高级技师答辩论文

PLC、变频器、模块触摸屏等电子原件在生产中的

实际应用

单位：湛江市聚鑫新能源有限公司

专业：维修电工技师

姓名：孙冠华

二零二四年八月二十九日

随着现代工业的加速发展为了适应更加精密可靠的自动化控制流程，PLC、变频器、模块等电子原件，并与触摸屏作为上位机通讯配合组态使用，PLC通过变频器在三相异步电动机控制中的应用与传统的继电器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为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制应用，适合于当前工业企业对自动化控制的需求。

本文就较常用的西门子、三菱等主流PLC（可编程控制器）和国内一些品牌（信捷）PLC，系统的程序编写与系统原理的分析，简单维修及故障处理：兼论触摸屏（威纶触摸屏等）的组态安装使用。

一、PLC的定义

首先，要对PLC编程，必须掌握其编程语言，PLC有5种标准的编程语言，它们分别是：梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块图语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）及结构化文本语言（ST）。各种PLC有着自己的一套语言，但又各大同小异，各具风格。而梯形图和功能模块图这两种语言，是在PLC中应用最广的语言，因为它具有灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程也更容易，适合大多数工程技术人员的编程习惯和思路，其实现的功能也大大超过传统的继电器所控制电路，PLC也叫可编程逻辑控制器，一种数字运算的电子操作系统，专为在工业大环境应用而设计的，采用一类可编程的存储器，执行逻辑运算，顺序控制、定时、计算比较与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是一种固态电子装置，它利用已存入的程序，控制机器的运行或工艺工序。PLC通过输入/输出（I/O)发出的控制信号和接受输入信号。由于PLC综合了计算机和自动化技术它很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算和数据处理等功能，也可以通过输入输出接口建立各类生产机械数字量和模拟量的关系，从而实现生产过程的自动控制。

本文结合本人在广东东岛及其旗下子公司对PLC设计安装调试生产的经验，浅述PLC、变频器、模块等电子原件在工业生产中的应用：

二、PLC工作流程

PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，（1）输入采样，（2）用户执行、（3）输出刷新三个阶段。完成上述三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三个阶段。

（一）输入采样阶段：在输入采样阶段PLC以扫描的方式依次地读入所有的输入状态数据，并将它们存入I/O映象中的相应单元内。输入采样结束后转入用户程序执行和输出刷新阶段。

（二）用户程序执行阶段：在用户程序执行阶段PLC总是由上而下的顺序依次扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时又总是先左后右先上后下的顺序对触点和构成的线路进行逻辑运算然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈所在系统或刷新输出线圈在I/O映象中对应位的状态。

（三）输出刷新阶段：当扫描用户程序结束后，PLC进入输出刷新阶段，在这期间，CPU按照I/O映象区内对应状态和数据刷新所有的输出锁存电路再经输出电路驱动相应的外设，这时才是PLC的真正输出。

三、PLC在实际生产中的应用及分类

目前，PLC在国内外已被广泛应用于工业及其它各行各业，使用情况大致可归纳为几类。

（一）开关量逻辑控制：这是PLC最基本最广泛的应用领域，他取代于传统的继电器，实现逻辑控制、顺序控制既可单台也可多台群控。如我在四川东岛公司用三菱PLC设计的大钳埚行车投放料自动控制填料系统基本上属于单台控制，而在广东东岛、聚鑫公司1厂所设计的抽放料系统则属于多机群控，特别是广东东岛，用三菱PLC顺序控制原理控制抽放料系统的6个投料泵，然后用称重控制器计量，控制要求每次只能两个料泵工作，两两结对，如其中一个重量到达则退出，然后再组合，两个一组配合抽料、放料。

（二）模拟量控制：在工业生过程中有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量，为了使可编程控制器处理模拟量必须模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换，利用采集模块，使PLC用于模拟量控制，如我在聚鑫1厂所设定的纯化反应釜蒸汽阀自动控制系统就是用温度采集模块，采集温度的模拟量，通过PLC数据处理与设定目标值比较，控制蒸汽阀的通断，以达到控制反应釜温度的目的。

（三）运动控制：PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置而言，早期直接用开关量I/O模块连接传感器和执行机构,现在大多使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。如我与方工共同研发的的轨道小车大钳埚填料吸气式填料系统的主料斗下探放料，通过运动控制，限定主料斗向下送料的行程，以提高产量和保证机械和人员操作安全性。

（四）过程控制：过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序完成闭环控制，PID(微积分）调节是一般闭环控制系统中使用得较多的调节方法大中型的PLC都有PID模块，PID处理一般是用专用的PID子程序，PID有着非常广泛的应用，如用作恒压供水变频空调等，如我们广东东岛公司A车间和B车间，使温用控模块读出当前温度值，和设定值比较，通过PID调节控制，用程序使反应釜温度在某一时间段内的温度保持恒定，从而达到理想的控制效果。

（五）数据处理：现代PLC具有数学运算、数学传送数据转换，数据采集分析和处理等功能这些数据通过与触摸屏通讯，可以与存储器中的参考值比较完成一定的控制操作。，也可以利用通讯功能传送到别的智能装置，如本公2#厂粉碎车间中控系统的数据配方的设置储传和发送。

（六）通讯及联网：PLC通讯含PLC间的通讯及PLC与其他智能设备间的通讯，我们公司常用的通讯有RS232，RS422，MODBUS-RTU-RS485通讯，以及以太网通讯这些在广东东岛公及其旗下的子公司我们都普遍地使用。在很多的情况下这几项都不是单独而是综合运用的。

（七）触摸屏与PLC、变频器通讯：触摸屏可以和多家知名品牌的PLC通讯如西门子等，并且提供了不止一种的通讯连接方式，在这里，我们以我们公司常用的威纶触摸屏和S7-200SMART-PLC为例讲解通讯连接方式。

（八）变频器的工作原理及使用技巧：变频器作为一种能源转换的设备，电力电子器件的自动关断化，模块化交流电路开关模式的高频化和控制手段的全数字化等促变频器的小型化，多功能化灵活和适应性不断增强，应用领域不断扩大。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）制动单元、驱动单元、检测单元和微机处理单元组成，变频器靠内部的IGBT的开断来调整输出的电源的电压和频率根据电机的实际需要来提供所需的电源电压进而达到节能调速的目的，另外变频器还有很多保护功能。

变频器用途广泛，有着很多的设置以适应不同的生产实际需要。如变频器控制水泵的恒压供水原理是通过变频器调节水泵的输出频率从而控制水泵的运行速度，当水压低于设定值时变频器会提高水泵频率增加水泵供水量，反之，则减少供水量，通过不断调整水泵频率使供水压力保持在设定的范围内实现恒压供水。