Relays
The Programmable Logic Controller
Early machines were controlled by mechanical means using cams, gears, levers and other basic mechanical devices. As the complexity grew, so did the need for a more sophisticated control system. This system contained wired relay and switch control elements. These elements were wired as required to provide the control logic necessary for the particular type of machine operation. This was acceptable for a machine that never needed to be changed or modified, but as manufacturing techniques improved and plant changeover to new products became more desirable and necessary, a more versatile means of controlling this equipment had to be developed. Hardwired relay and switch logic was cumbersome and time consuming to modify. Wiring had to be removed and replaced to provide for the new control scheme required. This modification was difficult and time consuming to design and install and any small 'bug' in the design could be a major problem to correct since that also required rewiring of the system. A new means to modify control circuitry was needed. The development and testing ground for this new means was the U.S. auto industry. The time period was the late 1960#39;s and early 1970#39;s and the result was the programmable logic controller, or PLC. Automotive plants were confronted with a change in manufacturing techniques every time a model changed and, in some cases, for changes on the same model if improvements had to be made during the model year. The PLC provided an easy way to reprogram the wiring rather than actually rewiring the control system.
The PLC that was developed during this time was not very easy to program. The language was cumbersome to write and required highly trained programmers. These early devices were merely relay replacements and could do very little else. The PLC has at first gradually, and in recent years rapidly developed into a sophisticated and highly versatile control system component. Units today are capable of performing complex math functions including numerical integration and differentiation and operate at the fast microprocessor speeds now available. Older PLCs were capable of only handling discrete inputs and outputs (that is, on-off type signals), while today#39;s systems can accept and generate analog voltages and currents as well as a wide range of voltage levels and pulsed signals. PLCs are also designed to be rugged. Unlike their personal computer cousin, they can typically withstand vibration, shock, elevated temperatures, and electrical noise to which manufacturing equipment is exposed.We designed a 28-kW-class PEM fuel-cell module. Then, we manufactured two identical modules, combining them to generate a power of ~56 kW. Fig. 2 illustrates a processeflow diagram of the PEM fuel-cell module, which comprises a stack, an air blower, a humidifier, a heat exchanger, water pumps, keel coolers, water separators, etc. The stack generates elec-tric power through electrochemical reactions of hydrogen and oxygen. The hydrogen is supplied from the hydrogen storage to the stack after its pressure is regulated at ~50 kPa using a pressure regulator. The air blower pressurizes the air to maintain a sufficient air flow to the stack. Then, the supplied air is humidified using a membrane-type gas-to-gas humidi-fier [22e24] attached to the outlet of the stack. In the humid-ifier, both the humidity and temperature of the dry air from the air blower are increased by absorbing both moisture and heat from the damp, hot exhaust gas exiting the outlet of the stack. The heat generated by the stack is removed by cooling water, which transfers the heat to chilled water through the heat exchanger. The cooling-water temperature at the stack inlet is controlled by adjusting the circulation rate of the chilled water, and that at the stack outlet is regulated by adjusting the circulation rate of the cooling water through the
As more manufacturers become involved in PLC production and development, and PLC capabilities expand, the programming language is also expanding. This is necessary to allow the programming of these advanced capabilities. Also, manufacturers tend to develop their own versions of ladder logic language (the language used to program PLCs). This complicates learning to program PLC#39;s in general since one language cannot be learned that is applicable to all types. However, as with other computer languages, once the basics of PLC operation and programming in ladder logic are learned, adapting to the various manufacturersrsquo; devices is not a complicated process. Most system designers eventually settle on one particular manufacturer that produces a PLC that is personally comfortable to program and has the capabilities suited to his or her area of applications.
It should be noted that in usage, a programmable logic controller is generally referred to as a “PLC” or “programmable controller”. Although the term “programmable controller” is generally accepted, it is not abbreviated “PC” because the abbreviation “PC” is usually used in reference to a personal computer. As we will see in this chapter, a PLC is by no means a personal computer.
Programmable controllers (the shortened name used for programmable logic controllers) are much like personal computers in that the user can be overwhelmed by the vast array of options and configurations available. Also, like personal computers, the best teacher of which one to select is experience. As one gains experience with the various options and configurations available, it becomes less confusing to be able to select the unit that will best perform in a particular application.
The typical system components for a modularized PLC are:
1. Processor.
The processor (sometimes call a CPU), as in the self contained units, is generally specified according to memory required for the program to beimplemented. In the modularized versions, c
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、可编程序控制器
早期的机器用机械的方法采用凸轮控制、齿轮、杠杆和其他基本机械设备。增长的复杂性,因此需要一种更了复杂的控制系统。该系统包含有线继电器和开关控制元素。这些元素,要求提供有线控制逻辑的必要特定类型的机器上运行。这是一台机器,不接受需要变更或修改,但作为制造技术改进和植物转换为新产品变得更加理想的和必要的,一个更加多才多艺该设备具有控制手段,发展。继电器和开关特性的逻辑是笨重,费时要修改。线路必须拆卸和更换提供新的控制方案的要求。这个修改是针对设计、安装、消费的设需要正确接线系统。一个新的方式修改控制电路是需要的。开发和测试基地为这个新的方法美国的汽车工业。晚的时间是1960年代至1970年代初,结果是采用可编程序控制器PLC。面对汽车需要改变生产工艺改变每一次模型,在某些情况下,改善同一模型是在做了模型的一年。PLC提供一个简单的方法来重组接线,而不是实际电路重组的控制系统。
开发了PLC,在这段时间里是不太容易计划的。这PLC语言是难于书写和需要受过高度训练的程序员。这些早期的仅仅是传递装置,可以随心所欲的做很少就可以完成预先的任务。PLC在近年来迅速发展成为一种具有非常高的通用性控制系统的组成部分。今天已经能够执行复杂的运算功能包括数值积分的分化与已开放操作快速处理器的速度。曾经的PLC可只处理离散输入输出(即开关式信号),而今天的系统能够接受并产生模拟的电压和电流以及广泛的电压水平和脉冲信号。PLC设计的目的也是非常明确的。不像个人电脑,它们可以典型地操作振动、冲击、高温、电子噪声、生产设备暴露等。
随着越来越多的厂商卷入了可编程序控制器(PLC)的生产和开发,以及可编程序控制器(PLC)能力的拓展,编程语言也就随之增强了。需要这些先进的编程能力是有必要的。同时,制造商往往发展自己版本的使用于语言程序(PLC)的梯形逻辑语言。这个复杂可编程逻辑控制器(PLC)在学习编程的时候,既然一个可适用于所有的类型语言不能完全做到了解。然而,就像其他的计算机语言一样,可编程序控制器(PLC)的基本操作和编程逻辑是有学习阶段，去适应不同厂家的设备，这不是一个复杂的过程。大多数的系统设计师最终在一个特定的制造厂商自己产生一个可编程序控制器(PLC)的程序并具备适合它的地区性的应用能力。
应该指出的是,使用一个可编程逻辑控制器,普遍被称为“PLC”或“可编程控制器”。虽然术语“可编程控制器”已被普遍接受,但它并不是缩写“PC”，因为简称的“PC”通常用于个人电脑。正如我们所看到的, PLC控制绝不是一台个人电脑。
可编程控制器(缩短名字用于可编程逻辑控制器)像个人电脑用户可以做出了巨量的选择和配置。来到使用者面前,就像个人电脑，是最好老师的一个很好的选择。考虑到不同的收益和配置的选择,它就可以选择单位，使其变得能够将最好地履行在一个特定的应用。船舶是名符其实的耗能大户,在节能、降排已成为世界性课题的今天,对大耗能设备的节能、提高能效已迫在眉睫。对船用锅炉系统的控制,特别是对油轮所使用的大型锅炉系统的控制,一直是船舶轮机技术和自动化技术的一个重要课题。船用蒸汽锅炉作为船上动力能源介质的生产设备在工业生产和船上生活中一直扮演着相当重要的角色。在经济发展迅猛、环境污染严重和能源需求递增的今天，针对具有强耦合性和滞后性的蒸汽锅炉设计一种在节能、环保和安全方面有所改进的蒸汽锅炉。在经济技术不断创新发展的阶段性进程中,工业生产的重要性愈发显著。可编程控制器由于具有较强的优势特点而被广泛应用,尤其是在蒸汽锅炉的控制系统中,自动化要求也不断提升,这就需要以PLC为依托,创建反应更为迅速的系统机制,这样不仅能够有效提升系统运行指标,更能为蒸汽锅炉控制系统的参数控制提供重要保障。PLC控制系统具有重要性和必要性。在我们国家,绝大多数中小型锅炉控制系统自动化水平不高、安全性低,效率普遍低于国家标准，工业锅炉作为重要的热能动力设备,分布广、数量多,在工业生产中占有举足轻重的地位。锅炉控制系统是一个复杂系统,控制效果的好坏直接影响着锅炉的能耗和产出工质的品质。目前，我国仍有许多锅炉由于控制技术的落后,导致整个锅炉系统生产运行的不稳定、燃料利用率低以及排放污染物超标,制约企业发展的同时还加重了环境和资源的负担。
我国目前自动控制系统，由于PLC种类繁多，各种PLC都具有相应特点，在已投产的企业中，主要以性价比较好的S7-300组成相应的控制系统为主。S7-300主要有以下特点：循环周期短，运算速度快，逻辑指令在执行时间最快可以达到0.05us；编程功能强，可用于复杂功能控制和编程，一般采用STEP7-Lite以及STEP7编程软件，通过多种编程语言编程；通讯功能强，S7-300系列CPU模块通常带有标准RS-485/422串行接口，支持MPI多点通信；扩展性能良好，S7-3000PLC拥有众多开关量I/O扩展模块，以及特殊功能模块为用户提供选择，增强了PLC控制功能。
为了保证船舶锅炉的正常工作,减少工作人员的工作强度,减少能源损耗,采用自动控制系统对锅炉的蒸汽压力进行控制,系统采用PLC的控制方式。在实际应用中PLC主要由模拟信号输入部分（数据采集）、连续控制输出部分（模拟量输出）、开关量输入部分（外围状态输入）、开关量输出（外围设备工作状态控制）。从而根据实际需要PLC的I/O点进行对应配置，实现锅炉蒸汽压力控制目标。
为了保证船舶锅炉的正常工作,减少工作人员的工作强度,减少能源损耗,采用自动控制系统对锅炉的蒸汽压力进行控制,系统采用PLC的控制方式。以PLC为主体,对其在蒸汽锅炉控制系统中的应用进行了细化阐述及分析,而后提出了控制要点,以期为蒸汽锅炉控制系统的高效运行方面的研究提供参考及借鉴。将模糊控制PID算法应用到蒸汽锅炉PLC控制系统和采用二分法控制最佳风煤比作为重点。硬件设计包括主回路、控制回路的设计。软件设计包括上位机组态和下位机编程。
典型的系统部件模块化可编程序控制器(PLC)是:
1、处理器
处理器(有时叫一个CPU),就像在独立控制单元,通常是根据指定的内存需求为程序是什么实施。在模块化的版本,能力也可以是一个重要的因素。这包括高等数学功能等特点,采用PID控制回路可编程的命令。处理器构成的微处理器、系统内存,串行通讯港口打印机,可编程序控制器(PLC)局域网连接装置和外部编程,在某些情况下,该系统供电电源处理器和I / O模块。
2、安装架
这通常是金属框架,印刷电路板提供用于安装底板意味着PLC输入/输出(I / O)模块和处理器。指定安装架是根据模块的数量必须执行系统。安装架提供数据和电力连接处理器与模块通过底板。对于cpu,它不包含一个电源、架子上也成立这种模块化的电力供应。有系统处理器安装连接电缆单独架子上。安装架能可直接向山面板或者可以安装在标准19“宽设备内阁。cascadable安装架是这么多允许一个系统互连来容纳大量I / O模块。
3。输入和输出模块
输入和输出(I / O)模块根据输入指定输出信号与之关联的特定应用程序。这些模块秋天分成离散、模拟、高速计数器或注册类型。
离散I / O模块一般都是有能力处理8和16,在某些情况下,开关类型的输入和输出一个模块。模块指定为输入或输出,但一般虽然一些制造商们提供了模块可配置和输入输出点在同一单元内。
模拟输入和输出模块都是可行的,适用于在合同中规定的预期的分辨率和电压或电流范围。随着这些都是一般离散输入或输出模块,一些制造商就在相同的模块提供模拟的输入和输出。PLC模拟模块也可以输入可直接接受热电偶的温度测量和监测。
脉冲输入与可编程序控制器(PLC)可以接受使用高速计数器模块。这一个模块能够从一个转速或其他频率产生装置测量频率的一个输入信号。这些模块也可以计算想要的脉冲计数。一般来说, 如果双方都需要应用程序，在同一时间内，两个频率和计数可从相同的模块执行。
输入和输出模块寄存器从PLC传递8和16位字信息。这些就是一般编号(BCD码或二进制), 由PLC产生复开关或编码器系统的数据输入或输出显示于设备。提供的其他类型的模块也可以根据可编程序控制器(PLC)的制造商的能力而定。这些包括专业通信模块,以允许转让信息从一个控制器到另一个地方。一个新的发展是一个I/O模块允许串行传输远程I/O信息,可以到12000英尺远的地方。
4、电力供应
电源指定取决于厂商的可编程序控制器(PLC)中所使用的应用程序。如前所述,在某些情况下一分力量供应能力提供所需的电力系统布置处理模块的一部分。如果电源是一个独立的模块,它提供的电流必须能大于所需的其它模块的总和电流。系统是在CPU模块供电, 因为电压或电流的要求有一些模块的实现不可以从处理器获得过多的能量,只能通过增加第二电源，一般来说这是事实。如果模拟外部通信模块,目前由于这些要求在直流供应的情况下,在模拟模块必须进行调整。
5、编程单元
编程单位允许工程师或技术员编辑要执行的程序。编程的最简单的形式可以是一种手握设备键盘程序输入和显示设备(LED或LCD)来观看程序步骤或功能。更多的先进的系统是使用一个单独的个人电脑, 可编程序控制器(PLC)允许程序员写、查看、编辑和下载程序，这是制造商提供了从可编程序控制器(PLC) 的专有软件。该软件还可以让程序或工程师监控PLC来运行这个程序。这个监测系统,诸如可以被监控的内部线圈、寄存器、定时器和其看不见的外部来确定适当的操作。同时如果需要微调的程序操作, 可以改变内部注册数据，有利的程序可以调试。该系统可编程控制器的沟通是通过电缆连接到一个专门的编程接口控制器。这台计算机可以通过串行口或安装在一个专门的卡片连接到个人计算机。
一个可编程控制器是一个专门的计算机。因为它是一台电脑所有的基本组成部分,任何其他计算机都具有中央处理器、存储器和输入和输出接口。
中央处理器(CPU)是可编程序控制器(PLC)控制的重要部分。它可以直接从记忆和行为对那些命令解释相同的程序的命令。在当前的可编程序控制器(PLC)的这个单位是一个以微处理器为基础的系统。中央处理器(CPU)在系统模块的处理器模块。
- 记忆系统通常是两种类型的,只读存储器和随机存储器。ROM的记忆包含程序信息，允许中央处理器解释和行为的梯形逻辑程序存储在RAM记忆。RAM记忆通常为了不失去梯形编程系统功率的移除。这种电池可以是一个标准的干电池充电nickel-cadmium或类型。现在可更新的可编程序控制器(PLC)单位与电可擦可编程只读存储器(EEPROM)不需要电池。记忆也在模块化系统的处理器模块。分析研究对象并提出控制要求，详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
- 确定输入／输出设备，根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
- 学习对PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择学习有相关知识、学习模态分析相关基础知识及软件的使用方法。
- 分配I/O点并设计PLC外围硬件线路，画出PLC的I/O点与输入／输出设备的连接图或对应关系表，设计PLC外围硬件线路，画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入可编程控制器的控制电路。
- 程序设计及程序模拟，根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。 程序模拟调试的基本思想是，以方便的形式模拟产生现场实际状态，为程序的运行创造必要的环境条件。根据产生现场信号的方式不同，模拟调试有硬件模拟法和软件模拟法两种形式。
- 选择硬件实施，硬件实施方面主要是进行控制柜（台）等硬件的设计及现场施工，设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图，设计系统各部分之间的电气互连图，由于程序设计与硬件实施可同时进行，因此PLC控制系统的设计周期可大大缩短
- 将系统进行联机调试，联机调试是将通过模拟调试的程序进一步进行在线统调。联机调试过程应循序渐进，从PLC只连接输入设备、再连接输出设备、再接上实际负载等逐步进行调试。如不符合要求，则对硬件和程序作调整。通常只需修改部份程序即可。
整理和编写技术文件，技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PLC程序以及使用说明书等。
任何不同的类型的输入单位可以取决于预期的输入信号。输入一段可以接受离散的模拟信号。今天的控制器提供两种离散信号的输入交流和直流电压TTL 250 VDC,从5到250 VAC。模拟输入单位可以接受输入水平线,比如plusmn;10伏直流电、plusmn;5伏直流电和4电流环值。每CPU作为一个单一的1或0在模拟输入单元的内容模拟/数字转换电路和现在的输入电压到中央处理器，离散输入单元输入到现在以二进制规格化以最大字数数目进行传输。位的数字取决于该决议的单位，代表输入电压或电流。通常有一个定义数量的大小和数量位符号位。现在登记这个词输入单元输入到中央处理器,因为它是得到了二进制或BCD码)。
操作相同的输出单元和输入单元的除外，要么单位提供一个地或采购(提供一个电压)离散电压或采购模拟电压或电流。在输出信号的引导下,提出了中央处理器。不连续的输出电流可以为TTL和较高的直流电压或Triacs AC电压输出。为更大的电流的应用在关闭时使中间继电器接点可用。这些更大的电流一般限于2到3安培。电路输出的数字模拟的模拟模块转换生成可变电压或电流输出。
第一次使用可编程序控制器(PLC)时,它就开始了更新I/O的功能。这意味着所
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