【文章內(nèi)容簡介】 梯形的起始和終了，并無實際電流通過，假象的概念電流只能從左向右流。為了充分發(fā)揮 CPU 的邏輯運算功能，設(shè)置了大量的稱為盒的附加命令，如定時器、計算器、格式轉(zhuǎn)換、模擬量 I/O、PID 調(diào)節(jié)或數(shù)學(xué)運算指令等，充分的發(fā)揮了計算機(jī)的強大計算功能，他們與內(nèi)部繼電器一起完成 PLC 的各種復(fù)雜控制功能 【5】 。 PLC 的分類PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同，分類時，一般按以下原則來考慮。 按 I/O 點數(shù)容量分類一般而言，處理 I/O 點數(shù)越多，則控制關(guān)系就 比較復(fù)雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求 PLC 指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程也比較快。按 PLC 的輸入、輸出點數(shù)的多少可將 PLC 分為以下三類。（1）小型機(jī) 小型機(jī) PLC 的功能一般以開關(guān)量控制為主，小型 PLC 輸入、輸出點數(shù)一般在 256 點以下，用戶程序存儲器容量在 4K 左右。現(xiàn)在的高性能小型 PLC 還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的 PLC 的特點是價格低廉，體積小巧，適合于控制單臺設(shè)備和開發(fā)機(jī)電一體化產(chǎn)品。典型的小型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7200 系列、OMRON 公司的 CPM2A系列、MITUBISH 公司的 FX 系列和 AB 公司的 SLC500 系列等整體式 PLC 產(chǎn)品。（2）中型機(jī)中型 PLC 的輸入、輸出總點數(shù)在 256~~2048 點之間，用戶程序存儲器容量達(dá)到 8K 字左右。中型 PLC 不僅具有開關(guān)量和模擬量的控制功能，還具有更強的數(shù)字計算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強大，中型機(jī)比小型機(jī)更豐富，中型機(jī)適用于更復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)場合。典型的中型機(jī)有 SIEMENS 公司的 S7300 系列、OMRON 公司的 C200H 系 10 列、AB 公司的 SLC500 系列等模塊式 PLC 產(chǎn)品。（3）大型機(jī) 大型 PLC 的輸入、輸出總點數(shù)在 2048 點以上，用戶程序儲存器容量達(dá)到16K 以上。大型 PLC 的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機(jī)相當(dāng)，它具有計算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有強大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些 PLC 還具有冗余能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用 CRT 顯示，能夠表示過程的動態(tài)流程，記錄各種曲線，PID 調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構(gòu)成一臺多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的控制器互聯(lián)，和上位機(jī)相聯(lián)，組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機(jī)適用于設(shè)備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。典型的大型 PLC 有 SIEMENS 公司的 S7400、OMRON 公司的 CVM1 和CS1 系列、AB 公司的 SLC5/05 等系列 【6】 。 按結(jié)構(gòu)形式分根據(jù) PLC 結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC 主要可分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)的特點是將 PLC 的基本部件，如 CPU 板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)殼內(nèi)，構(gòu)成一個整體，組成 PLC 的一個基本單元（主機(jī)）或擴(kuò)展單元。基本單元上設(shè)有擴(kuò)展端口，通過擴(kuò)展電纜與擴(kuò)展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構(gòu)成 PLC 不同的配置。整體式結(jié)構(gòu)的 PLC 體積小，成本底，安裝方便。微型和小型 PLC 一般為整體式結(jié)構(gòu)。如西門子的 S7200 系列。（2）模塊式結(jié)構(gòu) 模塊式結(jié)構(gòu)的 PLC 是由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊如 CPU 模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個模塊功能是獨立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。目前大、中型 PLC 都采用這種方式。如西門子的 S7300 和 S7400 系列。整體式 PLC 每一個 I/O 點的平均價格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結(jié)構(gòu)。但是模塊式 PLC 的硬件組態(tài)方便靈活，I/O 點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O 模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式 PLC大的多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式 PLC。 11 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使用 PLC 可以構(gòu)成多種形式的控制結(jié)構(gòu)，下面介紹幾種常用的 PLC 控制系統(tǒng)。 單機(jī)控制系統(tǒng)單機(jī)控制系統(tǒng)是較普通的一種 PLC 控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺 PLC 控制一個對象，控制系統(tǒng)要求的 I/O 點數(shù)和存儲器容量都比較小，沒有 PLC 的通訊問題，采樣條件和執(zhí)行結(jié)構(gòu)都比較集中，控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單明了。如圖 24 所示是一個簡單的單機(jī)控制系統(tǒng)，圖中 PLC 可以選用任何一種類型。在單機(jī)控制系統(tǒng)中由于控制對象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確，I/O 點數(shù)、存儲器容量等參數(shù)的余量適中即可等參數(shù)的余量適中即可。 圖 24 簡單的單機(jī)控制系統(tǒng) 集中控制系統(tǒng)集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強大的 PLC 監(jiān)視、控制多個設(shè)備，形成中央集中式的控制系統(tǒng)。其中，各個設(shè)備之間的聯(lián)絡(luò)，連鎖關(guān)系、運行順序等統(tǒng)一由中央 PLC 來完成，如圖 25 示 【7】 。顯然，集中控制系統(tǒng)比單機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的多。但是當(dāng)其中一個控制對象的控制程序需要改變時，必須停止運行中央 PLC，其他的控制對象也必須停止運行。當(dāng)各個控制對象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠(yuǎn)時，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應(yīng)控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時，必須注意選擇 I/O 點數(shù)和存儲器容量時要留有足夠的余量，以便滿足增加控制對象的要求。P L C控 制 對 象 12 圖 25 集中控制系統(tǒng) 分散控制系統(tǒng)分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖 26 所示，每一個控制對象設(shè)置一臺 PLC，各臺PLC 可以通過信號傳遞進(jìn)行內(nèi)部連鎖、響應(yīng)或發(fā)令等，或者由上位機(jī)通過數(shù)據(jù)通信總線進(jìn)行通訊。分散控制系統(tǒng)常用于多臺機(jī)械生產(chǎn)線的控制，各個生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個控制對象都由自己的 PLC 進(jìn)行控制，當(dāng)其中一個 PLC 停止運行時不需要停止運行其他的 PLC。隨著 PLC 性能的不斷提高，由 PLC 擔(dān)當(dāng)?shù)蛯涌刂迫蝿?wù)，通過網(wǎng)絡(luò)連接，PLC 與過程控制相結(jié)合的分散控制系統(tǒng)將是計算機(jī)控制的重要發(fā)展方向。與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠性大大加強。具有相同 I/O 點數(shù)時，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺或幾臺 PLC，導(dǎo)致價格偏高，但是從維護(hù)、試運轉(zhuǎn)或增設(shè)控制對象等方面來看，其靈活性要大得多，總的成本核算是合理的。上機(jī)位PLC A PLC B PLC C控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C 圖 26 分散控制系統(tǒng)P L C控制對象 A 控制對象 B 控制對象 C 13 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計學(xué)習(xí) PLC 的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對于設(shè)計一個較大的PLC 控制系統(tǒng)時，要全面考慮多種因素，不管所設(shè)計的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設(shè)計步驟來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計。隨著 PLC 功能的不斷完善和提高，PLC 幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。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。其實現(xiàn)在的可編程不僅處理開關(guān)量，而且對模擬量的處理能力也很強。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計算機(jī)（IPC）作為主控器?？刂茖ο笠约翱刂蒲b置確定后，還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運行情況，能用傳感器直接測量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由 PLC 控制來完成。當(dāng)某一個控制任務(wù)決定由 PLC 來完成后。選擇 PLC 就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設(shè)。對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的 I/O 點找出來，包括開關(guān)量 I/O 模擬量 I/O 以及這些 I/O 點的性質(zhì)。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?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流 220V 的接觸器、電磁閥，又有直流 24V 的指示燈，則最后選用的 PLC 的輸出點有可能大于實際點數(shù)。因為 PLC 的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組的輸出只能有一個電源的種類和等級。對于第二個問題，則有以下幾個方面要考慮： 14 （1）功能方面。所有 PLC 一般都具有常規(guī)的功能，但是對于某些特殊要求，就要知道所選用的 PLC 是否有能力完成控制任務(wù)。如對 PLC 與 PLC、PLC與智能儀表以及上位機(jī)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。這就要求用戶對市場上流行的 PLC 品種有一個詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。（2）價格方面。不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、I/O 點數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的價格能相差 40%以上。在使用 PLC 較多的情況下，這樣的差價必須是需要考慮的。（3）個人喜好方面。有些工程技術(shù)人員對某種品牌的熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。 15 分析評估控制任務(wù)PLC 機(jī)選型，I/O 設(shè)備選擇I/O 地址分配程序設(shè)計 電氣系統(tǒng)安裝調(diào)試程序 設(shè)計硬件系統(tǒng)接線圖和控制柜檢查修改程序檢查硬件接線聯(lián)機(jī)調(diào)試交付使用現(xiàn)場安裝調(diào)試編制技術(shù)文件滿足要求滿足要求NNYNY 圖 31 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計步驟輸入/輸出信號在 PLC 接線端子上的地址分配是進(jìn)行 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計來說，I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對控制柜和 PLC的外圍接線來說，只有 I/O 地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動控制部分是否正確。 16 軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開關(guān)和 PLC 輸出端的輸出指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號 I/O 時，可用電位器和萬用表配合進(jìn)行。調(diào)試時。可利用上訴外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場開關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察 PLC 的輸出邏輯是否正確。如果有錯誤則修改后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在 PLC 的主流產(chǎn)品都可以在 PLC 機(jī)上編程，并可以在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試時，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場的 PLC 中。有時 PLC 也許只有這一臺，這時就要把 PLC 安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。調(diào)試時一定要先將主電路斷電，只對控制電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)即可。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(jìn)行改進(jìn)，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。產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開者時將水打到水塔中，水泵休息時借助水塔的水位繼續(xù)供水。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能夠維持供水管路中水壓的基本恒定 【8】 。但是建造水塔需花費財力，水塔還會造成水的二次污染。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問題。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)動速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需作出相反的調(diào)節(jié)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)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。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設(shè)備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。建造水塔需要花費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么可不可以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題。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)。這就是恒壓供水的基本思路，這在電動機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可以想象的，但是在今天辦到這一切已經(jīng)邊的很容易了。 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。配單臺電機(jī)和水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開一臺大電機(jī)肯定是浪費，電機(jī)選小了用水量大時供水不足。而且水泵和電機(jī)都有維修的時候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。這也 17 有兩種配置方式，一是為每臺水泵電機(jī)配一臺變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費用較高。另一種方案是數(shù)臺電機(jī)陪一臺變頻器，變頻器與電機(jī)見可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余水泵共頻運行，以滿足不同用水兩的需求。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖 32 所示，圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在泵站的出水口。當(dāng)用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器【9】 。水箱Ｐ Ｍ Ｐ Ｓ Ｍ Ａ Ｃ Ｅ Ｕ Ｒ 調(diào)節(jié)器　變頻器電動機(jī)水泵壓力傳感器用戶圖 32 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