艺过程2000T下层料仓的氧化铝粉到达高料位时开始启动向压力罐的打料过程。在这一过程中要先选择要使用的哪一个压力罐，本课题设计选用四个压力罐（以压力罐PV4为例），生产过程中需要使

27、用和控制的设备详细情况见预焙槽氧化铝输送原理图图纸。然后检测阀9、阀36以及阀11是否关到位和离心风机的出口阀N4、N2以及阀101是否开到位。再打开阀30，当压力罐的压力满足规定的压力时关闭阀30，打开阀36和阀11，现在方可进行压力罐的打料。启动震动筛的电机使震动筛震动，打开2000T下层料仓下的阀门，氧化铝粉在离心风机提供的风力作用下和震动筛震动作用下进入压力罐。在压力罐中的氧化铝粉到达高料位时停止向压力罐的打料。关闭2000T下层仓的出料阀门，停止震动筛电机和离心风机，关闭阀36和阀11，待压力罐的料位下降到低料位时再继续启动以上向压力罐的打料过程。当电解槽有需要打料信号时，开始启动压

28、力罐向电解槽的打料过程。先检测压缩空气的压力和阀门V7、阀门V8是否开到位，在达到要求时然后打开阀9、阀23、阀24以及阀25。此处在同时使用其它几个压力罐向电解槽打料或者某个压力罐出现故障的时候可以打开阀V9或阀V1以及该路的通向电解槽的阀门进行协调，以便设备的维修和打料的连续性及供料量需求。压力罐打料的整个工艺过程如下图3-2所示：运行压力罐程序高料位信号到，开/关阀门打料结束选择X#压力罐检测阀开/关是否到位图3-2 压力罐打料工艺过程其它三个压力罐的打料过程类似，具体工艺过程详见氧化铝输送工艺流程图图纸和氧化铝输送操作程序以及输送控制程序图纸。3.1.2 控制方案氧化铝粉输送是电解铝生

29、产过程中原料供应的一个重要环节，该系统采用先进的可编程控制器(PLC)进行控制，这样不仅可以提高系统运行的可靠性和灵活性，而且还可以增强系统的抗干扰能力，降低设备的故障率，实现整个系统全过程自动检测和控制，具有操作简便，运行可靠，维护方便，清洁环保生产等特点。系统中的各电气设备按照工艺流程的要求，自动逆向顺序启动和正向延时顺序停车，以防系统中的设备发生堵料；控制系统中的各电气设备具有联锁和容错控制；当系统发生设备故障时，具有自动报警功能，事故设备之前的所有设备应立即停止运行，事故设备之后的运行设备延时顺序停止运行；系统可以进行自动和手动切换控制，自动控制用于正常生产状态，并且可以对常见的故障自

30、动进行处理，手动控制用以满足非常情况下的生产要求，以及日常维护等；对于系统中大容量电机启动时采取错开启动时间的措施，避免因启动电流超负荷对供电电网电压的影响；控制系统具有多种选择功能，实现对各种电气设备运行状态的实时监控。该系统选用四个压力罐，在正常情况下要能达到可以启动任意一个或几个压力罐进行打料，当电解槽需料多时，可以启动所有的压力罐进行打料。当某一个压力罐出现故障时，控制各管道上的阀门，可以关闭出故障的压力罐，而其它压力罐可以不受影响的继续打料。 氧化铝粉输送的控制系统分三阶段：第一阶段是卸库到2000T上层缓冲料仓的氧化铝粉输送：卸库内上料后，氧化铝气动溜槽输送氧化铝到2000T上层仓

31、的空气提升机使用的气源采用MJ250C型罗茨风机提供，空气提升机装置由一个电磁阀和罗茨风机连锁控制。第一阶段(加料过程)的测控电路如下图3-3所示：图3-3 加料系统测控电路第二阶段是2000T上层缓冲料仓到2000T下层料仓的输送；第三阶段是压力罐的浓相输送过程：压力罐的进出料和浓相输送的气源采用空气压缩站提供的压缩空气，每个罐采用6个电控气动阀控制罐体的进料，出料和输送。上层仓到下层仓输送系统测控电路如下图所示：图3-4 2000T上层仓到下层仓输送系统测控电路浓相输送技术是由压力罐系统、浓相管和PLC自动控制设备等组成，它的工作原理是：物料进入压力罐中后经压缩空气加压呈沸腾状态，并维持这

32、一状态，确保物料进入特制的浓相管中被压缩空气分割成一段一段的料栓向前流动，实现物料的输送。浓相输送系统操作设有现场就地手动控制箱和控制室控制台及模拟显示屏。物料进入浓相输送过程中，PLC控制系统通过对压力罐系统的各个阀门和压力变送器进行检测而实现监视和控制，从而达到自动输送物料。3.2 PLC的选型根据前一节中的工艺过程和控制方案，下面进行PLC工程设计选型。工艺过程的特点和控制要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型。所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与

33、装置规模和控制要求相适应。根据下面的介绍，本控制系统的PLC选用美国A-B公司的SLC500。3.2.1 美国A-B公司SLC500概述作为工业自动化行业中最值得信赖的品牌，罗克韦尔自动化公司所属的A-B从1903年诞生以来已经赢得了广泛的国际声誉。这一声誉的建立非常简单，就是始终坚持向用户提供高品质、高可靠的产品。SLC 500TM系列可编程控制器就是其中一个最恰当的例子。这些小巧的控制器体现了我们对于产品在稳定可靠、技术创新和性能卓越等各方面，按照最高标准进行设计和制造的承诺。并且，您可以注意到SLC平台上不断增强的功能和模块，将为您的应用带来更多的好处。3.2.2 SLC500的性能介绍

34、SLC500系列为存储器、I/O容量、指令组和通信接口提供多种选择，使您组成控制系统以满足其严格的应用要求。这些产品有强大的可靠性历史记录，它们覆盖了几十万个各式各样的应用场合。SLC500处理器提供20、30或40个固定的数字I/O。通过增加一个扩展机架，您能够增加2个I/O模块，使附加I/O最多达到64个。 SLC5/01处理器能让您组成模块化控制器，其I/O为4个到256个、指令存储器为1K或4K。SLC5/02处理器能让您组成模块化控制器，正常情况下，其I/O数高达256个输入和256个输出、指令存储器容量为4K。当您选择一个扫描器模块，并将其插入30个模块插槽之中的一个槽内，您便能将

35、通用的远程I/O或设备网(DeviceNet)I/O加入您的系统。它们提供19条附加指令，包括PID、可选定时中断和起动对等通信的信息指令。SLC5/03处理器能让您组成模块化控制器，其I/O数高达1024个输入和1024个输出、存储器容量为8K或16K。除具有SLC5/02的性能以外，它们有第二个内置式RS-232-C通信口，它能够组态成ASCII或DF1协议，同时可通过1761-NET-AIC转换器对DH-485网络进行信息存取。SLC5/03处理器提供执行时间为0.44 ms的位指令，同时整个系统的信息吞吐时间比与之竞争的处理器快10倍。附加功能包括浮点数学运算、在线编程与运行期编辑、改

36、进型闪速存储器、内置式键开关、内置式实时时钟和日历。SLC5/04处理器能让您组成模块化控制器，其I/O数高达4096个输入和4096个输出、存储器容量为16K、32K和64K字之一。它们具有SLC5/03的全部性能，以及一个更快的通信口和更短的执行时间。SLC5/04有一个取代DH-485口的内装式DH+通信口，它能实现与其它的SLC5/04和PLC处理器、操作员界面和编程终端的通信。DH+网络的通信速度比DH-485网络快3倍。SLC5/04处理器提供位指令的执行时间为0.37ms。简单和价格适中的功能强大的处理器，建议应用于材料处理、HVAC控制、组装生产、小型过程控制和监控和数据采集远

37、程终端(SCADA RUT)应用。基于PLC-5中型处理器的高级指令集。多品种的数字和模拟I/O模块，包括智能I/O模块和第三供货商提供的I/O模块。每个SLC500或SLC5/01处理器有一个DH-485口，供编程和从其它节点起动处理器之间的通信之用。SLC5/02、SLC5/03、SLC5/04和SLC5/05处理器有能够起动通信的通信口(Ethernet、DH+、DH-485或RS-232-C)。增加带1747-SN扫描器模块的通用远程I/O。增加带1747-BSN扫描器模块的通用远程I/O。提供CPU热备能力。增加带1747-SDN扫描器模块的设备网(DeviceNet)I/O。增加带

38、1747-CSN扫描器模块的控制网(ControlNet)I/O。增加带1747-BAS模块的BASIC或C语言编程能力。3.2.3 控制功能的选择该选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。（一）运算功能简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能

39、。本系统中的定时器(计时器)选用0.1精度的定时器，计数器(CNT)选用普通的减1计数器。（二）控制功能控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算、顺序控制等，根据控制要求，本系统控制功能是选用顺序控制。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制（在本设计中没有模拟量输出，只有料位、压力的模拟量输入）。（三）通信功能大中型PLC系统应支持多种现场总线和标准通信协议（如TCP/IP），需要时应能与工厂管理网（TCP/IP）相连接。通信协议应符合ISO/IEEE通信标准，PLC系统的通信接口应包括串行和并行通信接口（RS2232C/422

40、A/423/485）、RIO通信口、工业以太网、常用DCS接口等；大中型PLC通信总线（含接口设备和电缆）应1：1冗余配置，通信总线应符合国际标准，通信距离应满足装置实际要求。根据这些标准和实际情况，本系统中的通信总线选用DH netlinl。（四）编程功能PLC的编程有离线编程和在线编程两种。离线编程方式：PLC和编程器公用一个CPU，编程器在编程模式时，CPU只为编程器提供服务，不对现场设备进行控制。在线编程方式：CPU和编程器有各自的CPU，主机CPU负责现场控制，并在一个扫描周期内与编程器进行数据交换，编程器把在线编制的程序或数据发送到主机，下一扫描周期，主机就根据新收到的程序运行。本

41、设计根据实际情况选用离线编程方式。在电脑上通过编程软件进行离线编程，并通过编译，检查有无语法错误。3.2.4 系统参数的估算输入输出I/O点数的估算:I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。本系统根据实际控制要求和系统特点估算I/O点数为250点。存储器容量的估算：存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟

42、I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。根据本系统特点，选用EEPROM-NA存储器一个，存储容量26000字。3.2.5 机型的选择920R作温度PID调节控制最佳，CPU921S作逻辑控制最佳，CPU920作统计管理控制最佳。PLC还具根据系统的工艺过程和控制方案，可编程控制器采用美国AB公司SLC-500系列模块式控制器。SLC-500系列是一个不断充实的小型可编程控制器系列。该系列有两种硬件结构：固定式控制器与模块式控制器。固定式将电源、输入与输出以该处理器集中在一个单元。而模块式控制器使用户在组态系统时具有额外的灵活性，它具有更强的

43、处理能力，以及I/O容量。使得用户能够按应用的需要专门地设计和建立控制系统。但这两种硬件结构的编程工具和大多数的I/O模块都是兼容的，因此在设计时根据具体系统情况考虑低成本和系统的需要选择什么样的模块式控制器，SLC-500系列除了组态灵活之外，SLC-500可编程控制器之间还可以通过内置的DH-485网络进行通讯，以进行编程和监控。选择可编程控制器作为现场控制核心设备。PLC硬件应用的要求：要应用好PLC，防止产生不应有的损坏，其硬件必须符合和满足如下应用的要求：(1)物理环境： 使用环境温度：060，最好40，在PLC安装处，要安装一个通风排气扇散热；使用环境湿度：一般在35 %85%以下

44、并无凝结现象；防止空气中含有金属粉尘或腐蚀性气体以及太阳紫外线直射，将控制柜进行封闭；避免PLC主机直接受到震动或撞击，远离震动、冲击源。(2)电气环境：抗噪音措施：采取屏蔽电缆线、屏蔽层和远离带噪音的电磁开关等；防电磁波干扰：采取可靠接地和封闭方法。在进行PLC的设计选型时，必须对应用对象的工作过程进行深入调查和分析，根据实际应用中提出来的具体要求，确定整个系统要完成的任务。为要完成这些任务，PLC必须具备哪些功能，需要多少输入输出通道，使用什么样的外围设备等。如在结构上，从输入/输出（I/O）点数上分为3种：小型PLC , I/O点数在256点以下;中型PLC,I/O点数在2561024点

45、范围内;大型PLC,I/O点数在1024以上。在实际选型上，还要结合工程上的应用，如开关量控制，无须考虑对其速度控制，而模拟量控制则要考虑其逻辑运算执行时间，同一机型，CPU板不同，逻辑运算执行时间也不同，如德国西门子SIMATIC S7-200型，CPU为214216是0.8us/指令，CPU为212是1.2us/指令。此外，CPU板不同，控制功能也不同，如德国西门子SS-135U型，CPU920R作温度PID调节控制最佳，CPU921S作逻辑控制最佳，CPU920作统计管理控制最佳。PLC还具有人机对话，高速数据处理、远程控制，通讯联网等功能。在进行PLC的设计选型时，必须对应用对象的工作

46、过程进行深入调查和分析，根据实际应用中提出来的具体要求，确定整个系统要完成的任务。为要完成这些任务，PLC必须具备哪些功能，需要多少输入输出通道，使用什么样的外围设备等。如在结构上，从输入/输出（I/O）点数上分为3种:小型PLC , I/O点数在256点以下;中型PLC,I/O点数在2561024点范围内;大型PLC,I/O点数在1024以上。在实际选型上，还要结合工程上的应用，如开关量控制，无须考虑对其速度控制，而模拟量控制则要考虑其逻辑运算执行时间，同一机型，CPU板不同，逻辑运算执行时间也不同，如德国西门子SIMATIC S7-200型，CPU为214216是0.8us/指令，CPU为

47、212是1.2us/指令。此外，CPU板不同，控制功能也不同，如德国西门子SS-135U型，CPU有人机对话，高速数据处理、远程控制，通讯联网等功能。在本系统中的PLC的CPU选用1747-L532一个, 12k字及4k附加的数据存贮，功耗是5Vdc0.500,24Vdc0.175。机架选用具有13槽的基本单元和13槽的扩展单元一个。数字量输入（DI）与数字量输出（DO）模块选用16点的（220VAC电压）输入/输出模块。模拟量输入（AI）模块选用4通道（标准电压）的输入模块。（一）PLC的类型PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4

48、位、8位、16位、32位、64位等。根据前面对美国A-B公司的SLC500特点的和实际情况，按控制功能和输入输出点数，本系统选用美国A-B公司的SLC500类型的PLC。（二）输入输出模块的选择输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。对输入模块，考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等。根据应用要求选用输入输出模块，以便提高控制水平和降低应用成本。考虑是否需要扩展机架或远程I/O机架等。因此本系统中的输入模块选用1746-IN16，输出模块选用1746-OW16(RTB)。（三）电源的选择一般PLC的供电电源应设计选用220VAC电源，与国内电网电压一致。重要的应用场合，应采