【文章內(nèi)容簡介】 試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量 I/O 點(diǎn)數(shù)的 10～ 15 倍，加上模擬 I/O 點(diǎn)數(shù)的 100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（ 16 位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的 25%考慮余量。因此本課題的 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲 2021 條梯形圖，這樣才能在以后的改造過程中有足夠的空間。 3．控制功能的選擇 該選擇包括運(yùn)算 功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。 根據(jù)本課題所設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速恒壓控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。 ⑴ . 控制功能 PLC 主要用于順序邏輯控制，因此，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制，有時(shí)也采用專用的智能輸入輸出單元完成所需的控制功能，提高 PLC 的處理速度和節(jié)省存儲器容量。 ⑵ . 編程功能 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 離線編程方式： PLC 和編程器共用一個(gè) CPU，編程器在編程模式時(shí)，CPU 只為編程器提供 服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。完成編程后，編程器切換到運(yùn)行模式， CPU 對現(xiàn)場 設(shè)備進(jìn)行控制，不能進(jìn)行編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式： CPU 和編程器各有自己的 CPU，主機(jī) CPU 負(fù)責(zé)現(xiàn)場控制，并在一個(gè)掃描周期內(nèi)與編程器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)，下一掃描周期，主機(jī)就根據(jù)新收到的程序運(yùn)行。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。 五種標(biāo)準(zhǔn)編程語言：順序功能圖（ SFC）、梯形圖（ LD）、功能模塊圖（ FBD）三種圖形化語言和語句表（ IL）、結(jié)構(gòu)文本（ ST）兩種文本語言。選用的編程語言應(yīng)遵守其標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，還應(yīng)支 持多種語音編程序形式，以滿足特殊控制場合 的 控制要求。 ⑶ . 診斷功能 PLC 的診斷功能硬件和軟件的診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷分內(nèi)診斷和外診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和功能進(jìn)行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交換功能進(jìn)行診斷是外診斷。 PLC 的診斷功能的強(qiáng)弱直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的要求，并影響維修時(shí)間。 4．機(jī)型的選擇 目前，國內(nèi)眾多的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了多種系列功能各異的 PLC 產(chǎn)品，使用戶眼花繚亂、無所適從，通過對輸入 /輸出點(diǎn)的選擇、對 存儲容量的選擇、對 I/O 響應(yīng)時(shí)間的選擇以及輸出負(fù)載的特點(diǎn)選型的分析，決定使用西門子公司生產(chǎn)的 S7 – 200 系列的 CUP222 型號的可編程控制器作為變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制器。 S7200PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)德一種小型 PLC，其許多功能達(dá)到大、中型 PLC 的水平，而價(jià)格卻和小型 PLC 一樣，因此，它一經(jīng)退出，即受到了廣泛的關(guān)注。特別是 S7200CUP22*系列 PLC。由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（ HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易的組成 PLC 網(wǎng)絡(luò)。 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 PLC 模擬量控制 單元的配置以及應(yīng)用 PLC 的普通輸入輸出端口均為開關(guān)量處理端口，了使 PLC 能完成模擬量的處理 ,常見的方法是為整體式 PLC 加配模擬量擴(kuò)展單元。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)化為 PLC 可處理的數(shù)字量及將 PLC 內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外可以使用的模擬量。模擬量擴(kuò)展單元有單獨(dú)用于 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換的，單獨(dú)用于數(shù) /轉(zhuǎn)換的，也兼有模 /數(shù)和數(shù) /模兩種功能的，以下介紹 S7200 系列 PLC 的模擬量擴(kuò)展模塊 EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸入，可以用于恒壓供水控制中。 EM235 模擬量工作單元性能指標(biāo) 為能適用各種 規(guī)格的輸入、輸出兩，模擬量處理模塊都設(shè)計(jì)成可編程，而轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字量一般具有固定的長度及格式。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流量或標(biāo)準(zhǔn)電壓量以方便與其他控制接口。上表中，輸入、輸出信號范圍欄給出了 EM235 的輸出、輸入信號規(guī)格，以供選用。 校準(zhǔn)及配置 模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號類型對模塊進(jìn)行一些設(shè)定。校準(zhǔn)可以簡單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿度。 EM235 的安裝使用 1. 根據(jù)輸入信號的類型及變化范圍設(shè)置 DIP 開關(guān)，完成模塊的配置工作。必要 時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。 2. 完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號的類型不同，采用不同的接入方式。為防止空置端對接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。接線還應(yīng)注意傳感器的線路盡可能短，且應(yīng)使用屏蔽雙絞線，要保證 24VDC 傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。 3. 確定模塊安裝入系統(tǒng)時(shí)的位置，并由安裝位置確定模塊的編號。S7200 擴(kuò)展單元安裝時(shí)在主機(jī)的右邊依次排列，并從模塊 0 開始編號。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機(jī)上的擴(kuò)展總線插口。 4. 為了在主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字處理及為了輸出需要在xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 模擬量單元中轉(zhuǎn)換為模擬 量的數(shù)字量，要在主機(jī)中安排一定的存儲單元。一般使用模擬量輸入 AIW 及模擬量輸出 AQW 單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。而在主機(jī)的變量存儲區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的 中間數(shù)據(jù)。 工作程序編制 EM235 的工作程序編制包括以下的內(nèi)容： 1. 設(shè)置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數(shù)餓預(yù)置頂及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準(zhǔn)備。 2. 設(shè)置模塊檢測子程序。該子程序檢查模塊的連接的正確性以及模塊工作的正確性。 3. 設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計(jì)算工作。 4. 工程所需的有關(guān)該模擬 量的處理程序。 S7200PLC 硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和積木式，即主機(jī)包含一定數(shù)量的輸入 /輸出（ I/O）點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)展 I/O 模塊和各種功能的模塊。 一個(gè)完整的系統(tǒng)組成如圖 34 所示 。 圖 23 S7200 PLC 系統(tǒng)組成 （ 1）基本單元 基本單元（ Basic Unit）有時(shí)又稱 CUP 模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。它包括 CUP、存儲器、基本輸入 /輸出點(diǎn)和電源等，是 PLC 的主要部分。實(shí)際上它就是一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的 控制任務(wù)。 （ 2）擴(kuò)展單元 主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時(shí)，用戶編程工具 CUP 主機(jī) 人 機(jī)界面 擴(kuò)展模塊 功能模塊 通訊設(shè)備 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 可以根據(jù)需要擴(kuò)展各種 I/O 模塊，所能連接的擴(kuò)展單元的數(shù)量和實(shí)際所能使用的 I/O 點(diǎn)數(shù)時(shí)由多種因素共同決定的。 （ 3）特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)，需要擴(kuò)展功能模塊。它們是完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。 （ 4）相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。 （ 5）工業(yè)軟件 工業(yè)軟件是為了更好地管理和使用這些設(shè)備而開發(fā)的與之相 配套的程序，它主要由標(biāo)準(zhǔn)工具、工程工具、運(yùn)行軟件和人機(jī)借口軟件等幾大類構(gòu)成。 供水 系統(tǒng) 主要器件選型 根據(jù)我們設(shè)計(jì)的需要，并結(jié)合它所具有的特點(diǎn)，我們選用滬龍公司的ISG 型立式離心泵，它供輸送清水及物理化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其他液體之用，適用于工業(yè)和城市給排水、高層建筑增壓送水、園林噴灌、消防增壓、遠(yuǎn)距離輸送、暖通制冷循環(huán)、浴室等冷暖水循環(huán)增壓及設(shè)備配套，使用溫度 T：≤ 80℃。 在傳統(tǒng)的變頻控制系統(tǒng)中，變頻器的啟動 /停止由 PLC 通過開關(guān)量輸出控制，變頻器頻率是由 PLC 通過模擬量輸出端口輸出 0～ 5（ 10） V 或 4～20mA 信號控制的，這需要購買 PLC 比較昂貴的模擬量輸出端口模塊。對變頻器故障的檢測是只是由 PLC 讀取變頻器的故障報(bào)警觸點(diǎn)，只是知道變頻器出現(xiàn)故障，但具體什么故障并不清楚，需操作人員查詢變頻器報(bào)警信息后再閱讀變頻器說明書才知道，這對于一般值班人員來說太難了。 因此在本系統(tǒng)中 PLC 對變頻器的控制是通過串行通訊的方式實(shí)現(xiàn)的，西門子變頻器 MicroMaster430 是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機(jī)和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍 至 250kW。它按照專用要求設(shè)計(jì)，并使 用內(nèi)部功能互聯(lián)（ Bicol）技術(shù)，具有高度可靠性和靈活性。控制軟件可以實(shí)現(xiàn)xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 專用功能：多泵切換、手動 /自動切換、旁路功能、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運(yùn)行方式等。 PLC 通過自由通訊口方式與變頻器通訊，控制變頻器的運(yùn)行，讀取變頻器自身的電壓、電流、功率、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間和過壓、過流、過負(fù)荷等全部報(bào)警信息等參數(shù)。 PLC 及變頻器控制電路 供水系統(tǒng) 電氣 主電路 該系統(tǒng)有三臺水泵，如圖 31 所示，合上空氣開關(guān) QS 后，當(dāng)交流接觸器 KM KM KM5 主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為工頻運(yùn)行；當(dāng) KM KMKM6 主觸點(diǎn)閉合時(shí)，水泵為變頻運(yùn)行。三個(gè)熱繼電器 FR1～ FR3 分別對三臺電動機(jī)進(jìn)行保護(hù)，避免電動機(jī)在過載時(shí)可能產(chǎn)生的過熱損壞。 圖 24 恒壓供水的主電路 供水系統(tǒng)控制電路 如圖 22 所示， ～ 為 PLC 輸出軟電器觸點(diǎn)，其中 、 、xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 控制變頻運(yùn)行電路； 、 、控制工頻運(yùn)行電路。 SAC 為轉(zhuǎn)換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動、自動控制切換。當(dāng) SAC 切換在手動位時(shí)，通過 1SB2～ 3SB2 按鈕 分別起動 三 臺水泵工頻運(yùn)行；當(dāng) SAC 在自動位時(shí)，由 PLC 控制水泵進(jìn)行變頻或工頻狀態(tài)的起動、切換、 停止運(yùn)行。 圖 25 恒壓供水系統(tǒng)的控制電路 KA1 為缺水保護(hù)電路的中間繼電器觸點(diǎn)，當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，配合缺水保護(hù)裝置斷開控制電路，切斷主電路，實(shí)現(xiàn)缺水保護(hù)作用。 1． 缺水保護(hù) 當(dāng)水池缺水或水位不足時(shí)，若不及時(shí)切斷電源就會損壞水泵，甚至發(fā)生事故。本系統(tǒng)設(shè)置了缺水自動保護(hù)電路。如圖 25 所示。利用液位繼電器等裝置時(shí)刻檢測水池里的水位，經(jīng)電路轉(zhuǎn)換及處理后對控制回路電源進(jìn)行控制。水池水位正常時(shí)，控制回路電源接通，系統(tǒng)正常工作。水池缺水xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 或水位不足時(shí)，液位繼電器 K1 釋放，系統(tǒng)報(bào)警、指示燈亮并通過 KA1 切斷系 統(tǒng)控制電路和主電路，水泵停止，水位正常后，液位繼電器 K1 吸合，重新啟動系統(tǒng)。 2．缺相相序保護(hù) 水泵工作在三相交流電下，電源發(fā)生缺相時(shí)，電動機(jī)中某一相無電流，而另外兩相電流會增大，容易燒壞電動機(jī)；另外，為了避免電源相序相反，電動機(jī)反轉(zhuǎn)水泵抽空的現(xiàn)象，設(shè)置了缺相相序保護(hù)電路 ,采用缺相相序保護(hù)電路繼電器 KP 接在主電路電源進(jìn)線空氣開關(guān)之后，三相正常時(shí)， KP 得電吸合，控制電路中 KP 的 12 觸點(diǎn)吸合，接通 PLC 控制電路。反之，缺相或反向時(shí)， KP 的 12 觸點(diǎn)斷開，會切斷 PLC 控制電路，系統(tǒng)停止工作，缺相相序保護(hù)指示燈亮 。 硬件接線圖 系統(tǒng)的硬件連接圖即 PLC 和系統(tǒng)中各個(gè)硬件的連線。其輸入通道數(shù)字分辨率為 8 位， A/D 的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100us，在模擬量與數(shù)字信號之間采用光電隔離，適用于 S7200CUP22*系列 PLC。 由于 PLC 為 6 個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè) COM 端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨(dú)的 COM 端輸出組，所以通過一個(gè)中間繼電器 KA 的觸點(diǎn)對變頻器進(jìn)行復(fù)位控制。圖中的 ~及 ~ 為 PLC 輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的 8 等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合 PLC 外圍接線圖一起讀圖。 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 26 PLC 接線圖 xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 27 變頻器接線圖 控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)及地址分配 PLC 要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量，同時(shí)要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。 PLC 是通過 I/O 單元完成此工作的。 I/O 單元是 PLC 與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入 /輸出多種形式和驅(qū)動能力的信號，以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與 PLC 的 I/O 接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串 /并轉(zhuǎn)換、 A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換等功能。輸入單元接受現(xiàn)xx 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 場設(shè)備向 PLC 提供信號，包括人為的控制信號和能描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關(guān)量信號，例如由按鈕、限位開關(guān)、 繼電器觸點(diǎn)、接近開關(guān)、撥碼器等提供的開關(guān)量。這些信號經(jīng)過輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成 CUP 能夠接受和處理的信號。 根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表 21 及 22 所示。水位上下限信號分別位 、 ，它們在水淹沒時(shí)為 0，露出時(shí)為 1。 表 21 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號 名 稱 代 碼 地址編號 輸 入 信 號