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电气控制柜设计制作：结构与工艺篇

PLC内部许多具有不同功能的元件，这些元件是由电子电路和存储器组成的。例如，输入继电器（X）是由输入电路和输入映像寄存器组成的，输出继电器（Y）是由输出电路和输出映像寄存器组成，定时器（T）、计数器 （C）、辅助继电器（M）、状态继电器（S）、数据寄存器（D）、变址寄存器（Ⅴ、Z）等都是由存储器组成的。

为了把它何与通常的硬件元件区分开，通常把这些元件称为软元件，它们是等效抽象的模拟的元件，并非实际的物理元件。以工作过程来看，只注重元件的功能，按元件的功能给予名称，并且每个元件都是有确定的地址编号。

1、输入继电器（X）；它与PLC的输入端子相连，是PLC接收外部开关信号的大门，PLC通过输入端子将外部信号状态读入并存储在输入映像寄存器中。与输入端子连接的输入继电器是光电隔离的电子继电器，在PLC程序中其动合触点、动断触点很多很多。

例如：FX2NPLC的输入继电器采用八进制地址编号，如Xo~X7、X10~X17、X20~X27等。 PLC输入信号的接线图参考下面图示。

如把启动按钮SB1信号和停止按钮SB2信号送入到PLC，分别把其一端接到Xo求X1，另一端接到输入端的CoM场，即可把对应的按钮开关信号送入PLC中。如果SB1按钮为0FF状态，则在PLC程序中的Xo的所有触点都是保持原有状态，即动合触点保持断开，动断触点保持闭合。如果SB1按钮为0N状态，则在pLC程序中的X0的所有触点都要动作，即动断触点断开，动合触点闭合。

2、输出继电器（Y）；输出继电器与PLC的输出端子相连，它是PLC向外部负载发送信号的窗口。输出继电器是用来将PLC的输出信号传送给输出单元，再由输出单元来驱动外部负载。在PLC程序中有输出继电器的线圈及其触点。 在程序中其线圈一般只出现一次，而其触点可以不受限制。其地址编号与输入继电器类似，采用八进制地址编号，如Y0~Y7、Y10~Y17、Y20~Y27等。

当PLC程序中的Y0线圈状态接通为0N时，则程序中Y0的所有触点就会动作，动合触点闭合，动断触点断开。并且在外围电路（见上图所示），Y0端子与C0M1端子会连通，则Y0所控制的负载HL1就会接通其工作电源而点亮。当程序中Y0的线圈断开为0FF时，程序中Y0的所有触点保持原来状态，动合触点断开，动断触点闭合。并且在外围电路中，智能自动化控制柜，Y0端子与C0M1端子会断开，则Y0所控制的负载HL1未接通，其工作电源控制的灯不亮。

学习PLC靠老师教一部分，主要靠自己动手，并且要系统的学习PLC的一系列知识。刚开始入门觉得有点难，等你尝到它的其中乐趣时，就会乐不思蜀。学习时一步一个脚印，由浅而深，由简单到复杂，技术没有捷径可走。

1. 原空压站电气控制系统存在的问题

（1）原控制系统工作过程

某机车车辆厂空压站原先采用继电器控制系统对5台空压机组的进行控制。每台机组均有一个起动柜实施Y－△降ya起动，系统仅有手动操作方式。在原系统中，1＃、2＃为主工作空压机组（功率各为110KW），2台空压机组按一定的周期轮流工作。3＃～5#为备用空压机组（功率各为30KW），当1＃或2＃空压机组工作而系统仍供气压力不足时，将起动其中1台乃至3台直到满足供气压力为止。

（2）原控制系统存在主要问题

①各工作机组虽然采取Y－△减压起动，但起动时的冲击电流仍较，严重的影响到了电网的稳定运行和空压站周围其它用电设备运行的可靠性、安全性；

②当主空压机组处于工频运行时，空压机运行时噪音大，对周围造成严重的声音环境污染；

③主电机工频起动对设备的冲击大，电机轴承易磨损，机械设备的维护工作量；

④主空压机组经常处于空载运行，浪费电能现象严重，很不经济；

⑤空压机组控制系统采用继电器控制，只有手动操作方式，因此控制系统工作的可靠性、安全性较差，人员操作麻烦，自动化水平低、生产效率不高。

2. 改造技术要求

实施技术改造后系统应满足的主要技术要求如下：

（1）三相异步电动机变频运行时应保持供压系统出口压力稳定，压力波动范围不能超过±0.1Mpa；

（2）控制系统可以选择在变频和工频两种工况下运行；

（3）系统采用闭环控制，具有闭环模拟量回路的调节功能；

（4）一台变频器可拖动两台主空压机组，可使用操作按钮进行切换；

（5）根据空压机组的工况要求，系统应保证拖动的交流三相异步电动机具有恒转矩的运行特性；

（6）为了防止高次谐波干扰空压机组变频器，变频器的输入端应当具有***电磁干扰的有效措施；

（7）在供压系统用气量较小的情况下，变频器处于低频运行时，应保障电机绕组温度和电机的噪音不超过允许的范围；

（8）考虑到控制系统今后的扩展和升级，变频器的容量和主控制器输入输出点数应当有适当的裕量，以满足将来工作状况扩展的要求。

3. 控制系统总体方案设计和控制原理简介

根据系统原先存在的问题并考虑到技术改造后的生产工艺要求和技术要求，空压机组采用PLC作为主控制器并扩展模拟量输入/输出模块，由变频器拖动主空压机组，采用触摸屏作为系统人机界面的总体设计方案。

控制系统由PLC基本单元扩展出模拟量输入/输出模块，通过压力传感器（变送器）实时检测压力值送入模拟量模块进行PLC内部的PID调节运算，然后由模拟量输出模块输出直流0～10V的电压信号至变频器，变频器的输出频率信号通过模拟量输出端子回送到PLC，构成模拟量闭环控制回路。由压力反馈测量置与压力设定值进行比较运算，经PID调节运算实时控制变频器的输出频率，从而调节三相异步电动机的转速，使供气系统空气压力稳定在压力设定值上。通过变频器PU接口的RS-485串行通信可以读入除频率外的变频器的其它运行参数，如电流、电压和功率等。

这样由PLC、变频器、三相交流异步电动机、压力传感器（变送器）等组成压力反馈闭环控制系统，能够自动地调节三相交流异步电动机的转速，使供气系统空气压力稳定在设定范围内，实现空压站的恒压控制。

控制系统的硬件选型和设计

1. 系统的主要控制要求

采用PLC控制进行空压站技术改造后，系统的主要控制要求如下：

（1）控制系统有手动和自动两种方式。在自动运行时（可预先设定变频器控制的机组，1＃或2＃机组）根据压力传感器输出的模拟电流信号（4～20mA）由PLC进行PID调节运算，控制变频器在25～50Hz之间节能地运行。

3＃～5＃机组的控制要求为：①当管道压力低于工作压力下限值（预先设定）并且变频器输出频率在上限值（可预先设定）时，经过延chi（延chi时间可设置）由PLC控制3＃、4＃其中一台机组起动，直至3＃～5＃机组全部起动；②当管道压力大于工作压力上限值（预先设定）并且变频器输出频率在下限值（可预先设定）时，河南自动化控制柜，经过延chi（延chi时间可设置）按照“先起先停”的原则由PLC停止3＃～5＃中已经运行的一台机组。同样，在上述工作压力和变频器输出频率两条件不变时，可继续停一台空压机组直到停完所有备用的空压机组；

（2）压力信号取自压力变送器，工作压力上下限可由PLC设置；

（3）手动工作时只有3＃、4＃、5＃机组的起、停可以通过手动按钮操作，其它工作情形和自动工作方式时一样；

（4）变频器在PID调节故障时可以使用电位器进行人工调速；

（5）人机界面要求。变频器的运行监视参数可通过RS-485串行接口，防护式自动化控制柜，经PLC由触摸屏进行远程显示。机组的起、停延chi间可通过触摸屏修改（20～600s）。

2. 系统的硬件选型

根据控制要求和控制规模的大小，这里选用三菱公司的FX系列小型PLC作为系统的主控制器，通讯扩展板选用FX1N-485-BD，变频器选用三菱的FR-A700系列，触摸屏选用F940系列，压力传感器则选择TPT503压力传感器。

（1）系统的主控制器——FX1N-40MR。FX1N系列属于FX系列PLC中普及型的子系列，经过扩展适当的模拟量模块并使用PID指令，完全可以满足对中等规模空压站控制系统闭环模拟量的控制要求。根据系统的控制规模和对I/O点数的要求，这里系统的控制器选择的是FX1N-40MR，为继电器输出型，有24点开关量输入，大型自动化控制柜，16点开关量输出。

FX1N系列PLC在加装了通信扩展板FX1N-485-BD后，通过网线与变频器的PU接口相连后可与之进行PU接口的RS-485串行通信，变频器的运行监控参数，如电流、电压和功率等都可读入到PLC中。

（2）模拟量输入/输出模块——FX0N-3A。FX0N-3A模拟量输入/输出混合模块有两个模拟量输入通道（0～10V电压或4～20mA电流）和一个模拟量输出通道。输入通道接收模拟信号并将模拟信号转换成数字值，输出通道将内部数字值转换成对应比例的模拟信号。输入/输出通道选择的电压或电流形式由用户的接线方式决定。FX0N-3A可以连接到FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等系列的PLC上。

FX0N-3A的***分辨率为8位。FX0N-3A在PLC扩展母线上占用8个I/O点。这8个I/O点可以分配给输入或输出。所有数据传输和参数设置都是使用PLC中的FROM/TO指令，通过编程调节控制的。PLC基本单元和FX0N-3A之间的通信由光电耦合器进行保护。自动化控制柜

每天都给大家讲该怎么使用PLC，一台二手PLC怎么也得大几百，如果是一手PLC那肯定要上千块了，所以今天暂时不说怎么用的问题，给大家讲讲PLC该怎么***。

适当的对PLC设备进行***，可以延长使用寿命，给自己节省不少钱，下列分享一些三菱PLC***的要点：

一、***规程、设备定期测试、调整规定

（1）、每半年或季度检查PLC柜中接线端子的连接情况，若发现松动的地方及时重新坚固连接；

（2）、对柜中给主机供电的电源每月重新测量工作电压；

二、设备定期清扫的规定

（1）、每六个月或季度对PLC进行清扫，切断给PLC供电的电源把电源机架、CPU主板及输入/输出板依次拆下，进行吹扫、清扫后再依次原位安装好，将全部连接***后送电并启动PLC主机。认真清扫PLC箱内卫生；

（2）、每三个月更换电源机架下方过滤网；

三、检修前准备、检修规程

（1）、检修前准备好工具；

（2）、为保障元件的功能不出故障及模板不损坏，必须用保护装置及认真作防静电准备工作；

（3）、检修前与调度和操作工联系好，需挂检修牌处挂好检修牌；

四、设备拆装顺序及方法

（1）、停机检修，必须两个人以上监护操作；

（2）、把CPU前面板上的方式选择开关从运行转到停位置；

（3）、关闭PLC供电的总电源，然后关闭其它给模坂供电的电源；

（4）、把与电源架相连的电源线记清线号及连接位置后拆下，然后拆下电源机架与机柜相连的螺丝，电源机架就可拆下；

（5）、CPU主板及I/0板可在旋转模板下方的螺丝后拆下；

（6）、安装时以相反顺序进行；

五、检修工艺及技术要求

（1）、测量电压时，要用数字电压表或精度为1%的万用表测量

（2）、电源机架，CPU主板都只能在主电源切断时取下；

（3）、在RAM模块从CPU取下或插入CPU之前，要断开PC的电源，这样才能保证数据不混乱；

（4）、在取下RAM模块之前，检查一下模块电池是否正常工作，如果电池故障灯亮时取下模块PAM内容将丢失；

（5）、输入/输出板取下前也应先关掉总电源，但如果生产需要时I/0板也可在可编程控制器运行时取下，但CPU板上的QVZ（超时）灯亮；

（6）、拨插模板时，要格外小心，轻拿轻放，并运离产生静电的物品；

（7）、更换元件不得带电操作；

（8）、检修后模板安装一定要安插到位。