【正文】 于受控狀態(tài)，該閉合的部分閉合，受到某種限制不能閉合的不閉合，它屬于并行工作模式。在控制系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性方面，繼電器控制系統(tǒng)使用的機械觸點很多，連接線也很多。而PLC采用微電子技術(shù)，無接觸，體積小，壽命長，開關(guān)動作次數(shù)由半導(dǎo)體電路完成，可靠性相當(dāng)高。此外，在機械觸點動作時會出現(xiàn)抖動。（2）PLC工作方式PLC的工作過程可以分為三個部分。PLC系統(tǒng)加電后，需要進(jìn)行初始化操作，包括硬件初始化，I/O模塊配備檢查，配置系統(tǒng)的各種參數(shù)等其他的初始化過程。PLC加電過程處理完成后進(jìn)入掃描過程后。當(dāng)CPU處于停止?fàn)顟B(tài)時，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。第三部分是出錯處理。如果檢查出異常，CPU面板上的LED及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼；當(dāng)出現(xiàn)致命錯誤時，CPU會被強制進(jìn)入到停止模式，所有的掃描會被停止。不同的指令的執(zhí)行時間是不同的，范圍從幾微秒到幾百微秒，所以不同的指令的掃描時間也是不同的。概括而言，PLC是按集中輸入、集中輸出，周期性循環(huán)掃描的方式進(jìn)行工作的。 在PLC上電后的正常運轉(zhuǎn)時，它會不斷重復(fù)掃描過程，并一直重復(fù)下去。這三個階段是PLC工作過程的中心內(nèi)容，也是PLC工作原理的核心所在。接著系統(tǒng)進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在此階段和輸出刷新階段，輸入映像寄存器與外界隔離，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容保持不變，直到下一個周期的輸入采樣階段，才重新寫入出入端的新內(nèi)容。◆ 程序執(zhí)行階段進(jìn)入程序執(zhí)行階段之后，一般來說（因為還有子程序和中斷程序的情況），PLC按從左到右、從上到下的步驟執(zhí)行程序。然后進(jìn)行相應(yīng)的運算，最新的運算結(jié)果馬上存入到相應(yīng)的原件映像寄存器中?！?輸出刷新階段在用戶程序執(zhí)行完畢之后，原件映像寄存器中所有輸出寄存器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段一起轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式集中輸出，最后經(jīng)過輸出端子驅(qū)動外部負(fù)載。（3）PLC的主要功能 PLC的使用非常廣泛，在工業(yè)自動化設(shè)備、工廠自動化系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)中占有重要地位?，F(xiàn)在的PLC系統(tǒng)一般包括以下基本功能： ◆ 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(jìn)行開關(guān)量控制。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(jìn)行位置檢測?！?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 擴展算術(shù):平方根、三角函數(shù)和浮點運算 比較:大于、小于和等于 數(shù)據(jù)處理:選擇、組織、規(guī)格化、移動和先入先出 模擬數(shù)據(jù)處理:PID、積分和濾波 ◆ 輸入/輸出接口處理功能 具有A/D與D/A轉(zhuǎn)換功能，通過I/O模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)精度，可以根據(jù)用戶要求選擇?！?通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大都有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時，可由一臺計算機與多臺PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。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)。（4）PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢 現(xiàn)代工業(yè)自動化系統(tǒng)中很大一部分是采用PLC的，而不是傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，這主要是因為PLC具有多種優(yōu)勢： ◆ 功能強，性能價格比高 一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件（如計時器，計數(shù)器，繼電器等），有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。 ◆ 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 ◆ 可靠性高，抗干擾能力強 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計方法。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的實時梯形圖的狀態(tài)迅速的查明故障的原因，用修改程序或更換模塊的方法可以迅速地排除故障。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。并能實現(xiàn)地顯示出當(dāng)前機械設(shè)備的工作狀態(tài)和工作流程，對生產(chǎn)管理和現(xiàn)場維修帶來極大的方便。多以通過實踐檢能夠很好的完成本文的要求。第二種為DP方式，PLC通過這種方式連接到過程現(xiàn)場總線從而可以擴大PLC的控制范圍。本系統(tǒng)中采用PPI通信方式，它是SIEMENS專門為S7200系列PLC設(shè)計的專用通信協(xié)議。大多數(shù)PC機的串口通訊標(biāo)準(zhǔn)為RS232，SIEMENS公司提供的PC/PPI電纜帶有RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換裝置，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將PLC和PC機互聯(lián)。 本系統(tǒng)采用超聲波液位傳感器來實現(xiàn)對水池液位的檢測。如果發(fā)射的超聲波脈沖的開始，直到接收到的反射波的時間間隔是已知的，可以計算出分界面的具體位置，液位的測量可以使用此方法。單個換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用相同的換能器，和雙換能器傳感器的發(fā)送和接收使用兩個換能器所不同。超聲波的發(fā)射和接收換能器可以安裝在液體表面上方，讓超聲波在空氣中的傳播。 從上面的式子可以看出，只要測出時間間隔t，就可以求出液位高度h。在一般使用條件下，其測量誤差為，檢測液位范圍為～m。通過超聲波發(fā)送和接收的時間來計算要測試的對象距離傳感器的距離。 超聲波液位計選型 設(shè)計中選用二線制輸出型液位計，其參數(shù)如下： 電源：24VDC 輸出：4～20mA二線制 防護(hù)等級：IP65 量程：0～120m 精度：% 盲區(qū)：～ 溫度：20℃～+55℃ 本文采用應(yīng)變式壓力傳感器來檢測水泵的壓力。應(yīng)變式壓力傳感器大多采用膜片式或圓柱狀的彈性元件。 由以上公式可知，當(dāng)膜片承受壓力時，其應(yīng)變變化曲線具有以下特點為：當(dāng)x=0時，；當(dāng) x=R時，=0，=。其中，且R1=R2=R3=R4，則： （） （）此時全橋差動電路不僅沒有非線形誤差，而且電壓靈敏度為單片工作時的4倍，同時仍具有溫度補償作用。 HS 956系列高性能薄膜壓力傳感器和信號調(diào)理電路薄膜壓力傳感器。理想流體壓力測量儀器。全不銹鋼密封結(jié)構(gòu)，沒有移動部件，可以直接進(jìn)行任何安裝。 主要技術(shù)指標(biāo)： : 液體，氣體或蒸汽: 兩線制420mA: 24V DC，無負(fù)載時，可工作于12V DC: 允許的最小負(fù)載為零，最大負(fù)載RL= 50Ω: 量程的120％: 變送器過壓時，內(nèi)部限流器輸出電流限制在25mA以下 : 敏感元件工作溫度：50～125℃；電子部件工作溫度：40～85℃: 099％的相對濕度本系統(tǒng)采用電磁流量計來實現(xiàn)對水泵流量的檢測。電磁流量轉(zhuǎn)換器是為電磁流量傳感器提供電源，并將其測量的流量信號整定成為標(biāo)準(zhǔn)的420mA電流等其他形式的信號。它是由產(chǎn)生均勻磁場的系統(tǒng)、不導(dǎo)磁材料的管道以及在管道橫截面上的導(dǎo)電電極組成。當(dāng)被測導(dǎo)電液體流過管道時，切割磁力線，于是在和磁場及流動方向垂直的方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其數(shù)值與液體的流速成正比。由式()得被測導(dǎo)電液體的體積流量為 （） 因此，液體的流量可以通過上述的電動勢求出。但是，直流電勢會使被測的液體電解化，使電極極化。破壞了原來的測量條件。而對被測量介質(zhì)的流量測量采用交流電(頻率為50Hz)勵磁的交流磁場： （）感應(yīng)電動勢為 （）所以體積流量為 （）為了避免測量管路引起磁分流，故需要用非導(dǎo)磁材料做成。為了減少渦流，要求測量管路的材料具有高電阻率。電磁流量計的特點:，因此可用于有懸浮顆粒的漿液等流量的測量，且壓力損失極??；、壓力、粘度等無關(guān)，因此其使用范圍廣泛；，；；，可以用來測量脈動流量；。主要根據(jù)水位的變化實現(xiàn)對水泵的啟停。當(dāng)水位低于BGL時系統(tǒng)報警，當(dāng)高于BGc但不高于BGB時1泵啟動，當(dāng)水位高于BGB但不高于BGA時2泵也啟動，當(dāng)水位高于BGA但不高于BGH時3也啟動，當(dāng)水位高于BGH時系統(tǒng)報警同時4泵也啟動?？刂葡到y(tǒng)的輸入/輸出信號的名稱、代碼、及地址編號如下表所列。表1 輸入/輸出點代碼和地址編號名稱代碼地址編號輸入信號L水位信號（水位下限）BGLH水位信號（水位上限）BGHA水位信號BGAB水位信號BGBC水位信號BGC變頻器報警信號KFU消鈴按鈕SF9試燈按鈕SF10壓力傳感器的電壓值UPAIW0流量傳感器的電壓值ULAIW2輸出信號1號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA1，PG11號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA2，PG22號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA3，PG32號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA4，PG43號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA5，PG53號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA6，PG64號泵工頻工作時接觸器和指示燈QA7，PG74號泵變頻工作時接觸器和指示燈QA8，PG8L水位(水池下限)報警燈PG9H水位(水池上限)報警燈PG10變頻器故障報警燈PG11報警電鈴PB變頻器頻率復(fù)位控制KF(EMG)控制變頻器頻率電壓信號VfAQW0根據(jù)上面表格的分析可以知道：系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點8個，開關(guān)量輸出點13個；模擬量輸入點2個，模擬量輸出點1個。 PLC系統(tǒng)組成 本監(jiān)控系統(tǒng)需要實現(xiàn)水泵的軟啟動功能，考慮到系統(tǒng)的可擴展性，選擇變頻器來實現(xiàn)此功能。本文中MM440與S7200PLC配合使用，實現(xiàn)水泵電機在軟啟動過程中的變頻控制。本文中水泵電機型號選擇JW7114，變頻器在連接電機時雙方都得設(shè)置參數(shù)，以使電動機與變頻器相配。電動機參數(shù)設(shè)置完成后，設(shè)置P0010為0，使變頻器處于準(zhǔn)備狀態(tài)。表2 設(shè)置電動機參數(shù)表參數(shù)表出廠值設(shè)置值說明P000311用戶訪問級為標(biāo)準(zhǔn)級P001001快速調(diào)試P010000功率單位為kW，頻率為50HzP0304230380電動機額定電壓（V）P0305電動機額定電流（A）P0307電動機額定功率（kW）P03105050電動機額定頻率（Hz）P031101400電動機額定轉(zhuǎn)速（r/min）表3 控制端口開關(guān)操作控制參數(shù)參數(shù)號出廠值設(shè)置值說明P000311用戶訪問等級為標(biāo)準(zhǔn)級P000407命令和數(shù)字I/OP070022命令源選擇“由端子排輸入”P000312用戶訪問等級為擴展級P000407命令和數(shù)字I/O*P070111數(shù)字輸入端1接通正轉(zhuǎn)，斷開停止*P070212數(shù)字輸入端2接通反轉(zhuǎn)，斷開停止P000311用戶訪問等級為標(biāo)準(zhǔn)級P0004010設(shè)置值通道和斜坡函數(shù)發(fā)生器P100022頻率設(shè)定值選擇為“模擬輸入”P108000電動機運行最低頻率（Hz）P10825050電動機運行最高頻率（Hz）*P1120105斜坡上升時間（s）*P1121105斜坡下降時間（s）控制系統(tǒng)的電氣原理圖包括主電路圖，控制電路圖和PLC的外部接線電路圖。四臺水泵電動機分別為MA1，MA2，MA3和MA4。 。手動控制時可以用按鈕SF1到SF8控制4臺水泵的啟停。KF是一個中間繼電器，用來實現(xiàn)對變頻器的復(fù)位操作。 PLC及擴展模塊外圍接線圖 根據(jù)上述的控制要求，PLC程序設(shè)計如下：Network 1LD = Network 2 // 復(fù)位變頻器頻率，為軟啟動做準(zhǔn)備LD TON T33, 1EU= Network 3 // 產(chǎn)生1泵工頻啟動脈沖信號LD T33EU= Network 4 LD = Network 5 LD TON T34, 1Network 6 // 產(chǎn)生2泵工頻啟動脈沖