【文章內(nèi)容簡介】 OUT 輸出 線圈驅(qū)動指令 SET 置位 線圈動作保持指令 RST 復(fù)位 解除線圈動作保持指令 PLS 脈沖 線圈上升沿輸出指令 PLF 下降沿脈沖 線圈下降沿輸出指令 MC 主控 公共串聯(lián)接點(diǎn)用線圈指令 MCR 主控復(fù)位 公共串聯(lián)接點(diǎn)解除指令 MPS 進(jìn)棧 運(yùn)算存儲 MRD 讀棧 存儲讀出 MPP 出棧 存儲讀出和復(fù)位 INV 反轉(zhuǎn) 運(yùn)算結(jié)果取反 NOP 空操作 無動作 END 結(jié)束 程序結(jié)束 STL 步進(jìn)梯形圖 步進(jìn)梯形圖開始 RET 返回 步進(jìn)梯形圖結(jié)束 表 21 三菱 FX 系列指令表 可編程控制器的特點(diǎn) 一 .可靠性高。由于可靠性是用戶選用的首位依據(jù)，因此，每個 PLC 生產(chǎn)廠都將可靠性作為第一指標(biāo)而加以研制，以單片機(jī)為核心，在硬件和軟件上采取大量的抗干擾措施，使 PLC 的平均無故障時間達(dá)到 30 萬小時以上，使用壽命更長。 二 .控制功能強(qiáng)。 PLC 具有邏輯判斷、計(jì)數(shù)、定時、步進(jìn)、跳轉(zhuǎn)、移位、記憶、四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等功能，可以實(shí)現(xiàn)順序控制、邏輯控制、位置控制和過程控制等。 三 .編程方便，易于使用。 PLC 采用與繼電器電路相似的梯形圖編程，比較直觀，易懂易編，深受電氣技術(shù)人員和電工的歡迎，容易推廣應(yīng)用。 PLC 可取代原繼電器控制系統(tǒng)，有利于對老設(shè)備的技術(shù)改造。 基于 PLC控制的大樓物 業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 8 可編程控制 器的工作原理 PLC 的等效工作電路 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，但在應(yīng)用時，可不必用計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把 PLC 等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如下圖 22 所示： 觸點(diǎn)按鈕負(fù)載電源限位開關(guān)外部輸入 輸入部分 內(nèi)部控制電路 輸出部分 外部負(fù)載 圖 22 PLC 的等效工作電路 這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實(shí)際上也就是 用戶根據(jù)控制要求編制的程序。 PLC 程序一般用梯形圖形式表示。而梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的， PIC 程序中的動合、動斷觸點(diǎn)、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。 在 PLC 內(nèi)部還設(shè)有定時器、計(jì)數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷觸點(diǎn)只能在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。 這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作 0 命令等外部輸入信息。輸入接線端是 PLC 與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口。每個端子可等效為一個內(nèi)部 繼電器線圈，線圈號即輸入接點(diǎn)號，這個線圈由接收到的輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由 PLC 的電源部件提供 (如直流 24V)，也可由獨(dú)立的交流電源 (如交流 110V)供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內(nèi)部觸點(diǎn) (動合、動斷形式均可 )，供設(shè)計(jì) PLC 的內(nèi)部控制電路 (即編制 PLC 控制程序 )時使用。 基于 PLC控制的大樓物 業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 9 這部分的作用是驅(qū)動外部負(fù)載。在 PLC 內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器 (有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式 )，它也有無限個軟件實(shí)現(xiàn)的動合、動斷觸點(diǎn)，可在 PLC 內(nèi)部控制電路中使用；但對應(yīng)每一個輸出端只有 一個硬件的動合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負(fù)載；外部負(fù)載的驅(qū)動電源接在輸出公共端 (COM)上。 總之，在使用 PLC 時，可以把輸入端等效為一個繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器接點(diǎn) (動合或動斷 )可在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個動合觸點(diǎn)，驅(qū)動外部設(shè)備。 PLC 的工作過程 PLC 一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng) PLC 加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除 I／ O 及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時器、檢查 I/O 單元的連接等。開始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四 個階段： 這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、檢查 I／ O 總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。這部分時間是固定的，對 P 型機(jī)來說，為 。 當(dāng)有簡易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與 PLC 相連時，則 PLC在每次循環(huán)時，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。 在這個階段， CPU 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ?的數(shù)據(jù) (輸入和輸出的狀態(tài) )進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 、輸出更新階段 PLC 的 CPU 在每個掃描周期進(jìn)行一次輸入來進(jìn)行輸出更新。 CPU 對各個輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。這種對輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是 PLC 工作的特點(diǎn)。 基于 PLC控制的大樓物 業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 10 第三章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 的 構(gòu)成 圖 31 系統(tǒng)構(gòu)成圖 如圖 31 所示，整個系統(tǒng)由四臺水泵，一臺 PLC 和一個壓力傳感器及若干輔助部件構(gòu)成。四臺水泵中每臺泵的出水管均裝有手動閥，以供維修和調(diào)節(jié)水量之用，四臺泵協(xié)調(diào)工作以滿足供水需要；供水系統(tǒng)中檢測管路壓力的壓力傳感器，一般采用電阻式傳感器 (反饋 0～ 5V 電壓信號 )或壓力變送器 (反饋 4～ 20mA 電流 )。從系統(tǒng) 構(gòu)成 圖，我們可以看供水系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號檢測、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面、以及報(bào)警裝置等部分組成。 一．執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由一組水泵組成，它們用于將水供入用戶管網(wǎng)。 二．信號檢測 在系統(tǒng)控制過程中，需要檢測的信號包括自來水出水水壓信號和報(bào)警信號 : :它 反映的是用戶管網(wǎng)的水壓值，它是供水控制的主要反饋信號。 :它反映系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，水泵電機(jī)是否過載等。該信號為開關(guān)量信號。 三．控制系統(tǒng) 供水控制系統(tǒng)一般安裝在供水控制柜中，包括供水控制器 (PLC 系統(tǒng) )、電控設(shè)備兩個部分。 :它是供水控制系統(tǒng)的核心。供水控制器直接對系統(tǒng)中的工況、壓力、報(bào)警信號進(jìn)行采集，對來自人機(jī)接口和通訊接口的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、實(shí)施控制算法，得出對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方案，通過接觸器對執(zhí)行機(jī)構(gòu) (即水泵 )進(jìn)行控制。 :它是由一組接觸器、保護(hù)繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等電 氣元件組成?；?PLC控制的大樓物 業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 11 用于在供水控制器的控制下完成對水泵的切換、手 /自動切換等。 四．通訊接口 通訊接口是本系統(tǒng)的一個重要組成部分，通過該接口，系統(tǒng)可以和組態(tài)軟件以及其他的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時通過通訊接口，還可以將現(xiàn)代先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到本系統(tǒng)中來，例如可以對系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的診斷和維護(hù)等。 五．報(bào)警裝置 作為一個控制系統(tǒng)，報(bào)警是必不可少的重要組成部分。由于本系統(tǒng)能適用于不同的供水領(lǐng)域，所以為了保證系統(tǒng)安全、可靠、平穩(wěn)的運(yùn)行，防止因電機(jī)過載、電網(wǎng)過大波動、供水水源中斷、出水超壓、泵站內(nèi)溢水等等造成的故障，因此系統(tǒng)必須要對各種報(bào)警量進(jìn)行監(jiān)測，由 PLC 判斷報(bào)警類別，進(jìn)行顯示和保護(hù)動作控制，以免造成不必要的損失。 系統(tǒng)主要 硬件 設(shè)備 的 選型 PLC 的選型 PLC 是整個供水控制系統(tǒng)的核心，它要完成對系統(tǒng)中所有輸入信號的采集、所有輸出單元的控制以及對外的數(shù)據(jù)交換 等功能 。因此我們在選擇 PLC 時，要考慮 PLC 的指令執(zhí)行速度、指令豐富程度、內(nèi)存空間、通訊接口及協(xié)議、帶擴(kuò)展模塊的能力和編程軟件的方便與否等多方面因素，以日本三菱 PLC 為例，該 PLC有 FX、 A、 Q 三大系列，在 FX 系列中又有 FX1S， FX1N 和 FX2N 三 種型號。依據(jù)控制任務(wù)，從 PLC 的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)、存儲器容量、輸入／輸出接口模塊類型等方面等來選 PLC 型號。在供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我們選擇三菱 FX1N40MR001 型 PLC。 的 主要參數(shù) I／ O 點(diǎn)數(shù)： 24／ 16； 基本指令： 27 條； 功能指令： 298 條； 基本指令執(zhí)行時間： 微秒； 用戶程序步驟： 8K； 通信功能：強(qiáng)； 輸出形式：繼電型； 輸出能力： 2A／點(diǎn)； 三菱 FX1N40MR001 是三菱電機(jī)推出的功能強(qiáng)大的普及型 PLC。具有擴(kuò)展輸入輸出，模擬量控制和通訊、 鏈接功能等擴(kuò)展性。是一款廣泛應(yīng)用于一般的順序控制三菱 PLC。 基于 PLC控制的大樓物 業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 12 2. 三菱 FX1N40MR001 PLC 特點(diǎn) 三菱 FX1N40MR001 PLC 擁有相當(dāng)快的速度， FX 是從 16 路到 256 路輸入 /輸出的多種應(yīng)用的選擇方案； FX1N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當(dāng)于 FX 系列中高檔次的超小形程序裝置。 除輸入輸出 1625 點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 PLC。 三菱 FX1N40MR001在基本單元上連接擴(kuò) 展單元或擴(kuò)展模塊，可進(jìn)行 16256點(diǎn)的靈活輸入輸出組合。可選用 16/32/48/64/80/128 點(diǎn)的主機(jī)，可以采用最小8 點(diǎn)的擴(kuò)展模塊進(jìn)行擴(kuò)展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。 程序容量：內(nèi)置 800 步 RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴(kuò)充至 16K 步。豐富的軟元件應(yīng)用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關(guān)的數(shù)據(jù)讀取， 16 位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取， 7 段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運(yùn)算、平方根、浮點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算等。特 殊用途、脈沖輸出（ 20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V24V），脈寬調(diào)制， PID 控制指令等。 水泵機(jī)組的選型 水泵機(jī)組的選型基本原則，一是要確保平穩(wěn)運(yùn)行；二是要經(jīng)常處于高效區(qū)運(yùn)行，以求取得較好的節(jié)能效果。要使泵組常處于高效區(qū)運(yùn)行，則所選用的泵型必須與系統(tǒng)用水量的變化幅度相匹配。 本 論文 以某 大樓的實(shí)際生活用水的數(shù)據(jù)進(jìn)行選型，該大樓 用水具體要求為： ，流量范圍 600m2／ h，揚(yáng)程 60 米左右，出水口水壓大小為 ； ；供水壓力 要求恒定，尤其在換泵時波動要?。? ，為方便檢修和應(yīng)急，應(yīng)具備手動功能。 ，系統(tǒng)要求較高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能。 根據(jù)以上系統(tǒng)要求的總流量范圍、揚(yáng)程大小，確定供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)秒流量和設(shè)計(jì)供水壓力 (水泵揚(yáng)程 )，考慮到用水量類型為連續(xù)型低流量變化型，確定采用 4臺上海熊貓機(jī)械 (集團(tuán) )有限公司生產(chǎn)的 SFL 系列主水泵機(jī)組。 基于 PLC控制的大樓物 業(yè)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) x屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)成果 13 表 31 水泵機(jī)組主要性能參數(shù)表 型號 數(shù)量 主要性能參數(shù) 流量m2/h 揚(yáng)程m 效率 % 轉(zhuǎn)速r/min 電 機(jī) 功率 kw 余量m 進(jìn) 出 口徑 mm 水泵機(jī)組 150sfl16020x4 4 160 80 73 1450 55 150 壓力傳感器的選型 壓力傳感器是供水系統(tǒng)中的主要傳感器。 PLC 自動控制水泵的工作情況的信息全部來自壓力傳感器，它必須要有很高的可靠性，如果壓力傳感器出錯，將會帶來災(zāi)難性的事故，很可能是管道爆裂或者是水壓不足，造成居民用水的不方便，因此壓力傳感器的選用很關(guān)鍵。 水壓傳感器，廠家采用進(jìn)口高精度感應(yīng)芯體，先進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，將被 測量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成 0～ 5VDC 標(biāo)準(zhǔn)電信號 。采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機(jī)、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。 根據(jù)供水系統(tǒng)的具體的要求，我們選擇佛山一眾傳感儀器有限公司的水壓傳感器 PY206。 一 .產(chǎn)品概述及特點(diǎn)： ； ，具有零點(diǎn)、滿量程補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償； ； 、抗沖擊、耐疲勞、可靠性高； （有電流型、電壓型 ）； ，安裝方便； 350 度； 二 .產(chǎn)品主要參數(shù)： 程： ～ 60 Mpa～ 120 Mpa 間任意可選（量小量程為 ,量