【正文】 29 120 S B 1K M 1S B 2Q 0 . 0Q 0 . 1K M 2K M 2K M 1H L 1K M 2H L 2F R 146P L CS B 4Q 0 . 2Q 0 . 3K M 4K M 2K M 381 0S B 6Q 0 . 4Q 0 . 5 K M 6K M 2 K M 51 21 4S B 3K M 3F R 2H L 3K M 4H L 4F R 3H L 5K M 6H L 6K M 5S B 5S B 7Y V 2S B 8Y V 2H L 7H L 8H L 9H AK AH L 1 0Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2Q 1 . 3Q 1 . 4Q 1 . 5N 1NL 1F U 2 圖 14 電控系統(tǒng)控制電路 4．系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 硬件條件確定后，系統(tǒng)得控制功能主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合前述泵站的控制要求，對(duì)泵站軟件設(shè)計(jì)分析如下： 由“恒壓 ” 要求出發(fā) 的工作泵組數(shù)量控制管理 前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，為了恒定水壓，在水壓降落時(shí)要升高變頻器的輸出頻率，且在一臺(tái)泵不能滿足要求時(shí)，需啟動(dòng)第 2 臺(tái)或第 3 太泵。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于 PLC 為 4 個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè) COM 端，而本系 統(tǒng)又沒(méi)有剩下單獨(dú)的 COM端輸出組，所以通過(guò)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~SB2 控制三臺(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。 28 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 圖 13 電控系統(tǒng)主電路 （ 2）控制電路圖 圖 14 所示電控系統(tǒng)控制電路圖。三臺(tái)電機(jī)分別為 M M M3。 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路圖、控制電路圖以及 PLC 外圍接線圖。 2 路最大可達(dá) 20kHz 的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)以便實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位任務(wù)。它的輸出類型有晶體管（ DC）、繼電器（ DC/AC）兩種輸出方式。 （ 4）為了主機(jī)中進(jìn)行輸入模擬量轉(zhuǎn)換后數(shù)字量以及待送入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。 （ 2）完成硬件的接線工作。 （ 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(kāi)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。它們是完成某些特殊控制任務(wù)的一些設(shè)置。 （ 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。它包括 CUP、存儲(chǔ)器、基本輸入 /輸出點(diǎn)和電源等，是 PLC 的主要部分。 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。 （ 4）工程所需的有關(guān)該模擬量的處理程序。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。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(kāi)始工作做好準(zhǔn)備。而在主機(jī)的變量存儲(chǔ)區(qū) V 區(qū)存放處理產(chǎn)生的的中間數(shù)據(jù)。 （ 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(chǔ)單元。 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(kāi)始編號(hào)。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(wú)噪聲、穩(wěn)定可靠。注意輸入、輸出信號(hào)的類型不同，采用不同的接入方式。必要時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)工作。校準(zhǔn)可以簡(jiǎn)單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿度。上表中，輸入、輸出信號(hào)范圍欄給出了 EM235 的輸出、輸入信號(hào)規(guī)格，以供選用。12V 24VDC 電壓范圍 ~~ 設(shè)置時(shí)間 電壓輸出 電流輸出 100? s 2ms 數(shù)據(jù)字格式 雙極性，滿量程 單極性，滿量程 32021~+32021 0~32021 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(zhǎng)度及格式。 5%滿量程 177。 2%滿量程 177。 2%滿量程 177。 50mV, 177。 250Mv 177。 1V，177。 5V，177。 10 0~~20 mA 分辨率 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 隔離 否 分辨率，滿量程 電壓 電流 ` 12 位 11 位 輸入類型 差分 輸入范圍 電壓?jiǎn)螛O性 0~10V， 0~5V 0~1V， 0~500mV 電壓 電流 32021~+32021 0~+32021 電壓雙極性 電流 0~100Mv,0~50mV 177。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。 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(kāi)關(guān)量處理端口，了使 PLC 能完成模擬量的處理 ,常見(jiàn)的方法是為整體式 PLC 加配模擬量擴(kuò)展單元。特別是S7200CUP22*系列 PLC。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。如果選用 CPU 224 PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用 CUO 266 PLC 則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。水位上下限信號(hào)分 別位 、 ，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為 0，露出時(shí)為 1。輸出單元將經(jīng)過(guò) CUP 處理的弱電信號(hào)通過(guò)光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。輸入單元接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備向 PLC 提供信號(hào)，包括人為的控制信號(hào)和能描述現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，例如由按鈕、限位開(kāi)關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)、撥碼器等提供的開(kāi)關(guān)量。 PLC 是通過(guò) I/O 單元完成此工作的?；馂?zāi)結(jié)束后三臺(tái)泵再改為生活供水使用 水 池y v 11 2 3 消 防 用 水生 活 用 水 市 網(wǎng) 來(lái) 水E Q 圖 10 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構(gòu)成圖 系統(tǒng)控制要求 對(duì)三泵生活 /消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是： （ 1）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)底恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行； （ 2）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開(kāi)先?！钡脑瓌t介入和退出； （ 3）在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間超過(guò) 3H，則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái) 泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)； （ 4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要又軟啟動(dòng)功能； （ 5）要有完整的報(bào)警功能； （ 6）對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。 下面以一個(gè)三泵生活 /消防雙恒壓無(wú)塔供水系統(tǒng)為例 來(lái)說(shuō)明其工藝過(guò)程，如圖 10 所示，市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器 EQ 來(lái)控制注水閥 TV1，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)一般式模擬信號(hào)， 4~~20mA 變化的電流信號(hào)或 0~~10V 間變化的電壓信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)工作中還有個(gè)調(diào)節(jié)規(guī)律的問(wèn)題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例 積分 微分調(diào)節(jié)，俗稱 PID 調(diào)節(jié)。如果給定值大于實(shí)測(cè)值，說(shuō)明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （ 3）根據(jù)給定值和實(shí)測(cè)值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號(hào)。 （ 2）接受傳感器送來(lái)的管網(wǎng)水壓的實(shí)測(cè)值。供水距離越遠(yuǎn)，用水地點(diǎn)越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。水壓傳感器將水壓的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器。如圖 9 所示，圖中壓力傳感器用于檢測(cè)管網(wǎng)中的水壓，常裝設(shè)在 泵站的出水口。另一種方案是數(shù)臺(tái)電機(jī)陪一臺(tái)變頻器，變頻器與電機(jī)見(jiàn)可以切換，供水運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)水泵變頻運(yùn)行，其余水泵共頻運(yùn)行，以滿足不同用水兩的需求。恒壓供水的主要目標(biāo)是保持管壓網(wǎng)水呀的恒定，水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供電。配單臺(tái)電機(jī)和水泵時(shí)，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開(kāi)一臺(tái)大電機(jī)肯定是浪費(fèi)，電機(jī) 選小了用水量大時(shí)供水不足。這就是恒壓供水的基本思路，這在電動(dòng)機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可以想象的，但是在今天辦到這一切已經(jīng)邊的很容易了。那么可不可以不借助水塔來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問(wèn)題。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設(shè)備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化的三相交流電。這就是恒壓供水的基本思路。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問(wèn)題。水塔中的水位變化相對(duì)水塔的高度來(lái)說(shuō)很小，也就是說(shuō)水塔能夠維持供水管路中水呀的基本恒定。 產(chǎn)生水壓的設(shè)備是水泵，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。調(diào)試時(shí)一定要先將主電路斷電，只對(duì)控制電路進(jìn)行聯(lián)調(diào)即可。 聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的 PLC 中。如果有錯(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試。調(diào)試時(shí)。 軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開(kāi)關(guān)和 PLC 輸出端的輸出指示燈進(jìn)行。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)， I/O 地址分配以后才可以進(jìn)行編程；對(duì)控制柜和 PLC 的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有 I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓 裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。 （ 3）個(gè)人喜好方面 有些工程技術(shù)人員對(duì)某種品牌的 PLC 熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。 （ 2）價(jià)格方面 不同廠家的 PLC 產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、 I/O點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)?PLC 的 價(jià)格能相差 40%以上。如對(duì) PLC 與 PLC、 PLC 與智能儀表以及上位機(jī)之間靈活方便的通訊要求；或?qū)?PLC 的計(jì)算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或?qū)?PLC 的位置控制有特殊要求等。因?yàn)?PLC 的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組的輸出只能有 一個(gè)電源的種類和等級(jí)。 I/O 點(diǎn)是性質(zhì)主要是指他們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電源電壓。一方面是選擇多大容量的 PLC，另一方面是選擇什么公司的 PLC 以及外設(shè)。 當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由 PLC 來(lái)完成后。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（ IPC）作為主控器 控制對(duì)象以及控制裝置確定后，還要進(jìn)一步確定 PLC 的控制范圍。但是 18 PLC 還是有最適合它的應(yīng)用場(chǎng)合，所以接到一個(gè)控制任務(wù)以后，要分析被控對(duì)象的控制過(guò)程和要求，看看用什么控制設(shè)備來(lái)完成該任務(wù)最合適。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí) PLC 的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)較大的 PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，要全面考慮多種因素，不管所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設(shè)計(jì)步驟來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 訪問(wèn)控制技術(shù) 最常用的訪問(wèn)控制技術(shù)有：查詢、沖突檢測(cè)和令牌傳遞。希望各個(gè)廠家生產(chǎn)的設(shè)備能用一種同意的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通訊。各站主機(jī)之間元件狀態(tài)信息的交換是由 PLC 系統(tǒng)自己去完成的，不需要用戶管理，這是現(xiàn)在比較通用的設(shè)計(jì)思想。 PLC 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)任何一個(gè)站的操作都和使用同 PLC 一樣方便，并且在網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)站都可以對(duì)其他站的元件及數(shù)據(jù)乃至程序進(jìn)行操作。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) PLC 的影響 PLC 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展，使 PLC 的應(yīng)用更加廣泛。在工廠里，每臺(tái)設(shè)備都帶有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口，可以隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)，而每臺(tái)設(shè)備都處于網(wǎng)絡(luò)的不同層次中，各個(gè)操作控制點(diǎn)可根據(jù)不同組態(tài)時(shí)分配給它的功能發(fā)揮不同的作用。雖然現(xiàn)在對(duì)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 等問(wèn)題還沒(méi)有同意的標(biāo)準(zhǔn)，但是很顯然，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)比分散控制系統(tǒng)更能準(zhǔn)確的描述現(xiàn)實(shí)控制系統(tǒng)，并且控制、改變更加靈活，組態(tài)也更容易，能夠?qū)崿F(xiàn)管控一體化的控制思想。這些控制任務(wù)既有獨(dú)立性，有與其他任務(wù)有聯(lián)系，而這些相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)需要構(gòu)成一個(gè)整體。 圖 7 分散控制系統(tǒng)