【導(dǎo)讀】及系統(tǒng)的抗干擾措施進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用SIEMENS的S7-300. 選擇、故障報(bào)警等功能。本系統(tǒng)采用水泵及管路的“自動(dòng)輪換”工作制。用臺(tái)達(dá)人機(jī)界面就地監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備的參數(shù)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的就地手動(dòng)控制，做到有故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)并盡早處理。S7-300PLC采用RS485通信標(biāo)準(zhǔn)與地面

　　

【正文】 控制繼電器 J7 控制 1電磁閥開 /關(guān) 控制繼電器 J8 控制 1電磁閥開 /關(guān) 控制繼電器 J9 控制 1真空泵開 控制繼電器 J10 控制 1真空泵關(guān) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 34 控制繼電器 J11 控制 2真空泵開 控制繼電器 J12 控制 2真空泵關(guān) 控制繼電器 J13 控制 1水泵開 控制繼電器 J14 控制 1水泵關(guān) 控制繼電器 J15 控制 2水泵開 控制繼電器 J16 控制 2水泵關(guān) 控制繼電器 J17 控制 3水泵開 控制繼電器 J18 控制 3水泵關(guān) 指示燈 L1 1泵故障報(bào)警 指示燈 L2 2泵故障報(bào)警 指示燈 L3 3泵故障報(bào)警 指示燈 L4 水位超限報(bào)警 指示燈 L5 1水泵運(yùn)行指示 指示燈 L6 2水泵運(yùn)行指示 指示 燈 L7 3水泵運(yùn)行指示 表 模擬量輸入地址分配表 地址 連接外部設(shè)備 功能說(shuō)明 PIW256 MW110 水位傳感器 采集水倉(cāng)水位信號(hào) PIW258 MW 112 1水泵流量傳感器 采集 1水泵出水流量 PIW260 MW 114 2水泵流量傳感器 采集 2水泵出水流量 PIW262 MW 116 3水泵流量傳感器 采集 3水泵出水流量 PIW264 MW 118 1振動(dòng)傳感器 采集電機(jī)振動(dòng)情況 PIW266 MW 120 2振動(dòng)傳感器 采集電機(jī)振動(dòng)情況 PIW268 MW 122 3振動(dòng)傳感器 采集電機(jī)振動(dòng)情況 PIW270 MW 124 1電機(jī)電流傳感器 采集 1電機(jī)電流 PIW272 MW 126 2電機(jī)電流傳感器 采集 2電機(jī)電流 PIW274 MW 128 3電機(jī)電流傳感器 采集 3電機(jī)電流 PIW276 MW 130 1電機(jī)電壓傳感器 采集 1電機(jī)電壓 PIW278 MW 132 2電機(jī)電壓傳感器 采集 2電機(jī)電壓 PIW280 MW 134 3電機(jī)電壓傳感器 采集 3電機(jī)電壓 PIW282 MW 136 1水泵電動(dòng)閥開度 采集 1水泵電動(dòng)閥開度 PIW284 MW 138 2水泵電動(dòng)閥開度 采集 2水泵電動(dòng)閥開度 PIW286 MW 140 3水泵電動(dòng)閥開度 采集 3水泵電動(dòng)閥開度 PIW288 MW 142 1水泵壓力傳感器 采集 1水泵出水壓力 PIW290 MW 144 2水泵壓力傳感器 采集 2水泵出水壓力 PIW292 MW 146 3水泵壓力傳感器 采集 3水泵出水壓力 PIW294 MW 148 1負(fù)壓傳感器 采集 1真空度 PIW296 MW 150 2負(fù)壓傳感器 采集 2真空度 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 35 PIW298 MW 152 3負(fù)壓傳感器 采集 3真空度 PIW300 MW 154 1電機(jī)溫度傳感器 采集 1電機(jī)溫度 PIW302 MW 156 2電機(jī)溫度傳感器 采集 2電機(jī)溫度 PIW304 MW 158 3電機(jī)溫度傳感器 采集 3電機(jī)溫度 PIW306 MW 160 1水泵溫度傳感器 采集 1水泵溫度 PIW308 MW 162 2水泵溫度傳感器 采集 2水泵溫度 PIW310 MW 164 3水泵溫度傳感器 采集 3水泵溫度 各子程序流程圖如圖 、 、 所 示。 開 始P L C 有 故 障 ？設(shè) 備 有 故 障 ？操 作 方 式 選 擇選 擇 遠(yuǎn) 程遠(yuǎn) 程 滿 足 ？遠(yuǎn) 程 控 制選 擇 手 動(dòng)手 動(dòng) 滿 足 ？手 動(dòng) 控 制選 擇 自 動(dòng)自 動(dòng) 滿 足 ？自 動(dòng) 控 制是是是 是 是否否否 否 圖 控制方式流程圖 開始時(shí)先檢查 PLC 有無(wú)故障，若有故障轉(zhuǎn)為手動(dòng)操作；若無(wú)故障，再看設(shè)備有無(wú)故障，若有故障轉(zhuǎn)為手動(dòng)操作，若無(wú)則進(jìn)行操作方式的選擇?？蛇x擇全自動(dòng)、 手動(dòng) 、 遠(yuǎn)程中的任意一種操作方式。 由工作人員 對(duì)控制方式進(jìn)行選擇 ，在自動(dòng)控制方式下， PLC 按要求完成自己的控制功能。而手動(dòng)方式在所有控制方式中有優(yōu)先權(quán)，需要工作人員在人機(jī)界面對(duì)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 36 進(jìn)行控制。遠(yuǎn)程控制則需要工作人員在地面監(jiān)控中心進(jìn)行控制。 自動(dòng)控制方式為設(shè)計(jì)的主要部分，主要的設(shè)計(jì) 依據(jù)為采用傳感器作為系統(tǒng)的嗅覺器官，利用 PLC 的功能實(shí)現(xiàn)不同的控制，對(duì)于不同的水位高度選擇開啟水泵的數(shù)量，以及根據(jù)計(jì)數(shù)器計(jì)算水泵總開啟的時(shí)間選擇開啟時(shí)間少的水泵優(yōu)先開啟，以達(dá)到和利用水泵，延長(zhǎng)水泵壽命的作用。利用繼電器實(shí)現(xiàn)各閥的開關(guān)，以此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 自動(dòng)控制狀態(tài)下，水泵的自動(dòng)啟停流程圖如圖 所示。 開 始啟 動(dòng) 真 空 泵抽 真 空真 空 度 達(dá) 到 要 求啟 動(dòng) 水 泵 電 機(jī)關(guān) 閉 真 空 泵 電 磁 閥水 泵 抽 水 出 口 壓 力 達(dá) 到 要 求開 啟 出 水 口 電 動(dòng) 閥抽 真 空 超 時(shí)達(dá) 到 預(yù) 設(shè)壓 力 超 時(shí)聲 光 報(bào) 警水 泵 系 統(tǒng) 運(yùn) 行水 泵 系 統(tǒng)有 停 機(jī) 故 障滿 足 關(guān) 泵 條 件關(guān) 閉 電 動(dòng) 閘 閥關(guān) 水 泵 電 機(jī)停 泵否否否否否否是是是是是是 圖 水泵自動(dòng)開啟與關(guān)閉流程圖 手動(dòng)控制方式就是根據(jù)外界人為 給予 的控制指令實(shí)施控制，需要人為山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 37 的判斷開啟的順序，開啟的時(shí)間。 保護(hù)及報(bào)警部分 就是在傳感器測(cè)得的信號(hào)超出給予 的限度時(shí)，及時(shí)停止泵的運(yùn)行，并給出報(bào)警信號(hào)，以便及時(shí)維修 。保護(hù)及報(bào)警流程圖如圖 所示 。 運(yùn) 行 中 ？電 流 判 斷 電 流 正 常 ？壓 力 判 斷 壓 力 正 常 ？溫 度 判 斷 溫 度 正 常 ？電 流 越 限報(bào) 警鎖 定 故 障 泵退 出 工 作 組壓 力 越 限報(bào) 警停 止 水 泵溫 度 越 限報(bào) 警是是是否否否電 壓 判 斷電 壓 正 常 ？電 壓 越 限報(bào) 警否鎖 定 故 障 泵退 出 工 作 組是是是 圖 排水過(guò)程報(bào)警流程圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 38 觸摸屏顯示界面設(shè)計(jì) 對(duì)于一個(gè)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的 PLC 控制系統(tǒng)來(lái)講，除了硬件和控制軟件外，還應(yīng)有便于用戶操作的友好的人機(jī)界面。用戶可以通過(guò)人機(jī)界面隨時(shí)了解、觀察并掌握整個(gè)控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，必要時(shí)還可以通過(guò)人機(jī)界面向控制系統(tǒng)發(fā)出故障報(bào)警，進(jìn)行人工干預(yù)。 因此，人機(jī)界面就可以 看成是人與硬件 (計(jì)算機(jī)、 PLC 等 )、控制軟件的 交叉部分，人可以通過(guò)人機(jī)界面與計(jì)算機(jī)、 PLC 進(jìn)行信息交換，向 PLC 控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)、信息和控制命令，而 PLC 控制系統(tǒng)又可以通過(guò)人機(jī)界面，由編程終端、計(jì)算機(jī)回送控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息給用戶。 （ 1） 主界面顯示 使用 screen editor 軟件實(shí)現(xiàn)該設(shè)計(jì)，下為系統(tǒng)的主界面顯示： 圖 系統(tǒng)主界面顯示 啟動(dòng)上位機(jī)人機(jī)界面程序后，首先進(jìn)入主界面，如圖 所示。通過(guò)點(diǎn)擊面板上的按鈕，可以了解不同信息，可以進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置、記錄顯示的相關(guān)界面。 （ 2） 運(yùn)行狀態(tài)界面顯示 該運(yùn)行狀態(tài)顯示界面可以顯示當(dāng)前的運(yùn)行狀況，可以及時(shí)了解地下的運(yùn)行，以便于有故障時(shí)及早發(fā)現(xiàn)、早處理。如果系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障，頁(yè)面山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 39 將會(huì)切到報(bào)警顯示頁(yè)面。 圖 運(yùn)行狀態(tài)顯示 （ 3） 參數(shù)設(shè)置 圖 1泵的參數(shù)設(shè)置顯示 圖 2泵的參數(shù)設(shè)置顯示 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 40 圖 3泵的參數(shù)設(shè)置顯示 該顯示界面主要顯示每一泵的傳感器檢測(cè)到的一系列數(shù)值，并在其右側(cè)可以修改設(shè)置參數(shù)設(shè)定范圍，并可以將數(shù)值傳入到 PLC。 （ 4） 記錄顯示 圖 運(yùn)行記錄 顯示 在該頁(yè)面將各泵的及每條管路的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行了累計(jì)顯示，當(dāng)然，設(shè)計(jì)中有清空記錄的按鈕，清空后從 0 重新計(jì)數(shù)。也可以對(duì)記錄進(jìn)行打印。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì) 41 圖 故障記錄顯示 該頁(yè)面同運(yùn)行記錄頁(yè)面相似，既可以清空記錄，也可以打印記錄。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 42 5 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)雖然具有可靠性高、功能強(qiáng)，易于控制等優(yōu)點(diǎn) ，在自動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 但由于該設(shè)計(jì) 應(yīng)用環(huán)境較為惡劣、控制要求比較高 不可避免的存在各種干擾。這些干擾可能導(dǎo)致機(jī)器誤操作、數(shù)據(jù)丟失，其精度也會(huì)下降，更嚴(yán)重還會(huì)是 PLC 損壞。所以，在實(shí)際中，不僅要合理配置系統(tǒng)，正確接線，還要充分考慮各種異常情況，采取相應(yīng)抗干擾措施保護(hù) PLC 控制系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行。 常見干擾源 影 響 現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制系統(tǒng)的干擾主要有 空間電磁輻射干擾、 PLC 外部電氣干擾、 PLC 內(nèi)部產(chǎn)生的干擾和電弧干擾四部分組成。其中 PLC 外部 電氣干擾源主要來(lái)源于電源線、輸入輸出信號(hào)線和接地線三方面，這種干擾通常又被稱作傳導(dǎo)干擾。 （ 1） 空間電磁輻射干擾 空間電磁場(chǎng)主要是 在電力網(wǎng)絡(luò)、電氣設(shè)備通斷電瞬間或無(wú)線電、高頻加熱設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生。當(dāng) PLC 控制設(shè)備處于其輻射范圍內(nèi)，或會(huì)受到相應(yīng)的電磁干擾，電磁輻射主要通過(guò) PLC 內(nèi)部電路或外接通信電路來(lái)影響控制系統(tǒng)運(yùn)行，其干擾程度大小取決于這些電力設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。 （ 2） 外部電氣干擾 PLC 外部電氣干擾通常是由于工作人員在工作中選擇、安裝設(shè)備不合理或現(xiàn)場(chǎng)布線不規(guī)范造成的 ，這種干擾在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)普遍存在，其干擾源主要來(lái)自以下三 個(gè) 方面： ① 供電電源干擾：在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)， PLC 與其他電力設(shè)備的供電電源一般都是電閘供電，當(dāng)電閘上 的大型電力設(shè)備、交直流傳動(dòng)裝置 在執(zhí)行啟山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 43 停動(dòng)作時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)的電壓波動(dòng)并產(chǎn)生 諧波或浪涌現(xiàn)象，然后通過(guò) 輸電線路傳到 PLC 電源周邊，雖然 PLC 的電源通常采用隔離電源，但由于制造工藝等各方面的因素影響， 不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的絕對(duì)隔離 ； ② 信號(hào)采集線路引入的干擾： PLC 控制系統(tǒng)在集中 控制時(shí)，需要將各種各樣 的設(shè)備信號(hào)進(jìn)行采集。而 PLC 在各類信號(hào)線連接傳輸有效信號(hào)時(shí)，還會(huì)附帶有各種外部干擾信號(hào)，這種信號(hào)采集線路引起的干擾會(huì)導(dǎo)致 I/O 信號(hào)工作異常，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起元件毀壞，控制失效 ； ③ 接地線引入的干擾： PLC 控制 系統(tǒng)為了取得 基準(zhǔn)電位并使系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，一般都要采取接地線措施，接地一般分為系統(tǒng)地、交流地、屏蔽地和保護(hù)地幾種解法。但是由于接地性質(zhì)不同和接地的方法不規(guī)范，會(huì)造成各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)產(chǎn)生地電位差，引起地環(huán)路中電流及信號(hào)的共模干擾，影響系統(tǒng)的正常工作 。 （ 3） PLC 內(nèi)部產(chǎn)生的干擾 這種干擾通常是由于 PLC 內(nèi)部電路及元件相互之間產(chǎn)生的電磁輻射引起的，它主要 與可編程控制器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)的設(shè)備內(nèi)部電磁兼容性有關(guān)。 （ 4） 電弧干擾 在切斷負(fù)載瞬間，按鈕、接觸器、繼電器等帶有觸電的電器觸點(diǎn)之間便會(huì)產(chǎn)生電弧，從而引發(fā)電弧干擾，被切斷負(fù) 載的電流越大，電壓越高 ，切斷所用時(shí)間越長(zhǎng)，干擾就越強(qiáng)。 排除干擾的措施 提高 PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾能力，需要從兩方面著手。一方面需要生產(chǎn)廠家制造出抗干擾能力較高的產(chǎn)品，另一方面需要工程設(shè)計(jì)者根據(jù)控制現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況設(shè)計(jì)出合理的抗干擾方案，以提高系統(tǒng)的電磁兼容性，具體的抗干擾措施應(yīng)以以下幾個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 44 （ 1） 抗供電電源干擾 系統(tǒng)采用以下三種方法來(lái)有效控制供電電源的干擾。 ① 采用專用電源，電源的供電要與大的用電設(shè)備分開，避免大用電設(shè)備啟停時(shí) 對(duì)電源供電電壓的影響； ② 控制交流電源與 PLC 機(jī)之間采用雙屏蔽的隔離變壓器，其一次繞組的屏蔽層接中線，隔離供電電源的干擾，二次繞組的屏蔽層與 PLC 系統(tǒng)共地，使干擾信號(hào)入地； ③ 在隔離變壓器與 PLC 之間加裝交流穩(wěn)壓器或交流低通濾波器。 （ 2） 合理布線 在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行布線 時(shí)應(yīng)該將動(dòng)力線、控制線和信號(hào)線區(qū)分開布線，并保持一定距離，一般間距應(yīng)達(dá)到 30cm。對(duì)于距離比較遠(yuǎn)的開關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)選擇屏蔽 線或雙絞線，對(duì)于一些頻率較高的特殊信號(hào)可以采用光纖電纜傳輸。 傳輸模擬量信號(hào)的線 ，為防止高頻干擾，其屏蔽層要接地；開關(guān)量信號(hào)線的屏蔽層應(yīng)與點(diǎn)位均衡線并聯(lián)，并將屏蔽層兩端均接地。不同的信號(hào)線一般不用同一個(gè)插接件轉(zhuǎn)接，如果只能用同一個(gè)插接件，要用地線端子將它們分開，減少干擾的影響。 （ 3） 抗接地干擾措施 在對(duì)配電柜中設(shè)備接地時(shí)，應(yīng)把 PLC 控制系統(tǒng)與其他設(shè)備分