【正文】 產(chǎn)品都在PLC上加上了具有網(wǎng)絡(luò)功能的硬件和軟件，因此，組成PLC網(wǎng)絡(luò)非常方便。 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在輔助繼電器（位）、數(shù)據(jù)繼電器（字）專門開辟一個地址范圍，將其分配個各臺PLC，使得臺PLC可以寫其中一些元件而其他所有的站都可以讀這些元件，然后再由這些元件去驅(qū)動其本身的軟件，以達(dá)到通訊的目的。由于各個PLC廠家各自開發(fā)自己的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，采用自己的通行協(xié)議和接口，設(shè)備的不兼容想限制的PLC的進(jìn)一步發(fā)展，為此美國通用汽車公司編制了一個工廠自動化協(xié)議（MAP）。MAP的體系結(jié)構(gòu)是以估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）推薦的開發(fā)系統(tǒng)互連（OSI）參考模型為基礎(chǔ)，對參考模型的每一層都列出了合適于工業(yè)應(yīng)用的特定標(biāo)準(zhǔn)。一般查詢和令牌傳遞沒有沖突檢測的速率高，但是可靠性好，最大延遲時間可以控制，控制網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常采用這種控制技術(shù)；沖突檢測通訊效率較高，速度較快，但各個站點(diǎn)通訊機(jī)會不均，在商務(wù)網(wǎng)絡(luò)中使用較多。隨著PLC功能的不斷完善和提高，PLC幾乎可以完成工業(yè)領(lǐng)域的所以控制任務(wù)。其實(shí)現(xiàn)在的可編程不僅處理開關(guān)量，而且對模擬量的處理能力也很強(qiáng)。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運(yùn)行情況，能用傳感器直接測量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC控制來完成。選擇PLC就成為最重要的事情。對第一個問題，首先要對控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I/O點(diǎn)找出來，包括開關(guān)量I/O模擬量I/O以及這些I/O點(diǎn)的性質(zhì)?？刂葡到y(tǒng)輸出點(diǎn)的類型非常關(guān)鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器、電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。對于第二個問題，則有以下幾個方面要考慮：（1）功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但是對于某些特殊要求，就要知道所選用的PLC是否有能力完成控制任務(wù)。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價必須是需要考慮的。 圖8 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件部分的模擬調(diào)試可在斷開主電路的情況下，主要試一試手動控制部分是否正確。需要模擬量信號I/O時，可用電位器和萬用表配合進(jìn)行。可利用上訴外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場開關(guān)和傳感器狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。現(xiàn)在PLC的主流產(chǎn)品都可以在P機(jī)上編程，并可以在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。有時PLC也許只有這一臺，這時就要把PLC安裝到控制柜相應(yīng)的位置上。通過現(xiàn)場聯(lián)調(diào)信號的接入常常還會發(fā)現(xiàn)軟件以及硬件中的一些問題，有時廠家還需要對某些控制功能進(jìn)行改進(jìn)，這種情況下，都要經(jīng)過反復(fù)測試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。傳統(tǒng)的維持水壓的方法就是建造水塔，水泵開者時將水打到水塔中，水泵休息時借助水塔的水位繼續(xù)供水。但是建造水塔需花費(fèi)財(cái)力，水塔還會造成水的二次污染。通常的辦法是：用水量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保證管網(wǎng)中的水壓不變，用水量小時又需作出相反的調(diào)節(jié)。這在電動機(jī)速度調(diào)節(jié)技術(shù)不發(fā)達(dá)的年代是不可設(shè)想的，但是今天辦到這一點(diǎn)已經(jīng)變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉(zhuǎn)速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。建造水塔需要花費(fèi)財(cái)力，水塔還會造成水的二次污染。通常的辦法是：用水量大時，增加水泵的數(shù)量或提高水泵的轉(zhuǎn)動速度以保持管網(wǎng)中水壓的不變，用水量小時又需要做出相反的調(diào)節(jié)。 恒壓供水系統(tǒng)的基本構(gòu)成恒壓供水泵站一般需設(shè)多臺水泵及電機(jī)，這比設(shè)單臺水泵及電機(jī)節(jié)能而可靠。而且水泵和電機(jī)都有維修的時候，備用泵是必要的。這也有兩種配置方式，一是為每臺水泵電機(jī)配一臺變頻器，這當(dāng)然方便，電機(jī)與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費(fèi)用較高。下圖為恒壓供水泵站的示意圖。當(dāng)用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升高。圖9 變頻恒壓供水站的基本組成調(diào)節(jié)器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能:(1)設(shè)定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設(shè)定。給定值即是系統(tǒng)正常工作時的恒壓值，另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的，如將生活用水與消防用水共用一個泵站，水壓的設(shè)定值可能不只一個，一般消防用水的水壓要高一些，調(diào)節(jié)器具有給定值設(shè)定功能，可以以數(shù)字量進(jìn)行設(shè)定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設(shè)定。管網(wǎng)實(shí)測水壓回送到泵站控制裝置稱為反饋，調(diào)節(jié)器實(shí)反饋的接受點(diǎn)。調(diào)節(jié)器接受了實(shí)測水壓的反饋信號后，將它與給定值比較，得到給定值與實(shí)測值之差。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如P、I、D參數(shù)均是可以由使用者設(shè)定的，PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)器的的內(nèi)部構(gòu)成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。信號的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備工作。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為底水位報(bào)警用。生活用水和消防用水共用三臺泵，平時電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵共消防用水使用，并根據(jù)用水量的大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進(jìn)行。 控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)及地址分配PLC要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設(shè)備的開關(guān)量，同時要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設(shè)備，以便對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。I/O單元是PLC與外部設(shè)備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動能力的信號，以實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備與PLC的I/O接口之間的電平轉(zhuǎn)換、電氣隔離、串/并轉(zhuǎn)換、A/D與D/A轉(zhuǎn)換等功能。這些信號經(jīng)過輸入電路進(jìn)行濾波、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換等處理后，變成CUP能夠接受和處理的信號。根據(jù)圖10 及以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如下表所示。表1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號 名 稱代 碼地址編號 輸 入 信 號手動和自動消防信號SA1水池水位下限信號SLL水池水位上限信號SLH變頻器報(bào)警信號SU消鈴按鈕SB9試燈按鈕SB10遠(yuǎn)程壓力表模擬量變壓值UAIW0輸 出 信 號 1泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM1，HL11泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM2，HL22泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM3，HL32泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM4，HL43泵工頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM5，HL53泵變頻運(yùn)行接觸器及指示燈KM6，HL6生活/消防供水轉(zhuǎn)換電磁閥YV2續(xù)表1 輸入輸出點(diǎn)代碼及地址編號輸 出 信 號水池水位下限報(bào)警指示燈HL7變頻器故障報(bào)警指示燈HL8火災(zāi)報(bào)警指示燈HL9報(bào)警電鈴HA變頻器頻率復(fù)位控制KA控制變頻器頻率用電電壓UFAQW0 系統(tǒng)選型從上面分析可知，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)6個、開關(guān)量輸出點(diǎn)12個；模擬量輸出點(diǎn)1個、模擬量輸出點(diǎn)1個。參照S7 – 200的產(chǎn)品目以及市場實(shí)際價格，選用主機(jī)為CUP222（8入/6繼電器輸出）一臺，加上一臺擴(kuò)展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴(kuò)展一臺模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖11主機(jī)單元CUP222AC/DC繼電器模擬量單元EM2354AI/1AO擴(kuò)展單元EM2228點(diǎn)繼電器圖11 PLC 系統(tǒng)組成S7200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)德一種小型PLC，其許多功能達(dá)到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC一樣，因此，它一經(jīng)退出，即受到了廣泛的關(guān)注。由于它具有多種功能模塊和人機(jī)界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易的組成PLC網(wǎng)絡(luò)。模擬量擴(kuò)展單元可將外部模擬量轉(zhuǎn)化為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運(yùn)算結(jié)果數(shù)字量轉(zhuǎn)換為機(jī)外可以使用的模擬量。 EM235模擬量工作單元性能指標(biāo) 表2 模擬量擴(kuò)展模塊EM235輸入/輸出技術(shù)規(guī)范輸 入 技 術(shù) 規(guī) 范輸 出 技 術(shù) 規(guī) 范最大輸出電壓30VDC隔離（現(xiàn)場到邏輯）無最大輸入電壓32mA信號范圍 電壓輸出 電流輸出177。10V，177。177。500mV，177。100mV, 177。25mv0~20mA精度最差情況0~55℃電壓輸出電流輸出177。2%滿量程精度最差情況0~55℃電壓輸出電流輸出典型，25℃電壓輸出電流輸出177。2%滿量程177。5%滿量程輸入分辨率AD轉(zhuǎn)換時間＜250s模擬輸入階躍響應(yīng) mS到95%共模抑制4dB,DC 到60Hz共莫電壓信號電壓加共加模電壓≤177。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流量或標(biāo)準(zhǔn)電壓量以方便與其他控制接口。 校準(zhǔn)及配置模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準(zhǔn)，配置指根據(jù)實(shí)際需接入的信號類型對模塊進(jìn)行一些設(shè)定。 EM235的安裝使用 （1）根據(jù)輸入信號的類型及變化范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的配置工作。 （2）完成硬件的接線工作。為防止空置端對接線端的干擾，空置端應(yīng)短接。（3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時的位置，并由安裝位置確定模塊的編號。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機(jī)上的擴(kuò)展總線插口。一般使用模擬量輸入AIW及模擬量輸出AQW單元安排由模擬量模塊送來的數(shù)字量及待入模塊轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。 EM235工作程序編制EM235的工作程序編制包括以下的內(nèi)容：（1）設(shè)置初始化主程序。（2）設(shè)置模塊檢測子程序。（3）設(shè)置子程序完成采樣以及相關(guān)的計(jì)算工作。（5）處理后模擬量的輸出工作。一個完整的系統(tǒng)組成如圖圖12 S7200 PLC 系統(tǒng)組成（1）基本單元 基本單元（Basic Unit）有時又稱CUP模塊，也有的稱之為主機(jī)或本機(jī)。實(shí)際上它就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)完成一定的控制任務(wù)。（3）特殊功能模塊 當(dāng)需要完成某些特殊功能的控制任務(wù)，需要擴(kuò)展功能模塊。（4）相關(guān)設(shè)備 相關(guān)設(shè)備是為了充分和方便地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和使用的一些設(shè)備，主要有編程設(shè)備、人機(jī)操作界面和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。EM235安裝使用（1）根據(jù)輸入信號的類型以及范圍設(shè)置DIP開關(guān)，完成模塊的控制工作。（3）確定模塊安裝入系統(tǒng)時的位置，并由按裝位置確定模塊的編號。S7200 PLC的電源電壓有（~~）VDC和（85~~264）VAC兩種，主機(jī)上還集成了24V直流電源，可以直接用與連接傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它可以用普通輸入端子撲捉比CUP掃描周期更快的脈沖信號，實(shí)現(xiàn)高速記數(shù)。可以用模塊上的電位器來改變它對應(yīng)的特素積存器的數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)更改程序應(yīng)用中的一些參數(shù)，如定時器/計(jì)數(shù)器的設(shè)定值過程量的控制參數(shù)等。（1）主電路圖如下圖13所示為電控系統(tǒng)主電路圖。接觸KMKMKM5分別控制MMM3的工頻運(yùn)行；接觸器KMKMKM6分別控制MMM3的變頻運(yùn)行，F(xiàn)RFRFR3分別為三臺水泵電機(jī)過載保護(hù)用的熱繼電器；QSQSQSQS4分別為變頻器喝三臺水泵電機(jī)主電路的隔離開關(guān)；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡單的一般變頻器。圖中SA為手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，SA打在1的位置為手動控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。圖中的HL10為自動運(yùn)行狀態(tài)的電源指示燈。~~，它們旁邊的8等數(shù)字為接線編號，可結(jié)合PLC外圍接線圖一起讀圖。判斷需啟動新泵的標(biāo)準(zhǔn)是變頻器的輸出頻率達(dá)到設(shè)定的上限值。為了判斷變頻器的工作頻率達(dá)到上限的確定性，應(yīng)該濾去偶然的頻率波動引起的頻率達(dá)到上限情況，在程序中考慮采取時間濾波。控制要求中規(guī)定任意一臺泵連續(xù)運(yùn)行時間不得超過3h，因此每次需要啟動新泵或切換變頻泵時，以新運(yùn)行泵為變頻泵是合理的。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)控制，這里我們使用泵號加1的方法來實(shí)現(xiàn)變頻泵的循環(huán)控制（3加1等于零），用工頻泵的總數(shù)結(jié)合泵號實(shí)現(xiàn)工頻泵的輪換工作。系統(tǒng)的一些初始化的工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時間。邏輯運(yùn)算及報(bào)警處理等放在豬程序。生活供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設(shè)定值為滿量程的90%。初步確定的增益時間常數(shù)為增益采樣時間積分時間程序中使用的PLC元器件及其功能如下表 表3 程序中使用的元器件及功能器件地址 功能器件地址 功能VD100過程變量標(biāo)準(zhǔn)化值T38工頻泵減泵濾波時間控制VD104壓力給定值T39工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD108PI計(jì)算值故障結(jié)束脈沖信號VD112比例系數(shù)泵變頻啟動脈沖VD116積分時間復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)行泵脈沖VD120積分時間復(fù)位當(dāng)前變頻運(yùn)動泵脈沖VD124微分時間當(dāng)前泵工頻運(yùn)動啟動脈沖 續(xù)表3 程序中使用的元器件及功能功能器件地址功能VD204變頻起運(yùn)動頻率下限值新泵變頻啟動脈沖VD208生活供水變頻器運(yùn)動頻率上限值泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD212消防供水變頻器運(yùn)動頻率上限值泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD250PI調(diào)節(jié)結(jié)果存儲單元泵工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制VD300變頻工作泵的泵號故障信號總匯VD301工頻運(yùn)行的泵的總臺數(shù)水池水位下限故障邏輯VD310倒泵時間存儲器水池水位下限故障消鈴邏輯T33工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制變頻器故障消鈴邏輯T34工頻/變頻轉(zhuǎn)換邏輯控制火災(zāi)消鈴邏輯T37工頻泵增泵濾波時間控制 雙恒壓供