【正文】 位處理器的采用，加快了 PLC 的掃描速度，使 PLC 能較好的滿足實時控制要求 二、輸入 /輸出部件 。 字處理器是主處理器，由它處理字節(jié)操作指令，控制系統(tǒng)總線、內(nèi)部計數(shù)器、內(nèi)部定時器，監(jiān)視掃描時間，統(tǒng)一管理編程接口，同時協(xié)調(diào)位 處理器及輸入輸出。一個為字處理器，多為 8位或 16 位微處理器。它通過輸入裝置讀入外設(shè)的狀態(tài)，由用戶程序去處理，并根據(jù)結(jié)果通過輸出裝置去控制外設(shè)。除此之外，它自帶的 STEP7 編程軟件功能強大，使用方便，也使開發(fā)過程變得簡單快捷。 其主要組成部分有 導(dǎo)軌 (RACK)、電源模塊 (PS)、中央處理單元模塊 (CPU)、接口模塊 (IM),信號模塊 (SM)、功能模塊 (FM)等。 S7300 系列PLC 是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種單獨模塊之間可以進行廣泛組合和擴展。 選用： CPU3152 DP 處理器； PS307 電源模塊； ET200M 遠程控制單元； CP3422DP 通信模塊； CP340 通信模塊； SM321 數(shù)字量輸入模塊； SM322 數(shù)字量輸出模塊； 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ３２ 頁 SM331 模擬量輸入模塊。最 大配置 4 個機架， 32 塊模塊。其中最主要的原因是 CPU3152 DP 是 S7300 系列中唯一帶現(xiàn)場總線 (PROFIBUS) SINEC L2DP接口的 CPU 模塊。如果要跨范圍使用 PLC，或者應(yīng)用中的某些功能或信號有特別的速度要求時，確定 PLC 的型號就應(yīng)特別慎重。所以存儲器容量為 : (74 10+65 5+26 100)/1024= 工程實踐中，大多采用粗略估算，加大裕量，實際選型時參考此值采用就高不就低的原則。作為一般應(yīng)用下的一種經(jīng)驗公式是： 存儲器容量 （ KB） =(L1L25)(DIDo5+AI/o100)1024 其中： DI 為數(shù)字量輸入總點數(shù)； DO 為數(shù)字量輸出總點數(shù)； AI/O 為模擬量 I/O 通道總數(shù)。目前，大多用統(tǒng)計經(jīng)驗公式進行存儲器容量估算。 選定的 PLC 機型的 I/O 能力極限值必須大于 I/O 點數(shù)估計值，并應(yīng)盡量避免使 PLC 能力接近飽和，一般應(yīng)留有 30％的裕量。 表 51 模擬量輸入通道統(tǒng)計表 模擬量輸入 通道數(shù) 水倉水位 1 水泵真空度 3 出水口壓力 3 排水管流量 3 水泵軸承溫度 3 電機溫度 3 電機電流 3 電機電壓 3 總計 22 表 52 數(shù)字量輸入點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸入 點數(shù) 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ３０ 頁 電動 閘閥開 3 電動閘閥關(guān) 3 電動閘閥停 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關(guān)到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵狀態(tài) 2 電機合閘 3 電機分閘 3 電機合閘到位 3 電機分閘到位 3 真空泵球閥開到位 2 真空泵球閥關(guān)到位 2 球閥開到位 9 球閥關(guān)到位 9 故障復(fù)位 1 急停 1 操作方式選擇 3 真空泵射流管啟動方式選擇 1 總計 64 表 53 數(shù)字量輸出點數(shù)統(tǒng)計表 數(shù)字量輸出 點數(shù) 真空泵球閥 開 2 真空泵球閥關(guān) 2 排水泵球閥開 9 排水泵球閥關(guān) 9 電動閘閥開 3 電動閘閥關(guān) 3 電動閘閥開到位 3 電動閘閥關(guān)到位 3 電動閘閥開過轉(zhuǎn)矩 3 電動閘閥關(guān)過轉(zhuǎn)矩 3 真空泵電機開 3 真空泵電機關(guān) 3 水泵電機開 3 水泵電機關(guān) 3 警鈴 1 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ３１ 頁 故障顯示燈 1 總計 54 考慮到前面的設(shè)計中 I/O 點數(shù)可能有疏漏，并考慮到 I/O 端的分組情況以及隔離與接地要求，應(yīng)在統(tǒng)計后得出的 I/O 總點數(shù)基礎(chǔ)上，增加 10％到 15％的裕量。系統(tǒng)可隨時轉(zhuǎn)換為自動和半自動工作方式運行。 自動時，由 PLC 檢測水位、壓力及有關(guān)信號，自動完成各泵組運行，不需人工參與；半自動工作方式時，由工作人員選擇某臺或幾臺泵組投入， PLC 自動完成已選泵組的啟停和監(jiān)控工作；手動檢修方式為故障檢修和手動試車時使用，當(dāng)某臺水泵及其附屬設(shè)備發(fā)生故障時，該泵組將自動退出運行，不影響其它泵組正常運。觸摸屏 與監(jiān)測監(jiān)控主機均可動態(tài)顯示主排水系統(tǒng)運行的模擬圖、運行參數(shù)圖表，記錄系統(tǒng)運行和故障數(shù)據(jù)，并顯示故障點以提醒操作人員注意。 六、 通訊接口 PLC 通過通訊接口和通訊協(xié)議，與觸摸屏進行全雙工通訊，將水泵機組的工作狀態(tài)與運行參數(shù)傳至觸摸屏，完成各數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示；同時，操作人員也可利用觸摸屏將操作指令傳至 PLC，控制水泵運行。 用圖形填充以及趨勢圖、棒狀圖方式和數(shù)字形式準確實時地顯示水倉水位，并在啟停水泵的水位段發(fā)出預(yù)告信號和低段、超低段、高段、超高段水位分段報警，用不同音響形式提醒工作人員注意。 五、 動態(tài)顯示 動態(tài)模擬顯示選用西門子公司的 ET200M（觸摸屏），系統(tǒng)通過圖形動 態(tài)顯示水泵、真空泵、電動閘閥和電動球閥的運行狀態(tài)，采用改變圖形顏色和閃爍功能進行事故報警。 電動機故障：利用 PLC 及觸摸屏監(jiān)視水泵電機過電流、漏電、低電壓等電氣故障，并參與控制。 四、 系統(tǒng)保護功能 超溫保護：水泵長期運行，當(dāng)軸承溫度或定子溫度超出允許值時，通過溫度保護裝置 及 PLC 實現(xiàn)超限報警。 三、 “避峰填谷 ” 所謂 “避峰填谷 ”，是指調(diào)度水泵在用電的 “谷段 ”和“平段”時間段工作，盡量避免在“峰段”啟動。 PLC 所采用的 A/D 模塊均以積分方式變換，可使輸入信號的尖峰噪音和感應(yīng)噪聲平均化， 適用于噪音嚴重的工業(yè)場所。一般情況下，采樣頻率應(yīng)為模擬信號中最高頻率成分的 2 倍以上，這樣經(jīng) A/D 變換的精度可完全恢復(fù)到原來的模擬信號精度。如果兩路信號相差 大于 系統(tǒng)報警，要求值班人員進行檢查 ；而對于信號干擾，則采用軟件過濾，只有當(dāng)信號在某一值附近穩(wěn)定足夠時間，且回差足夠小時才作為控制量使用，防止了因干擾而濘致機組誤動的情況。 影響水位的因素主要來自兩方而 :一是水位計故障 (如遭受雜物撞擊 )， 二 是 水位信號受干擾 (如水波動較大 )。模擬量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水倉水位、電機工作電流、水泵軸溫、電機溫度、 3 臺水泵的流量 、 水泵吸水管真空度及水泵出水口壓力；數(shù)字量檢測的數(shù)據(jù)主要有：水泵高壓啟 動柜真空斷路器和電抗器柜真空接觸器的狀態(tài)、電動閘閥的工作狀態(tài)與啟閉位置、真空泵工作狀態(tài)、電動球閥狀態(tài)。如果沒有外設(shè)請求，系統(tǒng)則會自動循環(huán)地掃描進行。 處理外設(shè)請求操作 每次執(zhí)行完用戶程序后，就進入 服務(wù)外設(shè)請求命令的操作，外設(shè)的請求命令包括操作人員的介入和硬件設(shè)備的中斷。當(dāng)程序執(zhí)行過程中因某種干擾使掃描失控或進入死循環(huán)時，“看門狗”會發(fā)出超時報警信號，使程序重新開始執(zhí)行。 執(zhí)行用戶程序操作 在程序執(zhí)行前復(fù)位監(jiān)控定時器 T1，即執(zhí)行程序并開始計時。當(dāng)前處理的結(jié)果放在輸出映像存儲器區(qū)內(nèi)，在程序執(zhí)行結(jié)束后，才將輸出映像區(qū)的內(nèi)容通過鎖存器輸出到端子上。在 PLC 的存儲器中，有一個專門存放 I/O 的數(shù)據(jù)區(qū)，其中對應(yīng)于輸入端子的數(shù)據(jù)區(qū)，我們稱之為輸入映像存儲器。 數(shù)據(jù) I/O 操作 數(shù)據(jù) I/O 操作也稱為 I/O 狀態(tài)刷新。此后，將監(jiān)控定時器 T0 復(fù)位，允許掃描用戶 程序。 PLC 接通電源后，在進行循環(huán)掃描之前， PLC 首先確定自身的完好性，這是起始操作的主要工作。然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 的用戶程序由若干條指令 組成，指令在存儲器中按序號順序排列。 與其它計算機系統(tǒng)一樣， PLC 的 CPU 是采用分時操作的原理，每一時刻執(zhí)行一個操作，隨著時間的延伸一個動作接一個動作順序地進行。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ２５ 頁 PLC 的基本工作原理 PLC 運行時，內(nèi)部要進行一系列操作，大致可分為四大類：以故障診斷、通信處理為主的公共操作，聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)輸入和輸出操作，執(zhí)行用戶程序的操作，以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作（如果外部設(shè)備有中斷請求）。實現(xiàn)人機界面功能的手段 :從基層的操作者屏幕文字顯示，到單機的 CRT 顯示與鍵盤操作和用通信處理器、專用處理器、個人計算機、工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。通常所說的 SCADA 系統(tǒng)，現(xiàn)場端和遠程端也可以采用 PLC 作現(xiàn)場機。 通信接口或通信處理器按標準的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。 模擬數(shù)據(jù)處理 :PID、積分和濾波。 .比較 :大于、小于和等于。 2)數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功能 數(shù)學(xué)運算功能包括 : .基本算術(shù) :加、減、乘、除。 計數(shù)控制 :用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進行位置檢測。 PLC 系統(tǒng)一般由以下基本功能構(gòu)成 .多種控制功能 .數(shù)據(jù)采集、存儲與處理功 .通信聯(lián)網(wǎng)功能 .輸入 /輸出接口調(diào)理功能 .人機界面功能 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 第 ２４ 頁 .編程、調(diào)試功能 1)控制功能 邏輯控制 :PLC 具有與、或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能，可以代替繼電器進行開關(guān)量控制。 2. PLC 的主要功能 PLC 是應(yīng)用面很廣，發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置，在工廠自動化 (FA)和計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位。由于 PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計的專用計算機，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用，以及有很強的可靠性和抗干擾能力，易于嵌入機械設(shè)備內(nèi)部?？煽刂坪唵蜗到y(tǒng)，又可控制復(fù)雜系統(tǒng)?？煽刂埔慌_單機、一條生產(chǎn)線，也可控制一個機群、多條生產(chǎn)線。 5)功能強 PLC 不僅具有條件控制、定時 、計數(shù)、步進等控制功能，而且還能完成 A/D. D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和數(shù)據(jù)處理以及通信聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等。 4)接線簡單 PLC 只需將輸入設(shè)備 (如按鈕、開關(guān)等 )與輸入端子聯(lián)接，將輸出設(shè)備 (如接觸器、電磁閥等 )與輸出端子聯(lián)接。此外， PLC 的 I/O 接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設(shè)備聯(lián)接。目前，PLC 大多采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人 員的讀圖習(xí)慣和應(yīng)用實際，電氣技術(shù)人員易于編程，程序修改靈活方便。 PLC 具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境而設(shè)