可编程控制系统（共12篇）
可编程控制系统 篇1
1 可编程控制器控制系统设计途径
设计一个PLC控制系统有多种途径:可以在原有的继电器-接触器控制系统基础上加以改造, 形成PLC的控制系统, 就是所谓的经验设计法。顺序控制设计法则是一种典型的PLC顺序控制程序设计方法, 它以顺序功能图来描述控制系统的控制过程, 是一种先进的设计方法。另外, 逻辑设计法也是一种针对数字量控制系统的常用设计方法。在PLC控制系统的设计中, 应该最大限度的满足生产机械或生产流程对电气控制的要求, 在满足控制要求的前提下, 力求PLC控制系统简单、经济、安全、可靠、操作和维修方便, 而且应使用系统能尽量降低使用者长期运行的成本。
1.1 PLC控制系统设计的基本步骤
1.1.1 拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形势来确定, 它是整个设计的依据。
1.1.2 选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构。
1.1.3 选定PLC型号
1.1.4 编制PLC的输入/输出分配表或绘制输入/输出端子接线图。
1.1.5 根据系统设计的要求编写软件规格说明书, 然后再用相应的编程语言进行设计。
1.1.6 了解并遵循用户认知心理学, 重视人机界面的设计, 增强人与机器之间的友善关系。
1.1.7 设计操作台、电气柜及非标准电器元部件。
1.1.8 编写设计说明书和使用说明书。
1.2 PLC控制系统设计的内容
PLC的控制系统设计是指根据控制系统硬件结构和工艺要求, 使用相应的编程语言, 对用户控制程序的编制和相应文件的形成过程。
在系统硬件设计基础上, 根据生产工艺的要求, 分析各输入/输出与各种操作之间的逻辑关系, 确定检测量和控制方法。并设计出系统中设备的操作内容和操作顺序。对于比较复杂的系统, 可按物理位置或控制功能将系统分区控制。比较复杂的系统一般还需要画出系统控制流程图, 用以清楚表明动作顺序和条件, 简单系统一般不用。
熟悉编写语言和编写软件是进行程序设计的前提。这一步骤的主要任务是根据有关于手册了解后所使用的编程软件及其操作系统, 选择一种或几种合适的编写语言程序语言形式, 并熟悉其指令系统和参数分类, 尤其注意那些在编程中可能要用到的指令和功能。
熟悉编程语言最好的办法就是上机操作, 并编制一些试验程序, 在模拟平台上进行试运行, 以便详细的了解指令的功能和用途, 为后面的程序设计打下良好的基础。
定义参数表:数表的定义包括对输入/输出、中间标志、定时器、计数器和数据区的定义。参数表的定义格式和内容根据系统和个人爱好的情况有所不同, 但所包含的内容基本是相同的。程序编制开始以前必须首先定义输入/输出信号表。主要依据PLC输入/输出电气原理图。每一种PLC的输入点编写和输出点编写号都有自己明确的规定, 在确定了PLC型号和配置后, 要对输入/输出编号 (地址) , 并编制成表。
如果有操作系统支持, 尽量使用编程语言高级形式, 如梯形图语言。在编写过程中, 根据实际需要, 对中间标志信号表和存储单元表进行逐个定义, 要注意留出足够的公共暂存区, 以节省内存使用。由于许多小型PLC使用的是简易编程器, 只能输入指令代码。梯形图设计好后, 还需要将梯形图按指令语句编出代码程序, 列出程序清单。在熟悉所选的PLC指令系统后, 可以很容易地根据梯形图写出语句表程序。
系统的测试:测试时先从各功能单元入手, 设定输入信号, 观察输入信号的变化对系统的作用, 必要时可以借助仪器仪表。各功能单元测试完成后, 再连通全部程序, 测试各部分的接口情况, 直到满意为止。系统的测试可以在实验室进行, 也可以在现场进行。如果是在现场进行测试, 那就要将PLC与现场信号隔离, 以免引起事故。上面的内容中每个方面都是系统设计中不可缺少的环节, 要设计一个好的系统程序, 必须要做好每一个环节的工作。
2 PLC控制程序的设计方法
在了解控制程序的设计方法, 就要实际编写PLC程序了。编写PLC程序和编写其他计算机程序一样, 都需要经历以下的过程。
2.1 对系统任务的分块。
分块的目的就是把一个复杂的工程, 分解成多个比较简单的小任务。这样就把一个复杂的问题化为多个简单的小问题, 以便于编制程序。
2.2 编制控制系统的逻辑关系图。
从逻辑关系图上, 可以反映出某一个逻辑关系的结果是什么, 这一结果又应该导出哪些动作。这个逻辑关系可以是以各个控制活动顺序为基准, 也可能是整个活动的时间节拍为基准。逻辑关系图反映了控制过程中控制作用与被控对象的活动, 也反映了输入与输出的关系。
2.3 编制PLC程序并进行调试。
在制PLC程序, 除了要注意程序要正确、可靠外, 还要考虑程序要简捷、省时、便于阅读、便于修改等。编好一个程序块要进行模拟实验, 这样便于查找问题, 便于及时修改, 最好不要整个程序完成后再找问。
2.4 制作控制台与控制柜。
在编完程序之后, 就可以制作控制台和控制柜了。在时间紧张的时候, 这项工作也可以和编制程序并进行。在制作控制台和控制柜的时候要注意选择开关、按钮、继电器等器件的质量, 规格必须满足要求。设备的安装必须注意安全、可靠。比如说屏蔽问题、接地问题等问题必须妥善处理。
2.5 现场调试。
现场调试是整个控制系统完成的重要环节。任何程序的设计很难说不经过现场调试就能使用。只有通过现场调试才能发现控制回路和控制程序不能满足系统要求之处;只有通过现场调试才能发现控制电路和控制程序矛盾之处;只有进行现场调试才能最后实地测试和最后调整控制电路和控制程序, 以适合控制系统的要求。
2.6 编写技术文件并进行运行。
进过现场调试以后, 控制电路和控制程序基本被确定了, 整个系统的硬件和软件基本没有问题了。这时就要全面整流技术文件, 包括整理电路图、PLC程序、使用说明及帮助文件。到此工作基本结束。
摘要：本文概括总结了PLC控制系统设计的几种途径, 指出了PLC控制系统设计的内容, 并概述了PLC控制系统的设计方法。
关键词：PLC,控制,设计
可编程控制系统 篇2
GX Developer:三菱全系列PLC编程软件,支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言编程，网络参数设定，可进行程序的在线更改、监控及调试，结构化程序的编写(分部编程)，可制作成标准化程序, 在其它同类系统中使用。
GX Simulator:三菱PLC的仿真调试软件，支持三菱所有型号PLC(FX,AnU,QnA和Q系列)，模拟外部I/O信号，设定软件状态与数值。GX Explorer:三菱全系列PLC维护工具,提供PLC维护必要的功能。类Windows操作，通过拖动进行程序的上传/下载，可以同时打开几个窗口监控多CPU系统的数据，配合GX RemoteService-I 使用因特网维护功能。
GX RemoteService I :三菱全系列PLC远程访问工具，安装在服务器上，通过因特网/局域网连接PLC和客户。将PLC的状态发EMAIL给手机或计算机，可以通过因特网浏览器对软元件进行监控/测试。在客户机上，可使用GXExplorer软件通过因特网/局域网进入PLC。GX Configurator-CC:A系列专用，cclink单元的设定，监控工具。用于A 系列CC-Link主站模块的CC-Link网络参数设定,无需再编制顺控程序来设定参数，在软件图形输入屏幕中简单设定。可以监控, 测试和诊断CC-Link 站的状态(主站/其它站)，可以设置 AJ65BT-R2的缓存寄存器。
GX Configurator-AD:Q系列专用，A/D转换单元的设定，监控工具。用于设置Q64AD、Q68ADV 和Q68ADI模数转换模块的初始化数据和自动刷新数据，不用编制顺控程序即可实现A/D模块的初始化功能。
GX Configurator-DA:Q系列专用，D/A转换单元的设定，监控工具。用于设置Q62DA、Q64DA、Q68DAV和Q68DAI 数模转换模块的初始化及自动刷新数据。不用编制顺控程序即可实现D/A模块的初始化功能。
GX Configurator-SC:Q系列专用，串行通信单元的设定，监控工具。用于设置串行通信模块QJ71C24(N)、QJ71C24(N)-R2(R4)的条件数据。不用顺控程序即可实现1.传送控制，2.MC 协议通讯，3.无协议通讯，4.交互协议通讯，5.PLC 监视功能，6.调制解调器设置参数设定。
GX Configurator-CT:Q系列专用，高速计数器单元的设定，监控工具。用于设置QD62、QD62E 或QD62D 高速计数模块的初始化数据和自动刷新数据，不用编制顺控程序即可实现初始化功能。
GX Configurator-PT:Q系列专用，QD70单元的设定，监控工具。用来设定QD70P4 或QD70P8 定位模块的初始化数据。省去了用于初始化数据设定的顺控程序，便于检查设置状态和运行状态。
GX Configurator-QP:Q系列专用，QD75P/DM用的定位单元的设定，监控工具。可以对QD75□□进行各种参数、定位数据的设置、监视控制状态并执行运行测试。进行（离线）预设定位数据基础上的模拟和对调试和维护有用的监视功能，即以时序图形式表示定位模块I/O 信号、外部I/O 信号和缓冲存储器状态的采样监视。
GX Configurator-TI:Q系列专用，温度输入器单元的设定，监控工具。用于设置Q64TD 或Q64RD 温度输入模块的初始化数据和自动刷新数据，不用编制顺控程序即可实现初始化功能。
GX Configurator-TC:Q系列专用，温度调节器单元的设定，监控工具。用于设置Q64TCTT、Q64TCTTBW、Q64TCRT 或Q64TCRTBW 温度控制模块的初始化数据和自动刷新数据。
GX Configurator-AS:Q系列专用，AS-I主控单元的设定，监控工具。用于设置AS-i主模块QJ71AS92自动读出/写入的通信数据、CPU软元件存储的自动刷新设置、配置数据的注册/EEPROM保存等的软件工具。GX Configurator-DP:MELSEC-PLC系列专用，Profibus-DP模块的设定，监控工具。用于设置Profibus-DP主站模块QJ71PB92D和A(1S)J71PB92D网络参数（包括主站参数设定、总线参数设定、从站设定等）的软件工具。使用QJ71PB92D时可以实现自动刷新功能，可以通过网络在线远程登入模块。
GX Converter:GX Converter软件包用于将GX Developer的数据转换成Word或Excel 数据使文档的创建简单化。把Excel数据(CSV格式)或文本数据(TXT文件)用于GPPW，把GPPW程序表和软元件注释转换为Excel数据(CSV格式)或文本数据(TXT文件).MX Component:MX Component支持个人计算机与可编程控制器之间的所有通信路径，支持VisualC++、Visual Basic 和Access Excel 的VBA、VBScript。不用考虑各种通信协议的不同，只要经简单处理即可实现通信。不用连接PLC，和GX Simulator同时使用，实现仿真调试。
MX Sheet:MX Sheet是一种软件包，它使用Excel，不用编程，只要进行简单设置，即可运行可编程控制器系统的监视/记录/警报信息的采集/设置值的更改操作。将可编程控制器的软元件数据存储在Excel上，能够容易地收集和分析现场的质量、温度、试验结果等的数据。Excel上显示可编程控制器内的软元件实时状态。将可编程控制器内的位信息作为警报信息存储在Excel上，保存故障发生的历史记录。自动保存按照指定时刻或可编程控制器发出触发条件Excel上显示出来的数据，可用来实现日报和试验结果表的制作和存储的自动化。
可编程控制系统 篇3
【关键词】电子工程；自动化；可编程控制系统
0.引言
近年来，基于可编程控制器的可编程控制系统发展迅速，功能也愈发的强大，能够有效的实现电子工程自动化控制。这种自动化控制系统比传统的控制系统更加的精准和及时，通过对继电器的控制，实现逻辑判断、数据计算、顺序控制等功能。另外，可编程控制器的最大的优点就是其“可编程”的功能，用户可以根据自身的需要进行程序编写，使这种控制系统更加具有灵活性。
1.可编程控制系统的概述
1.1可编程系统的概念
可编程控制系统及利用可编程控制器，对数字控制系统进行运算、控制、数据统计等指令进行执行，从而对设备进行自动化控制的一种系统。所谓可编程控制器即PLC，是一种被用作工业用途的采用电子计算机技术的通用控制器。在操作时，可编程控制器利用自身的编程存储程序，对一些逻辑计算、顺序控制、数据统计和算术操作等指令进行执行，然后通过数字模拟式的输入输出方式对机器设备进行控制，从而达到自动化生产的目的。这种控制器的出现改变了传统数控自动化的面貌，为新的生产工艺和技术提供了有力的支持。近年来，微电子技术发展迅速，可编程系统也逐渐应用到了这一技术，通过对微电子技术的开发和利用，可编程控制器的功能也愈加的丰富，由简单的逻辑计算，到现在的编程、顺序控制、数据输入输出等功能，为电子自动化的革新与发展带来了契机。
1.2可编程控制系统的现状
随着电子计算机技术的发展，可编程控制系统的应用和发展也越来越迅速，在设计理念、理论支持、性能和功能等方面都有了很大的提升，使得新一代的可编程控制系统具有控制功能齐全、覆盖面广、程序编制效率高、故障率低等优点，更加有利于人们的使用和故障排除。另外，远程通信网络、数据处理方法及图像显示技术的不断发展也在一定程度上增强了可编程控制系统的可用性，使其能够更好的为自动化连续生产服务。可编程控制器的应用广泛，已经逐渐的取代了传统的继电器控制方式，提高了电子工程的自动化水平，优化了其资源配置，降低了生产成本，实现了效益的提高。
可编程控制系统现已成为工业产业自动化生产的一种标准配置，其主要应用在开关逻辑、闭环过程控制、设备生产的数字控制、机器人自动化控制和由多种控制系统所组成的多级控制等领域。
2.可编程系统的工作原理
2.1可编程系统基本工作原理
可编程系统的工作核心是可编程控制器，可编程控制器有很多的规格类型，但是其工作原理都是基本一致的，主要包括主机、输入输出接口、编程器接口和外接设备的接口这几部分，在其工作过程中，根据事先设置好的程序按照一定规律进行循环式扫描，与此同时，反复的对接收到的信号进行数据采集和输出状态刷新。在每一次扫描过程中，都需要经过数据采集、指令执行、刷新输出值这三步。在数据采集这一阶段，需要录入数据和其端子的连接状态信息，在指令的执行阶段则是通过对程序的扫描，并且对计算好的数据结果进行输出，导入锁存器、晶体管等相互对应的设备驱动中。
2.2可编程控制技术的编程
程序编制是可编程控制技术的重要步骤之一，需要按照一定的要求来对其进行软件程序编制，其原理主要是通过对不同的编程原件的动合、动断进行编程工作，这些原件主要包括对输入输出继电器、计数器、定时器等。可编程控制器中的这些原件与传统的控制系统具有很多的相似之处，要说到不同，主要是可编程控制器在编程过程中是以存储单元的逻辑状态来实现的，而不是通过非硬件继电器来进行的。一般来讲，控制器生产厂家会提供给用户一些编程语言，其通过对指令和图形的描述来满足用户的使用需求，比较常用的编程语言有梯形图语言以及指令语句语言等。所谓梯形图语言主要利用继电器动合、动断触点的关系进行语言编程，这种编程方式比较直观易懂，易于操作。指令语句编程是利用指令字符来进行编程， 这一编程方式与计算机编程较为相似，比上一编程方法要复杂深奥一些，不利于操作。
3.可编程控制系统在电子工程中的应用举例
3.1可编程控制系统在运输传送设备中的应用
运输传送设备经常用于港口运输当中，属于比较常见的电子工程设备，由于港口运输的货物数量比较大，不利于管理和检查，想要做到高质量的管理和保护必须要大量的工作人员，可以说，传统的管理控制方式即费时、又费力。这个时候可编程控制系统的作用就体现出来了，我们可以通过使用可编程控制系统来实现对于整个运输传送流程的监控，然后根据货物的密集和重要程度，针对性的对其进行适当的管理保护。在具体的操作上，我们可以利用可编程控制器将监控系统、电话通讯系统、集中管理系统进行实施整合和组织，以构建出一种可以对整个运输传送设备进行自动化管理的集控网络，对整个运输场地进行实时的遥测、遥控，有效的提高在运输传送系统的安全性、可靠性，从而使其工作效率得到提升。另外，设备实现自动化可以有效的节约成本，减少工作人员的使用数量，在设备故障的处理上，也能做到快速和精准，为生产、运营带来了莫大的益处。
在这种运输传送系统自动化的实施中，可以通过对现场控制和集中管理控制这两部分进行对其分别管理。所谓现场控制是指利用可编程控制系统对控制站、现场控制仪器和检测仪器对现场进行实时监视控制；集中控制则是指利用可编程控制技术通过对监控室、工作人员、工程技术人员以及数据服务器等进行集中管理和控制，然后将现场控制和集中控制通过网络数据通信进行联结，实现对现场数据的采集。利用可编程控制技术所构建的运输传送自动化控制系统，能够实现对生产现场的有效控制的管理，通过监视系统定时的搜集和上传的数据，了解现场所发生的事故或者突发状况，以保证货物和工作人员的安全，实现安全生产、高效生产。
3.2可编程控制系统在高粉尘浓度环境下除尘系统中的应用
石灰、水泥生产企业在其进行生产过程中，经常会产生大量的粉尘和细小颗粒，对环境产生 了巨大的影响，同时，也不利于工作人员的身体健康。传统的除尘方式，无外乎喷水或者人工除尘，不但效率低下，还浪费了大量的财力物力。采用可编程控制系统对其进行自动化控制，能够大大的提高除尘效率，具有质量高、成本低的优点。具体操作上可以利用电控箱和集中控制中心相联接，同时利用现场监视系统对现场的粉尘污染情况进行监视，并反馈一定的数据，在利用传感器与水泵相连，通过对水位、水压的设定，来进行自动化的消防和除尘。
4.结语
可编程控制系统运用广泛，对电子工程及其自动化的实现具有重大的意义，可编程控制系统主要将运用计算机技术和继电器控制系统相结合，通过实现对程序的编制，利用监控设施、通讯设备、集控设备等对生产环境和生产要素实施监控和管理。在控制的过程中，需要将集中控制和现场控制相结合，综合利用各种资源对电子工程进行自动化的智能管理，大大的提高生产的效率。 [科]
【参考文献】
[1]刘远博，薛丽贤，郑毅.可编程控制器PLC控制系统程序设计探讨[J].黄金，2011（4）.
可编程控制系统 篇4
随着工业化和信息化的融合不断深入，信息技术开始更加广泛地运用到工业控制领域。当前，信息化工业控制系统已经广泛应用于能源、电力、化工等工业领域，工业控制系统已然成为国家安全战略的重要组成部分。为了方便工业控制系统中各个部件的协同和信息共享，工业控制系统正逐渐打破原有的封闭性，向开放化的方向发展，采用标准、通用的通信协议和软硬件系统，将导致工控系统面临病毒、黑客入侵等安全威胁。
2010年，伊朗布什尔核电站遭到“震网”（Stuxnet）蠕虫病毒攻击[1]，“震网”病毒以伊朗核电站使用的数据采集与监视控制（SCADA）系统作为攻击目标，利用Windows和工业控制系统PLC的动态链接库（DLL）缺陷进行传播和攻击，致使伊朗核电计划被延缓。在这次事件后，工控系统安全成为工控领域的热点问题。如何有效的保护工业控制系统PLC的安全，防止不法分子和黑客对工业控制系统PLC实施入侵和破坏，具有重大的经济和战略意义。
相较以往工业控制系统的安全报告和相关文献的重点突出在数据的实时采集与监控安全[2]、外网到内网的保护[3]上，本文从工控系统的现场可编程机制出发，对工控系统潜在的安全隐患和面临的威胁进行分析，提出了安全隐患分析方法和模型，并对存在的安全威胁进行了总结。
1 工业控制系统现场可编程原理
工业控制系统的现场可编程，就是在工业控制系统的运行现场，编程上位机通过现场总线或以太网对工业控制器进行编程控制（包括用户程序下载、工程信息修改等），可以即时改变现场设备的运行状态。现场可编程技术在工控系统的广泛应用使得工业生产中工控系统对现场设备的实时控制达到了一个全新的阶段。
1.1 工业控制系统的基本构成
工业控制系统主要由以下几个部分组成：SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监控系统，分布式过程控制系统DCS(Distributed Control System），可编程逻辑控制器PLC(Programmabl Logic Controller），人机界面HMI(Human Machine Inter face）等。其中的工业控制器即PLC是整个工业控制系统的核心部件，直接控制外部设备和工业生产。PLC直接受到编程上位机和监控站的控制，图1为工业控制系统简化结构图。
1.2 现场可编程机制
现场可编程技术以其编程简单、控制灵活、用户程序实时可控等优点，在工业控制领域得到了广泛的发展和应用，现阶段的现场总线逐步向以太网等常用通信手段扩展。以广泛使用的工业以太网实现的现场编程为例，现场编程的实现流程如图2所示。
PLC的现场编程包括以下几个步骤：
首先在编程上位机编写STL/LAD高级程序，由编程软件编译成可执行代码；再将可执行二进制代码组合到网络数据包中，通过以太网接口下载到控制器PLC中，PLC的以太网接口接收到数据包后，解析并执行这些代码，这样就实现了远程上位主机对PLC的现场编程。随着网络技术的发展，PLC的现场编程不仅包括传统的用户程序代码编程，更是延伸到了更底层的固件代码，例如可以通过以太网接口实现固件版本更新等高级操作。
工业控制系统现场编程的数据采用现场总线传输，其中使用最广泛的是工业以太网连接，图3是工业以太网的层次模型[4]。
如图3所示，工业以太网协议基本上是直接在TCP/IP层以上附加应用层协议实现的，通过直接把应用层报文嵌入到TCP报文中，组成工业以太网数据帧。所以工业以太网协议的低层次数据链路层、传输层、网络层采用的是标准协议，应用层则一般采用内部非公开协议。工控系统的安全策略大多都在应用层中实现，具有一定的研究意义。
工控系统应用层协议主要具有以下几个特点：
保密性：传统IT网络的应用层协议都已经对外公开，具有统一的标准，所以按照协议格式，可以轻松分析得到包头和各数据段表示的信息。而工业控制系统的应用层协议则没有统一的标准，工业控制领域的系统开发公司针对自己的产品都指定了具有各自特点的应用层协议，且不对外公开。
实时性：工业控制系统设计过程中最重要的指标就是实时性，从而要求工业控制系统的应用层协议也必须满足实时性的要求。然而正是由于必须满足实时性的要求，应用层协议在设计过程中主要的系统资源消耗在实时控制方面，导致无法消耗更多资源在系统安全的保护上。
可侦测性：工业控制系统采用的网络结构与传统IT网络类似，具有分层结构。如果能侵入工业控制内网，则可以利用传统IT网络的嗅探、侦测技术对工业以太网的数据进行截获、窃取等操作，甚至对关键数据进行篡改。
2 现场可编程安全隐患分析模型设计
工业控制系统在设计过程中注重系统的可用性和实时性，而对系统信息的安全没有做出应有的防护。尤其在现场可编程机制中，编程上位机通过工业以太网与PLC连接实现数据传输，上位机将PLC应用程序下载到PLC，实际上是将PLC直接连接到了上位机和监控站所在的内部网里。仅仅通过在工业以太网上设置工业防火墙，防止内部网络的非法访问，不能保证内部数据的安全。因此，现场可编程机制存在严重的安全隐患。下面从保密性、完整性、可认证性三个方面对工控系统现场可编程机制的安全性进行分析建模[5,6]。
2.1 现场编程数据的保密性模型
保密性是指网络信息不被泄露给非授权的用户或实体，信息只为授权用户使用的特性。
数据信息的保密性主要分为两个方面：信息的防侦收和信息加密。
根据信息数据的传输和处理，建立基于信息流的现场编程数据保密性安全模型，如图4所示。
在工控系统的现场可编程机制中，数据的保密性主要表现在对PLC用户程序指令的可执行代码的加密和解密、PLC的数据经过工业以太网时的防护（主要通过工业防火墙）等安全措施。如图4所示，上排横向过程表示用户程序数据A经过加密变换E后，组包进入工业以太网传输；接收端经过解包，得到加密通信数据，再经过解密变换D还原出原始数据A。其中工业以太网设有工业防火墙，防止非授权访问。若是黑客突破了工业防火墙，窃取了工业以太网中的通信数据，即使破译了应用层的不公开协议，由于不能获取数据的加密方式和密钥，只能分析得到加密数据，而不能恢复出原始数据A。
然而，课题组对工控系统的现场编程过程的研究结果却令人大吃一惊，工业以太网的二进制通信数据竟然毫无加密处理，而是以明文的形式传输。这就给黑客和不法分子侵入工控系统、窃取核心机密可乘之机。由于工控系统缺乏对数据的加密处理，黑客通过网络手段获取通信数据，就能直接得到现场编程的重要指令，造成极大的安全威胁。
2.2 现场编程数据的完整性
完整性是指在传输、存储信息或数据的过程中，确保信息或数据不被未授权的篡改或在篡改后能够被及时发现。图5为工控系统现场编程数据完整性验证模型图。
如图5所示，通信数据A在发送之前，使用杂凑函数f()计算出信息摘要f(A)附在数据A后，通过工业以太网传输到PLC,PLC使用函数f()对接收到的数据部分B再次计算，比较f(A),f(B)，以此验证数据A的完整性。假设通信数据被黑客截获且关键数据被篡改，如图中虚线表示，信息数据部分被篡改为B，而摘要部分f(A)保持不变，通信数据到达接收端后，对信息数据部分B再次计算f(B)，并与原摘要f(A)作比较，以此检验数据完整性是否被破坏。
工控系统的现场可编程机制，为了更简单、快捷、实效地传输程序指令，需要尽量减少通信数据的冗余，提高传输效率。因此，目前主流工控系统的现场可编程机制没有设置对数据的完整性验证，忽略了系统的安全性，也就可能导致通信数据程序指令存在被恶意篡改的危险。
2.3 上位机身份的可认证性
可认证性是指对操作客体对操作主体的认证。在工控系统的现场可编程机制中，编程上位机拥有对下位PLC的直接操作权限。为了保证系统的安全，PLC需要对编程上位机的身份信息进行认证[7]，上位机身份认证模型如图6所示。
工控系统的现场编程过程，首先需要编程上位机与PLC建立以太网通信连接（一般采用TCP 3次握手），然后通过工业以太网发送消息相互验证身份信息。
如图6所示，倘若黑客使用工业以太网上另一台非上位主机与PLC建立伪上位机连接，PLC接收端会对上位机的身份进行验证，确认该上位主机是否有对PLC操作的权限，确认身份后，才接收目标主机传来的信息数据，这样就能保证现场可编程数据的安全。通过对现有工控系统上位机与PLC通信机制的研究发现，为了节省系统资源，降低通信数据冗余，现阶段普遍使用的PLC尚未设置对上位机的身份验证环节，故不能对系统安全实施有效保护。因此，在上位机的身份认证方面，PLC依旧保持较弱的安全性，存在安全隐患。
综上所述，可以总结出工控系统现场可编程安全机制主要分为三个方面：现场编程保密性、现场编程完整性和可认证性，每个方面都存在一定的安全隐患，主要有以下几点：
(1）工业以太网中引入了交换机，似乎提高了安全性，但交换机本身就存在大量安全漏洞，例如，更改交换机配置，ARP欺骗攻击，监视端口被利用都可能导致交换机被黑客攻破，从而获得直接侵入PLC的机会[8]。
(2）以太网的通用标准早已被人们所熟知，工业以太网应用层以下的协议都是通用协议，可以直接解析，所以，不法攻击者只需掌握或破译应用层协议格式，就能轻易构造合法的数据包，模仿编程上位机对PLC进行实时操作。
(3）工业以太网的数据传输大多采用明文，未使用任何加密手段，这又给黑客实施攻击提供了方便，黑客一旦破译了应用层协议格式，就可能得到PLC中运行的应用程序，这是相当危险的。
(4)PLC对编程上位机发送的网络数据包不验证来源的可靠性，这些数据包中包含重要的程序指令，伪造的数据包能轻易对PLC运行状态进行更改。黑客甚至可能利用内网肉机与PLC建立伪上位机可编程连接，对PLC实施恶意操纵[9]。
3 隐患验证实验
根据工控系统现场可编程机制安全性的三个方面，进行以下3个小实验来验证现场可编程机制存在的安全隐患。
搭建一个简单的实验平台，包括实验编程上位机、监视监控主机、可编程控制器（PLC）、模拟攻击主机等，通过交换机相连构成工业控制局域网系统。假设通过某种手段，黑客侵入了内部局域网的一台主机，利用该主机对系统实施攻击。
3.1 现场可编程信息破译实验
正常运行实验平台，使用编程上位机对PLC进行现场编程（例如发送删除DB1数据块的指令），同时抓取工控系统现场编程过程的网络通信数据，图7为利用抓包软件wireshark获取的实时通信二进制数据包。
如图7所示，数据包的末尾可以清楚地看到0A00001B.＿DELE的ASCII码。显然，实验平台使用工控系统的网络传输过程采用的是未加密的明文传输，一旦被网络黑客获取网络数据，就能轻易破译现场编程的重要指令，存在严重的安全隐患。
3.2 通信数据篡改实验
工控系统正常运行，现场编程传送给PLC一个包含2 s时间周期的DB块。利用网卡混杂模式获取网络数据包，找到表示2 s时间数据的二进制代码，修改为1 s，然后按照原DB模块下载的通信时序重新下载，观测实际通信周期。
从二进制通信数据中提取核心信息，对其进行篡改并按照相同的时序重新发送至PLC，观测工控系统的相关指标。将表示时间的二进制数据0x02改为0x01，并按照相同的时序重新发送至PLC，观测工控系统的实时压力数值，如图8所示，显然对通信数据的篡改已经生效，数据周期由2 s变为1 s。
3.3 伪上位机恶意控制实验
截获上位机和PLC通信的网络数据包之后，使用另一台内网实验主机，利用socket向PLC发送相同的数据内容，如图9所示。
完成相同的通信时序之后，在PLC上实现了相同的编程效果。实验证明，PLC对上位机身份没有验证，倘若黑客利用内网肉机建立了伪装的上位机，就能实现对PLC的恶意控制。
实验分析如下：工控系统的现场可编程机制存在严重的安全隐患，如采用普通网线传输数据，通信数据可能被监听和截获；不验证上位机信息就能与PLC建立现场编程连接，可能存在恶意伪上位机连接；通信数据被篡改后仍然能正常下载到PLC并生效，缺乏对数据完整性的验证。
4 结语
本文从工控系统的现场可编程机制入手，研究了工控系统通过工业以太网实现现场编程所存在的安全隐患，主要就保密性、完整性、认证性等方面对现场可编程过程进行了安全性分析，总结了系统存在的部分安全威胁。
当前工控系统逐渐向开放化、智能化的方向发展，方便用户的同时也会存在一些安全隐患，如工业以太网的安全漏洞、PLC对外来数据无验证等。如何在丰富系统功能、简化操作过程的同时确保工控系统的安全，是一个需要深入探索研究的课题[10]。
摘要：深入研究了当前工业控制系统PLC现场可编程的原理,从数据的保密性、完整性和身份可认证性三个方面分别建立安全性模型,分析出现场可编程的安全机制在以上三个方面缺乏必要的安全防护。搭建实验平台,通过模拟实验验证了存在的安全隐患。
关键词：工业控制系统,现场可编程,安全隐患,工业以太网
参考文献
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可编程控制器PLC复习重点总结 篇5
(1)基本控制功能（与或非等逻辑指令，触点串并联；定时、计数）
(2)步进控制功能（在多工步控制中，按照一定的顺序工作）(3)模拟控制功能（模拟量输入和输出摸块）(4)(5)定位控制功能（提供高速计数、定位、脉冲实现各种定位控制）站，网络通信功能（通过PLC工作站形成一个RS232-PCPLC网络系统）机、打印机、通过计算机做主
(6)序，一旦有故障，立即给出出错信息并作处理）自诊断功能（在CPU.RAM.I/O正常工作的情况下执行用户程 [7)维护和调试提供了方便）显示监控功能（用编程器和人机界面直接显示某些运行状态为
3.PLC12）编程语言简单、易掌握与其他计算机控制
装置相比所具有的特点： 3）抗干扰能力强、可靠性高
4）输入输出接口电路已设计好，输出驱动能力强5）采用模块结构、组态灵活、性价比高
.3.PLC）对电源的要求不高，允许波动的范围较宽(1)的分类
1按照结构形式可分为整体式和模块式。把．整体式（单元式结构）PLC的各部分都装入一个箱体内。
特点：结构紧凑，构成一个整体，体积小，成本低，安装方便。目前，小型PLC开始吸收模块式的特点，还有许多专用特殊功能模块。
2采用搭积木的方式组成系统。．模块式结构
特点：CPU、输入、输出、电源等是独立的模块，要组成一个系统，只需在一块基板上插上CPU、输入、输出、电源等模块，就能构成一个具有大量I/O点的大规模综合控制系统。各种模块尺寸统一，便于安装。特点是系统配置灵活，选型、安装、调试、扩展、维修十分方便.2中型和大型。）从规模上按 PLC的输入输出点数及存储器容量可分为小型、小型机：PLCI/O点数不超过128点，用户存储容量小于4K。中型机： PLCI/O点数为129~512点，用户存储容量4K~16K。大型机：PLCI/O点数为大于512点，用户存储容量大于16K。
4.PLC(1)的性能指标
(1)
工业环境的要求，PLC的性能指标通常用硬件和软件指标来衡量。硬件应满足(2)I/O点数（开关量和模拟量）。软元件的种类和数量用户程序存储器容量和类型PLC的软件指标通常用以下几项来描述：(5)扫描速度(2)(6)编程语言其他(3)
指令种类及条数(4)
2.CPU1].其主要任务有：
2].控制从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储；
入状态表或数据存储器中；用扫描方式通过I/O部件接收现场的状态与数据，并存入输
3].4].PLC诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误； 令解释后按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，经过命 5].容，根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出寄存器表的内再经由输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。6].接受中断请求并作处理 3.I/O输入1.模块是/输出模块CPU与现场
I/O设备或其它外部设备之间的连接部件。输入部件是输入部件
PLC与工业生产现场被控对象之间的连接部件，是现场信号进入PLC的桥梁。该部件接收由主令元件、检测元件来的信号。
2输出部件也是）输出部件
PLC与现场设备之间的连接部件。希望它能直接驱动执行元件，如电磁阀、微电机、接触器、灯和音响
等。4.开关量输入模块直流输入模块
交流输入模块 交直流输入模块 [2)开关量输出模块的基本原理：三种输出晶体管输出.可控硅输出
继电器输出
9.编程器分为以下 可编程序控制器的编程语言 梯形图
语句表3类：
其他编程语言
简易编程器
图形编程器
工业控制计算机作为编程器 可编程序控制器的应用概况 PLC(1)应用于以下几个方面：
制(4)开关量逻辑控制数据处理(5)通信(2)慢连续量的过程控制(3)快连续量的运动控
在选择使用模拟量5.(3)模拟量输入模块的基本原理
输入模块时，主要应考虑如下几个技术要
求：
①输入量类型：电压，电流；
②输入量程：常见为0~10V(4~20mA)； ③输入极性：如±5V；
④输入通路数：常见有单路、8路和16路；
⑤转换精度：主要决定于A/D转换芯片规格，如8位、10位12位；
⑥转换速度：常见有10~100μs 4)在选择使用模拟量模拟量
输出模块的基本原理
输出模块时，主要考虑以下技术要求：
①输出量
类型：电压或电流(取决于输出驱动方式或
连接方法)；
②输出精度：主要取决于D/A转换器的精度，如8位或
12位； ③输出通道数：取决于输出转换开关，常见的有单路或 8路； ④输出幅度：决定于输出级； ⑤输出极性：单向或双向。7.PLCPLC序执行过程，的工作过程就是程序执行过程，的工作过程
它分为三个阶段，即输入采样阶段、PLC投入运行后，程序执行阶段、便执行程输出刷新阶段。1在这个阶段，）输入采样阶段PLC
以扫描方式按顺序将所有输入端的输入信号状态读入到输入映像寄存器中寄存起来，称为对输入信号的采样或称刷新。
2在此阶段，）程序执行阶段PLC对程序按顺序进行扫描。如果程序用梯形图表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行扫描。3当程序执行完后，进入输出刷新阶段。此时，将元素映像寄存器）输出刷新阶段
中所有输出继电器状态转存到输出锁存电路，再去驱动用户输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。8.PLCPLC的输入/响应滞后现象。对于一般工业设备来说，这些滞后现象是完全允有很多优越之处，但也有不足之处，其中最显著的使输出滞后现象
I/O有许的。但应尽量减少滞后时间。
当PLC的输入端有一个输入信号发生变化到PLC输出端对输入变化作出反应，需要一段时间。这个时间是响应时间或滞后时间。产生I/O响应滞后的原因一般是：
序执行、输出刷新三个阶段进行。1）执行程序按工作周期进行，每一工作周期又分输入采样、程
2后作用、输出继电器的机械滞后作用）产生输入/输出响应滞后的其他原因还有输入滤波器电路的滞.1.FX
1系列PLC的主要特点 具有基本单元、扩展单元和扩展模块及特殊功能单元。）系统配置灵活方便
2在线修改和编写程序，实现元件监控和测试功能。在计算机上进）具有在线和离线编程功能
行离线编程。3* FX）高速处理功能
* 系列PLC内置多点高速计数器，对输入脉冲进行计数。* 不受扫描周期限制，实现定位控制；
中断输入方式对具有优先权和紧急情况的输入可快速响应。
1.机。超小型机中
FX2N系列功能最强速度最快容量最大，属于高档 组成的单元型可编程控制器。
FX-2N系列PLC是由电源、AC电源、CPU、存贮器和输入DC输入型的内装/输出器件DC24V电源作为传感器的辅助电源；可进行逻辑控制、开关量控制、模拟量控制，并可进行各种运算、传送、变址寻址、移位等功能。FX（输入继电器（系列PLC的软元件地址编号及其功能
T）
计数器（X）和输出继电器（C）寄存器（D/V/Z Y）辅助继电器（）状态（S）指针（M）定时器P、I）常数（K、H）
基本指令：一.LD/LDI、AND/ADI、OR/ORI、ANB/ORB、OUT指令
二.LDP、LDF、ANDP、ANDF、ORP、ORF指令 三.SET、RST指令 四.PLS、PLF指令
五.MPS、MRD、MPP指令 六.MC、MCR指令 七.INV反
可编程控制系统 篇6
摘要：国家中长期教育改革发展纲要和卓越工程师教育培养计划对工程技术人才的知识结构、学习能力、实践能力和创新能力及工程意识提出了明确要求。应用型本科院校必须修改培养方案，创新课程体系以适应人才培养的要求。本文以电气工程专业的“电气控制技术和可编程控制器”为例，进行课程体系研究，通过整合教学内容、改善教学手段、课程实验层次划分、课程设计工程化、改善实验室运行方式等强化学生的能力培养，取得较好的效果。
关键词：电气控制技术;可编程控制器;课程体系;能力培养
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0065-02
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》，指出高等教育今后的战略目标是：“优化知识结构，丰富社会实践，强化能力培养;着力提高学生的学习能力、实践能力和创新能力，”力争于2020年跻身创新型国家行列和人力资源强国行列[1]，为实现这一目标，高等教育任重而道远。教育部于2010年6月23日启动了“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养造就一批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。卓越工程师教育培养计划的核心是以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，强化学生的工程意识和实践能力[2]。
“电气控制技术”和“可编程控制器”是两门实践性强的专业基础课程，是电气工程及其自动化专业的核心课程。如何利用现有条件，在“电气控制技术”和“可编程控制器”的教学环节中，不断提高教学质量，提高学生综合分析和解决工程实际问题的能力，培养高素质创新型应用人才，满足社会需要，已引起各高校和相关教师的高度重视。因此，改革这两门课程的教学方法和手段，构建与社会需求相适应的教学新方案，具有重要而深远的意义。我院从课程的教学内容、教学手段、实践环节以及实验室运行改革入手，开展研究，逐渐形成了自己的教学特色。
一、调整教学大纲，精心选择授课内容
对于应用型本科院校，应紧密联系社会生产实际，瞄准典型岗位群，整合教学内容。因为可编程控制器应用越来越广泛，所以课程应以可编程控制器控制为核心;同时，考虑到企业中还有相当数量的接触器——继电器控制的机床设备，加之接触器——继电器控制的典型环节和控制规律又是学习可编程控制器控制的基础，所以课程内容中要有接触器——继电器控制部分。这两部分内容既相对独立，又密切联系。
1.电气控制技术理论课程内容安排
继电器——接触器控制部分主要有低压电器元件的原理、用途及电气符号介绍、典型控制环节和基本控制规律以及典型的常用机床的电气控制系统原理分析，要求熟练掌握典型环节、基本控制规律和原理分析方法及必要的故障检查排除方法。
2.可编程序控制器理论课程内容安排
可编程控制器部分以国内广泛应用的西门子S7-200为背景机型，主要讲述可编程控制器的结构和工作原理、基本指令和使用频率较高的扩展指令、可编程序控制器的编程方法。在编程方法上，以顺序控制编程方法为主要内容。以上内容分两门课进行讲授。教学中注重理论与工程实际相结合，重视培养学生的实际工程应用能力和创新能力，融入前沿技术，较好地体现课程的基础性、先进性和前沿性[3]。在讲课过程中注重对比和联系，引导学生理解两种控制方式的异同和特点。
因为可编程控制实践性强，安排适当的学时数讲解最新典型可编程控制系统的编程实例，使学生眼界开阔。这部分内容每轮都会更新，即课程内容是开放的、动态的。编写教学大纲时要充分考虑两部分之间的联系，将课程内容精选。
二、应用现代化的教学手段
理论教学中采用多媒体辅助教学手段，进行启发式教学，课堂气氛活跃，同时可以使复杂问题简单化，抽象问题具体化，便于知识更新，显著提高理论教学效果。
对于扩充学生知识面的认知知识，我们采用多媒体手段，可以扩大课堂信息量，也可以为重点问题留出更多的理论课时。
充分利用网络手段，将课程多媒体课件、章节重点内容和典型案例等传至QQ交流群，供学生下载交流学习。
在多媒体教室计算机中预装S7-200编程监控软件及仿真软件，供教师在课堂教学中使用。当学生对某些指令用法存在疑惑时，可进行现场演示，生动直观。
鼓励学生在自己的电脑上安装S7-200编程监控软件和仿真运行软件，查找资料进行自主学习，可以弥补实验设备的不足[4]。
三、分层次安排课程实验内容
根据学习规律，必要数量的实验可以强化学生对课程内容的理解与掌握，但学生的技能优势逐步提高的。因此将实验课程按難度排列，可以达到较好的效果。
1.电气控制技术课程实验安排
电气控制技术的课程实验分为两部分。一部分为基础实验，主要验证典型控制环节和基本控制规律，引导学生加深对上述控制电路的理解与掌握，培养学生的动手能力;另一部分是综合实验，培养学生对较复杂的机床电气控制系统的原理分析、寻找故障和排除故障的能力，相应的实验内容和学时分配见表1。
2.可编程序控制器课程实验安排
可编程序控制器部分的课程实验也分为两部分。一部分为基础实验，主要包括熟悉编程软件和实验装置用法的准备实验和若干基本指令应用实验，主要是理解和验证指令功能，重点掌握移位寄存器指令和顺序控制指令的编程方法，掌握基本编程技能;另一部分是综合实验，训练学生根据任务要求，绘制程序流程图，进而综合利用各种指令进行复杂编程的能力，学生可以在四层电梯的模拟控制、加工中心模拟控制、自动售货机模拟控制等试验中选择一个进行。相应的实验内容和学时分配见表2。
表1 电气控制技术实验内容
实验层次 实验内容 学时
基础实验 电动机正反转直接起动控制电路 2
电动机降压起动控制电路电路 2
电动机串电阻反接制动控制电路 2
电动机能耗制动控制电路 2
综合实验 C620车床的电气控制线路 2
M7130平面磨床的电气控制线路 2
X62W铣床模拟控制线路的调试 4
表2 可编程控制器实验内容
实验层次 实验内容 学时
基础实验 PLC的基本指令练习、软件学习 2
交通灯的PLC模拟控制 2
机械手的PLC模拟控制 2
装配流水线的PLC模拟控制 2
综合实验 加工中心的PLC模拟控制 2
自动售货机的PLC模拟控制 2
四层电梯的PLC模拟控制 4
四、改進课程设计教学
为了巩固学习效果，进一步训练学生利用所学知识分析问题解决问题的能力，在每门课程讲授完成后，进行课程设计。
1.电气控制技术课程设计
进行电气控制技术课程设计时，学生根据所给题目进行接触器——继电器控制系统原理设计，然后在维修电工实训室对所设计的原理图进行连线验证，验证通过后，根据负载选择电源开关、熔断器、接触器、热继电器、时间继电器、按钮等电器元件的型号、参数，查阅资料确定每个元件尺寸，按题目所给的底板尺寸安排各元器件的位置，绘制电气元件布置图和电器元件布线图，给出元器件清单和其他材料消耗定额，撰写设计说明书，最后答辩评定成绩。通过上述课程设计，使学生经历一次比较完整的接触器——继电器控制系统设计过程，提高学生的工程实践能力。
2.可编程序控制器课程设计
进行可编程控制器课程设计时，学生根据所给题目，明确控制要求，确定输入、输出信号和可编程控制器的输入、输出点数，选择可编程控制器的型号，绘制可编程序控制器接线图和程序流程图，然后根据流程图进行梯形图设计，利用计算机和可编程控制器实验装置进行程序验证和改进设计，符合要求后，打印程序清单，进行程序注释。根据题目所给控制箱的背板尺寸安排个电器元件的位置，绘制控制系统元件布置图和布线图，给出元器件清单和其他材料消耗定额，撰写设计说明书，最后答辩评定成绩。通过上述课程设计，使学生经历一次比较完整的可编程控制系统的设计过程，进一步锻炼学生的工程实践能力。
五、改进实验室运行方式
实验室是学生施加能力培养的重要场所，以往理论教学后开始实践教学，当学生做实验时，电气控制原理或可编程控制器的指令已经生疏了。其次，理论教学和实践教学分别由不同老师执行，不了解学生的学习情况，影响学习效果。再次，受实验设备的限制，有些实验项目不能进行。最后，实验室利用效率低，非实验时间实验室不开放，学生想进一步进行实验提高能力时不方便。基于此，我们改变实验室运行方式，主要有：
1.为了促进理论教学和实验教学的融合，理论课教师参加指导实验，这样有利于理论知识对实践环节的切实指导，也有利于实践环节对理论知识的有效检验，同时也促进了教师的教学交流，提高教学质量[5]。
2.应用MCGS等监控仿真软件，构造虚拟实验环境，扩充实验数量，学生可自主进行仿真实验，提高学生实践能力，还可引导学生进行仿真实验开发，丰富实验内容。目前已经将可编程控制器经典的三十多个试验进行仿真建模。
3.将实验室在课程设计、生产实习、毕业设计阶段全开放，提高实验室利用率。指导教师指定课程设计和毕业设计内容，学生充分利用实验室资源，通过查阅资料，结合生产实践，确定控制系统方案，进行验证。
4.鼓励学生申请创新性试验项目，在老师指导下，利用实验设备进行项目研究，锻炼学生创新能力。
六、结语
在卓越工程师培养计划的引导下，对电气工程专业的“电气控制技术”和“可编程序控制器”的课程体系进行了重建。
1.精简整合两部分的理论授课内容，重视原理和方法的阐述，并注重两部分之间的异同和联系;
2.在课程实验教学中，将实验分成基础实验和综合实验，分层次培养学生的动手能力;
3.在课程设计环节教学中，为学生虚拟一个工程背景，按工程技术人员的开发规程完成课程设计;
4.改进实验室运行方式，理论课教师参加实验教学，改善实验条件，扩大实验室开放时段，引导学生利用实验室资源。
通过几轮的理论与实践教学，我们观察到学生对电气控制原理都有较深的理解，可编程序控制器的编程能力与前几届学生相比有明显提高。同时，学生接受了电气控制系统的开发工作过程训练，工程实践能力明显增强。
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可编程控制系统 篇7
关键词：机场低压供电控制系统,S7-200PLC,Smart-1000触摸屏
0 引言
襄樊机场的用电负荷总体上属于一级负荷 (其中助航灯光、导航台、塔台等若干设备负荷属于特别重要负荷) , 对供电的连续可靠性有着较高的要求。该机场低压供电系统采用单母分段供电方式, 设独立双电源供电, 两路电源可互为备用, 并在Ⅱ段母线侧设柴油发电机一台, 以备两路电源均不能供电时投入发电机供电。
为了保证机场配电系统的可靠运行、提高供配电系统运行管理水平、降低运行成本、减少故障恢复时间、方便运行维护人员工作并大幅提高供配电系统的安全性, 本文采用的基于可编程控制器的供电系统设计可以提供供电系统的安全性、可靠性, 对于提高机场的安全运营具有重要意义。
该设计方案的主要优点包括:
(1) 抗干扰能力强、可靠性高。高可靠性是电气控制设备的主要性能, PLC控制系统采用了现代大规模集成电路技术, 内部电路具有先进的抗干扰技术, 为了降低故障的发生率, 采用可编程二重容错处理技术。另外PLC控制系统还具有硬件故障自我检测功能, 出现故障时可及时发出警报信息。
(2) 功能完善、适用性强。随着PLC控制系统在现代控制领域的广泛应用, 可适用于各种规模的工业控制场合, 在各个工业控制中的技术应用也相当成熟。
(3) 经济合算。PLC控制系统可减少辅助设备的投资, 采用存储逻辑代替接线逻辑, 大大减少控制设备的外部接线, 可缩短控制系统的设计周期及建造周期。另外采用PLC控制系统可降低日常运行维护成本, 增加企业附加值回报。
综上所述, 采用PLC控制系统实现机场低压供电控制系统可有效的提高机场供电的安全性、可靠性, 减少由电源问题带来的安全隐患及经济损失。
1 低压供电系统的方案设计
根据机场对低压供电系统实现电源自动投切的要求, 该系统通过可编程控制器PLC、电压继电器、中间继电器、触摸屏等实现对低压供电系统的自动切换及运行状态的可视监视。本系统的主要任务是利用PLC模块采集断路器状态, 然后根据电源供电系统设计的工艺要求进行逻辑判断, 再通过PLC的开出模块实现断路器的分合控制, 从而达到电源自动投切的要求实现机场安全供电。供电系统图如图1所示。
系统的设计要求: (1) 正常运行时母联断开, 两条进线各带一段母线运行; (2) 当1#进线有故障时跳开QF1开关, 合QF4开关, 由2#进线带两段负荷; (3) 当2#进线有故障时跳开QF2开关, 合QF4开关, 由1#进线带两段负荷; (4) 当1#进线、2#进线均有故障时投发电机, 由发电机带两段负荷。其原理框图如图2所示。
2 低压供电控制系统的硬件设计
2.1 PLC控制系统的组成
本系统选用西门子S7-200系列PLC产品, 控制系统所用硬件选型如表1所示。
2.2 低压供电控制系统控制方案
低压供电控制系统硬件连接中心控制器采用德国西门子的PLC CPU 226及扩展模块EM221, 可满足系统对开关量的要求。主要对断路器分合状态、电源侧电压情况进行信息采集, 然后经过逻辑判断对断路器进行分合控制, 从而实现电源间的正确切换。该低压供电控制系统硬件及触摸屏安装在一个控制屏内。
3 软件系统的设计
3.1 下位机控制程序
本软件系统下位机控制程序采用STEP 7-Micro/WIN开发软件实现的。STEP 7-Micro/WIN功能强大, 使用方便, 简单易学。STEP 7-Micro/WIN的用户程序结构简单清晰, 即通过一个主程序调用子程序或中断程序, 还可以通过数据块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表 (STL) 、梯形图 (LAD) 和功能块图编程, 不同的编程语言编制的程序可以相互转换[1]。
3.2 上位机监控系统
该监控系统的组态软件采用西门子WinCC flexible。WinCC flexible是新一代的西门子操作面板组态编程软件, 其功能强大, 界面人性化, 易用性好可显著提高编程人员的工作效率, 可以对西门子所有的人机界面产品进行组态编程[2]。
襄樊机场低压供电控制系统通过将PLC控制站接入Win CC监控系统实现了对工艺流程的监测、控制以及数据的处理、存储、分析等任务。作为精彩系列面板的组态软件, WinCC flexible简单直观、功能强大、应用灵活且智能高效。WinCC flexible软件包括一系列执行各种组态任务的编辑器和工具。可使用多种便捷的功能来组态显示画面, 例如缩放、旋转和对齐等功能。在WinCC flexible中, 可根据需要设置自己的工作环境。在组态工程时, 组态任务对应的工作窗口会出现在显示器上, 包括: (1) 项目窗口:显示项目结构 (项目树) , 进行项目管理; (2) 工具箱窗口:包含丰富的对象库; (3) 对象窗口:显示已创建对象, 并可以通过拖放操作复制到画面中; (4) 工作区:编辑、组态画面和对象; (5) 属性窗口:编辑从工作区域中选取的对象属性。
WinCC flexible的部件功能包括: (1) 变量管理:拥有独特的变量管理器, 可以集中管理项目中的所有变量; (2) 报警管理:报警管理器支持各种类型的报警; (3) 安全等级管理:安全等级管理功能丰富, 使用简单; (4) 配方管理:拥有完善的配方管理器, 具备清晰的配方数据结构。
WinCC flexible的功能特点:
(1) 丰富的画面对象库:基本对象库—开关、按钮和图形等;增强对象库—显示配方、趋势图等丰富的符号库。
(2) 高效、智能的组态方式:通过拖拽方式自动创建变量的显示对象及画面的切换按钮;支持画面对象的自动排列功能;支持用户自定义对象库。
(3) 独一无二的多语言组态:支持32种语言, 其中5种可以在线转换;支持多语言显示, 无需重新设计画面;独特的项目文本导入/导出功能, 提高并优化工程组态效率。
(4) Pack&Go轻松的项目更新与维护:利用Pack&Go功能, 工程师编辑修改项目后, 无需亲临现场就能轻松实现项目的维护和更新。
(5) 趋势图:趋势图控件可以显示实时数据及缓冲区中的数据。
4 结语
襄樊机场低压供电控制系统已处于投运状态, 根据运行状况的跟踪, 实践证明, 西门子S7-200 PLC和Smart-1000触摸屏的结合能较好地满足低压供电系统的控制要求, 对整个供电系统的安全、经济运行提供了有力保障。该设计方案整体成本较低、可靠性好、抗干扰能力强、维护成本低、可操作性高, 在市场中具备较强的竞争力, 为机场供电系统行业增添了一套完善的解决方案。
参考文献
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可编程控制系统 篇8
最常用、传统的继电器控制系统存在电子元件和接线复杂、效率低、寿命短、可靠性较差的问题,尤其是出现故障时,诊断和排除比较困难,严重影响生产,对工厂的生产效率非常不利。随着计算机和科学的发展,将继电器控制的机床进行改装,将计算机和继电器、接触器控制技术很好的结合。它与I/O和低压电器关系密切,采用可编程序控制器,能够克服传统机床的缺点,提升性能和效率,增强机床的灵活性和可编程,益处良多。
本文介绍一种自动化控制组合机床。主控制器采用三菱电机的FX2N系列PLC。机床的主要组成部分包括:铣削动力头、液压动力滑台和工件松紧油缸等。组合机床一共有5台电机,都是单向旋转的。整个机床一共包括三种工作方式:单循环自动、单动力头自动循环和点动方式。单循环工作循环过程如图1所示。单动力头方式有:左铣头、立铣头、右1铣头、右2铣头单循环工作。液压系统原理图如图2所示,具体工作流程是:将加工零件放置在工作台上,准备好后向机床发出加工指令。等到工件夹紧后压力继电器开始动作,液压动力滑台执行快进,到位转工进,并且起动左1铣头、右1铣头开始加工,到达某一个位置的时候,立铣头开始工作,又过了一定位置后右1铣头停止,右2铣头开始,到终点时电机同时终止。滑台立即回到原位,工件松开,一次循环工作结束。将加工的工件取下,再放上未加工的工件,发送加工指令重复执行。
1 PLC技术
可编程控制器(PLC),是采用计算机技术为基础的一种新型的控制装置。PLC选择可以编程的存储器,在内部执行逻辑运算、计数、计时、算术等指令,并且通过输入输出控制各类机械或者生产的过程。在过去几十年,PLC技术已经有了很大的进展,到了21世纪,PLC将会有更大的进步。计算机技术将更多地应用在可编程控制器的设计和制造上,今后的产品容量会更大、速度会更快、智能性更好;产品的规模将是超小型或者超大型;品种也将更丰富、更齐全,能很好地适应工业控制的需求。PLC今后将成为国际通用和自动化控制网络的重要组成,在工业甚至更多领域发挥巨大作用。在选择PLC时,要考虑机型、I/O、容量、I/O端口分配、继电器和计数器的地址分配。通常PLC的控制流程如图3所示。
可编程控制技术的特点主要有:
1)高可靠性,抗干扰
PLC采用大规模集成电路,生产工艺严格,内部的电路具有抗干扰性,可靠性很高。采用PLC所构成的控制系统的开关和电气接线的接点大大减少,也就降低了故障的发生。PLC同时还具备自我故障检测,一旦发生故障就发出警报。使用者还能采用外围设备自我诊断,整个系统的可靠性就非常高了。
2)功能完善,适用性强
PLC已经拥有各种规模的一系列产品,适合于各种工业控制系统使用。PLC的数据运算能力都较完善,数字控制方面应用广泛。PLC功能单元的不断强化,使得它也被用在温度控制、位置控制和CNC等方面。
3)简单易用
PLC编程语言简单,做接口方便,容易开发。它的梯形图语言和继电器的电路图十分接近,只需要很少的开关量逻辑指令就能实现继电器电路的功能。
4)设计工作量小,容易维护、改造
PLC使用存储逻辑减少了相当多的外部接线,大大缩短了系统设计、建造周期,维护也很容易。最重要的是可以通过改变程序而改变整个生产过程。
5)低能耗、轻便小巧
超小型的PLC功耗很小,只有几瓦。体积很小,装入机械内部很方便,容易实现机电一体化。
2 可编程控制技术设计
2.1 系统硬件设计
本文采用日本三菱的FX2N系列控制器,根据机床对输入和输出要求,控制系统设计选择FX2N系列中的FX2N–80MR-001。输入点和输出点分别为40个,输出形式是R-继电器输出,能够很好的满足本设计的要求,还具有一定的升级空间。
PLC的I/O分配具体情况:
1)PLC的输入端口主要有:自动循环工作按钮、点动按钮、总停按钮、油泵启动、SA1等,此外还有电动机的热保护继电器,输入形式是常开触点。
2)输出端口主要有:交流接触器、继电器、运行指示灯等。
2.2 软件设计
GX-Developer是一款通用性很强的编程软件,它能够完成编辑PLC梯形图、控制CPU、指令表、SFC等工作。该软件将编辑的程序转成GPPQ、GPPA格式,遇到FX系列时,程序又可以存储文档为DOS、WIN格式。该软件又能兼容Excel、Word等说明性文字、数据导入到程序中,使用、编辑更加方便、快捷。
三面铣组合机床有三种工作方式,这里只介绍自动工作循环的工作过程控制。其设计流程如图4所示。
首先将转换开关选择“单循环自动工作SA1-1”,油泵电机启动运行,液压滑台的夹具中放上需要加工的零件后,开始按下加工指令按钮加工夹紧零件,压力继电器的触点开始判断是否动作,是则滑台执行快进,复位开关SQ1动作;等到压下滑台快进位置开关SQ2转工进,同时起动左铣头和右1铣头进行加工;当移动到达位置开关SQ3时,立铣头开始加工;当到达SQ4位置开关时,右2铣头开始加工,右1铣头停止工作,等到终点的三台电动机同时停止工作。这时,由压力继电器BP1的触点执行动作,液压动力滑台就会自动回到原位,复位开关SQ1受到压力,就将工件松开,这样就完成一个自动循环。判断是否继续加工,是则重复上述流程,否则油泵电机停止,机床工作结束。
3 结束语
继电器控制系统具有种种弊端,不利于工厂的生产,可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。由于PLC体积小、结构简单、功能强大、易编译、可靠性强、抗干扰等优点而被广泛用于自动控制以及其他许多行业中。本文的PLC选择了日本三菱电机的FX2N系列,通过工作原理、硬件和软件方面的设计,三面铣组合机床生产周期短、灵活性强,整个系统简单、实用、自动化程度高。
摘要：本文介绍了基于PLC的三面铣组合机床,详细讲述了PLC技术及特点,采用三菱电机的FX2N系列PLC,从工作原理、机床工作流程、PLC的I/O分配和硬件软件设计。整个控制系统结构简单、轻巧、灵活性强、效率高,具有很高的自动化程度。
关键词：可编程控制器,机床控制,软件设计
参考文献
[1]宋世光,等.机床电气自动控制[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2001.
[2]孙振强,等.可编程控制器原理及应用教程[M].北京:清华大学出版社,2005.
[3]祝红芳.PLC及其在数控机床中的应用[M].人民邮电出版社.2007.
[4]王宇,任思璟,李忠勤.PLC电气控制与组态设计[M].电子工业出版社.2010.
可编程控制系统 篇9
关键词：可编程控制器(PLC),输煤程控,冗余,FC功能块,总线耦合器
1 引言
在我国火力发电厂中,输煤程控系统是发电流程的重要组成部分,目前,由可编程控制器(PLC)构成的输煤控制系统已经全面取代了传统的强电集中控制装置。笔者有幸参加了新海发电有限公司2*220MW机组、2*330MW机组和正在实施的2*1000MW超超临界机组输煤系统改接等到工程的设计、安装及调试工作。这些工程包含了四个煤场、中储仓(圆筒仓)、三十余条皮带及相应的皮带机、斗轮堆取料机、碎煤机和概率筛控制,除木器和除铁器、三位置伸缩装置,翻车机,叶轮给煤机,犁煤器,电动三通,除尘器等众多设备。线路长,设备多,环境恶劣、干扰严重,是工程的主要特点和难点。
2 控制系统的组成
新海发电有限公司输煤控制系统是全厂辅助设备控制网络的一部分,使用了该网统一的西门子S 7系列可编程控制器和i FIX监控软件。输煤控制系统采用的S7-400H系列是最新支持热冗余的PLC[1],由两台S7-400H主机组成双CPU热备PLC系统,稳定性好。通过冗余的Profibus网络与4个ET200M从站通讯。每个从站包括2个IM153-2接口模块和若干个I/O模块,I/O模块选用S7 3 0 0系列产品,分布式I/O采用有源总线模块设计,在运行过程中能更换I/O模块。上位机采用研华工控机,共设两台,配以美国GE公司i FIX人机接口软件,西门子SIMATIC S T E P 7编程软件(V 5.3)。
输煤系统各设备的信号可以就近接入I/O子站,以节省控制电缆。新海发电有限公司I/O从站分布于#2转运站、#6转运站、220MW煤仓间、330MW煤仓间,主站设在输煤集控室。前后跨度约两公里,各站之间全部使用光缆连接。上位机与PLC未采用Profibus而是O P C方式通过以太网连接,节约了采购专用网卡的费用。系统的上位机网卡设置如图1所示。
3 控制系统功能及实现
3.1 控制工艺
火电厂输煤程控系统的任务是卸煤、储煤、上煤和配煤,为机组提供发电用的燃料,它是机组稳发满发的重要基础。卸煤、储煤主要通过翻车机,叶轮给煤机斗和轮堆取料机实现;上煤和配煤则通过煤场、圆筒仓、皮带机、斗轮堆取料机完成。
(1)输煤控制系统的运行方式分为:自动控制和远方手动。自动程控方式为主要的运行方式:操作员能选择一个完整和合适的路径,以便将煤从煤场运至煤仓。只有当选择合适的和完整的路径,且所有信号表明允许启动,显示预启成功后,才允许操作员使用“自动启动”。
(2)配煤控制系统的运行方式分为:自动配煤、远方手动配煤。自动配煤是最主要运行方式,操作员在CR T上调出“程控配煤”画面,通过鼠标选择尾仓和检修仓,每仓对应四台犁,一侧两台,物理尾仓对应两台犁,一侧一台,逻辑尾仓对应实际犁数。自动配煤按如下顺序:先顺序给低煤位仓配一定数量煤,消除煤仓低煤位状态,所有低煤位信号消失后,再进行顺序配煤。首先启动每个仓的单(双)数犁配仓,按顺煤流方向依次给每个仓配满,再转入双(单)数犁,循环往复,操作员可视机组运行需要和仓满情况结束流程。在顺序配煤过程中,如果出现低煤位仓,则停止原煤仓顺序配煤程序,优先为低煤位仓配煤,如果有两个仓同时出现低煤位则按煤流方向依次配仓。待底煤位信号消失后,延时3 0 S再转入顺序配煤程序,尾仓尾犁一直落下。尾仓加满,程配完毕信号发出停止取煤,待煤流走空按煤流方向依次停运设备。检修仓设定可通过上位机进行设定,加仓时检修仓不允许配煤。
3.2 控制与保护逻辑功能[3]
启动时按逆煤流方向,从最后一条皮带(及相关设备)开始依次启动,直到第一条皮带(及相关设备)启动后才开始输煤,每条皮带启动前响铃1 5秒,其他设备如除铁器、除木器、除尘器按设备与现场具体要求联动、联锁。
停运时按顺煤流方向,先停供煤设备,然后从第一台设备到最后一台设备依次停止,每台设备之间按预定的延时时间发停机命令,即要求前面设备的余煤清除后再停止其运行,其中碎煤机,滚轴筛,除木器,除铁器均须另延时停机。
故障时,故障点及其上游设备瞬时停机,故障点下游设备保持原工作状态不变。待故障解除后,可以故障点向上游重新启动设备,也可以在故障末接解除时从故障点向下游开始延时停设备,联锁能阻止任何设备超出顺序启动。
自动流程选择通过相应皮带与三通位置来决定相应的流程。系统启动时的联锁关系的主要是电动三通的位置,即三通位置通哪一路,哪一路即应联锁,所以系统启动前,三通位置必须正确。
新海发电有限公司输煤系统联锁单体块如图2所示。
3.3 逻辑组态方式简介[2]
(1)OB1块使各功能块使能。
(2)以皮带机为例说明
F C 2 0 1中各类型相同的皮带机(如图3)分别调用FC104功能块,且在各管脚输入该皮带指令、反馈和中间量。FC104(如图4)功能块为单体操作块,分启动、停止、故障三块。
点名对应:PDS--手动起QH—手自动切换ZPDS—自动启ZPDT—自动停LS–拉绳QP—轻跑偏ZP—重跑偏JX—检修位DS—低速YK—远控
S T J—启保护条件T T J—停保护条件J T—急停SOUT—启动输出线圈
TOUT—停止输出线圈GZ—故障
其中STJ—启保护条件TTJ—停保护条件来自于图2中的FC200块。
程序如此编制比较清晰、简洁。
操作提示:选中F C功能块或点名,右键“C a l l e d Block”功能中的“Open”功能可以打开下一级应用。
3.4 新技术应用(菲尼克斯In Line系列Profibus总线耦合器)
百万机组相关改造采用PROFIBUS现场总线全通信控制方式,现场分支网采用单网方式直接连接至各智能设备(电动机控制器)和I/O总线耦合器。该总线设备已内置Profibus协议,能将其端子I/O信息直接与P L C通讯,相当于一个子站。S T E P 7编程软件的硬件配置中Options一栏,需完成该GSD文件的补丁安装,在组态界面的右边会出现菲尼克斯电气的INLINE总线产品列表。
然后按照1、2的顺序(见图5),先在“IL PB BK DP/V1(DIP=ON)”的图标上按住鼠标左键,拖拉其至左边的“DP master system”总线上,然后再双击想添加的模块图标,完成组态。
4 画面监视功能
输煤控制画面分为:输煤控制主画面、配煤画面、流程选择画面,输煤控制画面又细分为上煤和蓄储煤即河南、河北两部份(配图6)。系统内除铁器、除尘器等辅助设备的状态只在分画面显示。系统为操作员提供了实时、历史的数据查询。
画面监视软件选用GE公司的i FIX产品3.5版,其中变色规律相同的设备(状态反馈类型一致)使用了“user”中变色方案进行自定义。各种雷同设备如犁煤器等使用了标签组替换功能。开启历史库,主要针对电流及碎煤机频率等模拟量以4小时为一个文件进行存储。开关量包括正常动作和报警及事件该软件已自动存储,编辑了VB脚本,方便查阅,有利于皮带撕裂等异常的分析。
5 运行后解决的问题和注意事项
(1)P L C输入输出信号应采用继电器隔离,此举非常必要。至今已烧坏多个隔离继电器但未损坏一块卡件。
(2)除木器和除铁器、三位置伸缩装置自身连锁保护做在各自就地西门子200和西门子LOGO中。
(3)翻车机本地系统工作需输煤集控给允许信号;卸煤沟与圆筒仓的叶轮给煤机操作计算机机箱有硬端子板,所需的闭锁信号(本皮带已运行)由输煤程控P L C提供。
(4)通过交换机与厂级监控系统辅网连接,再通过辅网连至厂级监控(SIS)系统。
(5)斗轮机堆取煤所用的16#带与三位置反馈加入互相闭锁功能(可手工解锁)。
(6)输煤由于所属设备繁多,经常改造在所难免,所以要充分掌握辅助设备的工艺控制要求。出现过运行时修改程序后在线下装错版本致系统停运的事情,所以要注意区分逻辑版本,并做好软件的备份工作。
(7)输煤现场环境恶劣,粉尘大,分别出现过电源模块、通讯模块损坏故障影响系统运行,注意做好备品备件工作。
(8)如发生子站及后面子站电源失电的的问题,可通过PLC状态灯和光电通讯适配器上的通道状态灯先行判断。在环境较好的最末端子站MCC柜取电并倒送其余子站,等待机会再恢复。
6 结束语
输煤控制系统以PLC为数据采集和信号处理中心将整个工艺过程和辅助设备纳入控制并且采用软硬件冗余方式的设计,大大提高了输煤系统的可靠性和自动化水平,解决了环境恶劣干扰严重,设备众多系统复杂等问题。因而在1000MW超超临界机组扩建工程的辅网控制系统中也设计使用西门子S7系列PLC,并大量采用PROFIBUS现场总线技术,不但节约购买PLC卡件与电缆费用,也大大减轻了安装工程量。
参考文献
[1]SIEMENS STEP 7 V5.3编程使用手册[Z].
[2]汪志锋.可编程序控制器原理与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社.2004,2.
可编程控制系统 篇10
目前大多数变压器冷却控制系统仍采用分散就地布置的传统继电器触点控制模式构成, 其回路接线比较复杂, 继电器元件比较多, 受多年运行和室外温湿度环境条件的影响, 故障几率较大, 可靠性比较差, 且没有相对完善的信号监视回路, 不能对异常运行回路进行精确定位, 给变电站运行和维护带来诸多不利, 难以满足无人值班和综合自动化变电站的要求。
为了满足无人值班和综合自动化变电站的要求, 同时减小运行和维护的工作量。目前国内的变压器厂家应用户的需要, 已经在回路设计、元器件选用、控制箱的控制等方面做了一些研究, 未来变压器冷却控制系统的模式将不再采用传统继电器触点的控制模式, 而是采用技术先进、可靠的单片机或可编程控制器PLC控制模式, 与单片机模式相比, 可编程控制器PLC控制模式具有开发成本较低, 开发周期较短, 外围回路设计简单、扩展性好、技术可移植性好等特点, 因而得到了优先采用。采用基于可编程控制器 (PLC) 的变压器冷却控制系统不仅能够使变压器冷却系统具有很高的可靠性, 同时能满足无人值班和综合自动化变电站的要求。
就目前可编程控制器 (PLC) 市场而言, 国内外厂家都有不同型号和系列的工业级PLC可供用户选择, 但在质量上和价格上还是存在不小的差距, 主要表现为:国内PLC产品厂家规模小, 起步时间短, 其产品性能比较单一, 通用性和可扩展性差, 可选择的扩展模块少;而国外PLC产品厂家大多是规模大, 技术储备充足, 其产品成系列, 性能模块选择多, 通用性和可扩展性好。
将以西门子S7-200系列PLC为核心, 开展研究工作。
2 西门子S7-200系列PLC简介
西门子S7-200系列PLC能够提供多种型号的PLC装置, 适用于各种行业的各种场合的检测、监测及控制自动化。可以替代传统继电器进行控制, 应用领域很广。
技术性能上能够提供最少6输入4输出共10个数字量I/O点, 最大24输入16输出共40个数字量I/O点, 同时可以方便的连接最多7个扩展模块, 包括交直流电流、电压采集模块, 温度测量模块、网络通讯模块、出口继电器模块等, 使I/O点扩展至248个数字量I/O点或者25个模拟量I/O点。控制功能可通过逻辑编辑, 方便的在装置内部通过软件方式得到实现。另外在扩展通讯模块支持下能够支持Profibus-DP网络协议, 实现网络通讯功能。
3 变压器冷却系统的原理及实现方式
3.1 冷却器组方式
传统变压器冷却器组方式通常按照运行、辅助和备用三种方式进行设置, 可在装置内部通过软件, 灵活设置, 不再采用传统冷却器组方式, 而是采用顺序控制模式, 即通过启动组别设置达到顺序启动的目的, 正常方式时顺序启动, 若其中一个冷却器组故障则跳过, 执行下一个冷却器组。
3.2 启动控制方式
根据变压器运行规定和技术要求, 传统启动方式一般采用断路器位置控制和变压器上层油温控制两种方式, 其中断路器位置控制指当变压器任一侧断路器在合位时, 启动变压器冷却器的方式;变压器上层油温控制指当变压器上层油温启动温度 (一般45℃) 接点导通时, 启动变压器冷却器的方式。
将根据最新变压器运行规定和技术要求, 保留变压器上层油温控制方式;不再采用断路器位置控制方式, 改用变压器各侧电流控制方式, 即当检测到变压器任一侧电流达到启动值时, 启动变压器冷却器的方式;同时增加温度监视控制方式, 即当检测到油温超过规定值 (一般应大于变压器上层油温启动温度5℃左右, 可通过软件内部整定为50℃) 时, 启动变压器冷却器的方式。此时若变压器上层油温启动温度接点未导通, 应发变压器油温表异常信号。
3.3 变压器跳闸方式
传统跳闸方式采用三种方式:a.冷却器全停, 延时60分钟跳主变三侧断路器;b.冷却器全停, 延时20分钟, 且变压器上层油温超过警戒温度下限 (一般65℃) , 跳主变三侧断路器, c.警戒温度上限温度 (一般95℃) , 直接跳主变三侧断路器。
根据变压器运行规程, 在提高可靠性、防止误动前提下, 将采用变压器油温和变压器各侧电流综合判据进行变压器跳闸控制。新的控制方式是在传统跳闸方式中加入变压器负荷闭锁功能, 即对于传统跳闸方式a.、b., 当变压器任一侧负荷满足80%额定负荷时, 才允许跳闸。
4 PLC装置内部软件功能实现
4.1 冷却器轮运控制
为防止变压器长期在警戒温度下时, 单组冷却器长期运转, 可能引起冷却器电动机轴承过早老化, 设置冷却器轮运控制功能, 即可根据运行时间设定, 交替控制冷却器组运行状态。
4.2 定值控制设置
可以通过定值设置, 分别设置变压器油温定值和变压器各侧电流定值, 进而实现控制功能。另外可通过控制字, 选择是否经电流控制变压器跳闸。
4.3 冷却器控制输出
冷却器控制功能通过PLC装置内部程序逻辑实现, 内部软件程序采用PLC控制器通用编程语言STL编写, 控制出口采用直流控制继电器输出进行控制。
4.4 告警信号功能
告警信号功能用来提供给运行人员, 以便能够监视系统运行状态, 在异常状态时及时进行异常处理。要求装置能够通过空接点提供本装置异常工作信号, 控制功能信号, 以便方便地接入相应的测控装置, 同时能提供详细的告警和运行状态监视信息, 通过通讯扩展模块提供的RS485接口或直接通过工业以太网口接入到变电站监控网络以太网, 在变电站后台显示。
5 外围控制及监测回路构成
冷却器外围回路由带有状态反馈节点的直流控制交流接触器;带有状态反馈节点的电动机综合保护器 (缺相保护、过热保护、短路保护等) 及带有状态反馈节点的空气开关。, 状态反馈节点直接接入到相应的测控装置或接入PLC信号输入回路, 起到外围回路运行状态监视的作用。、电动机综合保护器可以通过软件实现, 但其传感器模块需在外部集成, 为了维护和运行方便, 直流控制交流接触器、空气开关在装置外部接入。
结束语
未来变压器冷却器控制系统将向功能集成化、状态可视化、接线简单化、装置小型化、维护简易化的方向发展, 采用PLC为核心的新型变压器冷却器控制系统, 无疑可以简化控制回路接线, 减少甚至不用常规继电器元件, 实现冷却器控制系统的程序化控制, 提高冷却器控制系统的可靠性, 实现冷却器控制系统运行状态监视, 对异常运行回路进行精确定位, 从而减少值班人员和维护人员的工作量, 满足无人值班和综合自动化变电站的要求。
参考文献
[1]变压器运行规程.[1]变压器运行规程.
浅谈可编程控制器的应用 篇11
关键词 PLC 特点 应用
一、 引言
作为通用工业控制计算机，30年来可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。
二、可编程控制器定义
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输人和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
三、可编程控制器的基本构成
从结构上分，PLC分为固定式和模块式两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括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。
1. CPU的构成
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
2. /O模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
3. 电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。
4. 底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块问的联系，使CPU能访问底板上的所有模块；机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
四、可编程控制器的特点
1. 可靠性高
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，可以编写外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统都具有极高的可靠性。
2. 功能完善、适用性强
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。
3. 易学易用
PLC作为通用工业控制计算机，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4. 维护方便、易于改造
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。
五、可编程控制器的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、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，使用情况大致可归纳为如下几类。
1. 开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2. 模拟量控制
在工业生产过程当中，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，必须实现模拟量和数字量之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3. 运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。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。广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4. 过程控制
過程控制是指对温度、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。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5. 数据处理
PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。（下转页237）（接下221页）这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
六、结束语
21世纪，PLC会有更大的发展。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
参考文献：
[1]齐从谦《PLC技术及应用》机械工业出版社，2000
可编程控制系统 篇12
1 冶金原料吊车与PLC及其特点
PLC即可控制编程器, 它是专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置, 它采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩展其功能的原则而设计[1]。特点就在于可靠性高, 抗干扰能力强;配套齐全, 功能完善, 适用性强;易学易用, 深受工程技术人员欢迎;统的设计、建造工作量小, 维护方便, 容易改造;体积小, 重量轻, 能耗低。正因为如此, PLC在工程机械行业的应用范围非常广泛。
2 基于PLC的冶金原料吊车控制系统设计
2.1 设计原则和设计过程
使用PLC对冶金原料吊车进行电气控制, 最终目的是提高机械的工作效率, 提高产品的工艺质量, 但是应满足以下设计原则:保证控制系统的安全、可靠, 这是首要的原则, 冶金行业具有特殊性, 安全直接关乎到职工的生命;PLC应力求简单, 适用, 经济, 但前提是满足控制的需要;适合操作人员, 因此进行PLC设计或PLC改造应深入现场进行调查研究, 搜集资料, 协同解决设计中出现的各种问题[2]。
设备的选择主要是按钮、操作开关、限位开关和传感器等, 以及输出设备 (如继电器、接触器、信号灯等执行元件) 何输出设备驱动的控制对象 (电动机、电磁阀等) ;PLC的参考因素是机型、容量、I/O点数 (模块) 、电源模块以及特殊功能模块的选择等, PLC是PLC控制系统的核心部件, 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。
2.2 系统总体结构
冶金原料吊车的控制系统由PLC、接近开关、挡铁、手操设置、中间继电器、交流接触器和运行状态指示组成, 其电机采用交流可控硅控制。总体结构如图1所示。
PLC是完成对设备控制操作的关键部件, 主要实现对定位信号的采集以实现对吊车的自动控制。本文中选择型号为FX2N-48MT-001的PLC, 其特点是交流220V电源 (自身可输出24V) 、晶体管输出。外围机械控制设置是为了在吊车运行发生故障时, 需要将吊车由自动换为手动方式, 通过手动按钮调整吊车的运行;机械运行状态指示屏现实吊车的运行状态, 包括吊车本身和各个吊篮;吊车的左右、前后及上下运动分别由三相交流电动机M1、M2、M3拖动, 电机的调速控制由交流可控硅完成;吊车定位信号的发送采用接近开关和挡铁感应的方式, 即吊车在做上下运动时, 在吊篮的交接处焊接一块挡铁, 当吊篮做上下运动时, 接近开关感应到挡铁的存在时, 会向PLC发出定位信号;同时当吊车吊篮平行运行时, 沿水平方向在每个停车位分别焊接一个挡铁, 当吊车运行到挡铁位置时, 接近开关感应到挡铁的存在向PLC发出定位信号, 以此来实现对吊篮的定位控制。
2.3 硬件设计
主要有以下: (1) 控制台。3个控制台 (功能基本相同) 上主要有:大车、小车、吊钩控制开关及调速电位器, 自动手动转换开关, 自动对中“孔道选择”波段开关, 自动投入按扭。 (2) 光电开关与限位开关。在大车轨道上安装3个光电开关, 在小车轨道 (即大车横梁) 上安装两个光电开关。光电开关的常开触点接入PLC, 当安装在大、小车上的反光板对中光电开关时, 对应常开触点闭合。 (3) PLC与变频器PLC选用三菱公司的微型机FX2N-48MT-001, 整体式结构, 自带24伏直流电源, 48个开关量输入, 32个开关量输出, 梯形图编程。变频器选择SANKEN公司的SVS-352型, 输出频率范围0～60Hz, 频率输出有两种控制方式:电压控制和两个设置频率逻辑量控制。其余逻辑输入信号有:运行、反相、急停和复位。 (4) 触摸屏。本案中触摸屏是作为显示和控制的终端设备, 显示各被控设备的工作状态。选用欧姆龙的NS系列触摸屏。 (5) 旋转编码器和PG卡。这两者实现闭环运行。旋转编码器与电动机同轴连接, 对电动机进行测速。变频器通过与电动机同轴连接的旋转编码器和PG卡, 完成速度检测及反馈, 形成闭环系统。两者的关联通过旋转编码器输出的AB两相脉冲, 该脉冲还会输出给PG卡, PG卡再将此反馈信号送给变频器内部, 以便进行运算调节[3]。PG卡选择欧姆龙产3G3FV-PPGB2, 光电编码器选择SZGM-01。
3 结语
实际应用中, 可以通过常规电气元件, 变频等多种方法实现对吊车的控制。现代技术的发展使得多种技术的结合已经成为现实。本文根据冶金原料吊车的设计要求, 设计了基于
PLC的吊车控制系统, 该系统能实现吊车在各个投料孔的自动运行, 以及行车的前后, 吊篮的上下、左右运行。通过系统的实际运行发现基于PLC的行车控制系统可靠性好, 大大提高了生产效益, 具有很大的推广价值。
摘要：冶金行业对原料吊车的控制要求较高, 借助PLC可以实现吊车安全, 经济, 有效率的运行。全文首先分析了冶金原料吊车的应用以及PLC及其特点。随后分四个步骤分析了基于PLC的冶金原料吊车控制系统的设计:设计原则和过程;系统总体结构;硬件设计;PLC控制线及程序设计。
关键词：PLC,冶金原料吊车,控制
参考文献
[1]李自强.可编程控制器 (PLC) 在M JTR堆厅吊车控制系统中的应用[J].核动力工程, 2004 (2) .
[2]岳浩东.基于PLC的行车控制系统设计[J].中国仪器仪表, 2006 (4) .