PLC应用于空气净化系统设计.doc

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1、装订线目 录摘要 31.硬件选择 41.1 PLC的选择41.2 变频器的选择61.3 触摸屏的选择81.4 单片机的选择82.空气净化系统102.1 通风系统说明102.2 空气净化的结构图102.3 硬件控制方案122.4 自控系统控制图133.硬件之间的通讯15 3.1硬件之间的通讯图153.2 485通讯协议163.2.1设定屏的地址163.2.2读取屏的状态163.2.3写入屏的参数164.PLC的编程17 4.1 PLC的信号输入174.2 PLC编程175.触摸屏的制作235.1 变量的编写235.2 画面的制作246.PLC在空气净化系统中的特点 286.1 PLC在现代工控中

2、的特点286.2 运用485通讯的特点28结束语29参考资料30摘 要空气净化系统主要是运用PLC、单片机、变频器和触摸屏之间的联系，他们之间共同通讯共同完成所要完成的任务。主要涉及到的通讯有485通讯和RS232通讯，单片机和PLC、变频器和触摸屏之间是485通讯，PLC和触摸屏之间就是RS232通讯。这套系统我们所要完成的主要就是触摸屏和PLC的程序编写以及和触摸屏的画面制作。PLC在这套系统中输入和输出的I/O口不是很多，输入主要就是几个模拟量的输入：温度、湿度和压差。所以PLC的外部接线不是很复杂，主要是因为大部分运用的都是在触摸屏里制作的软开关。变频器的主要作用就是改变风机的频率，主

3、要有送风风机的频率和排风风机的频率。单片机的运用主要就是改变工作台的状态以及工作台的送风和排风量大小。ABSTRACTAirpurificationsystemmainlyistousetheconnectionbetweenthePLCandsingle-chipmicrocomputer,frequencyconverterandtouchscreen ,whocommunicatetoeachotherto completethetask.Communicationsmainlyinvolvedarethe485communicationandtheRS232communication,

4、485communicationisusedbetweensingle-chipmicrocomputerandPLC,frequencyconverterandtouchscreen,RS232communicationisbetweenPLCandtouchscreen .ThesystemwehavetomainlycompleteistheprogramoftouchscreenandPLCandthepicturemakingoftouchscreen。TheinputandoutputI/OportsinthePLCarenotalotinthissystem,theinputI/

5、Oportsaremainlyofseveralanalog:temperature,humidityandpressuredifferential .TheexternalconnectionofPLCisnotverycomplicatedbecauseofthemostuseofthesoftswitchinthetouchscreen.Thefrequencyconverteristochangethefrequencyofthefanofthesupplyairandtheexhaustair .Thesingle-chipmicrocomputeristochangethestat

6、eoftheworkbenchanditsvolumeofthesupplyairandexhaustair.1.硬件选择作为公司来说，在硬件选择上要充分考虑到硬件的性能是否你满足系统控制要求以及在以后系统运行的稳定性，其次是考虑的价格，其主要目的就是一最少的钱买到最满意的产品，提高性价比。1.1 PLC的选择LG K120S具备0.1s/步的高速处理速度，最大I/O容量可以达到120点，无需电池从而使用超级电容保存程序数据，内置RS485通讯功能，先进的高速计数功能和PID功能。图1-1LG K120S 参数说明，如表1-1表1-1项目K120S程序控制方法存储的主程序，时间驱动中断，过程驱

7、动中断循环执行I/O 控制方法由程序命令直接，间接执行指令数目基本30应用277269处理速度0.1 微秒/步程序容量10k 步2k 步P (I/O 继电器)P0000P063F1024 点M (辅助继电器)M0000 M191F (3,072 点)K (保护继电器)K0000 K031F (512 点)L (连接继电器)L0000 L063F (1,024 点)F (特殊继电器)F0000 F063F (1,024 点)T (计时器继电器)100ms (T000 T191 : 192 点), 10ms (T192 T255 : 64 点)100ms 和10ms 计时器的范围可由参数的设定而变

8、化C (计数器继电器)C000 C255 (256 点)S (步进控制器)S00.00 S99.99 (100100 步)D (数据寄存器)D0000 D4999 (5,000 字)整数范围1.有符号指令16 位: - 32768 3276732 位: - 2147483648 21474836472.无符号指令16 位: 00000 6553532 位: 00000000 4295967295定时器类型延时开通, 延时关断, 累计, 单稳态，可再触发 (5 种)计数器类型上升,下降,上升-下降, 循环计数器(4 种)编程语言语句表, 梯形图特殊功能实时时钟, RUN 模式编辑, 强制I/O

9、控制 1.2变频器的选择三菱FR-D700三菱FR-D700的优点E系列变频器价格经济，性能强，故障少，使用寿命长，状态稳定，能满足公司对变频器的要求，该产品可靠和实用。图1-2产品简介体积小，功能齐全，经济性高1. 功率范围：0.47.5KW2. 通用磁通矢量控制，1Hz时150%转矩输出3. 采用长寿命元器件4. 内置Modbus-RTU协议5. 内置制动晶体管6. 扩充PID，三角波功能7. 带安全停止功能 FR-D700技术规格1、变频器操作面板如图1-3 设定用旋钮运行状态指示区 监视器 图1-32、操作面板单位表示及运行状态表示见下表1-2表1-2指示灯显示说明备 注RUN显示运行

10、时点亮/闪烁亮灯：正在运行中慢闪烁（1.4秒循环）：反转运行中快闪烁（0.2秒循环）：非运行中MON显示监视器显示监视模式时亮灯PRM显示参数设定模式显示参数设置模式时亮灯PU显示PU操作模式时亮灯计算机连接运行模式时，为慢闪烁EXT显示外部操作模式时亮灯计算机连接运行模式时，为慢闪烁NET显示网络运行模式时亮灯监视用LED显示显示频率、参数序号等1.3触摸屏的选择昆仑动态图1-4人机界面八大优势：优势一：结构简单；优势二：稳定可靠；优势三：三版合一；优势四：驱动众多；优势五：动画流畅；优势六：曲线丰富；优势七：报表丰富；优势八：接口开放人机界面八大超越：【1】超前的技术优势超强的动画功能超大

11、的存贮容量超多的通讯接口超酷的视觉效果超高的可靠性能超低的功率损耗赶快的运行速度1.4单片机的选择STC89C52图1-5STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，M

12、AX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 2.空气净化系统2.1 通风系统说明送风和排风都可以设置为手动设置频率和自动设定。送风有自动控制和手动控制两种方式。手动控制时，手动设定变频器运行频率。自动控制时，

13、变频器频率根据室内压差的实际值和设定值，自动改变频率大小，使得室内压差在设定值上下浮动。手动模式时可在按钮下方的输入框内设定排风频率大小，自动模式时风机根据工作台排风设置大小自动调整频率，此时手动输入无效。2.2 空气净化的结构图2-1 2.3 硬件控制方案以超级化学实验室和超级实验台的送风排风为例，所有的送风排风等能通过触摸屏来改变状态。超级试验台也可以通过面板操作来改变送排风的大小。触摸屏操作画面如图2-2图2-3图2-2图2-3面板操作画面，实质是单片机的按钮。这个操作面板是贴在超净台上面，以便在超净台做实验改变送风和排风的大小，以达到所要的净化效果，这些按钮分别控制这一个继电器，通过继

14、电器来改变灯、送风、排风的状态图2-42.4自动系统控制手动送风自动送风输入频率自动变频压差设定实验室空气排风启动自动排风手动排风输入频率自动变频工作台的排风回风工作台送风触摸屏和单片机设定工作台排风送风启动实验室送风图2-53.硬件之间的通讯PLC、触摸屏、变频器和单片机之间都是有通讯的，主要就是485通讯和RS232通讯。最最主要的就是485通讯，我们要在PLC编程中要编写485通讯，还要了解工作台的485通讯每个字节所代表的含义，主要就工作台状态的读取、写入。3.1硬件之间的通讯图 485通讯485通讯RS232 图3-1触摸屏和PLC之间是RS232通讯PLC和单片机之间是485通讯变

15、频器和触摸屏是485通讯3.2富伟通信协议（485）3.2.1设定屏的地址发送和接收都是9个字节第0字节12345678FB0152030000001003第0字节：FB设定显示屏的地址由01变成03第1字节：设备的原先地址第2字节：地址更改标志位第3字节：目标地址第4,5,6字节：保留,或任意字符第7字节：为第1,2,3,4,5,6字节异或再与0x40异或例子：发送：FA 01 52 03 00 00 00 16 03返回：FA 01 52 03 00 00 00 16 033.2.2读取屏的状态发送和接收都是9个字节第0字节12345678FB0155000000001403第0字节，起始

16、字：FB第1字节，地址字：该模块的地址；第2字节，标志字：0x55第3,4,5,6字节 ：保留,或任意字符第7字节：校验：第1,2,3,4,5,6字节的异或之后再异或0x40得到的结果第8字节，结束字：03发送：FB 01 55 00 00 00 00 14 03返回：FB 01 55 00 00 00 00（现有状态） 14 033.2.3写入屏的参数发送和接收都是9个字节第0字节12345678FB0153020301302503第0字节，起始字：FB第1字节，地址字：该模块的地址；第2字节，标志字 ：53第3字节，送风 ：02第4字节，排风 ：03第5字节，灯开关：01说明：=0x01的

17、时候灯灭，=0x00的时候灯亮第6字节，：保留第7字节：校验：第1,2,3,4,5,6字节的异或之后再异或0x40得到的结果第8字节，结束字：034.PLC的编程PLC编程里主要包括开关量、模拟量、数值型。编程中主要是运用的数值型来编程，开关量就只有一些开关和自动手动转换开关。4.1 PLC的信号输入表4-1DIAI超净化学送风变频器故障化学间温度超净化学排风变频器故障化学间湿度超净化学送风启动化学间压差送排风启动自动手动转换开关送风启动自动手动转换开关初效报警中效报警前效报警4.2 PLC编程模拟量输入F0010是特殊继电器，是处于常闭状态，这段程序主要是为了在触摸屏上显示室内的温度湿度和压

18、差。A/D和D/A转换模块如图4-1图4-1仪器间送风自动送风工作台485通讯工作台状态接受（以一个工作台为例，有2个工作台只要改为 = D0061 0002 ）分别接受工作台的送风排风和灯的开关。工作台的读取修改一号工作台的参数当工作台输入数据和当前数据不一样是，线圈P0150就闭合，进行数据的修改一号工作台参数修改完成检验修改完后的数据和输入的数据是否一样。5.触摸屏制作 触摸屏主要就是程序变量的编写和画面的制作，变量通道的编写要和PLC程序里面的变量要对应，而且要标明通道类型。画面的制作主要是人机画面，然后在分配变量。5.1 变量的编写表5-1链接变量通道名称对象类型化学间送风启动P00

19、10位00开关量超净化学排风启动P0010位02开关量超净化学排风自手动切换P0010位03开关量超净间化学送风变频器故障P0020位06开关量超净化学间排风变频器故障P0020位08开关量化学间温度D-WB0003数值型化学间湿度D-WB0004数值型化学间压差D-WB0005数值型化学间送风频率设定D-WB0015数值型工作台送风显示1D-WB0100数值型工作台排风显示1D-WB0101数值型工作台灯显示1D-WB0102数值型化学间压差设定D-WB0017数值型化学间初效报警P0000位03开关量化学间中效报警P0000位04开关量化学间前效报警P0000位05开关量化学间初效复位M0

20、006位03开关量化学间中效复位M0006位04开关量化学间前效复位M0006位05开关量所有通道名称都要和PLC程序里面的变量名一一对应。5.2触摸屏的画面制作图5-1以送风画面为例图5-2送分启动停止按钮 把“化学间送风启动”（P0010位00）表达式置1时设为启动图5-3 把“化学间送风启动”（P0010位00）表达式清0时设为停止图5-4手动输入送风频率图5-5温度、湿度和压差的显示以及压差的手动设定图5-6要求显示的数据也需要链接到已经编号的变量图5-76.PLC在空气净化系统中的特点6.1 PLC在现代工控中的特点PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于

21、各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。【2】PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。【3】6.2 运用485通讯的特点PLC和变频器上的RS485通讯接口，采用PLC编程通信控制。优点

22、：可以无级变速，速度变换平滑，速度控制精确，适应能力好。缺点：抗干扰差，响应有延时。 3.通过PLC加数模（DA）转换模块，将PLC数字信号转换成电压（或电流视变频器设置而定）信号，输入到变频器的模拟量控制端子，控制变频器工作。优点：无级调速。缺点：调速精度低，不直观；数模转换模块较贵。【4】结束语利用PLC作为控制，可方便地在程序中设置各种保护环节，控制顺序等，控制过程中的诸多延时时间也可以方便地进行调整。整个PLC控制系统性能稳定，运行可靠。其通讯口的功能强大。利用触摸屏作为人机画面，使产品变的美观，操作方便。本次论文是在指导老师樊海霞的指导下完成的，帮助我发现论文的不足和需要修改的地方。在此，特别感谢樊海霞老师的指导和其他电气系老师同学的帮助。参考文献【1】李方圆 触摸屏工程应用 电子工业出版社2008：2-10【2】赵金荣 叶真编可编程序控制器原理及应用 上海应用技术学院2003：2-5【3】王兆义主编 可编程序控制器教程 机械工业出版社：10-20【4】钟肇新 彭侃编可编程序控制器原理及应用 华南理工大学出版社2001：5-15