【文章內(nèi)容簡介】 儀表耐震真空度表YN60()6無錫市特種壓力表有限公司 耐震壓力表YN608 無錫市特種壓力表有限公司閥門電動球閥DFH25/7 DN2019淄博德貝爾礦山設(shè)備有限公司手動球閥Q11FP16C，DN2015天津塘沽閥門廠電動閘閥Z941H40C DN3006常州貝斯特異徑外接頭DN50*201廣州市昌寧機電設(shè)備有限公司軟件人機界面軟件　1PLC控制軟件　1上位機組態(tài)軟件WINCC1西門子上位機組態(tài)應(yīng)用軟件　1廣州市昌寧機電設(shè)備有限公司監(jiān)控中心光口工業(yè)換機KIEN20001　東土科技工控機IPC610H1　研華科技不銹鋼水箱400*600*6002廣州市昌寧機電設(shè)備有限公司真空泵SZB42博山超亞 第五章 PLC泵房自動化控制系統(tǒng)設(shè)計 PLC 程序設(shè)計 PLC 程序設(shè)計采用STEP 7 軟件編制。STEP 7軟件是用于西門子S7300/400 型PLC創(chuàng)建可編程邏輯程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表進(jìn)行程序編制。S7 系列PLC包括一個供電單元、一個CPU，以及輸入和輸出模塊(I/O 模塊)。PLC 應(yīng)用STEP 7軟件編制的S7 程序監(jiān)視控制整個系統(tǒng)，并通過地址尋址尋找I/O 模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。 PLC 程序設(shè)計PLC 程序設(shè)計采用STEP 7 軟件編制。STEP 7軟件是用于西門子S7300/400 型PLC 創(chuàng)建可編程邏輯程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件，可使用梯形邏輯圖、功能塊圖和語句表進(jìn)行程序編制。S7 系列PLC包括一個供電單元、一個CPU，以及輸入和輸出模塊(I/O 模塊)。PLC 應(yīng)用STEP 7軟件編制的S7 程序監(jiān)視控制整個系統(tǒng)，并通過地址尋址尋找I/O 模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。 PLC 編制程序時首先作硬件組態(tài)。其主要任務(wù)就是在STEP 7 中生成一個與實際硬件系統(tǒng)完全相同的系統(tǒng),生成網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)中各個站的機架和模塊,以及設(shè)置各硬件組成部分的參數(shù),即給參數(shù)賦值。硬件組態(tài)確定了輸入/輸出變量的地址,為編制順序控制程序打下了基礎(chǔ)。然后根據(jù)手動、半自動、自動控制的方式選擇，進(jìn)入相應(yīng)的程序流程。整個程序主要包括運行前水位和供電狀態(tài)檢測、正常啟停泵組、運行中參數(shù)檢測和故障報警、故障停泵等模塊，程序流程如圖51 所示。STEP 7軟件通過建立在線連接下載程序到PLC以對編制好的程序進(jìn)行調(diào)試，可實現(xiàn)程序的運行狀態(tài)監(jiān)視、強制性數(shù)據(jù)變更和輸入輸出信號的強制開/關(guān)等。 圖51 控制程序流程圖 基于PLC的井下自動排水系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)采用現(xiàn)場層(遠(yuǎn)程IO),控制層(PLC)和管理層(工業(yè)計算機)組成的三級控制系統(tǒng)來實現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動控制。工業(yè)計算機利用友好人機界面實現(xiàn)人機對話和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，PLC作為控制器完成邏輯處理和控制任務(wù)，遠(yuǎn)程IO實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和上傳?？刂葡到y(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖所示。52 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)由PLC（可編程邏輯控制器）、觸摸屏、檢測部分（模擬量和開關(guān)量采集）和執(zhí)行部分等組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖42所示。53 排水控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 PLC的主要特點PLC（ Programmable Logic Controller） ，即可編程邏輯控制器，定義是：一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 1. PLC的特點 1)靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是根據(jù)設(shè)計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進(jìn)行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力、物力、和時間。而PLC是通過在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同控制的控制要求。因此，PLC具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)形式多樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。2)可靠性高、抗干擾能力強可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標(biāo)。因此，要求在各種惡劣工作環(huán)境和條件(如電磁干擾、灰塵等)下可靠工作，將故障率降至最低。PLC具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的計算機”。3)編程簡單、使用方便 PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。目前，PLC大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和應(yīng)用實際，電氣技術(shù)人員易于編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機電控制設(shè)備來說，PLC的控制速度還是足夠快的。此外，PLC的I/O接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。如繼電器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強的驅(qū)動能力。 4)接線簡單 PLC只需將輸入設(shè)備(如按鈕、開關(guān)等)與輸入端子聯(lián)接，將輸出設(shè)備(如接觸器、電磁閥等)與輸出端子聯(lián)接。接線極其簡單、工作量極少。 5)功能強 PLC不僅具有條件控制、定時、計數(shù)、步進(jìn)等控制功能，而且還能完成A/D. D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。因此，PLC既可對開關(guān)量進(jìn)行控制，又可對模擬量進(jìn)行控制?？煽刂埔慌_單機、一條生產(chǎn)線，也可控制一個機群、多條生產(chǎn)線?？捎糜诂F(xiàn)場控制，也可用于遠(yuǎn)距離控制?？煽刂坪唵蜗到y(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)。 6)體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化 PLC具有體積小、重量輕、功耗低等特點。由于PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設(shè)備內(nèi)部。因此，PLC在機電一體化產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。 2. PLC的主要功能 PLC是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化(FA)和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)內(nèi)占重要地位。今天的PLC功能，遠(yuǎn)不僅是替代傳統(tǒng)的繼電器邏輯。 PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成 .多種控制功能 .數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功 .通信聯(lián)網(wǎng)功能 .輸入/輸出接口調(diào)理功能 .人機界面功能 .編程、調(diào)試功能1)控制功能邏輯控制:PLC具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能，可以代替繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。定時控制:它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設(shè)定:接通延時、關(guān)斷延時和定時脈沖等方式。計數(shù)控制:用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進(jìn)行位置檢測。順序控制:在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一道工序，使一臺PLC可作為多部步進(jìn)控制器使用。 2)數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能 數(shù)學(xué)運算功能包括: .基本算術(shù):加、減、乘、除。 .擴展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點運算。 .比較:大于、小于和等于。 數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出。 模擬數(shù)據(jù)處理:PID、積分和濾波。3)輸入/輸出接口調(diào)理功能具有A/D. D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。4)通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場機。5)人機界面功能提供操作者以監(jiān)視機器/過程工作必需的信息；允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。實現(xiàn)人機界面功能的手段:從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的CRT顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。6)編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。 PLC的基本工作原理PLC運行時，內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，大致可分為四大類：以故障診斷、通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入和輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作（如果外部設(shè)備有中斷請求）。其過程示意圖如圖43所示。與其它計算機系統(tǒng)一樣，PLC的CPU是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進(jìn)行。這種分時操作進(jìn)程稱為CPU對程序的掃描。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲器中按序號順序排列。CPU從第一條指令開始，順序逐條地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述的掃描循環(huán)的。PLC接通電源后，在進(jìn)行循環(huán)掃描之前，PLC首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。PLC進(jìn)行清零或復(fù)位處理，消除各元件狀態(tài)的隨機性；檢查I/O單元連接是否正確；啟動監(jiān)控定時器T0，執(zhí)行一段涉及到各種指令和內(nèi)存單元的程序，如果所用的時間不超過T0，則可證實自身完好，否則系統(tǒng)關(guān)閉。此后，將監(jiān)控定時器T0復(fù)位，允許掃描用戶程序。PLC的基本工作過程為： 圖 PLC工作原理示意圖1公共操作公共操作是在每次掃描程序前進(jìn)行自檢，若發(fā)現(xiàn)故障，除了故障燈外，還可判斷故障性質(zhì)：一般性故障，只報警不停機，等待處理；嚴(yán)重故障，則停止運行用戶程序，此時PLC切斷一切輸出聯(lián)系。數(shù)據(jù)I/O操作數(shù)據(jù)I/O操作也稱為I/O狀態(tài)刷新。它包括兩種操作：一個是采樣輸入信號，即刷新輸入狀態(tài)表的內(nèi)容；二是送出處理結(jié)果，即用輸出狀態(tài)表的內(nèi)容刷新輸出電路。在PLC的存儲器中，有一個專門存放I/O的數(shù)據(jù)區(qū)，其中對應(yīng)于輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，我們稱之為輸入映像存儲器。當(dāng)CPU采樣時輸入信號由緩沖區(qū)進(jìn)入映像區(qū)，這就是數(shù)據(jù)輸入狀態(tài)刷新；同樣道理，CPU不能直接驅(qū)動負(fù)載。當(dāng)前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲器區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過鎖存器輸出到端子上。這步操作稱為輸出狀態(tài)刷新。執(zhí)行用戶程序操作在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時器T1，即執(zhí)行程序并開始