【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3S QF UK MF R 圖 22 水塔水位控制系統(tǒng)主電路 I/O 接口分配 列 出水塔水位控制系統(tǒng) PLC的輸入 /輸出 接口分配表，見表 21。 表 21 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 的輸入 /輸出接口分配表 輸入 信號(hào) 輸入變量名 輸出 信號(hào) 輸出變量名 水塔 上限位 電磁閥 水塔下限位 水泵 水池上限位 水池下限指示燈 a1 水池下限位 水池上限指示燈 a2 控制開關(guān) 水塔下限指示燈 a3 水塔上限指示燈 a4 報(bào)警指示燈 a5 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 設(shè)備 這是一個(gè)單體控制小系統(tǒng)，沒有特殊的控制要求，它有 5 個(gè)開關(guān)量， 開關(guān)量輸出觸點(diǎn)數(shù)有 8 個(gè)，輸入、輸出觸點(diǎn)數(shù)共有 13個(gè)，只需選用一般中小型控制器即可。據(jù)此，可以對(duì)輸入、輸出點(diǎn)作出地址分配， 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 接線圖 如圖 22 所示 。 14 1 M~ 2 2 0 VI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 7K M IK MS B傳 感 器 1傳 感 器 2傳 感 器 3傳 感 器 4水 池 下 位 指 示 燈水 池 上 位 指 示 燈水 塔 下 位 指 示 燈水 塔 下 位 指 示 燈報(bào) 警 指 示 燈 圖 23 水塔水位控制系統(tǒng)的 I/O 接線圖 15 第 3 章 水塔水位控制系統(tǒng) PLC 軟件 設(shè)計(jì) 程序流程圖 水塔水位控制系統(tǒng)的 PLC 控制流程圖 ，根 據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制流程圖如圖 31所示。 梯形圖程序設(shè)計(jì)及工作過程分析 梯形圖編程語言是一種圖形化編程語言，它沿用了傳統(tǒng)的繼電接觸器控制中的觸點(diǎn)、線圈、串并聯(lián)等術(shù)語和圖形符號(hào)，與傳統(tǒng)的繼電器控制原理電路圖非常相似，但又加入了許多功能強(qiáng)而又使用靈活的指令，它比較直觀、形象，對(duì)于那些熟悉繼電器一接觸器控制系統(tǒng)的人來說，易被接受。繼電器梯形圖多半適用于比較簡(jiǎn)單的控制功能的編程，絕大多數(shù) PLC 用戶都首選使用梯形圖編程。 梯形圖編程的一般規(guī)則有 : ⑴ 梯形圖按自上而下、從左到右的順 序排列。每一個(gè)邏輯行起始于左 母線然后是觸點(diǎn)的各種連接，最后是線圈或線圈與右母線相連，整個(gè)圖形呈階梯形。梯形圖所使用的元件編號(hào)地址必須在所使用 PLC 的有效范圍內(nèi)。 ⑵ 梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)母線并不接任何電源，因而圖中各支路也沒有真實(shí)的電流流過。但為了讀圖方便，常用“有電流”、“得電”等來形象地描述用戶程序解算中滿足輸出線圈的動(dòng)作條件，它僅僅是概念上虛擬的“電流”，而且認(rèn)為它只能由左向右單方向流 。層次的改變也只能自上而下。 ⑶ 梯形圖 中的繼電器實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，相應(yīng)某位觸發(fā)器為“ 1態(tài)”，表示該繼電器線圈通電，其動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，動(dòng)斷觸點(diǎn)打開，反之為“ O態(tài)”。梯形圖中繼電器的線圈又是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器線圈外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、狀態(tài)器等的線圈以及各種比較、運(yùn)算的結(jié)果。 ⑷ 梯形圖中信息流程從左到右，繼電器線圈應(yīng)與右母線直接相連，線圈的右邊不能有觸點(diǎn)，而左邊必須有觸點(diǎn)。 ⑸ 繼電器線圈在一個(gè)程序中不能重復(fù)使用 :而繼電器的觸點(diǎn)，編程中可以重復(fù)使用， 且使用次數(shù)不受限制。 ⑹ PLC 在解算用戶邏輯時(shí)，是按照梯形圖由上而下、從左到 16 右的先后順序逐步進(jìn)行的，即按掃描方式順序執(zhí)行程序，不存在幾條并列支路同時(shí)動(dòng)作，這在設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)，可以減少許多有約束關(guān)系的聯(lián)鎖電路，從而使電路設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。所以，由梯形圖編寫指令程序時(shí)，應(yīng)遵循自上而下、從左到右的順序，梯形圖中的每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)于一條指令，一條指令為一個(gè)步序。當(dāng) PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要去執(zhí)行，但 CPU 是不能同時(shí)去執(zhí)行多個(gè)操作的，它只能按分時(shí)操作原理每一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)操作。開 始 水 池 水 位 低 于 下限 嗎 ？電 磁 閥 打 開4 S 后 水 池 水 位 高于 下 限 嗎 ？報(bào) 警水 池 繼 續(xù) 進(jìn) 水水 塔 水 位 低 于下 限 嗎 ？水 池 水 位 高 于 上 限電 磁 閥 關(guān) 閉水 泵 起 動(dòng) ， 給 水 塔 供 水水 塔 水 位 高 于 下 限水 塔 水 位 高 于 上 限水 泵 停 止水 池 水 位 低 于 下 限結(jié) 束否是否是是否 圖 31 水塔水位控制系統(tǒng)的 PLC 控制流程圖 17 這種分時(shí)操作的過程稱為 CPU 對(duì)程序的掃描。掃描從 0000 號(hào)存儲(chǔ)地址所存放的第一條用戶程序開始，在無中斷或跳轉(zhuǎn)控 制的情況下，按存儲(chǔ)地址號(hào)遞增順序逐條掃描用戶程序，也就是順序逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期，然后再?gòu)念^開始掃描，并周而復(fù)始。 根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)的梯形圖程序如圖 32所示。 工作過程 設(shè)水塔、水池初始狀態(tài)都為空著的， 4 個(gè)液位指示燈全亮。當(dāng) 執(zhí)行程序時(shí)，掃描到水池為 液位低于水池下限液位時(shí)，電磁閥打開，開始往水池離境稅，如果進(jìn)水超過 4秒，而水 池液位沒有超過水池下限位，說明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。若 4秒之后水池液位按預(yù)定的超過水池下限位，說明系統(tǒng)在正常的工作，水池下限位的指示燈 A1滅，此時(shí)，水池的液位已經(jīng)超過了下限位了，系統(tǒng)檢測(cè)到此信號(hào)時(shí)，由于水塔液位低于水塔水位下限，水泵開始工作，向水塔供水，當(dāng)水池的液位超過水池上限液位時(shí)，水池上限指示燈 A2 滅，電磁閥就關(guān)閉，但是水塔現(xiàn)在還沒有裝滿，可此時(shí)水塔液位已經(jīng)超過水塔下限水位，則水塔下限指示燈 A3滅，水泵繼續(xù)工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽滿時(shí)，水塔液位超過水塔上限，水塔上限指示燈 A4 滅，但剛剛給水塔供水的時(shí)候，水泵已經(jīng)把水池的水 抽走了，此時(shí)水塔液位已經(jīng)低于水池上限，水池上限指示燈 A2 亮。此次給水塔供水完成。 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表 Network 1 LD O A = Network 2 LD TON T37, 40 Network 3 LD = Network 4 LD T37 A LPS AN T38 = LPP AN T39 TON T38, 10 Network 5 LD T38 TON T39, 10 Network 6 LD = 18 Network 7 LD O A AN = Network 8 LD A = Network 9 LD = 19 I 0 . 0I 0 . 3Q 0 . 1Q 0 . 1Q 0 . 1T 3 7I N T O NP T1 0 0 m sI 0 . 4Q 0 . 3T 3 7I 0 . 4T 3 8Q 0 . 7T 3 9T 3 8I NT O NP T1 0 0 m sT 3 94 01 0I NT O NP T 1 0 0 m s1 0T 3 8I 0 . 3 Q 0 . 4I 0 . 2I 0 . 1I 0 . 4 Q 0 . 2Q 0 . 2I 0 . 2 Q 0 . 6Q 0 . 5Q 0 . 6I 0 . 1 圖 32 水塔水位控制系統(tǒng)梯形圖 20 第 4 章 水塔水位控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) 組態(tài)軟件概述 “ 組態(tài) ” 的概念是伴隨著集散型控制系 （簡(jiǎn)稱 DCS）的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動(dòng)化 技術(shù) 人員所熟知的。在工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用過程中， PC（包括工控機(jī)）相比以前的專用系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)日趨明顯。這些優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在： PC 技術(shù)保持了較快的發(fā)展速度，各種相關(guān)技術(shù)已臻成熟；由 PC 構(gòu)建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對(duì)較低的擁有成本； PC 的軟件資源和硬件資豐富，軟件之間的互操作性強(qiáng)；基于 PC的控制系統(tǒng)易于學(xué)習(xí)和使用，可以容易地得到技術(shù)方面的支持。在 PC技術(shù)向工業(yè)控制領(lǐng)域的滲透中，組態(tài)軟件占據(jù)著非常特殊而且重要的地位。 組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快 速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對(duì)應(yīng)于原有的 HMI（人機(jī)接口軟件， HumanMachineInterface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個(gè)使用戶能快速建立自己的 HMI 的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫 HMI 應(yīng)用，開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，效率低，可靠性差；或者購(gòu)買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級(jí)和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、 SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對(duì) I/O 設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會(huì)不斷被賦予新的內(nèi)容。 組態(tài)軟件在我國(guó)的發(fā)展 組態(tài)軟件產(chǎn)品于 80 年代初出現(xiàn)，并在 80年代末期進(jìn)入我國(guó)。但在 90年代中期之前，組態(tài)軟件在我國(guó)的應(yīng)用并不普及。 究其原因，大致有以下幾點(diǎn)： 21 ① 國(guó)內(nèi)用戶還缺乏對(duì)組態(tài)軟件的認(rèn)識(shí)，項(xiàng)目中沒有 組態(tài)軟件的預(yù)算，或?qū)幵竿度肴肆ξ锪︶槍?duì)具體項(xiàng)目做長(zhǎng)周期的繁冗的上位機(jī)的編程開發(fā)，而不采用組態(tài)軟件； ② 在很長(zhǎng)時(shí)間里，國(guó)內(nèi)用戶的軟件意識(shí)還不強(qiáng)，面對(duì)價(jià)格不菲的進(jìn)口軟件（早期的組態(tài)軟件多為國(guó)外廠家開發(fā)），很少有用戶愿意去購(gòu)買正版。 ③ 當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的工業(yè)自動(dòng)化和信息技術(shù)應(yīng)用的水平還不高，組態(tài)軟件提供了對(duì)大規(guī)模應(yīng)用、大量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控、處理并可以將處理的結(jié)果生成管理所需的數(shù)據(jù)，這些需求并未完全形成。 隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深入，在面臨規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時(shí)，人們逐漸意識(shí)到原有的上位機(jī)編程的開發(fā)方 式。對(duì)項(xiàng)目來說是費(fèi)時(shí)費(fèi)力、得不償失的，同時(shí)， MIS（管理信息系統(tǒng)，ManagementInformationSystem）和 CIMS（ 計(jì)算機(jī) 集成制造系統(tǒng)，ComputerIntegratedManufacturingSystem）的大量應(yīng)用，要求工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)為企業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、決策提供更詳細(xì)和深入的數(shù)據(jù)，以便優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在 1995 年以后，組態(tài)軟件 在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用逐漸得到了普及。 組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)發(fā)展方向 目前看到的所有組態(tài)軟件都能完成類似的功能：比如，幾乎所有運(yùn)行于 32位 Windows平臺(tái)的組態(tài)軟件都采用類似資源瀏覽器的窗口結(jié)構(gòu)，并且對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標(biāo)簽量、畫面等）進(jìn)行配置和編輯；都提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)程序；都使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能，等等。但是，從技術(shù)上說，各種組態(tài)軟件提供實(shí)現(xiàn)這些功能的方法卻各不相同。從這些不同之處，以及 PC 技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，可以看出組態(tài)軟件未來發(fā)展的方向。 數(shù)據(jù)采集的方式 大多數(shù)組態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進(jìn)行配置。然而，在這種情況下，驅(qū)動(dòng)