【正文】 根據(jù)水位情況控制潛水泵的起停。然而 PLC 的 CPU 則采用順序逐條地掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點 (包括它的常開觸點或常閉觸點 )不會立即動作，必須等掃描到該觸點才會動作。 I/O 映象區(qū) 執(zhí)行 PLC 控制程序時，采集現(xiàn)場信息的方式有兩種 : (1) 程序的執(zhí)行需要哪一個信息，就到生產(chǎn)現(xiàn)場去采集該信息，這樣采集到的信息是實時的，但采集的時間可能略多。集中采集現(xiàn)場信息，雖然每個信息被采集的時間仍有先后差異，但已很小，可以認為采集到的信息幾乎是同時的。 集中采樣、集中輸出的工作方式 PLC 對用戶程序的執(zhí)行 主要按三個階段進行 : (1) 輸入采樣階段，在這個過程中， PLC 按掃描方式掃描 PLC 裝置上所有端子上的輸入信號，并將這些輸入信號存入映象區(qū)中的輸入映象寄存器。 (3) 輸出刷新階段，全部指令執(zhí)行完畢后，將輸出映象寄存器的內(nèi)容，送入到輸出鎖存器中 (稱 為輸出刷新 )，然后由鎖存器去驅(qū)動線圈，最后成為可編程控制器的實際輸出。 (3) 輸出映象寄存器的數(shù)據(jù)取決于程序運算的執(zhí)行結(jié)果。這種周期性的與外界交換信息，對一般外設(shè)來講是可以滿足要求的，但是隨著可編程控制器功能的擴展，特別是許多特殊模板智能模板被作為外設(shè)以及中斷控制時，對響應(yīng)的及時性提出了新的要求，正常的周期性的輸入輸出交換信息很難滿足要求。我們定義從掃描過程中的一點開始，順序掃描后又回到該點的過程為一個周期。自監(jiān)視功能主要由時間監(jiān)視器 WDT (Watchdog Timer)完成的。用編程器 可以清掉 WDT故障。調(diào)試過程中，用戶也通過編程器進行在線監(jiān)視和修改。該過程主要是數(shù)字處理器同 CPU 進行信息交換。隨用戶程序的長短，這個過程所用時間也是變化的。用戶程序中所用的輸入值是輸入狀態(tài)暫存區(qū)的值，運算結(jié)果放在輸出狀態(tài)暫存區(qū)中。封鎖輸入輸出就是關(guān)閉了輸入輸出服務(wù)掃描過程。第三部分隨控制對象工藝復(fù)雜性決定的用戶控制而變化。用戶程序的掃描時間主要由 CPU 的運算速度和程序的長短決定。為了保證生產(chǎn)系統(tǒng)正常運行，必須做到最長的掃描周期小于系統(tǒng)電器改變狀態(tài)的時間，實際上掃描周期是不固定的，正因為這一點，給機器實現(xiàn)某些控制帶來一些困難。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異 或邏輯運算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。 編號分配 對于外接電路的各元件分配編號，編號的分配必須是主機或者擴展模塊本身實際提供的，而且可以用來編程，兩個設(shè)備不能共用一個輸入、輸出點。 自動方式： 4 個水位開關(guān)檢測污水坑的水位， PLC 根據(jù)水位情況控制水泵的起停。 控制系統(tǒng)的改造設(shè)計方案 鑒于上述原系統(tǒng)的控制缺陷，現(xiàn)對其進行改造，具體如下： 每臺潛水泵由 1 臺施耐德高轉(zhuǎn)矩變頻器控制，其中 30KW 潛水泵采用ATV58HD46N4X 變頻器、 110KW 潛水泵采用 ATV68C15N4 變頻器；邏輯管理各采用一臺 S7200 PLC 上位機系統(tǒng)，進行管理和操作等。每個泵站均有 4 臺潛水泵，設(shè)計為 3 用 1 備的循環(huán)工作方式，潛水泵的操作分為手動和自動兩種方式，兩種操作方式的選擇由控制柜上的“自動 /手動”轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)。 4 個浮球水位開關(guān)設(shè)置為 4 個水位檢測點，即低位、中位、高位和超高位，其中低位為正常水位點，也就是潛水泵的停止工作點；中位為第一臺潛水泵的啟動點，也是第二臺潛水泵的頻率改變點；高位是第二臺潛水泵的啟動點，也是第三臺潛水泵的頻率改變點；超高位是上限報警點，也是第三臺潛水泵的啟動點。 改造后的控制系統(tǒng)性能預(yù)測： 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 14 頁 (1) 由于采用了高性能變頻器替代了接觸器，使電動機的啟動更加平穩(wěn)，并且對電動機的保護更加完善，會明顯地降低泵站的故障率。如此 PLC 總共有 40 個數(shù)字信號輸入， 32 個數(shù)字信號輸出， 12 個模擬量輸出，開關(guān)量輸入輸出和模擬量輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴充的要求。 PLC 和上位機的通信采用 PC/PPI 電纜，支持點對點接口（ PPI）協(xié)議， PC/PPI電纜可以方便實現(xiàn) PLC 的通信接口 RS485 到 PC 機的通信接口 RS232 的轉(zhuǎn)換，通信傳輸速率為 或 。在整個自動控制方式工作過程中水位的變化是不預(yù)知的，以下為 4 臺潛水泵均能正常工作時的幾個水位變化的典型情況： 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 16 頁 表 可編程控制器輸入 輸出端口（ I/0）地址分配表 端口地址 注釋 端口地址 注釋 端口地址 注釋 1＃泵手動啟動 /停止 4＃泵滲漏 1＃泵滲漏顯示 1＃泵滲漏 4＃泵過溫 1＃泵過溫 1＃泵過溫 4＃泵泄漏 1＃泵泄漏 1＃泵泄漏 4＃泵變頻器故障 1＃變頻器故障 1＃變頻器故障 積水坑低位 2＃泵滲漏 2＃泵手動啟動 /停止 積水坑中位 2＃泵過溫 2＃泵滲漏 積水坑高位 2＃泵泄漏 2＃泵過溫 積水坑超高位 2＃變頻器故障 2＃泵泄漏 AO01 1泵 50Hz工作 3＃泵滲漏 2＃變頻器故障 AO02 2泵 50Hz工作 3＃泵過溫 3＃手動啟動 /停止 AO03 3泵 50Hz工作 3＃泵泄漏 3＃泵滲漏 AO04 4泵 50Hz工作 3＃變頻器故障 3＃泵過溫 AO05 1泵 25Hz工作 4＃泵滲漏 3＃泵泄漏 AO06 2泵 25Hz工作 4＃泵過溫 3＃變頻器故障 AO07 3泵 25Hz工作 4＃泵泄漏 4＃泵手動啟動 /停止 AO08 4泵 25Hz工作 4＃泵變頻器故障 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 17 頁 水位由中位以下升到超高位再降到低位以下并且水位在上升和下降過程中無其他變化，具體過程如下： t1時刻水位由中位以下上升到中位，第一臺潛水泵啟動，在 t1到 t2時間段內(nèi)第一臺潛水泵以 50Hz 的頻率運行；到 t2時刻水位從中位 上升到高位，第一臺潛水泵仍以 50Hz的頻率運行，同時第二臺潛水泵啟動，在 t2到 t3時間段內(nèi)第一臺潛水泵和第二臺潛水泵同時以 50Hz 的頻率運行；到 t3時刻水位從高位上升到超高位，系統(tǒng)報警，第一臺潛水泵和第二臺潛水泵仍以 50Hz 的頻率運行，同時第三臺潛水泵啟動，在 t3到 t4時間段內(nèi)三臺潛水泵均以 50Hz 的頻率運行 。 在上述工作過程中 4 臺潛水泵每一輪次工作均為兩用兩備，即第一輪次為 2潛水泵投入工作， 4備用，第二輪次為 3投入工作， 1備用，依次循環(huán)（見圖 ）。由于三臺潛水泵同 時以 50Hz 的頻率運行時一定可以使水位下降到報警水位以下，所以到 t4時刻水位一定能下降到超高位以下，即系統(tǒng)停止報警，為了使水位不會立刻超過報警水位，故三臺潛水泵在 t4 到 t5 時間段內(nèi)仍以 50Hz的頻率運行；到 t5時刻水位下降到高位以下，第一臺潛水泵和第二臺潛水泵仍均以 50Hz的頻率運行，第三臺潛水泵的頻率降為 25Hz,在 t5到 t6時間段內(nèi)第一臺潛水泵和第二臺潛水泵都以 50Hz 的頻率運行，第三臺潛水泵以 25Hz 的頻率運行；由于進水量大，到t6時刻水位再次升到超高位，系統(tǒng)報警，在 t6到 t8時間段內(nèi)三臺潛水泵均以 50Hz 的頻率運行，直到水位下降到高位以下即 t8 時刻第三臺潛水泵的頻率降到 25Hz，在此過程中 t7時刻水位下降到超高位以下，報警停止，在 t8到 t9時間段內(nèi)第一臺潛水泵和第二臺潛水泵都以 50Hz 的頻率運行，第三臺潛水泵以 25Hz 的頻率運行；在 t9時刻水位下降到中水位以下，第一臺潛水泵以 50Hz 的頻率運行，第三臺潛水泵以 25Hz 的頻率運行，第二臺潛水泵的頻率降為 25Hz，在 t9到 t10時間段內(nèi)第一臺潛水泵以 50Hz 的頻率運行，第二臺潛水泵和第三臺潛水泵均以 25Hz 的頻率運行；到 t10時刻水位再次上升到高位，第二臺 潛水泵的頻率變?yōu)?50Hz，在 t10 到 t11 時間段內(nèi)第一臺潛水泵和第二臺潛水泵以 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 21 頁 50Hz 的頻率運行，第三臺潛水泵以 25Hz 的頻率運行；到 t11 時刻水位由高位上升到超高位，同時系統(tǒng)又再一次報警，第三臺潛水泵的頻率也變?yōu)?50Hz，到 t12時刻水位下降到超高位以下，報警停止，在 t11到 t13時間段內(nèi)三臺潛水泵同時以 50Hz 的頻率運行 。 程序設(shè)計框圖 程序框圖（見圖 ） 程序設(shè)計梯形圖 程序梯形圖（見附錄 C 圖 C1） 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 22 頁 圖 程序框圖 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 23 頁 結(jié) 論 PLC 是西門子全集成自動化系統(tǒng)中的控制核心，是其集成與開放特性的重要體現(xiàn)。最后通過編程實現(xiàn)自動控制。在我的論文撰寫的過程中，徐老師也給予了細心的指導(dǎo)和修正。 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 25 頁 參考文獻 [1] 王兆義．可編程控制器教程 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 1992， 9． [2] 田瑞庭．可編程控制器應(yīng)用技術(shù) [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 1994， 7． [3] 王常力．工業(yè)控制計算機的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J]．自動化博覽， 1997， 9． [4] 王兆義 ． 可編程控制器的發(fā)展動向 [J]．電氣自動化， 1998， 4． [5] 廖常初．可編程序控制器應(yīng)用技術(shù) [M]．重慶：重慶大學(xué)出版社， 2020， 7． [6] 王金全 ， 方忠華，仲未央．工業(yè)控制系統(tǒng) 的現(xiàn)狀與展望 [J]．中國電力報， 1998， 1． [7l 王常力 ， 廖道文．集散型控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 [M]．北京：清華大學(xué)出版社， 1993，6． [8] Bryan, . and Bryan, . 1988. Programmable Controllers Theory and Implementation 1st ed. Atlanta, Geia: Industrial Text Co. 鞍山科技大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 26 頁 附錄 A Introduction of Programmable Controllers Overview A PLC (Programmable Controller) is basically a CPU (Central Processing Unit) containing a program and connected to input and output (I/O) device. The program controls the PLC so that when an input signal from an input device turns ON, the appropriate response is made. The response normally devices could be photoelectric sensors, pushbuttons on control panels, limit switches, or any other device that can produce a signal that can be input into the PLC. The output devices could be solenoids, switches activating indicator lamps, relays turning on motors, or any other devices that can be activated by signals output from the PLC. For example, a sensor detecting a passing product turns ON an input to the PLC. The PLC responds by turning ON an output that activates a pusher that pushes the product onto another conveyor for further processing. Another sensor, positioned higher than the first, turns ON a different input to indicate that the product is too tall. The PLC responds by turning on another pusher into a rejection box.