【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器簡(jiǎn)稱 PLC。 為了使 PLC生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)際電工委 (IEC)先后頒布了 PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，第二稿，并在 1987 年 2 月通過(guò)對(duì)它的定義 ： “可編程控 制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 [1]，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 ” 總之，可編程控制器是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對(duì)某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其 硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 可編程序控制器 （ PLC） 的特點(diǎn) 為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較， PLC 機(jī)有以下特點(diǎn)： a) 可靠性 對(duì)可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。 1) PLC 不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。 第一章 緒論 3 2) PLC 采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了 MTTR，使可靠性提 高 。 3) PLC 有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便 ，維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。 4) PLC 是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，編程錯(cuò)誤率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。 5) 在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件 。采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造 。對(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等 。對(duì)電源的斷電保護(hù) 。對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。 6) PLC 的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波等 。軟件自診斷 。簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言等 。 b) 易操作性 PLC 的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面 ： 1) 操作方便 。 PLC 的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù) PLC 采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對(duì)大中型的 PLC 編程器采用了 CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ?，然后進(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或 CRT上顯示。 2) 編程方便 。 PLC 有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語(yǔ) 言，十分有助于編程人員的編程。 3) 維修方便 。 PLC 具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求減低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。 c) 靈活性 PLC 的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 ： 1) 編程的靈活性。 PLC 采用的編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。 2) 擴(kuò)展的靈活性。 PLC 的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。 3) 操作的靈活性 。 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文： S7200PLC 在水廠虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 4 操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易 。 可編程序控制器（ PLC） 控制虹吸刮泥機(jī)的優(yōu)點(diǎn) a) 在 虹吸刮泥機(jī) 控制中采用了 PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì) 虹吸刮泥機(jī) 運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。 b) 去掉了大部分繼電器，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。 c) PLC 可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。 d) PLC 可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。 e) 更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。 可編程序控制器（ PLC）的應(yīng)用領(lǐng)域 隨著 PLC 的性能價(jià)格比的不斷提高，過(guò)去許多采用專用計(jì)算機(jī)或繼 電器控制的場(chǎng)合，都可使用 PLC 來(lái)代替。 PLC 的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面 ： a) 開關(guān)量邏輯控制。 利用 PLC 最基本的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等，例如：機(jī)床、注塑機(jī)、印刷機(jī)械、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯的控制等。這是 PLC 最基本的應(yīng)用，也是PLC 最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 b) 運(yùn)動(dòng)控制。 運(yùn)動(dòng)控制是指通過(guò)配用 PLC 生產(chǎn)廠家提供的單軸或多軸等位置控制模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，從而使運(yùn)動(dòng)部件能以適當(dāng)?shù)乃俣然蚣铀俣葘?shí)現(xiàn) 平滑的直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)。 c) 閉環(huán)過(guò)程控制。 通過(guò)配用 A/D, D/A 轉(zhuǎn)換模塊及智能 PID 模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量進(jìn)行閉環(huán) PID 調(diào)節(jié)控制，使這些物理參數(shù)保持在設(shè)定值上。 d) 數(shù)據(jù)處理。 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。 e) 通信、聯(lián)網(wǎng)及集散控制 (TDCS)。 PLC 的通信包括 PLC 之間的通信、 PLC 和其它智能設(shè)備的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的 PLC 可以實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PLC 可與智能儀表、執(zhí)行裝 置 (如變頻器等 )進(jìn)行通信和聯(lián)網(wǎng)，互相交換數(shù)據(jù)并實(shí)施對(duì)其的控制。利用 PLC 強(qiáng)大的通信聯(lián)網(wǎng)功能，把 PLC 分布到工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，并實(shí)現(xiàn)各站間、上下層間通信，達(dá)到分散控制、集中管理，即構(gòu)成了 DCS( Distributed Control System) 系統(tǒng)。 可編程控制技術(shù) （ PLC） 的發(fā)展趨勢(shì) 隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來(lái)愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將 PLC 理解為開關(guān)量控制的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去， PLC第一章 緒論 5 不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和 信息處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后， PLC 將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展 :一個(gè)是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展 。另一個(gè)是向高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展?？偟内厔?shì)如下 ： a) 可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化 。 在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競(jìng)爭(zhēng)又互相合作。一種自動(dòng)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力除表現(xiàn)在其技術(shù)上的個(gè)性外，更重要的還在于其滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了各個(gè)廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗(yàn)時(shí)各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。按照這些標(biāo)準(zhǔn)，各 種型號(hào)的 PLC 產(chǎn)品對(duì)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境、抗干擾性等條目都給出了明確的規(guī)定。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)目前只能是統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不能實(shí)現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產(chǎn)品有一個(gè)共同的參考平面，制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 b) CPU 處理速度進(jìn)一步加快 。 目前 PLC 的 CPU 與微型計(jì)算機(jī)的 CPU 相比，還處在比較落后的地步，最高的也僅僅處在 80486 一級(jí)。將來(lái)會(huì)全部使用 64 位 RISC 芯片，實(shí)現(xiàn)多 CPU 并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣PLC 執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級(jí)。 c) 可編程控制技術(shù)的智能化 。 提高一個(gè)系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì)，在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。 d) 系統(tǒng)的開放性和兼容性 。 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。一方面是某一產(chǎn)品和第三家同類產(chǎn)品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系統(tǒng)尤其是軟件上的開發(fā)平臺(tái)對(duì)使用者有多大的開放程度。當(dāng)今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動(dòng)化項(xiàng)目越來(lái)越大，致使常常在一個(gè)工程項(xiàng)目中出現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品做主從站的現(xiàn)象，這就要求每一廠家的產(chǎn)品族中，都要考慮到和其他廠家產(chǎn)品的兼容性問(wèn)題 。另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機(jī)等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了開放 性的特點(diǎn)。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。 e) 通用性和專業(yè)化的結(jié)合 。 可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。怎樣才能使一個(gè)系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢 ?硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。這樣，適合于某個(gè)行業(yè)或某些特殊問(wèn)題的專用模塊就可以很容易地集成到通用系統(tǒng)中去。常用的專用模塊包括 :定位模塊、溫度測(cè)量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。 f) 可靠性進(jìn)一步提高 。 本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文： S7200PLC 在水廠虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 6 隨著 PLC 進(jìn)入過(guò)程控制的領(lǐng)域，對(duì) PLC 可靠性的要求進(jìn)一步提高。硬件冗余的容錯(cuò)技術(shù)將 進(jìn)一步得到應(yīng)用，不僅會(huì)有 CPU 單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、I/0 單元冗余、而且整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)實(shí)現(xiàn)冗余。但從根本上來(lái)講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。 MTBF(平均無(wú)故障時(shí)間 )是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。縱觀各著名廠商，其 PLC產(chǎn)品都有不同程度的冗余功能，而且發(fā)展越來(lái)越完善。 g) 控制系統(tǒng)分散化 。 根據(jù)分散控制、集中管理的原則， PLC 控制系統(tǒng)的 I/0 模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)通信電纜或光纖與主 CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效，系 統(tǒng)更可靠。 h) 控制與管理功能一體化 。 為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要， PLC 將廣泛采用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使 PLC 系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。 綜上所述，我們不難得出下面幾個(gè)結(jié)論 ： 1) 工控機(jī)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)及 PLC 正在走著一條相互融合的道路 。 2) 系統(tǒng)的智能性將越來(lái)越重要，因此系統(tǒng)的分析運(yùn)算能力將越來(lái)越強(qiáng) 。 3) 智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的新型控制思想。 4) 通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。 課題的主要研究?jī)?nèi)容 課題所研究的內(nèi) 容主要是用可編程控制器 (PLC)設(shè)計(jì)水廠虹吸刮泥機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。 針對(duì)老式 虹吸刮泥機(jī) 采用的繼電器邏輯控制方式存在功能差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強(qiáng)、故障率低、弱、故障 少 、可靠性高的可編程控制器 (PLC)來(lái)控制 刮泥機(jī) 。 論文的主要內(nèi)容如下 ： 首先對(duì)虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)及可編程控制器（ PLC）作了比較全面的總結(jié)和介紹。簡(jiǎn)述了虹吸刮泥機(jī)的工藝流程，分析了自來(lái)水廠虹吸刮泥機(jī)過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的控制要求，確定了虹吸刮泥機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的總體控制方案，完成了可編程控制器（ PLC）的選擇。然后，完成了 PLC 的選型， I/O 點(diǎn)數(shù)分 配，完成了虹吸刮泥機(jī)基于 PLC 控制的電氣 接線 圖。在分析虹吸刮泥機(jī) 的軟件基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了軟件流程圖，控制系統(tǒng)的梯形圖，編寫了程序。 本章小結(jié) 第一章 緒論 7 本章闡述了課題的來(lái)源和意義，對(duì)常規(guī)繼電器和 PLC 作了分析和比較，提出了 PLC控制虹吸刮泥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，也確定了本課題討論的主要內(nèi)容。本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文： S7200PLC 在水廠虹吸刮泥機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 8 第二章 虹吸刮泥機(jī)設(shè)備 介紹 刮泥 機(jī) 簡(jiǎn)介 沉淀池的排泥是運(yùn)轉(zhuǎn)中的重要問(wèn)題，它關(guān)系到沉淀池的正常運(yùn)行。排泥設(shè)備有兩種，一種是穿孔排泥管，另一種是刮泥機(jī)。穿孔排泥是一種較為簡(jiǎn)易的排泥方法，穿孔排泥管多用于反應(yīng)池，它是利用沉淀 池的水壓力，做到無(wú)需停池排泥，簡(jiǎn)單、方便。 刮泥機(jī)是機(jī)械排泥的一種形式，它主要由電動(dòng)機(jī)、變速箱、鋼桁架、軸流泵、刮泥板和虹吸管和吸泥口等組成。它是原理也相當(dāng)簡(jiǎn)單，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)鋼桁架，桁架沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，刮泥板將池底的淤泥刮到虹吸管末端的吸泥口處，軸流泵將壓力水充滿虹吸管產(chǎn)生虹吸，虹吸管就能將池底的淤泥連續(xù)不斷地吸到池外了。 由此得知，刮泥機(jī)是自來(lái)水廠制水工藝上的 一種重要的電氣設(shè)備，其能否正常運(yùn)行是直接影響到生產(chǎn)運(yùn)作，影響到自來(lái)水廠自動(dòng)化的正常控制。 刮泥機(jī)系統(tǒng)組成 a) 刮泥機(jī) 刮泥機(jī)布置在水下，采用 V 型刮 板，刮板高 。為防止池底不平整和減少磨損，下襯 10mm 厚， 400mm 高橡膠板。刮泥機(jī)跨度約 7 米，車輪直徑 D＝ 200mm。軌道高出池底 15cm，滾輪中心距池底 40cm，形成懸掛式刮泥機(jī)。這樣可使?jié)L輪軸套等離開泥漿區(qū)，減少泥砂進(jìn)入 [2]。如圖 所示： 第二章 虹吸刮泥機(jī)設(shè)備介紹 9 水下滑輪和刮泥機(jī)車輪均采用滾動(dòng)軸承裝置 ，為防止污泥進(jìn)入軸承箱，采用石棉盤根密封裝置，見圖 。這樣，只需要五年更換一次軸承箱內(nèi)的潤(rùn)滑油脂。 b) 鋼絲繩 刮泥機(jī)通過(guò)鋼絲繩牽引，由于長(zhǎng)期浸于水下，不宜采用鍍鋅鋼絲繩，因鍍鋅層出現(xiàn)裂紋時(shí)反而會(huì)由于雙金 屬的電化學(xué)作用而加速腐蝕。故選用φ 10mm 不銹鋼鋼絲繩 4 根。但干、濕交替運(yùn)行，腐蝕和溫度仍是其重要影響因素。 c) 慢動(dòng)式卷?yè)P(yáng)機(jī) 慢動(dòng)式卷?yè)P(yáng)機(jī)兩臺(tái)，