【文章內(nèi)容簡介】 干擾，電源波動，機械振動，溫度和濕度的變化，都可能導(dǎo)致一般通用微機不能正常工作；傳統(tǒng)的繼電器 — 接觸器控制系統(tǒng)抗干擾能力強，但由于存在大量的機械觸點（易磨損、燒蝕）而壽命短，系統(tǒng)可靠性差。 PLC 采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和繁雜連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高，從實際使用情 況來看， PLC 控制系統(tǒng)的平均無故障時間一般可達 4～ 5 萬小時。PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，能適應(yīng)有各種強烈干擾的工業(yè)現(xiàn)場，并具有故障自診斷能力。如一般 PLC 能抗 1000V、 1ms 脈沖的干擾，其工作環(huán)境溫度為 0～ 60℃ ，無需強迫風(fēng)冷。 、維護方便 —— PLC 的接口按工業(yè)控制的要求設(shè)計，有較強的帶負載能力（輸入輸出可直接與交流 220V，直流 24V 等強電相連），接口電路一般亦為模塊式，便于維修更換。有的 PLC 甚至可以帶電插拔輸入輸出模塊，可不脫機停電而直接更換故障模塊，大大縮短了故障修復(fù)時 間。 、功耗小、性價比高 —— 以小型 PLC（ TSX21）為例，它具有 128 個 I/O接口，可相當于 400～ 800 個繼電器組成的系統(tǒng)的控制功能，其尺寸僅為216127110mm3 ，重 ，不帶接口的空載功耗為 ，其成本僅相當于同功能繼 電器系統(tǒng)的 10～ 20％。 PLC 的輸入輸出系統(tǒng)能夠直觀地反應(yīng)現(xiàn)場信號的變化狀態(tài)，還能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I/O 點狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對此均有醒目的指示，非常有利于運行和維護人員對系統(tǒng)進行監(jiān)視。 程簡單、容易掌握 —— PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計者充分考慮了現(xiàn)場工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣。大多數(shù) PLC 的編程均提供了常用的梯形圖方式和面向工業(yè)控制的簡單指令方式。編程語言形象直觀，指令少、語法簡便，不需要專門的計算機知識和語言，具有一定的電工和工藝知識的人員都可在短時間內(nèi)掌握。利用專用的編程器，可方便地查看、編輯、修改用戶程序。 、施工、調(diào)試周期短 —— 用繼電器 — 接觸器控制完成一項控制工程，必須首先按工藝要求畫出電氣原理圖，然后畫出繼電器屏（柜）的布置和接線圖等，進行安裝調(diào)試，以后修改起來十 分不便。而采用 PLC 控制，由于其靠軟件實現(xiàn)控制，硬件線路非常簡潔，并為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量（輸入輸出點數(shù)、內(nèi)存大?。┑冗x用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進行，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進行。由于用軟件編程取代了硬接線實現(xiàn)控制功能，大大減輕了繁重的安裝接線工作，縮短了施工周期。 PLC 是通過程序完成控制任務(wù)的，采用了方便用戶的工業(yè)編程語言，且都具有強制和仿真的功能，故程序的設(shè)計、修改和調(diào)試都很方便，這樣可大大縮短設(shè)計和投運周期 。 第 2 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 硬件設(shè)計 水塔水位控制系統(tǒng)設(shè)計要求 水塔水位控制裝置如圖 21 所示 ： 水 池水 塔水 泵電 磁 閥水 流水 池 上 限 液 位 開 關(guān) S 2水 池 下 限 液 位 開 關(guān) S 1水 塔 上 限 液 位 開 關(guān) S 4水 塔 下 限 液 位 開 關(guān) S 3 圖 21 水塔水位控制裝置 圖 水塔水位的工作方式 1）保持水池的水位在 S3—— S4 之間，當水池水位低于下限液位開關(guān) S3，此時 S3為 ON，電磁閥打開，開始往水池里注水，當 5S 以后，若水池水位沒有超過水池下限液位開關(guān) S3 時，則系統(tǒng)發(fā)出警報；若系統(tǒng)正常運行，此時水池下限液位開關(guān) S3 為 OFF，表示水位高于下限水位。當頁面高于上限水位 S4 時，則 S4 為 ON，電磁閥關(guān)閉。 2）保持水塔的水位在 S1—— S2 之間，當水塔水位低于水塔下限水位開關(guān) S2 時，則水塔下限液位開關(guān) S2 為 ON，則驅(qū)動電機 M 開始工作，向水塔供水。當 S2 為 OFF 時， 表示水塔水位高于水塔下限水位。當水塔液面高于水塔上限水位開關(guān) S1 時，則 S1 為 ON，電機 M 停止抽水。 當水塔水位低于下限水位時，同時水池水位也低于下限水位時，電機 M 不能啟動。 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 水塔水位控制系統(tǒng)主電路如圖 22 所示： M3 ~L 1 L 2 L 3S QF UK MF R 圖 22 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 圖 I/O 接口分配 列出水塔水位控制系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出接口分配表 。 水塔水位系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出接口分配表 輸入 繼電器 輸入變量名 輸出 繼電器 輸出變量名 X0 控制開關(guān) Y0 電磁閥 X1 水塔上限液位開關(guān) Y1 電機 M X2 水塔下限液位開關(guān) Y2 水池下限指示燈 a1 X3 水池下限液位開關(guān) Y3 水池上限指示燈 a2 X4 水池上限液位開關(guān) Y4 水塔下限指示燈 a3 Y5 水塔上限指 示燈 a4 Y6 報警指示燈 a5 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備 這是一個單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有 5 個開關(guān)量，開關(guān)量輸出觸點數(shù)有 8 個，輸入、輸出觸點數(shù)共有 13 個，只需選用一般中小型控制器即可 。據(jù)此，可以對輸入、輸出點作出地址分配 。 第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 軟件設(shè)計 程序流程圖 水塔水位控制系統(tǒng)的 PLC 控制流程圖，根據(jù)設(shè)計要求，控制流程圖，如圖 31 所示： 開 始 水 池 水 位 低 于 下限 嗎 ？電 磁 閥 打 開4 S 后 水 池 水 位 高于 下 限 嗎 ？報 警水 池 繼 續(xù) 進 水水 塔 水 位 低 于下 限 嗎 ？水 池 水 位 高 于 上 限電 磁 閥 關(guān) 閉水 泵 起 動 ， 給 水 塔 供 水水 塔 水 位 高 于 下 限水 塔 水 位 高 于 上 限水 泵 停 止水 池 水 位 低 于 下 限結(jié) 束否是否是是否 圖 31 水塔水位控制系統(tǒng) 的 PLC 控制流程圖 這種分時操作的過程稱為 CPU 對程序的掃描。掃描從 0000 號存儲地址所存放的第 一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按存儲地址號遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個掃描周期，然后再從頭開始掃描，并周而復(fù)始。 根據(jù)控制要求，設(shè)計的梯形圖程序如圖 32 所示。 梯形圖程序設(shè)計及工作過程分析 梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖 非常相似，但又加入了許多功能強而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡單的控制功能的編程，絕大多數(shù) PLC 用戶都首選使用梯形圖編程。 梯形圖編程的一般規(guī)則有： （ 1） 梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個邏輯行起始于左母線然后是觸點的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號地址必須在所使用 PLC 的有效范圍內(nèi)。 （ 2） 梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中 各支路也沒有真實的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認為它只能由左向右單方向流 。層次的改變也只能自上而下。 （ 3） 梯形圖中的繼電器實質(zhì)上是變量存儲器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“ 1態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動合觸點閉合，動斷觸點打開，反之為“ O 態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時器、計數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運算的結(jié)果。 （ 4） 梯形圖 中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點，而左邊必須有觸點。 （ 5） 繼電器線圈在一個程序中不能重復(fù)使用 :而繼電器的觸點，編程中可以重復(fù)使用，且使用次數(shù)不受限制。 （ 6） PLC 在解算用戶邏輯時，是按照梯形圖由上而下、 從左到右的先后順序逐步進行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時動作，這在設(shè)計梯形圖時，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計大大簡化。所以，由梯形圖編寫指令程序時，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個符號對應(yīng)于一條 指令，一條指令為一個步序。當 PLC 運行時，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時去執(zhí)行多個操作的，它只能按分時操作原理每一時刻執(zhí)行一個操作。 工作過程 設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4 個液位指示燈全 滅 。當執(zhí)行程序時，掃描到水池為液位 低于水池下限液位時， 水 閥打開，開始往水池 里進水 ； 如果進水超過 4 秒，而水池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警 ，水池報警燈A2亮 。若 4 秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈 A1 亮 ，此時，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測到此信號時，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水 ； 如果進水超過 4 秒 ， 而水 塔 液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自動報警 ，水塔報警燈A5亮 。 當水池的液位超過水池上限液位時，水池上限指示燈 A3亮 ， 水 閥 就關(guān)閉 。 但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈 A4亮 ，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈 A6 亮。 但剛剛給水塔供水的時候，水泵已經(jīng)把水池的水抽走了，此時水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈 A3滅 。此次給水塔供水完成。 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖，如圖 32 所示： 圖 311 水塔水位上限指示程序梯形圖 第 4 章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計 組態(tài)軟件概述 是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟 件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具 。 “ 組態(tài) ” 的概念是伴隨著集散型控制系（簡稱 DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化 技術(shù) 人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中， PC（包括工控機）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢日趨明顯。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在： PC 技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由 PC 構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的擁有成本 ； PC 的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強；基于 PC 的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在 PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的 HMI（人機接口軟件， HumanMachineInterface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI 的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫 HMI 應(yīng)用，