自動(dòng)供水控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(plc)----畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)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(shì)。</p><p>　　本課題用PLC實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)供水控制系統(tǒng)，介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)，說明了

2、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)際中問題，保證供水安全、快捷、可靠。</p><p>　　關(guān)鍵字：PLC 恒壓供水 變頻器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the

3、rapid development of social economy, it is demanded the better of water supply’s quality and reliability of water supply system.Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water

4、supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation,control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields.</p>&l

5、t;p>　　This subject realize the automatic water control system that used of PLC ,it introduced the basic principle that constant voltage supplies water and foundation that the system form , have stated the role served

6、as of the programmable 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, ma

7、ke every effort to make sure to make the system run steadily, easy an</p><p>　　Key word: PLC (programmable controller ), Constant voltage, supplies water, Frequency converter </p><p><b&g

8、t;　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義1</p><p>　　1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3本文研究的系統(tǒng)組成和工作原理2</p><p>　　第二章

9、 PLC概述3</p><p>　　2.1 PLC介紹3</p><p>　　2.2 PLC工作原理4</p><p>　　2.3 PLC的編程語(yǔ)言6</p><p>　　2.4 PLC的分類9</p><p>　　2.5 PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)10</p><p>　　第三章 系

10、統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成15</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制要求17</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配18</p><p>　　3.4 系統(tǒng)選型19</p><p>　　3.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用19</p>

11、;<p>　　第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理25</p><p>　　4.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范25</p><p>　　4.3 程序的結(jié)果以及程序功能的實(shí)現(xiàn)25</p><p><b>　　總結(jié)36</b></p>

12、<p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，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

13、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(duì)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(duì)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(shì)，同時(shí)有效的節(jié)省了資金。 </p><p>　　1.1 變頻恒壓供水

14、產(chǎn)生的背景和意義</p><p>　　眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時(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。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應(yīng)求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時(shí)將會(huì)造成能量的浪費(fèi)，同

15、時(shí)有可能使水管爆破和用水設(shè)備的損壞。</p><p>　　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。一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

16、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。</p><p>　　1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國(guó)外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉(zhuǎn)控制、起制動(dòng)控制、起制動(dòng)控制、壓頻比控制及各種保護(hù)功能。應(yīng)用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為了滿足

17、供水量大小需求不同時(shí)，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對(duì)壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國(guó)外的變頻器控制水泵的轉(zhuǎn)速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺(tái)水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)，有的采用單片機(jī)及相應(yīng)的軟件予以實(shí)現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術(shù)指標(biāo)來說，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)

18、沒能達(dá)到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(tuán)(森蘭變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器(5.5kw～22kw) ,無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺(tái)水泵的循環(huán)切換、定時(shí)起、停和定時(shí)循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負(fù)載容量，同時(shí)操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場(chǎng)所【1】。</p><p&

19、gt;　　可以看出，目前在國(guó)內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，對(duì)于能適應(yīng)不同的用水場(chǎng)合，結(jié)合現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)同時(shí)兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進(jìn)一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐。</p><p>　　1.3 本文研究的工作原理和基本要求</p><p>　　以一個(gè)三泵生活/消防

20、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YV1，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)

21、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)泵再改為生活供使用。</p><p>　　對(duì)三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：</p><p>　　（1）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低于恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行。</p><p>　?。?）三臺(tái)泵

22、根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出。</p><p>　?。?）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(zhǎng)。</p><p>　?。?）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能。</p><p>　　第二章 PLC概述</p><p><b>　　2

23、.1 PLC介紹</b></p><p>　　2.1.1 PLC的定義</p><p>　　最初，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡(jiǎn)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(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

24、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)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(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)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)【2】。</p><p>　　2.1.2 PLC的特點(diǎn)</p><p>　?。?）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

25、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(wàn)小時(shí)以上。</p><p>　?。?）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)。</p><p>　?。?）編程方便易學(xué)。第一編程語(yǔ)言（梯形圖）是一種圖形編程語(yǔ)言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的電器

26、控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場(chǎng)人員學(xué)習(xí)。</p><p>　?。?）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(chǎng)合。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）體積小、重量輕、功耗底。</p>&l

27、t;p><b>　?。?）性價(jià)比高。</b></p><p>　　（8）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)。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　2.2

28、PLC工作原理</p><p>　　2.2.1 循環(huán)掃描</p><p>　　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(qǐng)求、執(zhí)行CPU自診斷測(cè)試及寫輸出等等內(nèi)容。</p><p>　　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

29、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。</p><p>　　（1）自診斷測(cè)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。</p><p>　　（2）與網(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，

30、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。</p><p>　?。?）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(zhǎng)短會(huì)影響過程所用的時(shí)間。</p><p>　?。?）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

31、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)。 </p><p>　　循環(huán)掃

32、描有如下特點(diǎn)：</p><p>　　（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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造

33、成不同的執(zhí)行結(jié)果。</p><p>　?。?）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)。 </p><p>　　在讀輸入階段，CPU對(duì)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

34、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。</p><p>　　圖2-1 PLC信號(hào)的傳遞過程</p><p>　　2.2.2 I/O響應(yīng)時(shí)間</p><p>　　由于PLC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)掃描周期的固

35、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。</p><p>　　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。</p><p>　?。?）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)。</p><p>　　（2）從輸出鎖存器到

36、輸出端子所經(jīng)歷的時(shí)間稱為輸出延遲，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可以通過查表得到。</p><p>　　（3）程序執(zhí)行時(shí)間主要由程序長(zhǎng)短來決定，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)。</p><p>　　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。

37、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)【3】。</p><p>　　2.2.3 PLC中的存儲(chǔ)器</p><p>　　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。</p><p>　?。?/p>

38、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。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）用來存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。</p><p>　　2.3 PLC的編程語(yǔ)言</p><p>　　PLC

39、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。</p><p>　　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，形成了專用的存儲(chǔ)元件。這就是前面提到過的編程的“軟”元件。為了理解方便，PLC的編程元件用“繼電器”命名，

40、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，所謂線圈得電不過是存儲(chǔ)單元置1，線圈失電，不過就是存儲(chǔ)單元置0，也正因?yàn)槿绱?，我們稱之為“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)，不過是讀一次它的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)而已。</p><p>　　2.3.1 PLC的編程結(jié)構(gòu)功能圖</p><p>

41、;　　任何語(yǔ)言都有編程的對(duì)象和基礎(chǔ)，重要介紹梯形圖語(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2-2所示為PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖。</p><p>　　輸入繼電器是由外部輸入驅(qū)動(dòng)的，梯形圖中只能使用其介入點(diǎn)狀態(tài)值，用戶不能改變輸入繼電器的狀態(tài)。輔助繼電器的種類和多少?zèng)Q定了PLC控制功能的強(qiáng)弱，相當(dāng)于工作寄存器的多少和功能的強(qiáng)弱。</p><p>　　實(shí)際的PLC中并沒有圖中的

42、物理繼電器，用繼電器來表示PLC的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)是為了使習(xí)慣于繼電器控制的工程技術(shù)人員更好的理解PLC的功能，更好的使用PLC，就像他在設(shè)計(jì)繼電器控制電路一樣。</p><p>　　梯形圖語(yǔ)言是一種圖形化的語(yǔ)言，是一種面向控制過程的“自然語(yǔ)言”。梯形圖編程語(yǔ)言形象、直觀、準(zhǔn)確的描述了邏輯控制關(guān)系，容易被廣大的工程技術(shù)人員所掌握。</p><p>　　PLC與被控對(duì)象所連接的只是I/O條件，而

43、I/O之間的組合控制關(guān)系需要用軟件的方法來描述清楚，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發(fā)的系統(tǒng)程序只要將其輸入PLC的用戶程序存儲(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【4】。</p><p>　　圖2-2 PLC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)功能示意圖</p><p>　　2.3.2 梯形圖編程語(yǔ)言</p><p>　　PLC是通

44、過程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行控制的，作為一種專用計(jì)算機(jī)，為了適應(yīng)其應(yīng)用領(lǐng)域，一定有其專用的語(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)言類似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎(chǔ)元素。</p><p>　　一般而言，梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯

45、輸出的允許條件。邏輯通常被分解成小的容易理解的片，這些片通常被稱為“梯級(jí)”或網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　程序一次掃描執(zhí)行一次網(wǎng)絡(luò)，按照從做到右、從上到下的順序進(jìn)行。一旦CPU執(zhí)行到程序的結(jié)尾，就又從上到下執(zhí)行程序。在每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，指令以列為基礎(chǔ)被執(zhí)行，從上而下、從左到右依次執(zhí)行，直到本網(wǎng)絡(luò)的最后一個(gè)線圈列。因此為了充分利用存儲(chǔ)器容量，使掃描時(shí)間盡可能短，利用梯形圖編程時(shí)應(yīng)限制觸點(diǎn)之間的距離，并使網(wǎng)絡(luò)左上邊這部分空

46、白最少。其中，串聯(lián)觸點(diǎn)較多的支路要寫在上面，并聯(lián)支路應(yīng)寫在左邊，線圈放于觸點(diǎn)的右邊。</p><p>　　如圖2-3所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動(dòng)機(jī)直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。</p><p>　　梯形圖和繼電器控制電路圖很相似，這是可以用PLC控制取代繼電器控制的基礎(chǔ)，可以把經(jīng)過實(shí)踐證明設(shè)計(jì)是成功的繼電器電路圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而設(shè)計(jì)出具有相同

47、功能的PLC控制程序，充分發(fā)揮PLC的功能完善、可靠性高、控制靈活的特點(diǎn)。當(dāng)然，它們還是存在著本質(zhì)上的區(qū)別，主要表現(xiàn)如下所述。</p><p><b>　　圖2-3 梯形圖</b></p><p>　?。?）繼電器控制電路中使用的繼電器是物理的元器件，繼電器與其他控制電器之間的連接必須通過硬件連接線來完成。PLC中的繼電器是內(nèi)部的寄存器位，稱為“軟繼電器”，它具有物理

48、繼電器相似的功能。當(dāng)它的“線圈”通電時(shí)，其所屬的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開；當(dāng)它的線圈斷電時(shí)，其所屬的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均恢復(fù)常態(tài)。PLC梯形圖中的接線稱為“軟接線”，這種“軟接線”是通過編程來實(shí)現(xiàn)的，具有更改簡(jiǎn)單、調(diào)試方便等特點(diǎn)。而繼電器控制電路圖是點(diǎn)線連接圖，相對(duì)來素施工困難、更改費(fèi)力。</p><p>　　（2）PLC中的每一個(gè)繼電器都對(duì)應(yīng)著一個(gè)內(nèi)部的寄存器，由于可以隨時(shí)不受限地讀取其內(nèi)容，所以，可以認(rèn)為P

49、LC的繼電器有無數(shù)個(gè)常開、常閉觸點(diǎn)供用戶使用。PLC梯形圖中的觸點(diǎn)代表的是“邏輯”輸入條件、外部的實(shí)際開關(guān)、按鈕或內(nèi)部的繼電器觸點(diǎn)條件等。而物理繼電器的觸點(diǎn)個(gè)數(shù)是有限的。</p><p>　?。?）PLC的輸入繼電器是由外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，在梯形圖中只能用其觸點(diǎn)，這在物理繼電器中是不可能的。線圈通常代表“邏輯”輸出結(jié)果，如燈、電機(jī)啟動(dòng)器、中間繼電器、內(nèi)部輸出條件等。</p><p>　　（4）

50、繼電器控制系統(tǒng)中是按照觸點(diǎn)的動(dòng)作順序和是延遲逐個(gè)動(dòng)作的，動(dòng)作順序與電路圖的編寫順序無關(guān)。PLC按照掃描方式工作，首先采取輸入信號(hào)，然后對(duì)所有梯形圖進(jìn)行計(jì)算，造成了宏觀與動(dòng)作順序的無關(guān)，但是微觀上在一個(gè)時(shí)間段上的是實(shí)際執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致而不是無關(guān)的。</p><p>　?。?）PLC梯形圖中的兩根母線以失去原有的意義，它只表示一個(gè)梯形的起始和終了，并無實(shí)際電流通過，假象的概念電流只能從左向右流。<

51、/p><p>　　為了充分發(fā)揮CPU的邏輯運(yùn)算功能，設(shè)置了大量的稱為盒的附加命令，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【5】。</p><p>　　2.4 PLC的分類</p><p>　　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，分類時(shí)，一

52、般按以下原則來考慮。</p><p>　　2.4.1 按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類</p><p>　　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)行的過程也比較快。按PLC的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。</p><p><b>　　（1）小型機(jī)</b>&l

53、t;/p><p>　　小型機(jī)PLC的功能一般以開關(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，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K左右?，F(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的PLC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積小巧，適合于控制單臺(tái)設(shè)備和開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。</p><p>　　典型的小型機(jī)有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITU

54、BISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。</p><p><b>　　（2）中型機(jī)</b></p><p>　　中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在256~~2048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量達(dá)到8K字左右。中型PLC不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強(qiáng)的數(shù)字計(jì)算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強(qiáng)大，中型機(jī)比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用

55、于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)場(chǎng)合。</p><p>　　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。</p><p><b>　?。?）大型機(jī)</b></p><p>　　大型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序儲(chǔ)存器容量達(dá)

56、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。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用CRT顯示，能夠表示過程的動(dòng)態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成一臺(tái)多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號(hào)的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相聯(lián)，組成一個(gè)集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動(dòng)化控制、過程自動(dòng)化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。</p&

57、gt;<p>　　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【6】。</p><p>　　2.4.2 按結(jié)構(gòu)形式分</p><p>　　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。</p><p><b>　?。?）整體式結(jié)構(gòu)</b>&

58、lt;/p><p>　　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)）或擴(kuò)展單元?；締卧显O(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成PLC不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的PLC體積小，成本底，安裝方便。</p>&l

59、t;p>　　微型和小型PLC一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的S7-200系列。</p><p><b>　?。?）模塊式結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　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。<

60、/p><p>　　目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。</p><p>　　整體式PLC每一個(gè)I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求

61、較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。</p><p>　　2.5 PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　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)。</p><p>　　2.5.1 單機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　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)

62、和存儲(chǔ)器容量都比較小，沒有PLC的通訊問題，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。</p><p>　　如圖2-4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型。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對(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)的余量適中即可等參數(shù)的余量適中即可。 </p><p>　　圖2-4 簡(jiǎn)單的單機(jī)控制系統(tǒng)</p

63、><p>　　2.5.2 集中控制系統(tǒng)</p><p>　　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來完成，如圖2-5示【7】。</p><p>　　顯然，集中控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的多。但是當(dāng)其中一個(gè)控制對(duì)象的控制程序需要改變時(shí)，必須停止運(yùn)行中央PLC，其他的控制

64、對(duì)象也必須停止運(yùn)行。當(dāng)各個(gè)控制對(duì)象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時(shí)，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時(shí)，必須注意選擇I/O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量時(shí)要留有足夠的余量，以便滿足增加控制對(duì)象的要求。</p><p>　　圖2-5 集中控制系統(tǒng)</p><p>　　2.5.3 分散控制系統(tǒng)</p><p>　　分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖

65、2-6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)通過數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通訊。</p><p>　　分散控制系統(tǒng)常用于多臺(tái)機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各個(gè)生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個(gè)控制對(duì)象都由自己的PLC進(jìn)行控制，當(dāng)其中一個(gè)PLC停止運(yùn)行時(shí)不需要停止運(yùn)行其他的PLC。</p><p>　　隨著PLC性能的不斷提高，由PLC擔(dān)當(dāng)?shù)蛯涌刂迫蝿?wù)，

66、通過網(wǎng)絡(luò)連接，PLC與過程控制相結(jié)合的分散控制系統(tǒng)將是計(jì)算機(jī)控制的重要發(fā)展方向。</p><p>　　與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠性大大加強(qiáng)。具有相同I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺(tái)或幾臺(tái)PLC，導(dǎo)致價(jià)格偏高，但是從維護(hù)、試運(yùn)轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對(duì)象等方面來看，其靈活性要大得多，總的成本核算是合理的。</p><p>　　圖2-6 分散控制系統(tǒng)</p><p

67、>　　第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)習(xí)PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對(duì)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)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　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

68、控對(duì)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(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。</p><p>　　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。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運(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控制來完成。</p><p>　

69、　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)。</p><p>　　對(duì)第一個(gè)問題，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，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(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

70、、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)電源的種類和等級(jí)。</p><p>　　對(duì)于第二個(gè)問題，則有以下幾個(gè)方面要考慮：</p><p>　?。?）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)。如對(duì)PLC與PLC、PL

71、C與智能儀表以及上位機(jī)之間靈活方便的通訊要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。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。</p><p>　?。?）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)腜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。</p>

72、;<p>　?。?）個(gè)人喜好方面。有些工程技術(shù)人員對(duì)某種品牌的熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。</p><p>　　圖3-1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟</p><p>　　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)來說，I/O地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜和PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、

73、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。</p><p>　　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。</p><p>　　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(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

74、種現(xiàn)場(chǎng)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PLC機(jī)上編程，并可以在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。</p><p>　　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題

75、，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)過反復(fù)測(cè)試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。</p><p>　　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(duì)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壓的基本恒定【8】。</p><p>　　但是建造水塔

76、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

77、的三相交流電。</p><p>　　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。</

78、p><p>　　3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成</p><p>　　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，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水壓的恒定，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

79、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(gòu)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。</p><p>　　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

80、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【9】。</p><p>　　圖3-2 變頻恒壓供水站的基本組成</p><p>　　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:</p><p>　　(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

81、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。</p><p>　　（2）接受傳感器送來的管網(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)。</p><p>　?。?）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

82、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PID參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的，PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)

83、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。</p><p>　　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。</p><p>　　下面以一個(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，如圖3-3所示，市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1

84、，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

85、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【10】。</p><p>　　圖3-3 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制要求</p><p>　　對(duì)三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：</p><p>　?。?）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低于恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)

86、應(yīng)高恒壓值運(yùn)行。</p><p>　?。?）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出。</p><p>　　（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(zhǎng)。</p><p>　?。?）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能。</p><p>　　（5）要有完

87、整的報(bào)警功能。</p><p>　　（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。</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配</p><p>　　PLC要能夠識(shí)別和接受描述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開關(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，

88、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)的開關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量。這些信號(hào)經(jīng)過輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成CPU能夠接受和處理的信號(hào)。輸出單元將經(jīng)過CPU處理的弱電信號(hào)通過光電隔離、功率放大等處理

89、，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。</p><p>　　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]時(shí)為0，露出時(shí)為1。</p><p>　　表3.1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號(hào)</p><p><

90、b>　　3.4 系統(tǒng)選型</b></p><p>　　從上面分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開關(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 226 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CPU222（8輸入/6輸出繼電器）一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展

91、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：</p><p>　　圖3-4 PLC 系統(tǒng)組成</p><p>　　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S7-200CPU22*系列PLC。由于它具有多種功能模塊和

92、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)。</p><p>　　3.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應(yīng)用</p><p>　　PLC的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，了使PLC能完成模擬量的處理,常見的方法是為整體式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

93、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【11】。</p><p>　　3.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標(biāo) </p><p>　　表3.2 模擬量擴(kuò)展模塊EM235輸入/輸出技術(shù)規(guī)范</p&g

94、t;<p>　　為能適用各種規(guī)格的輸入、輸出兩，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。</p><p>　　3.5.2 校準(zhǔn)及配置</p><p>　　模擬量模塊在接入電路工作前需完

95、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。</p><p>　　3.5.3 EM235的安裝使用</p><p>　?。?）根據(jù)輸入信號(hào)的類型及變化范圍設(shè)置PID開關(guān)，完成模塊的配置工作。必要時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。</p><p>　?。?）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

96、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傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）

97、為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字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)生的的中間數(shù)據(jù)【12】。</p><p>　　3.5.4 EM235工作程序編制</p><p>　　EM235的工作程序編制包

98、括以下的內(nèi)容：</p><p>　?。?）設(shè)置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數(shù)和預(yù)置頂及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準(zhǔn)備。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　（3）設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計(jì)算工作。</p><p>　?。?）工程所需的有關(guān)

99、該模擬量的處理程序。</p><p>　?。?）處理后模擬量的輸出工作。</p><p>　　S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和積木式，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。</p><p>　　一個(gè)完整的系統(tǒng)組成如圖</p><p>　　圖3-5 S7-200 PLC 系統(tǒng)組成

100、</p><p>　?。?）基本單元?；締卧˙asic Unit）有時(shí)又稱CPU模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。它包括CPU、存儲(chǔ)器、基本輸入/輸出點(diǎn)和電源等，是PLC的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。</p><p>　　（2）擴(kuò)展單元。主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種I/O模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能

101、使用的 I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)由多種因素共同決定的。</p><p>　?。?）特殊功能模塊。當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。</p><p>　?。?）相關(guān)設(shè)備。相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。</p><p>　?。?）工業(yè)軟件。工

102、業(yè)軟件是為了更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)借口軟件等幾大類構(gòu)成。</p><p>　　EM235安裝使用：</p><p>　?。?）根據(jù)輸入信號(hào)的類型以及范圍設(shè)置PID開關(guān)，完成模塊的控制工作。</p><p>　?。?）完成硬件的接線工作。</p><p>　　（3）確定模塊安

103、裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號(hào)。</p><p>　?。?）為了主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字量以及待送入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。</p><p>　　S7-200 PLC的電源電壓有（20.4~~28.8）VDC和（85~~264）VAC兩種，主機(jī)上還集成了24V直流電源，可以直接用與連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它的輸出類型有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式

104、。它可以用普通輸入端子撲捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速記數(shù)。2路最大可達(dá)20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以便實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)?？梢杂媚K上的電位器來改變它對(duì)應(yīng)的特殊積存器的數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)更改程序應(yīng)用中的一些參數(shù)，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過程量的控制參數(shù)等。</p><p>　　3.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路圖

105、、控制電路圖以及PLC外圍接線圖。</p><p><b>　　（1）主電路圖</b></p><p>　　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。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的共頻運(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)過載保護(hù)用的熱繼電器；QS

106、1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡(jiǎn)單的一般變頻器【13】。</p><p>　　圖3-6 電控系統(tǒng)主電路 </p><p><b>　　（2）控制電路圖</b></p><p>　　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)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控

107、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。</p><p>　　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)，由于PLC為4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，所以通過一個(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Q0.0~