【文章內(nèi)容簡介】 PLC 的程序邏輯來完成的。為了保護(hù) PLC 設(shè)備， PLC 輸出端口并不是直接和交流接觸器連接，而是通過中間繼電器去控制電機(jī)或者閥門的動(dòng)作。在 PLC 輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，其目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù)系統(tǒng)，延長系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 控制電路之中存在電路之間互鎖的問題，由于控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)分組的組內(nèi)自動(dòng)循環(huán)，所以電 路的自鎖包括組內(nèi)互鎖和組間互鎖。組內(nèi)互鎖是指同一組中電動(dòng)機(jī)的互鎖，組間互鎖是指不同機(jī)組之間電動(dòng)機(jī)的互鎖。在實(shí)現(xiàn)組內(nèi)互鎖的時(shí)候，嚴(yán)禁出現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)接在工頻電源和變頻電源的情況，同時(shí)要求變頻器始終只與一臺(tái)電動(dòng)機(jī)相連，而且當(dāng)大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，小容量電動(dòng)機(jī)要么是工頻工作運(yùn)行，要么是停止工作。所以在大容量電動(dòng)機(jī)變頻工作的時(shí)候，要自動(dòng)切斷小容量電動(dòng)機(jī)的變頻控制電路?？刂齐娐返慕M間互鎖是通過輸入按鈕，控制 PLC 的輸入端口來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)選擇一組機(jī)組運(yùn)行時(shí)，按下另一組起動(dòng)按鈕則為無效操作。 控制電路中還必須考慮系 統(tǒng)電機(jī)和閥門的當(dāng)前工作狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)，為了節(jié)省PLC 的輸出端口，在電路中可以采用 PLC 輸出端子的中間繼電器的相應(yīng)常開觸點(diǎn)的斷開和閉合來控制相應(yīng)電機(jī)和閥門的指示燈的亮和熄滅，指示當(dāng)前系統(tǒng)電機(jī)和閥門的工作狀態(tài)。 PLC 配置 1． S7200 型 PLC 的特點(diǎn) [15] 由于恒壓供水自動(dòng)控制系統(tǒng)控制設(shè)備相對較少，因此 PLC 選用德國 SIEMENS 公司的 S7200 型。 S7200 型 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，具有較高的性能 /價(jià)格比，廣泛適用于一些小型控制系統(tǒng) [4]。 SIEMENS 公司的 PLC 具有可靠性高 ，可擴(kuò)展性好，又有較豐富的通信指令，且通信協(xié)議簡單等優(yōu)點(diǎn)； PLC 可以上接工控計(jì)算機(jī)，對自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測控制。 PLC 和上位機(jī)的通信采用 PC/PPI 電纜，支持點(diǎn)對點(diǎn)接口（ PPI）協(xié)議， PC/PPI電纜可以方便實(shí)現(xiàn) PLC 的通信接口 RS485 到 PC 機(jī)的通信接口 RS232 的轉(zhuǎn)換，通信傳輸速率為 或 。用戶程序有三級(jí)口令保護(hù)，可以對程序?qū)嵤┌踩Ｗo(hù) [37]。 2． PLC 的開關(guān)量輸入、輸出點(diǎn) PLC 的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的確定根據(jù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和所需控制的現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量加以確定。變頻調(diào)速恒壓供 水自動(dòng)控制系統(tǒng)采用分組運(yùn)行的方式，把 1水泵電機(jī)（ 160KW）和 2水泵電機(jī)（ 220KW）分為機(jī)組Ⅰ， 3水泵電機(jī)（ 160KW）和 4水泵電機(jī)（ 220KW）分為機(jī)組Ⅱ。兩組采用循環(huán)使用的方式運(yùn)行，自動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)運(yùn)行時(shí)間的長短來調(diào)整選擇不同的機(jī)組運(yùn)行。要求控制的現(xiàn)場設(shè)備有四臺(tái)電機(jī)接觸器的動(dòng)作，四個(gè)閥門正反轉(zhuǎn)，變頻器的控制端子，熱繼電器輸入及報(bào)警等。 PLC 輸入輸出端口地址的分配如下表 31 所示。 （ 1）輸入端口 自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC 的輸入端口包括機(jī)組Ⅰ啟動(dòng)按鈕，閥門關(guān)閉按鈕，電機(jī)停止按鈕， 13 以及機(jī)組Ⅱ啟動(dòng)按鈕 ，閥門關(guān)閉按鈕，電機(jī)停止按鈕。另外 PLC 輸入端口還包括電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，輸入形式是熱繼電器的常開觸點(diǎn)。 （ 2） 輸出端口 PLC 的輸出端口包括機(jī)組Ⅰ內(nèi)控制 1電機(jī)兩個(gè)交流接觸器的動(dòng)作，分別對應(yīng)變頻 /工頻兩個(gè)工作狀態(tài)， 1水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)， 2電機(jī)變頻運(yùn)行的交流接觸器動(dòng)作， 2水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)。機(jī)組Ⅱ內(nèi)控制 3電機(jī)變頻 /工頻運(yùn)行的兩個(gè)交流接觸器 ,3水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)， 4電機(jī)變頻運(yùn)行的交流接觸器動(dòng)作， 4水泵相應(yīng)閥門的正反轉(zhuǎn)。 PLC與這些交流接觸器的連接是通過中間繼電器來實(shí)現(xiàn)的，可以實(shí)現(xiàn)控 制系統(tǒng)中的強(qiáng)電和弱電之間的隔離，保護(hù) PLC 設(shè)備，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性。 對于變頻器，不僅需要一個(gè)中間繼電器來控制變頻器的 FWD 和 CM 的通斷，來實(shí)現(xiàn)變頻器的運(yùn)行和停止；而且需要一個(gè)中間繼電器來控制變頻器的 BX 和 CM 的通斷，斷開變頻器輸出，實(shí)現(xiàn)變頻 /工頻的切換。 此外，對于電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)繼電器輸入，報(bào)警指示輸出既需要四個(gè)端口顯示哪一臺(tái)電機(jī)故障，也需要一個(gè)輸出端子進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警輸出。 表 3－ 1 可編程控制器輸入、輸出端口（ I/0）地址分配表 名稱 端口地址 I/O 中間繼電器 備 注 XSM1234 SB1 關(guān)機(jī) XCV1234 SB2 關(guān)閥 X12 SB3 選擇（ 1和 2）水泵電機(jī)運(yùn)行 X34 SB4 選擇（ 3和 4）水泵電機(jī)運(yùn)行 XBJ1 BJ1 1電機(jī)報(bào)警開關(guān) XBJ2 BJ2 2電機(jī)報(bào)警開關(guān) XBJ3 BJ3 3電機(jī)報(bào)警開關(guān) XBJ4 BJ4 4電機(jī)報(bào)警開關(guān) YFWD FWD 變頻器的 FWD— CM 端子 YBX BX 變頻器的 BX— CM 端子 YVF11 YVF1 1變頻運(yùn)行 YWF11 YWF1 1工頻運(yùn)行 YWF12 YWF2 2工頻運(yùn)行 YKF11 YKF1 1開閥 YGF11 YGF1 1關(guān)閥 YKF12 YKF2 2開閥 YGF12 YGF2 2關(guān)閥 YBJ1 YBJ1 1報(bào)警 YBJ2 YBJ2 2報(bào)警 YBJ3 YBJ3 3報(bào)警 YBJ4 YBJ4 4報(bào)警 14 YFM YFM 峰鳴報(bào)警器 YVF21 YVF3 3變頻運(yùn)行 YWF21 YWF3 3工頻運(yùn)行 YWF22 YWF4 4工頻運(yùn)行 YKF21 YKF3 3開閥 YGF21 YGF3 3關(guān)閥 YKF22 YKF4 4開閥 YGF22 YGF4 4關(guān)閥 3． PLC 的模擬量輸入、輸出點(diǎn) 自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC 的模擬輸入端口包括壓力傳感器檢測的水位信號(hào)，水位信號(hào)是以標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) 4～ 20mA 進(jìn)行傳輸?shù)模蛔冾l器反饋的電機(jī)頻率信號(hào)，電機(jī)頻率信號(hào)是 0～10V的 電壓信號(hào)。 4． PLC 的選型 根據(jù)控制系統(tǒng)實(shí)際所需端子數(shù)目，考慮 PLC 端子數(shù)目要有一定的預(yù)留量，為以后新設(shè)備的介入或設(shè)備調(diào)整留有余地，因此選用的 S7200 型 PLC 的主模塊為 CPU266，其開關(guān)量輸出（ DQ）為 16 點(diǎn)，輸出形式為 AC220V繼電器輸出；開關(guān)量輸入 CPU266 為 24點(diǎn)，輸入形式為＋ 24V直流輸入。由于實(shí)際的開關(guān)量輸出有 22 點(diǎn)，所以需要擴(kuò)展，擴(kuò)展模塊選擇的是兩個(gè) EM222 型模塊，該模塊有 8 個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn)，輸出形式為 AC220V繼電器輸出。 此外，為了方便的將水位信號(hào)、電機(jī)頻率信號(hào)和同相比較信號(hào)傳 輸給 PLC,經(jīng)比較計(jì)算后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制信號(hào)，選擇了 EM235 模擬量擴(kuò)展模塊。該模塊有 4 個(gè)模擬輸入（ AIW）， 1 個(gè)模擬輸出（ AQW）信號(hào)通道。輸入輸出信號(hào)接入端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 A/D的轉(zhuǎn)換，標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成一個(gè)字長（ 16bit）的數(shù)字信號(hào)；輸出信號(hào)接出端口時(shí)能夠自動(dòng)完成 D/A 的轉(zhuǎn)換，一個(gè)字長（ 16bit）的數(shù)字信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。 EM235模塊可以針對不同的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)，通過 DIP 開關(guān)進(jìn)行設(shè)置。 系統(tǒng)中 PLC 的選型包括一個(gè) CPU266 主模塊，兩個(gè) EM222 擴(kuò)展模塊，一個(gè) EM235模擬量擴(kuò)展模塊 。如此 PLC 總共有 24 個(gè)數(shù)字信號(hào)輸入， 32 個(gè)數(shù)字信號(hào)輸出 ,以及 4 個(gè)模擬輸入信號(hào)， 1 個(gè)模擬輸出信號(hào)。輸入和輸出均有余量，可以滿足日后系統(tǒng)擴(kuò)充的要求。 第四章 PLC 的設(shè)計(jì) PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP7 MOCRO/WIN32 編程軟件開發(fā) ,該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言、功能塊圖 (FWD)語言 [38]。語句表 (STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適合于來 自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建 用戶程序，屬于面 向機(jī)器硬件的語言。梯形圖 (LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣 控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看 作是 PLC 的高級(jí)語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容 易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端， 輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的 連接方式基本相同。 15 PLC 控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序 構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過 PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在 RUN 模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。 編程軟件的簡介和梯形圖的基本繪制規(guī)則 PLC 控制程序采用 SIEMENS 公司提供的 STEP7 MOCRO/WIN32 編程軟件開發(fā) ,基于 WINDOWS 的應(yīng)用軟件，該軟件的 SIMATIC 指令集包含三種語言，即語句表 (STL)語言、梯形圖 (LAD)語言、功能塊圖 (FWD)語言。語句表 (STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，特別適合于來自計(jì) 算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建 用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言。梯形圖 (LAD)語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣 控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比 ，梯形圖可以看作是 PLC 的高級(jí)語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯 ，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程 工具。功能塊圖 (FWD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸 入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連 接方式與電路的連 接方式基本相同。 梯形圖的基本繪制規(guī)則： （ 1）．編程順序 梯形圖按照從上到下，從左到右的順序控制。每個(gè)邏輯行開始于左母線，一般來說，觸點(diǎn)要放在左側(cè)，線圈和指令盒放在右側(cè)，線圈和指令盒右側(cè)不能有觸點(diǎn)，整個(gè)梯形圖形成階梯形結(jié)構(gòu)。 （ 2）．編號(hào)分配 對于外接電路的各元件分配編號(hào)，編號(hào)的分配必須是主機(jī)或者擴(kuò)展模塊本身實(shí)際提供的，而且可以用來編程，兩個(gè)設(shè)備不能共用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)。 （ 3）．觸點(diǎn)的使用次數(shù)和線圈的使用次數(shù) 在 PLC 的梯形圖中，觸點(diǎn)的使用次數(shù)可能用無數(shù)次，而線圈的使用次數(shù)只能是一次，否則，容易引 發(fā)系統(tǒng)出現(xiàn)意外的事故。 （ 4）．線圈的連接 使用一個(gè)條件驅(qū)動(dòng)多個(gè)線圈時(shí)，不能串聯(lián)，只能并聯(lián)。 控制系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 在硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用一臺(tái)變頻器連接 4 臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其中 3水泵電機(jī)是小機(jī)，具有變頻 /工頻兩種工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)都通過兩個(gè)接觸器與工頻電源和變頻器輸出電源相聯(lián)； 4水泵電機(jī)是大機(jī)，只有變頻工作狀態(tài)，每臺(tái)電機(jī)只通過一個(gè)接觸器與變頻輸出電源連接。變頻器輸入電源前面接入一個(gè)自動(dòng)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)、變頻器的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)大機(jī)的額定電流來確定。對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的 1和 3電動(dòng)機(jī)，還需要在工頻電源下面接入兩個(gè)同樣的自動(dòng)空氣開關(guān)，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流過載保護(hù)接通，空氣開關(guān)的容量依據(jù)小機(jī)的額定電流來確定。所有接觸器的選擇都要依據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量適當(dāng)選擇。 變頻器主電路電源輸入端子（Ｒ、Ｓ、Ｔ）經(jīng)過空氣開關(guān)與三相電源連接，變頻器主電路輸出端子（Ｕ、Ｖ、Ｗ）經(jīng)接觸器接至三相電動(dòng)機(jī)上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向預(yù)設(shè)定不一致時(shí)，需要調(diào)換輸出端子（Ｕ、Ｖ、Ｗ）的任意兩相。特別是對于有變頻 /工頻兩種狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)，一定要保證在工頻電源拖動(dòng)和變頻輸出電源拖動(dòng)兩種情況下電機(jī)旋向的一致性，否 16 則在變頻 ／工頻的切換過程中會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)換電流，致使轉(zhuǎn)換無法成功。在變頻器起動(dòng)、運(yùn)行和停止操作中，必須用觸摸面板的運(yùn)行和停止鍵或者是外控端子 FWD(REV)來操作，不得以主電路的通斷來進(jìn)行。 水泵閥門主電路用兩個(gè)交流接觸器來控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閥門的開啟和關(guān)閉。 PLC 主程序主要由系統(tǒng)初始化程序、水泵電機(jī)起動(dòng)程序、小功率水泵電機(jī)變頻 /工頻切換程序、水泵電機(jī)換機(jī)程序、閥門開啟關(guān)閉程序、模擬量（壓力、水位、頻率）比較計(jì)算程序、停機(jī)程序和報(bào)警程序等構(gòu)成。 在系統(tǒng)開始 工作的時(shí)候，先要對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即在開始啟動(dòng)的時(shí)候，先對系統(tǒng)的各個(gè)部分的當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行檢測，如出錯(cuò)則報(bào)警，接著對模擬量（管網(wǎng)壓力、電機(jī)頻率）數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)表進(jìn)行初始化處理，賦予一定的初值。系統(tǒng)進(jìn)行初始化是在主程序中通過調(diào)用子程序來是實(shí)現(xiàn)的。 由于自動(dòng)控制系統(tǒng)采用分組方式運(yùn)行，但選擇不同機(jī)組運(yùn)行時(shí)， PLC 程序自動(dòng)完成相應(yīng)的電機(jī)起動(dòng)。水泵電機(jī)起動(dòng)前先要保證變頻器三相電源輸入端得電， PLC 發(fā)出指令，使連接變頻器三相電源輸出端與電機(jī)的接觸器閉合，延時(shí)幾秒后自動(dòng)接通變頻器的外控端子 FWDCM 之間的常開觸點(diǎn)，同時(shí)要保證 BXCM 之間斷開。 /工頻切換程序 小功率水泵電機(jī)變頻起動(dòng)后，當(dāng)變頻器輸出頻率達(dá)到 50Hz 時(shí)，先由鑒頻鑒相控制器檢測工頻電源和變頻輸出電源相位是否一致，若相位一致， PLC 的擴(kuò)展模塊接受控制器 4 端子的 0V電壓信號(hào)，經(jīng)由 PLC 比較計(jì)算， PLC 執(zhí)行一系列動(dòng)作 ,使 BXCM之間接通