恒壓供水系統(tǒng)PLC控制

1、恒壓供水系統(tǒng)的PLC控制【畢業(yè)設(shè)計(jì)】中文摘要本文介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，說(shuō)明了可編程控制器<PLC）在恒壓供水系統(tǒng)中所擔(dān)任的角色。從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案和實(shí)際需求分析開(kāi)始，緊密的聯(lián)系實(shí)際生活的需要，力求做到使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，解決實(shí)際中問(wèn)題，保證供水安全、快捷、可靠。恒壓供水保證了供水質(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。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，城市高層建筑的供水問(wèn)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(duì)這兩方面的要求，新的供水方式和控制

2、系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這就是PLC控制的恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)。恒壓無(wú)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。關(guān)鍵字:  PLC；恒壓供水；變頻器ABSTRACTThis text has introduced the basic principle that constant voltage supplies water and foundation that the system form , have stated the role served as of the prog

3、rammable controller (PLC > in the water -supply system of constant voltage. Since the whole design plan of the system and actual demand are analysed, the need of close life of intergrating with practice, make every effort to make sure to make the system run steadily, easy and simple to handle, so

4、lve and hit the problem actually, guarantee to supply water of the security, swift , reliable. Constant voltage has supplied water and guaranteed to support the water quality amount, the control system taking PLC as host computer has enriched the systematic control function, have improved systematic

5、 dependabilityKeywords: PLC (programmable controller >     Constant voltage supplies water     Frequency converter 目 錄第一章 恒壓供水原理及工藝    51.1 工藝要求    51.2 系統(tǒng)的組成和基本工作原理    5第二章 PLC概述    62.1  PLC

6、的組成    62.1.1 PLC的輸入    62.1.2  PLC的輸出    62.1.3  PLC的定義    62.1.4  PLC的特點(diǎn)    72.1.5  PLC的性能指標(biāo)    72.1.6  PLC的分類(lèi)    72.2   PLC工作原理    82.2.1 

7、; 循環(huán)掃描    82.2.2  I/O響應(yīng)時(shí)間    82.2.3  PLC中的存儲(chǔ)器    82.3   PLC的編程語(yǔ)言    92.3.1  PLC的編程結(jié)構(gòu)功能圖    92.3.2  梯形圖編程語(yǔ)言    92.4 PLC的分類(lèi)    102.4.1  按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類(lèi)  

8、0; 102.4.2  按結(jié)構(gòu)形式分    112.5  PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別    112.6  PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)    122.6.1 單機(jī)控制系統(tǒng)    122.6.2  集中控制系統(tǒng)    122.6.3  分散控制系統(tǒng)    122.7  PLC網(wǎng)絡(luò)及特點(diǎn)    132.7.1  網(wǎng)絡(luò)概述

9、0; &nbsp。 13 2.7.2  網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)PLC的影響    13第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)    143.1  恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成    143.2  系統(tǒng)控制要求    153.3  控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配    153.4  系統(tǒng)選型    163.5  PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用  

10、;  173.5.1  校準(zhǔn)及配置    173.5.2  EM235工作程序編制    173.5.3  電氣控制系統(tǒng)原理圖    17第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)    194.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理    194.2 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn)    19參考文獻(xiàn)    28致謝    28第一章

11、 恒壓供水原理及工藝 1.1 工藝要求 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)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(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)要又軟啟動(dòng)功能；1.2 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(wú)塔供水系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程，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(mǎn)儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水

12、箱中注水。水池的高/低水位信號(hào)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。為什么？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，使消防供水也在恒壓狀態(tài)<消防用水高恒壓值）下進(jìn)行。火災(zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用。第二章 PLC概述2.1  PLC的組成2.1.1 PLC的輸入通過(guò)對(duì)繼電器控制特點(diǎn)的介紹和最

13、初通用汽車(chē)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(wèn)題。因?yàn)楫?dāng)時(shí)主要集中在開(kāi)關(guān)量控制，也就是開(kāi)關(guān)量<觸點(diǎn)的開(kāi)閉狀態(tài)）如何直接接入PLC并被PLC所識(shí)別，對(duì)此就需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題：有源接入，無(wú)源接入，絕緣問(wèn)題，隔離問(wèn)題和互相干擾問(wèn)題。2.1.2  PLC的輸出輸出問(wèn)題主要是接點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力問(wèn)題，或者說(shuō)是帶負(fù)載能力和輸出方式的問(wèn)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(wèn)題至少要能直接驅(qū)動(dòng)中間繼電器。2.1.3  PLC的定義最初，可編程邏輯控制器<Programmable Logic

14、 Controller）簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。只能進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)及開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。1987年2月，國(guó)際電工委員會(huì)<IEC）對(duì)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(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用一類(lèi)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(guò)數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。2.1.4  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

15、大部分的用戶(hù)程序都采用EPROM存儲(chǔ)，一般PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)以上。 <2）控制功能強(qiáng)。PLC采用的CPU一般是具有較強(qiáng)位處理功能的為處理機(jī)，為了增強(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）體積小、重量輕、功耗底。<4）性?xún)r(jià)比高。<5）模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展能力強(qiáng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需要進(jìn)行不同功能的擴(kuò)展和組裝，一種型號(hào)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)。<6）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。2.1.5  PLC的性能指標(biāo)&l

16、t;1）存儲(chǔ)容量這里專(zhuān)指用戶(hù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量，它決定了用戶(hù)所編程序的長(zhǎng)短。大、中、小型PLC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）指令的多少她是衡量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。<4）內(nèi)部寄存器的配置和容量它直接對(duì)用戶(hù)編制程序提供支持，對(duì)PLC指令的執(zhí)行速度及可完成的功能提供直接的支持。<5）擴(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括I/O點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和

17、PLC功能的擴(kuò)展兩方面的內(nèi)容。<6）特殊功能單元特殊功能單元種類(lèi)多，也可以說(shuō)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。2.1.6  PLC的分類(lèi)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)造成不同的分類(lèi)結(jié)果，PLC常用的分類(lèi)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(hù)程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱(chēng)為

18、掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試及寫(xiě)輸出等等內(nèi)容。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(hù)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(guò)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(lái)控制程序的執(zhí)行。<3）對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(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)。      

19、60;         在讀輸入階段，CPU對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過(guò)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(hù)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(hù)程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫(xiě)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。2.2.2  I/O響應(yīng)時(shí)間因?yàn)镻LC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對(duì)輸入和輸出信號(hào)只在每個(gè)掃描周期

20、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(hào)相對(duì)輸入信號(hào)滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長(zhǎng)，滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。響應(yīng)時(shí)間由輸入延遲、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(duì)輸入信號(hào)的延遲作用越強(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(chēng)為輸出延遲，對(duì)于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對(duì)于不同信號(hào)的PLC可以通過(guò)查表得到。 <3）程序執(zhí)行時(shí)間主要由程序長(zhǎng)短來(lái)決定，對(duì)于一個(gè)實(shí)際的控制程序，編程人員須對(duì)此進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算，使PLC的響應(yīng)時(shí)間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。2.2.3&#

21、160; 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(hù)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(xiě)的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶(hù)不能更改其內(nèi)容。<2）用戶(hù)程序存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)根據(jù)控制要求而編制的用戶(hù)應(yīng)用程序。<3）用來(lái)存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱(chēng)為工作數(shù)據(jù)區(qū)。2.3   PLC的編程語(yǔ)言PLC的硬件系統(tǒng)中，與PLC的編程應(yīng)用關(guān)系最直接的要算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)運(yùn)行處理的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)區(qū)中，找到待處理的數(shù)據(jù)一定要知道數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地址。PLC和其他的計(jì)算機(jī)一樣，為了使用方便，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都

22、作了分區(qū)，為了每個(gè)存儲(chǔ)單元編排了地址，并且經(jīng)機(jī)內(nèi)系統(tǒng)程序?yàn)槊總€(gè)存儲(chǔ)單元賦予了不同的功能，形成了專(zhuān)用的存儲(chǔ)元件。這就是前面提到過(guò)的編程的“軟”元件。為了理解方便，PLC的編程元件用“繼電器”命名， 認(rèn)為它們象繼電器一樣具有線圈以及觸點(diǎn)，并且線圈得電，觸點(diǎn)動(dòng)作。當(dāng)然這個(gè)線圈和觸點(diǎn)只是假象，所謂線圈得電不過(guò)是存儲(chǔ)單元置1，線圈失電，不過(guò)就是存儲(chǔ)單元置0，也正因?yàn)槿绱?，我們稱(chēng)之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個(gè)突出的好處，可以認(rèn)為它們具有無(wú)數(shù)多對(duì)動(dòng)合動(dòng)斷觸點(diǎn)，因此每取用一次它的觸點(diǎn)，不過(guò)是讀一次它的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而已。2.3.1  PLC的編程結(jié)構(gòu)功能圖任何語(yǔ)言都有編程的對(duì)象和基礎(chǔ)，重要介紹

23、梯形圖語(yǔ)言和語(yǔ)句表語(yǔ)言，而功能圖是理解這兩種語(yǔ)言的基礎(chǔ)。如圖3所示為PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖。PLC與被控對(duì)象所連接的只是I/O條件，而I/O之間的組合控制關(guān)系需要用軟件的方法來(lái)描述清楚，梯形圖是一種描述方法，當(dāng)然還有語(yǔ)句等表示其他的語(yǔ)言。語(yǔ)言的支持取決于廠家開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)程序只要將其輸入PLC的用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中，PLC就能夠直接解釋并實(shí)現(xiàn)I/O間的控制關(guān)系。當(dāng)控制關(guān)系發(fā)生改變時(shí)，只要修改梯形圖程序，重新輸入到PLC的存儲(chǔ)器即可，從而快捷的改變生產(chǎn)工            &#

24、160;             圖3  PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖2.3.2 梯形圖編程語(yǔ)言PLC是通過(guò)程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專(zhuān)用的語(yǔ)言。PLC的編程語(yǔ)言有多種，如梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語(yǔ)言是一種圖形語(yǔ)言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點(diǎn)；語(yǔ)句表編程語(yǔ)言類(lèi)似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來(lái)表示各種指令的功能，是PLC用戶(hù)程序的基礎(chǔ)元素。如圖4所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電

25、器控制的電動(dòng)機(jī)直接起、停<起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。圖4 梯形圖為了充分發(fā)揮CPU的邏輯運(yùn)算功能，設(shè)置了大量的稱(chēng)為盒的附加命令，如定時(shí)器、計(jì)算器、格式轉(zhuǎn)換、模擬量I/O、PID調(diào)節(jié)或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等，充分的發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算功能，他們與內(nèi)部繼電器一起完成PLC的各種復(fù)雜控制功能。2.4 PLC的分類(lèi)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同，分類(lèi)時(shí)，一般按以下原則來(lái)考慮2.4.1 按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類(lèi)一般而言，處理I/O點(diǎn)數(shù)越多，則控制關(guān)系就 比較復(fù)雜，用戶(hù)要求的程序存儲(chǔ)器容量比較大，要求PLC指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過(guò)程也比較快。按PLC的

26、輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類(lèi)。<1）小型機(jī)小型機(jī)PLC的功能一般以開(kāi)關(guān)量控制為主，小型PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量在4K左右。 典型的小型機(jī)有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。<2）中型機(jī)中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2562048點(diǎn)之間，用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字左右。典型的中型機(jī)有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。<3）大型機(jī)大型PL

27、C的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶(hù)程序儲(chǔ)存器容量達(dá)到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相當(dāng)，它具有計(jì)算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些PLC還具有冗余能力。典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列。2.4.2 按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)PLC結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類(lèi)。<1）整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)整體，組成PLC的一個(gè)基本單元<主機(jī)

28、）或擴(kuò)展單元。微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門(mén)子的S7-200<2）模塊式結(jié)構(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)的PLC是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個(gè)模塊功能是獨(dú)立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門(mén)子的S7-300和S7-400系列。2.5  PLC與繼電器控制系統(tǒng)的區(qū)別PLC梯形圖與繼電器控制電路圖非常相似，主要原因是 PLC梯形圖大致上沿用了繼電器控制的元件符號(hào)和術(shù)語(yǔ)，僅個(gè)別之處有不同。同時(shí)，信號(hào)的輸入/輸出形式及控制功能也基本上是相同的，但

29、是PLC的控制與繼電器的控制又有根本的不同之處，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。<1）邏輯控制繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想改變或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有48個(gè)對(duì)觸點(diǎn)。因此，靈活性和擴(kuò)展性很差。而PLC采用存儲(chǔ)器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，故稱(chēng)為“軟接線”。因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。<2）工作方式電源接通時(shí)，繼電器控制電路中各個(gè)繼電器都同時(shí)處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)該吸合，不該吸合的都

30、因受某種條件限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處于周期性循環(huán)掃描過(guò)程中，屬于串行工作方式。<3）可靠性和可維護(hù)性繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。觸點(diǎn)開(kāi)閉時(shí)會(huì)受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高。PLC還配有自監(jiān)和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動(dòng)態(tài)的監(jiān)視控制程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供了方便。從以上幾個(gè)方面的比較可知，PLC在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修

31、改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但是在很小的系統(tǒng)中使用時(shí)，價(jià)格要高于繼電器系統(tǒng)。2.6  PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使用PLC可以構(gòu)成多種形式的控制結(jié)構(gòu)，下面介紹幾種常用的PLC控制系統(tǒng)。2.6.1 單機(jī)控制系統(tǒng)單機(jī)控制系統(tǒng)是較普通的一種PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺(tái)PLC控制一個(gè)對(duì)象，控制系統(tǒng)要求的I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量都比較小，沒(méi)有PLC的通訊問(wèn)題，采樣條件和執(zhí)行結(jié)構(gòu)都比較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單明了。如圖5所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的單機(jī)控制系統(tǒng)，圖中PLC可以選用任何一種類(lèi)型。在單機(jī)控制系統(tǒng)中因?yàn)榭刂茖?duì)象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確，I/O點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量等參數(shù)的余量適中

32、即可等參數(shù)的余量適中即可。 圖5  簡(jiǎn)單的單機(jī)控制系統(tǒng)2.6.2 集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強(qiáng)大的PLC監(jiān)視、控制多個(gè)設(shè)備，形成中央集中式的控制系統(tǒng)。其中，各個(gè)設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)，連鎖關(guān)系、運(yùn)行順序等統(tǒng)一由中央PLC來(lái)完成，如圖6示                            

33、0;  圖6  集中控制系統(tǒng)2.6.3  分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖7所示，每一個(gè)控制對(duì)象設(shè)置一臺(tái)PLC，各臺(tái)PLC可以通過(guò)信號(hào)傳遞進(jìn)行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或者由上位機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通訊。圖7  分散控制系統(tǒng) 2.7  PLC網(wǎng)絡(luò)及特點(diǎn)2.7.1 網(wǎng)絡(luò)概述分散控制系統(tǒng)的控制思想就是集中操作、分散操作。一個(gè)實(shí)際的工業(yè)控制過(guò)程中是比較復(fù)雜的，一個(gè)控制過(guò)程可能由多個(gè)控制任務(wù)完成。這些控制任務(wù)既有獨(dú)立性，有與其他任務(wù)有聯(lián)系，而這些相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)需要構(gòu)成一個(gè)整體。當(dāng)控制系統(tǒng)達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，分散控制系統(tǒng)解決方案并不理想，因此許多

34、廠家開(kāi)發(fā)了自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。雖然現(xiàn)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等問(wèn)題還沒(méi)有同意的標(biāo)準(zhǔn)，但是很顯然，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)比分散控制系統(tǒng)更能準(zhǔn)確的描述現(xiàn)實(shí)控制系統(tǒng)，并且控制、改變更加靈活，組態(tài)也更容易，能夠?qū)崿F(xiàn)管控一體化的控制思想。2.7.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)PLC的影響PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展，使PLC的應(yīng)用更加廣泛。許多PLC產(chǎn)品都在PLC上加上了具有網(wǎng)絡(luò)功能的硬件和軟件，因此，組成PLC網(wǎng)絡(luò)非常方便。PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)任何一個(gè)站的操作都和使用同PLC一樣方便，并且在網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)站都可以對(duì)其他站的元件及數(shù)據(jù)乃至程序進(jìn)行操作。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)

35、領(lǐng)域的所有控制任務(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)。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(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。選擇多大容量的PLC,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

36、I/O模擬量I/O以及這些I/O點(diǎn)的性質(zhì)。I/O點(diǎn)的性質(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(lèi)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)镻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(lèi)和等級(jí)。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。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖9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

37、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。MAC是什么圖9  變頻恒壓供水站的基本組成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)要有軟啟動(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)

38、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CPU能

39、夠接受和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過(guò)CPU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10 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(chēng)、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(chēng)代    碼地址編號(hào)輸   入   信   號(hào)手

40、動(dòng)和自動(dòng)消防信號(hào)SA1I0.0水池水位下限信號(hào)SLLI0.1水池水位上限信號(hào)SLHI0.2變頻器報(bào)警信號(hào)SUI0.3消鈴按鈕SB9I0.4試燈按鈕SB10I0.5遠(yuǎn)程壓力表模擬量變壓值UAIW0輸   出    信    號(hào)1#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1，HL1Q0.01#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2，HL2Q0.12#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3，HL3Q0.22#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4，HL4Q0.33#泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5，HL5Q0.43#泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6，HL6Q0

41、.5生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2Q1.0續(xù)表1  輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào) 輸 出 信   號(hào)水池水位下限報(bào)警指示燈HL7Q1.1變頻器故障報(bào)警指示燈HL8Q1.2火災(zāi)報(bào)警指示燈HL9Q1.3報(bào)警電鈴HAQ1.4變頻器頻率復(fù)位控制KAQ1.5控制變頻器頻率用電電壓UFAQW03.4  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CPU 266 PLC     則價(jià)格較

42、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CPU222<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11S7-200PLC是德國(guó)西門(mén)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)推出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是S7-200CPU22*系列PLC。因?yàn)樗哂卸喾N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 

43、 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，為了使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)/模轉(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什么意思？是輸入還是輸出，可以用于恒壓供水控制中。3.5.1 校準(zhǔn)及配置模

44、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(lèi)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(mǎn)度。3.5.2  EM235工作程序編制EM235的工作程序編制包括以下的內(nèi)容：<1）設(shè)置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數(shù)餓預(yù)置頂及采樣和單元清零的工作，為開(kāi)始工作做好準(zhǔn)備。<2）設(shè)置模塊檢測(cè)子程序。該子程序檢查模塊的連接的正確性以及模塊工作的正確性。<3）設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計(jì)算工作。<4）項(xiàng)目所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。<5）處理后模擬量的輸出工作。S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和

45、積木式，即主機(jī)包含一定數(shù)量的輸入/輸出<I/O）點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展I/O模塊和各種功能的模塊。3.5.3 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、控制電路圖以及PLC外圍接線圖。<1）主電路圖如下圖13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，F(xiàn)R1、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分別為變頻器喝三臺(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

46、器。圖13    電控系統(tǒng)主電路 <2）控制電路圖圖14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SB1SB2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。圖中的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的電源指示燈。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，因?yàn)镻LC為4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒(méi)有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，所以通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1.0Q1.5為PLC輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào)，可結(jié)合PLC外圍接線圖一起讀圖。第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)硬件條件確定后，系統(tǒng)得控制功能主要通過(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(mǎn)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)