/摘要隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對供水質量和供水系統(tǒng)牢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、限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)成為必定趨勢。本課題用PLC實現(xiàn)了自動供水限制系統(tǒng)，介紹了恒壓供水的基本原理以及系統(tǒng)構成的基礎，說明白可編程限制器（PLC）在恒壓供水系統(tǒng)中所擔當?shù)慕巧南到y(tǒng)的整體設計方案和實際需求分析起先，緊密的聯(lián)系實際生活的須要，力求做到使系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作簡便，解決實際中問題，保證供水平安、快捷、牢靠。關鍵字：PLC恒壓供水變頻器ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofsocialeconomy,itisdemandedthebetterofwatersupply’squalityandreliabilityofwatersupplysystem.Meanwhileenergyresourcesareseriouslylack.Soitisinevitabletendencytodesignwatersupplysystemwhichhashighfunctionandsavesonenergywell,withhelpofadvancedtechniqueofautomation,controlandcommunication.Atthesametimethissystemcanadaptdifferentwatersupplyfields.ThissubjectrealizetheautomaticwatercontrolsystemthatusedofPLC,itintroducedthebasicprinciplethatconstantvoltagesupplieswaterandfoundationthatthesystemform,havestatedtheroleservedasoftheprogrammablecontroller(PLC)inthewater-supplysystemofconstantvoltage.Sincethewholedesignplanofthesystemandactualdemandareanalysed,theneedofcloselifeofintergratingwithpractice,makeeveryefforttomakesuretomakethesystemrunsteadily,easyandsimpletohandle,solveandhittheproblemactually,guaranteetosupplywaterofthesecurity,swift,reliable.Constantvoltagehassuppliedwaterandguaranteedtosupportthewaterqualityamount,thecontrolsystemtakingPLCashostcomputerhasenrichedthesystematiccontrolfunction,haveimprovedsystematicdependability.Keyword:PLC(programmablecontroller),Constantvoltage,supplieswater,Frequencyconverter書目TOC\o"1-2"\h\z\u第一章緒論 11.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義 11.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)探討現(xiàn)狀 11.3本文探討的系統(tǒng)組成和工作原理 2其次章PLC概述 32.1PLC介紹 32.2PLC工作原理 42.3PLC的編程語言 62.4PLC的分類 92.5PLC限制系統(tǒng)的結構 10第三章系統(tǒng)硬件的設計 133.1恒壓供水系統(tǒng)的基本構成 153.2系統(tǒng)限制要求 173.3限制系統(tǒng)的I/O點及地址支配 183.4系統(tǒng)選型 193.5PLC模擬量限制單元的配置以及應用 19第四章系統(tǒng)程序設計 254.1由“恒壓”要求動身的工作泵組數(shù)量限制管理 254.2多泵組泵站泵組管理規(guī)范 254.3程序的結果以及程序功能的實現(xiàn) 25總結 36參考文獻 37致謝 38第一章緒論隨著變頻調速技術的發(fā)展和人們對生活飲用水品質要求的不斷提高，變頻恒壓供水系統(tǒng)已慢慢取代原有的水塔供水系統(tǒng)，廣泛應用于多層住宅小區(qū)生活消防供水系統(tǒng)。然而，由于新系統(tǒng)多會接著運用原有系統(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。本文介紹的變頻限制恒壓供水系統(tǒng)，是在對一個典型的水塔供水系統(tǒng)的技術改造實踐中，依據(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須要頻繁檢修的問題，既體現(xiàn)了變頻限制恒壓供水的技術優(yōu)勢，同時有效的節(jié)約了資金。1.1變頻恒壓供水產(chǎn)生的背景和意義眾所周知，水是生產(chǎn)生活中不行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)供水等方面技術始終比較落后，自動化程度低。主要表現(xiàn)在用水高峰期，水的供應量常常低于需求量，出現(xiàn)水壓降低供不應求的現(xiàn)象，而在用水低峰期，水的供應量常常高于需求量，出現(xiàn)水壓上升供過于求的狀況，此時將會造成能量的奢侈，同時有可能使水管爆破和用水設備的損壞。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牢靠性和平安性，在發(fā)生火災時能牢靠供水。針對這兩方面的要求，新的供水方式和限制系統(tǒng)應運而生，這就是PLC限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限制和消防用水的恒壓限制——即雙恒壓系統(tǒng)。恒壓供水保證了供水的質量，以PLC為主機的限制系統(tǒng)豐富了系統(tǒng)的限制功能，提高了系統(tǒng)的牢靠性。1.2變頻恒壓供水系統(tǒng)的國內(nèi)探討現(xiàn)狀變頻恒壓供水是在變頻調速技術的發(fā)展之后慢慢發(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限制、升降速限制、正反轉限制、起制動限制、起制動限制、壓頻比限制及各種愛惜功能。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，需在變頻器外部供應壓力限制器和壓力傳感器，對壓力進行閉環(huán)限制。目前國內(nèi)有不少公司在做變頻恒壓供水的工程，大多接受國外的變頻器限制水泵的轉速，水管管網(wǎng)壓力的閉環(huán)調整及多臺水泵的循環(huán)限制，有的接受可編程限制器(PLC)及相應的軟件予以實現(xiàn)，有的接受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，還遠遠沒能達到全部用戶的要求。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調整器，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)調整和循環(huán)邏輯限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，同時操作不便利且不具有數(shù)據(jù)通信功能，因此只適用于小容量，限制要求不高的供水場所【1】。可以看出，目前在國內(nèi)外變頻調速恒壓供水限制系統(tǒng)的探討設計中，對于能適應不同的用水場合，結合現(xiàn)代限制技術、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)限制探討得不夠。因此，有待于進一步探討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。1.3本文探討的工作原理和基本要求以一個三泵生活/消防雙恒壓無塔供水系統(tǒng)為例來說明其工藝過程，市網(wǎng)來水用凹凸水位限制器EQ來限制注水閥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/低水位信號也干脆送給PLC，作為底水位報警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器凹凸距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺泵，平常電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關閉消防管網(wǎng)，三臺泵依據(jù)生活用水的多少，按確定的限制邏輯運行，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)，三臺泵共消防用水運用，并依據(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運用。對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（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。（2）三臺泵依據(jù)恒壓的須要，接受“先開先?！钡脑瓌t介入和退出。（3）在用水量小的狀況下，假如一臺泵連續(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”，避開某一臺泵工作時間過長。（4）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能。其次章PLC概述2.1PLC介紹2.1.1PLC的定義最初，可編程邏輯限制器（ProgrammableLogicController）簡稱PLC。只能進行計數(shù)、定時及開關量的邏輯限制。1987年2月，國際電工委員會（IEC）對可編程限制器的定義是：可編程限制器是一種數(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。它接受一類可編程序的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、依次限制、定時、計數(shù)和算術操作等面對用戶的指令，并通過數(shù)字式和模塊式輸入/輸出，限制各種類型機械的生產(chǎn)過程。可編程序限制器及其有關外部設備，都按易于和工業(yè)限制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充功能的原則設計【2】。2.1.2PLC的特點（1）牢靠性高。在I/O環(huán)節(jié)，PLC接受了光電隔離、濾波等多種措施。系統(tǒng)程序和大部分的用戶程序都接受EPROM存儲，一般PLC的平均無故障工作時間可達幾萬小時以上。（2）限制功能強。PLC接受的CPU一般是具有較強位處理功能的為處理機，為了增加其困難的限制功能和連網(wǎng)通訊等管理功能，可以接受雙CPU的運行方式，使其功能得到極大的增加。（3）編程便利易學。第一編程語言（梯形圖）是一種圖形編程語言，和多年來工業(yè)現(xiàn)場運用的電器限制圖特殊相像，理解方式也相同，特殊適合現(xiàn)場人員學習。（4）運用于惡劣的工作環(huán)境。接受封裝的方式，適合于各種振動、腐蝕、有毒氣體等的應用場合。（5）和外部設備連接便利。接受統(tǒng)一接線方式的可坼裝的活動端子排，供應不同的端子功能適合于多種電器規(guī)格。（6）體積小、重量輕、功耗底。（7）性價比高。（8）模塊化結構，擴展實力強。依據(jù)現(xiàn)場的須要進行不同功能的擴展和組裝，一種型號的PLC可用于限制從幾個I/O點到幾百個I/O點的限制系統(tǒng)。（9）修理便利，功能更靈敏。程序的修改就以意味著功能的修改，因此功能的變更特殊靈敏。2.2PLC工作原理2.2.1循環(huán)掃描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。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。（1）自診斷測試掃描過程。為保證設備的牢靠行，剛好放映所出現(xiàn)的故障，PLC都具有自監(jiān)視功能。（2）和網(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，這一過程用于PLC之間及PLC和上位計算機或終端設備之間的通信。（3）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。（4）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。該過程在機器運行中是否被執(zhí)行是可控的。CPU在處理用戶程序時，運用的輸入值不是干脆從輸入點讀取的，運算的結果也不干脆送到實際輸出點，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。循環(huán)掃描有如下特點：（1）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。（2）輸入映像寄存器的內(nèi)容是由設備驅動的，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接受集中輸入的限制思想，只能運用輸入映像寄存器的值來限制程序的執(zhí)行。（3）對同一個輸出單元的多次運用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結果。（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。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依據(jù)先左后右、先上后下的依次對每條指令進行掃描，依據(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)生變更，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會變更——輸入端子狀態(tài)變更只能在下一個周期的輸入階段才被集中讀入。圖2-1PLC信號的傳遞過程2.2.2I/O響應時間由于PLC接受循環(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定時間集中輸入/輸出，所以必定會產(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)象越嚴峻。響應時間有輸入延遲、輸出延遲和程序執(zhí)行時間部分確定。（1）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。輸入延遲是由硬件確定的，有的PLC濾波器時間常數(shù)可調。（2）從輸出鎖存器到輸出端子所閱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。它也是由硬件確定的，對于不同信號的PLC可以通過查表得到。（3）程序執(zhí)行時間主要由程序長短來確定，對于一個實際的限制程序，編程人員須對此進行現(xiàn)場測算，使PLC的響應時間限制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。在最有利的狀況下，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。在最不利的狀況下，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，這就須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)行方式確定的，和編程方法無關【3】。2.2.3PLC中的存儲器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。（1）系統(tǒng)程序存儲器中存放的是廠家依據(jù)其選用的PLC的指令的系統(tǒng)編寫的系統(tǒng)程序，它確定了PLC的功能，用戶不能更改其內(nèi)容。（2）用戶程序存儲器用來存儲依據(jù)限制要求而編制的用戶應用程序。（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)。2.3PLC的編程語言PLC的硬件系統(tǒng)中，和PLC的編程應用關系最干脆的要算數(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)確定要知道數(shù)據(jù)的存儲地址。PLC和其他的計算機一樣，為了運用便利，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賜予了不同的功能，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。為了理解便利，PLC的編程元件用“繼電器”命名，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，可以認為它們具有多數(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。2.3.1PLC的編程結構功能圖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。輸入繼電器是由外部輸入驅動的，梯形圖中只能運用其介入點狀態(tài)值，用戶不能變更輸入繼電器的狀態(tài)。幫助繼電器的種類和多少確定了PLC限制功能的強弱，相當于工作寄存器的多少和功能的強弱。實際的PLC中并沒有圖中的物理繼電器，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限制的工程技術人員更好的理解PLC的功能，更好的運用PLC，就像他在設計繼電器限制電路一樣。梯形圖語言是一種圖形化的語言，是一種面對限制過程的“自然語言”。梯形圖編程語言形象、直觀、精確的描述了邏輯限制關系，簡潔被廣袤的工程技術人員所駕馭。PLC和被控對象所連接的只是I/O條件，而I/O之間的組合限制關系須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就能夠干脆說明并實現(xiàn)I/O間的限制關系【4】。圖2-2PLC內(nèi)部的結構功能示意圖2.3.2梯形圖編程語言PLC是通過程序對系統(tǒng)進行限制的，作為一種專用計算機，為了適應其應用領域，確定有其專用的語言。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，具有繼電器限制電路形象、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。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，依據(jù)結果確定邏輯輸出的允許條件。邏輯通常被分解成小的簡潔理解的片，這些片通常被稱為“梯級”或網(wǎng)絡。程序一次掃描執(zhí)行一次網(wǎng)絡，依據(jù)從做到右、從上到下的依次進行。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)絡的最終一個線圈列。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。如圖2-3所示是用PLC限制的梯形圖程序，可完成和繼電器限制的電動機干脆起、停（起、保、停）繼電器限制電路圖相同的功能。梯形圖和繼電器限制電路圖很相像，這是可以用PLC限制取代繼電器限制的基礎，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功能的PLC限制程序，充分發(fā)揮PLC的功能完善、牢靠性高、限制靈敏的特點。當然，它們還是存在著本質上的區(qū)分，主要表現(xiàn)如下所述。圖2-3梯形圖（1）繼電器限制電路中運用的繼電器是物理的元器件，繼電器和其他限制電器之間的連接必需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”，它具有物理繼電器相像的功能。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復原常態(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，具有更改簡潔、調試便利等特點。而繼電器限制電路圖是點線連接圖，相對來素施工困難、更改費勁。（2）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PLC的繼電器有多數(shù)個常開、常閉觸點供用戶運用。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。（3）PLC的輸入繼電器是由外部信號驅動的，在梯形圖中只能用其觸點，這在物理繼電器中是不行能的。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。（4）繼電器限制系統(tǒng)中是依據(jù)觸點的動作依次和是延遲逐個動作的，動作依次和電路圖的編寫依次無關。PLC依據(jù)掃描方式工作，首先實行輸入信號，然后對全部梯形圖進行計算，造成了宏觀和動作依次的無關，但是微觀上在一個時間段上的是實際執(zhí)行依次和梯形圖的編寫依次一樣而不是無關的。（5）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。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叮囑，如定時器、計算器、格式轉換、模擬量I/O、PID調整或數(shù)學運算指令等，充分的發(fā)揮了計算機的強大計算功能，他們和內(nèi)部繼電器一起完成PLC的各種困難限制功能【5】。2.4PLC的分類PLC發(fā)展到今日，已經(jīng)有了多種形式，而且功能也不盡相同，分類時，一般按以下原則來考慮。2.4.1按I/O點數(shù)容量分類一般而言，處理I/O點數(shù)越多，則限制關系就比較困難，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。（1）小型機小型機PLC的功能一般以開關量限制為主，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還具有確定的通訊實力和少量的模擬量處理實力。這類的PLC的特點是價格低廉，體積小巧，適合于限制單臺設備和開發(fā)機電一體化產(chǎn)品。典型的小型機有SIEMENS公司的S7-200系列、OMRON公司的CPM2A系列、MITUBISH公司的FX系列和AB公司的SLC500系列等整體式PLC產(chǎn)品。（2）中型機中型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限制功能，還具有更強的數(shù)字計算實力，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，中型機適用于更困難的邏輯限制系統(tǒng)以及連續(xù)生產(chǎn)線的過程限制系統(tǒng)場合。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。（3）大型機大型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到16K以上。大型PLC的性能已經(jīng)和工業(yè)限制計算機相當，它具有計算、限制和調整的實力，還具有強大的網(wǎng)絡結構和通信聯(lián)網(wǎng)實力，有些PLC還具有冗余實力。它的監(jiān)視系統(tǒng)接受CRT顯示，能夠表示過程的動態(tài)流程，記錄各種曲線，PID調整參數(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限制器互聯(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)品質量限制系統(tǒng)。大型機適用于設備自動化限制、過程自動化限制和過程監(jiān)控系統(tǒng)。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】。2.4.2按結構形式分依據(jù)PLC結構形式的不同，PLC主要可分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式結構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，通過擴展電纜和擴展單元相連，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，安裝便利。微型和小型PLC一般為整體式結構。如西門子的S7-200系列。（2）模塊式結構模塊式結構的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，可依據(jù)須要靈敏配置。目前大、中型PLC都接受這種方式。如西門子的S7-300和S7-400系列。整體式PLC每一個I/O點的平均價格比模塊式的便宜，在小型限制系統(tǒng)中一般接受整體式結構。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)便利靈敏，I/O點數(shù)的多少、輸入點數(shù)和輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的運用等方面的選擇余地都比整體式PLC大的多，修理時更換模塊、推斷故障范圍也很便利，因此較困難的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。2.5PLC限制系統(tǒng)的結構運用PLC可以構成多種形式的限制結構，下面介紹幾種常用的PLC限制系統(tǒng)。2.5.1單機限制系統(tǒng)單機限制系統(tǒng)是較一般的一種PLC限制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運用一臺PLC限制一個對象，限制系統(tǒng)要求的I/O點數(shù)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，限制系統(tǒng)的構成簡潔明白。如圖2-4所示是一個簡潔的單機限制系統(tǒng)，圖中PLC可以選用任何一種類型。在單機限制系統(tǒng)中由于限制對象比較確定，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。PLCPLC控控制對象圖2-4簡潔的單機限制系統(tǒng)2.5.2集中限制系統(tǒng)集中限制系統(tǒng)用儀態(tài)功能強大的PLC監(jiān)視、限制多個設備，形成中心集中式的限制系統(tǒng)。其中，各個設備之間的聯(lián)絡，連鎖關系、運行依次等統(tǒng)一由中心PLC來完成，如圖2-5示【7】。明顯，集中限制系統(tǒng)比單機限制系統(tǒng)經(jīng)濟的多。但是當其中一個限制對象的限制程序須要變更時，必需停止運行中心PLC，其他的限制對象也必需停止運行。當各個限制對象的地理位置距集中限制系統(tǒng)比較遠時，須要大量的電纜線，造成系統(tǒng)成本的增加。為了適應限制系統(tǒng)的變更，接受集中限制系統(tǒng)時，必需留意選擇I/O點數(shù)和存儲器容量時要留有足夠的余量，以便滿足增加限制對象的要求。PLC限制對象A限制對象B限制對象CPLC限制對象A限制對象B限制對象C2.5.3分散限制系統(tǒng)分散限制系統(tǒng)的構成如圖2-6所示，每一個限制對象設置一臺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。分散限制系統(tǒng)常用于多臺機械生產(chǎn)線的限制，各個生產(chǎn)線之間有數(shù)據(jù)連接。由于各個限制對象都由自己的PLC進行限制，當其中一個PLC停止運行時不須要停止運行其他的PLC。隨著PLC性能的不斷提高，由PLC擔當?shù)蛯酉拗迫蝿眨ㄟ^網(wǎng)絡連接，PLC和過程限制相結合的分散限制系統(tǒng)將是計算機限制的重要發(fā)展方向。和集中限制系統(tǒng)相比，分散限制系統(tǒng)的牢靠性大大加強。具有相同I/O點數(shù)時，雖然分散限制系統(tǒng)中多用了一臺或幾臺PLC，導致價格偏高，但是從維護、試運轉或增設限制對象等方面來看，其靈敏性要大得多，總的成本核算是合理的。上機位上機位PLCAPLCBPLCC限制對象A限制對象B限制對象C圖2-6分散限制系統(tǒng)第三章系統(tǒng)硬件的設計學習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限制系統(tǒng)時，要全面考慮多種因素，不管所設計的限制系統(tǒng)的大小，一般都要用以下設計步驟來進行系統(tǒng)設計。隨著PLC功能的不斷完善和提高，PLC幾乎可以完成工業(yè)領域的所以限制任務。但是PLC還是有最適合它的應用場合，所以接到一個限制任務以后，要分析被控對象的限制過程和要求，看看用什么限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實力也很強。所以在許多狀況下也可以取代工業(yè)限制計算機（IPC）作為主控器。限制對象以及限制裝置確定后，還要進一步確定PLC的限制范圍。一般來說，能夠反映生產(chǎn)過程的運行狀況，能用傳感器干脆測量的參數(shù)，限制邏輯困難的部分都由PLC限制來完成。當某一個限制任務確定由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。對第一個問題，首先要對限制任務進行詳細的分析，把全部的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。I/O點是性質主要是指他們是直流信號還是溝通信號，它們的電源電壓。限制系統(tǒng)輸出點的類型特殊關鍵，假如它們之中既有溝通220V的接觸器、電磁閥，又有直流24V的指示燈，則最終選用的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。對于其次個問題，則有以下幾個方面要考慮：（1）功能方面。全部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是否有實力完成限制任務。如對PLC和PLC、PLC和智能儀表以及上位機之間靈敏便利的通訊要求；或對PLC的計算速度、用戶程序容量有特殊要求的；或對PLC的位置限制有特殊要求等。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。（2）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、質量相當、I/O點數(shù)相當?shù)腜LC的價格能相差40%以上。在運用PLC較多的狀況下，這樣的差價必需是須要考慮的。（3）個人喜好方面。有些工程技術人員對某種品牌的熟悉，所以一般比較寵愛運用這種產(chǎn)品。分析評估分析評估限制任務PLC機選型，I/O設備選擇I/O地址支配程序設計電氣系統(tǒng)安裝調試程序設計硬件系統(tǒng)接線圖和限制柜檢查修改程序檢查硬件接線聯(lián)機調試交付運用現(xiàn)場安裝調試編制技術文件滿足要求滿足要求NNYNY圖3-1PLC限制系統(tǒng)設計步驟輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址支配是進行PLC限制系統(tǒng)設計的基礎。對軟件設計來說，I/O地址支配以后才可以進行編程；對限制柜和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、裝配圖，讓裝配人員依據(jù)線路圖和安裝圖安裝限制柜。系統(tǒng)調試分模擬調試和聯(lián)機調試。硬件部分的模擬調試可在斷開主電路的狀況下，主要試一試手動限制部分是否正確。軟件部分的模擬調試可借助于模擬開關和PLC輸出端的輸出指示燈進行。須要模擬量信號I/O時，可用電位器和萬用表協(xié)作進行。調試時?？衫蒙显V外圍設備模擬各種現(xiàn)場開關和傳感器狀態(tài)，然后視察PLC的輸出邏輯是否正確。假如有錯誤則修改后反復調試?，F(xiàn)在PLC的主流產(chǎn)品都可以在PLC機上編程，并可以在電腦上干脆進行模擬調試。聯(lián)機調試時，可以把編制好的程序下載到現(xiàn)場的PLC中。有時PLC或許只有這一臺，這時就要把PLC安裝到限制柜相應的位置上。調試時確定要先將主電路斷電，只對限制電路進行聯(lián)調即可。通過現(xiàn)場聯(lián)調信號的接入常常還會發(fā)覺軟件以及硬件中的一些問題，有時廠家還須要對某些限制功能進行改進，這種狀況下，都要經(jīng)過反復測試系統(tǒng)后，才能最終交付運用。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立水塔，水泵開者時將水打到水塔中，水泵休息時借助水塔的水位接著供水。水塔中的水位變更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】。但是建立水塔需花費財力，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更的問題。通常的方法是：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整。這就是恒壓供水的基本思路。這在電動機速度調整技術不發(fā)達的年頭是不行設想的，但是今日辦到這一點已經(jīng)變的很簡潔了，溝通變頻的誕生為水泵轉速的平滑連續(xù)調整供應了便利。溝通變頻器是變更溝通電源頻率的電子設備，輸入三相工頻溝通電后，可以輸出頻率平滑變更的三相溝通電。建立水塔須要花費財力，水塔還會造成水的二次污染。那么可不行以不借助水塔來實現(xiàn)恒壓供水？答案是確定的，但是要解決水壓隨用水量的大小變更的問題。通常的方法是：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，用水量小時又須要做出相反的調整。這就是恒壓供水的基本思路，這在電動機速度調整技術不發(fā)達的年頭是不行以想象的，但是在今日辦到這一切已經(jīng)邊的很簡潔了。3.1恒壓供水系統(tǒng)的基本構成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)能而牢靠。配單臺電機和水泵時，它們的功率必需足夠的大，在用水量少十開一臺大電機確定是奢侈，電機選小了用水量大時供水不足。而且水泵和電機都有修理的時候，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更而變更，這就要用變頻器為水泵供電。這也有兩種配置方式，一是為每臺水泵電機配一臺變頻器，這當然便利，電機和變頻器間不須要切換，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，變頻器和電機見可以切換，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。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，水壓上升。水壓傳感器將水壓的變更轉變?yōu)殡娏骰螂妷旱淖兏徒o調整器【9】。圖3-2變頻恒壓供水站的基本組成調整器是一種電子裝備,在系統(tǒng)中完成以下幾種功能:(1)設定水管壓力的給定值，恒壓供水水壓的凹凸依須要設定。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，另外有些供水系統(tǒng)可能有多種供水目的，如將生活用水和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，調整器具有給定值設定功能，可以以數(shù)字量進行設定，也有的調整器以模擬量方式設定。（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限制裝置稱為反饋，調整器實反饋的接受點。（3）依據(jù)給定值和實測值的綜合，依確定的調整規(guī)律發(fā)出系統(tǒng)調整信號。調整器接受了實測水壓的反饋信號后，將它和給定值比較，得到給定值和實測值之差。假如給定值大于實測值，說明系統(tǒng)水壓低于志向水壓，要加大水泵電機的轉速，假如水壓高于志向水壓，要降低水泵電機的轉速。這些都是由調整器的輸出信號限制。為了實現(xiàn)調整的快速性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，調整工作中還有個調整規(guī)律的問題，傳統(tǒng)調整器的調整規(guī)律多是比例-積分-微分調整，俗稱PID調整。調整器的調整參數(shù)，如PID參數(shù)均是可以由運用者設定的，PID調整過程視調整器的的內(nèi)部構成由數(shù)字式調整及模擬量調整兩類，以微型計算機調整器多為數(shù)字調整器。調整器的輸出信號一般式模擬信號，4~20mA變更的電流信號或0~10V間變更的電壓信號。信號的量值和前面提到的差值成正比，用于驅動執(zhí)行設備工作。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)來水用凹凸水位限制器EQ來限制注水閥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/低水位信號也干脆送給PLC，作為低水位報警用。為了保障供水的持續(xù)性，水位上下限傳感器凹凸距離不是相差很大。生活用水和消防用水共用三臺泵，平常電磁閥YV2處于失電狀態(tài)，關閉消防管網(wǎng)，三臺泵依據(jù)生活用水的多少，按確定的限制邏輯運行，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)，三臺泵共消防用水運用，并依據(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。火災結束后三臺泵再改為生活供水運用【10】。圖3-3生活消防雙恒壓供水系統(tǒng)構成圖3.2系統(tǒng)限制要求對三泵生活/消防雙恒壓供水系統(tǒng)的基本要求是：（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。（2）三臺泵依據(jù)恒壓的須要，接受“先開先停”的原則介入和退出。（3）在用水量小的狀況下，假如一臺泵連續(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”，避開某一臺泵工作時間過長。（4）三臺泵在啟動時要又軟啟動功能。（5）要有完整的報警功能。（6）對泵的操作要有手動限制功能，手動只在應急或檢修時臨時運用。3.3限制系統(tǒng)的I/O點及地址支配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)出限制信號限制一些執(zhí)行設備，以便對現(xiàn)場設備進行限制。PLC是通過I/O單元完成此工作的。I/O單元是PLC和外部設備相互聯(lián)系的通道，能輸入/輸出多種形式和驅動實力的信號，以實現(xiàn)被控設備和PLC的I/O接口之間的電平轉換、電氣隔離、串/并轉換、A/D和D/A轉換等功能。輸入單元接受現(xiàn)場設備向PLC供應信號，包括人為的限制信號和能描述現(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、撥碼器等供應的開關量。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，轉換成外部設備所須要的強電信號，以驅動各種執(zhí)行元器件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調整閥、調速裝置等。依據(jù)圖3-3及以上限制要求統(tǒng)計限制系統(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，它們在水沉沒時為0，露出時為1。表3.1輸入輸出點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SA1I0.0水池水位下限信號SLLI0.1水池水位上限信號SLHI0.2變頻器報警信號SUI0.3消鈴按鈕SB9I0.4試燈按鈕SB10I0.5遠程壓力表模擬量變壓值UAIW0輸出信號1#泵工頻運行接觸器及指示燈KM1，HL1Q0.01#泵變頻運行接觸器及指示燈KM2，HL2Q0.12#泵工頻運行接觸器及指示燈KM3，HL3Q0.22#泵變頻運行接觸器及指示燈KM4，HL4Q0.33#泵工頻運行接觸器及指示燈KM5，HL5Q0.43#泵變頻運行接觸器及指示燈KM6，HL6Q0.5生活/消防供水轉換電磁閥YV2Q1.03.4系統(tǒng)選型從上面分析可知，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。假如選用CPU224PLC，也須要擴展單元；假如選用CPU226PLC則價格較高，奢侈較大。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：主機單元CUP222AC/DC繼電器主機單元CUP222AC/DC繼電器模擬量單元EM2354AI/1AO擴展單元EM2228點繼電器圖3-4PLC系統(tǒng)組成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。特殊是S7-200CPU22*系列PLC。由于它具有多種功能模塊和人機界面（HMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成特殊便利，并且可以很簡潔的組成PLC網(wǎng)絡。3.5PLC模擬量限制單元的配置以及應用 PLC的一般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運用的模擬量。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，可以用于恒壓供水限制中【11】。3.5.1EM235模擬量工作單元性能指標表3.2模擬量擴展模塊EM235輸入/輸出技術規(guī)范輸入技術規(guī)范輸出技術規(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±100~~20mA輸入濾波衰減-3dB，3.1kHz辨別率12位A/D轉換器隔離否辨別率，滿量程電壓電流`12位11位輸入類型差分輸入范圍電壓單極性0~10V，0~5V0~1V，0~500mV電壓電流-32000~+320000~+32000電壓雙極性電流0~100Mv,0~50mV±10V，±5V，±2.5V±1V，±500mV，±250Mv±100mV,±50mV,±25mv0~20mA精度最差狀況0~55℃電壓輸出電流輸出±2%滿量程±2%滿量程精度最差狀況0~55℃電壓輸出電流輸出典型，25℃電壓輸出電流輸出±2%滿量程±2%滿量程±5%滿量程±5%滿量程輸入辨別率AD轉換時間＜250s模擬輸入階躍響應1.5mS到95%共模抑制4dB,DC到60Hz共莫電壓信號電壓加共加模電壓≤±12V24VDC電壓范圍20.4~~28.8V設置時間電壓輸出電流輸出100s2ms數(shù)據(jù)字格式雙極性，滿量程單極性，滿量程-32000~+320000~32000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確定范圍的數(shù)字量轉換為標準電流量或標準電壓量以便利和其他限制接口。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。3.5.2校準及配置模擬量模塊在接入電路工作前需完成配置及校準，配置指依據(jù)實際需接入的信號類型對模塊進行一些設定。校準可以簡潔的理解為儀器儀表運用前的調零以及調滿度。3.5.3EM235的安裝運用（1）依據(jù)輸入信號的類型及變更范圍設置PID開關，完成模塊的配置工作。必要時進行校準工作。（2）完成硬件的接線工作。留意輸入、輸出信號的類型不同，接受不同的接入方式。為防止空置端對接線端的干擾，空置端應短接。接線還應留意傳感器的線路盡可能短，且應運用屏蔽雙絞線，要保證24VDC傳感器電源無噪聲、穩(wěn)定牢靠。（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。S7-200擴展單元安裝時在主機的右邊依次排列，并從模塊0起先編號。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。（4）為了在主機中進行輸入模擬量轉換后數(shù)字處理及為了輸出須要在模擬量單元中轉換為模擬量的數(shù)字量，要在主機中支配確定的存儲單元。一般運用模擬量輸入AIW及模擬量輸出AQW單元支配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】。3.5.4EM235工作程序編制EM235的工作程序編制包括以下的內(nèi)容：（1）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，為起先工作做好準備。（2）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。（3）設置子程序完成采樣以及相關的計算工作。（4）工程所需的有關該模擬量的處理程序。（5）處理后模擬量的輸出工作。S7-200PLC硬件系統(tǒng)的配置方式接受整體式和積木式，即主機包含確定數(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。一個完整的系統(tǒng)組成如圖圖3-5S7-200PLC系統(tǒng)組成（1）基本單元?；締卧˙asicUnit）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。事實上它就是一個完整的限制系統(tǒng)，可以單獨完成確定的限制任務。（2）擴展單元。主機I/O點數(shù)量不能滿足限制系統(tǒng)的要求時，用戶可以依據(jù)須要擴展各種I/O模塊，所能連接的擴展單元的數(shù)量和實際所能運用的I/O點數(shù)時由多種因素共同確定的。（3）特殊功能模塊。當須要完成某些特殊功能的限制任務，須要擴展功能模塊。它們是完成某些特殊限制任務的一些設置。（4）相關設備。相關設備是為了充分和便利地利用系統(tǒng)的硬件和軟件資源而開發(fā)和運用的一些設備，主要有編程設備、人機操作界面和網(wǎng)絡設備等。（5）工業(yè)軟件。工業(yè)軟件是為了更好地管理和運用這些設備而開發(fā)的和之相配套的程序，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。EM235安裝運用：（1）依據(jù)輸入信號的類型以及范圍設置PID開關，完成模塊的限制工作。（2）完成硬件的接線工作。（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。（4）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。S7-200PLC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，可以干脆用和連接傳感器和執(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。它可以用一般輸入端子撲捉比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，可用以驅動步進電機和伺服電機以便實現(xiàn)精確定位任務?？梢杂媚K上的電位器來變更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限制參數(shù)等。3.5.5電氣限制系統(tǒng)原理圖電氣系統(tǒng)限制原理圖包括主電路圖、限制電路圖以及PLC外圍接線圖。（1）主電路圖如下圖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分別限制M1、M2、M3的共頻運行；接觸器KM2、KM4、KM6分別限制M1、M2、M3的變頻運行，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別為三臺水泵電機過載愛惜用的熱繼電器；QS1、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為簡潔的一般變頻器【13】。圖3-6電控系統(tǒng)主電路（2）限制電路圖圖3-7所示電控系統(tǒng)限制電路圖。圖中SA為手動/自動轉換開關，SA打在1的位置為手動限制狀態(tài)；打在2的狀態(tài)為自動限制狀態(tài)。手動運行時，可用按鈕SB1~SB2限制三臺泵的啟/停和電磁閥YV2的通/斷；自動運行時，系統(tǒng)在PLC程序限制下運行。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供應一個干觸點信號，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限制。圖中的Q0.0~Q0.5及Q1.0~Q1.5為PLC輸出繼電器觸點，它們旁邊的4、6、8等數(shù)字為接線編號，可結合PLC外圍接線圖一起讀圖。圖3-7電控系統(tǒng)限制電路第四章系統(tǒng)程序設計硬件條件確定后，系統(tǒng)的限制功能主要通過軟件實現(xiàn)，結合前述泵站的限制要求，對泵站軟件設計分析如下：4.1由“恒壓”要求動身的工作泵組數(shù)量限制管理前面已經(jīng)說過了，為了恒定水壓，在水壓著陸時要上升變頻器的輸出頻率，且在一臺泵不能滿足要求時，需啟動第2臺或第3臺泵。推斷需啟動新泵的標準是變頻器的輸出頻率達到設定的上限值。這一功能可以同過比較指令來實現(xiàn)。為了推斷變頻器的工作頻率達到上限的確定性，應當濾去偶然的頻率波動引起的頻率達到上限狀況，在程序中考慮實行時間濾波。4.2多泵組泵站泵組管理規(guī)范由于變頻器泵站希望每一次啟動電機都為軟啟動，又規(guī)定各臺水泵必需交替運用，多泵組泵站泵組的投運要有一個管理規(guī)范。限制要求中規(guī)定隨意一臺泵連續(xù)運行時間不得超過3h，因此每次須要啟動新泵或切換變頻泵時，以新運行泵為變頻泵是合理的。詳細的操作時，將現(xiàn)行運行的變頻泵從變頻器上切除，并接上工頻電源運行，將變頻器復位并用于新運行泵的啟動。除此之外，泵組管理還有一個問題就是泵的工作循環(huán)限制，這里我們運用泵號加1的方法來實現(xiàn)變頻泵的循環(huán)限制（3加1等于零），用工頻泵的總數(shù)結合泵號實現(xiàn)工頻泵的輪換工作【14】。4.3程序的結果以及程序功能的實現(xiàn)由于PLC在恒壓供水系統(tǒng)中的功能比較多，本程序可分為3部分：主程序、子程序和中斷程序。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)約掃描時間。主程序的功能最多，如泵切換信號的生成、泵組接觸器邏輯限制信號的綜合以及報警處理都在主程序。邏輯運算及報警處理等放在主程序。利用定時器中斷功能實現(xiàn)PID限制的定時采樣及輸出限制。生活供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的70%，消防供水時系統(tǒng)設定值為滿量程的90%。在本系統(tǒng)中，只是用比例（P）和積分（I）限制，其回路增益和時間常數(shù)可以通過工程計算初步確定，但還要進一步調整以達到最優(yōu)限制效果。初步確定的增益時間常數(shù)為增益、采樣時間、積分時間。程序中運用的PLC元器件及其功能如下表:表4.1程序中運用的元器件及功能器件地址功能器件地址功能VD100過程變量標準化值T38工頻泵減泵濾波時間限制VD104壓力給定值T39工頻/變頻轉換邏輯限制VD108PI計算值M0.0故障結束脈沖信號VD112比例系數(shù)M0.1泵變頻啟動脈沖VD116積分時間M0.3復位當前變頻運行泵脈沖VD120積分時間M0.4復位當前變頻運動泵脈沖VD124微分時間M0.5當前泵工頻運動啟動脈沖雙恒壓供水系統(tǒng)的梯形圖程序以及程序注釋如下圖。對該程序有幾點說明：（1）因為程序較長，所以讀圖時請依據(jù)網(wǎng)絡標號的依次進行。（2）本程序的限制邏輯設計針對的是較少的泵數(shù)供水系統(tǒng)。網(wǎng)絡4變頻器上限時增泵濾波INTONPTI0.0VD250INTONPT>=DVD212+50VD250I0.0>=DVD208網(wǎng)絡5符合泵條件時，工頻泵運行數(shù)加1T37VB301<=PPINC-BENENOINOUTOUT INC-BENENOINOUTOUTVB301VB301網(wǎng)絡6頻率下限時減泵濾波VD250M0.2T38INTONPT<=DINTONPT+1800+100網(wǎng)絡7符合減泵條件時，工頻泵運行數(shù)減1T38VB301M0.2>BP（）DEC-BENENOINOUT0DEC-BENENOINOUTVB301VB301網(wǎng)絡8變頻泵增泵或倒泵時，置位M2.0M0.1M2.0（）M0.3網(wǎng)絡9復位變頻器頻率，為軟啟動做準備T33INTONPTM2.0INTONPTQ0.5+1（）網(wǎng)絡10產(chǎn)生關斷當前變頻泵脈沖信號Ｔ３３Ｍ０.４Ｐ（）網(wǎng)絡１１工頻泵數(shù)加１Ｍ０.４Ｍ２.１ （Ｓ）１NC-BNC-BENENOINOUTＶＢ３００ＶＢ３００網(wǎng)絡12T34INTONPTINTONPT+2網(wǎng)絡13產(chǎn)生當前泵工頻啟動脈沖信號T34M0.5P（）M2.1（R）1網(wǎng)絡14M0.5M2.2（S）網(wǎng)絡15M2.2T39INTONPTINTONPT+30網(wǎng)絡16產(chǎn)生下一臺泵變頻運行啟動信號T39M0.6P（）M2.2（R）M2（R）網(wǎng)絡17變頻工作泵的泵號轉移VB300MOV--BMOV--BENENOINOUT>B31VB300網(wǎng)絡18一個變頻泵運行的持續(xù)時間推斷VB301SM0.4INCINC—DWENENOINOUT==BP0VD301VD310網(wǎng)絡193H時間到，則產(chǎn)生下一臺泵的變頻啟動信號VD301M0.3>=DP（）MOV--BENENOMOV--BENENOINOUT +0VD301網(wǎng)絡20有工頻泵運行時，復位VD310MOV—MOV—DWENENOINOUT>B0+0VD310網(wǎng)絡211號泵變頻運行限制邏輯SM0.1VB300M3==B（）M0.01M0.6Q0.1網(wǎng)絡222號泵變頻運行邏輯M0.6VB300M3==B（）網(wǎng)絡233號泵變頻運行限制邏輯M0.6VB300M3==B（）2Q0.5網(wǎng)絡241號泵工頻運行限制邏輯M0.5VB300VB301Q0.1Q0.0==B>B(）20Q0.0VB300VB301==B>B31網(wǎng)絡252號泵工頻運行限制邏輯M0.5VB300VB301Q0.3Q0.2==B>B(）30Q0.2VB300VB301==B>B11網(wǎng)絡263號泵工頻運行限制邏輯M0.5VB300VB301Q0.5Q0.4==B>B(）10Q0.4VB300VB301==B>B21網(wǎng)絡27火災時，閥YV2打開I0.0Q1.0（）網(wǎng)絡28水池底水位信號處理I0.1I0.2M3.1（）M3.1圖4-1雙恒壓供水系統(tǒng)梯形圖主程序網(wǎng)絡29水池水位下限信號燈SM0.5M3.1Q1.1（）M3.2 I0.5網(wǎng)絡30變頻器故障信號燈SM0.5I0.3Q1.2（）M3.3 I0.5網(wǎng)絡31火災指示燈SM0.5I0.0Q1.3（）M3.2 I0.5網(wǎng)絡32水位水池下限故障消鈴邏輯I0.4M3（）M3.2 網(wǎng)絡33變頻器故障消鈴邏輯I0.4M3（）M3.3 網(wǎng)絡34火災消鈴邏輯I0.4I0.0M3.4（）M3.4 圖4-2雙恒壓供水系統(tǒng)梯形圖主程序網(wǎng)絡35報警電鈴M3.1M3.2Q1.4（）I0.3M3.3I0.0M3.4I0.5網(wǎng)絡36故障信號以及故障結束處理M0.4