基于PLC和变频器的太阳能热水器控制系统设计

摘要

本课题研究了可编程控制器（PLC）与变频器在太阳能热水器控制器中的应用。并详细介绍了太阳能热水器的工作原理、工作过程、系统要求，重点研究了系统要求中的光辐射探测及循环水泵的控制、水位控制、压力控制、加热控制、防冻控制等。指出了系统的硬件构成及系统软件的设计过程。

课题通过选用s7-200型号PLC控制器，通过光辐射探测器检测光照强度来确定循环泵的启动与否，利用温度传感器检测集热器的温度来实现防冻控制，利用水位传感器检测热水箱中的水位高低实现水位控制，利用压力传感器检测管网末端压力值并通过变频器控制水泵运行来实现压力控制，温度传感器检测管网末端的温度从而控制锅炉的启停来实现了加热控制。同时运用了CPU224及两个EM235完成了对系统的控制，并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。

通过用PLC对太阳能的改造，已经基本实现了系统控制的各个要求，大大减少了系统对其它元器件的使用，从而使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性，大大减少了制造成本，可以使更多的用户使用太阳能热水器。

关键词:PLC；太阳能；变频器；热水器；自动控制系统

Abstract

This subject research of the programmable controller (PLC) and frequency converter in the application of solar energy water heater. And introduces the working principle of solar energy water heater, process and system requirements, focus on the system hardware structure and software design of the system process. Points out the key design is mainly PLC can meet the basic control function.

The article, through selecting s7-200 PLC and use CPU224 model and two EM235 completion of the system control, and consider the maintenance convenience, system scalability, etc. In this paper in the system to determine the research of each working procedure, to draw the system; the process flow diagram. The system I/O and soft components distribution, PLC, frequency converter and the various sensors selection of type selection and parameter design; According to the system design requirements of the system design drawing ladder diagram of the system hardware and control such as the wiring diagram. And introduced the frequency converter constant pressure water supply and the PID control principle.

Through the use of solar energy PLC's reform, has realized the system of basic control all requirements, greatly reducing the system to the use of other components, so that the system is simple, maintenance convenient connection quick, reliability, and enhance the system's advanced, greatly reducing the manufacturing cost, can make more users use solar energy water heater.

Keywords: PLC; Solar; Inverter; Water heater; automatic control system

目录

第一章绪论 (1)

第二章太阳能热水器的综述 (3)

2.1太阳能热水器的介绍 (3)

2.1.1 概述 (3)

2.1.2 太阳能热水器的基本知识 (6)

2.2 工艺示意图 (7)

2.3 工艺流程图 (8)

2.4 太阳能热水器组成、原理和工作过程 (10)

2.5 系统的要求 (11)

2.6 本章小结 (12)

第三章太阳能热水器控制器硬件设计 (13)

3.1 PLC的选择 (13)

3.1.1 概述 (13)

3.1.2可编程控制器应用领域 (16)

3.1.3 s7-200的概述 (17)

3.1.4 CPU224的概述 (18)

3.1.5 EM235的概述 (24)

3.1.6 梯形图概述 (26)

3.2 各单元功能作用介绍 (27)

3.3 变频器的选择 (30)

3.3.1 变频器的特点 (30)

3.3.2 变频器恒压供水工作原理 (31)

3.3.3 变频器的选择与参数设计 (31)

3.4 PID控制原理 (33)

3.5 传感器的选择 (33)

3.5.1 温度传感器 (33)

3.5.2 液位传感器 (34)

3.5.3 压力传感器 (35)

3.5.4 光辐射探测器 (36)

3.6 系统硬件接线图 (36)

3.7 本章小结 (36)

第四章太阳能热水器控制器软件设计 (38)

4.1 PLC的I/O口分配与软元件的分配 (38)

4.2 软件组成 (39)

4.3 系统控制流程图 (40)

4.4 设置梯形图程序 (45)

4.5 本章小结 (46)

第五章程序调试 (47)

第六章总结 (48)

参考文献 (49)

致谢 (50)

第一章绪论

随着实用型单晶硅电池和选择性太阳吸收涂层的研制成功，以及常规能源供给的有限性和环保压力的增加，开发利用太阳能成为各国制定可持续发展战略的重要内容。太阳能是可再生能源，环保无污染。在科学飞速发展的今天，太阳能已经应用到了很多领域，比如先端科技的卫星，美国将太阳能融入智能电网，还有如今最为普遍的太阳能热水器。热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。当然用太阳能解决我们热水问题是最好的。用太阳能解决我国家庭热水是最有希望的、最有效可行的途径。太阳能光热应用市场前景广阔，除家庭用热水外，还可用于工业热水、采暖、空调、干燥、农业种植、水产养殖、海水淡化等领域。从发展角度看，城市家庭生活热水的供给不应由业主考虑，而应与建筑设计开发同时进行。在此基础上设计出了全玻璃真空管式热水器的自动控制系统。

在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高太阳能热水器稳定性。可编程控制器由于可提供使用的时间继电器和中间继电器相当多，而且其常开常闭触点可多次重复使用，使得我们在编程中可以随心所欲。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点。

目前，我国大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。太阳能热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。但是在热水器自动控制系统中大多采用单片机控制，单片机开发价格较高，而PLC开发价格便宜。选用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简单的特点。目前市场上出现的国内外生产的PLC已有300多种，而且功能也日趋完善。但是其主要参数仍有较大的差别，例如I／O点数、存储器容量、扫描速度、指令数、编程语言、模拟量I／O模块及智能模块、通信功能等却各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理地选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。所以，我们的目标是通过改进或完善已有太阳能热水器控制系统的不足，设计开发新型太阳能热水控制系统—基于PLC的太阳能热水器。

太阳能本身是一个不断变化、而影响其变化的因素又较多、极其复杂的非线性变量，太阳热水系统工程是一个非线性系统，很难建立精确的数学模型，因此采用传统的控制方法难以得到较佳的控制效果。而模糊控制是以模糊数学为基础发展起来的一种新的控制方法。这种控制方法是一种智能的、非线性的控制方法，对那些无法取得数学模型或数学模型相当粗糙的系统可以取得较满意的控制效果，解决一些用传统控制方法无法解决的问题。太阳能热水器控制器采用PID控制算法，这种算法对固定参

数的线性定常系统是非常有效的。通过调整PID控制器的参数，一般都能得到比较满意的控制效果。

第二章太阳能热水器的综述

2.1太阳能热水器的介绍

2.1.1 概述

我国太阳能历史可追溯到1958年，天津大学有12.6平米的太阳能浴室。到1973年世界能源危机，寻求可再生能源，我国在上世纪70年代末起，加大研发与生产太阳能集热器。1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用电真空物理的背景，坚持了下来。结构就是一个拉长的暖棚，只不过在内玻璃管上有一层选择性吸收涂层。

清华大学的发明专利就是铝—氮/铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝—氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。这是一个选择性吸收涂层的结构，吸收层每层只有10到30个纳米，低发射层是到150纳米。

太阳能热利用产业的发展。在突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术，通过产学研结合，生产性能价格比较好的介质。

2001年到2006年太阳能热利用产业快速发展。2006年销售额近300亿元，提供就业机会60多万个。中国太阳热水器2005年安装量为世界的77%。真空管型约占世界总产量的90%以上，硼硅玻璃3.3年产量约占世界70%，吸气剂约占世界95%以上，年约1.9亿支真空集热管用，年约0.9亿支显像管用。大量显像管都在中国生产，吸气剂也在中国生产。这三个方面我们已经走在前面。形成配套的产业链。3.3的玻璃30万吨其中用于真空管有28万吨。真空管镀膜生产线1000条及配套设备，生产能力为2亿支，装配约2000万平方米太阳能热水器，还有配套设备。一些骨干企业做了技术改造，提高了企业的装备水平和条件。在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。但是目前市场还有待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较大的成长空间。

中国的太阳能热利用技术研究开发始于20世纪70年代末，其重点置于简单，价廉的低温热利用的适用技术，如太阳能温室，太阳灶，被动太阳房，太阳热水器，和太阳干燥器。这类技术在农村得到推广应用，为缓解农村能源短缺，改善农村生态环境和农民生活起了积极的作用，并收到了实效。20世纪80年代太阳能热水器列入国家“六五”和“七五”科技攻关项目。主要的研发项目是高效平板太阳集热器和全玻璃真空集

热管。在90年代全玻璃真空集热管的科技成果通过中试转化为生产力——形成自行设计和配套的集热管生产线是科技攻关的最杰出的成果。

2007年，中国太阳能热水器产量的增长速度约为30%，年产量达2340万㎡（16380MWth），总保有量约为10800万㎡（75600MWth）（太阳能热水器寿命按10年计算，1997年前的保有量作废）。2007年，太阳能热水器市场销售额约为320亿元人民币，产值亿元人民币以上的企业有20多家；2007年，太阳能热水器的出口额增长约为28%，6500万美元左右，产品出口欧洲、美洲、非洲、东南亚等50多个国家和地区。

中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20%-30%的速度递增。但是中国太阳能热水器的生产企业有5000多家，除桑乐、皇明、清华阳光、华扬、太阳雨、力诺瑞特等10个全国性品牌因质量、售后服务过硬而市场知名度较高外，行业中存在着大量纷繁芜杂的杂牌企业，这种状况不利于行业的长远发展，这就要求政府部门进行规范，加强监管引导。尽管市场现状不如人意，但市场前景仍看好。随着国民经济和人民生活水平的不断提高，居民对家庭室内热水的需求越来越强烈，中国太阳能热水器市场潜力巨大。

随着人们环保意识的不断加强，越来越多的消费者倾向于选择太阳能热水器，但很多人对使用这种产品又不是很了解。在这里，我们将太阳能热水器、电热水器和燃气热水器的性能作一个粗略的比较。

一、热水产量方面

燃气热水器有5升、7升、8升等不同的型号，是指在1分钟内将水温升高25℃时所产的热水量，如果自来水的温度为25℃，则每分钟可产50℃的热水5升、7升或8升。

电热水器的标注则是30升、60升、90升等等，这是指电热水器的容水量，相当于我们在电炉子上加一个水壶，这个水壶的盛水量是30升、60升、90升。拿一个8升的燃气热水器与一个40升的电热水器相比较，8升的燃气热水器可连续不断地产生每分钟8升的热水，而电热水器需要间隔半小时加热一罐水。如果这一罐水用完，还要等半小时左右。

太阳能热水器按照年平均气温15.7℃、年日照时数2014小时、太阳总辐射总量年均为111.59千卡/平方米计算，如果集热面积为2平方米，年吸收太阳辐射能量为9.37×106千焦，按把水温升高35℃计算（基础水温10℃），全年可提供生活用热水（45℃）53.5吨，每人每次洗澡用热水约需50公斤，则全年可洗1070人次，平均每天可洗2.93人次。

二、加热速度方面

目前生产的燃气热水器大多为快速热水器，不论什么时候，只要想用热水，打开

燃气阀和水龙头，热水就会流出来。而电热水器需要预先通电半小时左右，才能开始使用。太阳能热水器在天气晴朗的时候使用更好，最理想的楼层在六至八层。

三、温度稳定性方面

燃气热水器由于是快速加热，并有调整温度装置，只要在使用开始时调到人体感觉舒适的温度，而后就会一直保持在这一温度恒定地供应热水。

电热水器在使用时需要另外接一根冷水管兑入冷水，当罐内水不断流出，冷水不断加入时，水温就会逐渐下降，直到全部是冷水。所以在使用时，需要不停地去调整冷热水的比例。

太阳能热水器使用起来暂时还不大方便，要上水，且不能保证时时有热水。

四、功率方面

燃气热水器的功率要比电热水器大很多，拿一个8升的燃气热水器和40升的电热水器相比较，8升燃气热水器的功率相当于16-17千瓦，而40升的电热水器一般为3千瓦，这也是为什么燃气热水器可连续供应热水的缘故。那么，电热水器是否也可做成16千瓦的呢？这是不可能的，因为家用电表、电线都无法承受。

五、价格方面

8升的燃气热水器价格一般在800元以上，再加上安装费，大约在1000元以上，有的甚至接近2000元。电热水器现在都在500元以上，加上安装费用，一般不到1000元。太阳能热水器的价格都在3000元以上。

使用费用方面，目前天然气每立方米为1.7元，每度电为0.44元，而太阳能热水器仅耗水费。

假设太阳能热水器和电热水器的使用寿命都是10年，在使用成本方面，电热水器就算省着用，一天一罐水，一年要600元左右的电费，太阳能热水器一年估计40多天要用电，算100元电费，十年省5000元左右。购买成本方面，电热水器1000多的就不错了，而买太阳能热水器比电热水器要贵不少，比较好的产品150立升全套下来要在4000元左右，比电的贵3000元左右。综合考虑购买成本和使用成本，使用太阳能热水器10年省2000元左右。

六、安全性方面

燃气热水器的优点是加热快、出水量大、温度稳定、结水垢少、占地小、不受水量控制。缺点是使用时要排出大量的废气，废气中除了二氧化碳以外，还有一氧化碳，如果使用时关闭门窗，通风不良，一氧化碳会增加，严重时会发生中毒事故，但如果能正确地了解这一点，使用时注意，也是很安全的；另外，燃气热水器启动水压高，有些住高层的用户如果不装增压泵就无法起动；安装不方便，要在墙上打洞、安排气扇等。

电热水器的优点是能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电

可以大流量供热水；使用时不产生废气，所以从这一点上讲是既安全又卫生，目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。缺点是体积大、占用室内空间大、易结水垢、对电能浪费大，最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。

太阳能热水器的优点是安全、节能、环保、经济，尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主、电能为辅的能源利用方式，可全年全天候使用。缺点是安装复杂，安装不当会影响住房的外观、质量及城市的市容市貌；因要安装在室外，维护较麻烦。

2.1.2 太阳能热水器的基本知识

太阳能热水器分为三种，即普通太阳能热水器、全天候太阳能热水器、全自动太阳能热水器。普通太阳能热水器就是最基本的热水器，在晴好天气可能出热水正常使用，但阴天时如果储藏的热水用完了，就不能出热水了。全天候的热水器常备有电加热系统，当阴天时打开电加热开关，就可以出热水了，阴雨天照样能使用。如果再配套一个小容量的电热水效果更好。全自动太阳能热水器就是能够对热水顺利进行简单管理的热水器，装有定时电加热装置和定时上水装置，这种热水器一般无须人专心管理，只要打开热水器就可以出热水。热水器往往配有水位、水温显示器，使您对屋上的热水器的工作状态基本了解，有的控制仪还有排空和循环功能使热水器更好使用。

太阳能热水器具有保温功能，其真空玻璃集热管是双层玻璃构成，内表镀上热吸收层，两层之间为真空，这样相当于一个拉长的保温瓶。热量只能进不能出，热水器水箱是采用双层不锈钢板构成，中间是聚胺脂整体发泡的保温体，保温作用十分明显，一般合格的太阳能热水器每天温度下降在5℃以内。

按照冬季日温升50度来设计真空管与水箱容积配比，正常情况下，太阳能能达到50-70度，如果夏天连续几天未用，太阳能中水温有可能达到70-90度。真空管太阳能热水器效率高，在夏季晴天的情况下，不到两天水温可达沸点，若长时间不用水，如出差、旅游时，使水箱内长时间处于高温、高压的状态下，会促进密封圈的老化，加速聚氨酯的老化、萎缩，有时排气不畅通，压力太大还会使水箱胀坏，还会结水垢，缩短水箱的寿命。因此，若你长期不在家，应安排别人经常放热水上冷水，或者在真空管集热器上放置遮盖物挡住阳光，待回家后，再除去。

太阳能里存储的热水如果几天未用，最好不要用来洗澡。因为太阳能热水器好几天未用的水一般都是较热的水了，达到70℃以上，尤其在夏天晴朗天气超过2天，水就会沸腾，到夜间会适当降温，使水温保持在60℃－70℃区域时间很长，而这个温度区域是水中细菌繁殖的极佳温度，因此，如好几天或长期不用的热水，水质较差，细菌多，要排放掉，不要洗澡或用来烧开水等饮用，这样的水洗澡对皮肤不利，长期

使用这种水洗澡会引发皮肤病。

太阳能热水器投入使用后，要经常使用，建议每天最好使用4至5次，间隔时间在4小时以内，这是因为：一、长时间地用水，对楼层较低的用户来说，所用到的水实际上是管道中的低温水（太阳能热水器里面的水停留在管道中降温后形成）；尤其在北方冬季，外界气温低，有时达到－25℃以下，上下水管路内的水凉地很快，若是六层楼，一楼用户每次需放掉一脸盆冷水，特别浪费，如果频繁使用就好一些；二、能有效防冻，让上下水管路始终有热源，加上保温层，可有效防冻。在北方冬季，不少人还采用室内稍微打开热水器阀门，往下滴水的办法来防冻。

当冬季时，日照强度低，日照时间短，且环境温度低，有可能当天上水当天达不到预计温度，此时可适当控制水箱内水量，或在必要时启动电辅助系统，或燃气辅助系统。热水器里的热水不需要放掉，因为水箱中的水是由热容的，也就是说太阳能水箱中的水是有一定热量的，水量越大，热容越大，越能延缓结冰的速度。如果把水放了，真空管中的水是放不出来的，热容变小了，容易结冰。

使用太阳能热水器时，还应注意热水合适上满与最佳上水时间，一般太阳能热水器安有溢流管，可根据溢流管是否排水判断水满状态，另外可以配备水位控制仪，水满自动报警，根据报警判别。真空管内无水时，即空晒状态下，管内温度能达到250℃左右，此时上水造成真空管爆裂，故在水箱内无水或第一次上水时必须在日出前或太阳落山半小时后进行。

使用太阳能热水器要注意使用安全：一是防止使用者烫伤，全国近两年来已有数例被烫伤的病例，被烫伤者往往认为太阳能产生的热水温度不会太高，实际上在夏天太阳能热水器中的水温往往达到80℃以上，使用者不注意往往被烫伤，在刚放水洗澡时要注意到起先放出的是水管中储存的部分凉水，一旦太阳能热水器中的水流到，温度会忽然上升到80℃以上，造成烫伤；二是要把热水器紧固以防台风将其从房项吹落，造成伤害。除此之外，使用太阳能热水器还应注意以下事项：

1、注意上水时间。

2、根据天气情况，决定上水量，保证洗浴时适当的水温。

3、定期检查热水器的管道，排气孔等元件是否正常工作。

4、大气污染严重或风沙大、干燥地区定期冲洗真空管。

5、热水器安装后，非专业人员不要轻易挪动、装卸整机，以免损坏关键元件。

2.2 工艺示意图

太阳能热水器一般主要由太阳能集热箱，集热器，混合水箱等几部分组成。其工艺流程图如图1所示，图1中当光辐射探测器检测到有阳光射入时，将相应电信号（0~20mA）输入PLC控制器，控制器输出信号启动循环泵实现循环，实现了对自来水的循环加热，同时，自来水与被加热的水还将流入混合水箱，使之达到合适的洗浴

温度，最后传给用户使用。

当温度较低且无光照时，此系统还具备防冻控制。无光照时，集热器中设置有温度传感器，当温度小于4度时，将相应电信号（0~20mA）输入PLC控制器，循环泵启动，当温度大于8℃时，防冻循环停止。在太阳能集热相中，当水位低于设定水位时，集热箱中水位传感器检测到的电信号（0~20mA）输入PLC控制器，控制器输出信号启动补水泵补水。集热器管道中设有靶流开关，当管道中无水流时，靶流开关将信号送入PLC控制器并报警。供水管中设有压力传感器检测供水管网压力，当管网压力不合适时，通过变频器控制管网压力实现定压控制。混合水箱达不到设定温度时，管网末端的温度传感器将电信号传入PLC，通过PLC控制自动启动锅炉，加热到合适温度时停止加热。

图1 太阳能热水器工艺结构示意图

2.3 工艺流程图

通过理解太阳能热水器工艺结构示意图，我们不难完成此热水器的流程图，流程图如下：

热水器上电后，自来水进入太阳能集热箱，此时光辐射探测器检测是否有光摄入，若有足够光强摄入，PLC控制器将检测集热管是否有水流，如果没有水流，则报警器

报警。如果有水流，则循环泵启动，集热器开始加热，集热完毕后，将加热的热水与冷水一同进入混合水箱以提供合适的水温进行洗浴，最后，热水器将温水传送给用户使用。

2.4 太阳能热水器组成、原理和工作过程

1、热水器组成及原理

太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐，中国，是一个能源消耗大国，每年全国能耗约占全世界能耗总量的1∕3，而全国总能耗中，有1∕3是来自建筑能耗。“向屋顶要能源”，太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使用的节能设备。

热水器主要由集热器、水泵和水箱等组成。下图为典型的热水器装置简图。图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3的上部相连，另一端与集热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水，比重较大，就由水箱下部流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水器利用循环加热的原理，因此又称为循环式热水器。

热水器装置简图

1一集热器2一下降水管3一循环水管

4一补给水箱5一上升水管6一自来水管7一热水出水管

图2-3热水器装置简图

2、热水器的基本工作过程

1）吸热过程。太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸收后沿肋片和管壁传递到吸热管内的水。吸热管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。

2）水循环管路。家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作，没有外在的动力，设计良好的系统只要有5℃~6℃以上的温差就可以循环很好。水循环管路、管径及管路分布的合理性直接影响到集热器的热交换效率。多数情况下，自然循环家用热水器系统管路中的流态都可以视为层流。集热器内管路系统的阻力主要来自沿程阻力，局部阻力的影响要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。当水温升高后，由于运动粘度减小，沿程阻力变小，局部阻力的影响变大。在一定范围内，当主管管径不变时，加大支管管径，不仅沿程阻力迅速减小，而且局部阻力也将跟着减小。一般地，支管的半径应在10mm以上。当主管管径达到一定值以后，增加主管管径对减小系统阻力意义不大。

2.5 系统的要求

太阳能热水器的电路控制非常重要，好的智能控制仪表应该具备以下功能：

1、太阳能集热循环控制

白天太阳能循环泵不间断连续运行，夏季夜晚停泵，冬季温控循环防冻。

2、光辐射探测及循环水泵的控制

当光辐射探测器探测到太阳光时，将相应电信号（0~20mA）输入PLC控制器，控制器输出信号启动循环泵实现循环，同时在管道上探测水流，当无水时将信号送入

PLC控制器并报警。

3、水位控制

将水位传感器检测到的电信号（0~20mA）输入PLC控制器，到水位低于设定水位时控制器输出信号启动补水泵补水。

4、压力控制

将供水管网压力传感器检测到的电信号（0~20mA）输入PLC控制器，利用变频器对末端压力实现定压控制。

5、加热控制

根据需求端的实际用水情况，采用出水温度控制的方式控制锅炉的启停。当白天太阳辐射不足，储水箱温度达不到设定值时，控制器自动启动锅炉加热，否则加热停止。

6、管道防冻

在集热器的供水管上设置温度传感器，当温度小于4℃时，循环泵启动，当温度大于8℃时，防冻循环停止。

7、防空晒、闷晒

2.6 本章小结

本章讲述了太阳能热水器的发展历程，发展领域，并且增加了一些日常使用太阳能热水器所必要的小知识。之后系统的描述了本设计的示意图，并在深刻理解示意图的基础上开发出了流程图，深入的剖析了太阳能热水器的组成原理及工作过程和应该具备的系统要求。

读者在阅读本章后，会对太阳能热水器这一概念有了总体上的初步认识，并且对于本设计有了初步的了解，至于热水器中更加系统的软件硬件设计，将在后续几章里讲述。

第三章太阳能热水器控制器硬件设计

3.1 PLC的选择

可编程控制器（PragrammableLogicController,简称PLC，是一种数字运算操作的电子系统，是在20世纪60 年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，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，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。PLC自产生至今只有30多年的历史，却得到了迅速发展和广泛应用，成为当代工业自动化的主要支柱之一。长期以来，PLC在工业自动化控制而发挥着巨大作用，为各种各样的自动化控制设备提供了广泛、可靠的控制应用。这主要是源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，适合当前自动化工业企业的需要。

3.1.1 概述

20世纪70年代大规模集成电路和微处理机出现后，正式生产出了现在模式的可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）产品。这类产品具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、体积小、应用灵活方便、工程周期短、操作维护方便、应用领域广阔等优点。随着集成电路和计算机技术的发展，现在己诞生了第五代PLC 产品。

PLC采用循环（巡回）扫描工作方式，而大、中型PLC还增加了中断工作方式。循环扫描即可按固定顺序，也可按用户程序所规定一级顺序（高级和低级顺序）或可变顺序等进行。因为有的用户程序不需要每扫描一次执行一次，也为的是在控制系统需要处理的I/O点数较多时，通过不同的模块组合的安排，采用分时分批扫描执行的办法，可缩短循环扫描周期和控制的实时性。

用户将用户程序设计、调试后，用编程器键入PLC的存储器中，并将现场的输入信号和被驱动的执行元件相应地接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上，然后用PLC的控制开关使其处于运行工作方式，PLC就以循环扫描的工作方式进行工作。在输入信号、用户程序的控制上，产生相应的输出信号，完成预期的控制任务。PLC的典型的循环顺序扫描土作过程如图2所示。

从图2中可以看出，一个典型的可编程序控制器在一个扫描周期中要完成六个扫描过程。在系统软件的指挥下，按图2－4所示的程序流程顺序地执行，这种工作方式成为顺序扫描方式。从扫描过程中的某个扫描过程开始，顺序扫描后又回到该过程成为一个扫描周期。进行一个扫描周期所需的时间称为一个扫描周期时间。

下面讲述PLC的特点

1、通用性强,使用方便。由于PLC产品的系列化和模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。当控制对象的硬件配置确定以后,就可通过修改用户程序,方便快速地适应工艺条件的变化。

2、功能性强,适应面广。现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能,而且还具有A/D和D/A转换、数值运算、数据处理等功能。因此,它既可对开关量进行控制,也可对模拟量进行控制,既可控制1台生产机械、1条生产线,也可控制1个生产过程。PLC 还具有通讯联络功能，与上位计算机构成分布式控制系统,实现遥控功能。

3、可靠性高,抗干扰能力强。大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。针对PLC是专为在工业环境下应用而设计的,故采取了一系列硬件和软件抗干扰措施。硬件方面,隔离是抗干扰的主要措施之一。PLC的输入、输出电路一般用光电耦合器来传递信号,使外部电路与CPU之间无电路联系,有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响,同时,还可以防止外部高电压窜入CPU模块滤波是抗干扰的另一主要措施,在PLC的电源电路和I/O模块中,设置了多种滤波电路,对高频干扰信号有良好的抑制作用。软件方面,设置故障检测与诊断程序。采用以上抗干扰措施后,一般PLC平均无故障时间高达4万～5万h。

4、编程方法简单,容易掌握PLC配备有易于接受和掌握的梯形图语言。该语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。

5、控制系统的设计、安装、调试和维修方便。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件,控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。PLC的用户程序大都可以在实验室模拟调试,调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场,进行联机统调。在维修方面,PLC的故障率很低,且有完善的诊断和实现功能,一旦PLC外部的输入装置和执行机构发生故障,就可根据PLC上发光二极管或编程器上提供的信息,迅速查明原因。若是PLC本身问题,则可更换模块,迅速排除故障,维修极为方便。

6、体积小、质量小、功耗低。由于PLC是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品,因而结构紧凑,坚固,体积小,质量小,功耗低,而且具有很好的抗震性和适应环境温度、湿度变化的能力。因此,PLC很容易装入机械设备内部,是实现机电一体化较理想的控制设备。

PLC的分类

目前，PLC应用广泛，国内外生产厂家众多，所生产的PLC产品更是品种繁多，其型号、规格和性能各不相同。通常，可以按照结构形式的不同及功能的差异进行大致的分类。

1、按结构形式分

按照结构形式的不同，PLC可分为整体式和模块式两种。

前者具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点，易于装在工业设备的内部，通常适于单机工作。一般小型和超小型PLC多采用这种结构，如日本三菱FX系列的

PLC。后者配置灵活，装载和维修方便，功能易于扩展，其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中型PLC都采用这种结构，如日本三菱公司的AN系列。

2、按功能、点数分

按功能、输入输出点数和存储器容量不同，PLC可分为小型、中型和大型三类。

小型PLC又称为低档的PLC。这类PLC的规模较小，它的输入输出点数一般从20点到128点。中型PLC的I/O点数通常在120点至512点之间，用户程序存储器的容量为2KB-8KB。大型PLC又称为高档的PLC，I/O点数在512点以上，其中I/O 点数大于8192点的又称为超大型PLC，用户程序存储器容量在8KB以上。

3.1.2可编程控制器应用领域

在发达的工业国家,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行各业。随着PLC性能价格比的不断提高,一些过去使用专用计算机的场合,也转向使用PLC。PLC的应用范围在不断扩大,可归纳为如下几个方面。

1、开关量的逻辑控制

这是PLC 最基本最广泛的应用领域。PLC 取代继电器控制系统,实现逻辑控制。例如：机床电气控制，冲床、铸造机械、运输带、包装机械的控制，注塑机的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金企业的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制，电镀生产线、啤酒灌装生产线、汽车配装线、电视机和收音机的生产线控制等。

2、运动控制

PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器与执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC 厂家生产的PLC 几乎都有运动控制功能。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械。例如:金属切削机床、金属成型机械、配装机械、机器人和电梯等。

3、闭环过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D,D/A转换,并对模拟量进行闭环PID 控制,可用PID 子程序来实现,也可使用专用的PID 模块。PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，还广泛地应用于轻工、化工、机械、冶金、电力和建材等行业。

4、数据处理

现代的PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存贮在存储器中的参考值比较,也可以用通讯功能传送到别的智能装置，或将其打印制表。数据处理一般用在大、中

电气控制与PLC(设计题)

《电器控制与PLC技术》习题集 设计题 1. 画出三相异步电动机即可点动又可连续运行的电气控制线路 2. 画出三相异步电动机三地控制（即三地均可起动、停止）的电气控制线路

3．为两台异步电动机设计主电路和控制电路，其要求如下： ⑴两台电动机互不影响地独立操作启动与停止； ⑵能同时控制两台电动机的停止； ⑶当其中任一台电动机发生过载时，两台电动机均停止 4．试将以上第3题的控制线路的功能改由PLC控制，画出PLC的I/O端子接线图，并写出梯形图程序

5. 试设计一小车运行的继电接触器控制线路，小车由三相异步电动机拖动，其动作程序如下： ⑴小车由原位开始前进，到终点后自动停止； ⑵在终点停留一段时间后自动返回原位停止； ⑶在前进或后退途中任意位置都能停止或启动

6. 试将以上第5题的控制线路的功能改由PLC控制，画出PLC的I/O端子接线图，并写出 梯形图程序

7. 试设计一台异步电动机的控制电路要求： 1）能实现启、停的两地控制； 2）能实现点动调整； 3）能实现单方向的行程保护； 4）要有短路和过载保护 8. 试设计一个工作台前进——退回的控制线路工作台由电动机M拖动，行程开关SQ1、SQ2分别装在工作台的原位和终点要求： 1）能自动实现前进—后退—停止到原位； 2）工作台前进到达终点后停一下再后退； 3）工作台在前进中可以立即后退到原位；

4）有终端保护 9. 有两台三相异步电动机M1和M2，要求： 1） M1启动后，M2才能启动； 2） M1停止后，M2延时30秒后才能停止； 3） M2能点动调整 试作出PLC输入输出分配接线图，并编写梯形图控制程序

电气PLC控制系统设计任务书

电控及PLC课程设计 任务书 电气工程及其自动化专业 盐城工学院电气工程学院

课程设计总体要求安排 一.教学目的与任务 电气控制与PLC是一门实践性要求较高的课程，学生除了在课堂内理解掌握本课程相关的理论知识外，必须通过一定实验室环境内的课题训练，实际动手设计和调试应用程序，进一步加深和强化课程理论知识应用。 课程设计要求根据电气控制设备的工艺要求，运用所学过的电气控制的基本控制环节、典型控制线路及PLC的基础知识，以及电气控制系统设计的基本方法、步骤，查找有关资料，设计电气控制线路，选择电器元件，整理设计资料。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为全面提高学生的综合素质及增强工作适应能力打下一定的基础。 鉴于本课程设计的重要性，要求每一位参加设计的同学必须做到态度端正积极，发挥自己的主动性，在课程设计过程中严谨认真的独立完成自己的课题设计，不得出现抄袭他人设计的现象，一经发现，该生课程设计成绩以不及格论处。 二.主要内容 1）PLC的认识与使用： PLC的外观、电源、输入/输出端口、COM端、通信接口、外部负载、负载电源、扩展单元、模块、编程器； 2）基本操作练习： 启动、停止、编程与程序传送、电源与输入/输出端口接线； 3）编程与仿真软件的学习与使用； 4）应用程序的设计与调试运行及演示。 三.基本要求 本课程设计共设10个应用设计题，每个学生选作1题，独立完成。 在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。 为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点： 1）在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。 2）在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。

PLC电梯控制系统的设计

河南工业职业技术学院 毕业设计 题目 PLC电梯控制系统的设计系院电气工程系 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师

前言 随着电子技术的发展，当前数字电器系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。推动该潮流发展的引擎就是日趋进步和完善的PLC设计技术。目前数字系统的设计可以直接面向用户需求，根据系统的行为和功能的要求，自上而下的完成相应的描述、综合、优化、仿真与验证，直接生成器件。上述设计过程除了系统行为和功能描述以外，其余所有的设计几乎都可以用计算机来自动完成，也就说做到了电器设计自动化这样做可以大大的缩短系统的设计周期，以适应当今品种多、批量小的电子市场的需求。 电器设计自动化的关键技术之一是要求用形式化的方法来描述数字系统的硬件电路，即要用所谓的硬件语言来描述硬件电路。所谓硬件描述语言及相关的仿真、综合等技术的研究是当今电器设计自动化领域的一个重要课题。 PLC的设计和开发，已经有多种类型和款式。传统的PLC各有特点，它们适合在现场做手工测量，要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理，传统PLC是无法完成的。然而基于PC 通信的PLC，既可以完成测量数据的传递，又可借助PC，做测量数据的处理。所以这种类型的PLC无论在功能和实际应用上，都具有传统PLC无法比拟的特点，这使得它的开发和应用具有良好的前景。

目录 1.前言 2.电梯控制基本概念 3.电梯控制的组成 4.电梯控制的移动 5.电梯PLC系统的模拟组态 6.货运电梯重量超载的控制 7.总结 8.参考文献

2. PLC电梯控制的基本概念 电梯控制系统可分为电力拖动系统和电气控制系统两个主要部分。电力拖动系统主要包括电梯垂直方向主拖动电路和轿箱开关电路。二者均采用易于控制的直流电动机作为拖动动力源。主拖动电路采用PWM调试方式，达到了无级调速的目的。而开关门电路上电机仅需一种速度进行运动。电气控制系统则由众多呼叫按钮、传感器、控制用继电器、指示灯、LED七段数码管和控制部分的核心器件（PLD）等组成。PLC集信号采集、信号输出及逻辑控制于一体，与电梯电力拖动系统一起实现了电梯控制的所有功能。 电梯控制系统原理框图如图1所示，主要由轿箱内指令电路、门厅呼叫电路、主拖动电机电路、开关门电路、档层显示电路、按钮记忆灯电路、楼层检测与平层检测传感器及PLC电路等组成的。 电梯控制系统的硬件结构如图2所示。包括按钮编码输入电路、楼层传感器检测电路、发光二极管记忆灯电路、PWM控制直流电机无线调速电路、轿箱开关电路、楼层显示电路及一些其他辅助电路等。为减少PLC输入输出点数，采用编码的方式将31个呼叫及指层按钮编码五位二进制码输入PLC PLC系统的其它设备 1 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。 2 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 3 输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如EPROM、EEPROM写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。

基于PLC的铣床电气控制系统设计

摘要 PLC是一种通用的自动控制装置其主要是以计算机技术为技术核心，它具有很强的抗干扰能力，高可靠性，直观而简单的编程，适应性强，完善的功能，接口功能强等一系列优点。因此在各行各业中得到了广泛的应用。铣床的传动装置主要是以各种电动机为动力其重要的是实现生产过程自动化的技术装置。在电气系统中是主干部分，也在国民经济中占到主导的低位得到广泛的应用。在我国早起的大多数铣床都是采用传统的继电器控制，而其接触器触点受机械运动的影响，触点的寿命会受到很大的影响，故障率也很高，可靠性远不及PLC控制。为此，提出了用PLC来对我们铣床进行电气控制，铣床我们主要是对我们工业应用中广泛的X62W万能的铣床进行控制，系统的介绍利用PLC对这种铣床进行控制的方法和方案。其中主要进行功能的分析，原理图的设计，梯形图的设计与编写进行调试，提高铣床的性能，提升经济效益及产品质量。 关键词：X62W铣床；电气控制；PLC；梯形图 目录 第一章绪论 0 1.1课题研究的目的和意义 0 1.2自动铣床的发展及现状 0 1.3 铣床简单介绍 (1) 1.3.1 铣床的选型 (1) 1.3.2 X62W万能铣床的特点 (2) 第二章可编程序控制器(PLC)简介 (2) 2.1 PLC工作原理 (2) 2.2 PLC的编程语言--梯形图 (2) 2.3 可编程序控制器PLC的优点 (3) 2.4 PLC选型标准 (3) 第三章 X62W万能铣床的硬件设计 (4) 3.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求 (4) 3.2 X62W万能铣床元件选型 (4) 3.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式 (5)

皮带运输机PLC电气控制系统设计

皮带运输机电气控制系统设计

任务书 姓名：专业： 设计课题：皮带运输机电气控制系统设计 设计条件及要求： 设计条件:（1）起动：起动时为了避免在前段运输皮带上造成物料堆积，要求逆物料流动方向按一定时间间隔顺序起动。其起动顺序 为： （2）停止：停止时为了使运输皮带上不残留物料，要求顺物料流动方向按一定时间间隔顺序停止。其停止顺序为： （3）紧急停止：紧急情况下无条件地把PD-1、PD-2、YV全部同时停止。 （4）故障停止：运转中，当M1过载时，应使PD-1、PD-2、YV 同时停止。当M2过载时，应使PD-2、YV同时停止；PD—1在PD-2停止后延迟10s后停止。 （5）M1和M2电机功率都是5.5KW。 设计要求: 1、掌握继电接触器控制系统基本分析和设计能力；2、掌握可编程控制器的工作原理及结构特点；3、熟练掌握基本逻辑指令的应用；4、绘制系统的主电路图、继电接触器控制线路图（一张）； 5、编写设计说明书（一份）。 设计时间：自20**年**月**日至20**年**月**日 设计指导人（签字）：_________________________ 教研室主任（签字）：_________________________ 年月日

前言 (4) 一、机床电气控制技术课程设计的目的 (5) 二、设计的内容与步骤 (5) （一）设计的基本原则 (5) （二）设计的内容 (6) 三、系统传动方式的确定 (6) （1）往复运动工作机构传动方式的确定 (7) （2）传动方式的选择应使调速性质与负载特性相适 (8) （3）电动机起动方式的确定 (8) （4）电气系统的保护 (8) 四电气控制方案的确定 (13) （一）电气逻辑控制装置的选择 (13) （二）控制方式的选择 (14) （三）系统动作要求 (15) （四）确定I/O点数及PLC的选型 (16) 设计总结 (25) 感谢信 (26) 参考文献 (27)

基于PLC的机器人电气控制系统的设计

基于PLC的机器人电气控制系统的设计 摘要：随着电气自动化技术的日益成熟，其已逐步渗透入各行各业，并以机械化、可编程、误差小等优势大大提高了工作效率，促进了相关行业的发展。自20世纪70年代起，相关学者借助着计算机的独特优势研究电气工程技术，使其朝着自动化、智能化的方向发展。如今电气自动控制技术日益完善，改变了相关人员的工作方式，减少资源消耗并提高了工作效率。但随着工业产品及生产设备日新月异，诸多传统电气设备在设计方面存在着不足，我国自动化控制水平一定程度上低于欧美国家，不仅难以满足当今产品的质量需求，更影响了电气设备的正常使用。于是本文根据实际生产情况中对不同运行参数要求存在差异，而选择不同的监控方式并分析其各自存在的优缺点;另外对系统硬件、输入/输出电路进行设计，提出一种妥善的电气自动化设计，并与传统存在的自动控制系统进行对比分析。 关键词：PLC的机器人；电气控制；系统的设计 引言 机器人在专用机床及自动化生产线上应用十分广泛，主要用于搬动或装卸零件的重复动作，以实现生产自动化。本设计中的机器人采用关节式结构，它模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹和要求，实现抓取、搬运和装配，动作由液压驱动，并由电磁阀控制，动作顺序及各动作时间的间隔采用按时间原则控制的电气控制系统。PLC以其可靠性高，抗干扰能力强，编程简单，使用方便可靠等特点，在机械制造业得到了广泛的应用。选用三菱公司的FX2N—32MR可编程序控制器对机器人的电气控制系统进行设计，提高了自动化程度和可靠度，效果良好。 1PLC技术简介 PLC技术是随着微机技术发展而出现的产物,该技术充分利用了微处理器技术的优点,弥补了传统控制技术中的功耗高、可靠性低等缺陷不足。PLC技术由美国科研人员在20世纪60年代提出,技术应用简单,无需进行采用专业的计算机语言进行编程,通过简单的继电器梯形图指令即可实现操作。PLC技术是一种可编程逻辑控制器,将其应用在电气自动化控制系统中,简化了控制程序,降低了自动化控制的能源消耗,提高了自动化控制的灵敏度,经过这些年的发展,PLC技术也越来越成熟,应用的领域也在不断扩大,提高了工业生产中的自动化控制水平,推动了社会经济的发展。 2PLC设计原则 PLC系统作为一个整体的设计，必须要符合有关设计原则，只有这样，才能真正提高设计效率，并有效减少运行错误。也就是说，一个良好的设计效果是很重要的。首先，在实际设计中，必须要尊重安全原则，提升系统可靠性，确保系统的正常运行。其次，在保证系统良好性能的基础上，尊重最低成本原则，提高制造企业的经济效益。 3PLC技术的优势 ①编程方便，操作简单。PLC技术编程采用简单的梯形图、逻辑图等基础编程语言，在程序编译和修改中不需要太过复杂的信息技术知识，为操作人员提供了便利。在程序修改调试中可以随时进行程序增减，容易操控，方便应用。②功能性强，性价比高。随着科技的发展，我国PLC技术也在进一步提高。一台小型的PLC中就可以囊括成百上千个编程元件，麻雀虽小五脏俱全，PLC完全可以实

基于PLC的数控车床电气控制系统设计

摘要 数控机床是一种机电一体化的数字控制自动化机床。早期的数控机床是依靠继电器逻辑来实现相应的功能。由于继电器逻辑是一种硬接线系统，布线复杂，体积庞大，更改困难，一旦出现问题，很难维修。这样的系统，其可靠性往往也不高，影响正常的生产。 本文正是针对这一问题展开工作的。本文介绍了用三菱FX2N微型可编程控制器对CK9930机床的电气控制部分的改造设计，重点阐述了数控机床PLC的功能、机床的电气控制原理及相应的PLC程序编制与调试三方面的问题。并且详尽地展示了PLC控制程序的开发过程。 根据数控车床所承担加工任务的特点，可知其操作过程比较复杂。要用PLC 控制车床动作，必须将PLC及其控制模块和相应的执行元件加以组合。所以在该控制程序的开发过程中，采用了模块化的结构设计方法。 本文主要完成了主轴控制、坐标轴控制、自动换刀控制、定时润滑控制以及报警处理等功能的PLC控制程序的开发。并且利用FXGP_WIN-C软件编写了该机床的PLC控制程序，并借助其运行、监控功能，通过相关设备，观察了程序的运行情况。 关键词：PLC控制，数控车床，梯形图

目录 第一章概述 (1) 1.1 数控系统的工作原理 (1) 1.1.1 数控系统的组成 (1) 1.1.2 数控系统的工作原理 (2) 1.2 PLC的硬件与工作原理 (3) 1.2.1 PLC的简介 (3) 1.2.2 PLC的基本结构 (3) 1.2.3 PLC的工作原理 (4) 第二章数控车床的PLC (5) 2.1 数控车床PLC的信息传递 (5) 2.2 数控车床中PLC的功能 (6) 2.2.1 PLC对辅助功能的处理 (6) 2.2.2 PLC的控制对象 (6) 2.3 用PLC实现车床电气控制系统的功能 (7) 2.4 利用PLC代替继电器—接触器控制方式的优越性 (8) 第三章 CK9930数控车床电气控制分析 (9) 3.1 车床主要结构和运动方式 (9) 3.2 车床对电气控制的要求 (9) 3.3 车床的电气控制电路分析 (10) 3.3.1 主电路分析 (11) 3.3.2 控制电路分析 (11) 第四章 PLC控制程序的设计 (12) 4.1 PLC程序设计方法 (12) 4.1.1 PLC的程序设计步骤 (12) 4.2 PLC程序的模块化设计 (12) 4.3 输入输出分配 (12) 4.4 梯形图程序设计 (15) 4.4.1 梯形图总体框图 (15)

PLC某车床电气控制系统设计

电气控制与PLC 课程设计 题目: 某车床电气控制系统设计 院系名称：电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 20104682 指导教师：

目录 1 系统概述 (1) 1.1 系统描述 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 方案论证 (2) 2.1 方案设计 (2) 2.2 方案选择 (2) 3 硬件设计 (3) 3.1系统的原理方框图 (3) 3.2 主电路 (3) 3.3 I/O分配 (5) 3.4 I/O接线图 (6) 3.5元器件选型 (7) 4 软件设计 (9) 4.1主流程 (9) 4.2梯形图 (11) 5 调试结果 (13) 设计心得 (14) 参考文献 (15)

1 系统概述 1.1 系统描述 在国民经济中占重要地位的制造业领域健康快速的发展，制造装备的改进，使得作为工业重要设备的各类机械工艺装备也有了许多新的变化，尤其是金属切削机械产品，其在今天机械产品的地位越来越重要。传统的制造装备由于技术落后、可靠性差、工作效率低、故障率高、故障诊断和排除困难，已严重影响企业的生产效率。因此，更新改造旧机床等制造装备很有必要。 更新改造旧机床是最近几年发展起来的一个新兴产业，在国外己形成一定规模和市场，涌现出了许多专门从事机床改造的公司。国外旧机床改造费用大约为同类型新机床价格的60%，尽管费用较高，但由于机床改造后使用效果好，所以仍然受到机床用户的欢迎。 此次更新改造设计是对某卧式车床的控制系统的PLC控制改造的研究设计。采用连线少、体积小、功耗小、控制速度快、可靠性高、功能完善的PLC控制系统，来代替电气控制系统中继电器控制逻辑，配以合适的数控装置，可使机床控制功能更加丰富，自动化水平大大提高。此次设计从被控对象的I/O点数和性价比高、综合成本低这几个主要原则出发，主要进行了控制装置选型， PLC的地址分配和用梯形图编辑的PLC控制程序设计。 1.2 设计要求 某车床主轴电机采用三相异步电动机：Y112M-4-85 4KW 380V 50HZ；冷却泵电动机0.125KW 380V 50HZ，主轴电机采用电气正反转，冷却泵单向运转。主轴电机有SA1（3个位置正、停、反和3对触头）控制，冷却泵电机有SA2（2个位置1对触头）控制。 具体要求如下： 1、采用PLC进行车床的控制。 2、应有电源有信号指示。 3、应有局部照明必要的保护环节。

基于PLC的机器人电气控制系统的设计

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/9811907251.html, 基于PLC的机器人电气控制系统的设计 作者：刘晓云 来源：《电子技术与软件工程》2016年第22期 摘要 科学信息技术的不断发展，机器人应用的已经越来越广泛。本文将基于PLC的机器人电气控制系统作为研究方向，对机器人电气控制系统硬件、软件设计过程中的主要方法分别进行了分析和研究，通过PLC控制技术的应用，提高了它的可靠性以及稳定性，取得较好的效果，对机器人设计的进一步发展具有非常重要的意义。 【关键词】机器人 PLC 电气控制系统 机器人被广泛应用在专用机床及自动化生产线上，主要被用来搬取以及装卸零件，以实现生产的自动化。本文中选取的是关节式结构的机器人，它可以模拟人手臂的一些动作，能够按预先设定的程序实现抓取、搬运等行为，液压驱动实现动作的实行，电磁阀来控制，按时间原则控制的电气控制系统实现其动作的顺序以及动作间的间隔。 1 机器人的硬件控制系统设计 基于PLC的机器人能够实现抓取、搬运以及装卸等一系列的动作，这些动作都是在气缸的驱动下实现的。在实现动作的过程中，需要进行加工的工件从初始位置到达1#工作台，将 待操作的工件传输到2#工作台，从而回到1#工作台，完成对下一个工件的操作。如图1所示即为整个机器人装置的工作流程示意图。 如图1所示，机器人装置自初始位置，手腕向下移动，操作手指夹紧1#工作台上待操作 的工件，进而对其进行上行移动。到位之后，机器人手指、手腕在手臂引导下沿右侧轨迹移动，移动至预定位置后再次沿下行轨迹移动，最后控制机器人装置手指放松，并将该工件放置于2#工作台当中。再次回到1#工作台的动作顺序与上述流程相反，进而实现一个完整的工作周期循环。 根据机器人装置的动作要求，通过限位开关装置来实现控制系统中的位置检测信号工作，准确对机器人的手臂动作进行定位。并且，当待操作工件被机器人夹紧时，必须预先设置夹紧力，只有当夹紧力达到设定值时，才能够进行下一步的动作。通过在油缸下属液压回路中设置压力继电器来未完成压力洗脑的检测。通断按钮实现机器人的启动和停止。电磁阀部件实现上限位上升及左右向移位的动作。 2 PLC控制的软件设计

电气控制与PLC课程设计报告精选文档

电气控制与P L C课程 设计报告精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

× × × ×大学 《电气控制与PLC》课程设计说明书 专业： 班级： 姓名： 学号：

指导教师： 目录

第一部分: 电气线路安装调试技能训练 技能训练题目一:三相异步电机的可逆控制实验 在笼型电动机正反转控制线路中，只要改变电动机的三相电源进线的任意两相的相序，电动机即可反转。本实验给出电动机的“正-反-停”控制线路如图1所示，具有如下特点： 1、电气互锁 实验电路中采用了两个接触器KM1和KM2，分别进行正转和反转的控制。为了避免接触器KM1、KM2同时得电吸合造成三相电源短路，在KM1（KM2）线圈支路中串接有KM2（KM1）辅助常闭触头，保证了线路工作时KM1、KM2不会同时得电，电路能够可靠工作。

2、机械互锁 实验电路中采用了复合按钮SB1为正转按钮，复合按钮SB2为反转按钮，停止按钮SB3。采用按钮SB1与SB2组成机械互锁环节，以求线路能够方便操作。 电气原理图: 电气安装接线图: 本人完成的安装线路实物图片一: 技能训练题目二:三相异步电机Y-△降压启动控制 从主回路看，当接触器KM1、KM2主触头闭合，KM3主触头断开时，电动机三相定子绕组作Y连接；而当接触器KM1和KM3主触头闭合，KM2主触头断开时，电动机三相定子绕组作△连接。因此，所设计的控制线路若能先使KM1和KM2得电闭合，后经一定时间的延时，使KM2失电断开，而后使KM3得电闭合，则电动机就能实现降压起动后自动转换到正常工作运转。该线路具有以下特点: (1) 接触器KM2与KM3通过辅助常闭触点KM2与KM3实现电气互锁，保证接触器KM2与KM3不会同时得电，以防止三相电源的短路事故发生。

《消防》水泵PLC电气控制系统设计(OMRON----CPM1A)

课程设计任务书（B） 题目消防水泵PLC电气控制系统设计 （OMRON CPM1A） 学院(部) 电控学院 专业电气工程及其自动化 班级32040901 学生姓名 学号 6 月11 日至 6 月1 7 日共 1 周 指导教师(签字) 系主任(签字) 2012年 5 月26 日

目录 一．设计内容及要求 (3) 二．设计原始资料 (3) 三、主电路图、控制电路图、电气原理图及其工作原理 (3) 四、计算说明及元件选型 (5) 1、接触器的选择 (5) 2、热继电器的选择 (5) 3、空气开关的选择 (5) 4、控制柜的选择 (5) 5、信号继电器的选择 (5) 6、其他元件的选择 (5) 五、PLC的选择及I/O分配表 (6) 六、PLC外部接线图 (6) 七、梯形图 (7) 八、指令系统 (7) 九、柜内外安装布置图 (8) 十、元件明细表 (8) 十一、图纸部分 (8)

一．设计内容及要求 通过对电气控制系统的设计，掌握电气控制系统设计的一般方法，能够设计出满足控制要求的电气原理图，以及安装布置图、接线图和控制箱的设计，具有电气控制系统工程设计的初步能力。 根据系统的控制要求，采用OMRON CPM1A PLC为中心控制单元，设计出满足控制要求的控制系统。 二．设计原始资料 1. 2台消防泵，7.5KW，互为备用。当工作泵出现故障时，备泵自投。 2. 发生火灾时，打开消火栓箱门，击碎面板玻璃，起动消防泵。手动停泵。 3. 当消防给水管网水压过高时，停泵并报警。 4. 当低位消防水池缺水，停泵并报警。 5. 自动、手动、检修工作方式。 6. 设置必要的各种电气保护。 三、主电路图、控制电路图、电气原理图及其工作原理 根据设计要求绘出电气原理图，见附图1-1,1-2. 工作原理： 两台泵互为备用，备用泵自动投入，正常运行时电源开关 QK1,QK2,S1,S2均合上，S3为水泵检修双投开关，不检修时放在运行位置，SB10~SBn为各消火栓箱消防起动按钮，无火灾时，按钮被

基于PLC的龙门刨床电气控制系统设计

摘要 传统的龙门刨床控制系统可靠性差，维护困难，加工质量及生产效率低。如今PLC 技术的不断发展，用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。本文介绍的用PLC 设计龙门刨床的电气控制系统，不但满足了所需的各种控制功能，而且在节省资金的前提下，还具有结构简单，运行稳定和便于维护等特点。特别是其硬件简单可靠,软件丰富灵活,运行效果好。以可编程控制器检测速度过零为换向条件实现了工作台的无冲击换向。以精密电位计为速度给定元件，可手动实时精确地调节主电机转速，从根本上克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高、耗电量大等一系列缺点。系统以数字显示输出主电机实时转速和电枢电流值，显示准确、直观。 利用PLC对龙门刨床电控系统进行设计的途径和方法，为改进机床设计提供了新的思路, 对促进工业企业技术进步具有一定意义。 关键词：可编程逻辑控制器；龙门刨床；控制系统；直流调速；刨台运动控制

ABSTRACT The traditional control system of gantry planer has the shortcomings in reliability, maintenance,processing of quality and efficiency of production. Now as a result of the PLC technology unceasing development, designing the electrical control system with PLC is a simple and feasible method.This paper presents the design of gantry planer with PLC for the electrical control system,which will satisfy the needs of control functions.Moreover, under the premise of saveing money it is also simple, stable and easy to maintain operational characteristics.Especially its hardware is simple and reliable,and its software is rich and nimble.The movement effect is good.The system realizes zero-speed reversing of the work platform and eliminates the impact of original system.The precise potentionmeters are in this system as the speed regulating elements.It can regulate the real-time rotational speed of the main electromotor accurately,and the disadvantages of the original system are hurdled in this system.The real-time rotational speed and the armature current of the main electromotor can be shown accurately and digitally. The ways and means that designing gantry planer electrical control system with PLC provide a new approach for improving the machine's design and promote industrial enterprises with a certain sense of technological progress. Key words: Programmable Logic Controller (PLC)；Gantry Planer；Control System；Direct Current Speed Regulating；Table Movement Control

基于PLC 的机床电气控制系统设计

基于PLC 的机床电气控制系统设计 1 引言 1.1研究背景及意义 生产中广泛采用各种机床设备，不过传统的机床电气控制系统一般采用继电器接触器控制方式。这种控制方式由于控制方法简单、成本低等特点，在传统机械设备中应用广泛。但是由继电器构成的电气控制系统有着体积大、耗电多、可靠性差、寿命短等明显缺点。尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计并改变硬件结构，造成时间和资金的严重浪费。 随着科学技术的发展，PLC 技术被逐渐引入到各种生产机械设备中。与传统继电器控制相比，可编程控制器具有可靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自诊断等特点，特别适合应用于机床控制系统的开发和应用，通过使用PLC设计机床控制系统，可以减少强电元器件数目，提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的品质和生产效率。目前，国内许多厂家的自动控制系统及加工机床都采用PLC代替继电器控制。 可编程逻辑控制器(PLC)，是计算机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是近年来发展最迅速，应用最广泛的工业自动控制装置之一。目前PLC 技术很成熟，所以基于PLC 的机床电气控制系统设计具有良好的可行性。在我国PLC 的应用比例还不足10％，有广阔的市场前景。因此该课题的研究具有一定的应用价值。

2 铣床概述 2.1 铣床简介及主要特点 铣床作为机械加工的通用设备在内燃机配件的生产中一直起着不可替代的作用。铣床具有工作平稳可靠，操作维护方便，已成为现代生产中的主要设备。铣床主要是用于加工零件的平面、斜面、沟槽、成型面的加工机床。可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、传动箱、铣夹头、平口钳等附件。其用途广泛，在机械行业的机床设备中占有相当大的比重。 铣床主要特点 (1）工作台沿床鞍移动实现纵向运动、床鞍沿升降台移动实现横向运动、其垂向运动由升降台沿床身导轨移动实现。 (2）机床具有基础铸件钢性好，能承受重负荷切削。(3）主轴传动和进给传动均采用18级齿轮变速，具有较宽的变速范围和很宽的加工范围。 (4）机床电气控制贯彻了国家GB5226.1-2002标准，提高了安全性和可靠性。 (5）机床通用性强、互换性好，可以配置分度头、圆工作台、镗刀架、铣夹头等附件，进一步扩大机床加工范围。 (6）容易磨损的部分都有消除间隙的调整装置。保证机床的精度和工作平稳。铣床的作用及其结构运动 (1）作用：铣床是用于成形面加工的机床，如加工平面、键槽、斜面、球面等。常见的铣床有平面铣床、立式铣床、仿形铣床、专用铣床等。在机床中，铣床使用量除车床外，位居第二。 (2）结构：铣床的主要组成部件有：底座、工作台、铣刀架、主轴变速箱、进给变速箱等。 (3）运动：主运动：铣刀的旋转运动 辅运动：进给运动和冷却泵旋转运动 进给运动可以按以下几种方式分类： 速度 方式方向 工作进给，简称工进 快速进给，简称快进 左右 上下圆工作台进给 矩形工作台进给