【正文】 問題，可以讓 PLC 和外部設(shè)備直接進行物理的連接。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 2 章 PLC 概述 PLC PLC 的輸入 通過對繼電器控制特點的介紹 和最初通用汽車公司提出的要求分析。水池的高 /低水位信號也直接送給 PLC，作為底 水位報警用。針對這兩方面的要求，新的供水方式 和控制系統(tǒng)應(yīng)運而生，這就是 PLC 控制的恒壓無塔 供水系統(tǒng)。 應(yīng)用 PLC 技術(shù)是為了實現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動，減少手動操作或撫慰操作，同時替 代部分繼電器減少機械觸點的故障，增強可靠性。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。 論文還提出了一些增強系統(tǒng)運行可靠性的措施。 本論文依據(jù)供水要求，設(shè)計了一套由 PLC、變頻器、遠傳壓力表、多臺水泵 機組等主要設(shè)備構(gòu)成的全自動 變頻恒壓供水，具有全自動變頻恒壓運行、自動工 頻運行和現(xiàn)場手動控制等功能。再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè) 計高性能、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。給出了實現(xiàn)有效狀態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換控制的電 氣設(shè)計方案和 PLC 控制程序設(shè)計方案。采用變頻器及 PLC 技術(shù)實現(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)約能源和運行可靠性具有較好的改善。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個典型的水塔供水系 統(tǒng)的技術(shù)改造實踐中，根據(jù)盡量保留原有設(shè)備的原則設(shè)計的，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，同時有 效的節(jié)省了資金。以方面要求提 高供水質(zhì)量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；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)時能可靠供水。 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，系統(tǒng)應(yīng)底恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運行； 2. 三臺泵根據(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，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過 3H，則要切換到下 一臺泵，即系統(tǒng)具有 ― 倒泵功能 ‖，避免某一臺泵工作時間過長； 4. 三臺泵在啟動時要又軟啟動功能； 系統(tǒng)的組成和基本工作原理 以一個三泵生活 /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，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低 于高水位，則自動往水箱中注水?；馂?zāi)結(jié)束后三臺泵再改為生活供水使用。 PLC 就是一個計算機控制系統(tǒng)，在其發(fā)展過程，人們曾將計算 機直接用于工業(yè)控制，但是由于以下兩大問題沒有解決好而難以發(fā)展：一是 I/O（輸 入 /輸出）問題，計算機不能直接和工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備連接現(xiàn)在了應(yīng)用；二是計算機的 I/O 功能，開關(guān)邏輯處理不夠豐富和強大。輸出動作次數(shù)的限制，是保證 PLC 的輸出接點能否驅(qū)動接觸器、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)動中間繼電器。 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)部寄存器存儲了這些狀態(tài)。這于計算機順序執(zhí)行的工作的特點是矛盾的。 即某一時間段的輸出完全取決于上一時間某一時刻的 輸入和上一時間段的輸出。 由于采用集中 I/O 的思想，其 I/O 狀態(tài)存儲在寄存 器中，可以充分發(fā)揮計算機 的強大邏輯家能力，以完成更復(fù)雜的控制功能。 CPU 可以讀其值， 但是不可以寫或進行修改。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(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)程序的管理下運行。 系統(tǒng)存儲器 用戶存儲器 CUP 其他接口電路 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 輸 入 電 路 輸 出 寄 存 器 輸 出 電 路 輸 入 寄 存 器 輸 入 量 圖 21 PLC 的組成 PLC 的定義 最初，可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）簡稱 PLC。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)連成一個整體、易于擴充功能的原則設(shè)計 [3] 。 2. 控制功能強。 4. 使用于惡劣的工作環(huán)境。 6. 體積小、重量輕、功耗底。 9. 維修方便，功能更靈活。 2. I/O 點數(shù) I/O 點數(shù)，即 PLC 面板上的 I/O 端子的個數(shù)。從自動控制的觀點來看，決定了系統(tǒng)的實時性 和穩(wěn)定性。 6. 擴展能力 擴展能力包括 I/O 點數(shù)的擴展和 PLC 功能的擴展兩方面的內(nèi)容。 按其 I/O 點數(shù)一般分為微型（ 32 點以下）、小型（ 128 點以下）、中型（ 1024 點以下）、大型（ 2048 點以下）、超大型（從 2048 點以上可達 8192 點以上） 5 種。 PLC 可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。 1. 自診斷測試掃描過程。 3. 用戶程序掃描過程。 4. 讀輸入、寫輸出掃描過程。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運算結(jié)果也放 在輸出映像寄存器。 3. 對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。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)容也不會改變 ——輸入端子狀態(tài)變 化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。 3. I/O 點必須按位存取，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。輸入延遲是由硬件決定的，有的 PLC 濾波器時間常數(shù)可調(diào)。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經(jīng)過一個掃描周期在輸出得到響應(yīng)的時間，稱 為最小 I/O 響應(yīng)時間。 1. 系統(tǒng)程序存儲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。但是 PLC 還是有最適合它的應(yīng)用場合，所以接到一個控制任務(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。 當某一個控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后。 I/O 點是性質(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。如對 PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀 表以及上位機之間靈活方便的通訊要求；或?qū)? PLC 的計算速度、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。 輸入 /輸出信號在 PLC 接線端子上的地址分配是進行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基 礎(chǔ)。需 要模擬量信號 I/O 時，可用電位器和萬用表配合進行?，F(xiàn)在 PLC 的主流產(chǎn)品都可以在 P 機上編程，并可以在電 腦上直接進行模擬調(diào)試。通過現(xiàn)場聯(lián)調(diào)信號的接入常常還 會發(fā)現(xiàn)軟件 以及硬件中的一些問題，有時廠家還需要對某些控制功能進行改進，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。 但是建造水塔需花費財力，水塔還會造成水的二次污染。這在電動機速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達的年代是不可 設(shè)想的，但是今天辦到這一點已經(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。通常的辦法是：用水量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保持 管網(wǎng)中水壓的不變，用水量小時又需要做出相反的調(diào)節(jié)。而且 水泵和電機都有維修的時候， 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 備用泵是必要的。 下圖為恒壓供水泵站的示意圖。 水箱 調(diào)節(jié)器 變頻器 電動機 水泵 壓力傳感器 用戶 圖 31 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。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置 稱為反饋，調(diào)節(jié)器實反饋的接受點。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號 控制。信號的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥 YV2 處于失 電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運行， 使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進行；當有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥 YV2 得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵共消防用水使用，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）下進行。 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)動能力的 信號，以實現(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。 根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號 如下 表 31 及 32 所示。10V， 177。500mV， 177。25mv 0~20mA 精度 最差情況 0~55℃ 電壓輸出 電流輸出 177。2% 滿 量 程 177。如果選用 CPU 224 PLC，也需要擴展單元；如 果選用 CUO 266 PLC 則價格較高，浪費較大。 圖 33 PLC 系統(tǒng)組成 S7200PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)德一種小型 PLC，其許多功能達到大、中型 PLC 的水平，而價格卻和小型 PLC 一樣，因此，它一經(jīng)退出，即受到了廣泛的關(guān) 注。模擬量擴展單元可將外部模 擬量轉(zhuǎn)化為 PLC可處理的數(shù)字量及將 PLC內(nèi)部運 算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機外可以使 用的模擬量。上表中，輸入、輸 出信號范圍欄給出了 EM235 的輸出、輸入信號規(guī)格，以供選用 [11] 。必 要時進行校準工作。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。 4. 為了在主機中進行輸入模擬量轉(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，要在主機中安排一定的存儲單元。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，為開始工作做好準備。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 4. 工程所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。它包括 CUP、存儲器、基本輸入 /輸出點和電源等，是 PLC 的主要 部分。它們是完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。 2. 完成硬件的接線工作。 1. 主電路圖如下圖 35 所示為電控系統(tǒng)主電路圖。圖中 SA 為手動 /自動轉(zhuǎn)換開關(guān)， SA 打在 1 的位置為手動控制狀態(tài)；打在 2 的狀態(tài)為 自動控制狀態(tài)。圖中的 ~ 及 ~ 為 PLC 輸出繼電器觸點，它們旁邊 的 8 等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合 PLC 外圍接線圖一起讀圖。這一功能可以同過比較指令來實現(xiàn)。具體的 操作時，將現(xiàn)行運行的變頻泵從變頻器上切除，并接上 工頻電源運行，將變頻器復(fù)位并用于新運行泵的啟動。主程序的功能 最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯控 制信號的綜合以及報警處理都在主程序。在本系統(tǒng)中，只是用比例（ P）和積分（ I）控制，其回路 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還要進一步調(diào)整以達到最優(yōu)控制 效果 [15] 。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 SBR__0 EN MOV_R EN ENO IN OUT MOV_R EN ENO IN OU EN ENO IN OU 網(wǎng)絡(luò) 1 上電初始化 ,調(diào)試初始化子程序 網(wǎng)絡(luò) 2 消防 /生活供水壓力給定值設(shè)置 NOT VD104 網(wǎng)絡(luò) 上電和故障結(jié)束時重新激活變頻信號存儲器 . . . 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論