自動供水控制系統(tǒng)的設計(plc)----畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高;再加上目前能源緊缺，利用先進的自動化技術、控制技術以及通訊技術，設計高性能、高節(jié)能、能適應不同領域的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。</p><p>　　本課題用PLC實現(xiàn)了自動供水控制系統(tǒng)，介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構成的基礎，說明了

2、可編程控制器（PLC）在恒壓供水系統(tǒng)中所擔任的角色。從系統(tǒng)的整體設計方案和實際需求分析開始，緊密的聯(lián)系實際生活的需要，力求做到使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡便，解決實際中問題，保證供水安全、快捷、可靠。</p><p>　　關鍵字：PLC 恒壓供水 變頻器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the

3、rapid development of social economy, it is demanded the better of water supply’s quality and reliability of water supply system.Meanwhile energy resources are seriously lack. So it is inevitable tendency to design water

4、supply system which has high function and saves on energy well, with help of advanced technique of automation,control and communication. At the same time this system can adapt different water supply fields.</p>&l

5、t;p>　　This subject realize the automatic water control system that used of PLC ,it introduced the basic principle that constant voltage supplies water and foundation that the system form , have stated the role served

6、as of the programmable controller (PLC ) in the water -supply system of constant voltage. Since the whole design plan of the system and actual demand are analysed, the need of close life of intergrating with practice, ma

7、ke every effort to make sure to make the system run steadily, easy an</p><p>　　Key word: PLC (programmable controller ), Constant voltage, supplies water, Frequency converter </p><p><b&g

8、t;　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義1</p><p>　　1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3本文研究的系統(tǒng)組成和工作原理2</p><p>　　第二章

9、 PLC概述3</p><p>　　2.1 PLC介紹3</p><p>　　2.2 PLC工作原理4</p><p>　　2.3 PLC的編程語言6</p><p>　　2.4 PLC的分類9</p><p>　　2.5 PLC控制系統(tǒng)的結構10</p><p>　　第三章 系

10、統(tǒng)硬件的設計13</p><p>　　3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構成15</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制要求17</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配18</p><p>　　3.4 系統(tǒng)選型19</p><p>　　3.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應用19</p>

11、;<p>　　第四章 系統(tǒng)程序設計25</p><p>　　4.1 由“恒壓”要求出發(fā)的工作泵組數(shù)量控制管理25</p><p>　　4.2 多泵組泵站泵組管理規(guī)范25</p><p>　　4.3 程序的結果以及程序功能的實現(xiàn)25</p><p><b>　　總結36</b></p>

12、<p><b>　　參考文獻37</b></p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　隨著變頻調(diào)速技術的發(fā)展和人們對生活飲用水品質(zhì)要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已逐漸取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應用于多層住宅

13、小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會繼續(xù)使用原有系統(tǒng)的部分舊設備（如水泵），在對原有供水系統(tǒng)進行變頻改造的實踐中，往往會出現(xiàn)一些在理論上意想不到的問題。本文介紹的變頻控制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術改造實踐中，根據(jù)盡量保留原有設備的原則設計的，該系統(tǒng)很好的解決了舊設備需要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻控制恒壓供水的技術優(yōu)勢，同時有效的節(jié)省了資金。 </p><p>　　1.1 變頻恒壓供水

14、產(chǎn)生的背景和意義</p><p>　　眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不可缺少的重要組成部分，在節(jié)水節(jié)能己成為時代特征的現(xiàn)實條件下，我們這個水資源和電能短缺的國家，長期以來在市政供水、高層建筑供水、工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)供水等方面技術一直比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供給量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供給量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓升高供過于求的情況，此時將會造成能量的浪費，同

15、時有可能使水管爆破和用水設備的損壞。</p><p>　　隨著社會的發(fā)展和進步，城市高層建筑的供水問題日益突出。一方面要求提高供水質(zhì)量，不要因為壓力的波動造成供水的障礙；另一方面要求保障供水的可靠性和安全性，在發(fā)生火災時能可靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和控制系統(tǒng)應運而生，這就是PLC控制的恒壓無塔供水系統(tǒng)。恒壓無塔供水系統(tǒng)包括生活用水的恒壓控制和消防用水的恒壓控制——即雙恒壓系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的

16、質(zhì)量，以PLC為主機的控制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的控制功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　1.2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　變頻恒壓供水是在變頻調(diào)速技術的發(fā)展之后逐漸發(fā)展起來的。在早期，由于國外生產(chǎn)的變頻器的功能主要限定在頻率控制、升降速控制、正反轉控制、起制動控制、起制動控制、壓頻比控制及各種保護功能。應用在變頻恒壓供水系統(tǒng)中，變頻器僅作為執(zhí)行機構，為了滿足

17、供水量大小需求不同時，保證管網(wǎng)壓力恒定，需在變頻器外部提供壓力控制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)控制。</p><p>　　目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多采用國外的變頻器控制水泵的轉速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調(diào)節(jié)及多臺水泵的循環(huán)控制，有的采用可編程控制器(PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)，有的采用單片機及相應的軟件予以實現(xiàn)。但在系統(tǒng)的動態(tài)性能、穩(wěn)定性能、抗擾性能以及開放性等多方面的綜合技術指標來說，還遠遠

18、沒能達到所有用戶的要求。原深圳華為(現(xiàn)己更名為艾默生)電氣公司和成都希望集團(森蘭變頻器)也推出了恒壓供水專用變頻器(5.5kw～22kw) ,無需外接PLC和PID調(diào)節(jié)器，可完成最多4臺水泵的循環(huán)切換、定時起、停和定時循環(huán)。該變頻器將壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)與循環(huán)邏輯控制功能集成在變頻器內(nèi)部實現(xiàn)，但其輸出接口限制了帶負載容量，同時操作不方便且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，控制要求不高的供水場所【1】。</p><p&

19、gt;　　可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調(diào)速恒壓供水控制系統(tǒng)的研究設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡和通訊技術同時兼顧系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)的變頻恒壓供水系統(tǒng)的水壓閉環(huán)控制研究得不夠。因此，有待于進一步研究改善變頻恒壓供水系統(tǒng)的性能，使其能被更好的應用于生活、生產(chǎn)實踐。</p><p>　　1.3 本文研究的工作原理和基本要求</p><p>　　以一個三泵生活/消防

20、雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為底水位報警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。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行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進行；當

21、有火災發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關閉生活用水管網(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）下進行?；馂慕Y束后三臺泵再改為生活供使用。</p><p>　　對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：</p><p>　　（1）生活供水時，系統(tǒng)應低于恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)應高恒壓值運行。</p><p>　?。?）三臺泵

22、根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出。</p><p>　　（3）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過3H，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長。</p><p>　?。?）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能。</p><p>　　第二章 PLC概述</p><p><b>　　2

23、.1 PLC介紹</b></p><p>　　2.1.1 PLC的定義</p><p>　　最初，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）簡稱PLC。只能進行計數(shù)、定時及開關量的邏輯控制。1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程控制器的定義是：可編程控制器是一種數(shù)學運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用一類可編程序

24、的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設計【2】。</p><p>　　2.1.2 PLC的特點</p><p>　?。?）可靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC采用了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程

25、序和大部分的用戶程序都采用EPROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。</p><p>　　（2）控制功能強。PLC采用的CPU一般是具有較強位處理功能的為處理機，為了增強其復雜的控制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以采用雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的增強。</p><p>　?。?）編程方便易學。第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，與多年來工業(yè)現(xiàn)場使用的電器

26、控制圖非常相似，理解方式也相同，非常適合現(xiàn)場人員學習。</p><p>　　（4）使用于惡劣的工作環(huán)境。采用封裝的方式，適合于各種震動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。</p><p>　?。?）與外部設備連接方便。采用統(tǒng)一接線方式的可坼裝的活動端子排，提供不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。</p><p>　?。?）體積小、重量輕、功耗底。</p>&l

27、t;p><b>　?。?）性價比高。</b></p><p>　?。?）模塊化結構，擴展能力強。根據(jù)現(xiàn)場的需要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于控制從幾個I/O點到幾百個I/O點的控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）維修方便，功能更靈活。程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的改變非常靈活。</p><p>　　2.2

28、PLC工作原理</p><p>　　2.2.1 循環(huán)掃描</p><p>　　CPU連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務的循環(huán)序列稱為掃描。CPU的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通訊請求、執(zhí)行CPU自診斷測試及寫輸出等等內(nèi)容。</p><p>　　PLC可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設備。他意識周而復始的循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務。用戶程序只是掃描周期的一個組

29、成部分，用戶程序不運行時，PLC也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分的內(nèi)容。典型的PLC在一個周期中可以完成以下5個掃描過程。</p><p>　　（1）自診斷測試掃描過程。為保證設備的可靠行，及時放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。</p><p>　?。?）與網(wǎng)絡進行通訊的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡的PLC系統(tǒng)才有通訊掃描過程，

30、這一過程用于PLC之間及PLC與上位計算機或終端設備之間的通信。</p><p>　?。?）用戶程序掃描過程。機器處于正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期內(nèi)都包含該掃描過程。該過程在機器運行中是否執(zhí)行是可控的，即用戶可以通過軟件進行設定。用戶程序的長短會影響過程所用的時間。</p><p>　?。?）讀輸入、寫輸出掃描過程。機器在正常運行狀態(tài)下，每一個掃描周期都包含這個掃描過程。該過程在機器運行

31、中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的，運算的結果也不直接送到實際輸出點，而是在內(nèi)存中設置了兩個映象寄存器：一個為輸入映象寄存器，另一個為輸出映象寄存器。用戶程序所用的輸入值是輸入映象寄存器的值，運算結果也放在輸出映像寄存器。在輸入掃描過程中，CPU把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器：在輸出掃描過程中CPU把輸出映像寄存器的值的輸出點。 </p><p>　　循環(huán)掃

32、描有如下特點：</p><p>　?。?）掃描周期周而復始地進行，讀輸入、輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。</p><p>　?。?）輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像寄存器的值來控制程序的執(zhí)行。</p><p>　?。?）對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造

33、成不同的執(zhí)行結果。</p><p>　　（4）各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主要缺點。 </p><p>　　在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入映象寄存器中。緊接著轉入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進行掃描，根據(jù)輸入映象寄存器和輸出映象寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程

34、序，同時將執(zhí)行結果寫入輸出映象寄存器。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變——輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。</p><p>　　圖2-1 PLC信號的傳遞過程</p><p>　　2.2.2 I/O響應時間</p><p>　　由于PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，而且對輸入和輸出信號只在每個掃描周期的固

35、定時間集中輸入/輸出，所以必然會產(chǎn)生輸出信號相對輸入信號滯后的現(xiàn)象。掃描周期越長，滯后現(xiàn)象越嚴重。</p><p>　　響應時間有輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時間部分決定。</p><p>　?。?）PLC輸入電路設置了濾波器，濾波器的常數(shù)越大，對輸入信號的延遲作用越強。輸入延遲是由硬件決定的，有的PLC濾波器時間常數(shù)可調(diào)。</p><p>　　（2）從輸出鎖存器到

36、輸出端子所經(jīng)歷的時間稱為輸出延遲，對于不同的輸出形式，其值大小不同。它也是由硬件決定的，對于不同信號的PLC可以通過查表得到。</p><p>　　（3）程序執(zhí)行時間主要由程序長短來決定，對于一個實際的控制程序，編程人員須對此進行現(xiàn)場測算，使PLC的響應時間控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。</p><p>　　在最有利的情況下，輸入狀態(tài)經(jīng)過一個掃描周期在輸出得到響應的時間，稱為最小I/O響應時間。

37、在最不利的情況下，輸入點的狀態(tài)恰好錯過了輸入的鎖入時刻，造成在下一個輸出鎖定才能被響應，這就需要兩個掃描周期時間，稱為最大I/O響應時間。它們是由PLC的掃描執(zhí)行方式?jīng)Q定的，與編程方法無關【3】。</p><p>　　2.2.3 PLC中的存儲器</p><p>　　PLC中的存儲器按用途分為系統(tǒng)程序存儲器、用戶程序存儲器以及工作數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　?。?/p>

38、1）系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家根據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它決定了PLC的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。</p><p>　　（2）用戶程序存儲器用來存儲根據(jù)控制要求而編制的用戶應用程序。</p><p>　　（3）用來存儲工作數(shù)據(jù)的區(qū)域稱為工作數(shù)據(jù)區(qū)。</p><p>　　2.3 PLC的編程語言</p><p>　　PLC

39、的硬件系統(tǒng)中，與PLC的編程應用關系最直接的要算數(shù)據(jù)存儲器。計算機運行處理的是數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲在存儲區(qū)中，找到待處理的數(shù)據(jù)一定要知道數(shù)據(jù)的存儲地址。</p><p>　　PLC和其他的計算機一樣，為了使用方便，數(shù)據(jù)存儲器都作了分區(qū)，為了每個存儲單元編排了地址，并且經(jīng)機內(nèi)系統(tǒng)程序為每個存儲單元賦予了不同的功能，形成了專用的存儲元件。這就是前面提到過的編程的“軟”元件。為了理解方便，PLC的編程元件用“繼電器”命名，

40、認為它們象繼電器一樣具有線圈以及觸點，并且線圈得電，觸點動作。當然這個線圈和觸點只是假象，所謂線圈得電不過是存儲單元置1，線圈失電，不過就是存儲單元置0，也正因為如此，我們稱之為“軟”元件。但是這種“軟”繼電器也有個突出的好處，可以認為它們具有無數(shù)多對動合動斷觸點，因此每取用一次它的觸點，不過是讀一次它的存儲數(shù)據(jù)而已。</p><p>　　2.3.1 PLC的編程結構功能圖</p><p>

41、;　　任何語言都有編程的對象和基礎，重要介紹梯形圖語言和語句表語言，而功能圖是理解這兩種語言的基礎。如圖2-2所示為PLC內(nèi)部的結構功能示意圖。</p><p>　　輸入繼電器是由外部輸入驅(qū)動的，梯形圖中只能使用其介入點狀態(tài)值，用戶不能改變輸入繼電器的狀態(tài)。輔助繼電器的種類和多少決定了PLC控制功能的強弱，相當于工作寄存器的多少和功能的強弱。</p><p>　　實際的PLC中并沒有圖中的

42、物理繼電器，用繼電器來表示PLC的內(nèi)部功能結構是為了使習慣于繼電器控制的工程技術人員更好的理解PLC的功能，更好的使用PLC，就像他在設計繼電器控制電路一樣。</p><p>　　梯形圖語言是一種圖形化的語言，是一種面向控制過程的“自然語言”。梯形圖編程語言形象、直觀、準確的描述了邏輯控制關系，容易被廣大的工程技術人員所掌握。</p><p>　　PLC與被控對象所連接的只是I/O條件，而

43、I/O之間的組合控制關系需要用軟件的方法來描述清楚，梯形圖是一種描述方法，當然還有語句等表示其他的語言。語言的支持取決于廠家開發(fā)的系統(tǒng)程序只要將其輸入PLC的用戶程序存儲器中，PLC就能夠直接解釋并實現(xiàn)I/O間的控制關系【4】。</p><p>　　圖2-2 PLC內(nèi)部的結構功能示意圖</p><p>　　2.3.2 梯形圖編程語言</p><p>　　PLC是通

44、過程序?qū)ο到y(tǒng)進行控制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領域，一定有其專用的語言。PLC的編程語言有多種，如梯形圖、語句表、功能圖、邏輯方程等。梯形圖編程語言是一種圖形語言，具有繼電器控制電路形象、直觀的優(yōu)點；語句表編程語言類似計算機的匯編語言，用助記符來表示各種指令的功能，是PLC用戶程序的基礎元素。</p><p>　　一般而言，梯形圖程序讓PLC仿真來自電源的電流通過一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結果決定邏輯

45、輸出的允許條件。邏輯通常被分解成小的容易理解的片，這些片通常被稱為“梯級”或網(wǎng)絡。</p><p>　　程序一次掃描執(zhí)行一次網(wǎng)絡，按照從做到右、從上到下的順序進行。一旦CPU執(zhí)行到程序的結尾，就又從上到下執(zhí)行程序。在每一個網(wǎng)絡中，指令以列為基礎被執(zhí)行，從上而下、從左到右依次執(zhí)行，直到本網(wǎng)絡的最后一個線圈列。因此為了充分利用存儲器容量，使掃描時間盡可能短，利用梯形圖編程時應限制觸點之間的距離，并使網(wǎng)絡左上邊這部分空

46、白最少。其中，串聯(lián)觸點較多的支路要寫在上面，并聯(lián)支路應寫在左邊，線圈放于觸點的右邊。</p><p>　　如圖2-3所示是用PLC控制的梯形圖程序，可完成與繼電器控制的電動機直接起、停（起、保、停）繼電器控制電路圖相同的功能。</p><p>　　梯形圖和繼電器控制電路圖很相似，這是可以用PLC控制取代繼電器控制的基礎，可以把經(jīng)過實踐證明設計是成功的繼電器電路圖進行轉換，從而設計出具有相同

47、功能的PLC控制程序，充分發(fā)揮PLC的功能完善、可靠性高、控制靈活的特點。當然，它們還是存在著本質(zhì)上的區(qū)別，主要表現(xiàn)如下所述。</p><p><b>　　圖2-3 梯形圖</b></p><p>　?。?）繼電器控制電路中使用的繼電器是物理的元器件，繼電器與其他控制電器之間的連接必須通過硬件連接線來完成。PLC中的繼電器是內(nèi)部的寄存器位，稱為“軟繼電器”，它具有物理

48、繼電器相似的功能。當它的“線圈”通電時，其所屬的常開觸點閉合，常閉觸點斷開；當它的線圈斷電時，其所屬的常開觸點和常閉觸點均恢復常態(tài)。PLC梯形圖中的接線稱為“軟接線”，這種“軟接線”是通過編程來實現(xiàn)的，具有更改簡單、調(diào)試方便等特點。而繼電器控制電路圖是點線連接圖，相對來素施工困難、更改費力。</p><p>　?。?）PLC中的每一個繼電器都對應著一個內(nèi)部的寄存器，由于可以隨時不受限地讀取其內(nèi)容，所以，可以認為P

49、LC的繼電器有無數(shù)個常開、常閉觸點供用戶使用。PLC梯形圖中的觸點代表的是“邏輯”輸入條件、外部的實際開關、按鈕或內(nèi)部的繼電器觸點條件等。而物理繼電器的觸點個數(shù)是有限的。</p><p>　?。?）PLC的輸入繼電器是由外部信號驅(qū)動的，在梯形圖中只能用其觸點，這在物理繼電器中是不可能的。線圈通常代表“邏輯”輸出結果，如燈、電機啟動器、中間繼電器、內(nèi)部輸出條件等。</p><p>　　（4）

50、繼電器控制系統(tǒng)中是按照觸點的動作順序和是延遲逐個動作的，動作順序與電路圖的編寫順序無關。PLC按照掃描方式工作，首先采取輸入信號，然后對所有梯形圖進行計算，造成了宏觀與動作順序的無關，但是微觀上在一個時間段上的是實際執(zhí)行順序與梯形圖的編寫順序一致而不是無關的。</p><p>　?。?）PLC梯形圖中的兩根母線以失去原有的意義，它只表示一個梯形的起始和終了，并無實際電流通過，假象的概念電流只能從左向右流。<

51、/p><p>　　為了充分發(fā)揮CPU的邏輯運算功能，設置了大量的稱為盒的附加命令，如定時器、計算器、格式轉換、模擬量I/O、PID調(diào)節(jié)或數(shù)學運算指令等，充分的發(fā)揮了計算機的強大計算功能，他們與內(nèi)部繼電器一起完成PLC的各種復雜控制功能【5】。</p><p>　　2.4 PLC的分類</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同，分類時，一

52、般按以下原則來考慮。</p><p>　　2.4.1 按I/O點數(shù)容量分類</p><p>　　一般而言，處理I/O點數(shù)越多，則控制關系就 比較復雜，用戶要求的程序存儲器容量比較大，要求PLC指令及其他功能比較多，指令執(zhí)行的過程也比較快。按PLC的輸入、輸出點數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。</p><p><b>　　（1）小型機</b>&l

53、t;/p><p>　　小型機PLC的功能一般以開關量控制為主，小型PLC輸入、輸出點數(shù)一般在256點以下，用戶程序存儲器容量在4K左右?，F(xiàn)在的高性能小型PLC還具有一定的通訊能力和少量的模擬量處理能力。這類的PLC的特點是價格低廉，體積小巧，適合于控制單臺設備和開發(fā)機電一體化產(chǎn)品。</p><p>　　典型的小型機有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITU

54、BISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。</p><p><b>　?。?）中型機</b></p><p>　　中型PLC的輸入、輸出總點數(shù)在256~~2048點之間，用戶程序存儲器容量達到8K字左右。中型PLC不僅具有開關量和模擬量的控制功能，還具有更強的數(shù)字計算能力，它的通信功能和模擬量處理功能更強大，中型機比小型機更豐富，中型機適用

55、于更復雜的邏輯控制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程控制系統(tǒng)場合。</p><p>　　典型的中型機有SIEMENS公司的S7-300系列、OMRON公司的C200H系列、AB公司的SLC500系列等模塊式PLC產(chǎn)品。</p><p><b>　　（3）大型機</b></p><p>　　大型PLC的輸入、輸出總點數(shù)在2048點以上，用戶程序儲存器容量達

56、到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)與工業(yè)控制計算機相當，它具有計算、控制和調(diào)節(jié)的能力，還具有強大的網(wǎng)絡結構和通信聯(lián)網(wǎng)能力，有些PLC還具有冗余能力。它的監(jiān)視系統(tǒng)采用CRT顯示，能夠表示過程的動態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等；它配備多種智能板，構成一臺多功能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還可以和其他型號的控制器互聯(lián)，和上位機相聯(lián)，組成一個集中分散的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量控制系統(tǒng)。大型機適用于設備自動化控制、過程自動化控制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。</p&

57、gt;<p>　　典型的大型PLC有SIEMENS公司的S7-400、OMRON公司的CVM1和CS1系列、AB公司的SLC5/05等系列【6】。</p><p>　　2.4.2 按結構形式分</p><p>　　根據(jù)PLC結構形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。</p><p><b>　　（1）整體式結構</b>&

58、lt;/p><p>　　整體式結構的特點是將PLC的基本部件，如CPU板、輸入板、輸出板、電源板等緊湊的安裝在一個標準的機殼內(nèi)，構成一個整體，組成PLC的一個基本單元（主機）或擴展單元?；締卧显O有擴展端口，通過擴展電纜與擴展單元相連，配有許多專用的特殊功能的模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、熱電偶、熱電阻模塊、通信模塊等，以構成PLC不同的配置。整體式結構的PLC體積小，成本底，安裝方便。</p>&l

59、t;p>　　微型和小型PLC一般為整體式結構。如西門子的S7-200系列。</p><p><b>　　（2）模塊式結構</b></p><p>　　模塊式結構的PLC是由一些模塊單元構成，這些標準模塊如CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種功能模塊等，將這些模塊插在框架上和基板上即可。各個模塊功能是獨立的，外型尺寸是統(tǒng)一的，可根據(jù)需要靈活配置。<

60、/p><p>　　目前大、中型PLC都采用這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。</p><p>　　整體式PLC每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，在小型控制系統(tǒng)中一般采用整體式結構。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多，維修時更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復雜的、要求

61、較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。</p><p>　　2.5 PLC控制系統(tǒng)的結構</p><p>　　使用PLC可以構成多種形式的控制結構，下面介紹幾種常用的PLC控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.5.1 單機控制系統(tǒng)</p><p>　　單機控制系統(tǒng)是較普通的一種PLC控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一臺PLC控制一個對象，控制系統(tǒng)要求的I/O點數(shù)

62、和存儲器容量都比較小，沒有PLC的通訊問題，采樣條件和執(zhí)行結構都比較集中，控制系統(tǒng)的構成簡單明了。</p><p>　　如圖2-4所示是一個簡單的單機控制系統(tǒng)，圖中PLC可以選用任何一種類型。在單機控制系統(tǒng)中由于控制對象比較確定，因此系統(tǒng)要完成的功能一般較明確，I/O點數(shù)、存儲器容量等參數(shù)的余量適中即可等參數(shù)的余量適中即可。 </p><p>　　圖2-4 簡單的單機控制系統(tǒng)</p

63、><p>　　2.5.2 集中控制系統(tǒng)</p><p>　　集中控制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強大的PLC監(jiān)視、控制多個設備，形成中央集中式的控制系統(tǒng)。其中，各個設備之間的聯(lián)絡，連鎖關系、運行順序等統(tǒng)一由中央PLC來完成，如圖2-5示【7】。</p><p>　　顯然，集中控制系統(tǒng)比單機控制系統(tǒng)經(jīng)濟的多。但是當其中一個控制對象的控制程序需要改變時，必須停止運行中央PLC，其他的控制

64、對象也必須停止運行。當各個控制對象的地理位置距集中控制系統(tǒng)比較遠時，需要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應控制系統(tǒng)的改變，采用集中控制系統(tǒng)時，必須注意選擇I/O點數(shù)和存儲器容量時要留有足夠的余量，以便滿足增加控制對象的要求。</p><p>　　圖2-5 集中控制系統(tǒng)</p><p>　　2.5.3 分散控制系統(tǒng)</p><p>　　分散控制系統(tǒng)的構成如圖

65、2-6所示，每一個控制對象設置一臺PLC，各臺PLC可以通過信號傳遞進行內(nèi)部連鎖、響應或發(fā)令等，或者由上位機通過數(shù)據(jù)通信總線進行通訊。</p><p>　　分散控制系統(tǒng)常用于多臺機械生產(chǎn)線的控制，各個生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個控制對象都由自己的PLC進行控制，當其中一個PLC停止運行時不需要停止運行其他的PLC。</p><p>　　隨著PLC性能的不斷提高，由PLC擔當?shù)蛯涌刂迫蝿眨?/p>

66、通過網(wǎng)絡連接，PLC與過程控制相結合的分散控制系統(tǒng)將是計算機控制的重要發(fā)展方向。</p><p>　　與集中控制系統(tǒng)相比，分散控制系統(tǒng)的可靠性大大加強。具有相同I/O點數(shù)時，雖然分散控制系統(tǒng)中多用了一臺或幾臺PLC，導致價格偏高，但是從維護、試運轉或增設控制對象等方面來看，其靈活性要大得多，總的成本核算是合理的。</p><p>　　圖2-6 分散控制系統(tǒng)</p><p

67、>　　第三章 系統(tǒng)硬件的設計</p><p>　　學習PLC的硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)和編程方法以后，對于設計一個較大的PLC控制系統(tǒng)時，要全面考慮多種因素，不管所設計的控制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設計步驟來進行系統(tǒng)設計。</p><p>　　隨著PLC功能的不斷完善和提高，PLC幾乎可以完成工業(yè)領域的所以控制任務。但是PLC還是有最適合它的應用場合，所以接到一個控制任務以后，要分析被

68、控對象的控制過程和要求，看看用什么控制設備來完成該任務最合適。其實現(xiàn)在的可編程不僅處理開關量，而且對模擬量的處理能力也很強。所以在很多情況下也可以取代工業(yè)控制計算機（IPC）作為主控器。</p><p>　　控制對象以及控制裝置確定后，還要進一步確定PLC的控制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運行情況，能用傳感器直接測量的參數(shù)，控制邏輯復雜的部分都由PLC控制來完成。</p><p>　

69、　當某一個控制任務決定由PLC來完成后。選擇PLC就成為最重要的事情。一方面是選擇多大容量的PLC，另一方面是選擇什么公司的PLC以及外設。</p><p>　　對第一個問題，首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關量I/O模擬量I/O以及這些I/O點的性質(zhì)。I/O點是性質(zhì)主要是指他們是直流信號還是交流信號，它們的電源電壓?？刂葡到y(tǒng)輸出點的類型非常關鍵，如果它們之中既有交流220V的接觸器

70、、電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點有可能大于實際點數(shù)。因為PLC的輸出點一般是幾個一組共用一個公共端，這一組的輸出只能有一個電源的種類和等級。</p><p>　　對于第二個問題，則有以下幾個方面要考慮：</p><p>　?。?）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。如對PLC與PLC、PL

71、C與智能儀表以及上位機之間靈活方便的通訊要求；或?qū)LC的計算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對市場上流行的PLC品種有一個詳細的了解，以便做出正確的選擇。</p><p>　?。?）價格方面。不同廠家的PLC產(chǎn)品價格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價必須是需要考慮的。</p>

72、;<p>　?。?）個人喜好方面。有些工程技術人員對某種品牌的熟悉，所以一般比較喜歡使用這種產(chǎn)品。</p><p>　　圖3-1 PLC控制系統(tǒng)設計步驟</p><p>　　輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設計的基礎。對軟件設計來說，I/O地址分配以后才可以進行編程；對控制柜和PLC的外圍接線來說，只有I/O地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、

73、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。</p><p>　　系統(tǒng)調(diào)試分模擬調(diào)試和聯(lián)機調(diào)試。</p><p>　　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。</p><p>　　軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開關和PLC輸出端的輸出指示燈進行。需要模擬量信號I/O時，可用電位器和萬用表配合進行。調(diào)試時?？衫蒙显V外圍設備模擬各

74、種現(xiàn)場開關和傳感器狀態(tài)，然后觀察PLC的輸出邏輯是否正確。如果有錯誤則修改后反復調(diào)試。現(xiàn)在PLC的主流產(chǎn)品都可以在PLC機上編程，并可以在電腦上直接進行模擬調(diào)試。</p><p>　　聯(lián)機調(diào)試時，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場的PLC中。有時PLC也許只有這一臺，這時就要把PLC安裝到控制柜相應的位置上。調(diào)試時一定要先將主電路斷電，只對控制電路進行聯(lián)調(diào)即可。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

75、，有時廠家還需要對某些控制功能進行改進，這種情況下，都要經(jīng)過反復測試系統(tǒng)后，才能最后交付使用。</p><p>　　產(chǎn)生水壓的設備是水泵，水泵轉動的越快，產(chǎn)生的水壓就越高。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。水塔中的水位變化相對水塔的高度來說很小，也就是說水塔能夠維持供水管路中水壓的基本恒定【8】。</p><p>　　但是建造水塔

76、需花費財力，水塔還會造成水的二次污染。不用水塔，而要解決水壓隨用水量大小變化的問題。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)。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動機速度調(diào)節(jié)技術不發(fā)達的年代是不可設想的，但是今天辦到這一點已經(jīng)變的很容易了，交流變頻的誕生為水泵轉速的平滑連續(xù)調(diào)節(jié)提供了方便。交流變頻器是改變交流電源頻率的電子設備，輸入三相工頻交流電后，可以輸出頻率平滑變化

77、的三相交流電。</p><p>　　建造水塔需要花費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么可不可以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水？答案是肯定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變化的問題。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)。這就是恒壓供水的基本思路，這在電動機速度調(diào)節(jié)技術不發(fā)達的年代是不可以想象的，但是在今天辦到這一切已經(jīng)邊的很容易了。</

78、p><p>　　3.1 恒壓供水系統(tǒng)的基本構成</p><p>　　恒壓供水泵站一般需設多臺水泵及電機，這比設單臺水泵及電機節(jié)能而可靠。配單臺電機和水泵時，它們的功率必須足夠的大，在用水量少十開一臺大電機肯定是浪費，電機選小了用水量大時供水不足。而且水泵和電機都有維修的時候，備用泵是必要的。恒壓供水的主要目標是保持管壓網(wǎng)水壓的恒定，水泵電機的轉速套跟隨用水量的變化而變化，這就要用變頻器為水泵供

79、電。這也有兩種配置方式，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當然方便，電機與變頻器間不需要切換，但是購買變頻器的費用較高。另一種方案是數(shù)臺電機陪一臺變頻器，變頻器與電機見可以切換，供水運行時，一臺水泵變頻運行，其余水泵共頻運行，以滿足不同用水兩的需求。</p><p>　　下圖為恒壓供水泵站的示意圖。如圖3-2所示，圖中壓力傳感器用于檢測管網(wǎng)中的水壓，常裝設在泵站的出水口。當用水量大時，水壓降低；用水量小時，水壓升

80、高。水壓傳感器將水壓的變化轉變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兓徒o調(diào)節(jié)器【9】。</p><p>　　圖3-2 變頻恒壓供水站的基本組成</p><p>　　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:</p><p>　　(1)設定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的高低依需要設定。供水距離越遠，用水地點越高，系統(tǒng)所需供水壓力越大。給定值即是系統(tǒng)正常工作時的恒壓值，另外有些供

81、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)器具有給定值設定功能，可以以數(shù)字量進行設定，也有的調(diào)節(jié)器以模擬量方式設定。</p><p>　　（2）接受傳感器送來的管網(wǎng)水壓的實測值。管網(wǎng)實測水壓回送到泵站控制裝置稱為反饋，調(diào)節(jié)器實反饋的接受點。</p><p>　　（3）根據(jù)給定值和實測值的綜合，依一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出

82、系統(tǒng)調(diào)節(jié)信號。調(diào)節(jié)器接受了實測水壓的反饋信號后，將它與給定值比較，得到給定值與實測值之差。如果給定值大于實測值，說明系統(tǒng)水壓低于理想水壓，要加大水泵電機的轉速，如果水壓高于理想水壓，要降低水泵電機的轉速。這些都是由調(diào)節(jié)器的輸出信號控制。為了實現(xiàn)調(diào)節(jié)的快速性與系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)工作中還有個調(diào)節(jié)規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律多是比例-積分-微分調(diào)節(jié)，俗稱PID調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)，如PID參數(shù)均是可以由使用者設定的，PID調(diào)節(jié)過程視調(diào)節(jié)

83、器的的內(nèi)部構成由數(shù)字式調(diào)節(jié)及模擬量調(diào)節(jié)兩類，以微型計算機調(diào)節(jié)器多為數(shù)字調(diào)節(jié)器。</p><p>　　調(diào)節(jié)器的輸出信號一般式模擬信號，4~20mA變化的電流信號或0~10V間變化的電壓信號。信號的量值與前面提到的差值成正比，用于驅(qū)動執(zhí)行設備工作。</p><p>　　下面以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，如圖3-3所示，市網(wǎng)來水用高低水位控制器EQ來控制注水閥YV1

84、，它們自動把水注滿儲水池，只要水位低于高水位，則自動往水箱中注水。水池的高/低水位信號也直接送給PLC，作為低水位報警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。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行，使生活用水的恒壓狀態(tài)（生活用水底恒壓值）下進行；當有火災發(fā)生時，電磁閥YV2得電，關閉生活用水管網(wǎng)，三臺泵共消防用水使用，并根據(jù)用水量的

85、大小，使消防供水也在恒壓狀態(tài)（消防用水高恒壓值）下進行?；馂慕Y束后三臺泵再改為生活供水使用【10】。</p><p>　　圖3-3 生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構成圖</p><p>　　3.2 系統(tǒng)控制要求</p><p>　　對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：</p><p>　?。?）生活供水時，系統(tǒng)應低于恒壓值運行，消防供水時系統(tǒng)

86、應高恒壓值運行。</p><p>　?。?）三臺泵根據(jù)恒壓的需要，采用“先開先?！钡脑瓌t介入和退出。</p><p>　?。?）在用水量小的情況下，如果一臺泵連續(xù)運行的時間超過3H，則要切換到下一臺泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺泵工作時間過長。</p><p>　?。?）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能。</p><p>　?。?）要有完

87、整的報警功能。</p><p>　?。?）對泵的操作要有手動控制功能，手動只在應急或檢修時臨時使用。</p><p>　　3.3 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配</p><p>　　PLC要能夠識別和接受描述現(xiàn)場設備的開關量，同時要能夠發(fā)出控制信號控制一些執(zhí)行設備，以便對現(xiàn)場設備進行控制。PLC是通過I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC與外部設備相互聯(lián)系的通道，

88、能輸入/輸出多種形式和驅(qū)動能力的信號，以實現(xiàn)被控設備與PLC的I/O接口之間的電平轉換、電氣隔離、串/并轉換、A/D與D/A轉換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場設備向PLC提供信號，包括人為的控制信號和能描述現(xiàn)場狀態(tài)的開關量信號，例如由按鈕、限位開關、繼電器觸點、接近開關、撥碼器等提供的開關量。這些信號經(jīng)過輸入電路進行濾波、光電隔離、電平轉換等處理后，變成CPU能夠接受和處理的信號。輸出單元將經(jīng)過CPU處理的弱電信號通過光電隔離、功率放大等處理

89、，轉換成外部設備所需要的強電信號，以驅(qū)動各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。</p><p>　　根據(jù)圖3-3 及以上控制要求統(tǒng)計控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如下表所示。水位上下限信號分別位I0.1、I0.2，它們在水淹沒時為0，露出時為1。</p><p>　　表3.1 輸入輸出點代碼及地址編號</p><p><

90、b>　　3.4 系統(tǒng)選型</b></p><p>　　從上面分析可知，系統(tǒng)共有開關量輸入點6個、開關量輸出點12個；模擬量輸出點1個模擬量輸出點1個。如果選用CPU 224 PLC，也需要擴展單元；如果選用CPU 226 PLC則價格較高，浪費較大。參照S7 – 200的產(chǎn)品目以及市場實際價格，選用主機為CPU222（8輸入/6輸出繼電器）一臺，加上一臺擴展模塊EM222（8繼電器輸出），再擴展

91、一臺模擬量模塊EM235（4AI/1AO）。這樣的配置是最經(jīng)濟的。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖3-4：</p><p>　　圖3-4 PLC 系統(tǒng)組成</p><p>　　S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)德一種小型PLC，其許多功能達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC一樣，因此，它一經(jīng)退出，即受到了廣泛的關注。特別是S7-200CPU22*系列PLC。由于它具有多種功能模塊和

92、人機界面（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。</p><p>　　3.5 PLC模擬量控制單元的配置以及應用</p><p>　　PLC的普通輸入輸出端口均為開關量處理端口，了使PLC能完成模擬量的處理,常見的方法是為整體式PLC加配模擬量擴展單元。模擬量擴展單元可將外部模擬量轉化為PLC可處理的數(shù)字量及將PLC內(nèi)部運算結果數(shù)字量轉換為機外可以使用

93、的模擬量。模擬量擴展單元有單獨用于模/數(shù)轉換的，單獨用于數(shù)/轉換的，也兼有模/數(shù)和數(shù)/模兩種功能的，以下介紹S7-200系列PLC的模擬量擴展模塊EM235，它具有四路模擬量輸入及一路模擬量輸入，可以用于恒壓供水控制中【11】。</p><p>　　3.5.1 EM235模擬量工作單元性能指標 </p><p>　　表3.2 模擬量擴展模塊EM235輸入/輸出技術規(guī)范</p&g

94、t;<p>　　為能適用各種規(guī)格的輸入、輸出兩，模擬量處理模塊都設計成可編程，而轉換生成的數(shù)字量一般具有固定的長度及格式。模擬量輸出則希望將一定范圍的數(shù)字量轉換為標準電流量或標準電壓量以方便與其他控制接口。上表中，輸入、輸出信號范圍欄給出了EM235的輸出、輸入信號規(guī)格，以供選用。</p><p>　　3.5.2 校準及配置</p><p>　　模擬量模塊在接入電路工作前需完

95、成配置及校準，配置指根據(jù)實際需接入的信號類型對模塊進行一些設定。校準可以簡單的理解為儀器儀表使用前的調(diào)零以及調(diào)滿度。</p><p>　　3.5.3 EM235的安裝使用</p><p>　?。?）根據(jù)輸入信號的類型及變化范圍設置PID開關，完成模塊的配置工作。必要時進行校準工作。</p><p>　　（2）完成硬件的接線工作。注意輸入、輸出信號的類型不同，采用不同

96、的接入方式。為防止空置端對接線端的干擾，空置端應短接。接線還應注意傳感器的線路盡可能短，且應使用屏蔽雙絞線，要保證24VDC傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定可靠。</p><p>　?。?）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。S7-200擴展單元安裝時在主機的右邊依次排列，并從模塊0開始編號。模塊安裝完畢后，將模塊自帶的接線排插入主機上的擴展總線插口。</p><p>　?。?）

97、為了在主機中進行輸入模擬量轉換后數(shù)字處理及為了輸出需要在模擬量單元中轉換為模擬量的數(shù)字量，要在主機中安排一定的存儲單元。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)字量及待入模塊轉變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。而在主機的變量存儲區(qū)V區(qū)存放處理產(chǎn)生的的中間數(shù)據(jù)【12】。</p><p>　　3.5.4 EM235工作程序編制</p><p>　　EM235的工作程序編制包

98、括以下的內(nèi)容：</p><p>　?。?）設置初始化主程序。在該子程序中完成采樣次數(shù)和預置頂及采樣和單元清零的工作，為開始工作做好準備。</p><p>　?。?）設置模塊檢測子程序。該子程序檢查模塊的連接的正確性以及模塊工作的正確性。</p><p>　　（3）設置子程序完成采樣以及相關的計算工作。</p><p>　　（4）工程所需的有關

99、該模擬量的處理程序。</p><p>　?。?）處理后模擬量的輸出工作。</p><p>　　S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式和積木式，即主機包含一定數(shù)量的輸入/輸出（I/O）點，同時還可以擴展I/O模塊和各種功能的模塊。</p><p>　　一個完整的系統(tǒng)組成如圖</p><p>　　圖3-5 S7-200 PLC 系統(tǒng)組成

100、</p><p>　?。?）基本單元?；締卧˙asic Unit）有時又稱CPU模塊，也有的稱之為主機或本機。它包括CPU、存儲器、基本輸入/輸出點和電源等，是PLC的主要部分。實際上它就是一個完整的控制系統(tǒng)，可以單獨完成一定的控制任務。</p><p>　?。?）擴展單元。主機I/O點數(shù)量不能滿足控制系統(tǒng)的要求時，用戶可以根據(jù)需要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能

101、使用的 I/O點數(shù)時由多種因素共同決定的。</p><p>　　（3）特殊功能模塊。當需要完成某些特殊功能的控制任務，需要擴展功能模塊。它們是完成某些特殊控制任務的一些設置。</p><p>　　（4）相關設備。相關設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)和使用的一些設備，主要有編程設備、人機操作界面和網(wǎng)絡設備等。</p><p>　　（5）工業(yè)軟件。工

102、業(yè)軟件是為了更好地管理和使用這些設備而開發(fā)的與之相配套的程序，它主要由標準工具、工程工具、運行軟件和人機借口軟件等幾大類構成。</p><p>　　EM235安裝使用：</p><p>　?。?）根據(jù)輸入信號的類型以及范圍設置PID開關，完成模塊的控制工作。</p><p>　?。?）完成硬件的接線工作。</p><p>　?。?）確定模塊安

103、裝入系統(tǒng)時的位置，并由安裝位置確定模塊的編號。</p><p>　?。?）為了主機中進行輸入模擬量轉換后數(shù)字量以及待送入模塊轉變?yōu)槟M量輸出的數(shù)字量。</p><p>　　S7-200 PLC的電源電壓有（20.4~~28.8）VDC和（85~~264）VAC兩種，主機上還集成了24V直流電源，可以直接用與連接傳感器和執(zhí)行機構。它的輸出類型有晶體管（DC）、繼電器（DC/AC）兩種輸出方式

104、。它可以用普通輸入端子撲捉比CPU掃描周期更快的脈沖信號，實現(xiàn)高速記數(shù)。2路最大可達20kHz的高頻脈沖輸出，可用以驅(qū)動步進電機和伺服電機以便實現(xiàn)準確定位任務?？梢杂媚K上的電位器來改變它對應的特殊積存器的數(shù)值可以實現(xiàn)更改程序應用中的一些參數(shù)，如定時器/計數(shù)器的設定值過程量的控制參數(shù)等。</p><p>　　3.5.5 電氣控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　電氣系統(tǒng)控制原理圖包括主電路圖

105、、控制電路圖以及PLC外圍接線圖。</p><p><b>　?。?）主電路圖</b></p><p>　　如下圖3-6所示為電控系統(tǒng)主電路圖。三臺電機分別為M1、M2、M3。接觸器KM1、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的共頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載保護用的熱繼電器；QS

106、1、QS2、QS3、QS4分別為變頻器和三臺水泵電機主電路的隔離開關；FU1為主電路的熔斷器，VVVF為簡單的一般變頻器【13】。</p><p>　　圖3-6 電控系統(tǒng)主電路 </p><p><b>　　（2）控制電路圖</b></p><p>　　圖3-7所示電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動/自動轉換開關，SA打在1的位置為手動控

107、制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動控制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1~SB2控制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序控制下運行。</p><p>　　圖中的HL10為自動運行狀態(tài)的電源指示燈。對變頻器頻率進行復位時只提供一個干觸點信號，由于PLC為4個輸出點為一組共用一個COM端，而本系統(tǒng)又沒有剩下單獨的COM端輸出組，所以通過一個中間繼電器KA的觸點對變頻器進行復位控制。圖中的Q0.0~