【正文】 后其結(jié)果馬上就可以被后面將要掃描的指令所利用；另一方面，還可以通過 CPU 設(shè)置定時(shí)器來監(jiān)視每次掃描時(shí)間是否超過規(guī)定時(shí)間，避免由于 CPU 內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng) PLC 采用的是梯形圖編程語(yǔ)言。梯形圖在形式上類似于繼電器控制電路圖，它簡(jiǎn)單，直觀，易讀，好懂，是 PLC 中普遍采用的一種編程方式。梯形圖中沿用了繼電器線路的一些圖形符號(hào)，這些圖形符號(hào)被稱為編程元件，每一個(gè)編程元件對(duì)應(yīng)有一個(gè)編號(hào)。不同廠家的 PLC，其編程元件的多少及編號(hào)方法不盡相同，但是基本的元件及功能很相近。梯形圖有如下特點(diǎn)：(1)梯形圖按自上而下、從左到右的順序排列。每一個(gè)繼電器為一個(gè)邏輯行，稱為一個(gè)梯形。每一個(gè)邏輯行起始于左母線，然后是觸點(diǎn)的各種聯(lián)接，最后是線圈，整個(gè)圖形呈梯形。(2)梯形圖中的繼電器不是繼電器控制電路中的物理繼電器，它實(shí)質(zhì)上是變量存儲(chǔ)器中的位觸發(fā)器，因此稱為軟繼電器，相應(yīng)的某位觸發(fā)器為真態(tài)，表示該繼電器通電，其常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開。梯形圖中的繼電器的線圈的定義是廣義的，除了輸出繼電器、內(nèi)部繼電器以外，還包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等。(3)梯形圖中，一般情況下某個(gè)編號(hào)的繼電器線圈只能出現(xiàn)一次，而繼電器的觸點(diǎn)是可以被無(wú)限制的引用，既可是常開觸點(diǎn)也可以是常閉觸點(diǎn)。(4)梯形圖是 PLC 形象化的編程方式，其左右兩側(cè)的母線不接任何電源，因而圖中各個(gè)支路也沒有真實(shí)的電流通過，但是為了方便，常用有電山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3流來形象的描述輸出線圈的動(dòng)作條件。所以僅僅是概念上的電流，而且認(rèn)為它只能從左向右流動(dòng)，層次的改變只能是先上后下。PLC 的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個(gè)輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。除此之外，為提高工作的可靠性和及時(shí)的接收外來的控制命令，每個(gè)掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信請(qǐng)求。因此，PLC 工作過程分為以下五步：(1)自診斷自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時(shí)能盡快的修復(fù)，為此 PLC 每次掃描用戶程序以前都對(duì) CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異常現(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)的信息。(2)與外設(shè)通信自診斷正常后 PLC 即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過程中 PLC 將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)、PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。(3)輸入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開關(guān)狀態(tài)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值。(4)解算用戶邏輯即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲(chǔ)器的最低地址存放的第一條程序開始，在無(wú)跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。(5)輸出結(jié)果將本次的掃描過程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹?，每一步所得到的輸出信?hào)被存入輸出信號(hào)寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號(hào)由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備即 PLC 的實(shí)際輸出。在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。 I/O 模塊的基本參數(shù)配置下述四個(gè)表格分別是所選用的輸入輸出模塊的基本參數(shù)配置表。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)5表 模擬量模塊輸入輸出參數(shù)表C a t . N o .N u m b e r o f I n p u t s N u m b e r o f O u t p u t s R e s o l u t i o nS e n s o r s S u p p o r t e d 1 7 5 6 I F 88 s i n g l e e n d e d , 4 d i f f e r e n t i a l , 2 h i g h s p e e d d i f f e r e n t i a l — 1 6 b i t s 177。 1 0 . 5 V0 . . . 5 . 2 5 V0 . . . 1 0 . 5 V 1 7 5 6 O F 6 C I —6 i s o l a t e d c u r r e n t 1 3 b i t s —C a t . N o .R e m o v a b l e T e r m i n a l B l o c k H o u s i n g B a c k p l a n e C u r r e n t ( m A ) a t 5 V B a c k p l a n e C u r r e n t ( m A ) a t 2 4 V P o w e r D i s s i p a t i o n , M a x .1 7 5 6 I F 81 7 5 6 T B C H1 7 5 6 T B S 6 H 1 5 0 m A 4 0 m A 1 . 7 W V o l t a g e2 . 3 W C u r r e n t 1 7 5 6 O F 6 C I 1 7 5 6 T B N H1 7 5 6 T B S H 2 5 0 m A3 0 0 m A5 . 5 W ( 0 … 5 5 0 W l o a d s )6 . 1 W ( 5 5 1 … 1 0 0 0 W l o a d s ) 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6表 開關(guān)量模塊輸入輸出參數(shù)表C a t . N o .N u m b e r o f I n p u t s / o u t p u t sV o l t a g e , O n S t a t e I n p u t , N o m . O p e r a t i n g V o l t a g e I n p u t D e l a y T i m e , O N t o O F F 1 7 5 6 I B 3 2 3 2 1 2 / 2 4 V d cs i n k 1 0 . . . 3 1 . 2 V d c 4 2 0 m s + f i l t e r t i m e ( 0 , 1 , 2 , 9 , o r 1 8 m s )1 7 5 6 O B 1 6 E 1 6e l e c t r o n i c a l l y f u s e d 1 2 / 2 4 V d cs o u r c e 1 0 . . . 3 1 . 2 V d c C a t . N o .R e m o v a b l e T e r m i n a l B l o c k H o u s i n g B a c k p l a n e C u r r e n t ( m A ) a t 5 V B a c k p l a n e C u r r e n t ( m A ) a t 2 4 V P o w e r D i s s i p a t i o n , M a x . 1 7 5 6 I B 3 2 1 7 5 6 T B C H1 7 5 6 T B S 6 H 1 2 0 m A 2 m A 6 . 2 W @ 6 0 176。 C1 7 5 6 O B 1 6 E 1 7 5 6 T B N H1 7 5 6 T B S H 2 5 0 m A 2 m A 4 . 1 W @ 6 0 176。 C山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)7 傳感器和執(zhí)行器的選擇 液位傳感器的選擇濾池儀表的設(shè)置通常是單格濾池設(shè)置液位傳感器，因?yàn)榫S持濾池正常的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)恒水位，所以液位計(jì)的選型很重要。超聲波液位傳感器是近年來普遍使用的一種工控液位傳感器，該液位計(jì)安裝簡(jiǎn)單方便, 信號(hào)漂移較小， 故障率較低，運(yùn)行穩(wěn)定。故近年來受到廣大工程設(shè)計(jì)人員的青睞。故本設(shè)計(jì)中選擇上海精士自動(dòng)化成套設(shè)備有限公司的LU13兩線制超聲波液位傳感器。該產(chǎn)品的有關(guān)參數(shù)如下：測(cè)量量程：LU13: (10 cm ) 精度：量程177。 % 分辨率：(3 mm) 直徑盲區(qū)：LU13: (10cm) LED顯示器：電源、校正和診斷信息 內(nèi)存：非易失 供電電壓： 12 28 VDC 線圈阻抗：600 Ohms @ 24 VDC 信號(hào)輸出： 420 mA, 兩線制 校準(zhǔn)：對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)距離、接上校準(zhǔn)線后供電 故障保護(hù)：還原至22 mA 工作溫度： F: 40186。 to 160186。 C: 40186。 to 71186。 溫度補(bǔ)償：自動(dòng)電子組件 工作溫度： F: 40186。 to 160186。 C: 40186。 to 71186。 壓力：30 psi (2 bar) @ 25 176。C, 超過25 176。C時(shí) @ psi( bar) per 176。C 外殼等級(jí)：NEMA 6 (IP67) 安裝高度儲(chǔ)罐工藝裝置上( cm) 外殼材料： PC/ABS FR 傳感器材料： PVDF Kynar174。 電纜外殼材料：聚丙烯 電纜型號(hào)：3芯屏蔽電纜 安裝前首先確認(rèn)液位計(jì)探頭和它的測(cè)量終端間距，LU13超聲波液位計(jì)允許的最大電纜長(zhǎng)度為1000英尺（300米） ，而且要求電纜必需全部屏蔽。兩線制信號(hào)輸入電氣連接：1．和信號(hào)變送器以及外供電源連接：液位計(jì)紅線端接入直流電源1228 VDC+端，黑線接儀表輸入信號(hào)+端，然后將電源1228 VDC—端和儀表信號(hào)輸入負(fù)端連接。2．和PLC的連接：山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)8液位計(jì)紅線端接入直流電源1228 VDC+端，黑線接PLC輸入信號(hào)+端，然后將電源1228 VDC—端和PLC信號(hào)輸入負(fù)端連接。 （注意：超聲波液位計(jì)安裝時(shí)，其包裝盒內(nèi)的VITON橡膠墊必須配合超聲波液位計(jì)一起安裝） 壓力變送器的選擇水頭損失等于液位值減去壓力值，故水頭損失信號(hào)的測(cè)量要運(yùn)用到壓力變送器。前些年大都用差壓變送器，在濾料上下引壓，但由于差壓變送器及三閥組安裝維護(hù)相對(duì)麻煩，且差壓變送器的安裝位置受一定限制，近年來采用壓力變送器較多，在單格濾池出水閥前取壓由計(jì)算機(jī)將液位值與壓力值相減后得出水頭損失，效果不錯(cuò)。本設(shè)計(jì)中的壓力變送器選擇中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第七0一研究所的通用型YZD1 擴(kuò)散硅壓力變送器。YZD1擴(kuò)散硅壓力變送器選用國(guó)外進(jìn)口擴(kuò)散硅壓力芯片作敏感元件，性能穩(wěn)定可靠，抗過載能力強(qiáng)。靈敏度高，精度高，體積小，重量輕，安裝使用方便。廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各種氣體、液壓的壓力、液體測(cè)量和控制。具有多種量程、多輸出形式，標(biāo)準(zhǔn)螺紋接口：M20 結(jié)構(gòu)材料：2Cr13或者1Cr18Ni9Ti。可按要求訂制非標(biāo)準(zhǔn)量程、輸出形式和壓力接口形式。主要的技術(shù)指標(biāo)如下表所示。表 YZD1電氣連接方式及其主要技術(shù)指標(biāo)電氣連接方式 插頭座號(hào) 導(dǎo)線顏色4 線 4 線3 線 3 線2 線 2 線輸入 （ 電源 ） 正端輸出信號(hào)正端輸出信號(hào)負(fù)端輸入 （ 電源 ） 負(fù)端111紅紅紅2 22藍(lán)藍(lán)藍(lán)34/白 黃/44/黃 黃/山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文