PLC自動(dòng)控制供水系統(tǒng)-論文

摘要 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，住房制度改革的不斷深入，人們生活水平的不斷提高，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面，供水的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性直接影響到小區(qū)住戶的正常生活和工作，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。傳統(tǒng)的恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)生活的需要。 水塔水位控制系統(tǒng)是我國(guó)住宅小區(qū)廣泛應(yīng)用的供水系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方式存在控 制精度低、能耗大的缺點(diǎn)。在水資源日益匱乏的今天，節(jié)約用水、提高水資源的利用率就顯得十分必要。傳統(tǒng)的水塔水位控制為粗放式的，基本沒(méi)有對(duì)水泵的合理控制，且多為人為控制，工作強(qiáng)度大、危險(xiǎn)。所以除了浪費(fèi)電能外，還造成了人力資源的浪費(fèi)。采用新型的 PLC 控制供水方式與過(guò)去舊的控制方式相比在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、穩(wěn)定性、等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，特別是在提倡低碳的情況下有很好的節(jié)能效果，且由于 PLC 強(qiáng)大的擴(kuò)展性可以適應(yīng)今后城市供水建設(shè)的發(fā)展。 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備及自動(dòng)化項(xiàng)目中， PLC的可靠性、抗干擾性等諸因素是繼電器無(wú)法比擬的。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它給工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)了革命性的變革。這個(gè)變革是由繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的飛躍。利用 PLC控制的特點(diǎn)是：可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；操作簡(jiǎn)單，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 4； 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便、易于改造；體積小、質(zhì)量輕、功耗低。 因此綜上所述，為了達(dá)到節(jié)能的目的提高供水系統(tǒng)的質(zhì)量，考慮采用可編程控制器（ PLC）、繼電器。傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集，設(shè)計(jì)一套實(shí)用水位控制方案，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以提高控制精度、可靠性和供水質(zhì)量。 并通過(guò)模 擬仿真來(lái)驗(yàn)證程序編寫(xiě)的正確性。 本文首先闡述了課題背景，在分析了當(dāng)前研究中存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，論 述了本課題研究的重要意義。并根據(jù)水塔水位控制系統(tǒng)的控制要求以及控制原理確定水塔水位控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，畫(huà)出系統(tǒng)流程圖，確定 PLC系統(tǒng)的輸入輸出分配，編寫(xiě)程序，系統(tǒng)的模擬仿真等。最終完成基于 PLC的水塔水位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵字： PLC 自動(dòng)控制 供水系統(tǒng) 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 2 目錄 第 1 章 緒論 . 1 1.1 課題背景及意義 . 1 1.2 水塔水位控制系統(tǒng)的組成 . 2 1.3 數(shù)控系統(tǒng)概述 . 2 第 2 章 可編程控制器（ PLC）概述 . 4 2.1 可編程控制器簡(jiǎn)介 . 4 2.2 可編程控制器（ PLC）的特點(diǎn) . 5 2.3 可編程控制器（ PLC）的應(yīng)用 . 5 2.4 可編程控制器（ PLC）的組成 . 6 2.5 可編程控制器的工作方式及過(guò)程 . 9 2.6 可編程控制器的編程語(yǔ)言 梯形圖 . 10 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 12 3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 . 14 3.2 系統(tǒng)控制要求 . 17 3.3 控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配 . 17 3.4 系統(tǒng)選型 . 19 3.5 PLC 模擬量控制單元的配置 以及應(yīng)用 . 19 3.5.1 EM235 模擬量工作單元性能指標(biāo) . 19 3.5.2 校準(zhǔn)及配置 . 21 3.5.3 EM235 的安裝使用 . 21 3.5.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖 . 22 第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) . 24 4.1 由“恒壓 ” 要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 . 24 4.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 . 24 4.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn) . 24 第 5 章 總結(jié) . 37 5.1 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) . 37 5.2 結(jié)束語(yǔ) . 37 參考文獻(xiàn) . 39 致 謝 . 40 第 1章 緒論 1 1 第 1 章 緒論 1.1 課題背景及意義 眾所周知，水是人類生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征的現(xiàn)實(shí)條件下，我們這個(gè)水資源和電能短缺的國(guó)家，長(zhǎng)期以來(lái)在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術(shù)一直比較落后，自動(dòng)化程度低，而隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，以及住房制度改革的不斷深入，城市中各類小區(qū)建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時(shí)也對(duì)小區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)供水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個(gè)重要方面 ，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性直接影響到小區(qū)住戶的正常工作和生活，也直接體現(xiàn)了小區(qū)物業(yè)管理水平的高低。 傳統(tǒng)的小區(qū)供水方式有 :恒速泵加壓供水、水塔高位水箱供水、氣壓罐供水、液力藕合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)等方式，其優(yōu)、缺點(diǎn)如下 : 1、恒速泵加壓供水方式無(wú)法對(duì)供水管網(wǎng)的壓力做出及時(shí)的反應(yīng)，水泵的增減都依賴人工進(jìn)行手工操作，自動(dòng)化程度低，而且為保證供水，機(jī)組常處于滿負(fù)荷運(yùn)行，不但效率低、耗電量大，而且在用水量較少時(shí)，管網(wǎng)長(zhǎng)期處于超壓運(yùn)行狀態(tài)，爆損現(xiàn)象嚴(yán)重，電機(jī)硬起動(dòng)易產(chǎn)生水錘效應(yīng) ，破壞性大，目前較少采用。 2、氣壓罐供水具有體積小、技術(shù)簡(jiǎn)單、不受高度限制等特點(diǎn)，但此方式調(diào)節(jié)量小、水泵電機(jī)為硬起動(dòng)且起動(dòng)頻繁，對(duì)電器設(shè)備要求較高、系統(tǒng)維護(hù)工作量大，而且為減少水泵起動(dòng)次數(shù)，停泵壓力往往比較高，致使水泵在低效段工作，而出水壓力無(wú)謂的增高，也使浪費(fèi)加大，從而限制了其發(fā)展。 3、液力禍合器和電池滑差離合器調(diào)速的供水方式易漏油，發(fā)熱需冷卻，效率低，改造麻煩，只能是一對(duì)一驅(qū)動(dòng)，需經(jīng)常檢修 ；優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，維修方便。 4、單片機(jī)變頻調(diào)速供水系統(tǒng)也能做到變頻調(diào)速，自動(dòng)化程度要優(yōu)于上面 4 種 供水方式，但是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期比較長(zhǎng)，對(duì)操作員的素質(zhì)要求比較高，可靠性比較低，維修不方便，且不適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 綜上所述，傳統(tǒng)的供水方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源 ；效率低 ；可靠性差 ；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了居民的用水和工業(yè)系統(tǒng)中的用水。 目前的供水方式朝向高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，采用 PLC 水塔水位控制系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 2 能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的 現(xiàn)實(shí)意義。 1.2 水塔水位控制系統(tǒng)的組成 水位自動(dòng)控制系統(tǒng)由 PLC（核心控制部件）、高低位的水位檢測(cè)電路、高低水位信號(hào)傳送給 PLC 水泵電動(dòng)機(jī)控制電路（ PLC 控制程序?qū)崿F(xiàn)的此水位控制） 1.3 數(shù)控系統(tǒng)概述 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，產(chǎn)品更新速度越來(lái)越快，多品種，中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加。同時(shí)，隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工業(yè)消費(fèi)生產(chǎn)的高速增長(zhǎng)，形狀復(fù)雜的零件越來(lái)越多，精度要求也越來(lái)越高。 在傳統(tǒng)的加工設(shè)備和制造方法難以滿足這樣的多樣化、柔性化與形狀復(fù)雜零件的高效高質(zhì)量加工要求的情況下，數(shù)控 機(jī)床作為一種自動(dòng)化的加工設(shè)備而被廣泛采用 l。數(shù)控技術(shù)作為數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為當(dāng)今制造技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。美國(guó)麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室于 1952 年研制出世界上第一臺(tái)三坐標(biāo)銑床，從此人類迎來(lái)了機(jī)械制造的一個(gè)新的數(shù)控時(shí)代?？v觀數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展史，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段共六代的發(fā)展。 第一階段 :數(shù)控 (NC)階段 (1952 一 1970)，這個(gè)階段經(jīng)歷了三代，即第一代采用電子管元件的數(shù)控系統(tǒng)，體積大、可靠性低、價(jià)格高，主要用于軍工生產(chǎn) ；第二代采用晶體管和印制電路板組成的數(shù)控系統(tǒng)，可靠性有所提高，體積大為縮小 ，但是還沒(méi)有得到廣大用戶的認(rèn)可 ；第三代采用集成電路的數(shù)控系統(tǒng)，不僅體積大大縮小，其可靠性也得到了實(shí)質(zhì)性的提高，成為一般用戶能接受的數(shù)控系統(tǒng)。第一個(gè)階段的數(shù)控系統(tǒng)主要靠硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制功能。第二階段 :計(jì)算機(jī)數(shù)控 (NCC)階段 (1970 一至今 )，這個(gè)階段也經(jīng)歷了三代，即第四代采用小型計(jì)算機(jī)以軟件的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能 ；第五代采用微處理器或微型計(jì)算機(jī) ；第六代以 CP 機(jī)為控制系統(tǒng)的硬件部分，在 CP 機(jī)上安裝 NC 軟件系統(tǒng)，第六代數(shù)控也稱為基于 CP 的智能數(shù)控系統(tǒng)。第二階段的數(shù)控系統(tǒng)主要是由計(jì)算機(jī)硬件和軟件組成。其最大特點(diǎn)是利 用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里的軟件控制系統(tǒng)工作。這種系統(tǒng)較第一階段的數(shù)控系統(tǒng)容易擴(kuò)展，柔性好，可靠性高。就系統(tǒng)硬件和軟件組成及其結(jié)構(gòu)形式而言，當(dāng)今世界上的數(shù)控系統(tǒng)大致可分為 4 種類型 : 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)。如 FANUCO 系統(tǒng)、 MITSUBISHIM50 系統(tǒng)、 SiemenS810 系統(tǒng)等。這是一種專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。盡管也可以由用戶做人機(jī)界面，但必須使用專門的開(kāi)發(fā)工具 (如 Sinelnes 的 WSSOOA)，耗費(fèi)較多的人力，而對(duì)它的功能擴(kuò)展、改變和維修，都必須求助于系統(tǒng)供應(yīng)商。目前，這類系統(tǒng)還是占領(lǐng)了制造業(yè)的大部分市第 1章 緒論 3 3 場(chǎng)。但由 于開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場(chǎng)正在接受挑戰(zhàn)。 “ PC 嵌入 NC”結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。如 FANUC181 系統(tǒng)、 51emens840D 系統(tǒng)、 Numl060系統(tǒng)等。這是由于一些數(shù)控系統(tǒng)制造商不愿放棄多年來(lái)積累的數(shù)控軟件技術(shù)，又想利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。然而，盡管它也具有一定的開(kāi)放性，但由于它的 NC 部分仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)還是不開(kāi)放的。因此，用戶無(wú)法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。 “ NC 嵌入 CP”結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它由開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡 +PC 機(jī)構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)控制卡通常選用高速 DSP 作為 CUP，具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制和 PLC 控制能力。它開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)供用戶在 W 工 NDOWS 平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開(kāi)放結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化控制各個(gè)領(lǐng)域。如美國(guó) DELATATU 公司用 PMAC 多軸運(yùn)動(dòng)控制卡構(gòu)造的 PMAC 一 NC 數(shù)控系統(tǒng)、舊本 MAAZK 公司用三菱電機(jī)的MELDASMAGIC64 構(gòu)造的 MAZATROL640CNC 等。 SOF r 型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。這是一種最新開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)。它的 CNC軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部 1/0 之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口 。用戶可以在 W 工 ND 娜 S 平臺(tái)上，利用開(kāi)放 CNC 內(nèi)核，開(kāi)發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)。與前幾種數(shù)控系統(tǒng)相比， SOTF 型開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)具有最高的性能價(jià)格比，因而最有生命力。其典型產(chǎn)品有美國(guó) MDSI 公司的OpenCNC、德國(guó) PowerAutomation 公司的 AP80OONT 等 數(shù)控技術(shù)是機(jī)械、電子、自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)技術(shù)密切結(jié)合的機(jī)電一體化高新技術(shù)，它能把機(jī)械裝備的功能、可靠性、效率和產(chǎn)品質(zhì)量提高到一個(gè)新水平，使機(jī)械電子行業(yè)發(fā)生深刻的變化?？梢哉f(shuō)，數(shù)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是 自動(dòng)化柔性系統(tǒng)的核心，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的重要組成部分?？傊?，數(shù)控技術(shù)己成為當(dāng)今工業(yè)設(shè)備、制造業(yè)不可忽視的關(guān)鍵高新技術(shù)，對(duì)我國(guó)今后的技術(shù)進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展具有重要的先導(dǎo)作用，需大力發(fā)展機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 4 第 2 章 可編程控制器（ PLC）概述 2.1 可編程控制器簡(jiǎn)介 可編程序控制器 (program logical controller)，簡(jiǎn)稱 pLc，是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)，它是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是當(dāng)今工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自 動(dòng)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。由于 PLC 采用了“三機(jī)一體化”的綜合技術(shù)即集計(jì)算機(jī)、儀器儀表、電氣控制于一身，具有高可靠性、強(qiáng)抗千擾能力、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便和低成本等諸多特點(diǎn)，因而與其它控制器相比它更加適合工業(yè)控制環(huán)境和市場(chǎng)的要求 ；再加上 PLC 發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)品的系列化、產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化，使之從早期的邏輯控制、順序控制迅速擴(kuò)展到了連續(xù)控制，開(kāi)始進(jìn)入批量控制和過(guò)程控制領(lǐng)域，并迅速成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的支柱 9。目前， PLC 在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍。旱期的可編程序控制器 (Programmable Logic Controller， PLC)，主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制器將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)與新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，具有可靠性高、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活、編程簡(jiǎn)單、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，以及良好的工業(yè)環(huán)境工作性能和自動(dòng)控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)性能，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器。早期的可編程控制器由分離元件和中小規(guī)模集成電路組成，主要功能是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序 控制、定時(shí)等。 70 年代初期，體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于 PLC，使得 PLC 的功能大大增強(qiáng)。在硬件方面，除了保持其原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 1/0 模塊和各種特殊功能模塊。在軟件方面， PLC 采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語(yǔ)言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC 的處理速度， 各制造廠商還研制開(kāi)發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了 PLC 軟、硬件功能。在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家， PLC 己經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。據(jù)“美國(guó)市場(chǎng)信息”的世界 PLC 以及軟件市場(chǎng)報(bào)告稱， 1995 年全球 PLC 及其軟件的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)模約 50 億美元。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 5 2.2 可編程控制器（ PLC）的特點(diǎn) 隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， PLC 的功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn) 10: l)可靠性高。 PLC 的高可靠性得益于軟、硬件上一系列的抗干擾措施和它特殊的周期循環(huán)掃描工作方式。 2)具有豐富的 1/0 接口模塊。 PLC 針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)， 有相應(yīng)的 1/0 模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊 ；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。 3)采用模塊化結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 PLC 的各個(gè)部件，包括 CPU、電源、 1/0 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 4)編程簡(jiǎn)單易學(xué)。 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)， 因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 5)安裝簡(jiǎn)單，維修方便。 PLC 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 2.3 可編程控制器（ PLC）的應(yīng)用 由于 PLC 強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn)，使得其在我國(guó)的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。 PLC在水工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用主要有水廠監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)加氯、自動(dòng)加礬、水泵變頻調(diào)速、 SCADA 系統(tǒng)和供水管網(wǎng)信息 管理系統(tǒng)等。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過(guò)程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)監(jiān)測(cè)等。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 6 2.4 可編程控制器（ PLC）的組成 圖 2.1 PLC 結(jié)構(gòu)圖 可編程控制器 PC 或 PLC 是一種以微處理器為核心的用于工程自動(dòng)控制的工業(yè)控制機(jī)，其本質(zhì)是一臺(tái)工業(yè)控制專用計(jì)算機(jī)。它的軟、硬件配置與計(jì)算機(jī)極為類似，只不過(guò)它比一般計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過(guò)程相連接的接口和更直接的適應(yīng)于控制要求的編程語(yǔ)言。 PLC 機(jī)硬件主要由中央處理單元 (CPU)、存貯器、輸入 /輸出單元以及編程器、電源和智能輸入 /輸出單元等構(gòu)成。 PLC 可分為以下幾個(gè)部分 : l)中央處理單元 (CPU):同一般微處理機(jī)一樣，中央處理單元是可編程控制的核心部件，它通過(guò)輸入裝置將外設(shè)的狀態(tài)讀入并按照用戶程序去處理，根據(jù)處理結(jié)果通過(guò)輸出裝置去控制外設(shè)。常用的 CPU 有通用微處理器，如 MOTOROLA6800，單片機(jī)有 8031，8051 和雙極型位式微處理器，如 AMD2903。 目前，小型 PLC 為單 CPU 系統(tǒng)，而中型及大型 PLC 則為雙 CPU 甚至多 CPU 系統(tǒng)。對(duì)于雙 CPU 來(lái)說(shuō)，一般具有一個(gè)位處理器和一個(gè)字處理器。字處理器是 CPU 這個(gè)核心的核心，常由通用的 8 位、 16 位 或 32 位微處理器擔(dān)任，位處理器也稱布爾處理機(jī)，如美國(guó) ri 公司的 TI 一 530 等，它不僅使 PLC 增加了功能，提高了速度，也加強(qiáng)了PLC 的保密性能。 中央處理器的功能是 :CPU 按系統(tǒng)程序所賦予的功能，接收并存貯從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù) ；CPU 按掃描方式工作，從存貯器中逐條讀取指令，并存入 CPU 內(nèi)的指令寄存器中 ；指令寄存器的指令操作碼進(jìn)行譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的任務(wù)，產(chǎn)生相機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 7 應(yīng)的控制信號(hào)，啟閉有關(guān)控制門電路，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志和輸出映像寄存器的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通訊 ；行系統(tǒng)診斷程序，診斷電 源、PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 2)存貯器 :可編程控制器中存貯器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和數(shù)據(jù)。常用的存貯器形式有 CMOSROM、 EPROM 和 EEPROM。 系統(tǒng)存貯器用以存貯制造廠家編寫(xiě)的系統(tǒng)程序。所謂系統(tǒng)程序是指控制和完成PC 機(jī)各種功能的程序，如控制器的監(jiān)控程序、基本指令和功能指令翻譯程序、系統(tǒng)診斷程序、通信管理程序等。機(jī)器出廠時(shí)，廠家把這些程序存入 EPROM存貯器或 EEPROM存貯器。用戶不能訪問(wèn)和修改存貯器這部分的內(nèi)容 用戶存貯器主要用來(lái)存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序 是指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)過(guò)程和工藝要求編寫(xiě)的控制程序。此程序由使用者通過(guò)編程器輸入到 PLC機(jī)的 CMOSRAM 存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。為確保 PLC 機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性， CMOSRAM 存貯器有預(yù)防電源掉電故障的鏗電池保護(hù)措施，以防電源掉電后破壞它的存貯內(nèi)容。 數(shù)據(jù)存貯器用來(lái)存放 PLC 的數(shù)據(jù)。包括輸入、輸出、輔助繼電器狀態(tài)的映像區(qū)，定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和特殊功能寄存器等狀態(tài)的映像寄存器。由于數(shù)據(jù)在控制器應(yīng)用中是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的，因此 數(shù)據(jù)存貯器一般選用 CMOSRAM，以滿足隨機(jī)存取的要求。 3)輸入 /輸出模塊 :輸入 /輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程連接的接口?，F(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)，如按鈕開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及傳感輸出的開(kāi)關(guān)量或模擬量 (壓力、流量、溫度、電壓、電流 )等，都要通過(guò)輸入模塊送到 PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸出模塊的作用是接收中央處理器處理過(guò)的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能接受的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光顯示、電機(jī)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入 /輸出模塊，其類型有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊。這些模塊又分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊，部件上都設(shè)有輸入接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有光電禍合電路，其目的是把 PLC 與外部電路隔離開(kāi)來(lái)，以提高 PLC的抗千擾能力。數(shù)字量輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出 三種方式。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量一數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/D 或 D/A 轉(zhuǎn)換。 由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過(guò)模擬量輸入 /輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸入模機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 8 塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸入鎖存緩沖器與 PLC 的 1/0 總線掛接。模擬量輸出模塊 D/A 轉(zhuǎn)換前的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電禍合器和輸出鎖存器與 PLC的 1/0 總線掛接。現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是 0 一 5 伏和 O 一 10 伏兩種，模擬電流主要是 0 一 ZomA 和 4 一 ZomA 兩種 。另外還有。一 somV， o 一 IV、一 5 一 +SV、一 10 一 +10V， o 一 10mA 等。模擬量輸入模塊接收到標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流后，把它轉(zhuǎn)換成 8 位、 10 位或 12 位的二制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 4)擴(kuò)展模塊 :當(dāng)一個(gè) PLC 中心單元的 1/0 點(diǎn)數(shù)不夠用時(shí)，就要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展接口就是用于連接中心基本單元與擴(kuò)展單元的。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，各可編程控制器制造廠家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列的智能 接口模塊，使可編程控制器的功能更加強(qiáng)大和完善。智能 1/0 接口模塊種類很多，例如高速技術(shù)模塊、 PLCA 控制模塊、數(shù)字位基于 PLC 的變頻恒壓供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)置譯碼模塊、閥門控制模塊、中斷控制模塊、智能存貯模塊以及智能 1/0 模塊等。 5)編程器 :它的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。有的編程器還可與打印機(jī)或磁帶機(jī)相連，以將用戶程序和有關(guān)信息打印出來(lái)或存放在磁帶上，磁帶上的信息可以重新裝入 PLC。目前編程器主要有以下三種類型 :便攜式編程器 (也叫簡(jiǎn)易編程器 )；圖形編程器 ；用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器。 便于攜帶的特點(diǎn)，一般只能用指令形式編程，通過(guò)按鍵輸入指令，通過(guò)數(shù)碼管或液晶顯示器加以顯示、這種編程器適合小型可編程控制器的編程要求。圖形編程器以液晶顯示器 (LCD)或陰極射線管 (CRT)作屏幕，用來(lái)顯示編程內(nèi)容和提供如輸入、輸出、輔助繼電器的占有情況、程序容量等各種信息，還可在調(diào)試程序、檢查程序執(zhí)行時(shí)顯示各種信號(hào)狀態(tài)、出錯(cuò)提示等。使用圖形編程器可以月多種編程語(yǔ)言編程，梯形圖顯示在屏幕上十分直觀。圖形編程器還可與打印機(jī)、錄音機(jī)、繪畫(huà)儀等設(shè)備連接，有較強(qiáng)的監(jiān)控功能。但它的價(jià)格高，適用于中、大型可編程控制器的編程 要求。用于 IBM 一 PC 及其兼容機(jī)的編程器是個(gè)人計(jì)算機(jī)加上適當(dāng)?shù)挠布涌诤蛙浖鳛榫幊唐鳎部芍苯泳幹瞥商菪螆D，其監(jiān)控功能也很強(qiáng)。 編程器工作方式主要有編程和監(jiān)控兩種，編程工作方式是在 PLC 機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)可以進(jìn)行編程，它的功能主要是輸入新的程序，或者對(duì)已有的程序予以編輯和修改。監(jiān)控工作方式可以對(duì)運(yùn)行中的控制器工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和跟蹤，一般可以對(duì)某一線圈或觸點(diǎn)的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以對(duì)成組器件的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，還可以跟蹤某一器件在不同時(shí)間的工作狀態(tài)，除搜索、監(jiān)視、跟蹤外，還可以對(duì)一些器件進(jìn)行操作。因此編程 器的監(jiān)控方式對(duì)控制器中新輸入程序的調(diào)試與試運(yùn)行是非常有用和方便的。 編程器的結(jié)構(gòu)一般包括顯示部分與鍵盤(pán)部分。顯示一般用液晶顯示器，主要的顯機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 9 示內(nèi)容包括地址、數(shù)據(jù)、工作方式、指令執(zhí)行情況及系統(tǒng)工作狀態(tài)等。鍵盤(pán)有單功能鍵和雙功能鍵，在使用雙功能鍵的時(shí)候鍵盤(pán)中都備有一個(gè)選擇鍵，以選擇其中一種方式工作。 2.5 可編程控制器的工作方式及過(guò)程 、 圖 2.3 一個(gè)掃描周期 PLC的工作方式 :采用循環(huán)掃描方式 .在 PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí) ,從內(nèi)部處理 ,通信操作 ,程序輸入 ,程序執(zhí)行 ,程序輸出 ,一直循環(huán)掃描工作 . PLC 的工作過(guò) 程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過(guò)程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯， .然后順序向各個(gè)輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)的接收外來(lái)的控制命令，每個(gè)掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信。因此， PLC 工作過(guò)程分為以下五步 : (1)自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時(shí)能盡快的修復(fù)，為此 PLC每次掃描用戶程序以前都對(duì) CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn) 入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)的信息。 (2)與外設(shè)通信 自診斷正常后 PLC 即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過(guò)程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 10 令。在與上位機(jī)通信過(guò)程中 PLC 將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)、 PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。 (3)輸入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài) 完成前兩步 工作后 PLC 便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象。這一過(guò)程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開(kāi)關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過(guò)程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值。 (4)解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開(kāi)始，在無(wú)跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯 。解算過(guò)程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個(gè)掃周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。 (5)輸出結(jié)果 將本次的掃描過(guò)程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹?，每一步所得到的輸出信?hào)被存入輸出信號(hào)寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開(kāi)輸出門一并輸出，所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài)表送到 輸出模塊，其相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備即 PLC 的實(shí)際輸出。 在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開(kāi)始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。 2.6 可編程控制器的編程語(yǔ)言 梯形圖 梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡(jiǎn)單，直觀，易讀，好懂，是 PLC中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號(hào)，這些圖形符號(hào)被稱為編程元件，每一個(gè)編程元件對(duì)應(yīng)有一個(gè)編號(hào)。不同廠家的 PLC，其編程元件的多少及編號(hào)方法不盡相同，但是基 本的元件及功能很相近。 梯形圖有如下特點(diǎn)。 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)繼電器為一個(gè)邏輯行，稱為梯形。每一個(gè)邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個(gè)圖形機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 11 呈梯形。 梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，因此稱為軟繼電器，相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài)，表示該繼電器通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開(kāi)。 梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。 梯形圖中，一般情況下某個(gè)編號(hào)的繼電器 線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的觸點(diǎn)是可以被無(wú)限制的引用，既可是常開(kāi)觸點(diǎn)也可以是常閉觸點(diǎn)。 梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個(gè)支路也沒(méi)有真實(shí)的電流通過(guò)，但是為了方便，常用有電流來(lái)形象的描述解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認(rèn)為它只能從左向右流動(dòng)，層次的改變只能是先上后下。 3.4 可編程序控制器 PLC 的優(yōu)點(diǎn) 能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，不要求空調(diào)，能抗電磁干擾與電壓沖擊。 簡(jiǎn)單，易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識(shí)，編程不需要高級(jí)語(yǔ)言。 可靠性 高，平均故障間隔時(shí)間 (MTBF)超過(guò) 20000 小時(shí)。 編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。 體積小，價(jià)格低。 可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場(chǎng)。 可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá) 10000 英尺，內(nèi)存可以擴(kuò)展。 有很強(qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。 系統(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。 系統(tǒng)在一種現(xiàn)場(chǎng)不需要時(shí)，仍可改在另一種現(xiàn)場(chǎng)上使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 12 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 隨著 PLC 功能的不斷完善和提高， PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。但 是 PLC 還是有最適合它的應(yīng)用場(chǎng)合，所以接到一個(gè)控制任務(wù)以后，要分析被控對(duì)象的控制過(guò)程和要求，看看用什么控制設(shè)備來(lái)完成該任務(wù)最合適。其實(shí)現(xiàn)在的可編程不僅處理開(kāi)關(guān)量，而且對(duì)模擬量的處理能力也很強(qiáng)。 控制對(duì)象以及控制裝置確定后，還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。一般來(lái)說(shuō)，能夠反映生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，能用傳感器直接測(cè)量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC 控制來(lái)完成。當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后。選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設(shè)。 對(duì)第一個(gè)問(wèn)題， 首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量 I/O，模擬量 I/O 以及這些 I/O 點(diǎn)的性質(zhì)。 I/O 點(diǎn)是性質(zhì)主要是指他們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電源電壓?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有直流 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC的輸出點(diǎn)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組的輸出只能有一個(gè)電源的種類和等級(jí)。 對(duì)于第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面要考慮： （ 1）功能方面 所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能，但是對(duì)于 某些特殊要求，就要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的 PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。圖 3-1 為 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟。 （ 2）價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O 點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價(jià)格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的差價(jià)必須是需要考慮的。 （ 3）個(gè)人喜好方面有些工程技術(shù)人員對(duì)某種品牌的 PLC 熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 13 圖 3-1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 輸入 /輸出信號(hào)在 PLC 接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)， I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜和 PLC 的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有 I/O 地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 分析評(píng)估控制任 務(wù) PLC 機(jī)選型 I/O 設(shè)備選擇 I/O 地址分配 程序設(shè)計(jì) 電氣系統(tǒng)安裝 調(diào)試程序 設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)接線圖和控制柜 滿足要 求 檢查硬件 連機(jī)調(diào)試 滿足要求 編制技術(shù)文件 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試 交付使用 檢查修改 Y NN N Y N 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 14 系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試 硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開(kāi)主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分是否正確。 軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開(kāi)關(guān)和 PLC 輸出端的輸出指示燈進(jìn)行 。需要模擬量信號(hào) I/O 時(shí)，可用電位器和萬(wàn)用表配合進(jìn)行。調(diào)試時(shí)?？衫蒙显V外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察 PLC 的輸出邏輯是否正確。如果有錯(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在 PLC 的主流產(chǎn)品都可以在 P 機(jī)上編程，并可以在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。 聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的 PLC 中。有時(shí) PLC 也許只有這一臺(tái)，這時(shí)就要把 PLC 安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷電，只對(duì)控制電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)即可。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)信號(hào)的接入常常還會(huì)發(fā)現(xiàn)軟件以及硬件中的一些問(wèn)題，有時(shí)廠家還需要對(duì)某些控制功能進(jìn)行 改進(jìn)，這種情況下，都要經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。 產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開(kāi)者時(shí)將水打到水塔中，水泵休息時(shí)借助水塔的水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對(duì)水塔的高度來(lái)說(shuō)很小，也就是說(shuō)水塔能夠維持供水管路中水壓的基本恒定。 但是建造水塔需花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問(wèn)題。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時(shí)又需作出相反的調(diào)節(jié)。這 就是恒壓供水的基本思路。這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但是今天辦到這一點(diǎn)已經(jīng)變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉(zhuǎn)速 的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設(shè)備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。 建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會(huì)造成水的二次污染。那么可不可以不借助水塔來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問(wèn)題。通常的辦法是：用水量大時(shí)，增加水泵的 數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以保持管網(wǎng)中水壓的不變，用水量小時(shí)又需要做出相反的調(diào)節(jié)。 這就是恒壓供水的基本思路，這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可以想象的，但是在今天辦到這一切已經(jīng)邊的很容易了。 3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少于開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī)選小了用水量大時(shí)供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時(shí)候，備用機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 15 泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式，一是為每臺(tái)水泵電機(jī)配一臺(tái)變頻器，下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖 3-2 所示，圖中 壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時(shí)，水壓降低；用水量小時(shí)，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。 圖 3-2 變頻恒壓供水站的基本組成 調(diào)節(jié)器是一種電子裝備 ,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能 : （ 1）設(shè)定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時(shí)的恒壓值，另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的 ，如將生活用水與消防用水共用一個(gè)泵站，水壓的設(shè)定值可能不只一個(gè)，一般消防用水的水壓要高一些，調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能，可以以數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。 （ 2）接受傳感器送來(lái)的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。管網(wǎng)實(shí)測(cè)水壓回送到泵站控制裝置稱為反饋，調(diào)節(jié)器實(shí)反饋的接受點(diǎn)。 （ 3）根據(jù)給定值和實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測(cè)水壓的反饋信號(hào)后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測(cè)值之差。如果給定值大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓，要 降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)控制。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問(wèn)題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例 -積分 -微分調(diào)節(jié)，俗稱 PID 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如 P、 I、壓力傳感器 調(diào)節(jié)器 變頻器 水箱 水泵 用戶 MAC EUR M P PS 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 16 D 參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的， PID 調(diào)節(jié)過(guò)程視調(diào)節(jié)器的的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般式模擬信號(hào)， 4-20mA 變化的電流信號(hào)或 0-10V 間變化的電壓信號(hào)。信號(hào)的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備工作。 下面以一個(gè)三泵生活 /消防雙 恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程，如圖3-3 所示，市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器 EQ 來(lái)控制注水閥 TV1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高 /低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為低水位報(bào)警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥 YV2 處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活用水在恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供 消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行?；馂?zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 17 圖 3-3 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖 3.2 系統(tǒng)控制要求 對(duì)三泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： （ 1）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行； （ 2）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開(kāi)先?！钡脑瓌t介入和退出； （ 3）在用水量小的情況 下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過(guò) 3H，則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)； （ 4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要軟啟動(dòng)功能； （ 5）要有完整的報(bào)警功能； （ 6）對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。 3.3 控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配 PLC 要能夠識(shí)別和接受描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，同時(shí)要能夠發(fā)出控制信號(hào)控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。 PLC 是通過(guò) I/O 單元完成此工作的。 I/O 單元是 PLC 與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入 /輸出多種形式和驅(qū)動(dòng)能力的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn) 被控設(shè)備與 PLC 的 I/O 接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串 /并轉(zhuǎn)換、 A/D 與 D/A轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向 PLC 提供信號(hào)，包括人為的控制信號(hào)和能描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等市網(wǎng)來(lái)水 yv1 EQ 水池 Yv2 消防用水 生活用水 1# 2# 3# 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 18 提供的開(kāi)關(guān)量。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成 CUP 能夠接受和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò) CUP 處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。 根據(jù)圖 3-3 及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如下表所示。水位上下限信號(hào)分別位 I0.1、 I0.2，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為 0，露出時(shí)為1。 表 1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 名 稱 代 碼 地址編號(hào) 輸 入 信 號(hào) 手動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào) SA1 I0.0 水池水位下限信號(hào) SLL I0.1 水池水位上限信號(hào) SLH I0.2 變頻器報(bào)警信號(hào) SU I0.3 消鈴按鈕 SB9 I0.4 試燈按鈕 SB10 I0.5 遠(yuǎn)程壓力表模擬量變壓值 U AIW0 輸 出 信 號(hào) 1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM1,HL1 Q0.0 1#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM2,HL2 Q0.1 2#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM3,HL3 Q0.2 2#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM4,HL4 Q0.3 3#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM5,HL5 Q0.4 3#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈 KM6,HL6 Q0.5 生活 /消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 Q1.0 水池水位下限報(bào)警指示燈 HL7 Q1.1 變頻器故障報(bào)警 指示燈 HL8 Q1.2 火災(zāi)報(bào)警指示燈 HL9 Q1.3 報(bào)警電鈴 HA Q1.4 變頻器頻率復(fù)位控制 KA Q1.5 控制變頻器頻率用電電壓 UF AQW0 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 19 3.4 系統(tǒng)選型 從上面分析可知，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn) 6 個(gè)、開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn) 12 個(gè)；模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)、模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)。如果選用 CPU 224 PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用CUO 266 PLC 則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照 S7 200 的產(chǎn)品目以及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為 CUP222（ 8 入 /6 繼電器輸出）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊 EM222（ 8 繼電器輸出），再擴(kuò)展一臺(tái)模擬量模塊 EM235（ 4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè) PLC系統(tǒng)的配置如圖 3-4 圖 3-4 PLC 系統(tǒng)組成 S7-200PLC 是德國(guó)西門子公司生產(chǎn)德一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 PLC的水平，而價(jià)格卻和小型 PLC 一樣，因此，它一經(jīng)退出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是 S7-200CUP22*系列 PLC。由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（ HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易的組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。 3.5 PLC 模擬量控制單元 的配置以及應(yīng)用 PLC 的普通輸入輸出端口均為開(kāi)關(guān)量處理端口，了使 PLC 能完成模擬量的處理 ,常見(jiàn)的方法是為整體式 PLC 加配模擬量擴(kuò)展單元。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)化為 PLC 可處理的數(shù)字量及將 PLC 內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外可以使用的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù) /轉(zhuǎn)換的，也兼有模 /數(shù)和數(shù) /模兩種功能的，以下介紹 S7-200 系列 PLC 的模擬量擴(kuò)展模塊 EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸入，可以用于恒壓供水控制中。 3.5.1 EM235 模擬量工作單元性能指標(biāo) 主機(jī)單元 CUP222 AC/DC 繼電器 擴(kuò)展單元 EM222 8 點(diǎn)繼電器 模擬量單元 EM235 4AI/1AO 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 20 表 2 模擬量擴(kuò)展模塊 EM235 輸入 /輸出技術(shù)規(guī)范 輸 入 技 術(shù) 規(guī) 范 輸 出 技 術(shù) 規(guī) 范 最大輸出電壓 30VDC 隔離（現(xiàn)場(chǎng)到邏輯） 無(wú) 最大輸入電壓 32mA 信號(hào)范圍 電壓輸出 電流輸出 10 0-20 mA 輸入濾波衰減 -3dB， 3.1kHz 分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 隔離 否 分辨率，滿量程 電壓 電流 12 位 11 位 輸入類型 差分 輸入范圍 電壓?jiǎn)螛O性 0-10V， 0-5V 0-1V， 0-500mV 電壓 電流 -32000 - +32000 0 - +32000 電壓雙極性 電流 0-100Mv,0-50mV 10V， 5V， 2.5V 1V ， 500mV ，250Mv 100mV, 50mV, 25mv 0-20mA 精度 最差情況0-55 電壓輸出 電流輸出 2%滿量程 2%滿量程 精度 最差情況0-55 電壓輸出 電流輸出 典型， 25 電壓輸出 電流輸出 2%滿量程 2%滿量程 5%滿量程 5%滿量程 輸入分辨率 AD 轉(zhuǎn)換時(shí)間 250 s 模擬輸入階躍響應(yīng) 1.5 mS 到 95% 共模抑制 4dB,DC 到 60Hz 共模電壓 信號(hào)電壓加共加模電壓 12V 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 21 24V 電壓范圍 20.4-28.8V 設(shè)置時(shí)間 電壓輸出 電流輸出 100 s 2ms 數(shù)據(jù)字格式 雙極性，滿量程 單極性，滿量程 -32000 - +32000 0-32000 為能適用各種規(guī)格的輸入 、輸出量，模擬量處理模塊都設(shè)計(jì)成可編程，而轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量一般具有固定的長(zhǎng)度及格式。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流量或標(biāo)準(zhǔn)電壓量以方便與其他控制接口。上表中，輸入、輸出信號(hào)范圍欄給出了 EM235 的輸出、輸入信號(hào)規(guī)格，以供選用。 3.5.2 校準(zhǔn)及配置 模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號(hào)類型對(duì)模塊進(jìn)行一些設(shè)定。校準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿度。 3.5.3 EM235 的安裝使用 （ 1）根據(jù)輸入信號(hào)的類型及變化范圍設(shè)置 DIP 開(kāi)關(guān)，完成模 塊的配置工作。必要時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。 （ 2）完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號(hào)的類型不同，采用不同的接入方式。為防止空置端對(duì)接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能短，且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，要保證 24VDC 傳感器電源無(wú)噪聲、穩(wěn)定可靠。 （ 3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號(hào)。 S7-200 擴(kuò)展單元安裝時(shí)在主機(jī)的右邊依次排列，并從模塊 0 開(kāi)始編號(hào)。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機(jī)上的擴(kuò)展總線插口。 （ 4）為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字后處理及為了輸出需要在模擬 量單元中轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)字量，要在主機(jī)中安排一定的存儲(chǔ)單元。一般使用模擬量輸入AIW及模擬量輸出 AQW單元安排由模擬量模塊送來(lái)的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。而在主機(jī)的變量存儲(chǔ)區(qū) V 區(qū)存放處理產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 22 3.5.4 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖。 （ 1）主電路圖 如下圖 3-6 所示為電控系統(tǒng)主電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為 M1、 M2、 M3。接觸 KM1、KM3、 KM5 分別控制 M1、 M2、 M3 的工頻運(yùn)行；接觸器 KM2、 KM4、 KM6 分別控制 M1、 M2、M3 的變頻運(yùn)行， FR1、 FR2、 FR3 分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器； QS1、QS2、 QS3、 QS4 分別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)； FU1 為主電路的熔斷器， VVVF 為簡(jiǎn)單的一般變頻器。 圖 3-6 電控系統(tǒng)主電路 （ 2）控制電路圖 圖 3-7 所示電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中 SA 為手動(dòng) /自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)， SA 打在 1 的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SB1-SB2控制三臺(tái)泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通 /斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 23 120 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 2K M 1H L 1K M 2H L 2F R 146P L CS B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 2K M 381 0S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5 K M 6K M 2 K M 51 21 4S B 3K M 3F R 2H L 3K M 4H L 4F R 3H L 5K M 6H L 6K M 5S B 5S B 7Y V 2S B 8Y V 2H L 7H L 8H L 9H AK AH L 1 0Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3Q 1 . 4Q 1 . 5N 1NL 1F U 2 圖 3-7 電控系統(tǒng)控制電路機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 24 第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 硬件條件確定后，系統(tǒng)的控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對(duì)泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下： 4.1 由“恒壓 ” 要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵不能滿足要求時(shí)，需啟動(dòng)第 2 臺(tái)或第 3 太泵。判斷需啟動(dòng)新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。這一功能可以同過(guò)比較指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了判斷變頻器的工作頻率達(dá)到上限的確定性，應(yīng)該濾去偶然的頻率波動(dòng) 引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中考慮采取時(shí)間濾波。 4.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范 由于變頻器泵站希望每一次啟動(dòng)電機(jī)都為軟啟動(dòng)，又規(guī)定各臺(tái)水泵必須交替使用，多泵組泵站泵組的投運(yùn)要有一個(gè)管理規(guī)范?？刂埔笾幸?guī)定任意一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò) 3h，因此每次需要啟動(dòng)新泵或切換變頻泵時(shí)，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。具體的操作時(shí)，將現(xiàn)行運(yùn)行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運(yùn)行，將變頻器復(fù)位并用于新運(yùn)行泵的啟動(dòng)。 4.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn) 由于 PLC 在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，本程序可分為 3 部分：主程 序、子程序和中斷程序 邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在豬程序。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。生活供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 70%，消防供水時(shí)系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的 90%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（ P）和積分（ I）控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可以通過(guò)工程計(jì)算初步確定，但還要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)控制效果。初步確定的增益時(shí)間常數(shù)為：增益、采樣時(shí)間、積分時(shí)間。 程序中使用的 PLC 元器件及其功能如下表： 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 25 表 3 程序中使用的元器件及功能 器件地址 功能 器件地址 功能 VD100 過(guò)程變量標(biāo)準(zhǔn)化值 T38 工頻泵減泵濾波時(shí)間控制 VD104 壓力給定值 T39 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD108 PI 計(jì)算值 M0.0 故障結(jié)束脈沖信號(hào) VD112 比例系數(shù) M0.1 泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD116 積分時(shí)間 M0.3 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖 VD120 積分時(shí)間 M0.4 復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動(dòng)泵脈沖 VD124 微分時(shí)間 M0.5 當(dāng)前泵工頻運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)脈沖 VD204 變頻起運(yùn)動(dòng)頻率 下限值 M0.6 新泵變頻啟動(dòng)脈沖 VD208 生活供水變頻器 運(yùn)動(dòng)頻率上限值 M2.0 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD212 消防供水變頻器 運(yùn)動(dòng)頻率上限值 M2.1 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD250 PI 調(diào)節(jié)結(jié)果 存儲(chǔ)單元 M2.2 泵工頻 /變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制 VD300 變頻工作泵的泵號(hào) M3.0 故障信號(hào)總匯 VD301 工頻運(yùn)行的泵的 總臺(tái)數(shù) M3.1 水池水位下限故障邏輯 VD310 倒泵時(shí)間存儲(chǔ)器 M3.2 水池水位下限故障消鈴邏輯 器件地址 功能 器件地址 功能 T33 工頻 /變頻轉(zhuǎn)換 邏輯控制 M3.3 變頻器故障消鈴邏輯 T34 工頻 /變頻轉(zhuǎn) 換邏輯控制 M3.4 火災(zāi)消鈴邏輯 T37 工頻泵增泵濾 波時(shí)間控制 雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序以及程序注釋如圖 4-1,程序有幾點(diǎn)說(shuō)明： （ 1）因?yàn)槌绦蜉^長(zhǎng)，所以讀圖時(shí)請(qǐng)按照網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的順序進(jìn)行； 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 26 S B R _ _ 0E NM O V _ RE N E N OI N O U TM O V _ RE N E N OI N O U E N E N OI N O U 網(wǎng) 絡(luò) 1 上 電 初 始 化 , 調(diào) 試 初 始 化 子 程 序S M 0 . 1網(wǎng) 絡(luò) 2 消 防 / 生 活 供 水 壓 力 給 定 值 設(shè) 置I 0 . 0N O T0 . 9V D 1 0 4網(wǎng) 絡(luò) 上 電 和 故 障 結(jié) 束 時(shí) 重 新 激 活 變 頻 信 號(hào) 存 儲(chǔ) 器 . . . （ 2）本程序的控制邏輯設(shè)計(jì)針對(duì)的是較少的泵數(shù)供水系統(tǒng)。 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 27 網(wǎng)絡(luò) 4 變頻器上限時(shí)增泵濾波 I0.0 VD250 .M0.1 T37 =D VD212 +50 VD250 I0.0 =D VD208 網(wǎng)絡(luò) 5 符合泵條件時(shí)，工頻泵運(yùn)行數(shù)加 1 T37 VB301 =P P VB301 VB301 網(wǎng)絡(luò) 6 頻率下限時(shí)減泵濾波 VD250 M0.2 T38 B P （ ） 0 VB301 VB301 網(wǎng)絡(luò) 8 變頻泵增泵或倒泵時(shí)，置位 M2.0 M0.1 M2.0 （ ） M0.3 網(wǎng)絡(luò) 9 復(fù)位變頻器頻率，為軟啟動(dòng)做準(zhǔn)備 T 33 M2.0 Q0.5 +1 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 28 （ ） 網(wǎng)絡(luò) 10 產(chǎn)生關(guān)斷當(dāng)前變頻泵脈沖信號(hào) . （ ） 網(wǎng)絡(luò) 工頻泵數(shù)加 . . . （） 網(wǎng)絡(luò) 12 T34 M2.1 +2 網(wǎng)絡(luò) 13 產(chǎn)生當(dāng)前泵工頻啟動(dòng)脈沖信號(hào) T34 M0.5 P （ ） M2.1 （ R ） 1 網(wǎng)絡(luò) 14 M0.5 M2.2 （ S ）NC-B EN ENO IN OUT IN TON PT 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 29 網(wǎng)絡(luò) 15 M2.2 T39 +30 網(wǎng)絡(luò) 16 產(chǎn)生下一臺(tái)泵變頻運(yùn)行啟動(dòng)信號(hào) T39 M0.6 P （ ） M2.2 （ R ） M2 網(wǎng)絡(luò) 17 變頻工作泵的泵號(hào)轉(zhuǎn)移 VB300 B 3 1 VB300 網(wǎng)絡(luò) 18 一個(gè)變頻泵運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間判斷 VB301 SM0.4 =B P 0 VD301 VD310 網(wǎng)絡(luò) 19 3H 時(shí)間到，則產(chǎn)生下一臺(tái)泵的變頻啟動(dòng)信號(hào) VD301 M0.3 =D P （ ） +180 +0 VD301 網(wǎng)絡(luò) 20 有工頻泵運(yùn)行時(shí)，復(fù)位 VD310 VB301 B 0 +0 VD310 網(wǎng)絡(luò) 21 1 號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 IN TON PT MOV-B EN ENO IN OUT INC DW EN ENO IN OUT MOV-B EN ENO IN OUT MOV DW EN ENO IN OUT 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 30 SM0.1 VB300 M3.0 M0.4 Q0.0 Q0.1 =B （ ） M0.0 1 M0.6 Q0.1 網(wǎng)絡(luò) 22 2 號(hào)泵變頻運(yùn)行邏輯 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.2 Q0.3 =B （ ） 網(wǎng)絡(luò) 23 3 號(hào)泵變頻運(yùn)行控制邏輯 M0.6 VB300 M3.0 M0.4 Q0.4 Q0.5 =B （ ） 2 Q0.5 網(wǎng)絡(luò) 24 1 號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .M0.5 VB300 VB301 Q0.1 Q0.0 =B B ( ） 2 0 Q0.0 VB300 VB301 =B B 3 1 網(wǎng)絡(luò) 25 2 號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 31 .M0.5 VB300 VB301 Q0.3 Q0.2 =B B ( ） 3 0 Q0.2 VB300 VB301 =B B 1 1 網(wǎng)絡(luò) 26 3 號(hào)泵工頻運(yùn)行控制邏輯 .M0.5 VB300 VB301 Q0.5 Q0.4 =B B ( ） 1 0 Q0.4 VB300 VB301 =B B 2 1 網(wǎng)絡(luò) 27 火災(zāi)時(shí)，閥 YV2 打開(kāi) I0.0 Q1.0 （ ） 網(wǎng)絡(luò) 28 水池底水位信號(hào)處理 .I0.1 I0.2 M3.1 （ ） M3.1 網(wǎng)絡(luò) 29 水池水位下限信號(hào)燈 SM0.5 M3.1 Q1.1 （ ） M3.2 I0.5 網(wǎng) 絡(luò) 30 變頻器故障信號(hào)燈 SM0.5 I0.3 Q1.2 （ ） M3.3 網(wǎng)絡(luò) 31 火災(zāi)指示燈 SM0.5 I0.0 Q1.3 （ ） 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 32 M3.2 I0.5 網(wǎng)絡(luò) 32 水位水池下 限故障消鈴邏輯 I0.4 M3.1 M3.2 （ ） M3.2 網(wǎng)絡(luò) 33 變頻器故障消鈴邏輯 I0.4 M3.1 M3.2 （ ） M3.3 網(wǎng)絡(luò) 34 火災(zāi)消鈴邏輯 I0.4 I0.0 M3.4 （ ） M3.4 網(wǎng)絡(luò) 35 報(bào)警電鈴 M3.1 M3.2 Q1.4 （ ） I0.3 M3.3 I0.0 M3.4 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)畢業(yè)綜合實(shí)踐報(bào)告 33 I0.5 網(wǎng)絡(luò) 36 故障信號(hào)以及故障結(jié)束處理 （ ） 0 VB300 0 VB301 M0.0 N （ ） （ A）子程序 網(wǎng)絡(luò) 1 初始化子程序 SM0.0 +1800 VD204 +22400 VD208 +28800 VD212 0.25 VD112 0.2 VD116 MOVE-B EN ENO IN OUT OUT MOVE-B