【正文】 行NNYY 圖 啟動(dòng)程序流程圖 在用水量減少時(shí) (假設(shè)此時(shí)泵 3 都工頻運(yùn)行 )，由于供水管網(wǎng)積水蓄壓，管網(wǎng)水壓升高，按照 “ 先投先停 ” 的原則，控制系統(tǒng)使泵 1 工頻切換為變頻運(yùn)行，通過 PID的調(diào)節(jié)作用變頻器使 1 號(hào)泵轉(zhuǎn)速下降。若管網(wǎng)水壓仍高于設(shè)定值，則又將 2 號(hào)泵停止 運(yùn)行且將運(yùn)行在工頻的 3 號(hào)泵工頻態(tài)切除，由 3 號(hào)泵運(yùn)行在變頻態(tài)，繼續(xù)調(diào)節(jié)水壓，逐漸使其穩(wěn)定在設(shè)定值，最后一直到全部泵都停止運(yùn)行。在以上的控制流程中，水泵的啟動(dòng)和運(yùn)行都需考慮延時(shí)的問題，一方面防止發(fā)生切換振蕩，另一方面保證水泵的順序投入和切除。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控 制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的生產(chǎn)過程。近年來，隨著可編程控制器的日漸成熟，越來越多設(shè)備的控制都采用 PLC控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司 (DEC)研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器。 70年代初期，體積小、功能強(qiáng)和價(jià)格便宜的微處理器被用于 PLC，使得 PLC的功能大大增強(qiáng)。 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 15 頁 在軟件方面， PLC采用極易為電氣人員掌握的梯形圖編程語言，除了保持原有的邏輯運(yùn)算等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。而且，為了進(jìn)一步提高 PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片，大大提高了 PLC軟、硬件功能。據(jù)“美國市場信息力的世界 PLC以及軟件市場報(bào)告稱， 1995年全球 PLC及 其軟件的市場經(jīng)濟(jì)規(guī)模約 50億美元，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， PLC的 功能得到大大的增強(qiáng)，具有以下特點(diǎn)： 1)可靠性高。 2)具有豐富的 I／ O接口模塊。另外為了提高操作性能，它還有多種人機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊。為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC以外，絕大多數(shù) PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。 4)編程簡單易學(xué)。 5)安裝簡單，維修方便。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于 PLC強(qiáng)大功能和優(yōu)點(diǎn)，使得其在我國的水工業(yè)自動(dòng)化中得到廣泛的應(yīng)用。其主要功能是進(jìn)行工藝參數(shù)的采集、生產(chǎn)過程控制、信息處理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測以及水質(zhì)監(jiān)測等 PLC 的組成 (CPU) 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16 頁 中央處理單元一般由控制器、運(yùn)算器和寄存器組成， CPU 是 PLC 的核心，主要任務(wù)有控制用戶程序和數(shù)據(jù)的接受與存儲(chǔ)；用掃描的方式通過 I/O 部件接受現(xiàn)場信號(hào)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入印象寄存器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；診斷 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編程中語法錯(cuò)誤等； PLC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶指令，經(jīng)過命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送、邏輯或算數(shù)運(yùn)算；根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出印象寄存器的內(nèi)容，再經(jīng)輸出部件實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 系統(tǒng)存儲(chǔ)器用來存放有 PLC 生產(chǎn)廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在 ROM 內(nèi)，用戶不能直接改變。系統(tǒng)程序的好壞，很大程度上決定了 PLC 的性能，其內(nèi)容主要包括三部分。這樣控制 PLC 的運(yùn)行，使整個(gè) PLC 按部就班地工作。通過用戶解釋程序，將 PLC 的編程語言變成機(jī)械語言指令，再由 CPU 執(zhí)行這些指令。它包括許多不同功能的子程序及其調(diào)用管理程序，如完成輸入、輸出及特殊運(yùn)算等的子程序。 用戶存儲(chǔ)器包括用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器兩部分。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以用來存放用戶程序中所使用器件的 ON/OFF 的狀態(tài)和數(shù)值、數(shù)據(jù)等。輸入 /輸出單元從廣義上包含兩部分：一是與被控設(shè)備相連接的接口電路，另一部分是輸入和輸出的印象寄存器。通過接口電路將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠識(shí) 別和處理的信號(hào)，并存到輸入印象寄存器。輸出印象寄存器有輸出點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的觸發(fā) 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17 頁 器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號(hào)輸出，以驅(qū)動(dòng)電磁閥、接觸器、指示燈等被控執(zhí)行元件。 12V、 24V 等直流電源，使 PLC 能正常工作。 為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話， PLC 配有多種通信接口。 當(dāng) PLC 與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打?。划?dāng)與監(jiān)視器相連時(shí)，可將過程圖像顯示出來；當(dāng)與其他的 PLC 相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制；當(dāng)與計(jì)數(shù)機(jī)相連時(shí)，可以組成多級(jí)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合控制。編程器有簡易型和智能型兩種。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二極管和其他顯示器件組成。 有些 PLC 還可以配有 EPROM 寫入器、存儲(chǔ)器卡等其他外部設(shè)備。數(shù)字量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng) 生產(chǎn)線，其應(yīng)用領(lǐng)域已遍及各行各業(yè)，甚至深入到家庭。 PLC 的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛用于各種機(jī)械，例如金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場合。 PLC 通過模擬量 I/O 模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，一般稱為 A/D 轉(zhuǎn)換和 D/A 轉(zhuǎn)換并對(duì)模擬量進(jìn)行閉 環(huán) PID 控制。其 PID 閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。但是 CPU 是一分時(shí)操作方式來處理各項(xiàng)任務(wù)的，計(jì)算機(jī)在每一瞬間只能做一件事，所以程序的執(zhí)行是按程序的順序依次完成相應(yīng)各電器的動(dòng)作，所以它屬于串行工作方式。 PLC工作的整個(gè)過程可分為三部： 1． 上電處理。 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 19 頁 2． 掃描過程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新。當(dāng) CPU 處于 RUN 方式時(shí)，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。 PLC 每掃描一次，執(zhí)行一次 自診斷檢查，確定 PLC 自身的動(dòng)作是否正常。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)， CPU 被強(qiáng)制為 STOP 方式，所有的掃描便停止。通常用 PLC 執(zhí)行 1KB 指令所需時(shí)間來說明起掃描速度 (一般 1~10ms/KB)。但編程語言和工作原理與計(jì)算機(jī)相比有一定 的差別，與繼電器控制邏輯的工作過程也有很大差別。如圖 19 所示。在整個(gè)工作周期內(nèi)，這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變，而且這個(gè)采樣結(jié)果將在 PLC 執(zhí)行程序時(shí)被使用。這個(gè)結(jié)果在程序執(zhí)行期間可能發(fā)生變化，但在整個(gè)程序未執(zhí)行完畢之前不會(huì)到輸出端口。 PLC 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護(hù)使用方便及最佳的性能價(jià)格比。 對(duì)于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維 修量較小的場合，選用模塊式結(jié)構(gòu)的可編程控制器。如西門子公司的 S7200 系列。如西門子公司的 S7300 或 S7400 系列。其中高檔機(jī)主要用于大規(guī)模過程控制、全 PLC 的分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的自動(dòng)化等。 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 21 頁 的環(huán)境適應(yīng)性 由于 PLC 是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計(jì)成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。一般 PLC 及其外部電路 (I/O 模塊、輔助電源等 )都能在下列環(huán)境條件下可靠工作： 溫度 工作溫度 0~55℃ ，最高為 60℃ 儲(chǔ)存溫度 － 40~+85℃ 濕度 相對(duì)濕度 5%~95%(無凝結(jié)霜 ) 振動(dòng)和沖擊 滿足國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 電源 交流 200V，允許變化范圍為－ 15% ~ +15%，頻率為 47~53Hz，瞬間停電保持 10ms。 SIMATIC S7300產(chǎn)品介紹 S7300（見圖）由多種模塊部件組成，包括導(dǎo)軌（ Rack）、電源模塊（ PS）、 CPU 模塊、接口模塊（ IM）、輸入輸出模塊（ SM）。 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 22 頁 電源模塊 電源模塊是構(gòu)成 PLC 控制系統(tǒng)的重要組成部分，針對(duì)不同系列的 CPU，西門子有匹配的電源模塊與之對(duì)應(yīng)，用于對(duì) PLC 內(nèi)部電路和外部負(fù)載 供電 。它根據(jù)系統(tǒng)程序的要求完成以下任務(wù)：接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)，接收現(xiàn)場輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，診斷 PLC 內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤，完成用戶程序規(guī)定的運(yùn)算任務(wù)，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制或數(shù)據(jù)通信等功能。 S7300 的各款 CPU 都有非常詳盡的性能數(shù)據(jù)表（具體參數(shù)可查閱相關(guān)資料），其中最值得關(guān)注的 CPU 性能有以下五方面： ? I/O 擴(kuò)展能力 ? 指令執(zhí)行速度 ? 工作內(nèi)存容量 ? 通訊能力 ? CPU 上的集成功能 SM 模塊 ? 信號(hào)模塊（ SM）也叫輸入 /輸出模塊，是 CPU 模塊與現(xiàn)場輸入輸出元件和設(shè)備 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23 頁 連接的橋梁，用戶可根據(jù)現(xiàn)場輸入 /輸出設(shè)備選擇各種用途的 I/O模塊。不需斷開前連接器上的外部連線，就可以迅速的更換模塊。 ? 信號(hào)模塊和接口模塊的尺寸為 40mm(寬 )x125mm(高 )x120mm.(深 )。 S7300 有多種型號(hào)的數(shù)字量 I/O 模塊供選擇。 （ 1）數(shù)字量輸入模塊 SM321 ? 數(shù)字量輸入模塊將現(xiàn)場送來的數(shù)字信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成 S7300 內(nèi)部信號(hào)電平。對(duì)現(xiàn)場輸入元件，僅要求提供開關(guān)觸點(diǎn)即可。采樣時(shí)，信號(hào)經(jīng)過背板總線進(jìn)入到輸入映像區(qū)。 ? 模塊的每個(gè)輸入點(diǎn)有一個(gè)綠色發(fā)光二極管顯示輸入狀態(tài)，輸入開關(guān)閉合即有輸入電壓時(shí)，二極管點(diǎn)亮。按負(fù)載回路使用的電源不同，它可 分為直流輸出模塊、交流輸出模塊和交直流兩用輸出模塊。晶體管輸出方式的模塊只能帶直流負(fù)載，屬于直流輸出模 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24 頁 塊；可控硅輸出方式屬于交流輸出模塊；繼電器觸點(diǎn)輸出方式的模塊屬于交直流兩用輸出模塊。 數(shù)字量輸出模塊 SM322 有多種型號(hào)輸出模塊可供選擇，常用模塊的有 8 點(diǎn)晶體管輸出、 16 點(diǎn)晶體管輸出、 32 點(diǎn)晶體管輸出、 8 點(diǎn)可控硅輸 出、 16 點(diǎn)可控硅輸出、 8 點(diǎn)繼電器輸出和 16 點(diǎn)繼電器輸出。 (3)數(shù)字量 I/O 模塊 SM323 SM323 模塊有兩種類型，一種是帶有 8 個(gè)共地輸入端和 8 個(gè)共地輸出端，另一種是帶有 16 個(gè)共地輸入端和 16 個(gè)共地輸出端，兩種特性相同。 I/O 額定負(fù)載電壓 24 V DC，輸入電壓 “1” 信號(hào)電平為 11～30 V， “0” 信號(hào)電平為－ 3～＋ 5 V， I/O 通過光耦與背板總線隔離。輸出具有電子短路保護(hù)功能。 模擬量值的表示方法 S7300 的 CPU 用 16 位的二進(jìn)制補(bǔ)碼表示模擬量值。表 14 表示了 S7300 模擬量值所有可能的精度，標(biāo)有 “ ” 的位就是不用的位，一般填入 “0” 。在選擇機(jī)柜時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)： 遼寧科技 大學(xué)本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 26 頁 ●機(jī)柜安裝位置處的環(huán)境條件（溫度、濕度、塵埃、化學(xué)影響、爆炸危險(xiǎn)）決定了機(jī)柜所需的防護(hù)等級(jí)（ IP xx） ●模塊導(dǎo)軌間的安裝間隙 ●機(jī)柜中所有組建的總功率消耗 在確定 S7300 機(jī)柜安裝尺寸時(shí)，應(yīng)注意以下技術(shù)參數(shù)： ●模塊導(dǎo)軌所需安裝空間 ●模塊導(dǎo)軌和機(jī)柜柜壁之間的最小間隙 ●模塊導(dǎo)軌之間的最小間隙 ●電纜導(dǎo)管或風(fēng)扇的所需安裝空間 ●機(jī)柜固定位置 安裝一個(gè)典型的 S7300 PLC 硬件系統(tǒng) ? 對(duì)照部件清單檢查部件是否齊備； ? 安裝導(dǎo)軌 ? 安裝電源 ? 把總線連接器連到 CPU，并安裝模塊； ? 把總線連接器連到 I/O 模塊，并安裝模塊； ? 連 接前連接器，并插入標(biāo)簽條和槽號(hào)； ? 給模塊配線（電源， CPU 和 I/O