【正文】 啟動(dòng)水泵電機(jī) 泵機(jī)運(yùn)行信號(hào)到延時(shí)時(shí)間到打開(kāi)氣動(dòng)蝶閥 氣動(dòng)蝶閥開(kāi)到全開(kāi)位 泵機(jī)關(guān)閉過(guò)程 關(guān)泵命令 關(guān)出水氣動(dòng)閥碟 氣動(dòng)閥碟到全關(guān)位 停水泵電機(jī) 濾池自動(dòng)反沖洗控制 主要有排序沖洗自由沖洗和強(qiáng)制沖洗 有多個(gè)濾格要進(jìn)行沖洗時(shí)則對(duì)其進(jìn)行排 序順序進(jìn)行沖洗當(dāng)水頭損失不合要求或者過(guò)濾時(shí)間超過(guò)設(shè)定值 24h 之外時(shí)進(jìn)行自由沖洗強(qiáng)制沖洗可以認(rèn)為是在人機(jī)界面直接下達(dá)沖洗的命令 反沖洗鼓風(fēng)機(jī)一步化啟停設(shè)計(jì) 開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)控制開(kāi)閥門啟動(dòng) 開(kāi)風(fēng)機(jī)指令 開(kāi)旁通閥 啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī) 開(kāi)出氣閥 關(guān)旁通閥 停鼓風(fēng)機(jī)控制關(guān)閥門停機(jī) 停風(fēng)機(jī)指令 開(kāi)旁通閥 關(guān)出氣閥 停鼓風(fēng)機(jī) 關(guān)旁通閥 本次設(shè)計(jì)對(duì)工藝設(shè)備控制有四級(jí)中央控制室 IPC進(jìn)行操控 PLC根據(jù)程序和其他情況自動(dòng)控制無(wú)需人的干預(yù)現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面進(jìn)行管理手動(dòng)控制在 MCC 或者機(jī)器旁邊操作箱上的按鈕進(jìn)行控制手動(dòng)通過(guò)硬件直接切換優(yōu)先權(quán)較其他三種方 式高 接下來(lái)討論反沖洗故障檢測(cè)和保護(hù)等內(nèi)容 反沖洗水泵故障檢測(cè)和保護(hù)設(shè)計(jì)如下 過(guò)電流預(yù)報(bào)警 反沖洗水泵電機(jī)電流大于額定電流時(shí)接通報(bào)警指示燈或喇叭以示警告 過(guò)電流故障 反沖洗水泵電機(jī)電流大于額定電流時(shí)立刻關(guān)閉水閥門和停止水泵工作同時(shí)相應(yīng)開(kāi)關(guān)接通以示警告 空載故障 反沖洗水泵電機(jī)電流小于額定電流或壓低于常值時(shí)候空車故障立刻停機(jī)啟動(dòng)相應(yīng)聲光報(bào)警系統(tǒng) 電氣故障 反沖洗水泵電機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行后在設(shè)定時(shí)間內(nèi)不到位運(yùn)行信號(hào)繼續(xù)丟失 5s為電氣故障 PLC 停止工作啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng) 反沖洗水泵出口閥門故障檢測(cè)和保護(hù)設(shè)計(jì)如下 開(kāi)閥門 故障 開(kāi)閥指令發(fā)出后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)開(kāi)閥門出現(xiàn)故障 PLC 作開(kāi)閥故障立即切斷該閥門電源對(duì)反沖洗水泵停電保護(hù)并且啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 關(guān)閥門故障 開(kāi)閥指令發(fā)出后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)開(kāi)閥門出現(xiàn)故障 PLC 作開(kāi)閥故障立即切斷該閥門電源對(duì)反沖洗水泵停電保護(hù)并且啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 反沖洗鼓風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)和保護(hù)設(shè)計(jì)如下 過(guò)電流預(yù)警 鼓風(fēng)機(jī)電流大于額定電流時(shí)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 過(guò)電流故障 鼓風(fēng)機(jī)電流大于額定電流時(shí)立即關(guān)閉水閥門和停止水泵工作啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 空車故障 鼓風(fēng)機(jī)電流大小于額定電流或出水壓力低于正常值為空車故障須立即停機(jī)保護(hù)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 電氣故障 鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)正常運(yùn)動(dòng)后運(yùn)行信號(hào)繼續(xù)丟失 5s 為電氣故障 PLC 停止工作啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng) 第章 PLC 控制的實(shí)現(xiàn) 本章主要介紹 PLC控制的硬件設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫且選用的 PLC為我所熟悉的三菱 FX2N 系列產(chǎn)品閥門選擇開(kāi)關(guān)閥而省去了用 PID 控制的調(diào)節(jié)閥使過(guò)程變得相對(duì)簡(jiǎn)單 1 PLC 基本知識(shí)及其工作原理 可編程序控制器 Programmable Logic Controller 簡(jiǎn)稱 PLC 所謂可編程序控制器就是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)它采用一種可編程序的存儲(chǔ)器在 其內(nèi)部存儲(chǔ)并執(zhí)行邏輯運(yùn)算順 控制定時(shí)記數(shù)和算術(shù)操作的指令通過(guò)數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程隨著 PLC 的發(fā)展它不僅能完成編輯運(yùn)算控制而且能實(shí)現(xiàn)模擬量數(shù)字量的算術(shù)運(yùn)算用 PLC 設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn) 1 能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境能抗電磁干擾與電壓沖擊 2 簡(jiǎn)單易于使用不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識(shí)編程不需要高級(jí)語(yǔ)言 3 可靠性高平均故障間隔時(shí)間 MTBF 超過(guò) 20200 小 4 編程或修改程序容易程序可以保存和固化 5 體積小價(jià)格低 6 可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中可直接連 接到現(xiàn)場(chǎng) 7 可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展系統(tǒng)容易配置與負(fù)載最遠(yuǎn)距離很遠(yuǎn)內(nèi)存可以擴(kuò)展 8 有很強(qiáng)的通訊功能可與多種支持設(shè)備連接 9 系統(tǒng)化有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊 10 系統(tǒng)在一種現(xiàn)場(chǎng)不需要時(shí)仍可改在另一現(xiàn)場(chǎng)使用等一系列優(yōu)點(diǎn) PLC 采用的是掃描的工作方式掃描是一種形象化的術(shù)語(yǔ)用來(lái)描述可編程序控制器內(nèi)部的 CPU 的工作過(guò)程所謂掃描就是依次對(duì)各種規(guī)定的操作項(xiàng)目全部進(jìn)行訪問(wèn)和處理 PLC 運(yùn)行時(shí)用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行但是一個(gè) CPU 每一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè) 操作因此 CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個(gè) 操作這種需要處理多個(gè)作業(yè)時(shí)依次按順序處理的工作方式稱為掃描工作方式由于掃描是周而復(fù)始無(wú)限循環(huán)的每掃描一個(gè)循環(huán)所用的時(shí)間為掃描周期順序掃描的工作方式是 PLC的基本工作方式它簡(jiǎn)單直觀方便用戶程序設(shè)計(jì)為 PLC的可靠運(yùn)行提供了有利保證一方面所掃描的指令被執(zhí)行后其結(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(guò) CPU 設(shè)置定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描時(shí)間是否超過(guò)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) PLC 工作過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象這一過(guò)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(kāi)關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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)橹姑恳徊剿玫降妮敵鲂盘?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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(guò)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 2 傳感器和執(zhí)行器的選擇 傳感器主要用來(lái)檢測(cè)液位高度選擇使用超聲波液位計(jì)來(lái)作為液位傳感器把現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的模擬信號(hào)傳輸給 PLC 的模擬量輸入模塊 為了維持濾池正常工作時(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(lái)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(lái)受到廣大工程設(shè)計(jì)人員的青睞故本設(shè)計(jì) LU 13兩線制超聲波液位傳感器 安裝一前首先確認(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 30m 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 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Vinton 橡膠墊必須配合超聲波液位計(jì)一起安裝 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(lái)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(guò)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 M2020 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如表 51 所示所示 表 1 YDZ1 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 線數(shù) 4 3 2 4 3 2 輸入正端 1 1 1 紅 紅 紅 輸出信號(hào)正端 2 2 2 藍(lán) 藍(lán) 藍(lán) 輸出信號(hào)負(fù)端 3 4 白 黃 輸入正端 4 4 黃 黃 此外本設(shè) 計(jì)為了簡(jiǎn)潔閥門使用開(kāi)關(guān)閥 3 系統(tǒng) IO 設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中模擬量通過(guò)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)量方便控制系統(tǒng)的建立所使用的 IO 均為開(kāi)關(guān)量 輸入接至 PLC的輸入端輸入端要連接 COM端把 PLC的輸出接至相應(yīng)的接觸器線圈控制閥門動(dòng)作或者電機(jī)啟停從而實(shí)現(xiàn)控制功能 IO 地址分配表如表 52 所示 表 2 系統(tǒng) IO 配置明細(xì)表輸入輸出 對(duì)應(yīng)功能 輸出 對(duì)應(yīng)功能 X1 開(kāi)始 Y0 進(jìn)水閥開(kāi)關(guān) X2 停止 Y1 出水閥開(kāi)關(guān) X3 強(qiáng)制反沖洗 Y2 排污閥開(kāi)關(guān) X4 液位下限到 Y5 反沖洗風(fēng)機(jī) X5 液位上限到 Y6 反沖洗風(fēng)機(jī)閥門 X6 水頭損失到 Y7 反沖洗水泵 X7 液位到下限且下降 Y10 反沖洗水泵閥門 X10 液位到上限且上升 Y11 報(bào)警顯示 X11 開(kāi)始反沖洗 Y12