基于PLC變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(經(jīng)典)

1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 基于plc 恒壓供水變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高。再加上目前能源緊缺，利用先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計(jì)高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。 本論文依據(jù)供水要求，設(shè)計(jì)了一套由plc、變頻器、遠(yuǎn)傳壓力表、多臺(tái)水泵機(jī)組等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動(dòng)變頻恒壓供水，具有全自動(dòng)變頻恒壓運(yùn)行、自動(dòng)工頻運(yùn)行和現(xiàn)場手動(dòng)控制等功能。系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)供水方式中存在的問題，并具有多種輔助功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 論文分析了多泵供水方式的各種供水狀態(tài)及轉(zhuǎn)換條件，分析了電機(jī)由變頻轉(zhuǎn)工頻運(yùn)

2、行方式的切換過程及存在的問題。給出了實(shí)現(xiàn)有效狀態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換控制的電氣設(shè)計(jì)方案和plc 控制程序設(shè)計(jì)方案。 論文還提出了一些增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的措施。 關(guān)鍵詞：可編程序控制器, 變壓變頻調(diào)速, 恒壓供水, plc 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ii plc-based inverter contrl constant pressure water supply system design abstract with the rapid socio-economic development of water quality and water supply systems to improve re

3、liability requirements. in addition, the current energy shortage, the use of advanced automation technology, control technology and communication technology, the design of high performance, high energy, able to adapt to different areas of constant pressure water supply system has become an inevitabl

4、e trend. in this paper, based on water requirements, the design of a set by the plc, frequency converter, far eastone pressure, multi-pump unit consisting of major equipment such as automatic frequency conversion constant pressure water supply, with automatic constant frequency operation, automatic

5、frequency run and on-site features such as manual control. system to effectively solve the traditional way of water supply problems, and have a variety of auxiliary functions, and enhance the reliability of the system. paper analyzes the various ways water pump the state water supply and conversion

6、conditions, analysis of the motor to change jobs by the frequency of the switching frequency operation and problems of the process. given the state of the cycle to achieve an effective change of control of the electrical design and plc control program design. also made a number of papers to enhance

7、system reliability measures. key words: programmable logic controller, vvvf speed control, constant pressure water supply, plc 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 目 錄 前 言 . 1 第1 章 恒壓供水原理及工藝 . 2 1.1 任務(wù) . 2 1.2 工藝要求 . 2 1.3 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 . 2 第2 章 plc 概述 . 3 2.1 plc 組成 . 3 2.1.1 lc 的輸入 . 3 2.1.2 plc 的輸出. 3 2.1.3 plc 的控制

8、機(jī)制 . 3 2.1.4 plc 的定義. 5 2.1.5 plc 的特點(diǎn). 5 2.1.6 plc 的性能指標(biāo) . 6 2.1.7 plc 的分類. 7 2.2 plc 工作原理 . 7 2.2.1 循環(huán)掃描 . 7 2.2.2 i/o 響應(yīng)時(shí)間 . 8 2.2.3 plc 中的存儲(chǔ)器 . 9 第3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) . 10 3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 . 11 3.2 系統(tǒng)控制要求 . 13 3.3 控制系統(tǒng)的i/o 點(diǎn)及地址分配 . 14 3.4 系統(tǒng)選型 . 17 3.5 plc 模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用 . 17 3.5.1 em235 模擬量工作單元性能指標(biāo) . 18 3

9、.5.2 校準(zhǔn)及配置 . 18 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iv 3.5.3 em235 的安裝使用 . 18 3.5.4 em235 工作程序編制 . 18 3.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖 . 20 第4 章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) . 23 4.1 由恒壓要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理 . 23 4.2 泵組泵站泵組管理規(guī)范 . 23 4.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn) . 23 結(jié) 論 . 33 致謝 . 34 參考文獻(xiàn) . 35 外文資料翻譯 . 36 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 隨著各住宅小區(qū)的宿舍樓等一座座高樓拔地而起，相應(yīng)的生活用水量也大幅度增加。人們對提高供水質(zhì)量的要求

10、越來越高，另外人們的節(jié)能意識(shí)及對運(yùn)行的可靠性的要求越來越強(qiáng)。采用變頻器及plc 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的無塔恒壓供水系統(tǒng)，不僅能提高供水質(zhì)量，而且在節(jié)約能源和運(yùn)行可靠性具有較好的改善。其中，采用變頻調(diào)速的主要目的是通過調(diào)速來恒定用水管道的壓力以達(dá)到節(jié)能的目的，恒壓供水則是為了滿足用戶對流量的要求。 變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會(huì)繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設(shè)備（如水泵），在對原有供水系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造的實(shí)踐中，往往會(huì)出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個(gè)典型的水塔供水系統(tǒng)的技術(shù)改造實(shí)踐中，根據(jù)盡量保留原

11、有設(shè)備的原則設(shè)計(jì)的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設(shè)備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。 應(yīng)用plc 技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)，減少手動(dòng)操作或撫慰操作，同時(shí)替代部分繼電器減少機(jī)械觸點(diǎn)的故障，增強(qiáng)可靠性。下面筆者根據(jù)這方面的工作經(jīng)驗(yàn)談?wù)勗诤銐汗┧到y(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐過程中的一些思路和做法。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第1 章 恒壓供水原理及工藝 1.1 任務(wù) 隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問題日益突出。以方面要求提高供水質(zhì)量，不要因?yàn)閴毫Φ牟▌?dòng)造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水

12、方式和控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是 plc 控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。恒壓無塔供水系統(tǒng)包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制即雙恒壓系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質(zhì)量，以 plc 為主機(jī)的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。 1.2 工藝要求 對三泵生活/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)底恒壓值運(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，采用先開先停的原則介入和退出； 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)間過長； 4. 三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能； 1.3

13、 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 以一個(gè)三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，市網(wǎng)來水用高低水位控制器eq 來控制注水閥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/低水位信號也直接送給 plc，作為底水位報(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，使生活用水的恒壓狀態(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)泵共消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也

14、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。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第2 章 plc 概述 2.1 plc 2.1.1 plc 的輸入 通過對繼電器控制特點(diǎn)的介紹和最初通用汽車公司提出的要求分析。plc 要想取代繼電器控制，首先要解決外部設(shè)備的直接輸入問題。由于當(dāng)時(shí)主要集中在開關(guān)量控制，也就是開關(guān)量（觸點(diǎn)的開閉狀態(tài)）如何直接接入plc 并被plc 所識(shí)別，對此就需要解決以下幾個(gè)問題：有源接入，無源接入，絕緣問題，隔離問題和互相干擾問題。plc 就是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過程，人們曾將計(jì)算機(jī)直接用于工業(yè)控制，但是由于以下兩大問題沒有解決好而難以發(fā)展

15、：一是i/o（輸入/輸出）問題，計(jì)算機(jī)不能直接和工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備連接現(xiàn)在了應(yīng)用；二是計(jì)算機(jī)的i/o 功能，開關(guān)邏輯處理不夠豐富和強(qiáng)大?，F(xiàn)在的plc 成功的解決了這兩個(gè)方面的問題，可以讓 plc 和外部設(shè)備直接進(jìn)行物理的連接。計(jì)算機(jī)的內(nèi)部提供了豐富的從位邏輯到雙字運(yùn)算的強(qiáng)大的運(yùn)算功能，使其能夠完成復(fù)雜的控制功能，這也是plc 能夠迅速發(fā)展的原因1。 2.1.2 plc 的輸出 輸出問題主要是接點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力問題，或者說是帶負(fù)載能力和輸出方式的問題。輸出動(dòng)作次數(shù)的限制，是保證 plc 的輸出接點(diǎn)能否驅(qū)動(dòng)接觸器、電磁閥這樣的控制執(zhí)行元器件的問題至少要能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器?，F(xiàn)在的 plc 產(chǎn)品已經(jīng)完全有能力

16、驅(qū)動(dòng)這些元器件,并提供了多種輸出方式且動(dòng)作次數(shù)可保證萬次無故障的產(chǎn)品。 2.1.3 plc 的控制機(jī)制 plc 已經(jīng)完全取代繼電器控制系統(tǒng)。只要對其控制機(jī)制有了準(zhǔn)確的理解，才能對其持續(xù)的開發(fā)并創(chuàng)造性的使用它。i/o 電路已經(jīng)保證了plc 與現(xiàn)場設(shè)備的直接連接，并在內(nèi)部寄存器存儲(chǔ)了這些狀態(tài)。但是，為了取代繼電器的控制，更重要的是如何組織和使用這些開關(guān)量，從而達(dá)到軟件程序代替硬件連線的目的。在這里通過對繼電器的控制的電路的特點(diǎn)的介紹，已經(jīng)知道繼電器控制電路的特點(diǎn)在于各個(gè)控制單元是否動(dòng)作是由其接點(diǎn)條件控制的，并不受其前后位置的影響。同一時(shí)刻，可有多個(gè)不同的控制單元繼電器的動(dòng)作（翻轉(zhuǎn)），控制的結(jié)果、邏

17、輯動(dòng)作順序也是由接點(diǎn)條件來控制的。這于計(jì)算機(jī)順序執(zhí)行的工作的特點(diǎn)是矛盾的。主洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 要體現(xiàn)在：一是亂序，只要條件滿足就執(zhí)行；而另一個(gè)是順序執(zhí)行。plc 充分利用了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序的思想和高速的特點(diǎn)，采用了控制系統(tǒng)中的離散控制方式，使它的控制能夠完全代替繼電器的控制。具體的說就是將連續(xù)的控制用離散的控制代替，如下式： y(n)=f(x(n-1),y(n-1) 式中，y（n）為某一時(shí)間段的輸出值； y（n-1）為上一時(shí)間段的輸出值； x（n-1）為上一時(shí)間段某一時(shí)刻的輸入值； f 為他們應(yīng)滿足的控制關(guān)系。 即某一時(shí)間段的輸出完全取決于上一時(shí)間某一時(shí)刻的輸入和上一時(shí)間段的輸出

18、。 至于上一時(shí)間段的輸出，在參加計(jì)算的時(shí)候，只是存儲(chǔ)在映像寄存器中的輸出結(jié)果，執(zhí)行運(yùn)算過程中并不修改端子的輸出值。真實(shí)的輸出已表現(xiàn)在端子的接點(diǎn)上，并要保持一個(gè)時(shí)間段，也就是采取集中輸出的方式，在計(jì)算的過程中完全可以使用或修改其映像寄存器中的值而不會(huì)對先階段的輸出產(chǎn)生影響。這樣只要時(shí)間段足夠短，并且 plc 周而復(fù)始的運(yùn)行著就完全可以模仿繼電器的控制并且取代它2。 由于采用集中i/o 的思想，其i/o 狀態(tài)存儲(chǔ)在寄存器中，可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大邏輯家能力，以完成更復(fù)雜的控制功能。 如圖2-1 所示，plc 與通用計(jì)算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺(tái)增強(qiáng)了i/o 功能的可與控制對象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完

19、成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行i/o 變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場。 1. 輸入寄存器 輸入寄存器可按為進(jìn)行尋址，每一為對應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由相互如開關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。cpu 可以讀其值，但是不可以寫或進(jìn)行修改。 2. 輸出寄存器 輸出寄存器的每一位都表明了 plc 在下一個(gè)時(shí)間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始時(shí)的輸出寄存器的值，表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值，在程序執(zhí)行過程中，cpu 可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對

20、輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。 3. 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能修改，plc 要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，i/o 寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 4. cpu 單元 cpu 單元控制著 i/o 寄存器的讀、寫時(shí)序，以及對存儲(chǔ)器單元中的程序的解釋執(zhí)行工作，是plc 的大腦。 5. 其他單元接口 其他單元接口用語提供plc 與其他設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用戶存儲(chǔ)器cup其他接口電路

21、輸入電路輸出寄存器輸出電路輸入寄存器輸入量 圖2-1 plc 的組成 2.1.4 plc 的定義 最初，可編程邏輯控制器（programmable logic controller）簡稱plc。只能進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)及開關(guān)量的邏輯控制。1987 年2 月，國際電工委員會(huì)（iec）對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學(xué)運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類可編程序的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向擁護(hù)的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連

22、成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)3。 2.1.5 plc 的特點(diǎn) 1. 可靠性高。在 i/o 環(huán)節(jié)，plc 采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都采用eprom 存儲(chǔ)，一般plc 的平均無故障工作時(shí)間可達(dá)幾萬小時(shí)以上。 2. 控制功能強(qiáng)。plc 采用的cup 一般是具有較強(qiáng)位處理功能的為處理機(jī)，為洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 了增強(qiáng)其復(fù)雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以采用雙cpu 的運(yùn)行方式，使其功能得到極大的增強(qiáng)。 3. 編程方便易學(xué)。第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學(xué)習(xí)。

23、4. 使用于惡劣的工作環(huán)境。采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場合。 5. 與外部設(shè)備連接方便。采用統(tǒng)一接線方式的可坼裝的活動(dòng)端子排，提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。 6. 體積小、重量輕、功耗底。 7. 性價(jià)比高。 8. 模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。根據(jù)現(xiàn)場的需要進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展和組裝，一種型號的plc 可用于控制從幾個(gè)i/o 點(diǎn)到幾百個(gè)i/o 點(diǎn)的控制系統(tǒng)。 9. 維修方便，功能更靈活。程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的改變非常靈活。 2.1.6 plc 的性能指標(biāo) 1. 存儲(chǔ)容量 這里專指用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶所編程序的長短。大、中、小型plc

24、 的存儲(chǔ)容量變化范圍一般為2kb2mb。 2. i/o 點(diǎn)數(shù) i/o 點(diǎn)數(shù)，即plc 面板上的i/o 端子的個(gè)數(shù)。i/o 點(diǎn)數(shù)越多，外部可以連接的i/o 器件就越多，控制規(guī)模就越大。它是衡量plc 性能的重要指標(biāo)之一。 3. 掃描速度 掃面速度是指 plc 執(zhí)行程序的快慢，是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制取代繼電器控制的吻合程度。從自動(dòng)控制的觀點(diǎn)來看，決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。 4. 指令的多少 它是衡量plc 能力強(qiáng)弱的標(biāo)志，決定了plc 的處理能力、控制能力的強(qiáng)弱。限定了計(jì)算機(jī)發(fā)揮運(yùn)算功能、完成復(fù)雜控制的能力。 5. 內(nèi)部寄存器的配置和容量 它直接對用戶編制程序提供支持，對 plc

25、 指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提供直接的支持。 6. 擴(kuò)展能力 擴(kuò)展能力包括i/o 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和plc 功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。 7. 特殊功能單元 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 特殊功能單元種類多，也可以說 plc 的功能多。典型的特殊功能單元有模擬量、模糊控制連網(wǎng)等功能4。 2.1.7 plc 的分類 不同的分類標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成不同的分類結(jié)果，plc 常用的分類方式有如下兩種。 按其 i/o 點(diǎn)數(shù)一般分為微型（32 點(diǎn)以下）、小型（128 點(diǎn)以下）、中型（1024點(diǎn)以下）、大型（2048 點(diǎn)以下）、超大型（從2048 點(diǎn)以上可達(dá)8192 點(diǎn)以上）5 種。 按結(jié)構(gòu)可分為箱體式、模塊式和平板式3

26、 種。 2.2 plc 工作原理 2.2.1 循環(huán)掃描 cpu 連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。cpu 的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行cpu 自診斷測試及寫輸出等等內(nèi)容。 plc 可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。他意識(shí)周而復(fù)始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，plc 也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的plc 在一個(gè)周期中可以完成以下5 個(gè)掃描過程。 1. 自診斷測試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠行，及時(shí)放映所出現(xiàn)的故障，plc都具有自監(jiān)視功能。 2. 與

27、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的 plc 系統(tǒng)才有通訊掃描過程，這一過程用于 plc 之間及 plc 與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。 3. 用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短會(huì)影響過程所用的時(shí)間。 4. 讀輸入、寫輸出掃描過程。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一個(gè)掃描周期都包含這個(gè)掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。cpu 在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的，運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映象

28、寄存器：一個(gè)為輸入映象寄存器，另一個(gè)為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，cpu 把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過程中cpu 把輸出映像寄存器的值的輸出點(diǎn)5。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)： 1. 掃描周期周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。 2. 輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，cpu 采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。 3. 對同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造

29、成不同的執(zhí)行結(jié)果。 4. 各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是plc 的主要缺點(diǎn)。 在讀輸入階段，cpu 對各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，cpu 按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)周期的輸入階段才被集中讀入。 輸入/輸出采用映象寄存器的優(yōu)點(diǎn)： 1. 集中采用i/o，程序掃描期間輸入值固定不變，程序執(zhí)行完后統(tǒng)一輸出。

30、種集中i/o 的方式保證的程序的順序執(zhí)行與外部電路亂序執(zhí)行的統(tǒng)一，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。 2. 程序執(zhí)行時(shí)，存取映象寄存器要比讀寫 i/o 端點(diǎn)快的多，這樣可以加快程序執(zhí)行速度。 3. i/o 點(diǎn)必須按位存取，而映象寄存器可按位、字節(jié)、字、雙字靈活的存取，增加了程序的靈活性。 2.2.2 i/o 響應(yīng)時(shí)間 由于plc 采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對輸入和輸出信號只在沒個(gè)掃描周期的固定時(shí)間集中輸入/輸出，所以必然會(huì)產(chǎn)生輸出信號相對輸入信號滯后的現(xiàn)象。柚芷讜匠禿笙窒笤窖現(xiàn)亍?響應(yīng)時(shí)間有輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時(shí)間部分決定。 1. plc 輸入電路設(shè)置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作

31、用越強(qiáng)。輸入延遲是由硬件決定的，有的plc 濾波器時(shí)間常數(shù)可調(diào)。 2. 從輸出鎖存器到輸出端子所經(jīng)歷的時(shí)間稱為輸出延遲，對于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對于不同信號的 plc 可以通過查表得到。 3. 程序執(zhí)行時(shí)間主要由程序長短來決定，對于一個(gè)實(shí)際的控制程序，編程人員須對此進(jìn)行現(xiàn)場測算，使plc 的響應(yīng)時(shí)間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時(shí)間，稱為最小i/o 響應(yīng)時(shí)間。在最不利的情況下，輸入點(diǎn)的狀態(tài)恰好錯(cuò)過了輸入的鎖入時(shí)刻，造成在下一個(gè)輸出鎖定才能被響應(yīng)，這就需要兩個(gè)掃描周期時(shí)間，稱為最

32、大i/o 響應(yīng)時(shí)間。它們是由plc 的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的，與編程方法無關(guān)。 2.2.3 plc 中的存儲(chǔ)器 plc 中的存儲(chǔ)器按用途分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器以及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 1. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器中存放的是廠家根據(jù)其選用的plc的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了plc 的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。 2. 用戶程序存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶應(yīng)用程序。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)plc 的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對于設(shè)計(jì)一個(gè)較大的plc控制系統(tǒng)時(shí)，要全面考慮多種因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設(shè)計(jì)步驟來進(jìn)行系

33、統(tǒng)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)用場合，所以接到一個(gè)控制任務(wù)以后，要分析被控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設(shè)備來完成該任務(wù)最合適。其實(shí)現(xiàn)在的可編程不僅處理開關(guān)量，而且對模擬量的處理能力也很強(qiáng)。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（ipc）作為主控器 控制對象以及控制裝置確定后，還要進(jìn)一步確定plc 的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，能用傳感器直接測量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由plc 控制來完成。 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由plc 來完成后。選擇plc 就成為最重要的事情。一方面是選

34、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)。 對第一個(gè)問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的i/o 點(diǎn)找出來，包括開關(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還是交流信號，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)閜lc 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6。 對于第二個(gè)問題，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

35、規(guī)的功能，但是對于某些特殊要求，就要知道所選用的plc 是否有能力完成控制任務(wù)。如對plc 與plc、plc 與智能儀表以及上位機(jī)之間靈活方便的通訊要求；或?qū)?plc 的計(jì)算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或?qū)?plc 的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的plc 品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。 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)膒lc 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。 輸入/輸出信號在 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)。對軟件設(shè)計(jì)來

36、說，i/o 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對控制柜和plc 的外圍接線來說，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。 系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，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)試可借助于模擬開關(guān)和 plc 輸出端的輸出指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號i/o 時(shí)，可用電位器和萬用表配合進(jìn)行。調(diào)試時(shí)。可利用上訴外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場開關(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

37、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，只對控制電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)即可。通過現(xiàn)場聯(lián)調(diào)信號的接入常常還會(huì)發(fā)現(xiàn)軟件以及硬件中的一些問題，有時(shí)廠家還需要對某些控制功能進(jìn)行改進(jìn)，這種情況下，都要經(jīng)過反復(fù)測試系統(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水塔的高度來說很小，也就是說水塔能夠維持供水管路中水呀的

38、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實(shí)現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水

39、量的大小變化的問題。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7。 3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成 恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺(tái)水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺(tái)水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開一臺(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，洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)

40、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，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費(fèi)用較高。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)陪一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)見可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵共頻運(yùn)行，以滿足不同用水兩的需求。 下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖3-1 所示，圖中壓力傳感器用于檢測管網(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8。 水箱 調(diào)節(jié)器 變頻器電動(dòng)機(jī)水泵壓力傳感器用戶 圖3-1 變頻恒壓供水站的基本組成 調(diào)節(jié)器

41、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. 接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實(shí)測值。管網(wǎng)實(shí)測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。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測水壓的反饋信號后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測值之差。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 如果給定值大于實(shí)測值，說明系統(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)律的問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器