【文章內容簡介】 關量進行控制 ,也可對模擬量進行控制 ,既可控制1臺生產機械、1條生產線 ,也可控制1個生產過程。PLC 還具有通訊聯(lián)絡功能，與上位計算機構成分布式控制系統(tǒng) ,實現(xiàn)遙控功能?？煽啃愿?抗干擾能力強。大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。針對 PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的 ,故采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施。硬件方面 ,隔離是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出電路一般用光電耦合器來傳遞信號 ,使外部電路與CPU之間無電路聯(lián)系 ,有效地抑制了外部干擾源對PLC的影響,同時,還可以防止外部高電壓竄入CPU模塊濾波是抗干擾的另一主要措施,在PLC的電源電路和 I/O模塊中,設置了多種濾波電路,對高頻干擾信號有良好的抑制作用。軟件方面,設置故障檢測與診斷程序。采用以上抗干擾措施后 ,一般 PLC平均無故障時間高達4萬～5萬h。編程方法簡單,容易掌握。PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言。該語言編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近?？刂葡到y(tǒng)的設計、安裝、調試和維修方便。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等部件,控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大都可以在實驗室模擬調試,調試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產現(xiàn)場,進行聯(lián)機統(tǒng)調。在維修方面,PLC的故障率很低,且有完善的診斷和實現(xiàn)功能,一旦PLC外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障,就可根據(jù)PLC上發(fā)光二極管或編程器上提供的信息 ,迅速查明原因。若是PLC本身問題,則可更換模塊,迅速排除故障,維修極為方便。體積小、質量小、功耗低。由于PLC是將微電子技術應用于工業(yè)控制設備的新型產品,因而結構緊湊、堅固、體積小、質量小、功耗低,而且具有很好的抗震性和適應環(huán)境溫度、濕度變化的能力。因此,PLC很容易裝入機械設備內部,是實現(xiàn)機電一體化較理想的控制設備。 PLC的基本工作原理。 PLC的循環(huán)順序掃描工作流程圖如下圖12所示。開始自診斷有故障？Y停機出錯顯示N與編程器進行信息交換是否有網絡Y與網絡進行信息交換采集現(xiàn)場信號執(zhí)行用戶程序輸出處理超時？Y停機出錯顯示NN圖12 PLC循環(huán)順序掃描工作流程圖PLC采用循環(huán)（巡回）掃描工作方式，而大、中型PLC還增加了中斷工作方式。循環(huán)掃描即可按固定順序，也可按用戶程序所規(guī)定一級順序（高級和低級順序）或可變順序等進行。因為有的用戶程序不需要每掃描一次執(zhí)行一次，也為的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點數(shù)較多時，通過不同的模塊組合的安排，采用分時分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和控制的實時性。用戶將用戶程序設計、調試后，用編程器鍵入PLC的存儲器中，并將現(xiàn)場的輸入信號和被驅動的執(zhí)行元件相應地接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上，然后用PLC的控制開關使其處于運行工作方式，PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進行工作。在輸入信號、用戶程序的控制上，產生相應的輸出信號，完成預期的控制任務。PLC的典型的循環(huán)順序掃描工作過程如圖12所示。從圖12中可以看出，一個典型的可編程序控制器在一個掃描周期中要完成六個掃描過程。在系統(tǒng)軟件的指揮下，按圖12所示的程序流程順序地執(zhí)行，這種工作方式稱為順序掃描方式。從掃描過程中的某個掃描過程開始，順序掃描后又回到該過程成為一個掃描周期。進行一個掃描周期所需的時間稱為一個掃描周期時間。 本設計研究的主要內容本設計研究的主要內容是用PLC控制太陽能熱水器系統(tǒng)，實現(xiàn)太陽能熱水器系統(tǒng)自動控制及手工控制，使其滿足實際各種控制需要，使更多的工作免于人工參與、使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。具體研究工作從以下幾方面展開：確定系統(tǒng)的各種工序，繪制系統(tǒng)的工藝流程圖PLC選型及I/O點分配PLC硬件控制框圖系統(tǒng)主電路及PLC控制電路的設計設計、繪制梯形圖，滿足各個控制要求繪制電氣原理圖、外部接線圖等2 控制系統(tǒng)的硬件設計方案 控制系統(tǒng)的基本功能要求根據(jù)人們對熱水器的使用習慣和人性化設計要求 , 設計的控制系統(tǒng)具有以下功能：自動控制功能。系統(tǒng)在自動工作方式時，能自動控制供水水泵的運行與停止和各電磁閥的開關。定時控制器在斷電時正常計時，故采用其作為PLC的電源控制。在定時控制時間內，由定時器接通PLC的電源，PLC按預先編制的程序依次打開各控制設備電源，并根據(jù)輸入信號的變化隨時調整程序的執(zhí)行。在非系統(tǒng)工作時間里，定時器自動斷開PLC的電源。工作時段為6～18 h?？衫枚〞r控制器和PLC自身具有的定時命令加以解決。除塵功能。利用溫度開關檢測環(huán)境溫度是否適合除塵，溫度開關為4℃。除塵時用一個電磁閥連續(xù)工作2 min。水箱液位控制功能。水箱200L，液位控制在180 L。水箱應具備供熱水、保溫的基本功能。水箱采用加厚聚脂發(fā)泡保溫。報警功能。當出現(xiàn)故障時，故障指示燈閃爍且報警電鈴響起，操作人員可以按下“消音”按鈕以解除鈴響，但故障指示燈仍在閃爍；直到故障消除；故障指示燈才停止閃爍。節(jié)水功能。供水閥供水5 min，停2 min。可實現(xiàn)手動/自動控制切換。恒溫功能。出水溫度可通過恒溫閥控制在30～40℃，當用戶需要熱水時，可通過手動調節(jié)。 控制系統(tǒng)的硬件設計方案根據(jù)控制系統(tǒng)要求，首先確定PLC的控制規(guī)模，估算出所需要的I/O點數(shù) (數(shù)字輸入/輸出量、模擬輸入/輸出量) ,再增加10%～20%的備用量，以便隨時增加控制功能，保證系統(tǒng)投入運行后能夠替換個別故障點或彌補遺漏的點數(shù)。統(tǒng)計出I/O總點數(shù)后即可以確定PLC 的控制規(guī)模，從而確定存儲器(用于存儲用戶程序和數(shù)據(jù))的容量。存儲器容量除了根據(jù)PLC 的控制規(guī)模確定外，也可以按照如下方法計算，再增加25%～30 %的備用量，以便隨時增加用戶程序。一種方法是根據(jù)編程實際使用的節(jié)點數(shù)計算，即編完程序之后，根據(jù)節(jié)點數(shù)計算出實際使用容量。另一種方法是估算法，只有開關量時，所需內存總數(shù)=開關量(輸入/輸出)總數(shù)10；只有模擬量輸入時,所需內存總數(shù)=模擬量路數(shù)120在模擬量輸入、輸出同時存在時，所需內存總數(shù)=模擬量路數(shù)250；同時,應考慮PLC提供的內部繼電器和寄存器的數(shù)量,以便節(jié)省資源。 系統(tǒng)水溫控制原理框圖T3系統(tǒng)控制原理框圖如下圖21所示。熱水箱T1D集熱器F3太陽光F1自來水F2T2 圖21 系統(tǒng)控制原理框圖注釋：T1，熱水箱的溫度傳感器T2，循環(huán)水管中的溫度傳感器T3，集熱器中的溫度傳感器F1，循環(huán)水閥門F2，冷水閥門F3，熱水閥門此款熱水器利用微機控制，主要有以下兩種控制功能：水溫控制、水箱加熱控制。水溫控制為了提供溫度不低于370C的水，具體控制過程如下：首先，關閉冷水閥門F2和循環(huán)水閥門F1，然后微機開始進行水箱的溫度采集，同時進行溫度的比較，當水箱中的溫度小于370C時，電熱器D接通進行加熱，同時微機繼續(xù)對熱水箱的水溫進行采集。當溫度加熱到大于370C時電熱器D斷開，如此反復循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。水箱加熱控制如果沒有日照或者日照很弱時，到了晚上我們是否還能洗上熱水澡呢？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個從系統(tǒng)，這時它就要發(fā)揮作用了。熱水箱溫度為T1，將它和設定值N相比較，從而控制是否打開電加熱器?？刂茣r段為6～18 h，具體過程如下: 若TlN，電加熱接通；否則，電加熱斷開。最終熱水箱的溫度加熱到設定值N。由此可見，即使沒有日照我們照樣可以洗上熱水澡。 PLC的選型因為本系統(tǒng)是對開關量控制的應用系統(tǒng),并對控制速度要求不高,選用核心部件為西門子S7200系列40點可編程控制器（CPU型號為：CPU226）,該編程控制器具有自診斷功能,采用循環(huán)掃描工作方式,這完全能滿足要求。西門子S7200系列可編程控制器輸入輸出控制方式為循環(huán)掃描方式、編程語言為梯形圖語言、40點的可編程控制器具有24點輸入,16點輸出。考慮到該PLC所需的輸入、輸出點數(shù)及類型，選用西門子S7200系列可編程控制器作為該系統(tǒng)的核心，它含有24個輸入點和16個輸出點足夠設計所用。 PLC硬件控制框圖本設計選用西門子S7200系列的40點可編程控制器，實現(xiàn)對太陽能熱水器的控制，完成太陽能熱水器的溫度、液位等控制功能。為提高系統(tǒng)的