變頻器與PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書系 部：電氣工程系專 業(yè)：自動(dòng)化技術(shù)姓 名: 學(xué) 號(hào): 題 目：變頻器與PLC技術(shù)在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用起迄日期: 設(shè)計(jì)(論文) 地點(diǎn): 指 導(dǎo) 教 師: 專 業(yè) 負(fù) 責(zé) 人： 發(fā)任務(wù)書日期: 年 10月 10日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書1本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器來(lái)控制注水閥它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。為了保證供水的連續(xù)性，水位上下限傳感器高低距離不是相差很大。日常用水和消防用水共用三臺(tái)泵，平時(shí)電磁閥處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活供水在

2、恒壓狀態(tài)（生活用水低恒壓值）下進(jìn)行；當(dāng)有水災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，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?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺(tái)泵再改為生活供水使用。2本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：內(nèi)容： 水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制實(shí)現(xiàn)邊流量恒壓控制。變頻器接受控制器的信號(hào)對(duì)水泵進(jìn)行速度控制，控制器綜合給定信號(hào)與反饋信號(hào)后，向變頻器輸出運(yùn)轉(zhuǎn)頻率指令。壓力傳感檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)為控制器可接受的模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。要求： （1）生活供水時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行；

3、 （2）三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開(kāi)先?！钡脑瓌t接入和退出； （3）在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3h,則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)； （4）三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能； （5）要有完善的報(bào)警功能； （6）對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書3對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求包括圖表、實(shí)物等硬件要求：用變頻技術(shù)及PLC技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)恒壓供水。圖表清晰易懂、事物連接端口可以從圖表上看清。硬件需要實(shí)現(xiàn)兼容。4主要參考文獻(xiàn)：1、工廠電器控制技術(shù) 李振安 華中科技大學(xué)出版社 1999年4

4、月2、三菱變頻器用戶指南 趙明 重慶大學(xué)出版社 2004年6月3、可編程控制器實(shí)用技術(shù) 張萬(wàn)忠 北京航空航天大學(xué)出版社 1992年4月4、PLC在供求系統(tǒng)中的應(yīng)用 李俊秀 西安電子科技大學(xué)出版社 2004年9月畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書5本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容 查閱資料、理論設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框架軟硬件設(shè)計(jì)程序調(diào)試、完善設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫、修改、成文畢業(yè)答辯所在專業(yè)教研室審查意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人： 年 月 日系部意見(jiàn)：系部領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日摘 要該畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)保、節(jié)能、自動(dòng)補(bǔ)壓型給水設(shè)備作了介紹。以PLC電路控制方式，介紹了智能水壓控制系統(tǒng)的工作原理及PLC控制

5、系統(tǒng)。在分析水壓控制的工作流程的基礎(chǔ)上，給出了PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。智能水壓控制系統(tǒng)的基本控制策略是：采用電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置與可編程控制器（PLC）構(gòu)成控制系統(tǒng)，進(jìn)行優(yōu)化控制,完成供水壓力的恒定控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是泵站總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入變頻器運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。關(guān)鍵詞: PLC、壓力傳感器、變頻器PID運(yùn)算、PLC控制、恒壓供水、軟啟動(dòng)。AbstractBe graduation p

6、ractice's turn to have filled up pressure type water supply equipment work to environmental protection , energy conservation , automation introduce that. Introduced the intelligent hydraulic pressure control system principle of work and the PLC control system. In in the analysis hydraulic pressu

7、re control work flow foundation, has produced the PLC control system hardware and the software design. The intelligent hydraulic pressure control system basic control strategy is: Uses the electric motor speeder and the programmable controller (PLC) constitutes the control system, carries on the opt

8、imized control,Completes the water supply pressure the constant control, when pipe network current capacity change achieved the stable water supply pressure and saves the electrical energy the goal. The system control goal is the pumping station main pipe water leakage pressure, the system hypothesi

9、s carries on the comparison for the hydraulic pressure value and the feedback main pipe pressure actual value, after its interpolation inputs CPU operation processing, sends out the control command, the control pumps the electric motor to throw transports the Taiwan number and the movement variable

10、displacement pump electric motor rotational speed, thus achieved stabilizes for thewater main pipe pressure in hypothesis Pressure.Keyword:PLC、Pressure sensor 、Frequency transformer PID arithmetic、PLC controlled 、The constant voltage supplies water、Softstart目錄1 引言 42 可編程控制器（PLC）2.1 可編程控制器的基礎(chǔ)知識(shí) 52.2

11、選用PLC系統(tǒng)的依據(jù) 72.3 本系統(tǒng)PLC的選型 82.4 節(jié)省PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法 92.5可編程控制器的調(diào)試步驟 123 系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)3.1雙恒壓供水系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu) 133.2 系統(tǒng)工作原理 133.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法 133.4系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能及其控制要求 144 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 分析評(píng)估 164.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖165 雙恒壓供水系統(tǒng)PLC控制5.1 控制系統(tǒng)的IO點(diǎn)及地址分配 205.2 系統(tǒng)調(diào)試 215.3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 21結(jié)束語(yǔ) 27致謝 28參考文獻(xiàn)書目 291 引言隨著人民生活水平的日趨提高，新技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用 ，使給供水設(shè)計(jì)得到了發(fā)展的

12、機(jī)遇，當(dāng)前住宅建筑的小區(qū)規(guī)劃趨向于更具人性化的多層次住宅組合，不再僅僅追求立面和平面的美觀和合理，而是追求空間上布局的流暢和設(shè)計(jì)中貫徹以人為本的理念，特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的浪潮中，力求土地使用效率的最大化。于是選擇一種符合各方面規(guī)范、衛(wèi)生安全而又經(jīng)濟(jì)合理的供水方式，對(duì)我們給供水設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn) 。 雙恒壓供水系統(tǒng)在供水管網(wǎng)中用水量發(fā)生變化時(shí)，出口壓力保持不變的供水方式。供水網(wǎng)網(wǎng)系出口壓力值是根據(jù)用戶需求確定的。傳統(tǒng)的恒壓供水方式是采用水塔、高位水池、氣壓罐等設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，利用變頻器、PID調(diào)節(jié)器、傳感器、PLC等器件的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)水泵的輸出流量

13、，實(shí)現(xiàn)恒壓供水。該技術(shù)已在供水行業(yè)普及。我們的設(shè)計(jì)采用一臺(tái)變頻器和PLC來(lái)控制兩臺(tái)水泵的“單雙、雙單”切換運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)雙恒壓供水的穩(wěn)定 。2 可編程控制器（PLC）可編程邏輯控制器（Programmable Logical Controller）,簡(jiǎn)稱PLC。它是20世紀(jì)70年代以來(lái)以微機(jī)處理器為核心，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。由于它具有功能強(qiáng)、可靠性高、配制靈活、使用方便以及體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化控制的各個(gè)領(lǐng)域。21可編程控制器的基礎(chǔ)知識(shí)1.PLC的起源 PLC是從早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的。自1836年繼電器問(wèn)世，人們

14、就開(kāi)始用導(dǎo)線將它同開(kāi)關(guān)器件巧妙地連接，構(gòu)成用途各異的邏輯控制或順序控制。上世紀(jì)60年代末，它不斷吸收微計(jì)算機(jī)技術(shù)使之功能不斷增強(qiáng)，逐漸適合復(fù)雜的控制任務(wù) 。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的飛速發(fā)展、微處理器的出現(xiàn)，以及流程加工行業(yè)（如汽車制造業(yè)）對(duì)生產(chǎn)流程迅速、頻繁變更的需求，PLC技術(shù)出現(xiàn)并快速發(fā)展。 目前，PLC在小型化、大型化、大容量、強(qiáng)功能等方面有了質(zhì)的飛躍，使早期的PLC從最初的邏輯控制、順序控制，發(fā)展成為具有邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信及PID回路調(diào)節(jié)等功能的現(xiàn)代PLC。但是，仍然沿用著順序掃描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本結(jié)

15、構(gòu)。 PLC之所以有生命力，在于它更加適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和市場(chǎng)的要求：高可靠性、強(qiáng)抗各種干擾的能力、編程安裝使用簡(jiǎn)便、低價(jià)格長(zhǎng)壽命。它的輸入輸出端更接近現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不需添加太多的中間部件或需要更多的接口，這樣節(jié)省了用戶時(shí)間和成本。PLC的下端(輸入端)為繼電器、晶體管和晶閘管等控制部件，而上端一般是面向用戶的微型計(jì)算機(jī)。人們?cè)趹?yīng)用它時(shí)，可以不必進(jìn)行計(jì)算機(jī)方面的專門培訓(xùn)，就能對(duì)可編程控制器進(jìn)行操作及編程。2     特點(diǎn)可編程控制器之所以能夠得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，主要是由于它具有以下特點(diǎn)：（1） 可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)（2） 編程簡(jiǎn)單、易于掌握（3） 功能完善、

16、靈活方便（4） 體積小、質(zhì)量輕、功耗低 3       分類通常，PLC產(chǎn)品可按結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模等進(jìn)行分類。（1） 按結(jié)構(gòu)形式分類 按結(jié)構(gòu)形式不同，可以分為整體式和模塊式兩類.整體式的PLC是將電源、CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元等各個(gè)功能部件集成在一個(gè)機(jī)殼里，從而具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，許多小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)。（2） 按控制規(guī)模分類 按控制規(guī)模大小，可以分為小型、中型和大型PLC三種類型。1）  小型PLC。小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在256點(diǎn)以下，存儲(chǔ)容量在2k步以內(nèi)，其中輸入輸出點(diǎn)數(shù)小于64點(diǎn)的PLC又

17、稱超小型，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位及自診斷、監(jiān)控等基本功能。2）  中型PLC。中型PLC的開(kāi)關(guān)量I/O點(diǎn)數(shù)通常在2562048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為28k步，除具有小型機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量I/O、數(shù)字計(jì)算、過(guò)程參數(shù)調(diào)節(jié)等功能。3） 大型PLC。又稱高檔PLC，I/O點(diǎn)數(shù)在2048點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為8k步以上，其中I/O點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱為超大型PLC，除具有中型機(jī)的功能外，和具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理、模擬調(diào)節(jié)、特殊功能函數(shù)運(yùn)算、監(jiān)視、紀(jì)錄、打印等功能。4. PLC的功能 1) 數(shù)據(jù)采集與輸出。 2) 控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等

18、。3) 數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較、對(duì)字節(jié)的運(yùn)算、PID運(yùn)算、濾波等。4) 輸入/輸出接口調(diào)理功能。具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)I/O模塊完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)，具有溫度、運(yùn)動(dòng)等測(cè)量接口。 5) 通信、聯(lián)網(wǎng)功能?，F(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái) PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)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(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)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。通常所

19、說(shuō)的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。 6) 支持人機(jī)界面功能。提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過(guò)程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 7) 編程、調(diào)試等，并且大部分支持在線編程。5        組成PLC是以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相似，也有硬件和軟件兩大部分組成，在此不作詳細(xì)說(shuō)明。22選用PLC控制系統(tǒng)的依據(jù)隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC的應(yīng)用范圍日益廣泛，使得當(dāng)今的電器工程技術(shù)

20、人員在設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)時(shí)，會(huì)有更多的機(jī)會(huì)考慮選用PLC控制。在傳統(tǒng)的計(jì)算器接觸器控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)這三種控制方式中究竟選取哪一種更合適，這需要從技術(shù)上的適用性、經(jīng)濟(jì)上的合理性進(jìn)行各方面的比較論證。這里提供以下幾點(diǎn)依據(jù)，以供在考慮是否選用PLC控制時(shí)參考：1）  輸入、輸出量以開(kāi)關(guān)量為主，也可有少量模擬量。2）  I/O點(diǎn)數(shù)較多，這是一個(gè)相對(duì)的概念。在20世紀(jì)70年代，人們普遍認(rèn)為I/O點(diǎn)數(shù)在70點(diǎn)以上選用PLC才合算；到了80年代，降為40點(diǎn)左右；現(xiàn)在，隨著PLC性能價(jià)格比的不斷提高，當(dāng)總點(diǎn)數(shù)達(dá)10點(diǎn)以上就可以考慮選用PLC了。3）  控制對(duì)象

21、工藝流程比較復(fù)雜，邏輯設(shè)計(jì)部分用繼電器控制難度較大。4）  有較大的工藝變化或控制系統(tǒng)擴(kuò)大的可能性。5）  現(xiàn)場(chǎng)處于工業(yè)環(huán)境，而又要求控制系統(tǒng)具有較高的可靠性。6）  系統(tǒng)的調(diào)試比較方便，能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。7） 現(xiàn)場(chǎng)人員有條件掌握PLC技術(shù)。2.3 本系統(tǒng)PLC的選型當(dāng)某一個(gè)控制任務(wù)決定由PLC來(lái)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及外設(shè)。對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，首先要對(duì)控制任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，把所有的I0點(diǎn)找出來(lái)，包括開(kāi)關(guān)量IO和模擬量IO以及這些IO點(diǎn)的性質(zhì)。IO點(diǎn)的性質(zhì)主要指它們是直流信號(hào)還是交流信號(hào)，它們的電

22、源電壓，以及輸出是用繼電器型還是晶體管或是可控硅型?？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220 V的接觸器、電磁閥，又有直流24 V的指示燈，則最后選用的PLC的輸出點(diǎn)數(shù)有可能大于實(shí)際點(diǎn)數(shù)。因?yàn)镻LC的輸出點(diǎn)一般是幾個(gè)一組共用一個(gè)公共端，這一組輸出只能有一種電源的種類和等級(jí)。所以一旦它們是交流220 V的負(fù)載使用，則直流24 v的負(fù)載只能使用其他組的輸出端了。這樣有可能造成輸出點(diǎn)數(shù)的浪費(fèi)，增加成本。所以要盡可能選擇相同等級(jí)和種類的負(fù)載，比如使用交流220 V的指示燈等。一般情況下繼電器輸出的PLC使用最多，但對(duì)于要求高速輸出的情況，如運(yùn)動(dòng)控制時(shí)的高速脈沖輸出，就要使用無(wú)觸點(diǎn)的晶體

23、管輸出的PLC了。知道這些以后，就可以定下選用多少點(diǎn)和IO是什么類型的PLC了。對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，則有以下幾個(gè)方面要考慮：功能方面 所有PLC一般都具有常規(guī)的功能，但對(duì)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)。如對(duì)PLC與PLC、PLC與智能儀表及上位機(jī)之間有靈活方便的通信要求；或?qū)LC的計(jì)算速度、用戶程序容量等有特殊要求；或?qū)LC的位置控制有特殊要求等。這就要求用戶對(duì)市場(chǎng)上流行的PLC品種有一個(gè)詳細(xì)的了解，以便做出正確的選擇。價(jià)格方面不同廠家的PLC產(chǎn)品價(jià)格相差很大，有些功能類似、質(zhì)量相當(dāng)、IO點(diǎn)數(shù)相當(dāng)?shù)腜LC的價(jià)格能相差40以上。在使用PLC較多的情況下，這樣的差價(jià)當(dāng)然是

24、必須考慮的因素。PLC主機(jī)選定后，如果控制系統(tǒng)需要，則相應(yīng)的配套模塊也就選定了。如模擬量單元、顯示設(shè)定單元、位置控制單元或熱電偶單元等。從上節(jié)分析可以知道，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)6個(gè)、開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)12個(gè)；模擬量輸入點(diǎn)一個(gè)、模擬量輸出點(diǎn)1個(gè)。如果選用CPJ 224 PLC，也需要擴(kuò)展單元；如果選用CPU 226 PLC，則價(jià)格較高，浪費(fèi)較大。參照西門子S7200產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī)為CPU 222(8入6繼電器輸出)一臺(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM 222(8繼電器輸出)，再擴(kuò)展一個(gè)模擬量模塊EM 235(4AI1AO)。這樣的配置是最經(jīng)濟(jì)的。整個(gè)PLC系統(tǒng)的配置如圖1所示。圖1 PLC系統(tǒng)

25、組成24節(jié)省PLC輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法PLC在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)碰到兩個(gè)問(wèn)題：一是PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)不夠，需要擴(kuò)展，然而PLC的每個(gè)輸入輸出點(diǎn)平均價(jià)格在數(shù)十元以上，增加擴(kuò)展單元將提高成本；二是選定的PLC可擴(kuò)展的輸入或輸出點(diǎn)數(shù)有限，無(wú)法再增加。因此，在滿足系統(tǒng)控制要求的前提下，合理使用I/O點(diǎn)數(shù)，盡量減少所需的I/O點(diǎn)數(shù)是很有意義的問(wèn)題。1、 減少輸入點(diǎn)數(shù)的方法從表面上看，PLC的輸入點(diǎn)數(shù)是按系統(tǒng)的輸入設(shè)備或輸入信號(hào)的數(shù)量來(lái)確定。但實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常通過(guò)以下方法，可達(dá)到減少PLC輸入點(diǎn)數(shù)的目的。.分時(shí)分組輸入 一般控制系統(tǒng)都存在多種工作方式，但各種工作方式又不可能同時(shí)運(yùn)行。所以可將這幾種工作方式分

26、別使用的輸入信號(hào)分成若干組，PLC運(yùn)行時(shí)只會(huì)用到其中的一組信號(hào)。因此，各組輸入可共用PLC的輸入點(diǎn)，這樣就使所需的PLC輸入點(diǎn)數(shù)減少。如圖 2 所示，系統(tǒng)有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種工作方式。將這兩種工作方式分別使用的輸入信號(hào)分成兩組：“自動(dòng)輸入信號(hào) Sl 一 S8 ”、“手動(dòng)”輸入信號(hào) Ql 一 Q8 。兩組輸人信號(hào)共用 PLC輸入點(diǎn) X000一X007 （如 Sl 與 Ql 共用 PLC 輸入點(diǎn)X000）。用“工作方式”選擇開(kāi)關(guān) SA 來(lái)切換“自動(dòng)”和“手動(dòng)”信號(hào)輸入電路，并通過(guò)X000讓PLC 識(shí)別是“自動(dòng)”信號(hào)，還是“手動(dòng)”信號(hào)，從而執(zhí)行自動(dòng)程序或手動(dòng)程序。圖中的二極管是為了防止出現(xiàn)寄生電

27、路，產(chǎn)生錯(cuò)誤輸入信號(hào)而設(shè)置的。假設(shè)圖中沒(méi)有這些二極管，當(dāng)系統(tǒng)處于“自動(dòng)”狀態(tài)，若 Ql 、Q2、 Sl 閉合， S2 斷開(kāi)，這時(shí)電流從 L 端子流出，經(jīng) Sl 、 Ql 、Q2形成寄生回路流入 X001端子，使輸入繼電器 X001錯(cuò)誤地接通。因此，必須串入二極管切斷寄生回路，避免錯(cuò)誤輸入信號(hào)的產(chǎn)生。 輸入觸點(diǎn)的合并 將某些功能相同的開(kāi)關(guān)量輸入設(shè)備合并輸入。 圖2分時(shí)分組輸入圖 圖3輸入觸點(diǎn)合并如果是常閉觸點(diǎn)則串聯(lián)輸入；如果是常開(kāi)觸點(diǎn)則并聯(lián)輸入。這樣就只占用 PLC 的一個(gè)輸入點(diǎn)。一些保護(hù)電路和報(bào)警電路就常常采用這種輸入方法。例如某負(fù)載可在多處起動(dòng)和停止，可以將三個(gè)起動(dòng)信號(hào)并聯(lián)，將三個(gè)停止信號(hào)串

28、聯(lián)，分別送給 PLC 的兩個(gè)輸入點(diǎn)，如圖 3所示。與每一個(gè)起動(dòng)信號(hào)和停止信號(hào)占用一個(gè)輸入點(diǎn)的方法相比，不僅節(jié)省了輸入點(diǎn)，還簡(jiǎn)化了梯形圖電路。 將信號(hào)設(shè)置在 PLC 之外系統(tǒng)中的某些輸入信號(hào)功能簡(jiǎn)單、涉及面很窄下如手動(dòng)操作按鈕、電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)的熱繼電器觸點(diǎn)等，有時(shí)就沒(méi)有必要作為 PLC 輸入，將它們放在外部電路中同樣可以滿足要求。如果外部硬件連鎖電路過(guò)于復(fù)雜，則應(yīng)考慮仍將有關(guān)信號(hào)送入PLC 中，用梯形圖實(shí)現(xiàn)連鎖。如圖4石所示。2、減少輸出點(diǎn)數(shù)的方法矩陣輸出 圖 5中采用 8 個(gè)輸出組成 4*4 矩陣，可接 16 個(gè)輸出設(shè)備。要使某個(gè)負(fù)載接通工作，只要控制它所在的行與列對(duì)應(yīng)的輸出繼電器接通即可。要

29、使負(fù)載 KM1 得電，必須控制 Y 000和 Y 004輸出接通。因此，在程序中要使某一負(fù)載工作均要使其對(duì)應(yīng)的行與列輸出繼電器都要接通。這樣用 8 個(gè)輸出點(diǎn)就可控制 16 個(gè)不同控制要求的負(fù)載。應(yīng)該特別注意：當(dāng)只有某一行對(duì)應(yīng)的輸出繼電器接通，各列對(duì)應(yīng)的輸出繼電器才可任意接通；或者當(dāng)只有某一列對(duì)應(yīng)的輸出繼電器接通，各行對(duì)應(yīng)的輸出繼電器才可任意接通的。否則將會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤接通負(fù)載。因此，采用矩陣輸出時(shí)，必須要將同一時(shí)間段接通的負(fù)載安排在同一行或同一列中，否則無(wú)法控制。圖4 輸入信號(hào)設(shè)在PLC外部 圖5矩陣輸出分組輸出 當(dāng)兩組負(fù)載不會(huì)同時(shí)工作，可通過(guò)外部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或通過(guò)受 PLC 控制的電器觸點(diǎn)進(jìn)行切換，

30、這樣 PLC 的每個(gè)輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)不同時(shí)工作的負(fù)載。當(dāng)兩組負(fù)載不會(huì)同時(shí)工可通過(guò)作，外部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或通過(guò)受 PLC 控制的電器觸點(diǎn)進(jìn)行切換，這樣 PLC 的每個(gè)輸出點(diǎn)可以控制兩個(gè)不同時(shí)工作的負(fù)載。如圖 6所示。KM1 、 KM3 、 KMS , KMZ 、 KM4 、 KM6 這兩個(gè)組不會(huì)同時(shí)接通，可用外部轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA 進(jìn)行切換。 并聯(lián)輸出 當(dāng)兩個(gè)通斷狀態(tài)完全相同的負(fù)載，可并聯(lián)后共用PLC 的一個(gè)輸出點(diǎn)。但要注意 PLC 輸出點(diǎn)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載時(shí)，應(yīng)考慮 Pl 尤點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)能力是否足夠。 負(fù)載多功能化 圖 6分組輸出 一個(gè)負(fù)載實(shí)圖多種用途。例如在傳統(tǒng)的繼電器電路中，一個(gè)指示燈只指示一種狀態(tài)。而

31、在 PLC 系統(tǒng)中，利用 PLC 編程功能，很容易實(shí)現(xiàn)用一個(gè)輸出點(diǎn)控制指示燈的常亮和閃爍，這樣一個(gè)指示燈就可表示兩種不同的信息，從而節(jié)省了輸出點(diǎn)數(shù)。某些輸出設(shè)備可不進(jìn) PLC 系統(tǒng)中某些相對(duì)獨(dú)立、比較簡(jiǎn)單的部分可考慮直接用繼電器電路控制。以上只是一些常用的減少 PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)的方法，可供讀者參考。 25可編程控制器的調(diào)試步驟1. 按照PLC的接線原理圖連接好線路，進(jìn)行線路檢查并作好通電的準(zhǔn)備。2. 接通PLC的電源，置于運(yùn)行狀態(tài)并觀察其是否正常，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即切斷電源。3. PC與PLC實(shí)現(xiàn)連接并保障通訊可靠，清除PLC的原有內(nèi)存，將編制好的梯形圖程序傳入PLC。4.

32、 按照控制工藝要求進(jìn)行操作，進(jìn)入PLC的監(jiān)控界面觀察梯形圖的運(yùn)行情況5. 退出PLC的編程界面，再次進(jìn)行操作并觀察雙恒壓供水系統(tǒng)的監(jiān)控過(guò)程。3 系統(tǒng)總方案設(shè)計(jì)3.1雙恒壓供水系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu) 變頻控制系統(tǒng)是該系統(tǒng)是核心部分，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示圖7 雙恒壓供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2 系統(tǒng)工作原理如圖3.1所示，圖中水泵電機(jī)是輸出環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速由變頻器控制實(shí)現(xiàn)邊流量恒壓控制。變頻器接受控制器的信號(hào)對(duì)水泵進(jìn)行速度控制，控制器綜合給定信號(hào)與反饋信號(hào)后，向變頻器輸出運(yùn)轉(zhuǎn)頻率指令。壓力傳感檢測(cè)管網(wǎng)出水壓力，并將其轉(zhuǎn)為控制器可接受的模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。3.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法 系統(tǒng)設(shè)

33、計(jì)包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括PLC及外圍線路的設(shè)計(jì)、電氣線路的設(shè)計(jì)和抗干擾措施的設(shè)計(jì)等。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要指編制PLC控制程序。選定PLC及其擴(kuò)展模塊(如需要的話)和分配完IO地址后，硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是電氣控制系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)，電氣控制元器件的選擇和控制柜的設(shè)計(jì)。電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路和控制電路。控制電路中包括PLC的IO接線和自動(dòng)部分、手動(dòng)部分的詳細(xì)連接等，有時(shí)還要在電氣原理圖中標(biāo)上器件代號(hào)或另外配上安裝圖、端子接線圖等，以方便控制柜的安裝。電氣元器件的選擇主要是根據(jù)控制要求選擇按鈕、開(kāi)關(guān)、傳感器、保護(hù)電器、接觸器、指示燈和電磁閥等?？刂葡到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的難易程

34、度因控制任務(wù)而異，也因人而異。對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)工作中，受到過(guò)各種各樣的磨練，積累了許多經(jīng)驗(yàn)，除了一般的編程方法外，更有自己的編程技巧和方法。但不管怎么說(shuō)，平時(shí)多注意積累和總結(jié)是很重要的。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，除IO地址列表外，有時(shí)還要把在程序中用到的中間繼電器(M)、定時(shí)器(T)、計(jì)數(shù)器(C)和存儲(chǔ)單元(V)以及它們的作用或功能列寫出來(lái)，以便編寫程序和閱讀程序。在編程語(yǔ)言的選擇上，用梯形圖編程還是用語(yǔ)句表編程或使用功能圖編程，這主要取決于以下幾點(diǎn)：(1)有些PLC使用梯形圖編程不是很方便(例如書寫不便)，則可用語(yǔ)句表編程，但梯形圖總比語(yǔ)句表直觀。(2)經(jīng)驗(yàn)豐富的人員可用語(yǔ)句

35、表直接編程，就像使用匯編語(yǔ)言一樣。(3)如果是清晰的單順序、選擇順序或并發(fā)順序的控制任務(wù)，則最好是用功能圖來(lái)設(shè)計(jì)程序。軟件設(shè)計(jì)和硬件安裝可同時(shí)進(jìn)行，這樣做可以縮短工期。3.4系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能及其控制要求1. 系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能市網(wǎng)來(lái)水用高低水位控制器EQ來(lái)控制注水閥YVI，它們自動(dòng)把水注滿儲(chǔ)水水池，只要水位低于高水位，則自動(dòng)往水箱中注水。水池的高低水位信號(hào)也直接送給PLC，作為低水位報(bào)警用。為了保證供水的連續(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(tái)泵，平時(shí)電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關(guān)閉消防管網(wǎng)，三臺(tái)泵根據(jù)生活用水的多少，按一定的控制邏輯運(yùn)行，使生活供水在恒壓狀態(tài)(生活

36、用水低恒壓值)下進(jìn)行；當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，電磁閥YV2得電，關(guān)閉生活用水管網(wǎng)，三臺(tái)泵供消防用水使用，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?；馂?zāi)結(jié)束后，三臺(tái)泵再改為生活供水使用。如圖3.4所示圖8生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)工藝流程圖所有水泵電機(jī)從停止到啟動(dòng)及從啟動(dòng)到停止都由變頻器來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)大電流給水泵電機(jī)帶來(lái)沖擊，相對(duì)延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。既保證供水系統(tǒng)有備用泵，又保證系統(tǒng)泵有相同的運(yùn)行時(shí)間，有效地防止因?yàn)閭溆帽瞄L(zhǎng)期不用發(fā)生銹死現(xiàn)象，提高了設(shè)備的綜合利用率，降低了維護(hù)費(fèi)用。2.系統(tǒng)控制要求對(duì)三泵生活消防雙雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：(1)生活供水

37、時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)低恒壓值運(yùn)行，消防供水時(shí)系統(tǒng)應(yīng)高恒壓值運(yùn)行；(2)三臺(tái)泵根據(jù)恒壓的需要，采取“先開(kāi)先停”的原則接入和退出；(3)在用水量小的情況下，如果一臺(tái)泵連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)3 h，則要切換到下一臺(tái)泵，即系統(tǒng)具有“倒泵功能”，避免某一臺(tái)泵工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；(4)三臺(tái)泵在啟動(dòng)時(shí)要有軟啟動(dòng)功能；(5)要有完善的報(bào)警功能；(6)對(duì)泵的操作要有手動(dòng)控制功能，手動(dòng)只在應(yīng)急或檢修時(shí)臨時(shí)使用。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 分析評(píng)估 隨著PLC功能的不斷提高和完善，PLC幾乎可以完成工業(yè)控制領(lǐng)域的所有任務(wù)。但PLC還是有它最適合的應(yīng)用場(chǎng)合，所以在接到一個(gè)控制任務(wù)后，要分析被控對(duì)象的控制過(guò)程和要求，看看用什么控制裝備(PLC、單片

38、機(jī)、DCS或IPC)來(lái)完成該任務(wù)最合適。比如儀器及儀表裝置、家電的控制器就要用單片機(jī)來(lái)做；大型的過(guò)程控制系統(tǒng)大部分要用DCS來(lái)完成。而PLC最適合的控制對(duì)象是：工業(yè)環(huán)境較差，而對(duì)安全性、可靠性要求較高，系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入輸出以開(kāi)關(guān)量為主的工業(yè)自控系統(tǒng)或裝置。其實(shí)，現(xiàn)在的可編程序控制器不僅處理開(kāi)關(guān)量，而且對(duì)模擬量的處理能力也很強(qiáng)。所以在很多情況下，也可取代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC)作為主控制器，來(lái)完成復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)。 控制對(duì)象及控制裝置(選定為PLC)確定后，還要進(jìn)一步確定PLC的控制范圍。一般來(lái)說(shuō)，能夠反映生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)行情況，能用傳感器進(jìn)行直接測(cè)量的參數(shù)，控制邏輯復(fù)雜的部分都由PLC完成

39、。另外，如緊急停車等環(huán)節(jié)，對(duì)主要控制對(duì)象還要加上手動(dòng)控制功能，這就需要在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)原理圖與編程時(shí)統(tǒng)一考慮。4.2 電氣控制系統(tǒng)原理圖 電氣控制系統(tǒng)原理圖包括主電路圖、控制電路圖及PLC外圍接線圖。1主電路圖如圖9所示為電控系統(tǒng)主電路。三臺(tái)電機(jī)分別為M1、M2、M3。接觸器KMl、KM3、KM5分別控制M1、M2、M3的工頻運(yùn)行；接觸器KM2、KM4、KM6分別控制M1、M2、M3的變頻運(yùn)行，F(xiàn)Rl、FR2、FR3分別為三臺(tái)水泵電機(jī)過(guò)載保護(hù)用的熱繼電器；QFl、QR2、QF3、QF4分別為變頻器和三臺(tái)水泵電機(jī)主電路的隔離開(kāi)關(guān)；FU1為主電路的熔斷器，VVVF、為簡(jiǎn)單的一般變頻器。圖9電控系統(tǒng)住

40、電路2控制電路圖如圖10所示為電控系統(tǒng)控制電路圖。圖中SA為手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，SA打在1的位置為手動(dòng)控制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動(dòng)控制狀態(tài)。手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可用按鈕SBlSB8控制三臺(tái)泵的啟停和電磁閥YV2的通斷；自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在PLC程序控制下運(yùn)行。由于電磁閥YV2沒(méi)有觸點(diǎn)，所以要使用一個(gè)中間斷電器KAl間接控制YV2，來(lái)實(shí)現(xiàn)YV2的手動(dòng)自鎖功能。圖中的HL10為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電源指示燈。對(duì)變頻器頻率進(jìn)行復(fù)位時(shí)只提供一個(gè)干觸點(diǎn)信號(hào)，由于PLC為4個(gè)輸出點(diǎn)為一組共用一個(gè)COM端，而本系統(tǒng)又沒(méi)有剩下單獨(dú)的COM端輸出組，所以通過(guò)一個(gè)中間繼電器KA的觸點(diǎn)對(duì)變頻器進(jìn)行復(fù)頻控制。圖中的Q0.0Q0.5及Q1

41、.0Q1.5為PLC的輸出繼電器觸點(diǎn)，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號(hào)，可結(jié)合圖4.2.3一起讀圖。圖10 電控系統(tǒng)控制電路3PLC外圍接線圖如圖11所示為PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線圖?；馂?zāi)時(shí)，火災(zāi)信號(hào)SAl被觸動(dòng)，I0.0為1。實(shí)際使用時(shí)還必須考慮許多其他因素，這些因素主要包括： (1)直流電源的容量； (2)電源方面的抗干擾措施； (3)輸出方面的保護(hù)措施； (4)系統(tǒng)保護(hù)措施。圖11 恒壓供水控制系統(tǒng)PLC及擴(kuò)展模塊外圍接線5 雙恒壓供水系統(tǒng)PLC控制5.1 控制系統(tǒng)的IO點(diǎn)及地址分配輸入輸出信號(hào)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)。對(duì)軟件設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，IO地址分配以

42、后才可進(jìn)行編程；對(duì)控制柜及PLC的外圍接線來(lái)說(shuō)，只有IO地址確定以后，才可以繪制電氣接線圖、裝配圖，讓裝配人員根據(jù)線路圖和安裝圖安裝控制柜。分配輸出點(diǎn)地址時(shí)，要注意一些負(fù)載類型的問(wèn)題。本控制系統(tǒng)的輸入輸出信號(hào)的名稱、代碼及地址編號(hào)如表5.1所列。水位上下限信號(hào)；分別為I0.1、I0.2，它們?cè)谒蜎](méi)時(shí)為0，露出時(shí)為1。表5.1 程序中使用的元器件及功能5.2 系統(tǒng)調(diào)試系統(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(kāi)主電路的情況下，主要試一試手動(dòng)控制部分是否正確。 軟件部分的模擬調(diào)試可借助于模擬開(kāi)關(guān)和PLC輸出端的輸出指示燈進(jìn)行。需要模擬量信號(hào)IO時(shí)，可用電位器和萬(wàn)用表配合進(jìn)行。調(diào)試時(shí)，可利用上述外圍設(shè)備模擬各種現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)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(cuò)誤則修改后反復(fù)調(diào)試?，F(xiàn)在PLC的主流產(chǎn)品都可在PC機(jī)上編程，并可在電腦上直接進(jìn)行模擬調(diào)試。 聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，可把編制好的程序下載到現(xiàn)場(chǎng)的PLC中。有時(shí)PLC也許只有這一臺(tái)，這時(shí)就要把PL