【正文】 控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)的需要將 水位分為多段來(lái)設(shè)定，并分段顯示 。如此重復(fù)進(jìn)行上述過程，從而使塔內(nèi)液位保持在一定范圍內(nèi)。是否需要注水，工作人員可以通過手動(dòng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。 水位繼續(xù)下降至 c、 b 時(shí)。當(dāng)液面上升高于 d 時(shí)， d 處傳感器輸出高電平，系統(tǒng)報(bào)警，燈 Ld 亮，蜂鳴 器響 ,水 泵不工作。此時(shí)水位為預(yù)定的安全水位區(qū)。水位繼續(xù)上升于 b點(diǎn)時(shí)， b 傳感器相繼輸出高電平，燈 Lb 相應(yīng)變亮，顯示較低水位。系統(tǒng)報(bào)警， La 報(bào)警燈亮，蜂鳴器響。該系統(tǒng)工作原理如下： a,b,c,d 分別為水位最低位，較低位，較高位，最高位。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)觸點(diǎn)信號(hào)，由于 PLC 的 4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(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)位控制。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕 SB1～ SB6 控制兩臺(tái)泵的啟 /停和電磁閥 YV2 的通斷； 自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在 PLC 程序控制下運(yùn)行。 圖 電控系統(tǒng) 控制 電路 第 32 頁(yè) 共 47 頁(yè) 其中， 接觸器 KM KM KM KM4分別控制 泵 M M2的工頻運(yùn)行； FR FR2分別為兩臺(tái)水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器； FU1 為主電路的熔斷器； Q0～ Q3為兩水泵工頻與變頻運(yùn)行時(shí)的地址編號(hào)； Q4 為供水轉(zhuǎn)換電磁閥 YV2 的地址編號(hào)； Q5 為水位下限報(bào)警指示燈 HL5 的的地址編號(hào)； Q6 為變頻器故障報(bào)警指示燈 HL6 的地址編號(hào)； Q7為報(bào)警電鈴 HA的地址編號(hào)； Q8 為變頻器 頻率復(fù)位控制 KA 的地址編號(hào) 。 根據(jù)供水量情況，我們把變頻器的工作頻率上限設(shè)定為水泵基頻，即頻率變化范圍控制在 0～ 50Hz，在此范圍內(nèi)水泵運(yùn)行頻率和定子相壓成正比（及與變頻器輸入頻率成正比），這使得變頻器輸入、水泵運(yùn)行頻率和泵的輸出壓力成較好 的線 性關(guān)系，可得到較好的控制效果。 AMB— G9— 110T3 變頻器具有 REMOTE 和 LOCAL 兩種操作方式。 在恒壓調(diào)節(jié)時(shí)， PLC 處理器把檢測(cè)到的壓力信 號(hào)作為反饋值，與PID 運(yùn)算的壓力設(shè)定值（由調(diào)度人員根據(jù)情況在 REView 上設(shè)定）進(jìn)行比較，再經(jīng)過 PID 運(yùn)算得到調(diào)節(jié)后的修正值，通過模擬量輸出模板（ 1771OFE）輸出到X1113/14，作為 REMOTE 方式下變頻器的頻率控制信號(hào) 。水塔的高 /低水位信號(hào)也直接送給 PLC，作為高 /低水位報(bào)警。 圖 變頻器與其外圍調(diào)設(shè)備的接線圖 系統(tǒng)工作原理 水泵根據(jù)用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，維持用水低恒壓。 其中， PID 指令的表達(dá) 式 及操作數(shù)如圖 所示 。為了讓 PID 運(yùn)算以預(yù)想的采樣頻率工作， PID 指令必須用在定時(shí)發(fā)生的中斷程序中，或者在主程序中被定時(shí)器控制以一定頻率執(zhí)行。在高限值至恒定值之間，變頻器改變水泵電機(jī)電源頻率，使電機(jī)減速或恒速運(yùn)行。 當(dāng)變頻系統(tǒng)為開環(huán)時(shí)，設(shè)備可以人為設(shè)定輸出任意頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；當(dāng)變頻系統(tǒng)為閉環(huán)時(shí)，隨著反饋等要求的變化，根據(jù)設(shè)定的系統(tǒng)供水壓力值，自動(dòng)跟蹤輸出相應(yīng)的頻率。 變頻供水設(shè)備主要由變頻器、控制系統(tǒng)及傳 感器等部分組成。水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速要跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵電機(jī)供電。當(dāng)選擇自動(dòng)功能時(shí)，所有控制、報(bào)警均由 PLC 完成。 變頻器的 啟 動(dòng)、停止分為使用觸摸屏或文本顯示器等設(shè)備軟控制和 PLC 自動(dòng)控制。 PLC 主要完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、報(bào)警、控制變頻器完成壓力調(diào)節(jié)等功能。 在滿足 控制要求的情況下， 系統(tǒng)選用了選用由深圳市安邦信電子有限公司生產(chǎn)的 AMB— G9 變頻器，根據(jù)系統(tǒng)中水泵電機(jī)的功率，選用變頻器的具體型號(hào)為： AMB— G9— 110T3，“ 110”表示最大適用電機(jī)功率為 110 千瓦。 變頻器的選擇 變頻器的定義是：把電壓和頻率固定不變的工頻交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的一種裝置。 1900、 190 1902分別每隔 、 、 1s 發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖。 1813常 ON。 1810用于高速計(jì)數(shù)。它們的功能是： 1808用于對(duì)電池電壓低時(shí)的報(bào)警。當(dāng) PLC 接通電源， CPU 自動(dòng)檢測(cè)編程器接口，若編程器未接， PLC 自動(dòng)進(jìn)入 RUN 狀態(tài)。 編程器操作有 4種：預(yù)備性操作、編程、監(jiān)控和存儲(chǔ)程序。 控制鍵 (黃色 )： 12 個(gè)，用于編輯，寫入或修改程序。 第 28 頁(yè) 共 47 頁(yè) 數(shù)字鍵 (白色 )： 10 個(gè) (09)，其中 05在按 SHFT(移位 )鍵時(shí)，成為 AF鍵。 PROGRAM此位置可進(jìn)行編程工作。編程器面板如圖 。模擬量范圍是 010V 或 020mA,數(shù)字量是 8 位二進(jìn)制數(shù)。模擬定時(shí)器通過電纜和 CPU 或擴(kuò)展單元連接，只占用兩個(gè)通道。 （ 3） 特殊單元 特殊單元包括模擬定時(shí)單元、模擬輸入單元、模擬輸出單元等。 （ 2） 擴(kuò)展單元 擴(kuò)展單元在外觀上相似于 CPU 單元，也有接線端子、顯示 和連接電纜的插座。 CPU 單元也稱為主機(jī)。 圖 C20P 面板布置圖 1） 內(nèi)部組成 COM 0000 0001 0002 0003 PLC 輸入模塊 2 試驗(yàn)方式 3 運(yùn)行方式 S S VCC COM 1 電源端子 接地端子 輸出端子 顯示部分 裝配螺釘 I/O單元或 模擬定時(shí)器 單元、 I/O鏈 接單元連 接插 座 外圍設(shè)備 用連接器 DC24V輸出端子 輸入端子 高速計(jì)數(shù)器 輸入端子 SYSMAC C20P EPROM 安裝 部分 第 27 頁(yè) 共 47 頁(yè) 由 CPU 板、內(nèi)存、 I/O 電路和電源組成。接插座用語(yǔ)接插擴(kuò)展單元、外圍設(shè)備、特殊單元、通信接口等，不用時(shí)可用蓋板蓋上。 NC 為空端，不接任何線。 （ 1） 面板 每個(gè) I/O 點(diǎn)都有對(duì)應(yīng)的接線端子。參見圖 I/O 模塊接線的優(yōu)化 。參見圖 。 PLC 水位控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 所示 。在此情況下， PLC 的選擇應(yīng)著重考慮 PLC 的性能價(jià)格比，選擇可靠性高，功能相當(dāng)，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的 PLC。 系統(tǒng) 控制要求 控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)的需要將水位分為多段來(lái)設(shè)定，并分段顯示，當(dāng)水位為最低限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)水泵加水，水位到達(dá)設(shè)定值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并停泵；操作人員可通過確認(rèn)按鈕解除音響報(bào)警信號(hào)，閃爍燈光轉(zhuǎn)平光；系統(tǒng)具有手動(dòng) /自動(dòng)兩種控制 方式，并設(shè)有試驗(yàn)功能。 利用對(duì) PLC 軟件的設(shè)計(jì) ,實(shí)現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機(jī)的啟動(dòng)和停止 。 針對(duì)以上所存在的問題，結(jié)合工控行業(yè)的發(fā)展，特別是 PLC 和變頻技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，可以用它來(lái)解決水壓控制系統(tǒng)存在的以上問題。 分析控制要求 確定系統(tǒng)總體 確定 PLC 分配 I/O 點(diǎn) 編制流程圖 設(shè)計(jì)控制臺(tái) 編制程序 現(xiàn)場(chǎng)連線 調(diào)試程序 滿足要求 調(diào)試程序 滿足要求 完成 修改改 是 否 否 是 是 第 24 頁(yè) 共 47 頁(yè) 3 水位控制系統(tǒng)中 PLC 硬件電路設(shè)計(jì) 在眾多生產(chǎn)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對(duì)貯槽、貯罐、水池等容器中的液位進(jìn)行監(jiān)控 。用戶程序是通過編程器預(yù)先寫入存儲(chǔ)器中，由 CPU 采用循環(huán)掃描的工作方式來(lái)執(zhí)行 。 第 23 頁(yè) 共 47 頁(yè) 圖 PLC 控制系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)步驟 小結(jié) 本章 主要介紹了 PLC 的來(lái)源及定義、分類及應(yīng)用、特點(diǎn)及組成、 PLC 的邏輯結(jié)構(gòu)及其工作原理、以及 一般設(shè)計(jì)步驟。 （ 6）聯(lián)機(jī)調(diào)試。 （ 4）用編程器將程序鍵入到 PLC 的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查鍵入的程序是否正確。 （ 2）設(shè)計(jì)梯形圖。 第 22 頁(yè) 共 47 頁(yè) PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的主要步驟是： （ 1）對(duì)于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動(dòng)作的順序和條件。 PLC 控制系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)步驟 PLC 控制系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)步驟如圖 。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于 PLC 掃描工作方式造成，更主要是 PLC 輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來(lái)的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來(lái)輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì) 有關(guān)。 從上述分析可知，當(dāng) PLC 的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到 PLC 輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為 PLC 輸入／輸出響應(yīng)滯后。 對(duì)于小型 PLC，其 I/O 點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使 PLC 工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入 /輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。 在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值 ， 則最后一次有效。當(dāng)PLC 進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。在這一階段里， PLC 將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 對(duì)于元件映象寄存器來(lái)說 ， 其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過程而變化。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序是否跳轉(zhuǎn)。 2） 程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段， PLC 對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。 1） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段 ， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。當(dāng) PLC 掃描到的指令被執(zhí)行后，其結(jié)果馬上就被后面將要掃描到的指令所利用，而且還可通過 CPU 內(nèi)部設(shè)置的監(jiān)視定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描是否超過規(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)。當(dāng) PLC 處于運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)時(shí)，除完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)工作 外，還要完成輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新 的 工作。 在通信服務(wù)階段， PLC 與其它智能裝置實(shí)現(xiàn)通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容等。選擇一個(gè) PLC，合理的編制程序是縮短響應(yīng)時(shí)間的關(guān)鍵。如先用高速CPU，提高掃描速度，采用快速響應(yīng)模塊 、 高速計(jì)數(shù)模塊以及不同的中斷處理等措施減 少滯后時(shí)間。 PLC 的掃描時(shí)間對(duì)于一般工業(yè)調(diào)和通常是可以接受的。掃描周期與 CPU 運(yùn)行速度、 PLC 硬件配置及用戶程序長(zhǎng)短有關(guān)，典型值為 1～ 100ms。如圖 所示，整個(gè)掃描工作過程包括內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新五個(gè)階段。但由于 PLC 的掃描速度快，通常PLC 與電器控制裝置在 I/O 的處理結(jié)果上并沒有什么差別 [18]。 PLC 的掃描工作方式與電器控制的工作原理明顯不同。 用掃描工作方式執(zhí)行用戶程序時(shí)，掃描是從第一條程序開始，在無(wú)中斷或跳轉(zhuǎn)控制的情況下，按程序存儲(chǔ)順序的先后，逐條執(zhí)行用戶程序，直到程序結(jié)束。由于 CPU 的運(yùn)算處理速度很快，所以從宏觀上來(lái)看， PLC 外部出現(xiàn)的結(jié)果似乎是同時(shí)（并行）完成的。用戶程序是通過編程器預(yù)先寫入存儲(chǔ)器中，由 CPU 采用循環(huán)掃描的工作方式來(lái)執(zhí)行。 第 18 頁(yè) 共 47 頁(yè) 圖 PLC 邏輯結(jié)構(gòu) 圖 PLC 的工作原理 PLC 實(shí)質(zhì)上是一類工業(yè)控 制專用的計(jì)算機(jī)， 它的 結(jié)構(gòu)原理與微型計(jì)算機(jī)相似，皆由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成 ， 所以它的工作原理也是建立在計(jì)算機(jī)的工作原理基礎(chǔ)上 。 PLC 的邏輯結(jié)構(gòu) 一個(gè)完整的 PLC，在邏輯上應(yīng)該具備中央處理器 CPU、輸入接口、輸出接口、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器接口、鍵盤及顯示和用于外設(shè)的其他接口。 EPROM 寫入器是用來(lái)將用戶程序固化到 EPROM 存儲(chǔ)器中的一種 PLC 外部設(shè)備。半智能型 CRT 人 /機(jī)接口裝置可長(zhǎng)期安裝在控制臺(tái)上，通過通信接口接收來(lái)自 PLC 的信息并在 CRT 上顯示出來(lái)；而智能型終端人 /機(jī)接口裝置有自己的微處理器和存儲(chǔ)器，能夠與操作人員快速交換信息，并通過通信接口與 PLC 相連，也可作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)接入 PLC 網(wǎng)絡(luò)。最簡(jiǎn)單、最普遍的人 /機(jī)接口裝置由安裝在控制臺(tái)上的按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)、撥碼開關(guān)、指示燈、 LED 顯示器、聲光報(bào)警器等器件構(gòu)成。小編程器 PLC 一般有手持型編程器，目前一般由計(jì)算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器。 PLC 的智能接口模塊種類很多，如：高速計(jì)數(shù)模塊、閉環(huán)控制模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊、中斷控制模塊等。 （ 3） 智能接口模塊 智能接口模塊是一獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它有自己的 CPU、系統(tǒng)程序、存儲(chǔ)器以第 17 頁(yè) 共 47 頁(yè) 及與 PLC 系統(tǒng)總線相連的接口。與計(jì)算機(jī)連接，可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。 PLC 通過這些通信接口可與監(jiān)視器、打印機(jī)、其它 PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。許多 PLC 還向外提供直流 24V 穩(wěn)壓電源，用于對(duì)外部傳感器供電。對(duì)電網(wǎng)提供的電源穩(wěn)定度要求不高，一般允許電源電壓在其額定值 177。 PLC 的其它組成部分 （ 1） 電源 PLC 配有開關(guān)電源，以供內(nèi)部電路使用。當(dāng)系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可通過 PLC 的 I/O 擴(kuò)展接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行