目 錄 前 言 . 1 第一章 概述 . 2 1.1 V 型濾池的結(jié)構(gòu)與作用 . 2 1.2 設(shè)計(jì)思路 . 3 第二章 V 型濾池控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . 5 2.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 5 2.2 控制系統(tǒng)主要元器件的選擇 . 6 2.2.1 PLC 的選擇 . 7 2.2.2 超聲波水位計(jì)的原理與使用 . 10 2.2.3 開(kāi)關(guān)選擇 . 10 2.3 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) . 11 2.3.1 控制方式選擇電路 . 11 2.3.2 閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制電路 . 12 2.3.3 PLC 輸入與水位控制電路 . 16 第三章 V 型濾池控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì) . 19 3.1 主程序的編制 . 19 3.1.1 參數(shù)的設(shè)定 . 20 3.1.2 SCP 指令與參數(shù)整定計(jì)算 . 20 3.1.3 MSG 指令與錯(cuò)誤位的屏蔽 . 24 3.2 閥門(mén)控制子程序（ U: 3） 的編制 . 26 3.2.1 進(jìn)水閥控制子程序 . 27 3.2.2 水沖閥控制子程序 . 28 3.2.3 氣沖閥控制子程序 . 29 3.2.4 排污閥控制子程序 . 30 3.2.5 排氣閥控制子 程序 . 31 3.2.6 反沖洗時(shí)的水位控制 . 32 3.3 過(guò)濾控制子程序（ U:4）的編制 . 33 3.3.1 PID 指令的使用 . 33 3.3.2 過(guò)濾控制基本流程 . 36 第四章 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 . 39 4.1 調(diào)試步驟 . 39 4.2 主要問(wèn)題與解決方案 . 40 第五章 結(jié) 論 . 42 致 謝 . 43 參考文獻(xiàn) . 44 附錄一 V 型濾池系統(tǒng)電氣控制原理圖 . 45 附錄二 V 型濾池系統(tǒng)梯形圖程序 . 53 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要 V 型濾池是我國(guó)于 20世紀(jì) 80 年代末從法國(guó) Degremont 公司引進(jìn)的 一項(xiàng)用于自來(lái)水廠對(duì)源頭水進(jìn)行過(guò)濾的技術(shù)，原濾池采用西門(mén)子公司的 PLC對(duì)濾池進(jìn)行控制的， 本課題改用了 Allen-Bradley 公司的 SLC-500PLC 對(duì)濾池系統(tǒng)的水位控制和反沖洗過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使得整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了提高 ，并且大大減小了 PLC 機(jī)架所占空間。 此外，將系統(tǒng)的控制部分設(shè)計(jì)成了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩部分。其中手動(dòng)控制不是通過(guò) PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是完全由硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就避免了因 PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)故障而必須停止生產(chǎn)的情況發(fā)生。當(dāng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的 PLC出現(xiàn)故障時(shí)，仍然可以通過(guò)手動(dòng)控制來(lái)維持系統(tǒng)的基本運(yùn)作 。 關(guān)鍵詞 V 型濾池 反沖洗 水位 PID 調(diào)節(jié) PLC 控制 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 1 頁(yè) Title The design of the V-shaped Filter control system Abstract V-shaped Filter is the technology of filtering water source for water plant which introduced from France Degremont company in the 20th century end of the 1980s. It used to use the Siemens PLC to control the filter. This topics used SLC-500PLC of the company Allen-Bradley to control the water level and anti-washing process autopilot of the Filter system, making the stability of the entire system has been improved, and reduced PLC racks shared space. In addition, the control system have became part of the design manual control and automatic control components. The part of the manual control is not controlled by PLC, but for entirely by the hardware circuit, thus avoiding a PLC system failure and must stop production happen. When the failure to achieve automatic control of the Plc, the system can still be maintained through the manual control of the basic operating. Keywords V-shaped Filter anti-washing water level PID accommodation PLC control 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 2 頁(yè) 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我所做的題目是 V 型濾池控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 V 型濾池是我國(guó) 于 20世紀(jì) 80年代末從法國(guó) Degremont公司引進(jìn)的 一項(xiàng)用于自來(lái)水廠對(duì)源頭水進(jìn)行過(guò)濾的技術(shù)，大部分 90 年代后新建的水廠都采用了這項(xiàng)技術(shù)，它是在普通快濾池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它具有出水水質(zhì)好、濾速高、節(jié)能、自動(dòng)化管理等特點(diǎn)。 V 型濾池 的工作狀態(tài)可分為以下兩種： 過(guò)濾工作狀態(tài)， 這時(shí) V 型濾池是恒水位過(guò)濾， 出水 閥根據(jù)池內(nèi)水位的高、低，自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)啟程度，以保證池內(nèi)的水位恒定 ； 反沖洗狀態(tài)，反沖洗按照 氣洗 氣水 混 沖 表面掃洗 水沖洗 的步驟進(jìn)行， 需要對(duì)各閥門(mén) 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作進(jìn)行 協(xié)調(diào)的控制 ，才能完成反沖洗工作。通過(guò)采用 PLC 對(duì)濾池的過(guò)濾狀態(tài)和反沖洗狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)濾池控制的自動(dòng)化。 當(dāng)初我國(guó)引進(jìn)的 V 型濾池控制系統(tǒng)采用的是德國(guó)西門(mén)子的 PLC 控制，之后也有人改用三菱或是歐姆龍的 PLC 進(jìn)行控制，在本次設(shè)計(jì)中，我采用了Allen-Bradley 公司的 SLC-500 型 PLC 來(lái)對(duì)濾池系統(tǒng)進(jìn)行控制。 Allen-Bradley 公司所生產(chǎn)的 SLC-500 系列處理器，體積小，功能強(qiáng)，配置靈活，性價(jià)比高，特別適合中、小型應(yīng)用，它可以控制單個(gè)機(jī)架中的全部I/O 端口，并且有一個(gè)非常強(qiáng)大的控制器裝置。它使用的 I/O 機(jī)架的尺寸比它前一代的 PLC-5 系列的更小，所以所需要的控制面板空間也要比 PLC-5 系列中所使用的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的機(jī)架小得多。因此這一系列的 PLC 已經(jīng)成為目前大多數(shù)新項(xiàng)目的首選。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，整個(gè) V 型濾池系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以及濾池的過(guò)濾控制和閥門(mén)控制的 PLC 梯形圖設(shè)計(jì)是由我完成的。而在閥門(mén)控制部分的梯形圖程序中，反沖洗條件和反沖洗的四個(gè)步驟的條件判定是由蘇州學(xué)院李云同學(xué)完成設(shè)計(jì)的，在論文中我直接引用了其結(jié)果，在此表示感謝。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 3 頁(yè) 第一章 概述 1.1 V 型濾池的結(jié)構(gòu)與作用 V 型濾池 （圖 1-1） 是我國(guó)于 20 世紀(jì) 80 年代末從法國(guó) Degremont 公司引 圖 1-1 V 型濾池結(jié)構(gòu)示意圖 進(jìn)的 一項(xiàng)用于自來(lái)水廠對(duì)源頭水進(jìn)行過(guò)濾的技術(shù)，我國(guó)大部分 90 年代后新建的水廠都采用了這項(xiàng)技術(shù)，它是在普通快濾池基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。在進(jìn)行水處理時(shí)， 從平流池流入的經(jīng)過(guò)加礬和初步沉淀處理的水從進(jìn)水閥流入 V 型濾池 ，在此處再經(jīng)過(guò)池底部的石英砂層的過(guò)濾就直接進(jìn)入地底的清水庫(kù)中，再經(jīng)過(guò)加氯后通過(guò)管道向外界供水。由于它采用了較粗、較厚的 顆粒均勻的石英砂濾層，并使用不使濾層膨脹的氣、水同時(shí)反沖洗，又具有待濾水表面掃洗的功能，因此它 具有出水水質(zhì)好、濾速高、運(yùn)行周期長(zhǎng)、反沖洗效果好、節(jié)能和便于自動(dòng)化管理等特點(diǎn)。 每一格 V 型濾池都有進(jìn)水閥、氣沖閥、水沖閥、出水閥、排污閥、排氣閥各一個(gè)，共 6 個(gè)閥門(mén)；反沖洗系統(tǒng)配有反沖水泵和風(fēng)機(jī)。在正常過(guò)濾狀態(tài)下，該濾池的水位要求穩(wěn)定在 120cm，這主要是由出水閥的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)水位過(guò)高時(shí)，出水閥就加大開(kāi)度，當(dāng)水位過(guò)低時(shí)，出水閥就減小開(kāi)度，通過(guò)這樣不斷的來(lái)調(diào)節(jié)出水閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)濾池的恒水位控制。當(dāng)濾池使用時(shí)間過(guò) 長(zhǎng)時(shí)，濾池中因過(guò)濾而產(chǎn)生的雜質(zhì)含量就會(huì)過(guò)高，因此要定期對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 4 頁(yè) 一般是每隔 48 小時(shí)就要沖洗一次，反沖洗的過(guò)程可分為以下幾個(gè)階段： （ 1）氣沖階段 在該階段，進(jìn)水閥、水沖閥和排氣閥關(guān)閉，氣沖閥和排污閥打開(kāi)； （ 2）氣水混沖階段 在該階段，進(jìn)水閥關(guān)閉，水沖閥打開(kāi)，氣沖閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，排污閥打開(kāi)； （ 3）表面掃洗階段 在該階段，進(jìn)水閥關(guān)閉，水沖閥打開(kāi)，氣沖閥打開(kāi)，排氣閥關(guān)閉，排污閥打開(kāi)； （ 4）水沖階段 在該階段，進(jìn)水閥和氣沖閥關(guān)閉，水沖閥、排氣閥和排污閥打開(kāi)。 這里氣水混沖和表面掃洗時(shí)的閥門(mén) 狀態(tài)是相同的，但前者是在對(duì)底層沖洗，后者是在對(duì)表層沖洗，兩者是不同的。此外，在反沖洗時(shí)還必須使水位下降到 60cm。 1.2 設(shè)計(jì)思路 V 型濾池的工作狀態(tài)分為正常過(guò)濾狀態(tài)和反沖洗狀態(tài)兩種。在正常過(guò)濾狀態(tài)下進(jìn)水閥是打開(kāi)的，氣沖閥、水沖閥、排污閥、排氣閥均關(guān)閉，只需要控制出水閥的開(kāi)度，使水位能穩(wěn)定在 120cm 即可；而在反沖洗狀態(tài)時(shí)，除了要控制出水閥開(kāi)度，使水位下降到 60cm，還要適時(shí)地控制其它各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，只有在各閥門(mén)的協(xié)調(diào)控制下才能完成反沖洗工作。由此可以知， V 型濾池控制系統(tǒng)就是控制上述的六個(gè)閥門(mén)。 對(duì)上述閥門(mén)的控制可分為自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。自動(dòng)控制是由 PLC 編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在這里我們選用了 Allen-Bradley 公司的 SLC-500 型 PLC，它又可分為兩種狀態(tài)：全自動(dòng)控制。在這種控制方式下，無(wú)需人工參與，所有操作都由 PLC 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)；半自動(dòng)控制（鍵控）。它也屬于自動(dòng)控制，當(dāng)全自動(dòng)控制方式出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)這種方式來(lái)人為地使 PLC 梯形圖中的一些梯級(jí)條件滿足，達(dá)到控制的目的。在手動(dòng)控制方式下，工作人員通過(guò)開(kāi)關(guān)按鈕直接控制各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，顯然這樣的直接控制是無(wú)法精確的對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，但這種方式還是必 要的，當(dāng)自動(dòng)控制設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，就可以通過(guò)這種方式來(lái)維持系統(tǒng)運(yùn)行。 在自動(dòng)控制部分，編制 PLC 流程圖時(shí)可以根據(jù)濾池的工作狀態(tài)分成兩個(gè)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 5 頁(yè) 子程序：正常過(guò)濾時(shí)控制水位的過(guò)濾子程序；反沖洗時(shí)控制各個(gè)閥門(mén)的閥門(mén)控制子程序。而對(duì)于一些參數(shù)還有通訊方面的設(shè)置則放在主程序中，便于管理和進(jìn)行設(shè)置。在過(guò)濾子程序中，水位的控制需要用到 PID 調(diào)節(jié)才能真正實(shí)現(xiàn)精確水位的控制。此外，在通過(guò)水位來(lái)調(diào)節(jié)出水閥開(kāi)度時(shí)還必須將水位與閥門(mén)的開(kāi)度整定到一個(gè)相同的范圍內(nèi)，這樣兩者才能進(jìn)行對(duì)比。 在手動(dòng)控制部分，利用中間繼電器控制開(kāi) 關(guān)的通斷來(lái)控制閥門(mén)的線圈，從而達(dá)到控制閥門(mén)的目的。這里沒(méi)有采用 PLC 來(lái)控制，以避免當(dāng) PLC 發(fā)生故障導(dǎo)致自動(dòng)和手動(dòng)控制同時(shí)失效的情況。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 6 頁(yè) 第二章 V 型濾池控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的接入為 220V 電源，頻率為 50Hz。 PLC 機(jī)架部分直接采用接入的 220V 電源， PLC 模塊與閥門(mén)的繼電器部分采用 24V 直流電源供電。 2.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) V 型濾池控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)如圖 2-1 所示： 圖 2-1 V 型濾池控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 整個(gè)系統(tǒng)的控制部分分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩部分，系統(tǒng)的控制對(duì)象 為進(jìn)水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥、排氣閥和出水閥這六個(gè)閥門(mén)。手動(dòng)控制部分由進(jìn)水閥控制電路、水沖閥控制電路、氣沖閥控制電路、排污閥控制電路、排氣閥控制電路和出水閥控制電路所組成，它們分別對(duì)上述六個(gè)閥門(mén)實(shí)現(xiàn)控制；在自動(dòng)控制部分則是利用 PLC 來(lái)控制閥門(mén)，在濾池工作現(xiàn)場(chǎng)安裝的 PLC稱之為子站 PLC，利用它來(lái)現(xiàn)場(chǎng)控制各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)它又通過(guò)光纜與一個(gè)遠(yuǎn)程的主站 PLC 相連，該主站 PLC 能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的子站 PLC 進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀 /寫(xiě)操作，從而對(duì)濾池實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 所設(shè)計(jì)的控制面板示意圖如圖 2-2 所示。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA1 打到自動(dòng)檔時(shí) ，整個(gè)濾池的操作都由 PLC 來(lái)自動(dòng)控制，控制面板上的所有按鈕都失效；而當(dāng)SA1 打到手動(dòng)檔時(shí)，操作人員可以根據(jù)具體的需要利用按鈕 SB1SB10 來(lái)控制南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 7 頁(yè) 進(jìn)水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥和排氣閥的開(kāi)關(guān)，對(duì)于出水閥則可以通過(guò)調(diào)圖 2-2 控制面板示意圖 節(jié) RP 來(lái)控制其開(kāi)度，從而達(dá)到控制水位的目的。閥門(mén)開(kāi)度計(jì)和水位數(shù)顯計(jì)則分別顯示了當(dāng)前的出水閥閥門(mén)開(kāi)度和水位高度。 2.2 控制系統(tǒng)主要元器件的選擇 在設(shè)計(jì)的電氣原理圖中，所用到的一些主要電器原件清單見(jiàn)表 2-1： 表 2-1 電器元件清單 序號(hào) 名稱 數(shù)量（個(gè)） 圖紙 代號(hào) 備注 1 空氣開(kāi)關(guān) 3 -QF1 -QF3 2 熔斷器 10 FU1FU10 額定電流 1A 3 中間繼電器 18 -KA1-KA17 220V 2A 4 中間繼電器 5 -K1-K5 DC24V 2A 5 三位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 1 -SA1 帶 3NO 觸點(diǎn) 6 按鈕 10 -SB1-SB10 紅綠各 5 個(gè) 7 指示燈 10 -HL1-HL10 8 開(kāi)度數(shù)顯計(jì) 1 -P1 0100%/420mA 輸入 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 8 頁(yè) （續(xù)） 序號(hào) 名稱 數(shù)量（個(gè)） 圖紙 代號(hào) 備注 9 水位數(shù)顯計(jì) 1 -P2 04m/420mA 輸入 10 電位器 1 -RP 01K 11 電阻變送器 1 -V1 01K 輸入 /420mA 輸出 12 出水閥門(mén)調(diào)節(jié)器 1 -EBF 420mA 輸入 /420mA輸出 13 差壓計(jì) 1 -P4 14 超聲波水位計(jì) 1 -P3 15 開(kāi)關(guān)量輸入模塊 1 1746-IB16 16 開(kāi)關(guān)量輸出模塊 1 1746-OB16 17 模擬量輸入模塊 1 1746-NI4 18 模擬量輸出模塊 1 1746-NO4I 19 CPU 1 1746-L532 2.2.1 PLC 的選擇 在 PLC 市場(chǎng)，羅克韋爾自動(dòng)化的可編程邏輯控制器技術(shù)非常成熟，是業(yè)內(nèi)最值得信賴的品牌之一。它旗下的 Allen-Bradley 公司所生產(chǎn)的 SLC-500 系列處理器，體積小，功能強(qiáng)，配置靈活，性價(jià)比高，適用與多種場(chǎng)合，從環(huán)保、水處理、造紙到石化產(chǎn)業(yè)，從單機(jī)應(yīng)用到分步式控制應(yīng)用，都可以看到它的蹤影。 SLC-500系列是一種中間控制器，它可以控制單個(gè)機(jī)架中的全部 I/O 端口，并且有一個(gè)非常強(qiáng)大的控制器裝置。它使用的 I/O 機(jī)架的尺寸比它前一代的PLC-5 系列的更小，所以所需要的控制面板空 間也要比 PLC-5 系列中所使用的南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 9 頁(yè) 標(biāo)準(zhǔn)尺寸的機(jī)架小得多。這一系列的 PLC 是大多數(shù)新項(xiàng)目的首選。 這種 PLC 集成了大量的固定 I/O 模塊（最多可達(dá) 40 個(gè) I/O 端口，還加一個(gè)雙插槽的擴(kuò)展機(jī)架）和幾個(gè)多插槽機(jī)架式單元。這種機(jī)架式的SLC-500/03/04/05 能操控多個(gè) I/O 機(jī)架，如此一來(lái)，它們能處理的 I/O 端口就大大增加，其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)的增加。大多數(shù)的單元都有一個(gè) DH-485 或 RS232編程端口，用于連接作為編程終端的 PC 機(jī)。 1開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊 Allen-Bradley（以下簡(jiǎn)稱 A-B） SLC-500 型 PLC 的開(kāi)關(guān)量 I/O 模塊種類豐富，目前已有的模塊種類有 4、 8、 16 或 32 個(gè)端口幾種，并可連接到交流、直流或 TTL 電平。為了增加靈活性，還有 2 輸入 /2 輸出， 4 輸入 /4 輸出和 6 輸入 /6 輸出等多種形式的混合模塊可供選擇，其質(zhì)量非?？煽?。這些模塊還提供輸入濾波、光電隔離以及內(nèi)置式浪涌保護(hù)，以保證在工業(yè)環(huán)境下的抗干擾和可靠性。其主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1） LED 指示每個(gè) I/O 的狀態(tài)，并為故障診斷提供幫助。當(dāng)輸入點(diǎn)得到正確的信號(hào)時(shí)，或處理器讓輸出點(diǎn)使能時(shí)，相應(yīng) LED 就會(huì)點(diǎn)亮。 2）模塊上所帶端子標(biāo)識(shí)示意圖使端子標(biāo)識(shí)很容易被 理解。 3）所有模塊均在內(nèi)部線路和現(xiàn)場(chǎng)之間提供光電隔離，提高了抗干擾能力，并且避免了由于現(xiàn)場(chǎng)連線電氣故障而導(dǎo)致的系統(tǒng)受損。 4）帶熔絲和電子保護(hù)功能的固態(tài)輸出模塊，免除了用戶替換因短路或過(guò)載而損壞的模塊的需要。 5）可拆卸的端子塊允許用戶無(wú)需重新接線就可替換模塊 (并非任何模塊都適用 )。模塊前部提供一個(gè)匹配色碼，以便用戶連接正確的端子塊。 6）所有模塊的配備均為遮閉型端子塊，以防止現(xiàn)場(chǎng)接線時(shí)的意外短路。 7）自鎖式裝置保證模塊緊緊的固定在框架上，而且在把模塊裝入框架或取下時(shí)不需任何工具幫助 。 在系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān) 量輸入模塊采用的是 1746-IB16(圖2-3)，開(kāi)關(guān)量輸出模塊采用的是 1746-OB16，它們各自的參數(shù)見(jiàn)表 2-2： 圖 2-3 1746-IB16 模塊 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 10 頁(yè) 表 2-2 1746-IB16 和 1746-OB16 參數(shù) 產(chǎn)品名稱 電壓種類 輸入 數(shù)目 每個(gè)公共端點(diǎn)數(shù) 背板電流要求 5Vdc 24Vdc 1746-IB16 24Vdc 16 16 85mA 0mA 1746-OB16 24Vdc 16 16 280mA 0mA 2模擬量 I/O 模 塊 AB 的 SLC-500 PLC 的模擬量 I/O 模塊主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1）用戶可選的輸入模塊允許用戶配置每個(gè)通道，以連接來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各類電壓或電流信號(hào)。 2）高分辨率的輸出模塊有助于實(shí)現(xiàn)高精度的控制。 3）模塊上的輸入濾波功能有效防止電磁干擾的影響。 4）背板隔離保證了輸入信號(hào)干擾不會(huì)對(duì)背板產(chǎn)生影響。 5）可拆卸端子塊允許用戶無(wú)需重新連線就可快速替換模塊。 6）通過(guò)開(kāi)路和超量程的故障狀態(tài)信息，用戶可以及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況既能提高機(jī)器的正常運(yùn)行時(shí)問(wèn)，還能有效減少故障恢復(fù)時(shí)問(wèn)。此外模塊還帶有模塊狀態(tài)指示燈和通道狀 態(tài)指示燈。 7）通過(guò)控制組態(tài)程序，用戶對(duì)通道分別配置，并可在不干擾 CPU 運(yùn)行的情況下重新配置。結(jié)合易于使用的通道配置表，用戶可根據(jù)需要選擇相應(yīng)的輸入類型、數(shù)據(jù)格式、濾波頻率和狀態(tài)參數(shù)。 在系統(tǒng)中，模擬量輸入模塊采用了 1746- NI4 (圖 2-4)，模擬量輸出模塊采用的是 1746- NO4I， 圖 2-4 1746- NI4 模塊它們各自的參數(shù)見(jiàn)表 2-3： 表 2-3 1746- NI4 和 1746- NO4I 參數(shù) 產(chǎn)品名稱 每個(gè)模塊的輸入通道 背板電流需求量 5Vdc 24Vdc 1746- NI4 4 路差分，電壓或電流可選 25mA 85mA 1746- NO4I 4 路電流輸出 55mA 195mA 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 11 頁(yè) 在所設(shè)計(jì)的 V 型濾池控制系統(tǒng)的 PLC 柜中，四個(gè) I/O 模塊的現(xiàn)場(chǎng)安裝如圖 2-5 所示，從左到右分別為 PLC 電源、 CPU、輸入模塊 1746-IB16、開(kāi)關(guān)量 圖 2-5 現(xiàn)場(chǎng)安裝的 I/O 模塊 輸出模塊 1746-OB16、模擬量輸入模塊 1746- NI4、模擬量輸出模塊 1746- NO4I，還剩下的 4 個(gè)為備用模塊，可供以后擴(kuò)展使用。 2.2.2 超聲波水位計(jì)的原理與使用 超聲波水位計(jì)在濾池系統(tǒng)中，是用來(lái)測(cè) 量濾池的水位，并將測(cè)量值以電流的形式傳送至 PLC 模擬量輸入模塊。 在這里，選用了河海大學(xué)水文水利自動(dòng)化研究所的 JH2300 型超聲波水位計(jì)，其輸出為 420mA 電流。 超聲波水位計(jì)的主要部件就是一個(gè)超聲式傳感器，其工作原理是發(fā)出一個(gè)聲音脈沖并計(jì)算聲音返回傳感器的時(shí)間，因?yàn)槁曇艟哂蟹浅７€(wěn)定的傳播速率，所以可以利用它來(lái)測(cè)得目標(biāo)的距離。超聲式傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖 2-6 所示。 超聲式傳感器有數(shù)字和模擬兩種輸出格式。在數(shù)字類型的設(shè)備中，在感應(yīng)范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)傳感器的測(cè)量距離，如果設(shè)備接受 圖 2-6 超 聲式傳感器的基本結(jié)構(gòu) 到的返回信號(hào)處于距離范圍之內(nèi)，則輸出被激活。模擬類型的設(shè)備會(huì)提供對(duì)應(yīng)于一組距離測(cè)量值的電流或電壓值。 PLC 控制器可以通過(guò)數(shù)字輸入模塊或者模擬量輸入模塊讀出這些傳感器的輸出。 所選用的超聲式傳感器發(fā)出頻率在 25KHz 到 50KHz 之間的聲波，在低頻階段，能精確測(cè)量到 40ft 遠(yuǎn)的距離，而在高頻階段，只能限制在測(cè)量小于 1ft以內(nèi)的距離。在發(fā)射器正前方的較小距離之內(nèi)所有部件都有一個(gè)盲區(qū)，該盲區(qū)大小為 0.75in，在使用時(shí)要注意。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 12 頁(yè) 2.2.3 開(kāi)關(guān)選擇 1按鈕的選擇 在系統(tǒng)中，由于采用的電壓 輸入較低，且結(jié)構(gòu)不是太復(fù)雜，因此從設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)緊湊方面以及節(jié)約成本方面考慮，采用了 16mm 的小按鈕，如圖 2-7 所示。按鈕數(shù)總共 10 個(gè)，紅色與綠色各 5 個(gè)，用于在手動(dòng)方式下控制進(jìn)水閥、氣沖閥、排氣閥、水沖閥、排污閥 5 個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，按下紅色按鈕后閥門(mén)關(guān)閉，按下綠色按鈕閥門(mén) 圖 2-7 16mm 按鈕 打開(kāi)。 2轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的選擇 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)又叫選擇開(kāi)關(guān)，它在這里是用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)濾池系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行選擇，使系統(tǒng)處于手動(dòng)或是自動(dòng)方式下工作。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的式樣很多，市面上見(jiàn)的比較多的有鑰匙式、手柄式和長(zhǎng)手柄式等，在此處，選用了 16mm 標(biāo)準(zhǔn)手柄式旋鈕的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（圖 2-8）。選用帶 3 個(gè)觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，其中兩個(gè)觸點(diǎn)分別是自動(dòng)和手動(dòng) 圖 2-8 16mm 手柄式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 方式，第三個(gè)觸點(diǎn)備用。 3限位開(kāi)關(guān) 限位開(kāi)關(guān)是用來(lái)探測(cè)一個(gè)對(duì)象或條件的有無(wú)。對(duì)象通常是指在機(jī)械循環(huán)運(yùn)動(dòng)中移動(dòng)的對(duì)象，在進(jìn)行編程以控制機(jī)械循環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制程序需要知道機(jī)械裝置何時(shí)會(huì)處在某個(gè)確切的位置，這時(shí)就需要用到限位開(kāi)關(guān)。在該濾池系統(tǒng)中，限位開(kāi)關(guān)用于探測(cè)進(jìn)水閥、氣沖閥、水沖閥和排污閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。限位開(kāi)關(guān)安裝在上述 4 個(gè)閥門(mén)的閥門(mén)口，每個(gè)閥門(mén)裝兩個(gè)，分別用來(lái)探測(cè)閥門(mén)開(kāi)到位（完全打 開(kāi)）和關(guān)到位（完全關(guān)閉）。 2.3 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 該電氣原理圖可分為 3 個(gè)主要部分，分別是：控制方式選擇部分，閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制部分， PLC 輸入與水位控制部分。下面將按照這 3 個(gè)部分來(lái)進(jìn)行介紹。完整的電器原理圖請(qǐng)參見(jiàn)附錄一中圖 1圖 8。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 13 頁(yè) 2.3.1 控制方式選擇電路 在該電氣原理圖中，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA1 是用來(lái)選擇系統(tǒng)處于手動(dòng)還是自動(dòng)狀態(tài)的（圖 2-9）。當(dāng) SA1 處于位置 1 時(shí)為手動(dòng)檔，當(dāng) SA1 處于位置 3 時(shí)為自動(dòng)檔。當(dāng)處于手動(dòng)檔的時(shí)候中間繼電器 KA1 和 KA2 得電，而當(dāng)處于自動(dòng)檔的時(shí)候中間繼電器 KA3和KA4 得電 。 KA1 所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)在原理圖中的位置為：附錄一圖 1 中的C6、 C8和附錄一圖 2 中的 C1 和 C4；KA2 所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)在原理圖中的位置在附錄一圖 2 中的 C6； KA3 所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)在原理圖中的位置為：附 圖 2-9 控制方式選擇電路 錄 1 圖 1 中的 C7、 C9 和附錄一圖 2 中的 C3、 C5； KA4 所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)在附錄一圖 2 中的 C7 和附錄一圖 6 中的 D4、 E4。 2.3.2 閥門(mén)的開(kāi)關(guān)控制電路 該部分主要是對(duì)進(jìn)水閥、氣沖閥、水沖閥、排污閥和排氣閥這 5 個(gè)閥門(mén)進(jìn)行控制。 1.進(jìn)水閥開(kāi)關(guān)電路 如圖 2-10 所 示，在正常過(guò)濾情況下，進(jìn)水閥閥門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)需要進(jìn)水閥關(guān)閉時(shí)，如果處在手動(dòng)方式下時(shí)， KA1 開(kāi)關(guān)閉合，操作人員可以按下 SB2 紅色按鈕，則 KA5 繼電器得電， SB2按鈕被鎖住，同時(shí)在附錄一圖 7 中 C3 位置的 KA5開(kāi)關(guān)閉合，進(jìn)水閥閥門(mén)就會(huì)關(guān)閉；當(dāng)需要閥門(mén)再次打開(kāi)時(shí)，可以按下 SB1 綠色按鈕， KA5 繼電器失電，附錄一圖 7 中 C3 位置的 KA5 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)打開(kāi)。當(dāng)處在自動(dòng)方式下時(shí)， KA3 開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)，如果從 PLC 輸入模塊的輸入端口輸入的測(cè)量值經(jīng)過(guò) PLC 程序運(yùn)算或者所編制的 PLC南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 14 頁(yè) 程序在運(yùn)行過(guò)程中滿足了進(jìn)水閥閥門(mén)關(guān)閉的 條件， 圖 2-10 進(jìn)水閥開(kāi)關(guān)電路 則在 PLC 輸出模塊的輸出端口（附錄一圖 5 中的 OUT:2/0 端口） 就會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)，使得 K1繼電器得電，從而使 K1 開(kāi)關(guān)閉合， KA5 繼電器得電，附錄一圖 7 中 C3 位置的 KA5 開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)進(jìn)水閥閥門(mén)的關(guān)閉；當(dāng) PLC 程序中進(jìn)水閥閥門(mén)關(guān)閉條件失去時(shí)，附錄一圖 5 中的 OUT:2/0 端口輸出的信號(hào)就會(huì)消失， K1 繼電器失電， K1 開(kāi)關(guān)打開(kāi)， KA5 繼電器就會(huì)失電，附錄一圖 7 中 C3位置的 KA5 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)打開(kāi)。 2.水沖閥開(kāi)關(guān)電路 如圖 2-11 所示， 在正常過(guò)濾情況下， 水沖 閥閥門(mén)處于關(guān)閉 狀態(tài)，當(dāng)需要水沖閥打開(kāi)時(shí)，如果處在手動(dòng)方式下時(shí)， KA1 開(kāi)關(guān)閉合，操作人員可以按下SB3 綠色按鈕，則 KA6 繼電器得電， SB3 按鈕被鎖住，同時(shí)在附錄一圖 7 中C4 位置的 KA6 開(kāi)關(guān)閉合，水沖閥閥門(mén)就會(huì)打開(kāi)；當(dāng)需要閥門(mén)再次關(guān)閉時(shí)，可以按下 SB4 紅色按鈕， KA6 繼電器失電，附錄一圖 7 中 C4 位置的 KA6 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)處在自動(dòng)方式下時(shí)， KA3 開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)，如果從PLC 輸入模塊的輸入端口輸入的測(cè)量值經(jīng)過(guò) PLC 程序運(yùn)算或者所編制的 PLC程序在運(yùn)行過(guò)程中滿足了水沖閥閥門(mén)打開(kāi)的條件，則在 PLC 輸出模塊的輸出端口（附錄 一圖 5 中的 OUT:2/1 端口） 就會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)，使得 K2 繼電器得電，從而使 K2開(kāi)關(guān)閉合， KA6 繼電器得電，附錄一圖 7 中 C4 位置的 KA6開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)水沖閥閥門(mén)的打開(kāi)；當(dāng) PLC 程序中水沖閥閥門(mén)打開(kāi)條件失去時(shí)，附錄一圖 5 中的 OUT:2/1 端口輸出的信號(hào)就會(huì)消失， K2 繼電器失電， K2開(kāi)關(guān)打開(kāi)， KA6 繼電器就會(huì)失電，附錄一圖 7 中 C4 位置的 KA6 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)關(guān)閉。 3.氣沖閥開(kāi)關(guān)電路 如圖 2-12 所示， 在正常過(guò)濾情況下， 氣沖 閥閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)需要?dú)鉀_閥打開(kāi)時(shí)，如果處在手動(dòng)方式下時(shí)， KA1 開(kāi)關(guān)閉合，操作 人員可以按下 SB5綠色按鈕，則 KA7 繼電器得電， SB5 按鈕被鎖住，同時(shí)在附錄一圖 7 中 C5位置的 KA7 開(kāi)關(guān)閉合，氣沖閥閥門(mén)就會(huì)打開(kāi)；當(dāng)需要閥門(mén)再次關(guān)閉時(shí)，可以按下 SB6 紅色按鈕， KA7 繼電器失電，附錄一圖 7 中 C5 位置的 KA7 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)處在自動(dòng)方式下時(shí)， KA3 開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)，如果從 PLC輸入模塊的輸入端口輸入的測(cè)量值經(jīng)過(guò) PLC 程序運(yùn)算或者所編制的 PLC 程序南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 15 頁(yè) 在運(yùn)行過(guò)程中滿足了氣沖閥閥門(mén)打開(kāi)的條件，則在 PLC 輸出模塊的輸出端口（附錄一圖 5 中的 OUT:2/2 端口） 就會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)，使得 K3繼電器得電 ，從而使 K3開(kāi)關(guān)閉合， KA7 繼電器得電，附錄一圖 7 中 C5 位置的 KA7 開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)氣沖閥閥門(mén)的打開(kāi)；當(dāng) PLC 程序中氣沖閥閥門(mén)打開(kāi)條件失去時(shí)，附錄一圖 5 中的 OUT:2/2 端口輸出的信號(hào)就會(huì)消失， K3 繼電器失電， K3 開(kāi)關(guān)打開(kāi)， KA7 繼電器就會(huì)失電，附錄一圖 7 中 C5 位置的 KA7 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而使得閥門(mén)恢復(fù)關(guān)閉狀態(tài)。 圖 2-11 水沖閥開(kāi)關(guān)電路 圖 2-12 氣沖閥開(kāi)關(guān)電路 4.排污閥開(kāi)關(guān)電路 如圖 2-13 所示 ， 在正常過(guò)濾情況下， 排污 閥閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài) ，當(dāng)需要排污閥打開(kāi)時(shí)，如果處在手動(dòng)方式下時(shí)， KA1 開(kāi)關(guān)閉合，操作人員可以按下SB7 綠色按鈕，則 KA8 繼電器得電， SB7 按鈕被鎖住，同時(shí)在附錄一圖 7 中C6 位置的 KA8 開(kāi)關(guān)閉合，排污閥閥門(mén)就會(huì)打開(kāi)；當(dāng)需要閥門(mén)再次關(guān)閉時(shí)，可以按下 SB8 紅色按鈕， KA8 繼電器失電，附錄一圖 7 中 C6 位置的 KA8 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)關(guān)閉。當(dāng)處在自動(dòng)方式下時(shí)， KA3 開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)，如果從PLC 輸入模塊的輸入端口輸入的測(cè)量值經(jīng)過(guò) PLC 程序運(yùn)算或者所編制的 PLC南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 16 頁(yè) 程序在運(yùn)行過(guò)程中滿足了排污閥閥門(mén)打開(kāi)的條件，則在 PLC 輸出模塊的輸出端口（附錄一圖 5 中的 OUT:2/3 端口） 就會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)，使得 K4 繼電器得電，從而使 K4開(kāi)關(guān)閉合， KA8 繼電器得電，附錄一圖 7 中 C6 位置的 KA8開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)排污閥閥門(mén)的打開(kāi)；當(dāng) PLC 程序中排污閥閥門(mén)打開(kāi)條件失去時(shí)，附錄一圖 5 中的 OUT:2/3 端口輸出的信號(hào)就會(huì)消失， K4 繼電器失電， K4開(kāi)關(guān)打開(kāi)， KA8 繼電器就會(huì)失電，附錄一圖 7 中 C6 位置的 KA8 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)關(guān)閉。 5.排氣閥開(kāi)關(guān)電路 如圖 2-14 所示，在正常過(guò)濾情況下，排氣閥閥門(mén)處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)需要排氣閥關(guān)閉時(shí)，如果處在手動(dòng)方式下時(shí)， KA2 開(kāi)關(guān)閉合，操作人員可 以按下 SB10紅色按鈕，則 KA9 繼電器得電， SB10 按鈕被鎖住，同時(shí)在附錄一圖 7 中 C9位置的 KA9 開(kāi)關(guān)閉合，排氣閥閥門(mén)就會(huì)關(guān)閉；當(dāng)需要閥門(mén)再次打開(kāi)時(shí)，可以按下 SB9 綠色按鈕， KA9 繼電器失電，附錄一圖 7 中 C9 位置的 KA9 開(kāi)關(guān)斷 圖 2-13 排污閥開(kāi)關(guān)電路 圖 2-14 排氣閥開(kāi)關(guān)電路 開(kāi)，從而閥門(mén)打開(kāi)。當(dāng)處在自動(dòng)方式下時(shí)， KA4 開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)，如果從 PLC輸入模塊的輸入端口輸入的測(cè)量 值經(jīng)過(guò) PLC 程序運(yùn)算或者所編制的 PLC 程序南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 17 頁(yè) 在運(yùn)行過(guò)程中滿足了排氣閥閥門(mén)關(guān)閉的條件，則在 PLC 輸出模塊的輸出端口（附錄一圖 5 中的 OUT:2/4 端口） 就會(huì)輸出一個(gè)信號(hào)，使得 K5繼電器得電，從而使 K5開(kāi)關(guān)閉合， KA9 繼電器得電，附錄一圖 7 中 C9 位置的 KA9 開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)排氣閥閥門(mén)的關(guān)閉；當(dāng) PLC 程序中排氣閥閥門(mén)關(guān)閉條件失去時(shí)，附錄一圖 5 中的 OUT:2/4 端口輸出的信號(hào)就會(huì)消失， K5 繼電器失電， K5 開(kāi)關(guān)打開(kāi)， KA9 繼電器就會(huì)失電，附錄一圖 7 中 C9 位置的 KA9 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而閥門(mén)打開(kāi)。 2.3.3 PLC 輸入與水位控 制電路 該部分主要是用來(lái)對(duì)濾池系統(tǒng)的 PLC 開(kāi)關(guān)量輸入模塊輸入閥門(mén)的開(kāi)關(guān)信息，以及對(duì)出水閥進(jìn)行閥門(mén)開(kāi)度控制，從而達(dá)到恒水位控制的目的。 1.PLC 開(kāi)關(guān)量輸入模塊的信號(hào)輸入 對(duì)開(kāi)關(guān)量輸入模塊 1746-IB16 所輸入的信號(hào)是進(jìn)水閥、水沖閥、氣沖閥和排污閥的開(kāi)關(guān)信號(hào)，以及排氣閥的打開(kāi)信號(hào)。 在進(jìn)水閥、水沖閥、氣沖閥和排污閥這 4 個(gè)閥門(mén)的閥門(mén)口各裝有 2 個(gè)限位開(kāi)關(guān)（參見(jiàn)附錄一圖 3），用來(lái)檢測(cè)閥門(mén)開(kāi)到位（完全打開(kāi)）和關(guān)到位（完全關(guān)閉）。在每個(gè)限位開(kāi)關(guān)后都連接一個(gè)中間繼電器，而在輸入模塊的每個(gè)輸入端口又裝有與中間繼電器相關(guān)聯(lián) 的開(kāi)關(guān)（參見(jiàn)附錄一圖 5），當(dāng)閥門(mén)開(kāi)到位或關(guān)到位時(shí)，限位開(kāi)關(guān)閉合，所連接的中間繼電器就得電，輸入端口的關(guān)聯(lián)開(kāi)關(guān)就會(huì)閉合，閥門(mén)的開(kāi)關(guān)信息就輸入到了 PLC 中。各閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的 PLC 輸入端口、開(kāi)關(guān)位置的限位開(kāi)關(guān)與所對(duì)應(yīng)的中間繼電器情況見(jiàn)表 2-4。 對(duì)于排氣閥門(mén)，它一般是處于打開(kāi)狀態(tài)，在 PLC 中用不到排氣閥關(guān)閉狀 態(tài)下的信息，因此在 PLC 輸入端口 I:1/9 安排了一個(gè)常閉的 KA9 開(kāi)關(guān)，也就是說(shuō)在正常狀態(tài)下一直有排氣閥閥開(kāi)信號(hào)輸入，而當(dāng)排氣閥關(guān)閉的時(shí)候就沒(méi)有信號(hào)輸入了。 表 2-4 閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)輸入地址表 閥門(mén) 進(jìn)水閥 水 沖閥 氣沖閥 排污閥 開(kāi)關(guān)狀態(tài) 全開(kāi) 全關(guān) 全開(kāi) 全關(guān) 全開(kāi) 全關(guān) 全開(kāi) 全關(guān) 限位開(kāi)關(guān) SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 中間繼電器 KA10 KA11 KA12 KA13 KA14 KA15 KA16 KA17 輸入端子號(hào) I:1/1 I:1/2 I:1/3 I:1/4 I:1/5 I:1/6 I:1/7 I:1/8 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 18 頁(yè) 2.出水閥開(kāi)度控制部分與模擬量輸入模塊的輸入（附錄一圖 6） 出水閥開(kāi)度的調(diào)節(jié)是通過(guò)調(diào)節(jié)輸入出水閥電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)出水閥輸入 420mA 的電流 ，所對(duì)應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度大小為 0100%。 在手動(dòng)方式下，閥門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)主要是由電阻變送器 V1 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖 2-15 所示，在手動(dòng)方式下，由于 KA4 繼電器不通電，因此 KA4 開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)，它與電阻變送器的兩個(gè)輸出端相連，同時(shí)又連到出水閥調(diào)節(jié)器的輸入 I+和 I-兩端。電阻變送器實(shí)際就是一個(gè)滑 動(dòng)變阻器，當(dāng)需要調(diào)節(jié)閥門(mén) 圖 2-15 出水閥手動(dòng)控制電路 開(kāi)度大小時(shí)，操作人員調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的電阻大小，從而輸出相應(yīng)大小的電流輸入到出水閥調(diào)節(jié)器中，出水閥調(diào)節(jié)器根據(jù)所輸入電流的大小調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)度，達(dá)到控制水位的效 果。 在自動(dòng)方式下，閥門(mén)的開(kāi)度是由PLC 來(lái)控制的。如圖 2-16 所示，在自動(dòng)方式下， KA4 繼電器得電，圖中的KA4 開(kāi)關(guān)閉合，出水閥調(diào)節(jié)器（ EBF）的輸入端 I+和 I-分別連到了模擬量輸出模塊 1746-NO4I 的 OUT 0 和 ANL COM 端口。 1746-NO4I 的 OUT 0 即為梯形圖中的 OUT:4.0 信號(hào)地址，它可根據(jù)梯形圖程序的運(yùn)行情況來(lái)輸出420mA 的電流，輸出的電流從出水閥調(diào)節(jié)器的 I+端輸入，從而達(dá)到了控 圖 2-16 出水閥自動(dòng)控制電路 制出水閥閥門(mén)開(kāi)度的目的。 此外，開(kāi)度計(jì)（ P1）一端連接到 出水閥調(diào)節(jié)器的 0+端，用于記錄出水閥南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 19 頁(yè) 的開(kāi)度，另一端連到了模擬量輸入模塊 1746-NI4 的 IN 0+端，用于將出水閥當(dāng)前的開(kāi)度輸入到 PLC 中。超聲波水位計(jì)（ P3）連接到水位數(shù)顯表（ P2）后再連接到 1746-NI4 的 IN 1+端，將測(cè)得的水位輸入 PLC。差壓計(jì)連接到 1746-NI4的 IN 2+端，將測(cè)得的差壓值輸入到 PLC。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 20 頁(yè) 第三章 V 型濾池控制系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計(jì) 羅克韋爾公司為它旗下的 A-B SLC-500 型 PLC 開(kāi)發(fā)了兩種不同的開(kāi)發(fā)軟件，它們分別是基于 DOS 平臺(tái)的 PLC-500-AI 和基 于 Windows 平臺(tái)的RSLogix-500，這里我們選用了基于 Windows 平臺(tái)的 RSLogix-500 來(lái)編制 V 型濾池控制系統(tǒng)的梯形圖。所編制的 I/O 地址表見(jiàn)表 3-1。 表 3-1 I/O 地址表 I/O 類型 地址 作用 輸 入 I:1.0/0 濾池自動(dòng) I:1.0/1 進(jìn)水閥開(kāi)到位 I:1.0/2 進(jìn)水閥關(guān)到位 I:1.0/3 水沖閥開(kāi)到位 I:1.0/4 水沖閥關(guān)到位 I:1.0/5 氣沖閥開(kāi)到位 I:1.0/6 氣沖閥關(guān)到位 I:1.0/7 排污閥開(kāi)到位 I:1.0/8 排污閥關(guān)到位 I:1.0/9 排氣閥開(kāi) I:3.0/0 出水閥開(kāi)度 I:3.1/0 濾池液位 I:3.2/0 水頭損失（差壓） 輸 出 O:2.0/0 進(jìn)水閥控制 O:2.0/1 水沖閥控制 O:2.0/2 氣沖閥控制 O:2.0/3 排污閥控制 O:2.0/4 排氣閥控制 O:4.0/0 出水閥開(kāi)度控制 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 21 頁(yè) 3.1 主程序的編制 主程序部分主要是用于對(duì)程序中需要用到的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并把子站 PLC中的一些數(shù)據(jù)傳送至主站 PLC 中。完整的主程序梯形圖 參見(jiàn)附錄二的主程序部分。 在主程序的第一梯級(jí)中 First Pass 指令是 SLC-500 PLC 梯形圖的起始指令，規(guī)定所有 SLC-500 PLC 的梯形圖都必須以它開(kāi)頭，之后的一條 MOV 指令將參數(shù) 1025 放入內(nèi)部寄存單元 S:15 是設(shè)定波特率。 3.1.1 參數(shù)的設(shè)定 參數(shù)的設(shè)置主要是由 MOV 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的， MOV 指令允許程序員將一個(gè)位置中的內(nèi)容移到另一個(gè)位置。源位置中的內(nèi)容不會(huì)改變，但目的位置中的內(nèi)容將被移來(lái)的值取代。主程序中設(shè)置的一些重要參數(shù)有以下一些： 1.PID 設(shè)定點(diǎn) SP（用戶希望的控制點(diǎn)），設(shè)定值為水位 120 的整定值，存入 N11:32； 2.PID增益，設(shè)定值 63，存入內(nèi)存單元 N11:33； 3.PID 積分時(shí)間常數(shù)，設(shè)定值為 9，存入內(nèi)存單元 N11:34； 4.PID 微分時(shí)間常數(shù)，設(shè)定值為 4，存入內(nèi)存單元 N11:35；5.PID 給定最大值，設(shè)定值為 16383，存入內(nèi)存單元 N11:37； 6.PID 給定最小值，設(shè)定值為 0，存入內(nèi)存單元 N11:38； 7.濾池過(guò)濾周期設(shè)定，設(shè)定值為 48，存入內(nèi)存單元 N10:14； 8.濾池水頭損失（差壓），設(shè)定值 200，存入內(nèi)存單元N10:15； 9.濾池水位控制值，設(shè)定值為 120，存入內(nèi)存單元 N10:16。 3.1.2 SCP 指令與參數(shù)整定計(jì)算 V 型濾池系統(tǒng)根據(jù)超聲波水位計(jì)所測(cè)得的水位值實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)出水閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)水位的恒定。出水閥閥門(mén)開(kāi)度的調(diào)節(jié)是通過(guò)向出水閥調(diào)節(jié)器 輸入范圍為420mA 的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)需要模擬量輸出模塊 1746-NO4I 的 OUT0端口和 ANL COM 端口輸出范圍為 420mA 的電流。而對(duì)于 SLC-500 型 PLC的模擬量輸入 /輸出模塊，羅克韋爾公司對(duì)其輸入 /輸出的模擬量電流或電壓值都規(guī)定了相應(yīng)的十進(jìn)制范圍，如表 3-2 和表 3-3 所示。 表 3-2 模擬量參數(shù)整定范圍 1 參 數(shù) 4 到 20mA 0 到 5V 0 到 10V 輸入最小值 0 0 0 輸入最大值 16384 16384 32767 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 22 頁(yè) 整定最小值 0 0 0 整定最大值 16383 16383 16383 表 3-3 模擬量參數(shù)整定范圍 2 參數(shù) 4 到 20mA 0 到 5V 0 到 10V 輸入最小值 3277 0 0 輸入最大值 16383 16383 16383 整定最小值 6242 0 0 整定最大值 31208 16384 32764 在本次設(shè)計(jì)中選用的是表 3-3 中 420mA 電流的那組參數(shù)。對(duì)于輸入的水位值和出水 閥開(kāi)度值都必須整定到 327716383 的范圍之內(nèi)，因?yàn)?只有這兩者都處于相同的范圍之內(nèi)才能進(jìn)行對(duì)比，也就是說(shuō)才能使相應(yīng)的水位值對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的出水閥開(kāi)度值。 為了實(shí)現(xiàn)整定的目的，就需要使用 SCP 數(shù)據(jù)整定指令， SCP 指令的基本模塊如圖 3-1 所示，用 SCP 指令能產(chǎn)生一個(gè)整定輸出值，輸入與整定值之間呈線性關(guān)系。這一指令支持整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)。 編程該指令時(shí)輸入下列參數(shù)： 輸入值（ Input value）可以是一個(gè)字地址或浮點(diǎn)數(shù)元素地址。 輸入最小值（ Input Min.）和輸入最大值（ Input Max.）該值確定出現(xiàn)在 輸入值參數(shù)的數(shù)據(jù)范圍。這一值可以是一個(gè)字地址，一個(gè)整數(shù)常數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)元素， 或浮點(diǎn)數(shù)常數(shù)。 整定最小值（ Scaled Min.）和整定最大值（ Scaled Max）該值確定了出現(xiàn)在整定輸出參數(shù)的數(shù)據(jù)范圍。 圖 3-1 SCP 指令模塊 這一值可以是一個(gè)字地址，一個(gè)整數(shù)常數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)元素，或浮點(diǎn)數(shù)常數(shù)。 整定輸出（ Scaled Output）該值可以是一個(gè)字地址或一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)元素。 下列方程示出在輸入值與得出的整定值之間的線性關(guān)系： Scaled value=( input value slope)+ offset Slope=（ scaled max scaled min） / (input max input min) 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 23 頁(yè) Offset= scaled min （ input min slope） 公式中 Slope 為斜率，顯然，在系統(tǒng)的輸入值范圍不變的情況下，增大整定值范圍可以是 Slope 變大，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度； Offset 為系統(tǒng)的偏差。 在主程序中，對(duì)要求恒定的水位值進(jìn)行整定的程序段為梯級(jí) 0004，如圖 3-2 所示。它的輸入值input value = 120，最大輸入值 input max = 200，最小輸入值 input min = 0，最大整定值 scaled max = 16383，最小整定值 scaled min = 3277，由此可得： Slope =（ scaled max scaled min） / (input max input min) =（ 16383 3277） /（ 200 0） = 65.53 圖 3-2 水位值的設(shè)定 Offset = scaled min （ input min slope） = 3277 （ 0 65.53） = 3277 Scaled value = (input value slope) + offset = （ 120 65.56） + 3277 = 11140.6 在指令中，以上運(yùn)算過(guò)程是自動(dòng)進(jìn)行的，程序員只需指定輸出（ Output）的單元地址， SCP 指令既會(huì)把運(yùn)算的結(jié)果存入所指定的內(nèi)存單元中去。因此，所指定的恒定水位 120 經(jīng)過(guò)整定，變?yōu)?11141 后存入了內(nèi)存單元 N11:32。 在梯級(jí) 0006（圖 3-3）中， SCP 指令是將當(dāng)前由閥門(mén)開(kāi)度計(jì)所輸入的值轉(zhuǎn)換位實(shí)際的閥門(mén)開(kāi)度。閥門(mén)開(kāi)度計(jì)輸入模擬量輸入模塊測(cè)得的一個(gè)模擬量（實(shí)際是一個(gè) 420mA 的電流），根據(jù)羅克韋爾公司所給的參數(shù)表，在 SLC 500 PLC中，該模擬量所在的范圍是 327716383 之間。在這里由 I:3.0 端口的輸入值為 8718，需要將它整定到0100 的范圍之內(nèi)。根據(jù)理論值的計(jì)算如下： Slope =（ scaled max scaled min） / (input max input min) =（ 100 0） /（ 16383 3277） 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 24 頁(yè) = 0.00763， Offset = scaled min （ input min slope） = 0 （ 3277 0.00763） 圖 3-3 出水閥開(kāi)度值的整定 = -25.00351 Scaled value = （ input value slope） + offset =（ 8718 0.00763） 25.00351 = 41.5 而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)根據(jù)這套給定參數(shù)運(yùn)算所得出的理論值與實(shí)際值不相吻合，而將參數(shù) 16383 改為 16100 后，實(shí)際值與運(yùn)算值較為符 合，因此實(shí)際編程時(shí)將 16383 改為了 16100，根據(jù)改動(dòng)后參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如下： 斜率 Slope = 0.0078，偏移 Offset= -25.5606，整定值Scaled value = 42.7。 在梯級(jí) 0008（圖 3-4）中， SCP 指令是將當(dāng)前由超聲波液位計(jì)所輸入的值轉(zhuǎn)換位實(shí)際的液位值。超聲波液位計(jì)輸入模擬量輸入模塊一個(gè)測(cè)得的模擬量，根據(jù)羅克韋爾公司所給的參數(shù)表在 SLC 500 PLC 中該模擬量所在的范圍是 327716383 之間。在這里由I:3.1 端口的輸入值為 11206，需要將它整定到 0200的 范圍之內(nèi)，根據(jù)理論值計(jì)算結(jié)果為： 圖 3-4 實(shí)際水位的整定 Slope =0.01526， Offset= -50， Scaled value = 121。 需要注意的是，在梯級(jí) 0008 中還有一個(gè) SCP 指令（圖 3-5）與上述 SCP 指令相并聯(lián)，這個(gè) SCP指令的整定僅僅是給從 I:3.1 端口輸入的模擬量增加了一個(gè)偏移量，但它的非常重要，它把整定后的值放入了內(nèi)存單元 N10: 56,在后續(xù)的過(guò)濾控制子程序中該內(nèi)存單元被設(shè)定成了 PID 模塊的過(guò)程變量（ Proc ess Variable） 輸入單元，為了保證 PID 調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，因此在這里使用了一個(gè) SCP 整定指令將I:3.1 端口的輸入值再次整定后存入 N10:56 單元， 圖 3-5 PID 過(guò)程變量設(shè)定 而不是簡(jiǎn)單的使用一條 MOV 指令將 I:3.1 端口的輸入值移入 N10:56 單元。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 25 頁(yè) 此外，在梯級(jí) 0010 中還有一段 SCP 指令用于對(duì)從 I:3.1 端口輸入的濾池水頭損失（差壓）模擬量進(jìn)行整定后存入 N10:3 內(nèi)存單元中，根據(jù)理論值它的范圍應(yīng)該是 327716383，而在實(shí)際使用中使用的范圍是 327716384，所要求整定到的范圍是 0500，整定的計(jì)算過(guò)程就不在此贅述。 3.1.3 MSG 指令與錯(cuò)誤位的屏蔽 在 V 型濾池控制系統(tǒng)中，子站 PLC 需要將一些重要的數(shù)據(jù)寫(xiě)入主站 PLC中，同時(shí)，有時(shí)也需要從主站 PLC 中讀出一些參數(shù)，這時(shí)就需要用到 MSG 信息讀 /寫(xiě)指令，其基本模塊如圖 3-6 所示。 使用這條指令時(shí)，目標(biāo)設(shè)備可以是另一個(gè) SLC 500 系列處理器，或一個(gè)非 SLC 500 的設(shè)備。需要 注意的是，當(dāng)該指令使能時(shí)，與信息寫(xiě)有關(guān)的數(shù)據(jù)并不被發(fā)送，確切的說(shuō)，它只有在 PLC 程序運(yùn)行到該指 圖 3-6 MSG 指令模塊 令的掃描周期末尾，或者說(shuō)是梯形圖中的通訊服務(wù)指令被刷新時(shí)才發(fā)送，這意味著有些情況在運(yùn)行程序時(shí)必須先緩存要讀 /寫(xiě)的數(shù)據(jù)。當(dāng)選擇 SLC 500 系列處理器作為目標(biāo)設(shè)備時(shí)，通訊也可以在 SLC 5/02 處理器或其它 SLC 500 系列處理器之間進(jìn)行。 1 MSG 指令的參數(shù)設(shè)置 該指令的參數(shù)設(shè)置情況如下： （ 1）讀 /寫(xiě)（ Read/Write） 讀是指本地處理器（指令駐留的處理器是本地處理 器）接收數(shù)據(jù)；寫(xiě)是指本地處理器發(fā)送數(shù)據(jù)。 （ 2）目標(biāo)設(shè)備（ Target Device） 指將要接收數(shù)據(jù)的設(shè)備類型，有效選擇如下： - 500CPU，目標(biāo)設(shè)備是另一個(gè) SLC 系列處理器 - 485CIF，目標(biāo)設(shè)備是一個(gè)非 SLC 系列設(shè)備（ PLC2 仿真） （ 3）控制塊（ Control Block） 它是一個(gè)地址單元，一般包含了狀態(tài)位，目標(biāo)文件地址，及與通訊指令有關(guān)的其它數(shù)據(jù)等 7 個(gè)字，分別是字 0字 6。 （ 4）控制塊長(zhǎng)度（ Control Block Length） 一般固定為 7 個(gè)字。如果從 SLC 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 第 26 頁(yè) 5/02 處理器轉(zhuǎn) 變到 SLC5/03 或更高系列處理器，控制塊長(zhǎng)度要從 7 個(gè)字增加到 14 個(gè)字。編程時(shí)應(yīng)確定在 MSG 控制塊后至少有 7 個(gè)字沒(méi)有被使用。 2 MSG 指令狀態(tài)位介紹 狀態(tài)位是控制塊的字 0，下面是幾個(gè)比較重要的狀態(tài)位： （ 1）超時(shí)位 TO（位 08） 在應(yīng)用程序中置位該位，就可以從處理器控制中取消現(xiàn)行的通訊指令。應(yīng)用程序必須提供自己的超時(shí)值。 （ 2）無(wú)響應(yīng)位 NR（位 09） 如果處理器不響應(yīng)第一次信息請(qǐng)求，該位置位。當(dāng) ER、 DN，或者 ST 位被置位時(shí)，該位被復(fù)位。 （ 3）使能和等待位 EW（位 10） 在使能位置位之后，且